可降解植物纖維餐具的研究進展

劉嘉亮，呂昭瑋，霍麗斯

（廣東產品質量監督檢驗研究院，廣東順德 528300）

由于一次性發泡塑料餐具具有保溫性、耐壓性、質量輕、價格便宜等優點，多年來一直占據著較大的市場份額。20 世紀90 年代末期，該類餐具被認為是造成大量“白色污染”的“元兇”，我國開始在鐵路車站、旅客列車、長江及太湖等內河水域航運的客船和旅游船上禁用。因為是一次性發泡餐具所造成的“白色污染”是主要的社會污染問題之一。根據中國互聯網絡信息中心的數據顯示，截至2016 年12 月，我國網上外賣用戶規模達到2.09 億人，年增長率為83.7%，市場規模達到1 662.4 億元，2017 年在線餐飲外賣用戶規模預計將達到3.01 億人，市場規模預計將達到2 045.6 億元。根據國人餐飲使用習慣，有環保組織調查后發現，平均每單外賣會消耗3.27 個一次性塑料餐盒/杯，每天消耗的一次性餐飲具超過了6 000 萬個[1-4]。其中，外賣餐具多為塑料制品，材質多為聚丙烯、聚乙烯，很難降解，尤其是一次性塑料餐盒在高溫環境下產生有毒物質，會遷移到食品中造成食品安全問題，在影響人們的食用安全的同時，還會對大氣、土壤等造成污染。

隨著外賣行業的發展，所帶來的環境污染問題不容忽視，一次性發泡餐具所帶來的環境問題亟待解決，因此需要從“源頭”著手，對一次性塑料餐具進行改良與優化，尋求一種安全、綠色環保的一次性發泡可降解型餐具。據資料顯示，當前可以將一次性發泡餐具替代品分為可降解塑料餐具、紙板類餐具、淀粉類餐具、植物纖維餐具、紙漿制品餐具這五大類。由于我國是一個農業大國，植物纖維資源豐富，容易獲取，因此可降解植物纖維餐具具有廣闊的市場前景[5-6]。

1 植物纖維餐具的優勢和缺點

植物纖維餐具，主要以麥秸、稻麥殼和稻草等植物纖維為原材料，把原料粉碎以后，加入一定量的膠黏劑和添加劑，混合均勻后通過熱壓制成。我國是一個農業大國，植物秸稈資源豐富，但大部分都作為產熱材料使用；每年各種水果加工后的果渣有上千萬噸。植物纖維類緩沖包裝材料能夠有效解決這部分過剩材料問題[7-8]。該類餐具具有降解能力強、無污染等特點。同時，植物纖維餐具生產所需要的投資少、生產效率高、所需面積小等優點，而且生產過程中沒有有毒有害物質的排放，生產用水可以循環使用。另外，所使用的黏合劑為天然物質，如面粉、米粉等，這些黏合劑對人體無毒、無害，且具有降解性[9]。

缺點是當前的生產工藝并不是十分成熟，不能適應大規模生成，此外原材料因生長過程中的農藥殘留、糞便、灰塵和附著其上的細菌霉菌在產品的安全上可能存在隱患。而且在潮濕的環境中存放時，產品容易因吸潮產生霉變；此外產品的機械性能方面仍需要加強，熱油狀態下的黏合強度差、脆性大等[10-11]。

2 生產工藝

植物纖維餐具一般以農作物麥秸稈等為原材料，生產工藝上主要分為干法和濕法2 種。

（1） 濕法工藝如下。

（2） 干法工藝如下。

由于干法工藝的生產流程較短、投入少、效率高，因此植物纖維餐具常用干法工藝生產[12]。

3 國外研究狀況

隨著一次性發泡餐具對人身安全和生存環境所造成的危害被逐漸認識，國外的研究學者逐步開始對餐具的工藝進行研究與優化。對于這方面的研究開展較早，其中美國、英國、日本等國家在綠色環保降解型的餐具研究上處于世界前列。Williams H 等人[13]以低成本的有機材料和容易分解的草本植物作為原料，制備出可降解的一次性餐具。有研究人員在玉米淀粉餐具中加入一定量的植物纖維來改變玉米淀粉餐具的機械性能。在2007 年Brunel 大學的研究發布會上，研究人員發表了有關采用麥草纖維在分離和提純后與熱塑性淀粉進行熱壓加工，制成可用于建筑材料和包裝材料的研究。

Chindyasov V[14]研究了淀粉、聚乳酸、滑石粉混合物和相關添加劑的烘焙發泡條件。Balzaretti C 等人[15]研究了亞麻纖維、黃麻在添加了增強淀粉后的發泡工藝條件。研究人員使用拉伸試驗的方法測定了由以谷物和塊莖淀粉為發泡原材料生產的低密度泡沫塑料的力學性能，而且該種材料能夠使用傳統的技術進行生產。研究人員使用植物蛋白制備出可以食用的餐具；而日本研究者使用小麥粉（主要成分是淀粉和蛋白質） 也制備出可以同時食用和包裝的餐具。在廢棄后又可以粉碎用作飼料，大大提高生物高分子材料的再利用率。Schneider J S[16]研究顯示，當采用從環境中分離出來的分解微生物來分解聚酯、纖維素/殼聚糖薄膜和PVA 等材料時，降解性能的試驗結果與實際自然環境中的降解存在較大的差異。

從國外的研究現狀來看，對于一次性發泡餐具的研究所涉及的方面與內容是非常廣泛的，涉及到可降解材料的選用、發泡的工藝和餐具材料的性能研究等內容。

4 國內研究狀況

雖然我國在這方面的研究起步較晚，但是隨著我國環保和安全意識的提高，取得了不錯的研究進展。主要體現在以下方面。

（1） 一次性發泡餐具的現狀和危害。季志堅[17]通過對上海市最新發布的一次性塑料餐飲具產品質量監督抽查公告進行了解，指出一次性塑料餐具的使用現狀并不樂觀，在抽查的188 批次的產品中不合格的共有25 批次，仍然有13.3%的不合格率，這不僅對人身安全造成影響，也使得環境污染愈發嚴重，因此亟待解決與優化，制造高品質的餐具產品。霍嬌等人[18]通過試驗檢測的方式對成都市所銷售的一次性塑料餐飲具中鄰苯二甲酸酯類進行檢測，檢測的結果顯示，部分PAEs 檢出率較高、最高殘留量較大，且有不得用于食品接觸材料的PAEs 檢出，一次性塑料餐飲具的安全性堪憂，嚴重威脅了人們的健康安全，需要生產安全系數更高的一次性餐具。

（2） 可降解等環保型一次性餐具的制備與開發。尹國平等人的研究指出,當使用以可降解大豆蛋白基為原材料的包裝產品，可以減少對環境污染，降低對能源的消耗，有利于生態資源的可持續發展。隨著大豆蛋白基可食用餐具及容器的生產技術的改良和進步，可以有效降低環境污染和生物蛋白利用率。胡婉玉、蔣成義等人利用聚乳酸（PLA） 和秸稈進行共混結合，生產出了一種降解速度快、價格低廉、無毒無害而且性能良好的秸稈餐具或器皿。馬麗葉等人[19]指出淀粉具有成本低廉、來源廣泛、良好的熱塑性、對環境不造成任何污染等特點，在餐具的降解環保的應用上具有非常強大的應用前景。同時，對該材料應用中所存在的不足進行了探討與分析，指出存在耐水性能差、機械強度弱等劣勢，還有待進一步改良與研究。趙軼凡等人[20]指出玉米芯含有豐富的纖維素、木質素等，在一定條件下可使其具有致密的性狀且易于降解；利用玉米芯的優勢將其作為主要的原材料，并通過正交試驗確定各原材料的配比，并經過擠壓工藝最終形成餐具，對材料降解時間等性能進行了試驗研究，達到了環保以及減少了對人體的傷害。周廣業等人[21]主要利用聚乳酸，并與其他的納米水性如黏合劑、復配發泡劑、鹽酸苯肼等開發制作了一次性餐具，并申請了專利，該餐具有綠色環保、可降解、無環境污染等特點，值得廣泛推廣。

此外，南通工業學院采用整體澆注、一步成型發泡法，選用天然植物纖維為基本材料，添加以碳酸氫鈉、碳酸氫銨為主的發泡劑、黏合劑，所制得的產品可完全降解，但對模具和制備工藝的要求較高。

5 結語

目前，國內外對于一次性發泡餐具的安全和環保性能持以高度關注，在環保性能和使用安全性能上，都不斷開展了技術創新，以達到產業發展與環境可持續發展的共贏。但是，針對于目前的研究現狀來看，方法和制備手法多樣，但是在具體的環保型安全型的一次性發泡的開發上還有待深入研究，根據我國國情尋求成本低廉，同時還有良好的安全環保特性的一次性餐具非常必要，對于促進餐飲行業的良性發展、保護產品質量安全和維持環境可持續發展等方面都具有重要的現實研究價值與意義。