6.4.3
Biodegradovatelné obaly ve výrobě potravin
Ing. Lukáš Vápenka, Ph.D., Doc. Ing. Jaroslav Dobiáš, CSc.
NahoruBiodegradovatelné obaly
Prudce stoupající celosvětový objem výroby syntetických polymerních materiálů, často extrémně odolných vůči působení životního prostředí, vyvolal v posledních desetiletích poptávku po produkci polymerů prakticky využitelných ale snáze rozložitelných. V této souvislosti se zájem odborné i laické veřejnosti stále více upíná k tzv. biodegradovatelným materiálům. To platí ve značné míře i pro výrobu obalových prostředků. Přitom je ale zřejmé, že stabilita syntetických polymerů využívána často při výrobě obalů, je základem jejich ochranné funkce. Je tedy zřejmé, že při praktickém využívání těchto materiálů je nutné hledat kompromisní řešení. Přesto jsme v poslední době svědky toho, že jsou možnosti biodegradovatelných obalů při zpracování potravin značně přeceňovány.
Jako biodegradabilní se tak označují materiály, jejichž rozpad je způsoben živými organismy, převážně mikroorganismy. Pochopitelně je tento proces složitý a zahrnuje fyzikální procesy, chemické a biochemické změny a závisí na mnoha okolních vlivech (světlo, oxidační prostředí atd.).
Významnější biodegradovatelné obalové materiály lze rozdělit do dvou základních skupin, a to na materiály přírodní a syntetické. Přechod mezi nimi pak tvoří modifikované přírodní materiály. Pokud jde o skupinu první, jsou významné zejména obalové materiály na bázi celulózy a škrobu, syntetické materiály jsou tvořeny především uměle vyrobenými polymery rozložitelnými mikroorganismy.
Biodegradovatelné obaly na bázi celulózy
Do této skupiny patří běžné obalové materiály, jako je papír či celofán. Papír tvoří více než 50 % spotřeby obalových materiálů na světě, je tak nepochybně v současnosti nejvýznamnějším biodegradovatelným materiálem. Rozklad papíru a celofánu je způsoben činností široké škály především půdních bakterií a plísní, jak aerobních, tak anaerobních. Rychlost rozkladu je závislá na mnoha faktorech, významná je zejména vlhkost a teplota okolního prostředí, jsou známy příklady stability novinového papíru na skládkách po dobu několika desetiletí.
Biodegradovatelné obaly na bázi škrobu
Biodegradovatelné materiály založené na štěpení škrobu lze opět rozdělit do tří skupin podle formy použití škrobu, a to na materiály tvořené škrobem ve formě termoplastické amorfní hmoty plastifikované vícesytnými alkoholy, dále materiály, ve kterých je škrob plnidlem v syntetických polymerech, a konečně materiály založené na škrobech modifikovaných roubováním syntetickými polymery.
Pokud jde o materiály na bázi škrobu jako termoplastické amorfní hmoty, mohou být tvořeny čistým škrobem (amylosou) plastifikovaným polyoly (glycerol, sorbitol atd.). Jejich vlastnosti (rozpustnost, pevnost) mohou být upravovány esterifikací (acetylace) nebo etherifikací (hydroxypropylderiváty), případně i přídavky syntetických polymerů (snížení schopnosti přijímat vodu), jejich obsah nepřesahuje 40 %. Tyto materiály lze dobře tvarovat, např. tvarování extruzí nebo injekčním vstřikováním, a zpracovávat na fólie, misky, kelímky či tácky (zejména ve formě napěněného škrobu). Výhodou těchto materiálů je prakticky dokonalá rozložitelnost a nižší cena v porovnání s běžnými syntetickými polymery používanými při balení (polyethylen, polystyren atd.), nevýhodou je však velká náchylnost k vlhnutí, jejíž omezování přídavky aditiv či potahováním má za následek snížení degradability a zvýšení ceny. Obalové materiály tohoto typu mají při balení potravin omezenou použitelnost. Z důvodů citlivosti k vlhnutí se používají zejména pro krátkodobý styk s potravinami, např. při stravování jako misky či tácky pro jedno použití. V této aplikaci však doposud nejsou cenově konkurenceschopné v porovnání s podobnými prostředky na bázi papíru (lisované tácky či misky na bázi nasávané papíroviny).
Snad nejdéle zkoušeným využitím biodegradovatelných materiálů na bázi škrobu představuje jeho aplikace jako plnidla syntetických polymerů. Škrob se přitom fyzikálně smísí v množství 6 – 20 % se syntetickými polymery (polyethylenem, polypropylenem, atd.). Výhodou těchto materiálů je lepší degradovatelnost, nebo lépe řečeno "rozpad" na malé části. Nevýhody jsou naopak četné, zahrnují horší mechanické vlastnosti, větší energetickou náročnost výroby a vyšší cenu oproti standardnímu polyethylenu či polypropylenu. Přídavek škrobu zcela zamezuje recyklaci těchto materiálů. Nejčastější aplikací v balení potravin, používanou již před bezmála čtyřmi desetiletími, je výroba odnosných tašek a sáčků. Přesto je praktické použití těchto materiálů stále velmi omezené.
Nejnovější skupinu biodegradovatelných materiálů na bázi škrobu tvoří škroby modifikované roubováním syntetickými polymery. Tyto kopolymery jsou tvořeny makromolekulou škrobu (hlavní řetězec), na který jsou postranně navázány velmi krátké fragmenty polymerů syntetických (např. polystyrenu). Materiály tohoto typu se využívají dvěma způsoby, a to:
- v množství 25 až 60 % jako pojidlo mezi škrobem a syntetickými polymery ve výše zmíněných typech obalových materiálů; v tomto případě tvoří roubovaný škrob semikontinuální fázi umožňující dokonalé promísení škrobu a syntetického polymeru;
- aplikace kopolymeru škrob-syntetický polymer jako takového umožňující snadnou extruzi a tvarování fólií, dosažení dobrých mechanických vlastností obalu i lepší odolnost vůči působení vlhkosti (přídavky anhydridu kyseliny maleinové).
Obecnou výhodou těchto materiálů je velmi dobrá degradabilita, nevýhodou doposud vysoká cena. O jejich použití v potravinářství je prozatím velmi málo informací.
Syntetické biodegradovatelné polymery
V současné době se vyrábí řada syntetických polymerů, které splňují kritéria biodegradovatelnosti. K nejvýznamnějším patří kyselina polymléčná (PLA), poly-ε-kaprolakton (PKL), poly(oxyethylen) (POE), poly(vinylalkohol) (PVOH), dále alifatické polyestery na bázi…
