Bao bì sinh học là sản phẩm từ nguyên liệu tự nhiên. Bao bì từ vật liệu sinh học phải đáp ứng được các tiêu chuẩn như:

+ Tính chống thấm.

+ Đặc tính quang học.

+ Tính co giãn.

+ Có thể đóng dấu và in ấn dễ dàng.

+ Kháng nhiệt và hóa chất.

+ Ổn định, thân thiện với môi trường và có giá cả cạnh tranh.

Hơn nữa bao bì phải phù hợp với quy định về bao bì thực phẩm, tương tác giữa bao bì và thực phẩm phải đảm bảo chất lượng và an toàn thực phẩm.

Các loại vật liệu sản xuất bao bì sinh học gồm:

1. PLA - (polylactic acid) 

Được SX từ sự lên men tinh bột. Loại polyme này tiêu tốn ít năng lượng hơn plastic. Mặc dù thân thiện với môi trường nhưng ko được sử dụng rộng rãi do chi phí SX cao

Người ta SX PLA dựa vào nguồn nguyên liệu từ tinh bột bắp. Bắp được xay và cán. Sau đó đường hóa thành các dextrin. Các dextrin này sẽ chuyển thành acid lactic trong quá trình lên men

Quá trình cô đặc sẽ làm cho 2 phân tử plastic kết hợp lại thành cấu trúc vòng goi là lactid. Hợp chất này sẽ được làm sạch qua quá trình chưng cất. Sau đó chúng trùng hợp tạo chuỗi polyme mạch dài

Sau đó, vật liệu này được bán cho các cty và được gia công thêm để cho ra sp cuối cùng. Sau 1 thời gian sử dụng thì PLA sẽ bị hủy đi hoặc tái chế lại

Sản xuất bao bì PLA (polylactic acid) từ vỏ quả dưa hấu:

Hiện nay nguồn nguyên liệu từ vỏ quả dưa hấu rất dồi dào, giá trị không cao nên tận dụng sản xuất bao bì sẽ phù hợp

Vỏ dưa hấu sau khi được nghiền (nếu vỏ khô bỏ thêm nước) rồi tiến hành lên men acid lactic để thu được dung dịch acid lactic. Sau đó tiến hành kết tinh để tinh sạch lactic rồi tiến hành polyme hóa ta thu được polylactic acid. Sau đó định hình theo hình dạng theo yêu cầu

2. Vật liệu Poly(hydroxylalkanoates)

Poly(hydroxylalkanoates) hay PHA là một vật liệu polyme khác có nhiều hứa hẹn. Polyme này đang được nghiên cứu để thay thế cho bao bì plastic. Các nhà sinh học đã biết đến sự tồn tại của PHA từ năm 1925 trong tế bào vi khuẩn. Nhiều loại PHA đã được tổng hợp từ các nguồn cacbon, vi sinh vật hữu cơ khác nhau và có qua quá trình gia công 

Có 2 phương pháp để tổng hợp nên PHA: 

  • Phương pháp lên mem gồm: Trồng các cây trồng như bắp, rồi thu hoạch, chách chiết glucose từ cây trồng sau đó lên men đường trong những tế bào chứa PHA, rửa và xoáy đảo tế bào để giải phóng PHA sau cùng là cô đặc và phơi khô trong khuôn \

  • Quá trình tổng hợp dựa vào sự phát triểu PHA trong tế bào cây trồng là một kỹ thuật mà đang được theo đuổi. Quá trình nay thì giống với quá trình đã mô tả ở trên nhưng bỏ qua gia đoạn lên ma. Người ta sử dụng một lượng lớn dung môi để trích ly nhựa từ cây trồng. Sau đó phải tìm cách loại dung môi đi. Do đó rất tốn kém năng lượng. 

  • Một số ưu điểm của PHA với PLA là khả năng tự phân hủy của nó rất là cao và dễ tổng hợp. Khi được đặt vào môi trường sinh vật tự nhiên thì nó sẽ tự phân hủy thành Co2 và nước. Điều này giúp no có nhiều ứng dụng trong cuộc sống. 

3.Thermoplastic tinh bột - TPS 

Polyme TPS là polyme 100% tinh bột đã có chỗ đứng trên thị trường. Nó có ưu điểm là: chi phí năng lượng thấp, giá cả thấp hơn với plastic truyền thống

Để có những thuộc tính như plastic, TPS được trộn với các vật liệu khác. Tinh bột liên kết với các polyme khác, với hàm lượng tinh bột lớn hơn 50% sẽ tạo nên các loại plastic khác

a. Starch/ Vinyl alcohol copolymers

Có nhiều loại plastic với hình dạng và hoạt tính khác nhau.plastic chứa tinh bột có tỷ lệ AM/AP lớn hơn 20/80 sẽ ko hòa tan ngay cả ở trong nước sôi,ngược lại thì sẽ bị hòa tan từng phần.

Điểm hạn chế của vật liệu này là giòn và nhạy cảm với độ ẩm.

Cơ chế của sự phân hủy:

Thành phần tự nhiên: dù được che chắn bởi cấu trúc mạng nhưng vẫn bị phân hủy bởi enzyme ngoại bào của vsv. Thành phần tổng hợp được phân hủy do sự hấp phụ bề mặt của vsv.

b. Aliphatic polyesters:

Khi trộn tinh bột với polyester béo sẽ tạo thành vật liệu nhiệt dẻo và dễ thổi tạo hình

Một số polyester béo thích hợp:            

poly - 3 - capro - lactone, các polymer tạo thành từ phản ứng của các glycol. Sự kết hợp này sẽ tăng thuộc tính cơ, giảm sự nhạy cảm với nước, tăng khả năng phân hủy.

Đã có nhiều nghiên cứu thay thế bao bì plastic từ các chế phẩm dầu mỏ bằng bao bì plastic từ bắp. Vật liệu làm từ nguồn nguyên liệu này hạn chế việc gây ô nhiễm môi trường do khi phân hủy không tạo ra các chất gây độc.

4. Vật liệu từ cellulose

Tính chất vật liệu từ cellulose 

Cellophane có tính trong suốt, độ bóng bề mặt cao.

 Tính bền cơ học kém như lực xé, lực kéo, có thể xé rách dễ dàng khi có một vết cắt..

Không có độ cứng vững.

 Không thể hàn dán nhiệt, cellophane phủ nitrocellulose nhằm mực đích hàn dán nhiệt khi ghép mí và tăng tính chống thám khí

Màng cellophane có tính cứng, dòn thể kéo căng và cuonj một cách dễ dàng trên hệ thống thiết bị tạo màng , khá bền cơ nhưng nếu có vết rách, thủng thì rất dễ dàng xé rách.

Tạo nếp gấp một cách dễ dàng.

Giá thành cao.

Sản xuất Cellophane

Lấy cellulose từ gỗ.

Cho vào dung môi, xử lí hóa học

Đùn ép tạo thành màng.

Tách tạp chất đẻ tạo thành màng trong suốt

5. Màng Chitosan

Đặc tính của chitosan 

Là polysacharide có đạm không độc hại, có khối lượng phân tử lớn. 

Là một chất rắn, xốp, nhẹ, hình vảy, có thể xay nhỏ theo các kích cỡ khác nhau.  

Chitosan có màu trắng hay vàng nhạt, không mùi vị. 

Không tan trong nước, dung  dịch kiềm và axit đậm  đặc  nhưng  tan  trong  axit  loãng (pH6), tạo dung dịch keo trong,  có khả năng tạo màng tốt, nhiệt độ nóng  chảy 309- 311o C. 

Cách tạo màng bọc chitosan 

Chitosan được nghiền nhỏ bằng máy để gia tăng bề mặt tiếp xúc. 

Pha dung dịch chitosan 3% trong dung dịch axit axetic 1,5%.  

Sau đó bổ sung chất phụ gia PEG - EG 10%  (tỷ lệ 1:1) vào và trộn đều, để yên một lúc để loại bọt khí.  

Sau đó đem hỗn hợp thu được quét đều lên một ống inox đã được nung nóng ở nhiệt độ 64-65 oC  (ống inox được nâng nhiệt bằng hơi nước). 

Để khô màng trong vòng 35 phút rồi tách màng. 

Lúc này người ta thu được một vỏ bóng có mầu vàng ngà, không mùi vị, đó là lớp màng chitosan có những tính năng mới ưu việt

Ứng dụng của chitosan

Trong thực tế người ta đã dùng màng chitosan để đựng và bảo quản các loại rau quả như đào, dưa chuột, đậu, quả kiwi v.v…

Ưu điểm của màng chitosan

Dễ phân huỷ sinh học. 

Vỏ tôm phế liệu là nguồn nguyên liệu tự nhiên rất dồi dào, rẻ tiền, có sẵn quanh năm, nên rất thuận tiện cho việc cung cấp chitin và chitosan. 

Tận  dụng  phế  thải  trong  chế  biến  thủy  sản  để  bảo  quản  thực  phẩm  ở  nước  ta. 

Xem thêm các bài viết khác: 

>> Các phương pháp bảo quản rau củ quả tươi 

>> Vệ sinh bao bì thủy tinh

>> Cách lựa chọn màu sắc trong thiết kế bao bì và nhãn mác