可降解植物纤维餐具的研究进展

刘嘉亮，吕昭玮，霍丽斯

（广东产品质量监督检验研究院，广东顺德 528300）

由于一次性发泡塑料餐具具有保温性、耐压性、质量轻、价格便宜等优点，多年来一直占据着较大的市场份额。20 世纪90 年代末期，该类餐具被认为是造成大量“白色污染”的“元凶”，我国开始在铁路车站、旅客列车、长江及太湖等内河水域航运的客船和旅游船上禁用。因为是一次性发泡餐具所造成的“白色污染”是主要的社会污染问题之一。根据中国互联网络信息中心的数据显示，截至2016 年12 月，我国网上外卖用户规模达到2.09 亿人，年增长率为83.7%，市场规模达到1 662.4 亿元，2017 年在线餐饮外卖用户规模预计将达到3.01 亿人，市场规模预计将达到2 045.6 亿元。根据国人餐饮使用习惯，有环保组织调查后发现，平均每单外卖会消耗3.27 个一次性塑料餐盒/杯，每天消耗的一次性餐饮具超过了6 000 万个[1-4]。其中，外卖餐具多为塑料制品，材质多为聚丙烯、聚乙烯，很难降解，尤其是一次性塑料餐盒在高温环境下产生有毒物质，会迁移到食品中造成食品安全问题，在影响人们的食用安全的同时，还会对大气、土壤等造成污染。

随着外卖行业的发展，所带来的环境污染问题不容忽视，一次性发泡餐具所带来的环境问题亟待解决，因此需要从“源头”着手，对一次性塑料餐具进行改良与优化，寻求一种安全、绿色环保的一次性发泡可降解型餐具。据资料显示，当前可以将一次性发泡餐具替代品分为可降解塑料餐具、纸板类餐具、淀粉类餐具、植物纤维餐具、纸浆制品餐具这五大类。由于我国是一个农业大国，植物纤维资源丰富，容易获取，因此可降解植物纤维餐具具有广阔的市场前景[5-6]。

1 植物纤维餐具的优势和缺点

植物纤维餐具，主要以麦秸、稻麦壳和稻草等植物纤维为原材料，把原料粉碎以后，加入一定量的胶黏剂和添加剂，混合均匀后通过热压制成。我国是一个农业大国，植物秸秆资源丰富，但大部分都作为产热材料使用；每年各种水果加工后的果渣有上千万吨。植物纤维类缓冲包装材料能够有效解决这部分过剩材料问题[7-8]。该类餐具具有降解能力强、无污染等特点。同时，植物纤维餐具生产所需要的投资少、生产效率高、所需面积小等优点，而且生产过程中没有有毒有害物质的排放，生产用水可以循环使用。另外，所使用的黏合剂为天然物质，如面粉、米粉等，这些黏合剂对人体无毒、无害，且具有降解性[9]。

缺点是当前的生产工艺并不是十分成熟，不能适应大规模生成，此外原材料因生长过程中的农药残留、粪便、灰尘和附着其上的细菌霉菌在产品的安全上可能存在隐患。而且在潮湿的环境中存放时，产品容易因吸潮产生霉变；此外产品的机械性能方面仍需要加强，热油状态下的黏合强度差、脆性大等[10-11]。

2 生产工艺

植物纤维餐具一般以农作物麦秸秆等为原材料，生产工艺上主要分为干法和湿法2 种。

（1） 湿法工艺如下。

（2） 干法工艺如下。

由于干法工艺的生产流程较短、投入少、效率高，因此植物纤维餐具常用干法工艺生产[12]。

3 国外研究状况

随着一次性发泡餐具对人身安全和生存环境所造成的危害被逐渐认识，国外的研究学者逐步开始对餐具的工艺进行研究与优化。对于这方面的研究开展较早，其中美国、英国、日本等国家在绿色环保降解型的餐具研究上处于世界前列。Williams H 等人[13]以低成本的有机材料和容易分解的草本植物作为原料，制备出可降解的一次性餐具。有研究人员在玉米淀粉餐具中加入一定量的植物纤维来改变玉米淀粉餐具的机械性能。在2007 年Brunel 大学的研究发布会上，研究人员发表了有关采用麦草纤维在分离和提纯后与热塑性淀粉进行热压加工，制成可用于建筑材料和包装材料的研究。

Chindyasov V[14]研究了淀粉、聚乳酸、滑石粉混合物和相关添加剂的烘焙发泡条件。Balzaretti C 等人[15]研究了亚麻纤维、黄麻在添加了增强淀粉后的发泡工艺条件。研究人员使用拉伸试验的方法测定了由以谷物和块茎淀粉为发泡原材料生产的低密度泡沫塑料的力学性能，而且该种材料能够使用传统的技术进行生产。研究人员使用植物蛋白制备出可以食用的餐具；而日本研究者使用小麦粉（主要成分是淀粉和蛋白质） 也制备出可以同时食用和包装的餐具。在废弃后又可以粉碎用作饲料，大大提高生物高分子材料的再利用率。Schneider J S[16]研究显示，当采用从环境中分离出来的分解微生物来分解聚酯、纤维素/壳聚糖薄膜和PVA 等材料时，降解性能的试验结果与实际自然环境中的降解存在较大的差异。

从国外的研究现状来看，对于一次性发泡餐具的研究所涉及的方面与内容是非常广泛的，涉及到可降解材料的选用、发泡的工艺和餐具材料的性能研究等内容。

4 国内研究状况

虽然我国在这方面的研究起步较晚，但是随着我国环保和安全意识的提高，取得了不错的研究进展。主要体现在以下方面。

（1） 一次性发泡餐具的现状和危害。季志坚[17]通过对上海市最新发布的一次性塑料餐饮具产品质量监督抽查公告进行了解，指出一次性塑料餐具的使用现状并不乐观，在抽查的188 批次的产品中不合格的共有25 批次，仍然有13.3%的不合格率，这不仅对人身安全造成影响，也使得环境污染愈发严重，因此亟待解决与优化，制造高品质的餐具产品。霍娇等人[18]通过试验检测的方式对成都市所销售的一次性塑料餐饮具中邻苯二甲酸酯类进行检测，检测的结果显示，部分PAEs 检出率较高、最高残留量较大，且有不得用于食品接触材料的PAEs 检出，一次性塑料餐饮具的安全性堪忧，严重威胁了人们的健康安全，需要生产安全系数更高的一次性餐具。

（2） 可降解等环保型一次性餐具的制备与开发。尹国平等人的研究指出,当使用以可降解大豆蛋白基为原材料的包装产品，可以减少对环境污染，降低对能源的消耗，有利于生态资源的可持续发展。随着大豆蛋白基可食用餐具及容器的生产技术的改良和进步，可以有效降低环境污染和生物蛋白利用率。胡婉玉、蒋成义等人利用聚乳酸（PLA） 和秸秆进行共混结合，生产出了一种降解速度快、价格低廉、无毒无害而且性能良好的秸秆餐具或器皿。马丽叶等人[19]指出淀粉具有成本低廉、来源广泛、良好的热塑性、对环境不造成任何污染等特点，在餐具的降解环保的应用上具有非常强大的应用前景。同时，对该材料应用中所存在的不足进行了探讨与分析，指出存在耐水性能差、机械强度弱等劣势，还有待进一步改良与研究。赵轶凡等人[20]指出玉米芯含有丰富的纤维素、木质素等，在一定条件下可使其具有致密的性状且易于降解；利用玉米芯的优势将其作为主要的原材料，并通过正交试验确定各原材料的配比，并经过挤压工艺最终形成餐具，对材料降解时间等性能进行了试验研究，达到了环保以及减少了对人体的伤害。周广业等人[21]主要利用聚乳酸，并与其他的纳米水性如黏合剂、复配发泡剂、盐酸苯肼等开发制作了一次性餐具，并申请了专利，该餐具有绿色环保、可降解、无环境污染等特点，值得广泛推广。

此外，南通工业学院采用整体浇注、一步成型发泡法，选用天然植物纤维为基本材料，添加以碳酸氢钠、碳酸氢铵为主的发泡剂、黏合剂，所制得的产品可完全降解，但对模具和制备工艺的要求较高。

5 结语

目前，国内外对于一次性发泡餐具的安全和环保性能持以高度关注，在环保性能和使用安全性能上，都不断开展了技术创新，以达到产业发展与环境可持续发展的共赢。但是，针对于目前的研究现状来看，方法和制备手法多样，但是在具体的环保型安全型的一次性发泡的开发上还有待深入研究，根据我国国情寻求成本低廉，同时还有良好的安全环保特性的一次性餐具非常必要，对于促进餐饮行业的良性发展、保护产品质量安全和维持环境可持续发展等方面都具有重要的现实研究价值与意义。