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產業技術評析

國際食品包裝綠色永續發展動態
發表日期:2023-04-05
作者:黃秋香(食品所)
摘要:
本文將從食品包裝生命週期的角度切入,觀測包裝從設計、生產製造、消費使用到最終回收處理等各階段的關注點及廠商綠色永續作為,提供國內食品相關業者思考及參考。

全文:

來自新法規、消費者壓力和展現產品特色差異是廠商落實永續包裝精進的重要推力。減低浪費和精進回收再利用的包裝法規,如歐盟針對未回收的塑膠包裝廢棄物等課徵包裝稅,促使食品製造商重新思考產品包裝型態;消費者則希望作出對環境友善的選擇,全球食品包裝趨勢向合乎可回收、低碳排及包裝供應鏈資訊透明有新層次發展。本文將從食品包裝生命週期的角度切入,觀測包裝從設計、生產製造、消費使用到最終回收處理等各階段的關注點及廠商綠色永續作為,提供國內食品相關業者思考及參考。

一、回收技術:聚焦回收塑膠品質升級

(一)生物回收技術:不同塑膠屬性的分解酶成為關鍵

1.塑膠回收率仍低,酶回收技術被期待:目前塑膠回收方式主要有機械和化學等兩大回收技術,由於收集和分離各種消費後包裝廢棄物難度高,加上經多次加工循環後聚合物會劣化,塑膠回收率仍然低。酶回收技術成為具應用潛力的塑膠回收新策略,但在廣泛應用前仍有許多障礙待克服,其一是設計出可滿足產業要求的塑膠分解酶。

2.酶技術平台開發中:如The Manchester Institute of Biotechnology(MIB)開發一工程平台,具有工業規模 PET分解生物催化劑所需特性的PET解聚酶。平台能根據不同塑膠分解需求,彈性調整施加在酶上的壓力,提高聚合物解構速度、熱穩定性和使用生命週期。其他生物回收相關技術,如Center for Biological Research(CIB)研究發現蠟蟲(wax worm)唾液含有塑膠分解酶,室溫下數小時可分解PE等塑膠。University of Queensland發現超級蠕蟲(Zophobas morio)的腸道細菌酶,可消化分解聚苯乙烯(Polystyrene,PS),未來研究將應用宏基因組學,設計具分解聚苯乙烯和苯乙烯(Styrene)能力的酶。

(二)化學分解技術:掌握干擾因素與關鍵參數,可提升分解效率

1.掌控貴金屬與氯對化學分解之影響:如Pacific Northwest National Laboratory (PNNL)研發出更具成本效益,可快速作用的技術。其運用氫解方法將氫氣添加到聚丙烯(Polypropylene,PP)、PE等難回收的塑膠中,將塑膠廢棄物轉為碳氫化合物;同時為提高分解效率,減少貴金屬含量,提高聚合物的升級循環。另,針對回收過程聚氯乙烯和其他來源氯等對回收系統可能的影響,PNNL正在探索氯對化學轉化效率的影響。

2.建立參數與回收品質之關聯性:如Alterra Energy開發可用於液化難回收塑膠的熱化學解決方案,應用塑膠廢料和技術特色數據庫,佐以專業熱力學和動力學模型,預測關鍵系統參數和產品品質,確保製程可控且可實現。另Alterra Energy 運用液化技術結合Neste專有預處理和升級技術,強化品質差距,同時形成端到端的化學回收解決方案,將塑膠廢棄物轉化為石化原料。相關技術若大規模量產,需與廢棄物管理回收業者及石化產業等建立供應夥伴關係。

3.突破柔性薄膜回收困難點:迄今柔性薄膜一直難以回收再利用,Heinz、Tesco與Berry Global等廠商針對這問題合作解決;其將Tesco店內柔性薄膜包裝進行化學回收處理,再製成含近四成回收薄膜的Heinz食品包裝。Berry Global將回收薄膜在高溫無氧條件下,熱分解轉化為石化原料,與原生混製成可接觸食品的塑膠粒;符合食品接觸安全法規要求,且不影響包裝生產或機械等功能,替代薄壁包裝中原生聚丙烯塑膠。

二、綠色包材:無塑及包材簡化成核心

(一)無塑膠囊咖啡:創造廢棄物化於無形

據Gordon St Coffee表示每年全球消耗超過600億顆咖啡膠囊,為解決大量的塑膠膠囊廢棄物,持續有廠商投入膠囊包裝替代品的開發。如Tchibo與Berry Global合作開發的再生聚丙烯咖啡膠囊、部分Nespresso咖啡膠囊為再生鋁製成、Lost Sheep Coffee推出木質咖啡膠囊。近期Migros結合味覺體驗、便利和零浪費,推出一款完全無膠囊的咖啡包裝,可完全堆肥的壓榨咖啡球;由Delica專利保護層覆蓋,使咖啡球具穩定性、像鋁製外殼形成氧氣屏障,可防止咖啡香氣流失。Gordon Street Coffee推出與 Nespresso咖啡機相容的可堆肥膠囊,混合農作物副產物與植物性添加劑,產出外觀和觸感像塑膠包材,分解速度與香蕉皮相當,且不留下有害塑膠微粒。Tchibo咖啡也推出廢棄食用油等生物基原料所製成咖啡膠囊,減少二氧化碳排放。

(二)單一包材:包裝回收運行更有利

1.解決單一包材應用侷限:複合式多層薄膜是現階段食品產業的重要包材,可延長易腐產品的保存期限,同時提供阻隔性,包括氧氣和水的傳輸速率、穿刺、撕裂阻力、熱封性等控制;然複合式包材較難回收再利用,常以塑膠垃圾掩埋。單一包材除滿足複合包材基本功能外,其開發關鍵要求,如可加工性,相關包材能承受各式包裝生產設備而不受損,需提高彈性、剛性和熱封層密封性等機械性能。因印刷或標籤會干擾單一包材的可回收性,需同時開發二氧化矽、氧化鋁和聚氨酯基等解決方案。

2.強化單一包材阻隔性:如英國HiBarFilm2聯盟使用等離子功能化奈米材料,開發單一包材的聚烯烴薄膜,可取代傳統、困難回收的複合式包材。HiBarFilm2聯盟以兩種方式提高包裝阻隔性,一是在成膜前直接混合奈米材料於聚烯烴,二是奈米材料分散至聚烯烴的阻隔塗層。該聯盟採等離子功能化專利技術,並加到奈米包材、常見阻隔劑表面,以改善添加劑在聚合物的分散性、相容性或增加疏水性。

(三)紙質包材:減碳效益具體

1.具屏障功能紙包裝:據2022年Innova Market Insights調查資料顯示,全球超過三成消費者認為紙質包裝較環保,國際食品廠商正在遠離塑膠,改換紙包裝。如Noel Alimentaria Verday採用紙質淺盤盛裝切片植物肉,具對稱拉伸性,能模塑成不同大小的包裝盤,可在原有包裝產線運轉,提供防潮和氧氣屏障,確保儲運過程產品新鮮度,同時佐以良好印刷可有吸睛外觀。Frugalpac則推出杜松子酒紙瓶,由90%再生紙板與食品級塑膠內袋所組成,較一般玻璃瓶輕五倍、碳足跡和用水量減低六倍,且紙瓶所有構成物可直接進入回收系統處理。

2.融合副產物更綠色:部分紙質對生態環境的友善低,包括造紙需消耗大量的水、屬能源密集型產業;部分包裝業者改採農業剩餘資材作為紙纖維替代品,減少水灌溉需求及碳排放。如DS Smith擴大多樣化包材來源,研究一系列農業剩餘資材加入利用,如雛菊、稻草、大麻、可可殼和海藻等,測試纖維潛力、塑膠替代力、可回收性、成本等。紙纖維亦正逐步替代玻璃、鋁等包材,相關包裝商品化上市,為包裝低碳排再邁出一步。

三、包裝設計:協力輕量化與回收率

(一)簡化:減少非必要包裝組件

1.改變設計便於回收:據2022年Innova Market Insights調查顯示,全球近三成消費者願意減低使用的便利性,減少包裝塑膠使用。Coca Cola歐洲太平洋合作夥伴(CCEP)就推出輕量化瓶頸和不脫落瓶蓋等包裝,增進碳酸飲料塑膠瓶的永續價值;其輕量化瓶頸的設計,減輕包裝瓶1克塑膠的使用,但單一塑膠瓶仍可承受11.5巴壓力,滿足碳酸飲料的使用需求。另,Coca Cola飲料塑膠瓶和瓶蓋皆可100%回收,不脫落瓶蓋讓包裝完整回收更容易;其他廠商如Bericap、Landliebe Molkereiprodukte等也推出180度不脫落瓶蓋,提供便利、永續及包材減重等價值。

2.減法設計降低塑膠使用:把手或提環等設計,通常用於4~6個飲料罐或瓶的包裝,方便消費者購買與使用。為響應環保發展需求,Coca Cola、Jumbo、Vrumona等飲料業者已於零售通路,停止多包裝飲料所使用的強化塑膠手提式設計。飲料業者將塑膠收縮膜的側邊進行不完全密封,消費者可方便抓握;飲料需手提式塑膠的設計也直接消除,包材使用量減少。另,多數海苔產品依賴塑膠淺盤保護產品,為降低一次性塑膠使用,Ocean's Halo推出無淺盤式包裝海苔,每年減少五成碳足跡,提高四倍貨架展售空間效益。Korea Crystal Beverage和Coca Cola則陸續推出無標籤飲料塑膠瓶,借力瓶形、配色、Logo浮雕壓印等細節設計,傳遞品牌核心價值與創建識別度。

(二)巧思:兼顧便利性和環保性

據ChoosePlanetA公司表示,全球生產超過5,000億個一次性塑膠和紙杯,單純塑膠蓋就有100萬噸廢棄物的生成;該公司推出無塑膠蓋的一次性紙杯,提供外帶飲料業者新選擇。ChoosePlanetA紙杯有可折疊的內置蓋子,產品以100%家庭可堆肥紙製成,無PE塗層。另,傳統外帶飲料包裝蓋,無法閉闔的狹小飲用口常有內容物外漏問題,Cupex新創公司推出可重複使用的塑膠蓋,運用杯蓋中心凸起和橢圓形飲用大開口,讓消費者如使用杯子喝水般,且杯蓋透過滑動可重複開闔,防止飲料晃動洒漏。為避免小容量塑膠包裝,在回收篩選過程被遺漏,Amcor Rigid Packaging開發50毫升塑膠酒瓶,透過特定方式折疊,消費後包裝寬度可大於5公分,減低塑膠小包裝在回收過程可能的流失。

四、減少浪費:消減食品和包裝廢棄物生成

(一)生物可分解包裝:減低塑膠用量

據Indian Council of Agricultural Research研究顯示,印度4.6~15.9%蔬果於收成後被丟棄,部分原因與儲存條件差有關。因此Indian Institute of Technology(IIT)研發來自微藻萃取物的可食用活性薄膜和塗層,可生物分解、富含抗氧化劑,提供生鮮農產品2個月保鮮期、不影響產品味道和品質。IIT採食品級乙醇溶劑並以超音波輔助,對杜氏鹽藻(dunaliella tertiolecta)的生質廢棄物進行綠色萃取粗藻乙醇萃取物(Crude Algae Ethanolic Extract,CAEE),以開發生物可分解的殼聚醣(Chitosan,CS)可食用薄膜和塗層。Naama Nicotra則從可直接食用果皮取經,開發出整個部分都可以吃、真正零浪費的包裝。其可食用包裝由藻類瓊脂製成,當與油、水混合時會變乾,創造出視覺、觸覺和塑膠相似的包材;它不似塑膠耐用,但保有塑膠關鍵特性,例如透明度和密封性,瓊脂亦可添加不同成分,改變可食用包裝功能性。

(二)活性包裝:延長產品保鮮期

全球衛生安全和食物浪費問題正吸引廠商轉向氣調包裝(Modified Atmosphere Packaging,MAP)研發,近期Innova Market Insights的調查就指出,食品飲料業運用氣調包裝成長超過三成。Aptar將二氧化氯氣體釋放到包裝頂部空間,避免農產品受病原體侵害;Novipax使用二氧化碳來抑制微生物生長;Carlsberg的ZerO 2瓶蓋內襯會主動吸收瓶內氧氣,防止啤酒變質。SAVRpak則應用大氣控制和傳輸(ACT)技術,可吸收多餘水分和淨化包裝內氣體來減緩產品老化、防止冷凝形成。另,包裝霧化會使內容物視覺上不具新鮮感和吸引力,且冷凝水滴可能縮短產品保存期限;防霧劑可抑制水滴的形成,降低食品腐爛和變質的風險。如Emery Oleochemicals和Sukano所共同開發防霧化合物,可替代塗層型態產品,以PET為芯層融合於各種薄膜,增加包裝防霧功能的耐用性。

(三)抗菌包裝:減緩微生物生長

近期包裝發展能確保食品到消費者手中的過程,不會導致非必要的食物浪費及溫室氣體排放;而食品包裝於零售通路經常被觸摸,抗菌塗層有助於防止微生物傳播,讓消費者放心。例如Microban推出一種不含重金屬技術,將抗菌功能整合於水性塗料配方,可抑制細菌生長、防止黴菌形成,延長塗層食品的保存期限;相關產品對紫外線具穩定性,能增強水性塗層的光學性能。此外,投入抗菌食品包裝研發的其他業者或研究單位,包括Schur Flexibles(適用於肉品)、澳洲RMIT University(仿昆蟲翅膀結構)、泰國King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang(以聚乳酸結合鳳梨葉纖維)、西班牙Aimplas(使用魚類副產物)等。

五、結語

隨著全球環境永續性需求的強勁增長,推動食品包裝和材料科學持續創新,然新包裝需在食品安全性、完整性和保存期限等方面獲得滿足,才能取得接受度和發展性。

1.創造回收塑膠Upcycle價值:面對可回收食品級塑膠需求不斷增長,以及相關回收塑膠短缺的問題,已有食品業者借力包裝設計,如轉用更容易回收、單一材料結構等包材,成為提高回收率不可或缺的一部分。另,回收技術的可操作性,包括大規模處理、多種包材加工再利用等,以處理不適合當前回收設施的材料,有效地分解和重組塑膠分子。

2.減少食物浪費食品包裝也可以:食物浪費和腐敗所產生溫室氣體是破壞地球環境的原因之一,包裝業者面臨包裝延長保存期限和降低環境有害包材的挑戰。除改變包裝份量之外,廠商正積極採用生物聚合物、纖維或活性成分等原料,開發有效延長保存期限的技術,減少食物變質情形發生。

3.綠色包裝生態系逐漸成形:從聯合國發布永續發展目標SDGs,到國內公布「臺灣2050淨零排放路徑藍圖」,食品廠商包裝綠化行動持續精進升級。量販店與超市等通路採裸裝方式銷售部分蔬果,試圖擴大減塑範圍及效益;超商業者則導入飲料循環杯、鮮食循環餐盒等,針對一次性塑膠減量;食品廠商朝消除不必要包裝組件發展,例如以紙質替代塑膠吸管、複合式塑膠包裝轉換為單一包材,創造更高回收價值。

4.包裝投入綠色研發創新:國內食品供應鏈上游的包裝業者,積極融合於食品包裝生態系,扣合國際綠色環保關鍵趨勢,超前部署相關包裝研發。例如塑膠淋膜包裝會增加回收分離程序,華紙以水性塗層強化包裝防水性,同時簡化回收處理;遠東新世紀生產食品級包材的r-PET,獲得食藥署「食品容器具包裝之PET再製酯粒原料」核可,成為國際飲料品牌環保包材供應商之一。
 

(本文作者為食品所執行產業技術基磐研究與知識服務計畫產業分析師)


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更新日期:2020-04-08

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