Биопластик из кукурузного крахмала в упаковке пищевых продуктов: где он работает, а где нет

Биопластик из кукурузного крахмала: что выдерживает, а что нет

Кукурузный крахмал – это не чудо-материал и не маркетинговый трюк. Это сырье с измеримыми пределами, и эти ограничения определяют, какие лотки, стаканчики и пленки для крышек оно реально может перевозить.

Наполните порционную чашку емкостью 6 унций соусом, нагретым до 85 °C, закройте ее и оставьте под лампой на двадцать минут. Полипропиленовый стакан почти не замечает. Биопластиковый стаканчик из кукурузного крахмала с такой же толщиной стенок может размягчиться по краю, деформироваться в овал и потерять герметичность. Проведите этот единственный тест перед любым разговором о заявлениях об экологичности, и вы узнаете о материале больше, чем вам расскажут лабораторные данные.

Первый вывод: биопластик из кукурузного крахмала — это настоящий, сертифицированный по стандартам упаковочный материал, но он не является полной заменой в каталоге продукции. Он хорошо работает при хранении с коротким сроком хранения, в охлажденном виде, при низкой влажности и в сухом виде, а также плохо справляется с горячим розливом, длительным сроком хранения при комнатной температуре, высоким содержанием жира и влажной логистикой.

Эта статья посвящена практической стороне отрасли. Мы Нинбо Линьхуа Пластик , производителя упаковки, контактирующей с пищевыми продуктами, который использует ПП, ПС, ПЭТ, TFПП и PLA на одних и тех же линиях, и вопрос, который нас волнует, узок: какие продукты могут перейти на материал на основе крахмала или PLA, не нарушая герметичность, срок годности или файл соответствия?

Как кукурузный крахмал становится упаковочным материалом

Есть два пути от зерна кукурузы до готовой упаковки, и они заканчиваются совершенно разными материалами с очень разной ценой.

Путь первый: термопластичный крахмал

Гранулы крахмала нагревают с водой и пластификатором, таким как глицерин или сорбит, примерно до 60–70 ° C, в то время как сдвиг разрушает структуру гранул. В результате получается термопластичный крахмал: недорогой, возобновляемый и сильно гидрофильный. Содержание амилозы определяет большую часть его поведения. Стандартный кукурузный крахмал содержит около четверти амилозы, восковая кукуруза – почти нет, а гибриды с высоким содержанием амилозы – более половины. Больше амилозы означает более прочную, жесткую и одновременно более хрупкую пленку. Поскольку простой термопластичный крахмал поглощает влагу из воздуха, коммерческие лотки и пленки обычно смешивают его с PBAT, PLA или PBS, чтобы готовая деталь могла выдержать холодную цепь.

Путь второй: крахмал к молочной кислоте и PLA.

Промышленный путь – ферментативный и биологический. Крахмал гидролизуется до глюкозы, ферментируется до молочной кислоты, превращается в лактид, а затем полимеризуется в полилактид. Этот полимер используется в большинстве биоразлагаемых чашек, раскладушек и пленок для крышек, которые сегодня продаются в сфере общественного питания. Простой аморфный PLA имеет температуру стеклования примерно 55–60 °C, что объясняет, почему он удобен для напитков со льдом и неудобен для кофе. Кристаллизованные сорта повышают кратковременную термостойкость до диапазона 90–120 °C, что связано с более высокой стоимостью материала и более узким окном обработки.

Крахмал дешев, возобновляем и гидрофильен. Первые два объекта продают его; третий ограничивает почти каждое применение пищевых продуктов, в которое он входит.

Как сравниваются основные параметры

В таблице ниже кратко изложено существенное решение, для принятия которого обычно требуется три пилотных запуска. Используйте его как инструмент проверки, а не как спецификацию.

Возникают две закономерности. Тепло и влага перемещаются вместе, поэтому та же самая смесь, которая работает в охлажденной чашке для соуса, может выйти из строя на линии горячего розлива или на влажном складе. А продукты, которые легче всего заменяются, — небольшие, сухие или охлажденные: чашки для соуса и заправки, коробки для продуктов, лотки для галантерейных товаров и крышки для холодных чашек.

Готовые блюда находятся на противоположном конце шкалы. Там лоток, барьер и уплотнение должны быть определены как одна система, и в большинстве проектов элемент на биологической основе проникает через закрывающую пленку, а не через корпус лотка.

Компостируемость – это вопрос сбора

EN 13432 в Европе, ASTM D6400 в США и ISO 17088 на международном уровне требуют примерно того же самого от упаковочного материала: не менее 90% распада в течение двенадцати недель при температуре около 58 °C в среде промышленного компостирования, не менее 90% биоразложения в течение шести месяцев, отсутствие токсического воздействия на готовый компост и ограничение содержания тяжелых металлов и органического углерода. Схемы домашнего компостирования на практике являются отдельными и более строгими, поскольку они должны работать при температуре окружающей среды, и большинство изделий из PLA им не соответствуют.

Разрыв между сертификацией и реальностью – это сбор. Сертифицированный компостируемый лоток, доставленный на свалку или в мусоросжигательный завод, ведет себя как любой другой мусор, поэтому маршрут окончания срока службы приходится на начало проекта, а не на его конец.

Соблюдение требований, миграция и риск поставок

Растительное происхождение не означает автоматически, что оно безопасно для пищевых продуктов. В Европейском Союзе смесь крахмала или изделие из PLA, используемое в пищевых продуктах, должно соответствовать Регламенту (ЕС) № 10/2011, соответствовать общему пределу миграции 10 мг/дм² и содержать конкретные данные о миграции для каждой добавки в рецептуре. В Соединенных Штатах смола нуждается в эффективном разрешении FDA на контакт с пищевыми продуктами, а в Китае соответствующей нормативной базой является GB 4806.7. В соединениях биологического происхождения риск миграции обычно исходит от пластификатора и технологических добавок, а не от самого крахмала.

Смена поставщика — это вторая половина риска. Состав крахмальных соединений меняется — другой пластификатор, новый источник ПБАТ, модифицированный носитель — и соединение, которое прошло тест на миграцию в марте, может уже не быть тем же соединением в сентябре. Укажите марку в спецификации покупки, требуйте декларацию о соответствии с номером редакции и датой истечения срока годности и проводите повторные испытания после любого изменения источника смолы.

Производство биоупаковки на существующей линии

Материал на биологической основе меняет настройки машины, а не только бункер для смолы. Шесть пунктов решают, станет ли пробный запуск серийным.

• Сушка. PLA гидролизуется в присутствии влаги. Высушите его примерно до 250 частей на миллион или ниже перед экструзией или термоформованием, обычно от четырех до шести часов при температуре 60–80 ° C в влагопоглотительной сушилке.
• Герметизация. Слои уплотнения на биологической основе закрываются примерно при 90–120 °C, тогда как для систем на основе полиэтилена – 130–160 °C, поэтому все окно уплотнения смещается вниз, и стандартная закрывающая пленка не будет следовать за ним.
• Термоформование. Интервал между размягчением и провисанием уже, чем у ПП, а для кристаллизованных сортов требуются более горячие формы и более длительное время цикла.
• Жесткость и вес. PLA имеет плотность около 1,24 г/см³ против примерно 0,90 у PP, поэтому деталь равного объема весит больше, а при той же жесткости может потребоваться более толстая стенка. Сравнивайте стоимость готовой единицы, а не стоимость килограмма.
• Климат хранения. Крахмалсодержащие детали впитывают влагу. Держите их при относительной влажности ниже 50 %, вдали от прямых солнечных лучей и горячего оборудования.
• Пыль и статика. Крахмальные соединения могут образовывать больше пыли и нести статический заряд на высоких скоростях линии, поэтому проверьте подачу, транспортировку и пневматическую передачу.

Запечатывание — вот то место, где терпят неудачу большинство первых пилотных проектов, поскольку лоток и пленка рассматриваются как две отдельные покупки. Это одна система: герметизирующий слой должен закрываться при температуре, которую может выдержать корпус лотка, а соединение должно сохраняться в течение всей холодовой цепи.

Укажите пару вместе, протестируйте их на реальной машине и запишите параметры уплотнения в спецификации упаковки, чтобы следующая смена могла их воспроизвести.

Пилот, который отвечает на реальный вопрос

Полезное судебное разбирательство должно быть коротким, конкретным и слегка нелестным по отношению к материалу.

1. Выбирайте самый плохой продукт, а не самый фотогеничный: самый жирный соус, самый длинный заявленный срок годности.
2. Установите климат, например, ускоренный склад с температурой 30 °C и относительной влажностью 75% в качестве замены охлажденной или тропической цепочки поставок.
3. Проверьте прочность уплотнения и проникновение красителя в нулевой день, в середине и в конце срока службы, а не один раз в начале.
4. Падением и вибрацией подвергается упакованный поддон, а не отдельная единица на стенде.
5. Вскройте упаковки в конце и проверьте внешний вид, наличие конденсата и целостность запечатывания.
6. Подтвердите место назначения отходов в письменной форме у розничного продавца, города или поставщика общественного питания.
7. Сравните стоимость готовой единицы, включая дополнительный материал, пленку и более медленное время цикла.

Биопластик из кукурузного крахмала – узкий инструмент. У него не будет линии горячего розлива, двухлетнего срока хранения при комнатной температуре или покупателя, не собирающего органические отходы, и никакие маркетинговые усилия не изменят эту физику. Он по-прежнему может занимать значимую часть портфолио упаковки пищевых продуктов — охлажденные готовые блюда, порционные стаканчики для холодных напитков, коробки для продуктов, лотки для галантерейных товаров — при условии, что материал, формат, пленка и маршрут отходов выбраны вместе.

Полезный вопрос никогда не заключается в том, хорош ли биопластик из кукурузного крахмала. Вопрос в том, работает ли этот продукт в этом климате, на этой линии, с этим маршрутом отходов лучше, чем смола, которую вы уже используете. Ответьте на этот вопрос с помощью пилота, и претензия на этикетке позаботится сама собой. Это та же логика, что и наша собственная. обязательство по нулевому выбросу углерода : сначала измерьте, затем зафиксируйте.