食品包装生态设计论文范文

1食品包装生态设计要求

食品包装生态设计的一般要求有：能源（资源）消耗量及回收与再利用的可行性、污染物排放量（如空气、水、土壤污染物排放及固体废弃物等排放）以及废弃物的产生量等方面的定性要求。食品包装生态设计的特殊要求除有EUP强调的能效要求（以能源投入/绩效产出作为计算单位，其具体指标需要根据具体的食品包装用统计方法确定）外，还应有对食品包装最重要的食品安全限制性指标，主要有食品包装材料中铅、汞、镉及六价铬等四大重金属的最高浓度限值应小于100mg/kg（100ppm）；污染物从与食品接触的包装材料或容器向食品或食品模拟物中的总迁移极限要求不得超过60mg/kg（对容器可换算为10mg/dm2）；应采用水性环保油墨，其中二苯甲酮和四甲基二苯甲酮的含量不得大于600µg/kg，等等。

2食品包装生态设计体系

食品包装生态设计的实施过程可以简单概括为“工具—技术—方法”三步。首先利用生态设计工具（生命周期评价）及其相应的软硬件平台，对食品包装生命周期各个阶段的环境影响（资源、能源消耗和污染物排放都会对环境和人类健康产生影响）进行分析；在此基础上，利用生态设计技术（生命周期评价技术、原材料选用技术等），按照一定方法（程序）实施生态设计。由此构建食品包装生态设计实施体系，见图1，包括软硬件平台（工具）系统、技术支撑（技术）系统和设计程序（方法）系统三大系统。

2.1食品包装生态设计软硬件平台软硬件平台系统是实施生态设计过程的基础，食品包装生产企业应构建起相应的生态设计软硬件平台系统[17]，包括生态化设计管控措施、绿色材料供应链、生态化并行设计平台、LCA软件和生命周期管理制度等系统的建立。

2.1.1生态化设计管控措施系统企业为了改进产品的生态特性和降低产品成本，确保其符合具体的食品包装生态设计实施要求，应根据EUP指令的一致性评估要求，选择1种自我评估模式建立食品包装生产企业的生态设计管控措施系统。EUP指令的自我评估模式有“内部设计控制”和“环境管理体系”2种[7]，企业可以任选择1种进行自我评估，以提交相关技术文件和检测结果来验证其一致性评估的真实性。欧盟要求企业主要采用自我评估的方式进行合格评定，根据其产品生态设计实施措施，对产品进行合格评定后加附CE（CONFORMITEEUROPEENNE）标签，则制造商就具有了进入欧洲市场的护照，而被认为符合EUP的生态设计要求。给产品加附CE标志是制造商或其授权代表的自觉行为，具有一系列步骤及多种合格评定程序模式。另外，也可以参照欧盟EC/1980/2000法规的《生态标签授予计划》。内部设计控制是企业（或授权代表）自检和自我申明的评定方式，是企业自我申明其产品满足生态设计要求相关条款的过程。这一过程首先是食品包装生产企业须建立食品包装生态档案（即产品清单数据）[1]。可针对生态设计要求，根据正常的使用条件以及设计用途，对食品包装产品在其整个生命周期内对环境的影响进行评估（优先考虑通过设计可以得到显著改善的因素），并建立相应的生态档案。生态档案的建立是一个庞大的工程，但也是生态化设计管控措施系统建立的关键。这对于我国食品包装企业来讲，也是实施生态设计最为困难的环节。通过生态诊断（即环境影响评价）确定其在整个生命周期过程对环境及安全卫生造成较大不利影响的因素，即确定生态设计的一般和特殊要求的参数，再根据确认的设计参数，在设计源头采取所有必要的措施，确保其生产的产品符合相应的生态设计要求，并提供技术文件证明通过了一致性评估。通过ISO14000认证是实行生态设计、生产生态产品的最基本保证，因而也可通过建立环境管理体系，确保企业具有生产符合EUP指令要求的生态产品的能力。

2.1.2生态化并行设计平台系统按照源头设计的生态设计内涵，食品包装企业必须构建满足生态设计要求的并行设计平台系统，将产品生命周期全过程的环境影响因素集成一体系统考虑，达到实施生态设计必须的人员集成、信息集成和过程集成[19]，从而建立产品寿命周期中各个阶段性能的继承和约束关系以及产品各个方面属性间的关系，以追求产品在生命周期全过程中其性能最优。传统串行设计无法从设计源头控制产品在整个生命周期中对环境造成的影响，不能在设计源头一并考虑产品整个生命周期所有环境影响因素[7]，不能尽早发现问题并采取所有必要措施提高产品的生态特性。

2.1.3绿色材料供应链系统食品包装有毒有害物质残留主要来源于包装材料，建立和完善绿色材料供应链系统对是实施食品包装生态设计的重要措施。实施食品包装生态设计的源头措施就是限制使用存在有害物质的原材料。近年来，我国为应对欧盟相关绿色壁垒，已建立起有关产品的绿色材料供应链，进行产品的生态设计必须以上游企业原材料的生态设计为前提，只有密切与上游企业合作关系，才能真正实施食品包装的生态设计。

2.1.4LCA软件及生命周期管理制度系统生态设计是面向全生命周期寻求减少对能源、资源的消耗和对环境的影响，需在设计阶段对食品包装生命周期全过程对能源、资源与环境的影响进行评估，以便于在设计源头找到资源环境性能最佳的设计方案。因此，LCA（lifecycleassessment）既是进行产品生态设计的重要工具（方法），也是进行生态设计的重要原则[7]。为了实现设计环境性能优良的生态产品的生态设计目标，必须运用LCA软件系统，将食品包装整个生命周期过程视为一个生态系统过程，对所有可能的环境及其安全卫生影响因素进行分析，进行系统输入与产出的综合平衡，从而寻求减少影响的方案应用于产品设计之中。LCA软件系统的建设，一方面需要引进如Boustead4.2、SimaproVer.4.0等LCA的商用软件，或自行开发LCA软件；另一方面需要建立起产品清单分析数据库，供LCA影响评价使用[20]。另外，实施生态设计企业还应建立内部的生命周期管理制度[15]，对产品生命周期各阶段、生产的各环节加强管理。例如，应建立企业内部设计、原材料采购和营销等部门的紧密合作关系制度，为实施食品包装生态设计提供保障。

2.2食品包装生态设计程序

实施食品包装生态设计须满足食品包装的生态设计要求，传统食品包装设计主要考虑经济参数的设计，因而对食品包装生态设计来讲，仅是前期的产品初步设计，还需要进一步进行生态参数设计，从而设计出对环境友好又能满足功能要求的食品包装产品。食品包装生态设计的基本程序有5步，见图1。包括[9,15]根据经济参数进行初步设计，除了考虑产品的有关标准、法规及生产、成本和使用等因素外，还应按生态和卫生原则选用原材料和进行相应的结构、工艺等设计；分析生态参数建立生态档案；根据生态档案进行生态诊断及设计开发；依据生态设计的一般及特殊要求对开发方案进行再次评价、再次改进设计，直到满足生态设计要求；利用绿色成本核算技术进行绿色成本分析并评估产品的环境绩效。

2.3食品包装生态设计相关技术

实施生态设计必须利用相关的支撑技术进行生态特性评价、原材料选择、结构设计和卫生安全设计等设计开发[21]。

2.3.1生命周期评价技术根据国际环境毒物学和化学学会权威性定义，生命周期评价(LifeCycleAssessment，LCA)是一种通过对能源、原材料消耗及废物排放的鉴定及量化来评估一个产品、过程或活动对环境带来的负担的客观方法[22]。生命周期评价被ISO14000列为子系统之一，是评价从原材料采集开始，直至再循环和最终废物处置整个生命周期阶段有关的环境影响的工具，能够进行科学全面的量化计算，作为一种重要的环境分析方法对产品环境性能评价具有权威性，因而也是实施食品包装生态设计的关键支撑技术之一。LCA能对产品生命周期每个阶段的投入及排放对环境的影响进行评价，寻找出污染最严重的阶段及其生态设计参数，为设计和改进产品提供依据。目标和范围界定、数据清单分析、影响评价和结果解释等4部分组成了LCA的技术框架[19]，为了避免运用LCA技术评价时的计算量大，应注意评价范围的界定、准确采集投入及排放数据和设计或选择好评价软件。

2.3.2生态材料选用技术食品包装是个系统工程，材料是基础，其生态设计强调选择生态包装材料。生态包装材料的选用原则是生态性、经济性和必要功能性的综合效益最大原则，应在保证产品功能和技术要求的前提下，综合比较，择优选择。对于食品包装材料的生态性应重点考虑：一是满足安全卫生要求。这也是生态包装材料的首要要求，有毒有害的材料及添加物应尽力避免选择或替代，或考虑材料中毒性物质的稳定性并采取措施解决其迁移和释放问题。目前食品包装材料的主体仍是塑料软包装材料（复合材料），另外包括纸、金属、玻璃和陶瓷等，其成分含量在包装的整个生命周期过程中必须满足不对人体造成危害的要求，有毒有害物质均需严格控制在限量范围内。例如，挥发性有机物（VOC）的浓度总量，铅、镉、汞和六价铬，以及氯乙烯单体、多氯联苯、偶氮等。即应满足食品包装生态设计相关特殊要求的规定。二是满足轻量化（减量化）要求[23-24]。轻量化（减量化）是实施生态设计的重要途径，能降低对资源和能源消耗并减少废弃物排放。为此，在保证实现功能和技术要求的前提下，应利用生态包装材料，以减少污染排放、资源（能源）消耗少和便于回收利用；应解决好产品与包装的合理定位，过度包装对生态无益；应采用自然、无害和节省能的材料来满足食品包装产品功能的需要；应选择科技含量高的复合材料替代传统包装材料，如采用纸塑复合材料和无菌包装技术包装如牛奶、果汁饮料等食品，其生态特性和保持食品的风味和质量方面都优于传统包装材料。三是满足可再生或可回收要求（不破坏生态和可持续原则[25]。生态设计注重不破坏生态和可持续发展，避免使用不可再生或需很长时间才能恢复的原材料；为方便回收利用，原材料尽量品种相同及可再循环。目前纸塑料复合的包装材料在食品包装中应用较多，但纸塑复合材料不易回收处理；倡导使用再循环的材料［6］，降低新材料用量。

2.3.3生态结构设计技术食品包装结构设计关系包装必要功能的实现以及包装材料的用量和包装废弃后的回收等问题，对其资源环境效益有直接影响。生态结构设计技术面向节约能源（资源）的生态设计目的，是实施食品包装生态设计的重要支撑技术。（1）减量化（减少化）设计[26]。计算机技术的广泛运用为包装设计的合理化及包装整体的减量、轻型化提供了良好的技术支持。食品包装生态设计应根据食品所需要的保护性等必要功能要求进行减量化（减少化）设计（包括容器形状、结构形式、尺寸、封合方式等），尽量减少多余功能，避免过分包装和欺骗性包装，以节省材料、节约运输空间和减少废弃物的产生。欧洲包装业按照欧盟“包装与包装废弃物指令(94/62/EC)”对消费者可以接受且相对安全的最小包装质量和体积实施减量化，每年减少了50万t材料的用量［5］。食品包装在减量化（减少）设计上，可以通过去除多余功能，根据不同消费者的利益诉求设计包装体量或限制1次用量（如以1周消费为单位的包装体量）等实现包装产品的减量化，注重对包装废弃物的回收再用、再生或降解进行设计；采用轻质材料，减轻产品质量；通过减少异形结构等达到节约资源（能源）的目的，异形结构的包装在用料及印刷、印后加工等后加工方面对资源（能源）消耗更多。确需进行异形设计，也可通过尽量减少折叠线、面的数量，减少壁板等来减轻用料、印刷以及印后加工等的负荷[27]。另外，从印刷及后加工角度，分体包装盒结构设计一般会增加制版费用，后加工裁切也将增加工序，既造成了浪费，也增加了成本。采用盒体一体成型设计（如锁底式、摇盖式、姐妹式纸盒设计等），纸盒可以折叠起来，能够节约后加工、堆码、运输和储存等费用[28]。例如，在牛奶、饮料和水果等包装纸箱中，采用一体成型结构设计在印刷、堆码和销售等方面都有好处。（2）色彩适量化设计。采取简约化、“简而美”的色彩适量化装潢设计，避免有害原料成分、生产过程以及废弃物对环境造成的污染，以及有害成分向食品的迁移。包装印刷中使用的油墨、黏合剂等材料很多都含有有机溶剂等有毒有害物质，通过渗透、迁移而污染食品。统计显示[27]，目前国内还没有可食用油墨，纸质食品包装材料都具有可渗透性，色彩种类越多，油墨印刷面积越大，更容易地转移到食品中而造成污染，直接对人体健康造成伤害。在食品包装生态设计中，应运用色彩适量化设计措施，避免过分装潢，减少油墨材料等的有毒有害物质对人体健康造成的潜在危害。可以在以下方面考虑色彩适量化设计[29]：一是尽量避免多色印刷设计，多采用单色或双色印刷，以节约资源、能源，降低成本，提高食品包装的环境性能；二是充分利用食品包装材料本身的色彩及文理条件，用局部色彩设计方案，适量化设计装潢图案、标识和品牌名称等必要元素，以减少油墨的使用量；三是尽力减少油墨与内装食物的接触，根据不同的情况（如即食性食品包装、包装与人的口部直接接触位置等）可以不设计色彩，或尽量减少用色。（3）节能化设计。节约能源是EUP指令的核心，减量化和可回收设计等可降低资源和能源的消耗，但更直接有效的方法是提高食品包装材料的生态特性。由于食品行业的发展，我国食品包装行业已经成为能源消费的大户，“碳足迹”的踪影贯穿食品包装材料生产到消费的全过程，“低碳包装”成为食品包装发展的必然方向。为减少CO2和有害物质排放，应选用清洁、可再生的资源（能源），同时采用各种节能技术，开展节能设计，发展节能低碳包装。天然材料的开发使用是低碳化食品包装材料的重要发展途径[30]，目前在食品包装中，塑料日益成为不可缺少的材料而得到飞速发展，特别是软性的食品（药品）用复合材料发展最快。近年来，用于食品包装的塑料量占了塑料总产量的1/4左右，塑料包装产量平均年递增11％[31]。但目前大量石油基塑料对资源（能源）的消耗和造成的环境污染日益严重，且引起的食品安全问题突出。为了减少CO2等温室气体排放和保护不可再生的石油资源、减少消耗，非石油基塑料已成为目前研发的热点。利用植物秸秆等为原料得到的非石油基塑料（生物基塑料），可降低30%~50%的石油资源消耗，实现数亿吨CO2的净减排。降解型生物基塑料主要包括微生物合成、天然合成和化学合成3类，其中，化学合成的聚乳酸(PLA)由玉米、木薯、甘蔗等天然材料经微生物发酵方法得到乳酸，再经过化学合成而形成，是规模化生产最早和目前产量最大、应用最广、价格最低的合成降解塑料。聚乳酸（PLA）比聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等塑料材料的优点更突出，是最具发展潜力的新型包装材料，目前国内PLA的大型生产商产能达1万t/a[33]，在食品包装领域，全降解型食品包装材料代替非降解食品包装材料在不久的将来即可实现。另外，非降解型生物基塑料虽无法降解，但其减少了不可再生资源的消耗和CO2的排放。

2.3.4卫生安全设计技术食品包装的卫生安全是指食品包装的原材料及其加工过程中使用的辅助材料（油墨、黏合剂等）中不应含有对人体有害的物质。食品包装卫生设计，一是原材料安全无毒和无挥发性物质产生，具有稳定的组织成分。应使食品的特性与材料的性能相适应，以及食品的保护条件与材料的适用条件相适应；掌握添加剂等成分向食品迁移的情况，以及食品中某些组分向包装容器渗透、被吸附等情况在流通过程中对食品的影响，以确保在包装工艺实施过程中不会产生与食品成分发生化学反应的物质和化学成分。食品包装材料中有害物质潜在的迁移值应满足总迁移和特定迁移极限的规定；二是原材料在贮藏和转移的过程中不会因气候和正常环境因素的变化而发生化学变化。被包装食品的生物、化学、物理学特性及其敏感因素（光线、氧气、温度、微生物及物理、机械力学等）决定着包装材料及包装工艺技术的选择；三是应选择环保型的油墨、黏合剂及涂料等辅助材料。美国严禁在食品包装上使用有机溶剂型油墨，而以水基型油墨取代；四是注重应用新型食品包装材料及技术。目前，一些特殊功能材料和技术成为包装材料和技术的研发重点，如防光污染包装材料、可食性包装材料、化学污染及重金属消除包装技术和纳米包装材料等在国内外已有所突破。

2.3.5清洁生产工艺技术清洁生产已经受到世界各国的高度重视，我国已将清洁生产相关内容作为重点列入了国家“十二五发展规划纲要”之中，食品包装相对于其他产品包装更需要实行清洁生产。食品包装生态设计应采用节省原材料和能源、不使用有毒原材料、减少“三废”排放等清洁生产工艺技术。实施清洁生产首先是节约能源、降低消耗，即用最少的资源投入来取得最大的经济效益。一方面应以最少的包装材料满足包装必要的功能。如简化图案设计突出功能要求，印刷工序就可以减少颜色数和墨层的厚度，节约油墨消耗；另一方面应通过提高食品包装生产设备的精度或操作人员的技术熟练程度等，以提高材料的利用率和保证产品质量，达到节约资源和减少损耗的目的。另外，应实施食品包装生产企业相关认证，这也是实现“清洁生产，节能降耗”的有效途径。实施清洁生产关键在于清洁的生产工艺过程，应通过对生产工艺流程的审计，选定最佳方案[9]。

2.3.6绿色成本核算技术食品包装生态设计通过前述生命周期评价、原材料选用和结构设计等技术提高了其产品及其制造设计方案的生态技术性能，还需要进一步进行绿色成本（效益）分析，实现生态效益与经济效益的综合平衡。绿色成本核算就是在传统成本项目基础上考虑资源环境得失后的核算[36]。联合国环境与综合经济核算体系提出，绿色成本核算应考虑资源耗减、环境保护支出和环境退化成本等3个变量。具体来看，就是在进行传统项目核算的基础上，还应核算能源资源节约等的收益，回收材料的收益，污染减少带来的生态成本节约的收益，以及材料再生、废弃处置的环保支出等。绿色成本核算可以运用基于作业的成本分析(activity-basedcosting，ABC)等方法，在综合分析食品包装生命周期全过程的成本与收益基础上，建立成本核算与评估模型，最终从经济上选择效益最佳的生态设计方案。

3结语

欧盟EUP指令将促进产品生态设计主流理念的形成，也将掀起新的绿色环保设计浪潮。基于EPU指令实施食品包装生态设计，成为最大限度提高其生态特性最为有效的方法，能从源头破解食品包装的绿色环保安全问题。为了尽早适应产品生态设计理念及构建良好生态环境和食品安全卫生的迫切需要，应研究实施食品包装生态设计。追求生态效率最高是实施生态设计的核心内容，需将生态参数引入食品包装设计阶段，从传统包装向生态包装发展。食品包装生态设计需把握全生命周期设计、源头设计、生态参数设计、节约能源（资源）设计和生态包装材料设计等5方面的设计内涵，并从系统角度寻求食品包装经济与生态性能平衡，力求生态效率最高。生态设计要求是实现EUP指令目标的重要保证和实施产品生态设计的设计标准。应主要从食品包装生命周期全过程中对环境及人类健康的影响要素制定定性的一般要求；从食品包装的能效及材料（含印刷油墨与粘结剂等）的有毒有害成分及其迁移、碳排放等制定定量的特殊要求。按照“工具—技术—方法”的思路，构建由软硬件平台系统、技术支撑系统和设计程序（方法）系统三大系统组成的食品包装生态设计体系。食品包装生态设计体系的研究与构建，是企业实施食品包装生态设计的前提和基础，对于通过生态设计提高食品包装的生态特性，应对欧盟新绿色壁垒，适应生态设计主流理念的发展要求，和谐我国生态环境与食品安全具有理论和实践意义。

作者：杨祖彬戴宏民曾莉红单位：重庆工商大学机械工程学院重庆工商大学图书馆