Ova monografija je nastavak dugogodišnjeg bavljenja autora različitim ambalažnim materijalima i ambalažom. Predmet istraživanja autora su pre svega specifična svojstva pojedinih ambalažnih materijala, kao i mogućnost njihove primene za pakovanje prehrambenih proizvoda. Polimerni materijali, pojedinačni ili kombinovani međusobno, ili sa drugim vrstama materijala, su danas dominantni ambalažni materijali. Zbog velikog uticaja ambalaže na životnu sredinu, koji se najviše ogleda kroz trošenje neobnovljivih resursa / kroz zagađenja odbačenom ambalažom, u skladu sa svetskim trendovima, autori se bave / ekološkim aspektom ambalažnih materijala. Jedan od pravaca poboljšanja ekološkog statusa ambalažnih materijala je svakako razvoj i veća primena biopolimera. Najnovija istraživanja autora su rozvoj i izučavanje mogućnosti primene biopolimernih ambalažnih materijala, kao što su proteinski i polisaharidni biofilmovi, za pakovanje prehrambenih proizvoda. Različitim modifikacijama pri dobijanju ovih biopolimrnih materijala, postiže se unapređenje svojstava, dobijaju se aktivni ambalažni materijali i širi mogućnost primene. S obzirom na pojavu sintetskih polimera sa dodatim aditivima za biorazgradnju, koji su kod nas zastupljeni u vidu kesa tregerica, autori se bave i izučavanjem stepena i dinamike biorazgradnje ovih materijala.
Autori se nadaju da će njihova istraživanja biorazgradivih ambalažnih materijala dati doprinos široj primeni ovih ambalažnih materijala, kao i očuvanju životne sredine.
U Novom Sadu, oktobar 2015. god.
Autori
dr Vera Lazić, dr Senka Popović
Sadržaj
POGLAVUE 1. AMBALAŽNI MATERIJALI I AMBALAŽA
1.1 Vrste ambalažnih materijala i ambalaže
1.2 Polimeri i polimerni ambalažni materijali
POGLAVUE 2. UTICAJ AMBALAŽE NA ŽIVOTNU SREDINU
2.1 Životni ciklus ambalaže
2.2 Ekološko označavanje
POGLAVUE 3. BIORAZGRADIVI AMBALAŽNI MATERIJALI
3.1 Biopolimeri
3.1.1 Biopolimeri ekstrahovani iz biomase
3.1.2 Biopolimeri proizvedeni klasičnom hemijskom sintezom od biomonomera
3.1.3 Biopolimeri dobijeni direktno iz prirodnih ili genetički modifikovanih mikroorganizama
3.1.4 Osobine biopolimernih filmova
3.1.5 Modifikacije i poboljšanja svojstava biopolimernih filmova
3.2 Biorazgradivi sintetski polimeri
3.2.1 Sintetski polimeri sa dodatkom biopolimera
3.2.2 Sintetski polimerni materijali sa dodatkom aditiva za razgradnju
3.2.3 Mehanizmi razgradnje sintetskih polimernih ambalažnih materijala
3.2.4 Zakonska regulativa o razgradnji sintetskih polimernih ambalažnih materijala
3.2.5 Primena biorazgradivih sintetskih polimernih ambalažnih materijala
LITERATURA
Poglavlje 1. Ambalažni materijali i ambalaža
Danas se za pakovanje različitih proizvoda koriste brojni ambalažni materijali i od njih formirana ambalaža. Ambalaža ima brojne osnovne i niz specifičnih funkcija. Osnovna uloga ambalaže je zaštitna, skladišnotransportna i prodajna funkcija. Ove funkcije ambalaža ostvaruje u skladu sa karakteristikama ambalažnih materijala od kojih je proizvedena. Istorijski ambalaža je prolazila kroz različite promene, funkcije ambalaže su se menjale i postajale sve složenije, od elementarne funkcije, zaštite od rasipanja, preko izbalansirane, željene propustljivosti gasova i vodene pare, pa sve do aktivne ambalaže koja sadrži različite absorbere ili emitere, ili inteligentne ambalaže, koja komunicira sa okolinom (Lazić i sar. 2008a, Lazić i sar. 2010b). Ambalaža je neophodna i potrebna, ali tokom svog životnog ciklusa utiče na životnu sredinu. Razvoj ambalažnih materijala i ambalaže ide u pravcu poboljšanja ekoloških svojstava, odnosno smanjenja negativnih uticaja na životnu sredinu. Otuda su savremeni trendovi štednja neobnovljivih izvora sirovina, odnosno veća primena ambalažnih materijala iz obnovljivih izvora, smanjenje količine ambalažnog otpada, gde je moguća ponovna upotreba, reciklaža, sagorevanje, ili na bilo koji način valorizacija ambalažnog otpada. Porast broja stanovništva dovodi do porasta upotrebljenih različitih ambalažnih materijala, kao što su: staklo, metal, papir i karton, drvo, polimerni mono, višeslojni i kombinovani materijali, kao i od njih formirane ambalaže: staklenke, boce, limenke, kutije, kante, tube, kese, čaše, posudice, kombi doze i drugo. Svi ovi ambalažni materijali i ambalaža nakon upotrebe upakovanog proizvoda se odbacuju u životnu sredinu i time je zagađuju. Naravno, na životnu sredinu utiče ceo životni ciklus ambalaže, od proizvodnje sirovina za ambalažu, formiranja ambalaže, upotrebe i odbacivanja iskorišćene ambalaže, zbog toga je neophodno pratiti sve utroške sirovina i energije, kao i ono što se emituje u vodu, vazduh ili zemljište tokom životnog veka proizvoda (Lazić i Novaković, 2010).
Polimerni ambalažni materijali danas su dominantni za pakovanje prehrambenih proizvoda, pre svega zbog svojih dobrih fizičko mehaničkih i barijernih svojstava prema nepovoljnim faktorima spoljašnje sredine, kao što su vlaga, kiseonik, mikroorganizmi, zbog lakoće prerade, velike mogućnosti kombinovanja, kao i relativno niske cene. Ekološki problemi kod upotrebe ovih materijala su trošenje neobnovljivih sirovina (nafta), kao i njihov dug životni vek, odnosno nerazgradivost. Sve veće gomilanje otpada i porast svesti o očuvanju životne sredine, doveli su do potrebe za stvaranjem samouništivih, razgradivih ili biorazgradivih materijala. Upravo dug životni vek plastičnih ili polimernih materijala se pokazao kao veliki problem za životnu sredinu. Drugi problem kod konvencionalne plastike je što se proizvodi od neobnovljivih sirovina, od nafta. Većina danas poznatih polimera se proizvode od sirovina dobijenih iz nafte. Jedan deo tih polimera vraća se ponovo u proces proizvodnje i prerade, čime se štede neobnovljivi izvori, a drugi deo nakon upotrebe ipak ostaje u vidu otpada. Plastični proizvodi, posebno ambalaža, čine veliki ekološki problem savremenog sveta jer uzrokuju nastanak velike količine ambalažnog otpada. Visoke cene nafte i prirodnog gasa, sirovina za mnoge proizvode, podstiču proizvodnju plastičnih materijala iz drugih, obnovljivih izvora sirovina. Ono što ograničava veću proizvodnju plastičnih materijala od drugih sirovina, je znatno viša cena, kao i lošija svojstva u odnosu na sintetske polimerne materijale proizvedene iz nafte. Međutim, porast cena nafte doprinosi sve većem razvoju proizvodnje i primene biopolimera, polimera koji su dobijeni iz prirodnih, obnovljivih izvora ili su proizvedeni hemijskom sintezom metodama savremene biotehnologije.
Kada se govori o poboljšanju ekološkog statusa ambalaže, jedan od pravaca razvoja je svakako veća primena prirodnih biopolimera ili biorazgradivih sintetskih polimera. Širom sveta postoje napori u istraživanju kako bi se razvili biorazgradivi polimeri, kao vid poboljšanja u upravljanju otpadom. Istraživanja mogućnosti primene različitih biorazgradivih polimernih materijala, su veoma složena i sveobuhvatna, zbog mnogih naučnih disciplina koje su uključene, hemija, biohemija, prehrambene tehnologije, m’ikrobiologija, zastita životne sredine, zakonska regulativa. Zajedničko za sve buduće izvore sirovina za biopolimerne ambalažne materijale, je da su biološkog porekla, da se mogu planski uzgajati u godišnjim ciklusima i da su neškodljivi za životnu sredinu. Različiti biopolimerni materijali imaju široko područje primene (Plackett, 2011).
Upravo pri primeni postoje određena ograničenja, odnosno nedostaci ovih materijala, koji uključuju brzinu i stepen razgradnje pod različitim uslovima, promene mehaničkih svojstava tokom skladištenja, pogodnost za rast mikroorganizama, kao i kontaminacija upakovanog sadržaja pojedinim migrantima (Coles, 2003). Studije i analize životnog ciklusa pojedinih biopolimernih ambalažnih materijala ukazuju da se oni ubrajaju u ekološki prihvatljive materijale. Biopolimeri maju niz prednosti, ali i neke nedostatke i nedovoljne barijerne osobine, te u skoroj budućnosti, ne mogu u potpunosti zameniti sintetske, konvencionalne polimerne ambalažne materijale. Zbog masovne primene pojedine ambalaže od polimernih materijala, kao što su plastične kese „tregerice“, kaje su veoma zastupljene u ambalažnom otpadu, nova istraživanja su usmerena ka modifikaciji sintetskih polimera dodacima, aditivima, čijim delovanjem sintetski polimerni materijali postaju razgradivi ili biorazgradivi. Primena ovih materijala značajno smanjuje zagađenje okoline.
Danas su veoma aktuelna i intenzivna istraživanja svih aspekata proizvodnje, karakterizacije, poboljšanja svojstva, implementacije biorazgradivih ambalažnih materijala za različite proizvode, kao i njihovo usaglašavanje sa postojećom zakonskom regulativom, ili donošenje nove regulative za nove ambalažne materijale (Popović, 2013).
Za pakovanje prehrambenih, farmaceutskih i brojnih drugih proizvoda u upotrebi su različiti ambalažni materijali, koji se međusobno razlikuju po svojoj prirodi, osobinama, tehnologijama proizvodnje, mogućnošću kombinovanja, ekonomskom i svom ekološkom statusu. Od ambalažnih materijala se formira različita ambalaža, koja prihvata proizvod i štiti ga do upotrebe. Ambalaža sa proizvodom čini jednu celinu, koja se prezentira kupcu, što znači da je ona njegov sastavni deo koja ga štiti i neposredno preporučuje, pružajući pri tome različite informacije, kao i zadovoljstvo pri upotrebi. Ambalaža ima mnogo funkcija, ali najvažnija je da štiti upakovani proizvod od delovanja spoljašnjih faktora od momenta pakovanja, pa do konačne upotrebe. Ambalaža štiti i okolinu od upakovanog sadržaja. Pojam pakovanje podrazumeva tehnološki postupak postavljanja proizvoda u ambalažu i njeno zatvaranje. Ambalaža pre svega ima zaštitnu ulogu, zatim skladišno-transportnu, ali i informativnu. Ambalaža štiti upakovani proizvod pri manipulaciji, transportu i prodaji od mehaničkih oštećenja, gubitka sadržaja i nedozvoljenih manipulacija. Ona sprečava promenu kvaliteta pod delovanjem raznih mehaničko-fizičkih, hemijskih, mikrobioloških i klimatskih uticaja itd (Lazić i Novaković, 2010). Od značaja za plasman i uspešnu prodaju upakovanog proizvoda je i atraktivan izgled, odnosno dizajn ambalaže. Ona ima funkciju da svojim izgledom privuče pažnju kupaca i probudi želju da se upakovani proizvod kupi. Svi savremeni procesi proizvodnje završavaju se pakovanjem i za mnoge proizvode ambalaža je presudan uslov plasmana i prodaje (Petković, 2010). Osim nabrojanih funkcija ambalaže, ona mora da bude i ekološki podobna. Ekološka funkcija ambalaže nametnula se osamdesetih godina prošlog veka, kao posledica sve ozbiljnijih zahteva koji se postavljaju u svim sferama Ijudske delatnosti u pogledu zaštite životne sredine (Lazić i Novaković, 2010). Prvobitne ekološke studije su naglašavale da je ekološki podobna ambalaža ispunila sve svoje funkcije, ako se nakon upotrebe proizvoda, odloži na predviđeno mesto, potom reciklira, preradi, sagori ili trajno deponuje. Kasnije je razmatranje ekološkog statusa ambalaže prošireno na ceo životni ciklus ambalaže.
1.1 Vrste ambalažnih materijala i ambalaže
Izbor ambalažnih materijala i ambalaža za pakovanje određenih prehrambenih, farmaceutskih ili drugih proizvoda zahteva poznavanje osobina ambalažnih materijala, osobina proizvoda koji se pakuje, primene specifičnih uslova pakovanja, kao i sagledavanje ekonomike pakovanja, kao i ekološkog statusa odabranih materijala (Vujković, 1997; Petković, 2010). Po prirodi sirovina od kojih se proizvode, ambalažni materijali mogu biti papir, karton, staklo, metali, polimeri, biopolimeri, drvo, tekstil. Od ambalažnih materijala proizvodi se, odnosno formira se različita ambalaža. Ambalaža se takođe, deli po prirodi materijala od kojih je proizvedena na papirnu i kartonsku, metalnu, plastičnu, višeslojnu, kombinovanu, staklenu, drvenu, tekstilnu i keramičku. Svetska industrija ambalaže je među vodećim u svetu, a udeo pojedinih ambalažnih materijala je prikazan na sledećoj slici (Slika 1).
O autorima
Prof. dr Vera Lazić
Dr Vera Lazić je redovni profesor Tehnološkog fakulteta u Novom Sadu, na predmetima: Ambalaža i pakovanje, Upravljanje kvalitetom u proizvodnji hrane, Savremeno pakovanje prehrambenih proizvoda, Farmaceutski ambalažni materijali, Novi materijali i savremeni uslovi pakovanja, Ambalaža i životna sredina i Analiza životnog vekaproizvoda. Sest godina je predavala i na Poljoprivrednom fakultetu u Beogradu, nastavni predmet Ambalažni materijali i ambalaža. Učestvovala je u Tempus projektu, „Kvalitet i bezbednost hrane“, moduo Ambalaža i pakovanje.
Tokom svog dugogodišnjeg naučno istraživačkog rada veoma uspešno se bavi istraživanjima u oblasti ambalažnih materijala, od tradicionalnih do biopolimera i aktivnih filmova. Takođe se bavi i istraživanjima mogućnosti primene različitih ambalažnih materijala i ambalaže i njihovog uticaja na održivost upakovanih proizvoda. Naučni rezultati prof. Lazić verifikovani su objavljivanjem više od 350 naučnih i stručnih radova, sa ukupnim indeksom kompetentnosti oko 450. Najznačajniji rezultati istraživanja u poslednjih deset godina publikovani su u 25 radova u međunarodnim časopisima kategorij e M20.
Zajedno sa kolegama, učestvovalaje u akreditovanju prve i jedine kod nas, Laboratorije za Ambalažu i pakovanje 1996. godine, u kojoj je sada rukovodilac. Koautor je monografije „Ambalaža i životna sredina“, za koju je 2010. god. dobila Plaketu Ministarstva za nauku i tehnološki razvoj Republike Srbije, za poseban doprinos za razvoj tehničko-tehnoloških nauka. Bila je učesnik u mnogim projektima, nacionalnim, u oblasti tehnološkog razvoja, međunarodnim, kao i rukovodilac proj ekta F onda za zaštitu životne sredine.
Sveukupna delatnost dr Vere Lazić je obrazovni, naučno istraživački i stručni rad iz oblasti unapređenja kvaliteta i primene ambalažnih materijala i ambalaže, primene različitih uslova pakovanja, u cilju produženja održivosti različitih prehrambenih proizvoda, izučavanja ekoloških aspekata ambalažnih materijala i ambalaže, kao i razvoj aktivnih biorazgradivih filmova različitog porekla.
Dr Senka Popović
Dr Senka Popović, rođena Mađarev, rođena je 01.10.1980. god. u Zrenjaninu. Godine 2005. završila je studije na Tehnološkom fakultetu, Univerzitet u Novom Sad, smer mikrobiološki procesi, sa prosečnom ocenom 8,57. Odbranila je diplomski rad pod nazivom „Kvalitet ambalaže od polimemih materijala za pakovanje namaznih sireva i fermentisanih mlečnih proizvoda“ i stekla zvanje diplomirani inženjer tehnologije. Godine 2013. odbranila je doktorsku disertaciju pod nazivom „Istraživanje dobijanja i karakterizacija kompozitnih filmova na bazi biljnih proteina“ pod mentorstvom prof. dr Draginje Peričin.
Zaposlena je na Tehnološkom fakultetu, Univerzitet u Novom Sad, kao asistent, gde aktivno učestvuje u nastavi na predmetima Ambalaža i pakovanje, Farmaceutski ambalažni materijali i Savremeno pakovanje prehrambenih proizvoda, kao i u naučno-istraživačkim projektima Ministarstva prosvete i nauke Republike Srbije. Godine 2011. bila je učesnik i na projektu Fonda za zaštitu životne sredine Ministarstva životne sredine, rudarstva i prostomog planiranja „Dokumentovanje metoda za dokazivanje razgradivosti plastičnih kesau skladu sa Pravilnikom o tehničkim i dmgim zahtevima za plastične kese koje su ponovo iskoristive biorazgradnjom“, čiji je rukovodilac prof. dr VeraLazić.
Naučno-istraživački rad dr Senke Popović obuhvata sve aspekte izučavanja različitih ambalažnih materijala i ambalaže. Posebno interesovanje je izučavanje sveukupnih ekoloških aspekata polimemih ambalažnih materijala, a posebno sinteze i karakterizacije biopolimemih ambalažnih materijala, kao i fenomena biorazgradnje. Naučni rezultati dr Senke Popović veriftkovani su objavljivanjem više od 100 naučnih i stmčnih radova, sa ukupnim indeksom kompetentnosti oko 180. Zapažen je rad dr Senke Popović u akreditovanoj Laboratoriji za ambalažu i pakovanje, gde kao Rukovodilac kvaliteta, održava i permanentno pobolj šava akreditovan sistem kvaliteta.