Биоразлагаемая упаковка

Биоразлагаемая упаковка 

В последнее время производство упаковочных материалов растет во всем мире, включая Россию. Упаковка, особенно пищевая, становится все более разнообразной, функциональной и красочной. Поэтому сейчас она выполняет не только свою барьерную роль, защищая продукты питания от неблагоприятных воздействий окружающей среды, но и имеет рекламное назначение, способствуя продвижению товаров на рынке. В современных условиях креативного дизайна она может быть выполнена в классе люкс или премиум.

Производство  упаковки в настоящее время является ведущей отраслью экономики и  динамично развивается во всем мире: расходы на нее достигли 500 млрд. долл.США в год.

Но  вместе с тем, упаковка имеет и  свою обратную, негативную сторону. Так, в нашей стране ежегодно образуются около 160 млн м³ твердых бытовых отходов (ТБО), половину которых составляет пищевая упаковка. Это пластик, бумага, картон, стекло, композиционные материалы. Из них только 3 % идут на переработку, а остальные сжигаются или вывозятся на полигоны. Но сжигание является дорогостоящим процессом и к тому же при этом образуются высокотоксичные вещества, в том числе и супертоксиканты – фураны и диоксины, что отрицательно сказывается на состоянии окружающей среды. Свалки, на которых складируются ТБО, отчуждают полезные земельные площади, служат источником болезнетворных вирусов и патогенных микроорганизмов. При этом следует отметить, что большая часть ТБО может быть переработана и с успехом использована в качестве вторичного сырья.

Впервые с проблемой управления ТБО столкнулись развитые страны. Так, в Германии к концу 80-х годов прошлого века практически не осталось свободных земель для организации свалок, а скапливание мусора вокруг жилых домов могло бы привести к эпидемиям. Чтобы выйти из этой кризисной ситуации, в стране была создана Система солидарной экологической ответственности производителей – “Grune Punkt” (“Зеленая точка”). Ее деятельность была направлена на то, чтобы не уничтожать или выбрасывать ТБО, а перерабатывать их для получения вторичного сырья, которое можно снова использовать в экономике страны. Участники этой Системы несут расходы по организации сбора и сортировки использованной упаковки. В этом случае в производимую упаковку уже закладывается стоимость ее переработки. За это члены Системы получают определенные налоговые льготы и право маркировать свою продукцию знаком “Зеленая точка”. Сейчас в Германии достаточно успешно реализована в жизнь идея рециклинга, что позволяет ей иметь дополнительное сырье.

Преимущества биодеградируемой упаковки

Однако, вопросы, связанные с переработкой ТБО, могут решаться не только в конце  жизненного цикла упаковки, когда  она она уже больше не нужна  потребителю, но, что гораздо рациональнее, в начале ее производства. Одним  из таких путей является создание так называемой биодеградируемой упаковки.

Сейчас  основная доля упаковочных материалов приходится на пластики. И это объясняется  их достаточно высокой механической прочностью, легкостью, индифферентностью  к большому числу пищевых продуктов, технологичностью изготовления, дешевизной и доступностью исходного сырья, возможностью создавать композиционные средства. Но такая упаковка, как показала жизнь, чревата тем. что на ее разложение в природных условиях (на полигонах) требуется большое время, исчисляемое десятками и сотнями лет. И несмотря на это полимерный упаковочный бум продолжает расти. Кроме того, по подсчетам экспертов, основного сырья для изготовления полимерной упаковки – нефти хватит человечеству лишь на ближайшие 100 лет.

Исходя  из этого, одним из актуальных направлений становится производство экологически чистой биодеградируемой упаковки. Ее изготавливают на основе полимеров, которые могут разрушаться в естественных условиях под воздействием таких природных факторов, как свет, температура, влага, а также при участии живых микроорганизмов (бактерий, дрожжей, грибов и т.д.). При этом высокомолекулярные вещества разлагаются на низкомолекулярные, такие, как вода, углекислый газ и т.д. Таким образом совершается естественный круговорот веществ, созданный эволюцией и способный поддерживать экологическое равновесие в природе.

Такие биопластики можно получать двумя способами: либо на основе веществ органической природы (олигосахариды, целлюлоза, зерно, молоко и т.д.), либо биотехнологическим путем. Сейчас наибольшее распространение получило изготовление биоразрушаемой упаковки, основанное на введении в синтетический полимер веществ растительного происхождения. Они служат питательной средой для микроорганизмов, что приводит к нарушению целостности упаковки и соответственно к ее разрушению.

Сырье для производства биодеградируемой упаковки

Сырьем  для получения этих веществ является картофель, свекла, тапиока, зерновые и бобовые культуры, целлюлоза (древесина, хлопчатник, лигнин) и др.

В настоящее время значительное место в производстве упаковочных материалов отводится сополимеру этилена и винилацетата. В него в качестве биодеградируемого компонента вводится крахмал – воспроизводимый природный полимер. Он хоршо разлагается под действием воды и микроорганизмов, не загрязняя при этом почвы. Для разрушения этого материала были даже предложены эффективные микроорганизмы-биодеструкторы.

Также разработана композиция полистирола с крахмалом или целлюлозой, которая используется для выпуска пищевой упаковки и сельскохозяйственной пленки. Такой материал биоразрушается почти наполовину за 50 и практически полностью – через 80 дней.

К разрушаемым биопластикам относится сополимер оксибутирата и оксивалерата. Это полиоксиалканоаты, которые по своим физико-химическим свойствам сходны с полиэтиленом и полипропиленом, но способные к биодеградации. Так, для термопластичного биополимера – полиоксибутирата созданы специальные водородокисляющие микроорганизмы – водородные бактерии. Это полимеры нового поколения, имеющие высокий рыночный потенциал, так как в недалеком будущем они смогут заменить традиционные не разрушаемые природой полиолефины благодаря тому, что они способны включаться в глобальные биосферные циклы. Это экологически чистые полимерные материалы, разлагаемые в естественных условиях до конечных продуктов, т.е. до воды и диоксида углерода.

Перспективным является стремление к  получению полимерных композиций, которые  легко разлагаются в почве, например, как газетная бумага. Так, материалы на основе поливинилового спирта способны биоразлагаться в горячей и холодной воде. Полимеры, изготовленные на основе молочного белка – казеина, полностью разрушаются при компостировании в течение 45 дней. Введение в эти полимеры добавок растительного происхождения позволяет варьировать степенью биодеградации в природных условиях от 1 до 2-х месяцев.

Новым упаковочным материалом является эколин. Его получают из полиэтилена или полипропилена с добавлением таких природных минеральных наполнителей, как известняк или доломит. Содержание наполнителя в композите может составлять до 50 %. Этот материал прошел сертификацию и в качестве упаковки может применяться для пищевых продуктов. Его преимуществами являются нетоксичность, дешевое минеральное сырье, меньший расход нефепродуктов.

К перспективной относится и упаковка из кукурузы. Основную часть ее зерна составляет целлюлоза, образующаяся за счет фотосинтеза. Из кукурузы изготавливают разнообразную упаковку, например бутылки. Выпускают и пленку, которую используют не только как пищевую упаковку, но и применяют в других областях. Пленку можно производить и непосредственно из кукурузного крахмала, которым так богаты зерна этой культуры. Подобные упаковочные материалы быстро и полностью разлагаются в природных условиях и даже при сжигании не выделяют вредных веществ.

Историческим фактом является то, что еще в 30-е годы прошлого века Генри Форд изучал возможности использовния пластиков на основе сои для деталей своих автомобилей.

Также представляет интерес и так  называемая биогенная упаковка. Ее можно изготовить, например из древесной массы, которая образуется в виде отходов при прочистке лесов. Она полностью утилизируется под воздействием природных факторов.

Материалом для создания биогенной  упаковки могут служить и отходы пищеперерабатыва-ющей промышленности. Так, при изготовлении яблочного сока побочным продуктом являются яблочные выжимки, представляющие собой полисахариды, которые могут служить составной частью биодеградируемой упаковки .

Следующий путь – использование  материалов на основе водорослей. Это быстрорастущее сырье, так как некоторые их виды могут за 12 ч. вырасти на целый метр. Кроме того, следует отметить, что это возобновляемый источник растительноого сырья. На их основе создан такой материал, как поропласт, который после его использования легко компостируется или подвергается вторичной переработке, например с макулатурой.

Как было установлено исследованиями, синезеленые водоросли, или цианобактерии способны синтезировать целлюлозу. Ее можно использовать как биодеградируемую добавку или для изготовления бумаги, сохраняя тем самым наши леса от излишней вырубки. Это один из экологических способов получения целлюлозы, которая разрушается бактериями. Если учесть, что цианобактерии живут на нашей земле повсюду и вот уже в течение 2,8 млрд лет, то они представляют несомненный интерес для тароупаковочной промыш-ленности, являясь воспроизводимым и экологическим природным ресурсом.

Сейчас во всем мире снова возрос интерес к упаковке, изготовленной  из бумаги и картона. Хотя она и  дороже полимерной упаковки, но потребители (особенно в развитых странах) готовы платить больше, приобретая при этом пищевой продукт, упакованный в экологически чистый материал природного происхождения. Большое внимание уделяется и пергаменту, традиционно производимому из целлюлозы. Использованная пергаментная упаковка из-под кондитерских изделий или масло/жиросодержащих продуктов не загрязняет окружающую среду, хорошо биоразлагается и может использоваться как вторичное сырье, например для удобрений или производства компоста. Его можно использовать и как макулатурную добавку при изготовлении бумаги.

Заслуживает внимания и упаковка из молока – новый вид так называемой «съедобной» пищевой упаковки. На основе молочного белка - казеина получают водонепроницаемую пленку. Такие тонкие пленки можно наносить непосредственно на пищевой продукт – они хорошо выполняют свои барьерные функции, т.е. защищают продукт от механических, атмосферных и других неблагоприятных условий. Так, в частности, они хорошо поддерживают влажность и поэтому их применяют для сыров, а ламинированный пленочный казеин – для йогуртов. Казеин можно модифицировать, т.е. вводить в его состав витамины, ароматизаторы, антиоксиданты для улучшения питательных свойств и увеличения срока его хранения. Такие упаковки получили название «активные» упаковки, так как они принимают непосредственное участие в производстве пищевого продукта. Это новое и рациональное направление в пищевой промышленности. В организме человека они при изготовлении их на основе полисахаридов или целлюлозы могут играть роль натуральных энтеросорбентов, выводя из организма тяжелые и токсичные металлы, радионуклиды и другие контаминанты.

С другой стороны, уделяется внимание и микроорганизмам, для которых  разрабатывают специальные биопрепараты, служащие для них иммуномодуляторами. Такие вещества повышают продуктивность микроорганизмов и активизируют ферментные процессы, протекающие в ходе их жизнедеятельности. Природные штаммы-деструкторы все чаще становятся объектами исследования в биотехнологии. Согласно оценкам экспертов, такие технологии примерно в 50 раз дешевле по сравнению с традиционными химическими способами. Поэтому продолжается работа по методам стимуляции деградативной активности микроорганизмов.

Тенденции рынка

Между тем упаковка продолжает развиваться и дальше. Скоро она будет выступать в роли детектора свежести продуктов питания. Для этого на нее будут наносить пластиковый диск (конечно, из биоразрушаемого полимера), который меняет свой цвет, когда продукт начинает портиться, например от бесцветного до розового или голубого в зависимости от вида пищевого продукта. Первые диски уже появились для морепродуктов – рыбы и креветок. Другой разработкой является продуктовый «светофор», который наносится на вакуумную упаковку, в частности, колбасных изделий и имеет два индикатора, которые и говорят о пригодности или испорченности продукта питания.

Пока биоразлагаемые упаковочные материалы дороже традиционных. Но несмотря на это многие крупные розничные сети переходят на более современную упаковку. Возрастание объемов производства таких упаковочных средств приведет к снижению ее стоимости. Ускорению внедрения этих материалов способствуют соответствующее общественное мнение и законодательные способы воздействия и регулирования на управление упаковочными отходами. При этом необходимыми были бы и экономические стимулы для производителей биодеградируемой упаковки, а также большая информированность населения о ее положительных свойствах. Пока тенденции таковы, что рынок упаковочных материалов будет продолжать динамично расширяться, чему активно способствует и быстро развивающийся электронный бизнес