Đề tài tìm hiểu về hướng nghiên cứu và cơ chế hoạt động của bao bì sinh học và tự hủy

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG THƯƠNG TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM BÁO CÁO CƠNG NGHỆ BAO BÌ ĐĨNG GĨI THỰC PHẨM Đề tài: TÌM HIỂU VỀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA BAO BÌ SINH HỌC VÀ TỰ HỦY Giảng viên: ThS Châu Ngọc Mai NHÓM: 11 Sinh viên thực hiện: Đỗ Minh Bảo MSSV: 2006210112 Trần Đăng Khoa MSSV: 2035210402 Lê Tuấn Anh MSSV: 2006210045 Lê Trung Khoa MSSV: 2006210024 Lê Thành Lộc MSSV: 2006210076 Lớp: 12DHCBTS01 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2024 Bảng đánh giá CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BIÊN BẢN HỌP NHĨM (V/v Phân cơng cơng việc /Đánh giá hồn thành /Họp nhóm định kỳ ) Thời gian, địa điểm, thành phần tham dự 1.1 Thời gian: 20/1/2024 đến 21/1/2024 1.2 Địa điểm: online 1.3 Thành phần tham dự: + Chủ trì: Đỗ Minh Bảo (trưởng nhóm) + Tham dự: người + Vắng: người Nội dung họp 2.1 Nhóm trưởng phân cơng cơng việc cho thành viên sau (chọn bảng này, thêm cột mức độ hoàn thành) STT Họ Tên Nhiệm Vụ Đỗ Minh Bảo Nội dung 1.2 2.1 Trần Đăng Khoa Nội dung 1.3 tổng hợp Word Lê Tuấn Anh Nội dung 2.3 Lê Trung Khoa Nội dung 2.2 PowerPoint Lê Thành Lộc Nội dung 1.1 câu hỏi ôn tập Đóng góp 100 % 100 % 100 % 100 % 100 % Kết luận họp: Tất thành viên thống lại nội dung họp đồng ý với nhóm trưởng nội dung phân cơng Từng thành viên xin cam kết chịu trách nhiệm đảm bảo hoàn thành thời hạn giao Lời cảm ơn Bài báo cáo hoàn thành hướng dẫn cô Châu Ngọc Mai Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn lời cảm ơn sâu sắc đến tận tình dẫn chúng em tìm kiếm tài liệu nghiên cứu, cải thiện tư nâng cao tính chuyên nghiệp trình làm việc Chúng em xin cảm ơn Trường Đại Học Công Thương Thành Phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện mơi trường thật tốt để chúng em học tập, rèn luyện nâng cao trình độ, kiến thức thân Đồng thời chúng em xin cảm ơn thầy cô Khoa giảng dạy truyền thụ kiến thức, kỹ kinh nghiệm tảng cốt lõi bổ ích Cuối chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người thân bạn bè quan tâm, động viên giúp đỡ để chúng em hồn thành báo cáo Nhóm sinh viên thực Mục lục Bảng đánh giá Lời cảm ơn Lời nói đầu I GIỚI THIỆU VỀ BAO BÌ SINH HỌC 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Nguồn gốc hình thành bao bì thân thiện với môi trường 1.3 Những nghiên cứu đặc tính sinh học tự hủy bao bì phổ biến .10 II CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG VÀ NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA BAO BÌ TỰ HỦY THÂN HIỆN VỚI MÔI TRƯỜNG 13 2.1 Cơ chế hoạt động bao bì tự hủy thân thiện với mơi trường 13 2.2 Ứng dụng bao bì thân thiện với mơi trường hiên 17 2.3 Các mặt ảnh hưởng (tiêu cực) bao bì sinh học tự hủy .21 III KẾT LUẬN 23 IV Tài Liệu Tham Khảo 24 Mục lục hình ảnh Hình Một số loại bao bì tự hủy từ giấy nhựa 10 Hình Các loại bao bì phân hủy sinh học thân thiện với môi trường 15 Hình Một số loại bao bì tái chế thân thiện với mơi trường 16 Hình Bao bì tiết kiệm tiện lợi thân thiện với môi trường 16 Hình Một số loại bao bì tái sử dụng .17 Hình Hình ảnh bao bì kết hợp giấy nhựa cho sản phẩm 17 Hình Tổng quan sản phẩm sử dụng bao bì kết hợp giấy nhựa 18 Hình Nhựa tái chế thiên thận với môi trường 19 Hình bao bì tái chế thân thiện với môi trường 19 Hình 10 Bao bì giấy thân thiên với mơi trường 20 Hình 11 Bao bì giấy bã mía thân thiên với mơi trường 20 Hình 12 Bao bì ăn từ rong biển thân thiên với môi trường .21 Hình 13 Bao bì từ tinh bột ngơ thân thiên với môi trường 21 Hình 14 Bao bì thân thiện với mơi trường 23 Hình 15 Rác thải giấy 24 Mục lục bảng biểu Bảng Các đặc tính rào cản polyme chất có nguồn gốc sinh học có nguồn gốc từ dầu 15 Lời nói đầu Với phát triển ngành công nghệ thực phẩm thực trạng ô nhiễm môi trường rác thải bao bì báo động dễ hiểu người tiêu dung có xu hướng tìm mua loại thực phẩm có bao bì thân thiện với mơi trường Minh chứng có tám nghiên cứu (N ¼ 4.103) ghi lại thành kiến nhận thức thân thiện với mơi trường (PEF), theo người tiêu dùng đánh giá bao bì nhựa có thêm giấy tốt thân thiện với mơi trường so với bao bì nhựa giống hệt khơng có giấy Thành kiến PEF thúc đẩy niềm tin “giấy ¼ tốt, nhựa ¼ xấu” người tiêu dùng lý luận tỷ lệ, bao bì có tỷ lệ giấy nhựa lớn đánh giá thân thiện với môi trường (theo TATIANA SOKOLOVA, ARADHNA KRISHNA TIM DOă RING) Nm bt c xu th th trng cng truyền cảm hứng từ nghiên cứu nhóm em định chọn đề tài: “TÌM HIỂU VỀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG CỦA BAO BÌ SINH HỌC VÀ TỰ HỦY” I GIỚI THIỆU VỀ BAO BÌ SINH HỌC 1.1 Giới thiệu chung Theo định nghĩa (Jawaid cộng sự, 2019), bao bì phân hủy sinh học sản phẩm bao bì sản xuất từ nguồn nguyên liệu phân hủy sinh học, thu từ nguồn tài nguyên tái tạo; loại vật liệu phân hủy sinh học phân loại polyme xanh thuộc tính chúng thu hút ý đáng kể giới vai trị chúng thay cho vật liệu nhựa sản xuất từ hóa dầu Ngồi ra, Moshood cộng (2022) định nghĩa rằng: bao bì sản xuất từ vật liệu phân hủy sinh học loại bao bì mà chúng có khả phân hủy sinh học hồn tồn Bao bì phân hủy sinh học ngày giới đánh giá xu hướng tiêu dùng xanh, thân thiện với môi trường bảo vệ môi trường hiệu (Moshood cộng sự, 2022) Bao bì sinh học loại bao bì làm từ nguyên liệu xanh có nguồn gốc tự nhiên dễ phân hủy tinh bột ngô, khoai, sắn,… (theo Hiệp hội bao bì Việt Nam) Chỉ riêng năm 2018, lượng rác thải bao bì nhựa giấy chơn lấp 10,09 6,44 triệu tấn, tương ứng, chiếm 11% tổng số bãi chôn lấp chất thải Hoa Kỳ (Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ 2020) Theo báo cáo Ngân hàng giới, năm ước tính có khoảng từ 2,8 triệu đến 3,1 triệu rác thải nhựa người tiêu dùng Việt Nam thải năm, phần lớn số chúng mảnh nhựa mềm, túi nhựa, hộp đựng thực phẩm xốp, bao bì bánh kẹo, chiếm khoảng 38% tổng số rác thải nhựa Việt Nam (World Bank, 2022) Ngồi ra, bao bì nhựa tới hàng trăm năm để thủy phân hồn tồn chí thủy phân môi trường tự nhiên        Nhựa PET (Polyethylene terephthalate): Khoảng 400 năm Nhựa HDPE (High-density polyethylene): Khoảng 400-500 năm Nhựa PVC (Polyvinyl chloride): Khoảng hàng trăm năm Nhựa LDPE (Low-density polyethylene): Khoảng 100 năm Nhựa PP (Polypropylene): Khoảng 100 năm Nhựa PS (Polystyrene): Khoảng 100 năm Nhựa ABS (Acrylonitrile butadiene styrene): Khoảng hàng trăm năm 10 1.3 Những nghiên cứu đặc tính sinh học tự hủy bao bì phổ biến Các nhà khoa học thể quan tâm đặc biệt sâu sắc dành cho tính chất sinh học tự hủy ngành cơng nghiệp sản xuất bao bì mong muốn ứng dụng chúng nhiều đời sống Điều minh chứng qua trích đoạn nghiên cứu sau đây: Bao bì sinh học: cơng nghệ đặc tính vật liệu ăn và/hoặc phân hủy sinh học có nguồn gốc nơng nghiệp- tác giả Nathalie Gontard Stephane Guilbert Công dụng polymer sinh học bao bì Hỗn hợp polyme/polyme sinh học tổng hợp Các polyme tổng hợp trở nên dễ bị vi khuẩn công polyme sinh học kết hợp, tức khả phân hủy sinh học polyme tổng hợp tăng tốc cách thêm thành phần mà vi sinh vật hấp thụ Hiện nay, thị trường sản phẩm thuộc loại có nguồn gốc từ tinh bột Các loại polyme sinh học khác cellulose, lipid protein thực vật không sử dụng rộng rãi số nghiên cứu gần (ví dụ: hỗn hợp cellulose/polyurethane, hỗn hợp gluten/nhựa tổng hợp, hỗn hợp protein thực vật/hợp chất vinyl, casein lipid/polyme tổng hợp hỗn hợp ) Vật liệu làm đầy (thế hệ đầu tiên) Loại nhựa "phân hủy sinh học" thương mại phát triển kỹ thuật liên quan đến việc trộn đùn tinh bột tự nhiên dạng hạt (5-20%) chất prooxidative phụ gia tự động oxy hóa với polymer tổng hợp Kỹ thuật tiếp thị số hãng: Tập đoàn St Lawrence (Canada) nhãn hiệu "Ecostar"; Archer baniels Midland (Mỹ) vai "Polyclean"; Polychim (Pháp) "Ecopolym" Amylum "Amyplast" Các hạt tinh bột phân tán đồng polyetylen ma trận khơng có tương tác hóa học Sự phân hủy sinh học tinh bột vi sinh vật gây làm giảm tính chất học vật liệu tăng tiếp xúc polyme khơng khí xung quanh (oxy, nước, v.v.) Điều kích thích suy thối hóa học sâu sắc (tự oxy hóa) giai đoạn tổng hợp Nghèo khả tương thích tinh bột/polyethylene làm suy yếu đặc tính học vật liệu,do hạn chế tỷ lệ tinh bột thêm vào Sự tương thích 13 tăng cường nhờ q trình lắng đọng (tăng tính kỵ nước) bề mặt hạt tinh bột Các màng tạo thành chứa tới 43% tinh bột (Tinh bột ngô St-Lawrence Công ty, Canada; Spartech, Mỹ) Khả phân hủy sinh học vật liệu cao gây tranh cãi hành vi chúng phân loại "phân mảnh sinh học", tức phân mảnh thành phân tử nhỏ Phải 3-5 năm phân hủy loại sản phẩm thành bụi Vật liệu tổng hợp (thế hệ thứ hai) Một hỗn hợp phân tử mịn polyme tổng hợp polyme dựa tinh bột được thực kỹ thuật Những vật liệu bao gồm tinh bột hồ hóa (lên đến 40- 75%, cách phá hủy hạt tinh bột arnrnonia nước nhiệt độ cao), polyme tổng hợp kỵ nước (polyethylene, v.v.) copolyme ưa nước Các hợp chất sau hoạt động tác nhân tương thích cung cấp bề mặt tiếp xúc tinh bột polyme tổng hợp Do đó, tinh bột khơng bị giới hạn pha phân tán, tương tác với polyme tổng hợp Tác nhân tương thích tổng hợp (axit ethylene/acrylic, rượu vinyl, copolyme acrylic ester, rượu polyvinyl, vinyl axetat ), thu cách ghép chuỗi polystyren với chuỗi amyloza amylopectin Những loại vật liệu tiếp thị bởi: Ferruzzi (ltaly), tên Nhãn hiệu "Mater-Bi"; Ampacet (Mỹ), vinh danh "Poly-grade II" Agri-Tech Industries (Hoa Kỳ) Giá chúng (khoảng 25 FF/kg loại Mater-bi) cao so với giá chúng màng bao bì tổng hợp tiêu chuẩn (5 10 FF/kg polyetylen PVC) Khía cạnh nghiên cứu Otey Westhoff, Lenk Merran, Khả phân hủy sinh học hoàn toàn vật liệu này, tuyên bố nhà sản xuất, chủ đề thảo luận Thật vậy, thử nghiệm so sánh tiêu chuẩn, kiểm sốt chặt chẽ tồn diện khả phân hủy sinh học công bố Q trình phân hủy hồn tồn tinh bột 40 ngày trình phân hủy màng lốp cần tối thiểu 2-3 năm, so với 200 năm ước tính hồn tồn tổng hợp polyme Bao bì phân hủy sinh học làm từ polyme sinh học nhựa nhiệt dẻo Bao bì "hồn tồn từ tinh bột" phát triển chủ yếu Công ty WarnerLambert (Mỹ), nhãn hiệu "Novon", sử dụng đặc tính dẻo nhiệt ngơ tinh bột Sự diện có kiểm sốt nước chất làm dẻo khác (glycerol, sorbitol ) làm giảm nhiệt độ chuyển thủy tinh tinh bột màng 14 hình thành nhiệt độ nhiệt độ phân hủy (sự phân hủy phân tử) polyme Kỹ thuật tiêu chuẩn sử dụng để tạo màng polyme tổng hợp (đùn, phun đúc) Chi phí chế tạo giống polyme tổng hợp Loại vật liệu sử dụng bao bì tương đối cứng với thời hạn sử dụng ngắn (hộp đựng trứng, bao bì thức ăn nhanh), ứng dụng y tế, bao bì không ăn che phủ nông nghiệp Nguyên liệu thô làm từ tinh bột nông nghiệp phát triển Future Pop Alexander Fruit & Trading Co (Mỹ), với chip tinh bột xốp thay chip polystyrene khơng phân hủy làm vật liệu làm đầy để đóng gói hàng hóa nhạy cảm với va đập Những chip tinh bột có giá thấp 20% so với chip tổng hợp có khả phân hủy sinh học Hơn nữa, Biograna (Thụy Sĩ) Taïwan Sugu (Taïwan) sản xuất đồ ăn đúc khuôn bao gồm nhiều loại ngũ cốc thơ khơng có chất phụ gia khác Bao bì phân hủy sinh học ngành thực phẩm-Bài viết Archive Für Lebensmittelhygiene Tháng năm 2017- tác giả Anita Ivankovic´, Karlo Zeljko1, Stanislava Talic´, Anita Martinovic´ Bevanda Tính chất vật liệu phân hủy sinh học Vật liệu dựa nhu cầu hữu ích thực phẩm ngành cơng nghiệp đóng gói để đáp ứng u cầu vật lý khí họ tài sản cho phép họ đủ điều kiện áp dụng mức độ định, áp dụng phần lớn vào giá Thuộc tính rào cản Đặc tính rào cản (đặc biệt khả chống ẩm) Các vật liệu sinh học truyền thống sử dụng rộng rãi (giấy, màng xenlulo giấy bóng kính) biết đến cần thiết để trộn vật liệu với polyme tổng hợp để đạt đặc tính rào cản mong muốn cho việc đóng gói nhiều loại thực phẩm Vật liệu sinh học làm từ polysaccharides có đặc tính rào cản nói đến nước chất phân cực khác tỷ lệ lớn độ ẩm, phần độ ẩm thấp trung bình tạo đặc tính tốt cho oxy chất không phân cực khác loại khác hương vị dầu Tốc độ truyền ẩm điều chế từ nguyên liệu tinh bột cao gấp 4-6 lần so với vật liệu thông thường làm từ polyme tổng hợp Nguyên vật liệu làm arabinoxylan lúa mạch có tính thấm thấp oxy CO2 độ thấm cao trường hợp nước (các vật liệu chứa flo ưa nước bề mặt chưa hồn thiện) Một số đặc tính rào cản (Bảng 1) vật liệu sinh học vật liệu có nguồn gốc từ dầu, ví dụ: PLA (polylactic axit) có tốc độ truyền ẩm gấp 3–5 lần lớn PET (polietilentetraftalat), LDPE (thấp polyethylene mật độ), HDPE (polyethylene mật độ cao) OPS (polystyrene định 15 hướng) PLA cải thiện đặc tính rào cản oxy từ PS (polystyrene), không PET Các phương pháp thí nghiệm cố gắng xác định vật liệu có đặc tính vượt trội thực pha trộn loại khác để có vật liệu đóng gói tốt Vấn đề sử dụng nhiều bao bì thực phẩm đặc tính, cách chế biến giá chúng Đặc biệt, độ giòn, nhiệt độ thấp gây biến dạng, điện trở thấp q trình xử lý (khơng bao gồm polyme PHA) đặc tính rào cản chúng, đặc biệt nước, hạn chế việc sử dụng chúng Trong năm gần đây, giá giảm chắn chúng giảm tương lai theo thời gian nên tăng cường tối ưu hóa quy trình hiệu nhà máy sản xuất vật liệu Sự hạn chế sẵn có ngun liệu thơ vấn đề cấp bách mà cản trở phát triển vật liệu Tuy nhiên điều khó xảy đủ cho PLA đáp ứng nhu cầu ngành công nghiệp thực phẩm thời gian Polymers Transfer rate of Moisture vapor oxygen mL m–2 transmission rate day–1 at % (g m–2 day–1 at 100 % relative humidity) relative humidity) Temperature (°C) Material thickness (mm) 22 4.6 OPLA (Oriented polylactic acid) 56.33 PLA (Polylactic acid) 200 PLA-M (Polylactic acid average molecular weight) 15.30 66 23 210 (at 90 % relative humidity) 25 PLLA + SiOx (Polylactic acid medium molecular weight silicic compounds + hydrocarbons) 84–99 34–40 (at 37.8 °C) 23 PHB (Polyhydroxybutyrate) 183 1.16 30 PHBV (Poly-hydroxybutyrate and hydroxy valerate) 1.39 30 PET (Polyethyleneterephthalate) 9.44 3.48 22 OPS (Oriented polystyrene) 532 5.18 22 LDPE (Low density polyethylene) 38 (at 90 % 7.9 relative humidity) LDPE+ 5% starch 38 (at 90 % 36.85 relative humidity) 0.1 0.25 0.1 1 4.6 4.6 0.75 0.75 Bảng Các đặc tính rào cản polyme chất có nguồn gốc sinh học có nguồn gốc từ dầu 16 II CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG VÀ NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA BAO BÌ TỰ HỦY THÂN HIỆN VỚI MƠI TRƯỜNG 2.1 Cơ chế hoạt động bao bì tự hủy thân thiện với môi trường Cơ chế hoạt động bao bì thân thiện với mơi trường phụ thuộc vào loại bao bì cụ thể Dưới số chế phổ biến loại bao bì thân thiện với mơi trường: Bao bì tự động hủy sinh học: Bao bì tự động hủy sinh học làm từ nguyên liệu sinh học chế độ tái sinh có khả phân hủy tự nhiên mơi trường Cơ chế hoạt động bao bì tự động khai thác sinh học qua trình phân tích khai báo sinh học hủy diệt vi sinh vật tự nhiên điều kiện môi trường ánh sáng mặt trời, nhiệt độ, chế độ ăn việc tiếp xúc với nước Khi bị chôn, bỏ hút mơi trường tự nhiên, bao bì tự động hủy sinh học phân hủy thành phần tự nhiên không gây ô nhiễm nhiễm trùng khoảng thời gian tương đối ngắn Hình Các loại bao bì phân hủy sinh học thân thiện với môi trường Bao bì tái chế: Bao bì tái chế sản xuất từ vật liệu qua sử dụng tái chế để tạo sản phẩm Cơ chế hoạt động bao bì tái chế thu gom, phân loại tái chế vật liệu giấy, nhựa, kim loại thủy tinh Quá trình tái chế giảm lượng rác thải sử dụng tài nguyên nhiên liệu gỗ dầu mỏ Bao bì tái chế sử dụng nhiều lần chuyển đổi thành sản phẩm giấy tái chế, nhựa tái chế loại hợp kim kim loại 17 Hình Một số loại bao bì tái chế thân thiện với mơi trường Bao bì tiết kiệm ngun liệu: Bao bì thân thiện với mơi trường bao bì thiết kế để tiết kiệm nguyên liệu giảm lượng rác thải Cơ chế hoạt động bao bì bao gồm thiết kế bao bì tối ưu hóa để sử dụng nguyên liệu hơn, sử dụng vật liệu tái chế tái sử dụng, sản phẩm sản xuất quy trình tối ưu hóa để giảm lượng chất thải khí thải Hình Bao bì tiết kiệm tiện lợi thân thiện với môi trường Công dụng bao bì tái sử dụng : Bao bì tái sử dụng loại bao bì thiết kế để sử dụng nhiều lần trước phải thay Cơ chế hoạt động bao bì tái sử dụng bao gồm cơng việc sử dụng vật liệu chất 18 lượng cao bền, thiết kế chắn để đảm bảo khả tái sử dụng định kỳ kiểm tra bảo dưỡng để trì chất lượng chất lượng hiệu suất bao bì Hình Một số loại bao bì tái sử dụng Ngồi cịn sử dụng kết hợp để tạo loại bao bì tiết kiệm quan trọng hết thân thiện với mơi trường.Ví dụ kết hợp giấy nhựa để hạn chế lượng rác thải môi trường giúp tạo bao bì có khả bảo quản sản phẩm người tiêu dùng tốt tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm Hình Hình ảnh bao bì kết hợp giấy nhựa cho sản phẩm 19 Hình Tổng quan sản phẩm sử dụng bao bì kết hợp giấy nhựa Cơ chế hoạt động giúp giảm lượng rác thải, sử dụng tài nguyên cách bền vững giảm tác động tiêu cực đến môi trường Tuy nhiên, trình áp dụng chế cần hỗ trợ tham gia vào thơng tin tiêu dùng, doanh nghiệp phủ để đạt hiệu tối đa công việc bảo vệ mơi trường 2.2 Ứng dụng bao bì thân thiện với mơi trường hiên Ta sử dụng nhiều vật liệu để bảo vệ môi trường giảm tối đa chất thải nhựa sống ta bắt đầu bằng: PETE PET (Polyethylene Terephthalate): PETE PET nhựa dẻo thuộc loại nhựa Polyester dùng sản xuất chai lọ, hộp đựng thức ăn, túi màng nhựa phức hợp Đây loại nhựa phổ biến chúng rẻ tiền, nhẹ đặc biệt dễ tái chế Các sản phẩm từ nhựa PET tái chế thường thấy Đồ nội thất, thảm làm sợi nhựa tổng hợp, dây đai để pallet, chai hộp đựng thực phẩm Chúng ta sử dụng cách hợp lí khơng nên vứt nhựa dẽo dễ tái chế nên sản phẩm giảm tải rác thải nhựa tối môi trường xung quanh 20