báo cáo về bao bì ssinh học tự hủy, bao bì có khả năng tự phân hủy sinh học, nguồn nguyên liệu chế tạo bao bì, ứng dụng trong sinh học và trong cuộc sống hằng ngày, tính mới của bao bì và lợi ích của bao bì
Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng Bài Báo cáo Bao bì sinh học CHƯƠNG MỞ ĐẦU Trong xã hội ngày nay, bao bì sử dụng phổ biến để chứa đựng tất loại hàng hóa trình bảo quản, vận chuyển, phân phối kiểm tra Bao bì có tác dụng bảo vệ chất lượng hàng hóa từ sản xuất, đến trao đổi thương mại tiêu thụ, mang lại trật tự, hiệu kinh tế thể tiến xã hội Theo thống kê sơ Bộ Tài nguyên Môi trường, trung bình ngày, người tiêu dùng phải sử dụng túi nilon Thời gian để phân huỷ nylon khoảng 50 năm ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường Nhựa nhiệt dẻo phải từ 10 tới 30 năm, chí kỷ, phân huỷ Nếu mang đốt, chúng gây ô nhiễm không khí Trong đó, chôn lấp tốn đất ảnh hưởng tới nguồn nước ngầm Hoạt động tái chế cần đầu tư thiết bị máy móc đắt tiền, hiệu kinh tế thấp Chỉ riêng năm 1996, giới sử dụng 150 triệu nhựa nhiệt dẻo Chính lý mà nhiều nước giới bắt đầu nghiên cứu polymer tự phân huỷ kể từ năm 1980 để sử dụng nông, lâm nghiệp, chế biến thực phẩm (bao túi đựng thực phẩm) y tế (màng mỏng phủ vết bỏng polymer để gắn xương) Năm 1980 giới có 7-12 sáng chế ngành Tuy nhiên, số tăng lên 1.500 10 tháng đầu năm 2003 Hiện Mỹ thay 30% nhựa nhiệt dẻo polymer tự phân huỷ Hình :Xử lý bao bì sau sử dụng Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng Bài Báo cáo Bao bì sinh học Người Mỹ sử dụng 1901bs nhựa năm, khoảng 60lbs dùng để đóng gói bỏ sau bao bì mở Nhiều vật liệu plastic bỏ nơi đổ rác nơi mà chúng tồn taị hàng nhiều kỉ Sự phát triển dân số liên quan đến vấn đề rác thải nhu cầu phát triển vật liệu có tính chống dỡ tốt hơn, dẫn đến việc đời công ty nghiên cứu chế tạo vật liệu polyme phối trộn từ nguồn nông nghiệp Chúng ta tin tưởng vật liệu polyme sinh học có tiềm lớn thị trường đóng gói thực phẩm 10 năm tới Sự có mặt góp phần làm giảm phụ thuộc vào dầu mỏ nước giải vấn đề môi trường nguyên liệu plastic gây Trong năm gần đây, quốc gia có đạo luật như: sở xản xuất phải có trách nhiệm với sản phẩm làm giai đoạn cuối vòng đời nó, sách giao vấn đề quản lý chất thải cho nhà sản xuất, giới hạn lượng bao bì đóng gói thực phẩm, khuyến khích quyền sử dụng vật liệu sinh học Những sách giúp cho việc tạo môi trường phát triển cho vật liệu sinh học Hình 2: Rác thải bao bì qua sử dụng Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng Bài Báo cáo Bao bì sinh học CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ BAO BÌ 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Trong ngành công nghệ thực phẩm việc sử dụng bao bì để bao gói yêu cầu tất yếu phổ biến Hiện bao gói thực phẩm người ta sử dụng nhiều loại bao bì khác như: bao bì giấy, bao bì kim loại, bao bì thủy tinh, bao bì chất dẻo, loại có đặc tính ưu, nhược điểm khác Trong bao bì chất dẻo thông dụng chiếm ưu Bao bì chất dẻo dễ gia công sản xuất, nhẹ, cách điện cách nhiệt tốt, có độ bền học cao đặc biệt tiện lợi sử dụng Tuy nhiên nhược điểm phân hủy môi trường tự nhiêu chậm Mặc dù có khuyến cáo vấn nạn ô nhiễm bao bì nhựa mạng lại có loại bao bì giấy thay thế, người phủ nhận tiện lợi bao bì nhựa tiếp tục sử dụng bất chấp lời cảnh báo "Một thời gian đến lại đống rác bao bì" Các loại bao bì nhựa PE, PP, PVC, PS … gọi chung polyolefin Việc sử dụng loại nhựa đặc biệt nhựa olefin tăng đáng kể thập niên gần chi phí thấp tính chất lý tốt Nhưng vấn đề môi trường thách thức đẩy mạnh sử dụng loại nhựa Bởi loại nhựa olefin không dễ dàng phân hủy môi trường tự nhiên, trình phân hủy tính đơn vị kỷ Polyolefin phân hủy tạo nhầm đáp ứng hai yêu cầu: - Hàng hóa để phục vụ đời sống - Khi phân hủy nhựa đến sản phẩm cuối phải không độc hại với môi trường Vấn đề môi trường liên quan đến việc lệ thuộc vào bao bì polyolefin khiến cộng đồng nước giới lo ngại Hiện vấn đề xử lý loại rác thải nhựa chủ yếu đốt, trôn tái chế Tuy nhiên phương pháp điều mang đến rủi ro cao đốt polyolefin sinh lượng bụi CO2 lớn, chôn gây cho đất bạc màu, tái chế nhiều lần loại bao bì không tính lý tốt ban đầu Hiện nhà khoa học tìm quan tâm chế tạo loại bao bì polyolefin phân hủy sinh học (giảm cấp sinh học - Oxo-biodegradation) Polyme xem “xanh” phải thỏa mãn yếu tố: Một chúng phải tạo từ nguồn nguyên liệu tái tạo, làm đổi lại như: trồng, Hai chúng phải trở thành phân bón phân hủy Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng Bài Báo cáo Bao bì sinh học Hai điều kiện không phụ thuộc vào Có loại polyme tự nhiên tổng hợp Polyme tự nhiêu tạo từ nguồn hồi phục lại được: tinh bột, cellulose polyme tổng hợp dựa vào chế phẩm công nghiệp dầu mỏ Hình 1.1: Vòng đời polyme phân hủy sinh học 1.2 ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI 1.2.1 Định nghĩa Bao bì vật dụng chứa đựng, bao bọc thực phẩm thành đơn vị để bán Bao bì gồm nhiều lớp bao bọc, phủ kín hoàn toàn hay bao bọc phần sản phẩm Bao bì phải đảm bảo chất lượng cho sản phẩm, phân phối lưu kho, kiểm tra thương mại cách thuận lợi Bao bì tự hủy chia làm hai loại: tự hủy thông thường tự hủy sinh học - Tự hủy thông thường: trình phân rã vỡ vụn bao bì nhựa ( có nguồn gốc từ dầu mỏ) từ mảnh lớn thành nhiều mảnh nhỏ lợi cho môi trường khó thu gom không làm bồi bổ cho đất - Tự hủy sinh học: trình pân hủy triệt để bao bì nhựa (từ nguyên liệu nhựa có nguồn gốc thực vật) tác động vi sinh vật độ ẩm thành phần hữu Polyme phân hủy sinh học polyme có khả phân hủy thành phân tử đơn giản CO2, nước, CH4 , hợp chất vô sinh khối, tác Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng Bài Báo cáo Bao bì sinh học động số yếu tố, chủ yếu vi sinh vật chôn, ủ môi trường tự nhiên Có số mắt xích phân tử polyme nhỏ 5000 Sự khác polyme phân hủy sinh học polyme không phân hủy sinh học: Polyme phân hủy sinh học - Polyme không phân hủy sinh học Phân hủy - Không phân hủy - Sản xuất từ nguyên liệu thân - Chủ yếu từ nguồn tài nguyên thiện môi trường: tinh bột, xenlulozo… không tái tạo - Cơ tính không cao, chịu nhiệt, hóa chất, môi trường - - Cơ tính tốt, chịu nhiệt, hóa chất, môi trường tốt Không tái chế - Có thể tái chế Bảng 1: Sự khác polyme phân hủy sinh học polyme không phân hủy sinh học Hình 1.2: Bao bì thực phẩm bao bì sinh học 1.2.2 Phân loại Trên sở phương pháp sản xuất, nói chung vật liệu polyme sinh học dùng để sản xuất bao bì tự hủy gồm ba nhóm sau: - Polyme tách trực tiếp từ nguồn tự nhiên (chủ yếu thực vật) Ví dụ như: polysaccarit (tinh bột, cellulose, chitin, chitosan, ) protein ( casin, gluten bột mì) - Polyme sản xuất từ phương pháp tổng hợp hóa học từ monome Ví dụ: vật liệu polylactat (PLA) polyeste sinh học polyme hóa từ monome Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng Bài Báo cáo Bao bì sinh học acid lactic Các monome sản xuất nhờ phương pháp lên men carbohydrate tự nhiên - Polyme sản xuất nhờ vi sinh vật vi khuẩn cấy truyền gen Vật liệu polyme sinh học điển hình trường hợp polyhydroxy-alkanoat (PHA): chủ yếu polyhydroxybutyrat (PHB) copolyme PHB hydroxy-valerat Cả ba loại polyme sinh học nói có tiềm làm nguồn vật liệu cho bo bì tương lai gần thay loại bao bì vật liệu polyme có nguồn gốc dầu mỏ như: PE, PS, PP, PC, 1.3 ĐẶC TÍNH Bao bì từ vật liêu sinh học phải đáp ứng tiêu chuẩn như: tính chống chấm (nước, khí, ánh sáng, mùi), đặc tính quang học( trog suốt, ), tính co giãn, đóng dấu in ấn dễ dàng, kháng nhiệt hóa chất Tính ổn định thân thiện với môi trường có giá cạnh tranh Hơn nữa, bao bì phải phù hợp với quy định bao bì thực phẩm Đặc tính bao bì thực phẩm thể qua ba chức quan trọng sau: - Tương tác bao bì thực phẩm phải đảm bảo chất lượng an toàn thực phẩm - Thông tin, giới thiệu sản phẩm, thu hút người tiêu dùng - Thuận tiện phân phối, lưu kho, quản lí tiêu dùng Bao bì vật liệu sinh học tự phân hủy tự nhiên, không ảnh hưởng đến môi trường Nhờ không sử dụng hóa chất tổng hợp, bao bì vật liệu sinh học an toàn thực phẩm sức khỏe người Hình 1.3: Quá trình tự hủy bao bì sinh học Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng Bài Báo cáo Bao bì sinh học Hình 1.4: Cái ly từ vật liêu sinh học tự phân hủy sau 1, 15, 30 50 ngày Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng Bài Báo cáo Bao bì sinh học CHƯƠNG 2: VẬT LỆU TỪ TINH BỘT 2.1 VẬT LIỆU TỪ TINH BỘT 2.1.1 Sự tạo thành tinh bột Đây polymer phổ biến tự nhiên, sản phẩm trình quang hóa tự nhiên Trùng ngưng: C6H12O6 (C6H12O6)n + 3nH2O Tinh bột biết đến nguồn thực phẩm dinh dưỡng quan trọng cho người loài sinh vật Đây nguồn nguyên liệu phong phú, có sẵn rẻ tiền Trong tự nhiên tinh bột có nhiều ngũ cốc, số loại củ số loại đậu Hạt tinh bột kết hợp với plastic truyền thống, đặc biệt kết hợp với polyfins Khi plastic phân hủy vi sinh vật, vi sinh vật sử dụng tinh bột làm tăng độ xốp tạo khoảng trống làm tính nguyên vẹn mạng plastic Hình 2.1: Sự tạo thành tinh bột Về chất tinh bột hạt có cấu trúc tinh thể dạng hạt d = 15-100μm Tinh bột bao gồm thành phần amilozo amylopectin với tỉ lên amilozo/amilopecitn = ¼, liên kết với chủ yếu liên kết α-D-1,4 glucozit 2.1.1.1 Amylose Amylose: polymer mạch thẳng, M= 105-106 g/mol, chiều dài trung bình từ 500-2000 đơn vị glucozo Ở dạng tinh thể amilozo có cấu trúc xoắn ốc Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng Bài Báo cáo Bao bì sinh học Tính chất amilozo: dễ thoái hóa nước, tan formandehyt, cloralhydrat, nước, mềm dẻo, nhiều nhóm OH, tạo liên kết hydro mạch, làm giảm lực amilozo với nước, kết tinh tốt 2.1.1.2 Amylopectin Amylopectin: polymer mạch nhánh, có khối lượng phân tử 107-109 g/mol , cấu trúc mạch nhánh tạo nhờ liên kết α-D-1,6 glucozit, liên kết chủ yếu amylopectin α-D-1,4 gulcozit Mỗi nhánh chứa 20-30 mắt xích glucose Tính chất: Amylopectin có mạch nhánh mà độ kết tinh thấp nhiều so với amilose Do cấu trúc không gian lập thể nên có khả giữ nước không hòa tan nước, xu hướng kết tinh amylopectin không bị biến thoái, 2.1.2 Tính chất tinh bột - Tinh bột có khả tạo màng, kéo sợi - Có khả tương tác với chất khác : trương nở nước - Liên kết glucozit bị phân hủy nhiệt độ 2500C Ở nhiệt độ thấp xảy tượng thoái biến: tổ chức lại liên kết hydro xếp lại mạch phân tử trình nhiệt độ hạ xuống Độ bền với ứng suất không lớn - Có nhóm –OH dễ tham gia phản ứng, nên lợi dụng để biến tính tinh bột, màng tinh bột giòn, có độ xuyên thấm thấp - Do tính chất giòn, chịu ứng suất nên dùng nguyên tinh bột để chế tạo màng giá trị thực tế tinh bột thường dùng để tạo blend với polymer khác để tạo polymer phân hủy sinh học 2.1.3 Các loại polyme phối trộn Có loại polyme phối trộn: poly hydroxyalkanoates (PHA), polylatic acid (PLA), thermoplastic tinh bột (TPS) Ba lọai quan tâm năm gần PLA sản xuất từ lên men tinh bột( chủ yếu tinh bột bắp) Loại polyme tiêu tốn lượng plastic Mặc dù polyme thân thiện với môi trường, chưa sử dụng rộng rãi chi phí sản xuất cao Polyme TPS polyme 100% từ tinh bột có chỗ đứng thị trường Nó có ưu điểm là: chi phí lượng, giá thấp plastic truyền thống Mặc dù có nhiều ưu điểm nhiều rào cản khiến chúng chưa sử dụng rộng rãi: hoài nghi người tiêu dùng, chi phí nguyên liệu, chi phí kỹ thuật Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng Bài Báo cáo Bao bì sinh học Hình 2.2: Bắp nguồn nguyên liệu sản xuất vật liệu tinh bột 2.2 Vật liệu polylactic acid (PLA) 2.2.1 Polylactic acid (PLA) Được điều chế thành công lần năm 1833 Gay Lussac đun nóng Al Tới năm 1932 sở lý luận việc tổng hợp PLA phát minh Wallace Carthers, theo PLA tạo thành đun nóng Al chân không PLA polyeste mạch thẳng, thuộc nhựa nhiệt dẻo, sản phẩm ngưng tụ acid lactic PLA vật liệu hứa hẹn thu từ trình lên men từ nguyên liệu sắn, ngô, ri đường tài nguyên tái tạo dễ phân hủy sinh học PLA có khả phân hủy hoàn toàn môi trường tự nhiên thời gian 6-24 tháng Trong tất biopolymer polylactic acid có tính thương mại PLA thương mại chất đồng trùng hợp poly (L-lactic acid) poly (D-lactic acid) Tùy thuộc vào tỷ lệ L-lactic acid/D-lactic acid mà tính chất PLA thay đổi đáng kể 2.2.2 Cấu tạo tính chất 2.2.2.1 Tính chất vật lý: - PLA polyeste béo, tổng hợp nhờ phản ứng trùng ngưng Al Tồn 20oC áp suất 101.3 kPa, viên sáng bóng, mờ mờ đục, có mùi kẹo - Nhiệt độ nóng chảy 160 - 180oC, d = 1,24g/cm3 Là chất không bay - Kích thước hạt: viên khoảng 40mg - Độ hòa tan nước: khoảng 20mg/l 20oC 10 Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng Bài Báo cáo Bao bì sinh học Phân tử lượng chitosan thông số quan trọng, định tính chất chitosan khả kết dính, tạo màng, tạo gel, khả hấp thụ chất màu 3.2.2.3Ứng dụng Chitosan có nguồn gốc tự nhiên, không độc, an toàn cho người sử dụng làm thực phẩm, dược phẩm, có tính hòa hợp sinh học cao thể, có khả tự phân hủy sinh học Chitin khử nhóm axetyl tạo thành Chitosan Chitosan biến tính tính chất hóa học sinh học khác Người ta điều chế N-cacboxyl metylchitosan N-cacboxyl bytyl chitosan để sản xuất mỹ phẩm dùng để chữa bỏng 26 Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng Bài Báo cáo Bao bì sinh học CHƯƠNG 4: MỘT SỐ VÂT LIỆU KHÁC 4.1 VẬT LIỆU MATER – BI Mater-Bi sản xuất Novamont, công ty nghiên cứu Ý cho thấy khả thay plastic từ nguyên liệu dầu mỏ Mater-Bi polymer sinh học phân hủy hoàn toàn nghiên cứu Hình 4.1: Đường cong xuống cấp loại nhựa phân ủ Hình 4.2: Nghiên cứu nguyên liệu vật liệu Master-bi 27 Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng 4.2 Bài Báo cáo Bao bì sinh học MỘT SỐ VẬT LIỆU KHÁC Một công ty Anh phát triển loại dung dịch mới, có tính thực tiễn an toàn môi trường, giải vấn đề môi trường hàn triệu rác thải plastic gây Họ tuyên bố việc cắt đứt liên kết carbon nhựa góp phần làm giảm phân tử lượng, thay đổi thuộc tính dẫn đến việc chúng phân hủy nhanh chóng Một bước đột phá nhà khoa học phát triển bao bì bioplastic tốt hơn: có khả phân hủy nhiệt độ thấp đến 33oF, hay đơn giản phân hủy mưa, vi sinh vật đất Bioplastic phân hủy cho CO2 H2O 4.2.1 Plastic từ bắp Plastic từ tinh bột tạo cách ép dùn, thổi khí đúc thành khuôn So sánh với plstic từ dầu mỏ giá bioplastic rẻ khoảng 32cent/pound Các loại bao bì thường bao gói thực phẩm khô socola, bánh, kẹo, Hình 4.3: Kẹo gói bao bì bioplastic Bằng cách phối trộn protein từ bắp acid béo người ta tạo loại resin cách ép đùn thành màng phân hủy sinh học ưa chuộng plastic Vật liệu đốt cháy cho chất không gây độc hại Các loại màng thường bao gói dạng thực phẩm đông lạnh, loại bánh, thức ăn nhanh, Các plastic ăn làm từ tinh bột protein, sau sử dụng nghiền nhỏ làm thức ăn cho gia súc thành phần dinh dưỡng chứa cao 4.2.2 Plastic từ khoai tây Plastic từ khoai tây: phế phẩm nghành chế biến khoai tây tận dụng để làm plastic Tinh bột từ phế phẩm vi khuẩn thủy phân thành đường glucose, sau lên men nhờ vi khuẩn lactic cho sản phẩm acid lactic, sấy khô nghiền thành bột để dùng tạo dạng PLA plastic kĩ thuật ép đùn 28 Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng 4.3 Bài Báo cáo Bao bì sinh học Màng Polymer tự hủy Bao ươm cây, màng giữ ẩm, túi bao gói phế thải làm đảo lộn sinh thái gây cho môi trường nhiễm bẩn lâu dài, đến mức báo động Vấn đề chế tạo vật liệu, tạo màng, đánh giá khả ứng dụng màng tự huỷ thích hợp với môi trường Màng polymer tự hủy: nói sản phẩm thuộc loại ngành sản xuất vật liệu polymer Việt Nam Ưu điểm không gây ô nhiễm môi trường giống màng túi đựng nhựa nhiệt dẻo (PE, PP, PVC) Vật liệu dùng sản xuất màng polymer tự phân hủy nhựa LDPE (low density polyetylen- polyetylen tỉ trọng thấp) tinh bột sắn Ban đầu nhóm nghiên cứu cho LDPE, tinh bột sắn số chất phụ gia qua máy trộn vật liệu cực nhiệt độ thích hợp Tiếp đến, vật liệu đùn ép máy đùn trục vít có vùng điều khiển nhiệt độ khác Sau bổ sung chất trợ tương hợp chất phân tán, nhựa hạt qua máy chém hạt để tạo hạt compound Chất trợ tương hợp đóng vai trò định khả phân phối đồng vật liệu Cuối cùng, hạt compound qua máy ép phun để tạo vật liêu định hình qua thiết bị thổi màng để thổi thành màng mỏng Có thể tạo loại màng có độ dày khác theo yêu cầu người sử dụng Ngoài ra, polyolefin phân hủy sinh học tạo bình trồng Những bình làm từ vật liệu tự phân hủy trồng trực tiếp vào đất, mà không cần phải tháo bao nhựa polyolefin truyền thống Nó không ngăn cản rể phát triển, vỡ ra, rể phát triển vùng đất xung quanh Các bình phân hủy cung cấp chất dinh dưỡng cho đất, giúp cho đất thêm màu mỡ, trồng tươi tốt Hình 4.4: Bình màng phủ đất từ vật liệu tự phân hủy 29 Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng Bài Báo cáo Bao bì sinh học CHƯƠNG 5: BAO BÌ NHỰA TỰ PHÂN HỦY Bao bì nhựa tự phân hủy gọi polyofein phân hủy sinh học hay giảm cấp sinh học - Oxo-biodegradation Hình 5.1: Túi biodegradion 5.1 CÁC TÁC NHÂN GÂY PHÂN HỦY SINH HỌC 5.1.1 Vi sinh vật: Đây tác nhân đóng góp phân hủy polymer phân hủy sinh học 5.1.1.1 Nấm Là vi sinh vật quan trọng gây phân hủy vật liệu Chúng xuất môi trường có độ ẩm cao, nhiệt độ khoảng 50-550C, có không khí hết có mặt vật liệu cung cấp thức ăn Chúng thâm nhập vào polymer, sản sinh emzym, phá vỡ hợp chất hữu tiêu thụ Chủng nấm Fusarium L203 chủng nấm thử nghiệm cho hiệu phân hủy polymer tối ưu 8000 chủng nấm nghiên cứu để phân hủy polymer 5.1.1.2 Vi khuẩn Chúng thuộc nhóm sinh vật đơn bào, thuôc loại kí sinh trùng, loài có số lượng đông tự nhiên Các vi sinh vật phân hủy hợp chất hữu xuất chủ yếu môi trường đất nước, chúng phân làm loại; yếm khí hiếu khí Vi khuẩn yếm khí phân hủy hợp chất hữu có khí metan số khí khác H2S Vi khuẩn hiếu khí phân hủy hợp chất hữu chủ yếu CO2 H2O Khi thâm nhập vào vật liệu chúng sản sinh emzym, emzym công phá vỡ cấu trúc mạch phân tử, tiêu thụ chất hữu 30 Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng Bài Báo cáo Bao bì sinh học Hình 5.2: Vi khuẩn nấm gây phân hủy sinh học 5.1.2 Một số tác nhân khác Ngoài loại vi sinh vật giúp polyme sinh học phân hủy số tác nhân khác làm phân hủy hay đóng góp vào trình phân hủy polyme với vi sinh vật: ánh sáng-phân hủy quang, nhiệt độ… 5.2 CÁC GIAI ĐOẠN PHÂN HỦY Nhựa phân hủy sinh học hay Oxo-biodegradation mô tả qua hai giai đoạn phân hủy - Giai đoạn đầu phản ứng oxi không khí với polymer, mạch polymer bị cắt nhỏ (tạo thành olygomer) kết trình oxi hóa, giai đoạn mặt vi sinh vật làm nhiệm vụ oxi hóa (abiotic oxidation), việc sử dụng oxi biến mạch polymer hình thành nhóm chức cacbonyl, acid cacboxilic, ester, andehide, rượu Từ polymer kị nước xuất nhóm chức ưa nước tạo điều kiện cho việc phân hủy polymer dễ dàng - Giai đoạn hai phân hủy sinh học oxi hóa vi sinh vật vi khuẩn, nấm,… chúng phân hủy mạch olygomer lại thành CO2 H20 Trong giai đoạn đầu giai đoạn quan trọng định toàn trình, giai đoạn đầu trình giảm cấp diễn nhanh có mặt tia UV (photodegradation) nhiệt (Thermal degradation) Giai đoạn đầu hay gọi giai đoạn giảm cấp quang hóa (Photodegradation) liên quan đến khuynh hướng tự nhiên cho hầu hết loại polymer, chúng phải trải qua trình phản ứng từ từ với oxi không khí với trợ giúp ánh sáng 31 Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng Bài Báo cáo Bao bì sinh học Thông thường tác nhân nhạy sáng sử dụng để làm nhanh so với xu hướng tự nhiên (mất vài thập niên) Cơ chế giảm cấp quang hóa liên quan đến hấp thu ánh sáng UV sau tạo gốc tự Một trình oxi hóa tự động diễn phân hủy tận loại polymer Người ta tin tưởng luôn có diện nhóm cacbonyl hidroperoxide trình chế tạo gia công làm cho polyolefin không bền, dựa đặt điểm để điều khiển trình phân hủy Hình 5.3: Sơ đồ minh họa chế phân hủy quang hóa Nhóm hydroperoxide group (–CH–OOH) sản phẩm trình oxi hóa không bền tác dụng nhiệt ánh sáng Và sau cho loại sản phẩm polymer có chưa nhóm ưa nước tan nước, nhóm làm cho polyolefin dễ phân hủy 32 Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng Bài Báo cáo Bao bì sinh học Các nhóm ceton đứt đồng ly theo hai chế Norrish I Norrish II Hình 5.4 Sơ đồ chế Norrish I Norrish II Ngoài ra, có trình giảm cấp nhiệt (Thermal degradation), chế giảm cấp nhiệt tương tự giảm cấp quang hóa, nhiên vận tốc giảm cấp nhiệt phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ Hình 5.5: Quá trình phân hủy polyofein phân hủy 33 Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng Bài Báo cáo Bao bì sinh học CHƯƠNG 6: ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA BAO BÌ SINH HỌC VÀ ỨNG DỤNG TRONG TƯƠNG LAI 6.1 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA BAO BÌ SINH HỌC 6.1.1 Ưu điểm - Chi phí lượng, giá thấp so với plastic truyền thống - Sử dụng nguồn nguyên liệu có sẵn tự nhiên: nguyên liệu từ bắp, tinh bôt mì, - Dễ phân hủy thiên nhiên, không gây ảnh hưởng đến môi trường - Không sử dụng hóa chất tổng hợp, nhờ an toàn với thực phẩm với người tiêu dùng 6.1.2 Nhược điểm - Do chưa phổ biến, chưa sử dụng rộng rãi với miền quê, hay khu dân cư nên gây hoài nghi cho người tiêu dùng - Chi phí nguyên liệu đầu vào chi phi sản xuất cao, yêu cầu phải sản xuất với số lượng lớn thu lợi nhuận cho nhà sản xuất - Trong trình tổng hợp, cần phải sử dụng dung môi để trích ly nhựa từ trồng, tốn lượng - Khả in ấn không rõ nét - Độ bền, dẻo chưa tốt sản phẩm bao bì plastic Cách khắc phục nhược điểm, vượt qua rào cản: - Đưa nghiên cứu mở rộng việc đóng gói bao bì có bổ sung khí - Tiếp tục nhắm vào mặt hàng cửa hàng tạp hóa, sản phảm trái cây, rau quả, sản phẩm snack cho trẻ em thực phẩm cho vật nuôi nhà - Tìm kiếm đồng tình ủng hộ tổ chức có quan tâm đến vấn đề môi trường như: trường đại học, cao đẳng, đồng thời tìm kiếm tổ chức khác có quan tâm đến vấn đề môi trường để giúp đỡ lẫn - Nhấn mạnh vào tiện ích nhiều người không quan tâm đến môi trường tiện ích 6.2 ỨNG DỤNG TRONG TƯƠNG LAI Tương lai vật liệu thân thiện môi trường với ứng dụng màng polyme tự tan hủy theo chuương trình định sẵn thực tiễn lớn cho hành tinh xanh 34 Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng Bài Báo cáo Bao bì sinh học Vấn đề thân thiện với môi trường ngày coi trọng đặc tính vật liệu giá yếu tố quan trọng Hầu hết polymer sinh học có đặc tính gần giống polymer truyền thống, đặc tính (độ co giãn, đàn hồi ) tùy thuộc vào nguyên liệu thô phương pháp gia công Ngày nay, giá nhiều loại vật liệu sinh học gần vượt chút so với PET PA, ngoại trừ PHAs, có giá gấp 10 lần plastic truyền thống Tuy nhiên, lượng sản phẩm hơn, ảnh hưởng đến vấn đề giá cả, sản xuất với số lượng lớn giá chúng thấp Các nghiên cứu khoa học tìm lượng lớn vật liệu sinh học thích hợp cho bao bì thực phẩm việc ứng dụng chúng nhiều hạn chế, Chúng ta không mong thay hoàn toàn vật liệu truyền thống vật liệu sinh học thời gian ngắn, nhiên, thật vật liệu tương lai, mà đặc tính giá chúng tương đương với vật liệu truyền thống 35 Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng Bài Báo cáo Bao bì sinh học CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN Dựa vào đặc tính vượt trội tương lai sản phẩm bao bì sinh học thay cho sản phẩm bao bì truyền thống Bởi tính tự phân hủy môi trường tự nhiên không ảnh hưởng đến sản phẩm bên người tiêu dùng Khi mà nguồn nguyên liệu ngày khan bao bì nhựa sinh học trở thành giải pháp tối ưu với nguồn nguyên liệu rẻ, phong phú tiềm phát triển lớn Để phát triển, sử dụng rộng rãi sản phẩm bao bì sinh học cần trình phát triển lâu dài, đầu tư công nghệ sản xuất để khắc phục nhược điểm trở thành sản phẩm bao bì sử dụng nhiều 36 Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng Bài Báo cáo Bao bì sinh học TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Thị Thúy Hồng 2015 Bài giảng kĩ thuật bao bì thực phẩm Đại học Kỹ thuật Công nghệ Cần Thơ Đống Thị Anh Đào 2005 Kỹ thuật bao bì thực phẩm NXB Đại học Quốc gia Bài báo cáo vật liệu bao bì sinh học http://luanvan.co/luan-van/tim-hieu-ve-vatlieu-bao-bi-sinh-hoc-2851/ Bài báo cáo bao bì vật liệu sinh học http://luanvan.net.vn/luan-van/bao-cao-bao-bivat-lieu-sinh-hoc-44910/ Tiểu luận bao bì tự hủy http://doc.edu.vn/tai-lieu/tieu-luan-bao-bi-tu-huy-52766/ Polyme phân hủy sinh học http://luanvan.co/luan-van/de-tai-ban-biet-gi-vepolyme-phan-huy-sinh-hoc-53517/ Food-Packaging-of-the-Future https://www.scribd.com/document/19697458/FoodPackaging-of-the-Future PLA-polymer-get-‘green-light’-for-packing-uses http://www.ptonline.com/articles/renewable-pla-polymer-gets-'green-light'-forpackaging-uses Việt nam chế tạo màng polymer tự hủy: http://www.vinachem.com.vn/xuat-ban-pham/111-so-6-2004-vnc/c1455.html 10 Màng polyme tự hủy- diễn đàn công nghệ xanh http://www.kythuatin.com/f/forum/viewthread.php?forum_id=7&thread_id=17837 37 Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng Bài Báo cáo Bao bì sinh học MỤC LỤC CHƯƠNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ BAO BÌ 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Định nghĩa phân loại 1.2.1 Định nghĩa 1.2.2 Phân loại 1.3 Đặc tính CHƯƠNG 2: VẬT LỆU TỪ TINH BỘT 2.1 Vật liệu từ tinh bột 2.1.1 Sự tạo thành tinh bột 2.1.2 Tính chất tinh bột 2.2 Vật liệu polylactic acid (PLA) 10 2.3 Vật liệu poly hydroxyalkanoates (PHA) 15 2.4 Vật liệu thermoplastic (TPS) 19 2.4.1 EAA (copolyme ethylen-acrylic acid) 19 2.4.2 Starch/vinyl alcohol copolymers 19 2.4.3 Aliphatic polyesters: 20 CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU CELLULOSE, CHITIN VÀ CHITOSAN 22 3.1 Vật liệu từ Cellulose 22 3.2 Vật liệu từ chitin chitosan 24 3.2.1 Chitin 24 3.2.1.2 Cấu tạo 24 3.2.1.2 Quá trình sản xuất chi tin 24 3.2.1.3 Ứng dụng 24 3.2.1.4 Ưu, nhược điểm 24 3.2.2 Chitosan 25 3.2.2.1 Cấu tạo, đặc điểm 24 3.2.2.2 Tính chất hóa học 25 3.2.2.3 Ứng dụng 24 CHƯƠNG 4: MỘT SỐ VÂT LIỆU KHÁC 27 4.1 Vật liệu Mater – Bi 27 38 Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng 4.2 Bài Báo cáo Bao bì sinh học Một số vật liệu khác 28 CHƯƠNG 5: BAO BÌ NHỰA TỰ PHÂN HỦY 30 5.1 Các tác nhân gây phân hủy sinh học 31 5.1.1 Nấm 30 3.1.2 Vi khuẩn 30 5.2 Các giai đoạn phân hủy 31 Chương 6: ưu nhược điểm bao bì sinh học ứng dụng tương lai 34 6.1 Ưu nhược điểm bao bì sinh học 34 6.1.1 Ưu điểm 34 6.1.2 Nhược điểm 34 6.2 Ứng dụng tương lai 34 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN 36 TÀI LIỆU THAM KHẢO 37 39 Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng Bài Báo cáo Bao bì sinh học DANH SÁCH HÌNH Hình :Xử lý bao bì sau sử dụng Hình 2: Rác thải bao bì qua sử dụng Hình 1.1: Vòng đời polyme phân hủy sinh học Hình 1.2: Bao bì thực phẩm bao bì sinh học Hình 1.3: Quá trình tự hủy bao bì sinh học Hình 1.4: Cái ly từ vật liêu sinh học tự phân hủy sau 1, 15, 30 50 ngày Hình 2.1: Sự tạo thành tinh bột Hình 2.2: Bắp nguồn nguyên liệu sản xuất vật liệu tinh bột 10 Hình 2.3: Polylactic acid (PLA) 11 Hình 2.4: Cơ chế phân hủy PLA 12 Hình 2.5:Máy gia công vật liệu PLA 13 Hình 2.8: Nhóm PHA 16 Hình 2.9: Máy khuấy máy ly tâm sản xuất vật liệu PLA 17 Hình 2.10: Quá trình tổng hợp PHA 18 Hình 2.11: Bao bì vật liệu PHA 19 Hình 2.12: Bao bì ật liệu TPS 20 Hình 3.2: Đường cong phân hủy plastic sinh học 23 Hình 3.3: Bao bì sinh học bảo quản rau củ 23 Hình 3.4: Chitin 24 Hình 3.5: Chitosan 25 Hình 4.1: Đường cong xuống cấp loại nhựa phân ủ 27 Hình 4.2: Nghiên cứu nguyên liệu vật liệu Master-bi 27 Hình 4.3: Kẹo gói bao bì bioplastic 28 Hình 4.4: Bình màng phủ đất từ vật liệu tự phân hủy 29 Hình 5.1: Túi biodegradion 30 Hình 5.2: Vi khuẩn nấm gây phân hủy sinh học 31 Hình 5.5: Quá trình phân hủy polyofein phân hủy 33 40 ... dụng nhiều loại bao bì khác như: bao bì giấy, bao bì kim loại, bao bì thủy tinh, bao bì chất dẻo, loại có đặc tính ưu, nhược điểm khác Trong bao bì chất dẻo thông dụng chiếm ưu Bao bì chất dẻo dễ... hủy sinh học polyme không phân hủy sinh học Hình 1.2: Bao bì thực phẩm bao bì sinh học 1.2.2 Phân loại Trên sở phương pháp sản xuất, nói chung vật liệu polyme sinh học dùng để sản xuất bao bì. .. bao bì sinh học Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng Bài Báo cáo Bao bì sinh học Hình 1.4: Cái ly từ vật liêu sinh học tự phân hủy sau 1, 15, 30 50 ngày Gv: Nguyễn Thị Thúy Hồng Bài Báo cáo Bao bì sinh học