Preview

Пищевые системы

Расширенный поиск

Современные биоразлагаемые материалы с ускоренной деградацией для молочной и пищевой продукции (предметный обзор)

https://doi.org/10.21323/2618-9771-2023-6-1-11-21

Аннотация

Продукты полимерной промышленности, львиную долю которых составляет упаковка пищевой продукции, создают существенную угрозу для окружающей среды, что требует поиска наиболее действенных и функциональных решений. С каждым годом объемы производства полимерной упаковки растут в среднем на 10-12%, а в прошлом году из-за распространения по всему миру SARS-CoV-2 (COVID-19) и его штаммов прирост составил более 20%. Решение экологической проблемы возможно с использованием основных базовых подходов: утилизация и вторичная переработка отходов, которая даст возможность «второй жизни» уже использованным полимерам; разработка и создание новых биоразлагаемых материалов, способных деградировать полностью под влиянием внешних факторов на относительно более безопасные вещества. Однако следует отметить, что первый способ имеет ряд существенных недостатков, связанных с затруднением контроля количества осуществленных процессов рециклинга, что потенциально может привести к увеличению миграционных процессов из полимерных материалов. Вторым способом решения экологической проблемы утилизации и переработки упаковки является направление, связанное с созданием полимерных материалов, с заменой части традиционных коммерческих синтетических основ органическими и неорганическими наполнителями в различных концентрациях. Однако, можно предположить, что наиболее перспективным способом обращения с упаковочными отходами, является разработка технологий, направленных на создание полностью биоразлагаемых материалов с регулируемым сроком службы, которые после своего жизненного цикла утилизируются в короткие сроки без нанесения вреда окружающей среде. Настоящий обзор посвящен анализу рынка современных биоразлагаемых материалов и способов получения деградируемых композиций, способных стать существенной альтернативой традиционным пластикам.

Об авторе

Д. М. Мяленко
Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности
Россия

Мяленко Дмитрий Михайлович — кандидат технических наук, заведующий сектором упаковки

115093, Москва, Люсиновская, 35/7

Тел.: +7–916–854–18–24



Список литературы

1. Бойко, А. Г. (2014). RosUpack — 2014. Тенденции российского рынка гибких упаковочных материалов. Электронный ресурс https://plastinfo.ru/information/articles/473. Дата доступа 01.08.2022.

2. RUSTARA.RU (2015). История пластиковой тары. Электронный ресурс https://www.rustara.ru/articles/Istorija-plastikovoj-tary/. Дата доступа 01.08.2022.

3. Белобородова, Т. Г. (09 февраля 2017). Актуальные направления переработки вторичных полимерных материалов в изделия. Проблемы и перспективы развития науки и образования в ХХI веке. Материалы Международной (заочной) научно-практической конференции. София, Болгария, 2017.

4. Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 005/2011 «О безопасности упаковки» (с изменениями на 18 октября 2016 года) (утвержден решением комиссии Таможенного союза от 16 августа 2011 года № 769). Москва — 2011

5. Bioplastics Europe. (2018). Global production capacities of bioplastics 2018-2023 Retrieved from http://www.european-bioplastics.org/news/publications Accessed: August 1, 2022.

6. Lebreton, L., Andrady, A. (2019). Future scenarios of global plastic waste generation and disposal. Palgrave Communications, 1(5), Article 6. https://doi.org/10.1057/s41599-018-0212-7

7. Пляскина, Н. И., Харникова, В. Н. (2016). Управление в сфере обращения с твердыми коммунальными отходами: современное состояние. ЭКО, 12, 7-21.

8. РЭО (2021). РЭО подвел итоги года. Электронный ресурс https://reo.ru/tpost/o5xr9caev1-reo-podvel-itogi-goda. Дата доступа 01.08.2022.

9. Market data Archives Plastics Europe. (2022). Quarterly Report Q1/2022 European plastics manufacturers (EU27) Retrieved from https://plastic-seurope.org/knowledge-hub/quarterly-report-q1-2022. Accessed: August 01, 2022.

10. Дубровин, Н. Н., Кондратьев, Д. А., Нефедова, Т. О. (27 декабря 2021). Международный опыт стимулирования раздельного сбора бытовых отходов. Теории, школы и концепции устойчивого развития науки в современных условиях, Сборник статей Международной научно-практической конференции. Уфа: OMEGA SCIENCE, 2021

11. Ray, S. S., Lee, H. K., Huyen, D. T. T., Chen, S.-S., Kwon, Y.-N. (2022). Microplastics waste in environment: A perspective on recycling issues from PPE kits and face masks during the COVID-19 pandemic. Environmental Technology and Innovation, 26, Article 102290. https://doi.org/10.1016/j.eti.2022.102290

12. Prata, J. C., Silva, A. L. P., Duarte, A. C., Rocha-Santos, T. (2021). Disposable over reusable face masks: Public safety or environmental disaster? Environments-MDPI, 8(4), Article 31. https://doi.org/10.3390/environments8040031

13. Квашнин, А. Б. (2021). Особенности утилизации средств индивидуальной защиты в условиях распространения COVID-19. Инновационная наука, 10-2, 22-25.

14. Панфилов, Б. В. (2019). Мировой рынок биополимеров. Полимерные материалы. Изделия, оборудование, технологии, 7, 53.

15. Hobbs, C. E. (2019). Recent advances in bio-based flame retardant additives for synthetic polymeric materials. Polymers, 11(2), Article 224. https://doi.org/10.3390/polym11020224

16. Maraveas, C. (2020). Production of sustainable and biodegradable polymers from agricultural waste. Polymers, 12(5), Article 1127. https://doi.org/10.3390/polym12051127

17. Qu, H., Fu, H., Han, Z., Sun, Y. (2019). Biomaterials for bone tissue engineering scaffolds: A review. RSC Advances, 9(45), 26252-26262. https://doi.org/10.1039/c9ra05214c

18. Mochane, M. J., Motsoeneng, T. S., Sadiku, E. R., Mokhena, T. C., Sefadi, J. S. (2019). Morphology and properties of electrospun PCL and its composites for medical applications: A mini review. Applied Sciences (Switzerland), 9(11), Article 2205. https://doi.org/10.3390/app9112205

19. Zabihzadeh Khajavi, M., Ebrahimi, A., Yousefi, M., Ahmadi, S., Farhoodi, M., Mirza Alizadeh, A. et al. (2020). Strategies for producing improved oxygen barrier materials appropriate for the food packaging sector. Food Engineering Reviews, 12(3), 346-363 https://doi.org/10.1007/s12393-020-09235-y

20. Quecholac-Pina, X., Hemandez-Berriel, M. C., Manon-Salas, M. C., Espinosa-Valdemar, R.M., Vazquez-Morillas, A. (2020). Degradation of plastics under anaerobic conditions: A short review. Polymers, 12(1), Article 109. https://doi.org/10.3390/polym12010109

21. Reichert, C. L., Bugnicourt, E., Coltelli, M.-B., Cinelli, P., Lazzeri, A., Canesi, I. et al. (2020). Bio-based packaging: Materials, modifications, industrial applications and sustainability. Polymers, 12(7), Article 1558. https://doi.org/10.3390/polym12071558

22. Jian, J., Xiangbin, Z., Xianbo, H. (2020). An overview on synthesis, properties and applications of poly (butylene-adipate-co-terephthalate)- PBAT. Advanced Industrial and Engineering Polymer Research, 3(1), 19-26. https://doi.org/10.1016/j.aiepr.2020.01.001

23. Гарифуллина, Л. И., Ли, Н. И., Гарипов, Р. М., Миннахметова, А. К. (2019). Биоразложение полимерных пленочных материалов (обзор). Вестник технологического университета, 22(1), 47-53.

24. Van den Oever, M., Molenveld, K. (2017). Replacing fossil based plastic performance products by bio-based plastic products — Technical feasibility. New Biotechnology, 37, 48-59. https://doi.Org/10.1016/j.nbt.2016.07.007

25. Iles, A., Martin, A. N. (2013). Expanding bioplastics production: sustainable business innovation in the chemical industry. Journal of Cleaner Production, 45, 38-49. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2012.05.008

26. Van Der Zee, M. (2020). Methods for evaluating the biodegradability of environmentally degradable polymers. Chapter in a book: Handbook of biodegradable polymers. Smither Rapra, Shawburry, 2020. https://doi.org/10.1515/9781501511967-001

27. United Nations Sustainable Development. (2020). Take Action for the Sustainable Development Goals — United Nations Sustainable Development. Retrieved from https://www.un.org/sustainabledevelopment/sustainable-development-goals. Accessed: May 11, 2022.

28. Лоонг-Так, Л. (2011). Биоразлагаемая упаковка для пищевых продуктов. Переработка молока, 6(140), 61-67.

29. Kirsh, I., Frolova, Y., Bannikova, O., Beznaeva, O., Tveritnikova, I., Myalenko, D. et al. (2020). Research of the influence of the ultrasonic treatment on the melts of the polymeric compositions for the creation of packaging materials with antimicrobial properties and biodegrability. Polymers, 12(2), Article 275. https://doi.org/10.3390/polym12020275

30. Прудникова, С. В., Волова, Т. Г. (2012). Экологическая роль полигидроксиалканоатов-аналога синтетических пластмасс: закономерности биоразрушения в природной среде и взаимодействия с микроорганизмами. Красноярск: Красноярский писатель, 2012.

31. Радаева, И. А., Илларионова, Е. Е., Туровская, С. Н., Рябова, А. Е., Галстян, А. Г. (2019). Принципы обеспечения качества отечественного сухого молока. Пищевая промышленность, 9, 54-57. https://doi.org/10.24411/0235-2486-2019-10145

32. Илларионова, Е. Е., Туровская, С. Н., Радаева, И. А. (2020). К вопросу увеличения срока годности молочных консервов. Актуальные вопросы молочной промышленности, межотраслевые технологии и системы управления качеством, 1(1), 225-230. https://doi.org/10.37442/978-5-6043854-1-8-2020-1-225-230

33. Хуршудян, С. А., Пряничникова, Н. С., Рябова, А. Е. (2022). Качество и безопасность пищевых продуктов. Трансформация понятий. Пищевая промышленность, 3, 8-10. https://doi.org/10.52653/PPI.2022.3.3.001

34. Федотова, О. Б. (2008). Упаковка для молока и молочных продуктов. Качество и безопасность. Москва: Россельхозакадемия.

35. Юрова, Е. А. (2020). Контроль качества и безопасности продуктов функциональной направленности на молочной основе. Молочная промышленность, 6, 12-15. https://doi.org/10.31515/1019-8946-2020-06-12-15

36. Юрова, Е. А., Фильчакова, С. А. (2019). Оценка качества и хранимоспособности молочных продуктов функциональной направленности. Переработка молока, 10(240), 6-11. https://doi.org/10.33465/2222-5455-2019-10-6-10

37. Кобзева, Т. В., Юрова, Е. А. (2016). Оценка показателей качества и идентификационных характеристик сухого молока. Молочная промышленность, 3, 32-35.

38. Мукатова, М. Д., Сколков, С. А., Моисеенко, М. С., Киричко, Н. А. (2018). Пищевая биоразлагаемая пленка с использованием хитозана. Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: рыбное хозяйство, 3, 124-131. https://doi.org/10.24143/2073-5529-2018-3-124-131

39. Пряничникова, Н.С. (2020). Защитные покрытия для пищевых продуктов, В сборнике: Современные достижения биотехнологии. Техника, технологии и упаковка для реализации инновационных проектов на предприятиях пищевой и биотехнологической промышленности. материалы VII Международной научно-практической конференции. Пятигорск, 2020.

40. Федотова, О. Б., Пряничникова, Н. С. (2021). Исследование изменения структуры полиэтиленового слоя упаковки, контактирующего с пищевым продуктом, при воздействии ультрафиолетового излучения. Пищевые системы, 4(1), 56-61. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2021-4-1-56-61

41. Пряничникова, Н. С., Федотова, О. Б. (21 октября, 2020). Использование приемов квалиметрического проектирования при создании функциональных покрытий на продуктах питания. Сборник тезисов Всероссийской с международным участием онлайн-конференции: «Современная биотехнология: актуальные вопросы, инновации и достижения». Кемерово, 2020.

42. Кубенко, Е. Г. (2014). Разработка технологии получения хитозана из гаммаруса азовского и его использование при производстве растительно-рыбных пищевых продуктов. Автореф. дис. канд. техн. наук. Краснодар: Кубанский государственный технический университет, 2014.

43. Angellier, H., Molina-Boisseau, S., Dole, P., Dufresne, A. (2006). Thermoplastic starch — waxy maize starch nanocrystals nanocomposites. Bio-macromolecules, 7(2), 531-539. https://doi.org/10.1021/bm050797s

44. Ratnayake, W. S., Hoover, R., Shahidi, F., Perera, C., Jane, J. (2001). Com-position, molecular structure, and physicochemical properties of starches from four field pea (Pisum sativum L.) cultivars. Food Chemistry, 74(2), 189-202. https://doi.org/10.1016/S0308-8146(01)00124-8

45. Федотова, О. Б. (2020). О биоразлагаемой упаковке и перспективе ее использования. Молочная промышленность, 1, 10-12. https://doi.org/10.31515/1019-8946-2020-01-10-12

46. Pryanichnikova, N., Fedotova, O. (November 18-20, 2021). Some aspects of creating functional coatings on dairy products. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Krasnoyarsk, Russia. https://doi.org/10.1088/1755-1315/677/3/032031

47. Пряничникова, Н.С. (2020) Съедобная упаковка: транспорт для функциональных и биоактивных соединений. Молочная река, 4(80), 32-34.

48. Klemm, D., Schmauder, H. P., Heinze, T. (2001). Cellulose. Chapter in a book: Biopolymers, 6. Wiley-VCH, Weinheim, 2001.

49. Gelse, K., Poschl, E., Aigner, T. (2003). Collagens — Structure, function, and biosynthesis. Advanced Drug Delivery Reviews, 55(12), 1531-1546. https://doi.org/10.1016/j.addr.2003.08.002

50. Yoshioka, N. K., Young, G. M., Khajuria, D. K., Karuppagounder, V., Pinamont, W., Fanburg-Smith, J. C. et al. (2022). Structural changes in the collagen network of joint tissues in late stages of murine OA. Scientific Reports, 12(1), Article 9159. https://doi.org/10.1016/10.1038/s41598-022-13062-y

51. Singla, R., Mehta, R. (2012). Preparation and characterization of polylactic acid-based biodegradable blends processed under microwave radiation. Polymer-Plastics Technology and Engineering, 51(10), 1014-1017. https://doi.org/10.1080/03602559.2012.680562

52. Briassoulis, D. (2004). An overview on the mechanical behaviour of bio-degradable agricultural films. Journal of Polymers and the Environment, 12(2), 65-81. https://doi.org/10.1023/B:JOOE.0000010052.86786.ef

53. Kale, G., Auras, R., Singh, S. P. (2006). Degradation of commercial biode-gradable packages under real composting and ambient exposure conditions. Journal of Polymers and the Environment, 14(3), 317-334. https://doi.org/10.1007/s10924-006-0015-6

54. Wikipedia (2021) Полилактид. Электронный ресурс: https://ru.wikipedia.org/wiki/Полилактид. Дата доступа: 01.08.2022.

55. Tsuji, H., Ishizaka, T. (2001). Blends of aliphatic polyesters. VI. Lipasecatalyzed hydrolysis and visualized phase structure of biodegradable blends from poly (s-caprolactone) and poly (l-lactide). International Journal of Biological Macromolecules, 29(2), 83-89. https://doi.org/10.1016/S0141-8130(01)00158-1

56. Woodruff, M. A., Hutmacher, D. W. (2010). The return of a forgotten polymer — Polycaprolactone in the 21st century. Progress in Polymer Science (Oxford), 35(10), 1217-1256. https://doi.org/10.1016/j.progpolym-sci.2010.04.002

57. Sailema-Palate, G. P., Vidaurre, A., Campillo, A. F., Castilla-Cortazar, I. (2016). A comparative study on Poly (s-caprolactone) film degradation at extreme pH values. Polymer Degradation and Stability, 130, 118-125. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2016.06.005

58. Malinova, L., Brozek, J. (2014). Ethyl magnesium bromide as an efficient anionic initiator for controlled polymerization of s-caprolactone. Polymer Bulletin, 71(1), 111-123. https://doi.org/10.1007/s00289-013-1048-3

59. Limwanich, W., Meepowpan, P., Nalampang, K., Kungwan, N., Molloy, R., Punyodom, W. (2015). Kinetics and thermodynamics analysis for ringopening polymerization of s-caprolactone initiated by tributyltin n-butox-ide using differential scanning calorimetry. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 119(1), 567-579. https://doi.org/10.1007/S10973-014-4111-x

60. Kricheldorf, H. R., Berl, M., Scharnagl, N. (1988). Poly (lactones). 9. Polymerization mechanism of metal alkoxide initiated polymerizations of lactide and various lactones. Macromolecules, 21(2), 286-293. https://doi.org/10.1021/ma00180a002

61. Storey, R. F., Sherman, J. W. (2002). Kinetics and mechanism of the stannous octoatecatalyzed bulk polymerization of s-caprolactone. Macromolecules, 35(5), 1504-1512. https://doi.org/10.1021/ma010986c

62. Agarwal, S. (2010). Chemistry, chances and limitations of the radical ring-opening polymerization of cyclic ketene acetals for the synthesis of degradable polyesters. Polymer Chemistry, 1(7), 953-964. https://doi.org/10.1039/c0py00040j

63. Labet, M., Thielemans, W. (2009). Synthesis of polycaprolactone: A review. Chemical Society Reviews, 38(12), 3484-3504. https://doi.org/10.1039/b820162p

64. Sarasam, A. R., Krishnaswamy, R. K., Madihally, S. V. (2006). Blending chitosan with polycaprolactone: Effects on physicochemical and antibacterial properties. Biomacromolecules, 7(4), 1131-1138. https://doi.org/10.1021/bm050935d

65. Wang, X., Zhou, J., Li, L. (2007). Multiple melting behavior of poly (butylene succinate). European Polymer Journal, 43(8), 3163-3170. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2007.05.013

66. Tserki, V., Matzinos, P., Pavlidou, E., Vachliotis, D., Panayiotou, C. (2006). Biodegradable aliphatic polyesters. Part I. Properties and biodegradation of poly (butylene succinate-co-butylene adipate). Polymer Degradation and Stability, 91(2), 367-376. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2005.04.035

67. Nikolic, M. S., Djonlagic, J. (2001). Synthesis and characterization of biodegradable poly (butylene succinate-co-butylene adipate) s. Polymer Degradation and Stability, 74(2), 263-270. https://doi.org/10.1016/S0141-3910(01)00156-2

68. Wikipedia (2020). Polybutylene succinate. Retrieved from https://wiki5.ru/wiki/Polybutylene_succinate. Accessed: August 01, 2022.

69. Siracusa, V., Rocculi, P., Romani, S., Rosa, M.D. (2008). Biodegradable polymers for food packaging: a review. Trends in Food Science and Technology, 19(12), 634-643. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2008.07.003

70. Pedersen, D.D., Kim, S., Wagner, W.R. (2022). Biodegradable polyurethane scaffolds in regenerative medicine: Clinical translation review. Journal of Biomedical Materials Research — Part A, 110(8). 1460-1487. https://doi.org/10.1002/jbm.a.37394

71. Javadi, A., Kramschuster, A.J., Pilla, S., Lee, J., Gong, S., Turng, L.-S. (2010). Processing and characterization of microcellular PHBV/PBAT blends. Polymer Engineering and Science, 50(7), Article 1440. https://doi.org/10.1002/pen.21661

72. Zumstein, M. T., Schintlmeister, A., Nelson, T. F., Baumgartner, R., Woebken, D., Wagner, M. et al. (2018). Biodegradation of synthetic polymers in soils: Tracking carbon into CO2 and microbial biomass. Science Advances, 4(7), Article eaas9024. https://doi.org/10.1126/sciadv.aas9024

73. Muthuraj, R., Misra, M., Mohanty, A. K. (2018). Biodegradable compatibilized polymer blends for packaging applications: A literature review. Journal of Applied Polymer Science, 135(24), Article 45726. https://doi.org/10.1002/app.45726

74. Merchan, N., Aslim, B., Yuksekdag, Z. N., Beyatli, Y. (2002). Production of poly-b-hydroxybutyrate (PHB) by some Rhizobium bacteria. Turkish Journal of Biology, 26(4), 215-219.

75. Min Song, H., Chan Joo, J., Hyun Lim, S., Jin Lim, H., Lee, S., Jae Park, S. (2022) Production of polyhydroxyalkanoates containing monomers conferring amorphous and elastomeric properties from renewable resources: Current status and future perspectives. Bioresource Technology, 366, Article 128114. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.128114

76. Fabra, M. J., Lopez-Rubio, A., Lagaron, J. M. (2014). Nanostructured interlayers of zein to improve the barrier properties of high barrier polyhydroxyalkanoates and other polyesters. Journal of Food Engineering, 127, 1-9. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2013.11.022

77. Savenkova, L., Gercberga, Z., Nikolaeva, V., Dzene, A., Bibers, I., Kalnin, M. (2000). Mechanical properties and biodegradation characteristics of PHB-based films. Process Biochemistry, 35(6), 573-579. https://doi.org/10.1016/S0032-9592(99)00107-7

78. Kim, M.-N., Lee, A.-R., Yoon, J.-S., Chin, I.-J. (2000). Biodegradation of poly(3-hydroxybutyrate), Sky-Green and Mater-Bi by fungi isolated from soils. European Polymer Journal, 36(8), 1677-1685. https://doi.org/10.1016/S0014-3057(99)00219-0

79. Выдрина, Т. С., Артёмов, А. В., Шкуро, А. Е., Кривоногов, П. С., Савиновских, А. В. (2020). Свойства древесно-полимерных композитов на основе аграрных отходов и активатора разложения. Вестник Техно-логического университета, 23(10), 25-29.

80. Vijayakumar, C. T., Chitra, R., Surender, R., Pitchaimari, G., Rajakumar, K. (2013). Development of photode-gradable environment friendly polypropylene films. Plastic and Polymer Technology, 2(1), 22-37.

81. Directive (EU) 2019/904 (2019) of the European Parliament and of the Council of 5 June 2019 on the reduction of the impact of certain plastic products on the environment (Text with EEA relevance) // PE/11/2019/ REV/1, OJ L 155, 12.6.2019, 1-19.

82. Аниськов Е. (2021). Европа запретила одноразовый пластик: чего ждать в России. Электронный ресурс: https://trends.rbc.ru/trends/green/60e829f79a794766ad12a657. Дата доступа: 01.08.2022.

83. Ромашков, А. (2021). Россия без пластика: названы сроки полного запрета одноразовых изделий. Электронный ресурс: https://www.bfm.ru/news/480489 Дата доступа: 01.08.2022. (In Russian)


Рецензия

Для цитирования:


Мяленко Д.М. Современные биоразлагаемые материалы с ускоренной деградацией для молочной и пищевой продукции (предметный обзор). Пищевые системы. 2023;6(1):11-21. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2023-6-1-11-21

For citation:


Myalenko D.M. Modern biodegradable materials with accelerated degradation for dairy and food products (subject review). Food systems. 2023;6(1):11-21. (In Russ.) https://doi.org/10.21323/2618-9771-2023-6-1-11-21

Просмотров: 679


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2618-9771 (Print)
ISSN 2618-7272 (Online)