食品包装におけるコーンスターチバイオプラスチック: 機能する場所と失敗する場所

コーンスターチバイオプラスチック: 何がうまくいき、何が失敗するのか

コーンスターチは不思議な素材でもマーケティングのトリックでもありません。これは測定可能な限界のある原料であり、その限界によって実際にどのトレイ、カップ、蓋フィルムを運ぶことができるかが決まります。

6 オンスのポーションカップに 85 °C のグレービーソースを注ぎ、密封して加熱ランプの下に 20 分間放置します。ポリプロピレン製のカップはほとんど目立ちません。同じ壁厚のコーンスターチバイオプラスチックカップは、縁が柔らかくなり、楕円形に変形し、シールが失われる可能性があります。サステナビリティに関する主張について話す前にこのテストを 1 回実行すれば、実験室のデータシートでわかるよりもその内容について詳しく知ることができます。

最初に結論を述べます。コーンスターチバイオプラスチックは、規格認定を受けた本物の包装材料ですが、製品カタログ全体でのドロップイン代替品ではありません。賞味期限が短く、冷蔵、低水分、乾燥した用途では良好に機能しますが、高温充填、常温での長期保存期間、高脂肪含有物、湿気の多い物流では困難を伴います。

この記事は業界の実践的な側面から書かれています。私たちは 寧波林華プラスチック は、PP、PS、PET、TFPP、PLA を同じラインで稼働させる食品接触包装メーカーです。私たちが関心を持っている質問は狭いものです。どの製品が、シール、保存期間、またはコンプライアンスファイルを壊さずにでんぷんベースまたは PLA 素材に移行できるか?

コーンスターチが包装材料になるまで

トウモロコシの粒から完成したパックに至るまでには 2 つのルートがあり、最終的にはまったく異なる材料で、価格も大きく異なります。

ルート 1: 熱可塑性デンプン

デンプン顆粒は、水とグリセロールやソルビトールなどの可塑剤とともに約 60 ～ 70 °C に加熱され、せん断力によって顆粒構造が破壊されます。出てくるのは熱可塑性デンプンで、安価で再生可能で親水性が強いです。アミロース含有量はその行動のほとんどを形成します。標準的なコーンスターチにはアミロースが約 4 分の 1 含まれていますが、ワキシーコーンにはほとんどアミロースが含まれておらず、高アミロースハイブリッドには半分以上含まれています。アミロースが多いほど、フィルムはより強く、より硬く、より脆くなります。普通の熱可塑性デンプンは空気中の湿気を吸収するため、市販のトレイやフィルムは通常、完成品がコールド チェーンに耐えられるように PBAT、PLA、または PBS とブレンドされます。

ルート 2: デンプンから乳酸、PLA へ

工業的なルートは酵素的および生物学的です。デンプンは加水分解されてグルコースになり、発酵して乳酸になり、ラクチドに変換され、その後重合してポリラクチドになります。このポリマーは、現在食品サービス向けに販売されているほとんどの堆肥化可能なカップ、クラムシェル、蓋フィルムの裏側に存在しています。普通の非晶質 PLA のガラス転移温度はおよそ 55 ～ 60 °C であり、これがアイスドリンクには快適でコーヒーには不快である理由を説明しています。結晶化グレードは短期耐熱性を 90 ～ 120 °C の範囲に押し上げますが、材料コストが高くなり、加工範囲が狭くなります。

デンプンは安価で、再生可能で、親水性があります。最初の 2 つの物件はそれを販売しています。 3 つ目は、ほぼすべての食品用途を制限します。

主なオプションの比較方法

以下の表は、決着するまでに通常 3 回のパイロット実行を必要とする重大な決定をまとめたものです。仕様としてではなく、スクリーニングツールとして使用してください。

２つのパターンが出てきます。熱と湿気は一緒に移動するため、冷やしたソースカップで機能するのと同じブレンドでも、熱い充填ラインや湿気の多い倉庫では機能しない可能性があります。そして、最も簡単に切り替えられるのは、ソースやドレッシングのカップ、農産物の箱、乾物トレイ、コールドカップの蓋など、小型で乾燥したまたは冷蔵された製品です。

インスタントミールはスケールの対極に位置します。そこでは、トレイ、バリア、シールを 1 つのシステムとして指定する必要があり、ほとんどのプロジェクトでは、バイオベースの要素がトレイ本体ではなく蓋フィルムを通って侵入します。

堆肥化可能性は収集の問題である

ヨーロッパの EN 13432、米国の ASTM D6400、および国際的な ISO 17088 は、包装材料についてほぼ同じことを求めています。つまり、産業用堆肥化環境において約 58 °C で 12 週間以内に少なくとも 90% が分解すること、6 か月以内に少なくとも 90% の生分解が起こること、完成した堆肥に有害な影響がないこと、および重金属と有機炭素の制限が求められています。家庭での堆肥化スキームは、周囲温度で作業する必要があり、ほとんどの PLA の記事がこれらのスキームを通過していないため、実際には別のものであり、より厳格です。

認定と現実のギャップは収集です。埋め立て地や焼却炉に運ばれる認定された堆肥化可能なトレイは、他の廃棄物と同様に動作するため、耐用年数が終了するルートはプロジェクトの終了時ではなく、プロジェクトの開始時に設定されます。

コンプライアンス、移行、供給リスク

植物ベースだからといって、自動的に食品の安全を意味するわけではありません。欧州連合では、食品に使用されるデンプンブレンドまたは PLA 製品は規制 (EU) No 10/2011 に準拠し、全体の移行限度 10 mg/dm² を満たし、配合中のすべての添加剤について特定の移行データを保持する必要があります。米国では、樹脂は効果的な FDA 食品接触許可を必要とし、中国では関連する枠組みは GB 4806.7 です。バイオベースの化合物では、移行リスクは通常、デンプンそのものではなく、可塑剤や加工助剤に起因します。

サプライヤーの変更はリスクの残りの半分です。デンプン化合物は再配合され、異なる可塑剤、新しい PBAT ソース、調整された担体が使用され、3 月に移行テストに合格した化合物が 9 月には同じ化合物ではなくなる可能性があります。購入仕様書にグレードを固定し、改訂番号と有効期限の遵守宣言を要求し、樹脂ソースを変更した後に再テストします。

既存のラインでバイオベースの包装を実行する

バイオベースの素材は、樹脂ホッパーだけでなく、機械の設定も変更します。 6 つのポイントにより、試行が実稼働になるかどうかが決まります。

• 乾燥中。 PLA は湿気の存在下で加水分解します。押出成形または熱成形の前に、乾燥剤付き乾燥機で 60 ～ 80 °C で通常 4 ～ 6 時間、約 250 ppm 以下まで乾燥させます。
• 封印。バイオベースのシール層は、PE ベースのシステムでは 130 ～ 160 °C であるのに対し、約 90 ～ 120 °C で閉じるため、シール ウィンドウ全体が下に移動し、標準的な蓋フィルムはそれに追従しません。
• 熱成形。軟化とたるみの間の範囲は PP よりも狭く、結晶化グレードではより高温の金型とより長いサイクル時間が必要になります。
• 剛性と重量。 PLA の密度は 1.24 g/cm3 に近いのに対し、PP の密度は約 0.90 です。そのため、同じ体積の部品の重量が重くなり、同じ剛性でもより厚い壁が必要になる場合があります。キログラム当たりのコストではなく、完成品ユニット当たりのコストを比較してください。
• 保管環境。でんぷんを含む部分は水分を吸収します。相対湿度約 50% 以下で、直射日光を避け、高温の機器から離して保管してください。
• ほこりや静電気。でんぷん化合物は、ライン速度が速いと粉塵が多くなり、静電気が発生する可能性があるため、供給、搬送、空気圧による搬送を確認してください。

シーリングは、トレイとフィルムが 2 つの別々の購入物として扱われるため、ほとんどの最初のパイロットが失敗する箇所です。これらは 1 つのシステムです。シール層はトレイ本体が耐えられる温度で閉じる必要があり、コールド チェーンを通じて接着が維持される必要があります。

ペアを一緒に指定し、実際のマシンでテストし、次のシフトで再現できるようにシール パラメータをパック仕様に記録します。

本当の質問に答えるパイロット

有用なトライアルは、短く、具体的で、内容にやや不満があるものです。

1. 最も写真映えするものではなく、最悪の場合の製品を選択してください。脂肪分が最も多く、賞味期限が最も長いものを選択してください。
2. 気候を修正します。たとえば、冷蔵または熱帯のサプライ チェーンの代わりとして、30 °C、相対湿度 75% の加速ストアを設定します。
3. シールの強度と染料の浸透を、最初に一度ではなく、ゼロ日目、寿命の中期、寿命の終わりにテストしてください。
4. 落下および振動テストは、単体のユニットをベンチ上で行うのではなく、梱包されたパレットに対して行われます。
5. 最後にパックを開け、外観、結露、シールの完全性を確認します。
6. 廃棄物の送り先を小売店、市、または契約給食業者に書面で確認してください。
7. 追加の材料、フィルム、サイクルタイムの遅延などを含む、完成品ユニットあたりのコストを比較します。

コーンスターチバイオプラスチックは狭いツールです。ホットフィルラインや 2 年間の常温保存期限、あるいは有機廃棄物の収集を必要としない顧客を運ぶことはなく、マーケティングがどれだけ行われてもこれらの物理的性質を変えることはできません。素材、形式、フィルム、廃棄ルートが一緒に選択されていれば、食品包装ポートフォリオの一部 (冷蔵調理済み食品、コールドポーションカップ、農産物用箱、乾物トレイなど) を重要な部分として使用することもできます。

有用な質問は、コーンスターチバイオプラスチックが良いかどうかでは決してありません。この製品が、この気候、このライン、この廃棄ルートで、すでに使用されている樹脂よりも優れたパフォーマンスを発揮するかどうかです。それにパイロット版で答えれば、ラベル上の主張は自動的に解決されます。それは私たち自身の背後にある論理と同じです ゼロカーボンへの取り組み : 最初に測定し、次にコミットします。