基于EUP指令的食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)體系研究

楊祖彬,戴宏民,曾莉紅

(1.重慶工商大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 重慶 400067;2.重慶工商大學(xué)圖書館,重慶 400020)

基于EUP指令的食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)體系研究

楊祖彬1,戴宏民1,曾莉紅2

(1.重慶工商大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 重慶 400067;2.重慶工商大學(xué)圖書館,重慶 400020)

食品包裝亟待實(shí)施生態(tài)設(shè)計(jì),對基于EUP指令的食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)的內(nèi)涵、要求及實(shí)施體系進(jìn)行了研究。分析指出了食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)具有全生命周期設(shè)計(jì)、源頭設(shè)計(jì)、能源(資源)設(shè)計(jì)、生態(tài)包裝材料設(shè)計(jì)和生態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì)等5方面設(shè)計(jì)內(nèi)涵;研究了制定食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)的要求指標(biāo);提出了食品包裝應(yīng)按照“工具-技術(shù)-方法”的思路構(gòu)建由軟硬件平臺(tái)(工具)、技術(shù)支撐(技術(shù))和設(shè)計(jì)程序(方法)系統(tǒng)構(gòu)成的食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)施體系,并論述了實(shí)施體系中各系統(tǒng)涉及的具體要素及其內(nèi)涵。

食品包裝,EUP指令,生態(tài)設(shè)計(jì),實(shí)施體系,生態(tài)參數(shù)

歐盟《用能產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)框架指令》,簡稱EUP(Energy-using Products)指令,是歐盟建立的新綠色壁壘,其最大特點(diǎn)是涵蓋了所有用能產(chǎn)品和將環(huán)保要求提前到“源頭”設(shè)計(jì)階段,其核心要求是耗能產(chǎn)品須實(shí)行以節(jié)能為中心的生態(tài)設(shè)計(jì)[1]。生態(tài)設(shè)計(jì)作為可持續(xù)發(fā)展的必然出路已得到了國際的共識(shí),歐盟EUP指令的實(shí)施將促進(jìn)產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)主流理念的進(jìn)一步形成和興起。我國工信部已在聯(lián)節(jié)〔2013〕58號(hào)文中明確提出,我國將制定一批產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),并基本建立起生態(tài)設(shè)計(jì)產(chǎn)品評價(jià)和監(jiān)督管理機(jī)制。

食品包裝在包裝工業(yè)中比重最大,占70%左右[2],且多屬一次性包裝,產(chǎn)生的包裝廢棄物多,故消耗資源(能源)嚴(yán)重;而且食品包裝中化學(xué)物質(zhì)易通過遷移形成食品污染物,白酒“塑化劑”風(fēng)波、雙酚A奶瓶下架等事件屢屢發(fā)生[3],直接影響人體健康和生命安全。EUP指令的生態(tài)設(shè)計(jì)是從“源頭”設(shè)計(jì)入手,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就融入環(huán)境影響因素(生態(tài)參數(shù)),從而在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期內(nèi)全方位監(jiān)控產(chǎn)品對環(huán)境的影響,以減少環(huán)境破壞,改善和提高產(chǎn)品的環(huán)境性能(生態(tài)特性)[4]。對于與生態(tài)環(huán)境及人體健康關(guān)系密切的食品包裝實(shí)施生態(tài)設(shè)計(jì),在設(shè)計(jì)階段就考慮食品包裝的生態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì),能夠最大限度地改善和提高其環(huán)境及安全衛(wèi)生性能,并在應(yīng)對我國資源(能源)及食品安全危機(jī)的嚴(yán)峻形勢下,破解食品包裝的綠色安全壁壘。為此,基于EPU指令構(gòu)建生態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)施體系,盡快對食品包裝實(shí)施生態(tài)設(shè)計(jì)十分重要。

1 食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)內(nèi)涵

生態(tài)設(shè)計(jì)(Green Design),也稱生命周期設(shè)計(jì)(Life Cycle Design)或環(huán)境設(shè)計(jì)(Design for Environment)等[5]。EUP指令的生態(tài)設(shè)計(jì)對于食品包裝設(shè)計(jì)而言,就是通過在設(shè)計(jì)中引入食品包裝的生態(tài)參數(shù)(環(huán)境影響因素),從源頭入手,在設(shè)計(jì)到廢棄后的后期處理整個(gè)生命周期過程中,綜合考慮食品包裝的功能、性能和成本等常規(guī)參數(shù)和生態(tài)參數(shù),全方位監(jiān)控食品包裝對環(huán)境及人類健康的影響,以最大限度地提高食品包裝的生態(tài)特性。據(jù)此,生態(tài)食品包裝應(yīng)具有3個(gè)主要特點(diǎn)[6]:一是更加注重包裝的生態(tài)環(huán)境保護(hù)與安全衛(wèi)生性能,強(qiáng)調(diào)在整個(gè)生命周期對人體和環(huán)境是有益的;二是強(qiáng)調(diào)提高以節(jié)能為中心的資源利用率;三是強(qiáng)調(diào)原材料不破壞生態(tài),對于可能污染生態(tài)環(huán)境或傷害人體健康的原材料,必須嚴(yán)格限制其有害成分的含量,以保證食品安全。食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)則應(yīng)具有以下5方面的設(shè)計(jì)內(nèi)涵[7]:一是全生命周期設(shè)計(jì)。著眼于生命周期全過程,應(yīng)面向食品包裝的全生命周期對可能產(chǎn)生的環(huán)境及安全衛(wèi)生影響因素進(jìn)行分析;二是源頭設(shè)計(jì)。著眼于源頭預(yù)防,應(yīng)在設(shè)計(jì)階段采取措施,尋求解決方案,設(shè)計(jì)出在整個(gè)生命周期過程中資源環(huán)境性能最佳的食品包裝;三是節(jié)能(能源和資源)設(shè)計(jì)。能源(資源)消耗是產(chǎn)生環(huán)境問題的根本原因,故EUP生態(tài)設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)以節(jié)能為中心,食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)針對節(jié)約能源(資源),進(jìn)行最小化、減量(簡約)化及清潔生產(chǎn)工藝等設(shè)計(jì);四是選用生態(tài)包裝材料。生態(tài)包裝材料具有生產(chǎn)制造材料時(shí)能源(資源)耗費(fèi)少、不破壞生態(tài),廢棄后可以回收再利用,對環(huán)境污染小等3方面含義[8];五是進(jìn)行生態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì)。制定體現(xiàn)食品包裝生態(tài)特性的生態(tài)參數(shù)的限制指標(biāo),尋求食品包裝的功能性、經(jīng)濟(jì)性和安全、環(huán)境屬性的平衡。

2 食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)要求

歐盟EUP指令不是針對具體產(chǎn)品要求的指令,而只是一個(gè)框架指令,需按照指令中的相關(guān)規(guī)定,制定進(jìn)一步有關(guān)產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計(jì)要求。生態(tài)設(shè)計(jì)要求是指根據(jù)用能產(chǎn)品的生態(tài)檔案(即產(chǎn)品投入和排放清單數(shù)據(jù))和生態(tài)診斷(即環(huán)境影響評價(jià)),并結(jié)合消費(fèi)者的環(huán)境期望而制定的產(chǎn)品生態(tài)指標(biāo)(生態(tài)參數(shù))[9],是市場對產(chǎn)品的具體生態(tài)規(guī)范要求,也是實(shí)現(xiàn)EUP指令目標(biāo)的重要保證。EUP生態(tài)設(shè)計(jì)要求包括在生命周期全過程中定性的一般要求(Generic eco-design requirement)和定量的特殊要求(Specific eco-design requirement)。食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)的一般要求有[10]:能源(資源)消耗量及回收與再利用的可行性、污染物排放量(如空氣、水、土壤污染物排放及固體廢棄物等排放)以及廢棄物的產(chǎn)生量等方面的定性要求。食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)的特殊要求除有EUP強(qiáng)調(diào)的能效要求(以能源投入/績效產(chǎn)出作為計(jì)算單位,其具體指標(biāo)需要根據(jù)具體的食品包裝用統(tǒng)計(jì)方法確定)外,還應(yīng)有對食品包裝最重要的食品安全限制性指標(biāo)[11-14],主要有食品包裝材料中鉛、汞、鎘及六價(jià)鉻等四大重金屬的最高濃度限值應(yīng)小于100mg/kg(100ppm);污染物從與食品接觸的包裝材料或容器向食品或食品模擬物中的總遷移極限要求不得超過60mg/kg(對容器可換算為10mg/dm2);應(yīng)采用水性環(huán)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。

3 食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)體系

食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)的實(shí)施過程可以簡單概括為“工具-技術(shù)-方法”三步[7,15]。首先利用生態(tài)設(shè)計(jì)工具(生命周期評價(jià))及其相應(yīng)的軟硬件平臺(tái),對食品包裝生命周期各個(gè)階段的環(huán)境影響(資源、能源消耗和污染物排放都會(huì)對環(huán)境和人類健康產(chǎn)生影響)進(jìn)行分析;在此基礎(chǔ)上,利用生態(tài)設(shè)計(jì)技術(shù)(生命周期評價(jià)技術(shù)、原材料選用技術(shù)等),按照一定方法(程序)實(shí)施生態(tài)設(shè)計(jì)。由此構(gòu)建食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)施體系,見圖1[7,9,16],包括軟硬件平臺(tái)(工具)系統(tǒng)、技術(shù)支撐(技術(shù))系統(tǒng)和設(shè)計(jì)程序(方法)系統(tǒng)三大系統(tǒng)。

圖1 食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)施體系Fig.1 The implementation system of food packaging ecological design

3.1 食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)軟硬件平臺(tái)

軟硬件平臺(tái)系統(tǒng)是實(shí)施生態(tài)設(shè)計(jì)過程的基礎(chǔ),食品包裝生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)構(gòu)建起相應(yīng)的生態(tài)設(shè)計(jì)軟硬件平臺(tái)系統(tǒng)[17],包括生態(tài)化設(shè)計(jì)管控措施、綠色材料供應(yīng)鏈、生態(tài)化并行設(shè)計(jì)平臺(tái)、LCA軟件和生命周期管理制度等系統(tǒng)的建立。

3.1.1 生態(tài)化設(shè)計(jì)管控措施系統(tǒng) 企業(yè)為了改進(jìn)產(chǎn)品的生態(tài)特性和降低產(chǎn)品成本,確保其符合具體的食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)施要求,應(yīng)根據(jù)EUP指令的一致性評估要求,選擇1種自我評估模式建立食品包裝生產(chǎn)企業(yè)的生態(tài)設(shè)計(jì)管控措施系統(tǒng)。EUP指令的自我評估模式有“內(nèi)部設(shè)計(jì)控制”和“環(huán)境管理體系”2種[7],企業(yè)可以任選擇1種進(jìn)行自我評估,以提交相關(guān)技術(shù)文件和檢測結(jié)果來驗(yàn)證其一致性評估的真實(shí)性。歐盟要求企業(yè)主要采用自我評估的方式進(jìn)行合格評定,根據(jù)其產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)施措施,對產(chǎn)品進(jìn)行合格評定后加附CE(CONFORMITEEUROPEENNE)標(biāo)簽,則制造商就具有了進(jìn)入歐洲市場的護(hù)照,而被認(rèn)為符合EUP的生態(tài)設(shè)計(jì)要求。給產(chǎn)品加附CE標(biāo)志是制造商或其授權(quán)代表的自覺行為,具有一系列步驟及多種合格評定程序模式[18]。另外,也可以參照歐盟EC/1980/2000 法規(guī)的《生態(tài)標(biāo)簽授予計(jì)劃》。

內(nèi)部設(shè)計(jì)控制是企業(yè)(或授權(quán)代表)自檢和自我申明的評定方式,是企業(yè)自我申明其產(chǎn)品滿足生態(tài)設(shè)計(jì)要求相關(guān)條款的過程。這一過程首先是食品包裝生產(chǎn)企業(yè)須建立食品包裝生態(tài)檔案(即產(chǎn)品清單數(shù)據(jù))[1]。可針對生態(tài)設(shè)計(jì)要求,根據(jù)正常的使用條件以及設(shè)計(jì)用途,對食品包裝產(chǎn)品在其整個(gè)生命周期內(nèi)對環(huán)境的影響進(jìn)行評估(優(yōu)先考慮通過設(shè)計(jì)可以得到顯著改善的因素),并建立相應(yīng)的生態(tài)檔案。生態(tài)檔案的建立是一個(gè)龐大的工程,但也是生態(tài)化設(shè)計(jì)管控措施系統(tǒng)建立的關(guān)鍵。這對于我國食品包裝企業(yè)來講,也是實(shí)施生態(tài)設(shè)計(jì)最為困難的環(huán)節(jié)。通過生態(tài)診斷(即環(huán)境影響評價(jià))確定其在整個(gè)生命周期過程對環(huán)境及安全衛(wèi)生造成較大不利影響的因素,即確定生態(tài)設(shè)計(jì)的一般和特殊要求的參數(shù),再根據(jù)確認(rèn)的設(shè)計(jì)參數(shù),在設(shè)計(jì)源頭采取所有必要的措施,確保其生產(chǎn)的產(chǎn)品符合相應(yīng)的生態(tài)設(shè)計(jì)要求,并提供技術(shù)文件證明通過了一致性評估。通過ISO14000 認(rèn)證是實(shí)行生態(tài)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)生態(tài)產(chǎn)品的最基本保證,因而也可通過建立環(huán)境管理體系,確保企業(yè)具有生產(chǎn)符合EUP指令要求的生態(tài)產(chǎn)品的能力。

3.1.2 生態(tài)化并行設(shè)計(jì)平臺(tái)系統(tǒng) 按照源頭設(shè)計(jì)的生態(tài)設(shè)計(jì)內(nèi)涵,食品包裝企業(yè)必須構(gòu)建滿足生態(tài)設(shè)計(jì)要求的并行設(shè)計(jì)平臺(tái)系統(tǒng),將產(chǎn)品生命周期全過程的環(huán)境影響因素集成一體系統(tǒng)考慮,達(dá)到實(shí)施生態(tài)設(shè)計(jì)必須的人員集成、信息集成和過程集成[19],從而建立產(chǎn)品壽命周期中各個(gè)階段性能的繼承和約束關(guān)系以及產(chǎn)品各個(gè)方面屬性間的關(guān)系,以追求產(chǎn)品在生命周期全過程中其性能最優(yōu)。傳統(tǒng)串行設(shè)計(jì)無法從設(shè)計(jì)源頭控制產(chǎn)品在整個(gè)生命周期中對環(huán)境造成的影響,不能在設(shè)計(jì)源頭一并考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期所有環(huán)境影響因素[7],不能盡早發(fā)現(xiàn)問題并采取所有必要措施提高產(chǎn)品的生態(tài)特性。

3.1.3 綠色材料供應(yīng)鏈系統(tǒng) 食品包裝有毒有害物質(zhì)殘留主要來源于包裝材料,建立和完善綠色材料供應(yīng)鏈系統(tǒng)對是實(shí)施食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)的重要措施。實(shí)施食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)的源頭措施就是限制使用存在有害物質(zhì)的原材料。近年來,我國為應(yīng)對歐盟相關(guān)綠色壁壘,已建立起有關(guān)產(chǎn)品的綠色材料供應(yīng)鏈,進(jìn)行產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計(jì)必須以上游企業(yè)原材料的生態(tài)設(shè)計(jì)為前提,只有密切與上游企業(yè)合作關(guān)系,才能真正實(shí)施食品包裝的生態(tài)設(shè)計(jì)。

3.1.4 LCA軟件及生命周期管理制度系統(tǒng) 生態(tài)設(shè)計(jì)是面向全生命周期尋求減少對能源、資源的消耗和對環(huán)境的影響,需在設(shè)計(jì)階段對食品包裝生命周期全過程對能源、資源與環(huán)境的影響進(jìn)行評估,以便于在設(shè)計(jì)源頭找到資源環(huán)境性能最佳的設(shè)計(jì)方案。因此,LCA(life cycleassessment)既是進(jìn)行產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)的重要工具(方法),也是進(jìn)行生態(tài)設(shè)計(jì)的重要原則[7]。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)環(huán)境性能優(yōu)良的生態(tài)產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計(jì)目標(biāo),必須運(yùn)用LCA軟件系統(tǒng),將食品包裝整個(gè)生命周期過程視為一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)過程,對所有可能的環(huán)境及其安全衛(wèi)生影響因素進(jìn)行分析,進(jìn)行系統(tǒng)輸入與產(chǎn)出的綜合平衡,從而尋求減少影響的方案應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中。LCA軟件系統(tǒng)的建設(shè),一方面需要引進(jìn)如Boustead4.2、Simapro Ver.4.0 等LCA 的商用軟件,或自行開發(fā)LCA 軟件;另一方面需要建立起產(chǎn)品清單分析數(shù)據(jù)庫,供LCA 影響評價(jià)使用[20]。另外,實(shí)施生態(tài)設(shè)計(jì)企業(yè)還應(yīng)建立內(nèi)部的生命周期管理制度[15],對產(chǎn)品生命周期各階段、生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)加強(qiáng)管理。例如,應(yīng)建立企業(yè)內(nèi)部設(shè)計(jì)、原材料采購和營銷等部門的緊密合作關(guān)系制度,為實(shí)施食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)提供保障。

3.2 食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)程序

實(shí)施食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)須滿足食品包裝的生態(tài)設(shè)計(jì)要求,傳統(tǒng)食品包裝設(shè)計(jì)主要考慮經(jīng)濟(jì)參數(shù)的設(shè)計(jì),因而對食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)來講,僅是前期的產(chǎn)品初步設(shè)計(jì),還需要進(jìn)一步進(jìn)行生態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì),從而設(shè)計(jì)出對環(huán)境友好又能滿足功能要求的食品包裝產(chǎn)品。食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)的基本程序有5步(見圖1)，包括[9,15]根據(jù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)進(jìn)行初步設(shè)計(jì),除了考慮產(chǎn)品的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)及生產(chǎn)、成本和使用等因素外,還應(yīng)按生態(tài)和衛(wèi)生原則選用原材料和進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)、工藝等設(shè)計(jì);分析生態(tài)參數(shù)建立生態(tài)檔案;根據(jù)生態(tài)檔案進(jìn)行生態(tài)診斷及設(shè)計(jì)開發(fā);依據(jù)生態(tài)設(shè)計(jì)的一般及特殊要求對開發(fā)方案進(jìn)行再次評價(jià)、再次改進(jìn)設(shè)計(jì),直到滿足生態(tài)設(shè)計(jì)要求;利用綠色成本核算技術(shù)進(jìn)行綠色成本分析并評估產(chǎn)品的環(huán)境績效。

3.3 食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)

實(shí)施生態(tài)設(shè)計(jì)必須利用相關(guān)的支撐技術(shù)進(jìn)行生態(tài)特性評價(jià)、原材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和衛(wèi)生安全設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)開發(fā)[21]。

3.3.1 生命周期評價(jià)技術(shù) 根據(jù)國際環(huán)境毒物學(xué)和化學(xué)學(xué)會(huì)權(quán)威性定義,生命周期評價(jià)(Life Cycle Assessment,LCA)是一種通過對能源、原材料消耗及廢物排放的鑒定及量化來評估一個(gè)產(chǎn)品、過程或活動(dòng)對環(huán)境帶來的負(fù)擔(dān)的客觀方法[22]。生命周期評價(jià)被ISO14000列為子系統(tǒng)之一,是評價(jià)從原材料采集開始,直至再循環(huán)和最終廢物處置整個(gè)生命周期階段有關(guān)的環(huán)境影響的工具,能夠進(jìn)行科學(xué)全面的量化計(jì)算,作為一種重要的環(huán)境分析方法對產(chǎn)品環(huán)境性能評價(jià)具有權(quán)威性,因而也是實(shí)施食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一。LCA 能對產(chǎn)品生命周期每個(gè)階段的投入及排放對環(huán)境的影響進(jìn)行評價(jià),尋找出污染最嚴(yán)重的階段及其生態(tài)設(shè)計(jì)參數(shù),為設(shè)計(jì)和改進(jìn)產(chǎn)品提供依據(jù)。目標(biāo)和范圍界定、數(shù)據(jù)清單分析、影響評價(jià)和結(jié)果解釋等4部分組成了LCA 的技術(shù)框架[19],為了避免運(yùn)用LCA技術(shù)評價(jià)時(shí)的計(jì)算量大,應(yīng)注意評價(jià)范圍的界定、準(zhǔn)確采集投入及排放數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)或選擇好評價(jià)軟件。

3.3.2 生態(tài)材料選用技術(shù) 食品包裝是個(gè)系統(tǒng)工程,材料是基礎(chǔ),其生態(tài)設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)選擇生態(tài)包裝材料。生態(tài)包裝材料的選用原則是生態(tài)性、經(jīng)濟(jì)性和必要功能性的綜合效益最大原則,應(yīng)在保證產(chǎn)品功能和技術(shù)要求的前提下,綜合比較,擇優(yōu)選擇。對于食品包裝材料的生態(tài)性應(yīng)重點(diǎn)考慮:一是滿足安全衛(wèi)生要求。這也是生態(tài)包裝材料的首要要求,有毒有害的材料及添加物應(yīng)盡力避免選擇或替代,或考慮材料中毒性物質(zhì)的穩(wěn)定性并采取措施解決其遷移和釋放問題。目前食品包裝材料的主體仍是塑料軟包裝材料(復(fù)合材料),另外包括紙、金屬、玻璃和陶瓷等,其成分含量在包裝的整個(gè)生命周期過程中必須滿足不對人體造成危害的要求,有毒有害物質(zhì)均需嚴(yán)格控制在限量范圍內(nèi)。例如,揮發(fā)性有機(jī)物(VOC)的濃度總量,鉛、鎘、汞和六價(jià)鉻,以及氯乙烯單體、多氯聯(lián)苯、偶氮等。即應(yīng)滿足食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)相關(guān)特殊要求的規(guī)定。二是滿足輕量化(減量化)要求[23-24]。輕量化(減量化)是實(shí)施生態(tài)設(shè)計(jì)的重要途徑,能降低對資源和能源消耗并減少廢棄物排放。為此,在保證實(shí)現(xiàn)功能和技術(shù)要求的前提下,應(yīng)利用生態(tài)包裝材料,以減少污染排放、資源(能源)消耗少和便于回收利用;應(yīng)解決好產(chǎn)品與包裝的合理定位,過度包裝對生態(tài)無益;應(yīng)采用自然、無害和節(jié)省能的材料來滿足食品包裝產(chǎn)品功能的需要;應(yīng)選擇科技含量高、便于回收利用的復(fù)合材料替代傳統(tǒng)包裝材料,如采用紙塑復(fù)合材料和無菌包裝技術(shù)包裝如牛奶、果汁飲料等食品,其生態(tài)特性和保持食品的風(fēng)味和質(zhì)量方面都優(yōu)于傳統(tǒng)包裝材料。三是滿足可再生或可回收要求，不破壞生態(tài)和可持續(xù)原則[25]。生態(tài)設(shè)計(jì)注重不破壞生態(tài)和可持續(xù)發(fā)展,避免使用不可再生或需很長時(shí)間才能恢復(fù)的原材料;為方便回收利用,原材料盡量品種相同及可再循環(huán)。目前紙塑料復(fù)合的包裝材料在食品包裝中應(yīng)用較多,但紙塑復(fù)合材料不易回收處理;倡導(dǎo)使用再循環(huán)的材料[6],降低新材料用量。

3.3.3 生態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù) 食品包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系包裝必要功能的實(shí)現(xiàn)以及包裝材料的用量和包裝廢棄后的回收等問題,對其資源環(huán)境效益有直接影響。生態(tài)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)面向節(jié)約能源(資源)的生態(tài)設(shè)計(jì)目的,是實(shí)施食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)的重要支撐技術(shù)。

3.3.3.1 減量化(減少化)設(shè)計(jì) 關(guān)于減量化設(shè)計(jì),有文獻(xiàn)進(jìn)行相關(guān)報(bào)道[26]。計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛運(yùn)用為包裝設(shè)計(jì)的合理化及包裝整體的減量、輕型化提供了良好的技術(shù)支持。食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)食品所需要的保護(hù)性等必要功能要求進(jìn)行減量化(減少化)設(shè)計(jì)(包括容器形狀、結(jié)構(gòu)形式、尺寸、封合方式等),盡量減少多余功能,避免過分包裝和欺騙性包裝,以節(jié)省材料、節(jié)約運(yùn)輸空間和減少廢棄物的產(chǎn)生。歐洲包裝業(yè)按照歐盟“包裝與包裝廢棄物指令(94/62/EC)”對消費(fèi)者可以接受且相對安全的最小包裝質(zhì)量和體積實(shí)施減量化,每年減少了50萬t材料的用量[5]。食品包裝在減量化(減少)設(shè)計(jì)上,可以通過去除多余功能,根據(jù)不同消費(fèi)者的利益訴求設(shè)計(jì)包裝體量或限制1次用量(如以1周消費(fèi)為單位的包裝體量)等實(shí)現(xiàn)包裝產(chǎn)品的減量化,注重對包裝廢棄物的回收再用、再生或降解進(jìn)行設(shè)計(jì);采用輕質(zhì)材料,減輕產(chǎn)品質(zhì)量;通過減少異形結(jié)構(gòu)等達(dá)到節(jié)約資源(能源)的目的,異形結(jié)構(gòu)的包裝在用料及印刷、印后加工等后加工方面對資源(能源)消耗更多。確需進(jìn)行異形設(shè)計(jì),也可通過盡量減少折疊線、面的數(shù)量,減少壁板等來減輕用料、印刷以及印后加工等的負(fù)荷[27]。另外,從印刷及后加工角度,分體包裝盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般會(huì)增加制版費(fèi)用,后加工裁切也將增加工序,既造成了浪費(fèi),也增加了成本。采用盒體一體成型設(shè)計(jì)(如鎖底式、搖蓋式、姐妹式紙盒設(shè)計(jì)等),紙盒可以折疊起來,能夠節(jié)約后加工、堆碼、運(yùn)輸和儲(chǔ)存等費(fèi)用[28]。例如,在牛奶、飲料和水果等包裝紙箱中,采用一體成型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在印刷、堆碼和銷售等方面都有好處。

3.3.3.2 色彩適量化設(shè)計(jì) 采取簡約化、“簡而美”的色彩適量化裝潢設(shè)計(jì),避免有害原料成分、生產(chǎn)過程以及廢棄物對環(huán)境造成的污染,以及有害成分向食品的遷移。包裝印刷中使用的油墨、黏合劑等材料很多都含有有機(jī)溶劑等有毒有害物質(zhì),通過滲透、遷移而污染食品。統(tǒng)計(jì)顯示[27],目前國內(nèi)還沒有可食用油墨,紙質(zhì)食品包裝材料都具有可滲透性,色彩種類越多,油墨印刷面積越大,更容易地轉(zhuǎn)移到食品中而造成污染,直接對人體健康造成傷害。在食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)中,應(yīng)運(yùn)用色彩適量化設(shè)計(jì)措施,避免過分裝潢,減少油墨材料等的有毒有害物質(zhì)對人體健康造成的潛在危害?？梢栽谝韵路矫婵紤]色彩適量化設(shè)計(jì)[29]:一是盡量避免多色印刷設(shè)計(jì),多采用單色或雙色印刷,以節(jié)約資源、能源,降低成本,提高食品包裝的環(huán)境性能;二是充分利用食品包裝材料本身的色彩及紋理?xiàng)l件,用局部色彩設(shè)計(jì)方案,適量化設(shè)計(jì)裝潢圖案、標(biāo)識(shí)和品牌名稱等必要元素,以減少油墨的使用量;三是盡力減少油墨與內(nèi)裝食物的接觸,根據(jù)不同的情況(如即食性食品包裝、包裝與人的口部直接接觸位置等)可以不設(shè)計(jì)色彩,或盡量減少用色。

3.3.3.3 節(jié)能化設(shè)計(jì) 節(jié)約能源是EUP指令的核心,減量化和可回收設(shè)計(jì)等可降低資源和能源的消耗,但更直接有效的方法是提高食品包裝材料的生態(tài)特性。由于食品行業(yè)的發(fā)展,我國食品包裝行業(yè)已經(jīng)成為能源消費(fèi)的大戶,“碳足跡”的蹤影貫穿食品包裝材料生產(chǎn)到消費(fèi)的全過程,“低碳包裝”成為食品包裝發(fā)展的必然方向。為減少CO2和有害物質(zhì)排放,應(yīng)選用清潔、可再生的資源(能源),同時(shí)采用各種節(jié)能技術(shù),開展節(jié)能設(shè)計(jì),發(fā)展節(jié)能低碳包裝。天然材料的開發(fā)使用是低碳化食品包裝材料的重要發(fā)展途徑[30],目前在食品包裝中,塑料日益成為不可缺少的材料而得到飛速發(fā)展,特別是軟性的食品(藥品)用復(fù)合材料發(fā)展最快。近年來,用于食品包裝的塑料量占塑料總產(chǎn)量的1/4左右,塑料包裝產(chǎn)量平均年遞增11%[31]。但目前大量石油基塑料對資源(能源)的消耗和造成的環(huán)境污染日益嚴(yán)重,且引起的食品安全問題突出。為了減少CO2等溫室氣體排放和保護(hù)不可再生的石油資源、減少消耗,非石油基塑料已成為目前研發(fā)的熱點(diǎn)。利用植物秸稈等為原料得到的非石油基塑料(生物基塑料),可降低30%～50%的石油資源消耗,實(shí)現(xiàn)數(shù)億噸CO2的凈減排[32]。降解型生物基塑料主要包括微生物合成、天然合成和化學(xué)合成3類[33-34],其中,化學(xué)合成的聚乳酸(PLA)由玉米、木薯、甘蔗等天然材料經(jīng)微生物發(fā)酵方法得到乳酸,再經(jīng)過化學(xué)合成而形成,是規(guī)?；a(chǎn)最早和目前產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣、價(jià)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優(yōu)點(diǎn)更突出,是最具發(fā)展?jié)摿Φ男滦桶b材料,目前國內(nèi)PLA的大型生產(chǎn)商產(chǎn)能達(dá)1萬t/a[33],在食品包裝領(lǐng)域,全降解型食品包裝材料代替非降解食品包裝材料在不久的將來即可實(shí)現(xiàn)[35]。另外,非降解型生物基塑料雖無法降解,但其減少了不可再生資源的消耗和CO2的排放。

3.3.4 衛(wèi)生安全設(shè)計(jì)技術(shù) 食品包裝的衛(wèi)生安全是指食品包裝的原材料及其加工過程中使用的輔助材料(油墨、黏合劑等)中不應(yīng)含有對人體有害的物質(zhì)。食品包裝衛(wèi)生設(shè)計(jì),一是原材料安全無毒和無揮發(fā)性物質(zhì)產(chǎn)生,具有穩(wěn)定的組織成分。應(yīng)使食品的特性與材料的性能相適應(yīng),以及食品的保護(hù)條件與材料的適用條件相適應(yīng);掌握添加劑等成分向食品遷移的情況,以及食品中某些組分向包裝容器滲透、被吸附等情況在流通過程中對食品的影響,以確保在包裝工藝實(shí)施過程中不會(huì)產(chǎn)生與食品成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)和化學(xué)成分。食品包裝材料中有害物質(zhì)潛在的遷移值應(yīng)滿足總遷移和特定遷移極限的規(guī)定;二是原材料在貯藏和轉(zhuǎn)移的過程中不會(huì)因氣候和正常環(huán)境因素的變化而發(fā)生化學(xué)變化。被包裝食品的生物、化學(xué)、物理學(xué)特性及其敏感因素(光線、氧氣、溫度、微生物及物理、機(jī)械力學(xué)等)決定著包裝材料及包裝工藝技術(shù)的選擇;三是應(yīng)選擇環(huán)保型的油墨、黏合劑及涂料等輔助材料。美國嚴(yán)禁在食品包裝上使用有機(jī)溶劑型油墨,而以水基型油墨取代;四是注重應(yīng)用新型食品包裝材料及技術(shù)。目前,一些特殊功能材料和技術(shù)成為包裝材料和技術(shù)的研發(fā)重點(diǎn),如防光污染包裝材料、可食性包裝材料、化學(xué)污染及重金屬消除包裝技術(shù)和納米包裝材料等在國內(nèi)外已有所突破。

3.3.5 清潔生產(chǎn)工藝技術(shù) 清潔生產(chǎn)已經(jīng)受到世界各國的高度重視,我國已將清潔生產(chǎn)相關(guān)內(nèi)容作為重點(diǎn)列入了國家“十二五發(fā)展規(guī)劃綱要”之中,食品包裝相對于其他產(chǎn)品包裝更需要實(shí)行清潔生產(chǎn)。食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)采用節(jié)省原材料和能源、不使用有毒原材料、減少“三廢”排放等清潔生產(chǎn)工藝技術(shù)。實(shí)施清潔生產(chǎn)首先是節(jié)約能源、降低消耗,即用最少的資源投入來取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。一方面應(yīng)以最少的包裝材料滿足包裝必要的功能。如簡化圖案設(shè)計(jì)突出功能要求,印刷工序就可以減少顏色數(shù)和墨層的厚度,節(jié)約油墨消耗;另一方面應(yīng)通過提高食品包裝生產(chǎn)設(shè)備的精度或操作人員的技術(shù)熟練程度等,以提高材料的利用率和保證產(chǎn)品質(zhì)量,達(dá)到節(jié)約資源和減少損耗的目的。另外,應(yīng)實(shí)施食品包裝生產(chǎn)企業(yè)相關(guān)認(rèn)證,這也是實(shí)現(xiàn)“清潔生產(chǎn),節(jié)能降耗”的有效途徑。實(shí)施清潔生產(chǎn)關(guān)鍵在于清潔的生產(chǎn)工藝過程,應(yīng)通過對生產(chǎn)工藝流程的審計(jì),選定最佳方案[9]。

3.3.6 綠色成本核算技術(shù) 食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)通過前述生命周期評價(jià)、原材料選用和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等技術(shù)提高了其產(chǎn)品及其制造設(shè)計(jì)方案的生態(tài)技術(shù)性能,還需要進(jìn)一步進(jìn)行綠色成本(效益)分析,實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益的綜合平衡。綠色成本核算就是在傳統(tǒng)成本項(xiàng)目基礎(chǔ)上考慮資源環(huán)境得失后的核算[36]。聯(lián)合國環(huán)境與綜合經(jīng)濟(jì)核算體系提出,綠色成本核算應(yīng)考慮資源耗減、環(huán)境保護(hù)支出和環(huán)境退化成本等3個(gè)變量。具體來看,就是在進(jìn)行傳統(tǒng)項(xiàng)目核算的基礎(chǔ)上,還應(yīng)核算能源資源節(jié)約等的收益,回收材料的收益,污染減少帶來的生態(tài)成本節(jié)約的收益,以及材料再生、廢棄處置的環(huán)保支出等。綠色成本核算可以運(yùn)用基于作業(yè)的成本分析(activity-based costing,ABC)等方法,在綜合分析食品包裝生命周期全過程的成本與收益基礎(chǔ)上,建立成本核算與評估模型,最終從經(jīng)濟(jì)上選擇效益最佳的生態(tài)設(shè)計(jì)方案。

4 結(jié)語

歐盟EUP指令將促進(jìn)產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)主流理念的形成,也將掀起新的綠色環(huán)保設(shè)計(jì)浪潮?；贓PU指令實(shí)施食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì),成為最大限度提高其生態(tài)特性最為有效的方法,能從源頭破解食品包裝的綠色環(huán)保安全問題。為了盡早適應(yīng)產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)理念及構(gòu)建良好生態(tài)環(huán)境和食品安全衛(wèi)生的迫切需要,應(yīng)研究實(shí)施食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)。

追求生態(tài)效率最高是實(shí)施生態(tài)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容,需將生態(tài)參數(shù)引入食品包裝設(shè)計(jì)階段,從傳統(tǒng)包裝向生態(tài)包裝發(fā)展。食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)需把握全生命周期設(shè)計(jì)、源頭設(shè)計(jì)、生態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì)、節(jié)約能源(資源)設(shè)計(jì)和生態(tài)包裝材料設(shè)計(jì)等5方面的設(shè)計(jì)內(nèi)涵,并從系統(tǒng)角度尋求食品包裝經(jīng)濟(jì)與生態(tài)性能平衡,力求生態(tài)效率最高。

生態(tài)設(shè)計(jì)要求是實(shí)現(xiàn)EUP指令目標(biāo)的重要保證和實(shí)施產(chǎn)品生態(tài)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)主要從食品包裝生命周期全過程中對環(huán)境及人類健康的影響要素制定定性的一般要求;從食品包裝的能效及材料(含印刷油墨與黏合劑等)的有毒有害成分及其遷移、碳排放等制定定量的特殊要求。

按照“工具-技術(shù)-方法” 的思路,構(gòu)建由軟硬件平臺(tái)系統(tǒng)、技術(shù)支撐系統(tǒng)和設(shè)計(jì)程序(方法)系統(tǒng)三大系統(tǒng)組成的食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)體系。食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)體系的研究與構(gòu)建,是企業(yè)實(shí)施食品包裝生態(tài)設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ),對于通過生態(tài)設(shè)計(jì)提高食品包裝的生態(tài)特性,應(yīng)對歐盟新綠色壁壘,適應(yīng)生態(tài)設(shè)計(jì)主流理念的發(fā)展要求,和諧我國生態(tài)環(huán)境與食品安全具有理論和實(shí)踐意義。

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Study on eco-design system of food packaging based on EUP directive

YANG Zu-bin1,DAI Hong-min1,ZENG Li-hong2

(1.College of Mechanical,Chongqing Technology and Business University,Chongqing 400067,China;2.Library,Chongqing Technology and Business University,Chongqing 400020,China)

Based on the European Union EUP directive,it’s urgent to apply ecological design of food packaging and research its connotation,requirement and implementation system. In this paper five aspects of connotation was pointed out:the source of life cycle design,source design,energy design,ecological packaging materials design and ecological parameters design. Food packaging requirement index was studied,the implementation system of software and hardware platform,technical support and design program was proposed in accordance with the“tools-technology-method”,and specific elements and connotation involved in the implementation system was expounded.

food packaging;EUP directive;eco-design;implementation system;ecological packaging materials

2014-10-23

楊祖彬(1967-)，男，本科，副教授，主要從事綠色包裝和包裝印刷等方面的研究。

重慶市教委科研項(xiàng)目(KJ1400635)。

TS206

A

1002-0306(2015)07-0266-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.07.048