Bioplastik ze skrobi kukurydzianej w opakowaniach do żywności: gdzie to działa, a gdzie zawodzi

Bioplastik ze skrobi kukurydzianej: co się sprawdza, a co zawodzi

Skrobia kukurydziana nie jest ani cudownym materiałem, ani chwytem marketingowym. Jest to surowiec, który ma mierzalne limity i to one decydują o tym, jakie tacki, kubki i folie przykrywające może on realistycznie udźwignąć.

Napełnij kubek porcjowany o pojemności 6 uncji sosem o temperaturze 85 ° C, zamknij go i pozostaw pod lampą grzejną na dwadzieścia minut. Kubek polipropylenowy ledwo zauważalny. Kubek z bioplastiku ze skrobi kukurydzianej o tej samej grubości ścianki może zmięknąć na krawędzi, odkształcić się w owal i utracić szczelność. Przeprowadź ten pojedynczy test przed jakąkolwiek rozmową na temat twierdzeń o zrównoważonym rozwoju, a dowiesz się więcej o materiale, niż powie ci karta danych laboratoryjnych.

Wniosek pierwszy: bioplastik ze skrobi kukurydzianej jest prawdziwym materiałem opakowaniowym zgodnym z normami, ale nie zastępuje go w całym katalogu produktów. Dobrze sprawdza się w zastosowaniach o krótkim okresie przydatności do spożycia, schłodzonych, o niskiej wilgotności i suchych, a także radzi sobie z napełnianiem na gorąco, długim okresem przydatności do spożycia w temperaturze otoczenia, wysoką zawartością tłuszczu i wilgotną logistyką.

Artykuł ten pochodzi z praktycznej strony branży. Jesteśmy Plastik Ningbo Linhua , producenta opakowań do kontaktu z żywnością, który wykorzystuje na tych samych zasadach PP, PS, PET, TFPP i PLA, a pytanie, które nas interesuje, jest wąskie: które produkty można przejść na materiał na bazie skrobi lub PLA bez naruszania plomby, okresu przydatności do spożycia lub dokumentacji zgodności?

Jak skrobia kukurydziana staje się materiałem opakowaniowym

Istnieją dwie drogi od ziaren kukurydzy do gotowego opakowania, a kończą się one na bardzo różnych materiałach i bardzo różnych cenach.

Droga pierwsza: skrobia termoplastyczna

Granulki skrobi podgrzewa się z wodą i plastyfikatorem, takim jak glicerol lub sorbitol, do temperatury około 60–70 °C, podczas gdy ścinanie rozrywa strukturę granulek. Wychodzi skrobia termoplastyczna: niedroga, odnawialna i silnie hydrofilowa. Zawartość amylozy kształtuje większość jego zachowania. Standardowa skrobia kukurydziana zawiera około jednej czwartej amylozy, kukurydza woskowa prawie nie zawiera, a hybrydy o wysokiej zawartości amylozy ponad połowę. Więcej amylozy oznacza mocniejszy, sztywniejszy film, który jest również bardziej kruchy. Ponieważ zwykła skrobia termoplastyczna pochłania wilgoć z powietrza, dostępne w handlu tace i folie zwykle mieszają ją z PBAT, PLA lub PBS, aby gotowa część mogła przetrwać łańcuch chłodniczy.

Droga druga: skrobia do kwasu mlekowego do PLA

Droga przemysłowa jest enzymatyczna i biologiczna. Skrobia jest hydrolizowana do glukozy, fermentowana do kwasu mlekowego, przekształcana do laktydu, a następnie polimeryzowana do polilaktydu. Polimer ten znajduje się w większości kompostowalnych kubków, muszli i folii przykrywających sprzedawanych obecnie w gastronomii. Zwykły amorficzny PLA ma zeszklenie w przybliżeniu 55–60 ° C, co wyjaśnia, dlaczego dobrze sobie radzi z napojami mrożonymi i niewygodnie z kawą. Gatunki skrystalizowane zwiększają krótkotrwałą odporność na ciepło do zakresu 90–120 °C, przy wyższych kosztach materiału i węższym oknie przetwarzania.

Skrobia jest tania, odnawialna i hydrofilowa. Sprzedają go pierwsze dwie nieruchomości; trzeci ogranicza prawie każde zastosowanie żywności, do którego wchodzi.

Porównanie głównych opcji

Poniższa tabela zawiera zestawienie istotnych decyzji, których podjęcie zwykle wymaga trzech serii pilotażowych. Używaj go jako narzędzia do sprawdzania, a nie jako specyfikacji.

Wyłaniają się dwa wzorce. Ciepło i wilgoć wędrują razem, więc ta sama mieszanka, która sprawdza się w schłodzonym kubku do sosu, może nie sprawdzić się na linii napełniania na gorąco lub w wilgotnym magazynie. Produkty, które najłatwiej ulegają zmianie, to małe, suche lub schłodzone: kubki do sosów i dressingów, pudełka do produkcji, tacki na suche produkty i pokrywki do zimnych kubków.

Gotowe posiłki znajdują się na drugim końcu skali. W tym przypadku tacę, barierę i uszczelkę należy określić jako jeden system, a w większości projektów element pochodzenia biologicznego wchodzi przez folię przykrywającą, a nie przez korpus tacy.

Kompostowalność to kwestia kolekcjonerska

EN 13432 w Europie, ASTM D6400 w Stanach Zjednoczonych i ISO 17088 na arenie międzynarodowej wymagają mniej więcej tego samego w przypadku materiału opakowaniowego: co najmniej 90% rozpadu w ciągu dwunastu tygodni w temperaturze około 58 °C w środowisku kompostowania przemysłowego, co najmniej 90% biodegradacji w ciągu sześciu miesięcy, brak toksycznego wpływu na gotowy kompost oraz ograniczenia dotyczące metali ciężkich i węgla organicznego. Schematy kompostowania w domu są odrębne i bardziej rygorystyczne w praktyce, ponieważ muszą pracować w temperaturze otoczenia, a większość artykułów PLA ich nie spełnia.

Luką pomiędzy certyfikacją a rzeczywistością jest zbieranie. Certyfikowana taca kompostowalna, która trafia na wysypisko lub spalarnię, zachowuje się jak każdy inny odpad, dlatego też trasa wycofania z eksploatacji powinna znajdować się na początku projektu, a nie na jego końcu.

Ryzyko zgodności, migracji i dostaw

Roślinne nie oznacza automatycznie bezpieczne dla żywności. W Unii Europejskiej mieszanka skrobi lub wyrób PLA stosowany w żywności musi podlegać przepisom rozporządzenia (UE) nr 10/2011, spełniać ogólny limit migracji wynoszący 10 mg/dm² i posiadać szczegółowe dane dotyczące migracji dla każdego dodatku w preparacie. W Stanach Zjednoczonych żywica wymaga skutecznego zezwolenia FDA na kontakt z żywnością, a w Chinach odpowiednimi przepisami jest GB 4806.7. W przypadku związków pochodzenia biologicznego ryzyko migracji zwykle wynika z plastyfikatora i substancji pomocniczych w przetwórstwie, a nie z samej skrobi.

Zmiana dostawcy to druga połowa ryzyka. Związki skrobi zostają przeformułowane — inny plastyfikator, nowe źródło PBAT, ulepszony nośnik — i związek, który przeszedł test migracji w marcu, może nie być tym samym związkiem we wrześniu. Przypnij ocenę w specyfikacji zakupu, zażądaj deklaracji zgodności z numerem wersji i datą ważności, a następnie powtórz test po każdej zmianie źródła żywicy.

Uruchomienie bioopakowania na istniejącej linii

Biomateriał zmienia ustawienia maszyny, a nie tylko zbiornik na żywicę. Sześć punktów decyduje o tym, czy seria próbna stanie się serią produkcyjną.

• Wysuszenie. PLA hydrolizuje w obecności wilgoci. Wysuszyć do około 250 ppm lub mniej przed wytłaczaniem lub termoformowaniem, zwykle od czterech do sześciu godzin w temperaturze 60–80 ° C w suszarce ze środkiem pochłaniającym wilgoć.
• Opieczętowanie. Warstwy uszczelniające na bazie biologicznej zamykają się w temperaturze około 90–120 °C, w porównaniu do 130–160 °C w przypadku systemów na bazie PE, więc całe okno uszczelniające przesuwa się w dół i standardowa folia pokrywająca nie podąża za nim.
• Termoformowanie. Okno pomiędzy mięknięciem a zwiotczeniem jest węższe niż w przypadku PP, a gatunki skrystalizowane wymagają cieplejszych form i dłuższych czasów cykli.
• Sztywność i waga. PLA ma gęstość w pobliżu 1,24 g/cm3 w porównaniu z około 0,90 w przypadku PP, więc część o równej objętości waży więcej, a ta sama sztywność może wymagać grubszej ścianki. Porównaj koszt gotowej jednostki, a nie koszt kilograma.
• Klimat przechowywania. Części zawierające skrobię pochłaniają wilgoć. Trzymaj je poniżej około 50% wilgotności względnej, z dala od bezpośredniego światła słonecznego i gorącego sprzętu.
• Kurz i ładunki elektrostatyczne. Związki skrobi mogą powodować większe pylenie i przenoszenie ładunków elektrostatycznych przy dużych prędkościach linii, dlatego należy sprawdzić podawanie, transport i transfer pneumatyczny.

Zapieczętowanie to miejsce, w którym zawodzi większość pierwszych pilotów, ponieważ tacka i folia są traktowane jako dwa osobne zakupy. Stanowią jeden system: warstwa uszczelniająca musi zamknąć się w temperaturze, jaką może przetrwać korpus tacy, a połączenie musi wytrzymać cały łańcuch chłodniczy.

Określ razem parę, przetestuj je na rzeczywistej maszynie i zapisz parametry zgrzewania w specyfikacji opakowania, aby następna zmiana mogła je odtworzyć.

Pilot, który odpowiada na prawdziwe pytanie

Przydatna próba jest krótka, konkretna i nieco niepochlebna względem materiału.

1. Wybierz najgorszy produkt, a nie najbardziej fotogeniczny: sos o najwyższej zawartości tłuszczu, najdłuższy deklarowany termin przydatności do spożycia.
2. Ustal klimat, na przykład przyspieszony sklep o temperaturze 30°C i wilgotności względnej 75% jako zastępstwo dla łańcucha dostaw chłodniczych lub tropikalnych.
3. Testuj siłę uszczelnienia i penetrację barwnika w dniu zerowym, w połowie okresu trwałości i na końcu okresu użytkowania, a nie raz na początku.
4. Testuj upadek i wibracje zapakowanej palety, a nie pojedynczej jednostki na stole warsztatowym.
5. Otwórz opakowanie na końcu i sprawdź wygląd, kondensację i integralność uszczelnienia.
6. Potwierdź pisemnie miejsce przeznaczenia odpadów ze sprzedawcą, miastem lub firmą cateringową kontraktową.
7. Porównaj koszt gotowej jednostki, w tym dodatkowy materiał, folię i dłuższy czas cyklu.

Bioplastik ze skrobi kukurydzianej jest wąskim narzędziem. Nie będzie mieć linii do napełniania na gorąco, dwuletniego okresu przechowywania w temperaturze otoczenia ani klienta bez zbierania odpadów organicznych, a żadna ilość marketingu nie zmieni tej fizyki. Nadal może zająć znaczącą część portfolio opakowań do żywności — schłodzone dania gotowe, kubki na zimne porcje, pudełka produkcyjne, tacki na produkty suche — pod warunkiem, że materiał, format, folia i droga odpadu zostaną wybrane łącznie.

Przydatnym pytaniem nigdy nie jest, czy bioplastik ze skrobi kukurydzianej jest dobry. Chodzi o to, czy ten produkt, w tym klimacie, na tej linii, przy tej drodze odprowadzania odpadów, działa lepiej niż żywica, którą już używasz. Odpowiedz na to pytanie z pilotem, a informacja na etykiecie rozwiąże się sama. To ta sama logika, która stoi za naszą zobowiązanie do zerowej emisji dwutlenku węgla : najpierw zmierz, potem zatwierdź.