可降解餐具的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

◎ 陳曉儀，丁保華，袁 帥，左嘉雯，吳建華，左祥莉

（湖北大學(xué)知行學(xué)院 糧食與食品工程學(xué)院，湖北 武漢 430011）

自從2008年施行“限塑令”之后，塑料的污染問(wèn)題還是很嚴(yán)重，效果較差，雖然新修訂了《固體廢物污染環(huán)境防治法》[1]，但是關(guān)于塑料垃圾問(wèn)題的處理可操作性依然不強(qiáng)，2020年又頒布了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)塑料污染治理的意見(jiàn)》，希望能進(jìn)一步的加大對(duì)塑料制品污染整治的力度[2]。為了找到更好的材料來(lái)代替一次性發(fā)泡塑料餐具，研究人員提出了可降解餐具的概念，并通過(guò)使用多種先進(jìn)加工工藝對(duì)可降解餐具進(jìn)行批量生產(chǎn)，從而在保障此類餐具正常使用之余，能夠最大限度地降低和減少對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境的破壞。可降解餐具的研究在國(guó)內(nèi)外方興未艾。

1 可降解餐具的使用前景與存在問(wèn)題

1.1 使用前景

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年大概使用100億只消費(fèi)快餐用具，并且大體上以25%的速度持續(xù)向上增長(zhǎng)[3]。隨著“白色污染”的加劇，我國(guó)為了更有效地保護(hù)生態(tài)環(huán)境和節(jié)約有限的環(huán)境資源，早在20世紀(jì)末就已經(jīng)明令禁止生產(chǎn)和使用一次性發(fā)泡塑料餐具[4]。并且為有效代替過(guò)去使用的一次性發(fā)泡塑料餐具專門(mén)成立了相應(yīng)的工作小組，其主要工作內(nèi)容之一便是在全國(guó)范圍內(nèi)大力推廣使用可降解餐具[5]。現(xiàn)代人對(duì)于環(huán)境保護(hù)更加上心，并且在使用以及加工生產(chǎn)一次性快餐具時(shí)，不僅考慮其方便性以及經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也加大了對(duì)一次性快餐具對(duì)于人體健康以及周圍生態(tài)環(huán)境危害的關(guān)注。可降解餐具在我國(guó)擁有廣闊的使用前景。

1.2 存在問(wèn)題

影響可降解餐具在我國(guó)廣泛推廣的一大重要原因在于人們的環(huán)境保護(hù)意識(shí)不強(qiáng)，部分地區(qū)的政府部門(mén)出于保護(hù)和促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的目的，未制定出科學(xué)統(tǒng)一的替代方案；另一大關(guān)鍵要素在于缺乏足夠完善和成熟的可降解餐具生產(chǎn)加工技術(shù)[6]。雖然從整體上來(lái)看，出現(xiàn)了不同類型的可降解餐具生產(chǎn)工藝，但其中絕大多數(shù)尚且處于研發(fā)和實(shí)驗(yàn)階段，所生產(chǎn)出來(lái)的可降解餐具質(zhì)量和穩(wěn)定性不足。

相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，可降解餐具價(jià)格在當(dāng)前市場(chǎng)是每只至少0.3元，相比之下，一次性塑料餐具價(jià)格每只只需要0.07元[7]。以街邊普通小快餐館為例，假設(shè)每年需要消費(fèi)300萬(wàn)個(gè)快餐盒，則使用可降解餐具下產(chǎn)生的成本至少為九十萬(wàn)元，如果使用一次性塑料餐具，則其所需成本只需要二十萬(wàn)元。即便在使用可降解餐具的情況下，為了能夠有效控制成本，商家勢(shì)必會(huì)采取提高商品單價(jià)或是減少商品數(shù)量等方式控制成本，那么使用可降解餐具的成本只能由消費(fèi)者買(mǎi)單，這樣會(huì)削減可降解餐具在市場(chǎng)中的核心競(jìng)爭(zhēng)力，無(wú)法被廣泛推廣使用。

2 可降解餐具的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

2.1 可降解餐具類型

從20世紀(jì)60年代，國(guó)外便已經(jīng)成功研發(fā)出可降解餐具，并初步實(shí)現(xiàn)了可降解餐具的商業(yè)化生產(chǎn)。進(jìn)入21世紀(jì)，國(guó)外在對(duì)可降解餐具類型的研究中，發(fā)現(xiàn)按照可降解餐具的使用材料進(jìn)行分類可將其細(xì)分成天然材料制作而成以及使用塑料作為主要成分制作而成的可降解餐具。有研究發(fā)現(xiàn)采用秸稈、土豆淀粉以及竹纖維等天然材料制作而成的餐具具有良好的可降解性[8]。其通過(guò)將秸稈等天然材料完全破碎處理后獲取相應(yīng)的纖維粉，并將大量樹(shù)脂、明膠等混入其中，而后將混合物倒入模具中，經(jīng)過(guò)高溫高壓成型處理后即可獲得可降解餐具[9]。Warner Lambert公司研制出主要以玉米淀粉作為原料的生物可降解餐具[10]。而在對(duì)另一種類型可降解餐具的研究中，祝紅麗等人則通過(guò)以甘蔗渣纖維和竹纖維混合，通過(guò)冷壓成型和熱壓干燥制成可降解餐具，具有較好的應(yīng)用前景[11]。

2.2 國(guó)外可降解餐具加工技術(shù)研究進(jìn)展

國(guó)外經(jīng)過(guò)多年研究，可降解餐具加工技術(shù)中主要有蔗糖、納米纖維素、紙漿模塑餐具加工技術(shù)等。其中，有研究人員發(fā)現(xiàn)，糖經(jīng)過(guò)堿性天然菌種的發(fā)酵，可以生成大量的聚羥基丁酸酯（PHB），然后再將生成的PHB和天然的植物纖維適量混合，將兩者混合物制成小圓柱形球團(tuán)，并按照相關(guān)的加工特性，對(duì)其進(jìn)行裁剪和折疊處理，使其完成初加工，形成餐具模型，而后在對(duì)其進(jìn)行消毒和包裝即可完成可降解餐具的生產(chǎn)加工，由于塑料中的高分子聚合物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，所以塑料被生物降解至少需要100年，而含有聚羥基丁酸酯的可降解餐具一年就可以全部降解，而且降解后釋放的物質(zhì)只有水和二氧化碳[12]。

日本的Ryohei Mori博士則通過(guò)以樹(shù)木、廢棄木材、再回收紙張和植物等天然材料為原材料，適當(dāng)添加可降解塑料，使之產(chǎn)生共混反應(yīng)，而后通過(guò)造粒和擠出工藝進(jìn)行加工成型，再對(duì)其進(jìn)行消毒和包裝處理后也成功制成了納米纖維素PLA可降解餐具。根據(jù)其給出的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，該餐具在適當(dāng)?shù)臈l件下，可以完全降解的同時(shí)不污染環(huán)境[13-14]。而在紙漿模塑類可降解餐具的生產(chǎn)加工研究中，也有研究人員通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)分析，指出此類可降解餐具需要經(jīng)過(guò)配料制備、打漿和疏磨、調(diào)漿，以及制胚、成型、烘干、消毒包裝等流程[15]。但其也在研究中指出，如果在生產(chǎn)加工過(guò)程中無(wú)法對(duì)溫度以及配料和漿料的濕度、稠度等進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，則極易在餐具成型階段出現(xiàn)開(kāi)裂、形變以及氣泡等各種質(zhì)量問(wèn)題，影響產(chǎn)品的最終使用[16]。

2.3 國(guó)內(nèi)可降解餐具加工技術(shù)研究進(jìn)展

雖然我國(guó)在可降解餐具方面的研究起步較晚，但是隨著我國(guó)環(huán)保和安全意識(shí)的提高，也取得了不錯(cuò)的研究進(jìn)展。使用可降解餐具，不僅有利于環(huán)境保護(hù)，而且可以加大對(duì)能源的利用率，更好地踐行我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。可降解餐具具有綠色環(huán)保、可降解、無(wú)環(huán)境污染等特點(diǎn)，值得廣泛推廣。

在關(guān)于可降解餐具類型的研究中，我國(guó)學(xué)者先后使用草漿蘆葦漿以及甘蔗渣、竹纖維等作為原料，搭配使用粉碎、配料和加壓成型等工藝，不僅成功完成可降解餐具的生產(chǎn)加工，同時(shí)也指出此類可降解餐具具有成本低廉、可降解等優(yōu)勢(shì)[11]。

作為天然生物降解餐具的代表，淀粉類餐具在我國(guó)基本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)每年至少10萬(wàn)t的有效產(chǎn)能。而當(dāng)前我國(guó)已有企業(yè)通過(guò)使用淀粉作為起始原料，通過(guò)利用生物發(fā)酵技術(shù)將其合成為聚羥基丁酸-戊酸酯用以制造可降解餐具，使美國(guó)和日本兩國(guó)長(zhǎng)期壟斷可降解餐具領(lǐng)域的局面被徹底顛覆。2007年我國(guó)揚(yáng)州某企業(yè)也通過(guò)建立每年可達(dá)20 000 t有效產(chǎn)能的PBS（聚丁二酸丁二酯）裝置，通過(guò)將二氧化碳與環(huán)氧化合物進(jìn)行共聚反應(yīng)，作為可降解餐具的原料，并實(shí)現(xiàn)可降解餐具的商業(yè)化、批量化生產(chǎn)[17]。

除此之外，我國(guó)有研究人員研發(fā)出了成熟的大豆分離蛋白基可降解餐具以及羧甲基纖維素-木薯淀粉混合制備可降解餐具工藝技術(shù)，使餐具不僅具有良好的可降解性，同時(shí)還具備一定的可食用性。即人們?cè)谑褂么祟惒途吆螅梢灾苯邮秤貌途撸瑥亩兄诖蠓鶞p少餐具廢棄量，達(dá)到節(jié)能環(huán)保、控制能耗的效果[18]。還有學(xué)者通過(guò)利用現(xiàn)有的植物纖維技術(shù)，在植物的果蔬纖維中加入添加劑，再熱壓成型，生產(chǎn)出的成品具有降解能力更強(qiáng)、沒(méi)有污染等特點(diǎn)，而且生產(chǎn)用水可以循環(huán)利用，堅(jiān)決貫徹我國(guó)的科學(xué)發(fā)展觀[19]。

在與國(guó)外相關(guān)研究成果進(jìn)行有機(jī)整合下，只使用聚合物PLA（聚乳酸），將其同天然高分子物質(zhì)（淀粉、竹粉、稻殼粉等）進(jìn)行相互搭配，可以使可降解餐具的生物降解能力得到大幅提升，使其在自然狀態(tài)下，全部降解為元素和無(wú)機(jī)鹽[20]。

2.4 可降解餐具未來(lái)發(fā)展

根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2020年底，我國(guó)生物降解餐具的需求量已經(jīng)達(dá)到了45萬(wàn)t，并且在我國(guó)863重點(diǎn)項(xiàng)目支持下，國(guó)內(nèi)關(guān)于可降解餐具的研發(fā)以及生產(chǎn)加工力度也在不斷加大。考慮到我國(guó)人口基數(shù)較大，每年的食品消費(fèi)總量也十分龐大，因此在未來(lái)十年內(nèi)我國(guó)可降解餐具產(chǎn)量還將實(shí)現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)[21]。根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究，可知其發(fā)展是一個(gè)先易后難、循序漸進(jìn)的過(guò)程。制約可降解餐具發(fā)展的因素主要集中在加工技術(shù)以及材料使用方面，因此想要實(shí)現(xiàn)可降解餐具的可持續(xù)發(fā)展，還需要相關(guān)研究人員繼續(xù)深化對(duì)可降解餐具材料的物質(zhì)傳遞、成型增塑等眾多相關(guān)理論的研究。并在關(guān)注可降解餐具使用材料的獲取難度、加工可行性以及經(jīng)濟(jì)性等基礎(chǔ)上，重點(diǎn)關(guān)注材料的抗氧化能力、抗菌性能和阻隔性能，以此在有效保障可降解餐具生物降解性能的同時(shí)，使生產(chǎn)加工出的可降解餐具能夠有效滿足人們的使用需求。餐具材料也將從原來(lái)的單一材料開(kāi)始向復(fù)合材料過(guò)渡，利用多種材料的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，能有效達(dá)到提高可降解餐具性能的目的。此外，原本單一的研究成果在未來(lái)也將逐漸朝著集成化的方向發(fā)展，同時(shí)在我國(guó)科技水平穩(wěn)步增長(zhǎng)的前提下，材料新奇、價(jià)格便宜且具有較高可降解性能和可食用性能的材料會(huì)如雨后春筍般破土而出。

3 結(jié)語(yǔ)

按照原材料類型可以將可降解餐具大致分為天然材料制備餐具、塑料為主原料制備餐具以及微生物合成、化學(xué)合成可降解餐具，生產(chǎn)加工可降解餐具中的工藝技術(shù)則包括蔗糖加工工藝技術(shù)、淀粉餐具生產(chǎn)技術(shù)、紙漿模塑餐具加工技術(shù)、納米纖維類餐具加工技術(shù)等，隨著新版“限塑令”的到來(lái)，相信未來(lái)還會(huì)出現(xiàn)更多生物降解性能良好的可降解餐具，同時(shí)生產(chǎn)工藝技術(shù)也更加簡(jiǎn)潔、高效，加工成本也將得到進(jìn)一步控制。