魏玉蕾

摘 要：食品包裝在踐行低碳環(huán)保理念方面責(zé)無旁貸，但目前在材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計、碳足跡評估等方面仍存在可降解材料應(yīng)用比例低、包裝結(jié)構(gòu)冗余度高、缺乏系統(tǒng)性碳核算等問題。本文在剖析上述問題的基礎(chǔ)上，提出了提升生物基材料使用比例、優(yōu)化包裝結(jié)構(gòu)、構(gòu)建全生命周期碳足跡評估體系等對策建議，旨在推動食品包裝設(shè)計的系統(tǒng)性低碳升級，助力食品工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：食品包裝；低碳環(huán)保；生物基材料；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

Application of Low Carbon Environmental Protection Concept in Food Packaging Design

WEI Yulei

（Juye County Branch of Heze Ecological Environment Bureau， Juye 274900， China）

Abstract： Food packaging is dutiful in practicing the concept of low-carbon and environmental protection， but currently there are still problems such as low proportion of biodegradable materials， high redundancy in packaging structure， and lack of systematic carbon accounting in material selection， structural design， and carbon footprint assessment. On the basis of analyzing the above issues， this article proposes countermeasures and suggestions such as increasing the proportion of biobased materials used， optimizing packaging structure， and constructing a full lifecycle carbon footprint assessment system， aiming to promote the systematic low-carbon upgrading of food packaging design and help the sustainable development of the food industry.

Keywords： food packaging; low carbon and environmental protection; biobased materials; structural optimization

近年來，低碳環(huán)保理念日益深入人心，成為全社會共識。食品包裝設(shè)計作為食品工業(yè)的重要環(huán)節(jié)，在踐行低碳環(huán)保理念方面責(zé)無旁貸[1]。國內(nèi)外學(xué)者對低碳環(huán)保食品包裝進行了諸多研究與探索，取得了一定成果。但從整體來看，食品包裝在材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計、碳足跡評估等方面離低碳環(huán)保要求仍有差距。本文將在梳理低碳環(huán)保理念內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，剖析食品包裝設(shè)計存在的問題，并提出相應(yīng)對策建議，以期為相關(guān)領(lǐng)域從業(yè)人員提供參考。

1 低碳環(huán)保理念的定義與內(nèi)涵

低碳環(huán)保理念是指在生產(chǎn)、生活各個環(huán)節(jié)中，通過技術(shù)創(chuàng)新、管理優(yōu)化、行為調(diào)整等方式，最大限度地減少碳排放，實現(xiàn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。其內(nèi)涵可從三個維度理解：①降碳，即通過應(yīng)用低碳技術(shù)，如太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源技術(shù)，以及碳捕集與封存技術(shù)（Carbon Capture and Storage，CCS），直接減少二氧化碳排放[2]；②固碳，即通過森林植被、海洋、土壤等自然碳匯，以及生物炭技術(shù)等人工碳匯，增加二氧化碳吸收與固定；③環(huán)保，即在產(chǎn)品全生命周期內(nèi)，從原料選擇、生產(chǎn)制造、包裝運輸、使用維護到廢棄回收等各環(huán)節(jié)，綜合考慮資源能源消耗和污染物排放，優(yōu)化設(shè)計方案，制定環(huán)境友好型解決方案。

2 低碳環(huán)保理念在食品包裝設(shè)計中的重要性

食品包裝設(shè)計是食品工業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其低碳環(huán)保性直接影響產(chǎn)品的市場競爭力和品牌形象。①食品包裝材料和工藝選擇決定了產(chǎn)品碳足跡的“底盤”，關(guān)系到企業(yè)能否踐行生產(chǎn)者責(zé)任理念。例如，采用生物基材料替代傳統(tǒng)石化基塑料，可大幅提升包裝廢棄物的生物降解性能，顯著降低其碳排放強度；引入微發(fā)泡注塑、多層共擠出等先進成型工藝，可在保證力學(xué)性能的前提下，實現(xiàn)包裝的減量化設(shè)計。②食品包裝的輕量化、便攜化設(shè)計有助于提升消費者使用體驗，促進低碳消費理念的普及[3]。例如，自加熱食品包裝采用納米保溫材料，能夠在短時間內(nèi)快速升高食品溫度，較傳統(tǒng)加熱模式可顯著節(jié)約能耗；軟袋裝食品采用高阻隔薄膜，與傳統(tǒng)玻璃瓶、金屬罐相比，單位體積包裝重量大幅減輕，有效降低運輸過程的碳排放。③食品包裝設(shè)計的低碳環(huán)保性也關(guān)乎食品安全和公共衛(wèi)生，生物基防霉劑可替代有毒有害的化學(xué)防腐劑，在阻隔微生物、延長保質(zhì)期的同時，最大限度保障消費者健康。

3 食品包裝設(shè)計中低碳環(huán)保理念應(yīng)用過程存在的問題

3.1 可降解材料應(yīng)用比例低

目前，食品包裝主要采用聚乙烯、聚丙烯等傳統(tǒng)石化基塑料，其難降解性導(dǎo)致包裝廢棄物大量累積，對生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了嚴重威脅。雖然聚乳酸（Polylactic Acid，PLA）、聚羥基脂肪酸酯（Polyhydroxyalkanoates，PHA）等可降解材料已有多年研發(fā)歷史，但受制于性能局限和成本障礙，其在食品包裝中的應(yīng)用仍然十分有限。以生鮮食品包裝為例，大多采用聚氯乙烯保鮮膜，在常溫下可持續(xù)使用數(shù)月至數(shù)年，但生物降解周期長達數(shù)百年；若改用PLA保鮮膜，雖可實現(xiàn)工業(yè)堆肥環(huán)境中3～6個

月快速降解，但其力學(xué)強度、阻隔性等關(guān)鍵性能參數(shù)仍顯不足，且價格是前者的數(shù)倍之多，大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用尚存技術(shù)經(jīng)濟壁壘[4]。類似地，方便食品、休閑食品所使用的鍍鋁復(fù)合膜、高阻隔聚酰胺膜等高端包裝材料，其可降解型替代產(chǎn)品也面臨上述困境。

3.2 包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計冗余度高

食品包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計中普遍存在冗余度高的問題，導(dǎo)致資源浪費和碳排放居高不下。許多食品包裝秉承“過度包裝保證萬無一失”的傳統(tǒng)理念，在防護性、美觀性的過度追求下，結(jié)構(gòu)設(shè)計往往背離簡約原則，消耗了大量不必要的材料和能源。以粽子包裝為例，傳統(tǒng)做法是將粽子置于木盒、竹籃等外包裝中，內(nèi)部配以菱形分隔板或波浪形緩沖墊，在確保造型穩(wěn)定性的同時，也帶來了包裝材料用量和廢棄物處理負擔(dān)的急劇攀升。類似地，月餅包裝常采用多層嵌套式紙盒，帶有精美的燙金、壓紋、窗口等裝飾，雖提升了產(chǎn)品檔次和視覺吸引力，但包裝重量和體積遠超月餅本身，也增加了運輸倉儲過程的碳排放[5]。

從技術(shù)創(chuàng)新來看，計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design，CAD）、計算機輔助工程（Computer Aided Engineering，CAE）等現(xiàn)代設(shè)計手段在食品包裝中的應(yīng)用尚不充分，結(jié)構(gòu)優(yōu)化仿真、力學(xué)性能分析等環(huán)節(jié)缺乏量化、精細化工具支撐，難以準確評估包裝方案的材料使用效率，也無法對環(huán)境影響進行前瞻性預(yù)判。

3.3 產(chǎn)品全生命周期碳足跡評估缺失

食品包裝設(shè)計中，產(chǎn)品全生命周期碳足跡評估的缺失也阻礙了低碳環(huán)保理念的系統(tǒng)性落實。眾所周知，食品包裝的碳排放不僅來自材料和能源的直接消耗，更多來自原料采購、生產(chǎn)加工、物流運輸、使用維護、廢棄處置等各個環(huán)節(jié)。然而，當(dāng)前食品包裝設(shè)計大多圍繞結(jié)構(gòu)、材料、印刷等局部要素展開，尚未充分考慮產(chǎn)品全生命周期的資源環(huán)境影響。以食用油包裝為例，玻璃瓶、塑料瓶、金屬罐等常見包裝形式雖在氣密性、阻隔性等性能參數(shù)上各有優(yōu)劣，但對其碳足跡的系統(tǒng)評估則相對薄弱，忽視了原材料獲取、能源消耗、廢棄物管理等隱性排放源。再比如果蔬、肉禽、水產(chǎn)品等生鮮食品包裝在保質(zhì)期內(nèi)的碳排放更是難以準確量化，冷鏈條件、貨架管理、用戶習(xí)慣等因素交織，動態(tài)變化的環(huán)境參數(shù)給碳足跡核算帶來諸多不確定性。

從技術(shù)方法來看，產(chǎn)品全生命周期評價（Life Cycle Assessment，LCA）、物料流分析（Material Flow Analysis，MFA）、投入產(chǎn)出分析（Input-Output Analysis，IOA）等現(xiàn)代管理學(xué)工具尚未在食品包裝領(lǐng)域得到有效運用，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建設(shè)滯后、評估模型針對性不足等瓶頸制約了碳足跡的精細化管控，加之缺乏統(tǒng)一的評估標準和規(guī)范引導(dǎo)，食品包裝全生命周期的環(huán)境外部性難以充分內(nèi)部化。

4 食品包裝設(shè)計中低碳環(huán)保理念的應(yīng)用對策及建議

4.1 提升生物基材料使用比例

針對食品包裝設(shè)計中可降解材料應(yīng)用比例低的問題，急需大力提升生物基材料的使用比例。①應(yīng)加快生物基材料的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進程，通過生物技術(shù)、材料科學(xué)等手段，優(yōu)化PLA、PHA等可降解材料的力學(xué)性能、阻隔性能、熱穩(wěn)定性等關(guān)鍵指標，滿足食品包裝的多樣化需求。同時，要發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新優(yōu)勢，搭建從基礎(chǔ)研究到中試放大、從工程優(yōu)化到商業(yè)應(yīng)用的全鏈條技術(shù)攻關(guān)體系，加速科研成果向現(xiàn)實生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化。②要因地制宜開發(fā)生物基材料的差異化應(yīng)用場景，揚長避短、各展所長。例如，在蔬菜、水果等易腐食品包裝中，可重點應(yīng)用透氣性、親水性更佳的PLA薄膜，延長保質(zhì)期；在熟食鹵味等油脂含量高的食品包裝中，則可發(fā)揮PHA的優(yōu)異阻隔性，提升耐油性；在低溫儲運環(huán)境下，還可開發(fā)耐冷凍的PLA/PHA復(fù)合材料，拓寬低溫應(yīng)用窗口。③生物基材料的規(guī)模化應(yīng)用還需要政策、市場、消費等多方共同助力?？赏ㄟ^設(shè)立專項基金、制定稅收優(yōu)惠政策等措施，提升生物基產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟性和競爭力，化解成本劣勢問題；還可采取生物基產(chǎn)品認證、碳足跡標識等手段，加強全社會的低碳環(huán)保意識，引導(dǎo)消費者自覺選擇可降解材料制成的食品包裝。

4.2 優(yōu)化包裝結(jié)構(gòu)，減少材料用量

為解決食品包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計冗余度高這一問題，優(yōu)化包裝結(jié)構(gòu)、減少材料用量勢在必行。

（1）應(yīng)用CAD、CAE等現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)，對包裝結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)性、參數(shù)化分析與優(yōu)化。通過建立三維數(shù)字化模型，可精準計算各種結(jié)構(gòu)方案下的材料使用量，并模擬產(chǎn)品在運輸、堆碼、裝卸等環(huán)節(jié)的受力狀態(tài)，優(yōu)選強度與重量比最優(yōu)的包裝形式。以蛋糕包裝為例，傳統(tǒng)的天地蓋紙盒需要經(jīng)歷制版、印刷、開槽、粘合等多道工序，材料利用率低，而采用楞形折疊結(jié)構(gòu)，僅需一次模切成型，材料用量可減少20%以上。同理，在玻璃瓶包裝中引入蜂窩狀緩沖襯墊，較傳統(tǒng)紙漿模塑內(nèi)襯可減重30%以上。

（2）大力發(fā)展輕量化、集成化的創(chuàng)新性包裝設(shè)計。例如，在調(diào)味品玻璃瓶包裝中，可將聚對苯二甲酸乙二醇酯[Poly （Ethylene Terephthalate），PET]收縮膜直接套印在瓶身上，取代傳統(tǒng)的不干膠標簽，每瓶可減少0.3～0.8 g材料；在紙盒裝牛奶包裝上，采用楔形頂蓋設(shè)計取代螺旋蓋，減少塑料用量的同時，還能提升回收利用率。在技術(shù)實施層面，要加強低碳環(huán)保意識，樹立“減量化”設(shè)計理念，充分借鑒仿生學(xué)、空氣動力學(xué)等學(xué)科知識，優(yōu)化包裝外觀造型；還要通過供應(yīng)鏈協(xié)同，推動包材減量共識在設(shè)計、生產(chǎn)、流通等環(huán)節(jié)的系統(tǒng)落地，并適時補充包裝減量的團體標準，推動行業(yè)整體綠色升級與技術(shù)進步。

4.3 構(gòu)建產(chǎn)品全生命周期碳足跡評估體系

食品包裝設(shè)計要真正實現(xiàn)低碳環(huán)保，必須構(gòu)建科學(xué)完善的產(chǎn)品全生命周期碳足跡評估體系。這需要系統(tǒng)開展食品包裝碳足跡核算的基礎(chǔ)方法研究，建立涵蓋原料獲取、生產(chǎn)制造、運輸配送、使用維護、廢棄處置等環(huán)節(jié)的過程數(shù)據(jù)庫，優(yōu)化基于LCA的評估模型，提高碳排放核算的精細度、完整度與針對性。以包裝紙箱為例，可通過物料流分析，精準評估從木材采伐到成品出廠全過程的物料、能源投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)，再引入投入產(chǎn)出表等工具，測度各類資源的直接和間接碳排放強度，并動態(tài)呈現(xiàn)紙箱生產(chǎn)工藝路線變化、供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等因素的影響，形成閉環(huán)式、精細化的碳足跡評估。

同時，要將碳足跡評估深度嵌入食品包裝設(shè)計流程。從概念設(shè)計階段起，設(shè)計師就應(yīng)充分評估包裝方案的環(huán)境影響，優(yōu)選碳足跡最小的材料、結(jié)構(gòu)與工藝；在詳細設(shè)計階段，還應(yīng)進行參數(shù)化碳排放模擬仿真，對關(guān)鍵工序、物流路徑等開展情景分析，量化環(huán)境外部性成本，并據(jù)此開展設(shè)計優(yōu)化。

5 結(jié)語

在“碳達峰、碳中和”目標的時代背景下，食品包裝領(lǐng)域必須以低碳環(huán)保為設(shè)計原則，系統(tǒng)開展材料、結(jié)構(gòu)、工藝的綠色化升級。未來，還需加快突破可降解材料的成本、性能瓶頸，拓展新型生物基材料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用；持續(xù)優(yōu)化包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計理念，強化減量化思維，推動簡約、集成的創(chuàng)新性包裝方案落地實施；著力構(gòu)建基于產(chǎn)品全生命周期的碳足跡評估方法與標準，以量化、動態(tài)的碳排放數(shù)據(jù)引導(dǎo)低碳環(huán)保設(shè)計的精準發(fā)力。

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