可降解餐具的国内外研究进展

◎ 陈晓仪，丁保华，袁 帅，左嘉雯，吴建华，左祥莉

（湖北大学知行学院 粮食与食品工程学院，湖北 武汉 430011）

自从2008年施行“限塑令”之后，塑料的污染问题还是很严重，效果较差，虽然新修订了《固体废物污染环境防治法》[1]，但是关于塑料垃圾问题的处理可操作性依然不强，2020年又颁布了《关于进一步加强塑料污染治理的意见》，希望能进一步的加大对塑料制品污染整治的力度[2]。为了找到更好的材料来代替一次性发泡塑料餐具，研究人员提出了可降解餐具的概念，并通过使用多种先进加工工艺对可降解餐具进行批量生产，从而在保障此类餐具正常使用之余，能够最大限度地降低和减少对周围生态环境的破坏。可降解餐具的研究在国内外方兴未艾。

1 可降解餐具的使用前景与存在问题

1.1 使用前景

据不完全统计，我国每年大概使用100亿只消费快餐用具，并且大体上以25%的速度持续向上增长[3]。随着“白色污染”的加剧，我国为了更有效地保护生态环境和节约有限的环境资源，早在20世纪末就已经明令禁止生产和使用一次性发泡塑料餐具[4]。并且为有效代替过去使用的一次性发泡塑料餐具专门成立了相应的工作小组，其主要工作内容之一便是在全国范围内大力推广使用可降解餐具[5]。现代人对于环境保护更加上心，并且在使用以及加工生产一次性快餐具时，不仅考虑其方便性以及经济性，同时也加大了对一次性快餐具对于人体健康以及周围生态环境危害的关注。可降解餐具在我国拥有广阔的使用前景。

1.2 存在问题

影响可降解餐具在我国广泛推广的一大重要原因在于人们的环境保护意识不强，部分地区的政府部门出于保护和促进当地经济发展的目的，未制定出科学统一的替代方案；另一大关键要素在于缺乏足够完善和成熟的可降解餐具生产加工技术[6]。虽然从整体上来看，出现了不同类型的可降解餐具生产工艺，但其中绝大多数尚且处于研发和实验阶段，所生产出来的可降解餐具质量和稳定性不足。

相关数据显示，可降解餐具价格在当前市场是每只至少0.3元，相比之下，一次性塑料餐具价格每只只需要0.07元[7]。以街边普通小快餐馆为例，假设每年需要消费300万个快餐盒，则使用可降解餐具下产生的成本至少为九十万元，如果使用一次性塑料餐具，则其所需成本只需要二十万元。即便在使用可降解餐具的情况下，为了能够有效控制成本，商家势必会采取提高商品单价或是减少商品数量等方式控制成本，那么使用可降解餐具的成本只能由消费者买单，这样会削减可降解餐具在市场中的核心竞争力，无法被广泛推广使用。

2 可降解餐具的国内外研究进展

2.1 可降解餐具类型

从20世纪60年代，国外便已经成功研发出可降解餐具，并初步实现了可降解餐具的商业化生产。进入21世纪，国外在对可降解餐具类型的研究中，发现按照可降解餐具的使用材料进行分类可将其细分成天然材料制作而成以及使用塑料作为主要成分制作而成的可降解餐具。有研究发现采用秸秆、土豆淀粉以及竹纤维等天然材料制作而成的餐具具有良好的可降解性[8]。其通过将秸秆等天然材料完全破碎处理后获取相应的纤维粉，并将大量树脂、明胶等混入其中，而后将混合物倒入模具中，经过高温高压成型处理后即可获得可降解餐具[9]。Warner Lambert公司研制出主要以玉米淀粉作为原料的生物可降解餐具[10]。而在对另一种类型可降解餐具的研究中，祝红丽等人则通过以甘蔗渣纤维和竹纤维混合，通过冷压成型和热压干燥制成可降解餐具，具有较好的应用前景[11]。

2.2 国外可降解餐具加工技术研究进展

国外经过多年研究，可降解餐具加工技术中主要有蔗糖、纳米纤维素、纸浆模塑餐具加工技术等。其中，有研究人员发现，糖经过碱性天然菌种的发酵，可以生成大量的聚羟基丁酸酯（PHB），然后再将生成的PHB和天然的植物纤维适量混合，将两者混合物制成小圆柱形球团，并按照相关的加工特性，对其进行裁剪和折叠处理，使其完成初加工，形成餐具模型，而后在对其进行消毒和包装即可完成可降解餐具的生产加工，由于塑料中的高分子聚合物结构稳定，所以塑料被生物降解至少需要100年，而含有聚羟基丁酸酯的可降解餐具一年就可以全部降解，而且降解后释放的物质只有水和二氧化碳[12]。

日本的Ryohei Mori博士则通过以树木、废弃木材、再回收纸张和植物等天然材料为原材料，适当添加可降解塑料，使之产生共混反应，而后通过造粒和挤出工艺进行加工成型，再对其进行消毒和包装处理后也成功制成了纳米纤维素PLA可降解餐具。根据其给出的相关实验数据可知，该餐具在适当的条件下，可以完全降解的同时不污染环境[13-14]。而在纸浆模塑类可降解餐具的生产加工研究中，也有研究人员通过一系列实验分析，指出此类可降解餐具需要经过配料制备、打浆和疏磨、调浆，以及制胚、成型、烘干、消毒包装等流程[15]。但其也在研究中指出，如果在生产加工过程中无法对温度以及配料和浆料的湿度、稠度等进行有效调节，则极易在餐具成型阶段出现开裂、形变以及气泡等各种质量问题，影响产品的最终使用[16]。

2.3 国内可降解餐具加工技术研究进展

虽然我国在可降解餐具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，也取得了不错的研究进展。使用可降解餐具，不仅有利于环境保护，而且可以加大对能源的利用率，更好地践行我国的可持续发展战略。可降解餐具具有绿色环保、可降解、无环境污染等特点，值得广泛推广。

在关于可降解餐具类型的研究中，我国学者先后使用草浆芦苇浆以及甘蔗渣、竹纤维等作为原料，搭配使用粉碎、配料和加压成型等工艺，不仅成功完成可降解餐具的生产加工，同时也指出此类可降解餐具具有成本低廉、可降解等优势[11]。

作为天然生物降解餐具的代表，淀粉类餐具在我国基本已经实现每年至少10万t的有效产能。而当前我国已有企业通过使用淀粉作为起始原料，通过利用生物发酵技术将其合成为聚羟基丁酸-戊酸酯用以制造可降解餐具，使美国和日本两国长期垄断可降解餐具领域的局面被彻底颠覆。2007年我国扬州某企业也通过建立每年可达20 000 t有效产能的PBS（聚丁二酸丁二酯）装置，通过将二氧化碳与环氧化合物进行共聚反应，作为可降解餐具的原料，并实现可降解餐具的商业化、批量化生产[17]。

除此之外，我国有研究人员研发出了成熟的大豆分离蛋白基可降解餐具以及羧甲基纤维素-木薯淀粉混合制备可降解餐具工艺技术，使餐具不仅具有良好的可降解性，同时还具备一定的可食用性。即人们在使用此类餐具后，可以直接食用餐具，从而有助于大幅减少餐具废弃量，达到节能环保、控制能耗的效果[18]。还有学者通过利用现有的植物纤维技术，在植物的果蔬纤维中加入添加剂，再热压成型，生产出的成品具有降解能力更强、没有污染等特点，而且生产用水可以循环利用，坚决贯彻我国的科学发展观[19]。

在与国外相关研究成果进行有机整合下，只使用聚合物PLA（聚乳酸），将其同天然高分子物质（淀粉、竹粉、稻壳粉等）进行相互搭配，可以使可降解餐具的生物降解能力得到大幅提升，使其在自然状态下，全部降解为元素和无机盐[20]。

2.4 可降解餐具未来发展

根据相关统计数据显示，截至2020年底，我国生物降解餐具的需求量已经达到了45万t，并且在我国863重点项目支持下，国内关于可降解餐具的研发以及生产加工力度也在不断加大。考虑到我国人口基数较大，每年的食品消费总量也十分庞大，因此在未来十年内我国可降解餐具产量还将实现持续增长[21]。根据国内外相关研究，可知其发展是一个先易后难、循序渐进的过程。制约可降解餐具发展的因素主要集中在加工技术以及材料使用方面，因此想要实现可降解餐具的可持续发展，还需要相关研究人员继续深化对可降解餐具材料的物质传递、成型增塑等众多相关理论的研究。并在关注可降解餐具使用材料的获取难度、加工可行性以及经济性等基础上，重点关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时，使生产加工出的可降解餐具能够有效满足人们的使用需求。餐具材料也将从原来的单一材料开始向复合材料过渡，利用多种材料的优势互补，能有效达到提高可降解餐具性能的目的。此外，原本单一的研究成果在未来也将逐渐朝着集成化的方向发展，同时在我国科技水平稳步增长的前提下，材料新奇、价格便宜且具有较高可降解性能和可食用性能的材料会如雨后春笋般破土而出。

3 结语

按照原材料类型可以将可降解餐具大致分为天然材料制备餐具、塑料为主原料制备餐具以及微生物合成、化学合成可降解餐具，生产加工可降解餐具中的工艺技术则包括蔗糖加工工艺技术、淀粉餐具生产技术、纸浆模塑餐具加工技术、纳米纤维类餐具加工技术等，随着新版“限塑令”的到来，相信未来还会出现更多生物降解性能良好的可降解餐具，同时生产工艺技术也更加简洁、高效，加工成本也将得到进一步控制。