“限塑令”背景下环保吸管的研究综述和展望

＊许嘉垅 吴铭洋 汪友路 张学斌

（合肥工业大学 材料科学与工程学院 安徽 230009）

引言

塑料因其性质稳定、易于包装和便于携带的特点被广泛运用于工业生产和日常使用中，成为人类生产生活不可或缺的一部分。同时，塑料制品的大量使用导致全球性的“塑料污染”，其影响范围已经几乎覆盖全球所有海洋和淡水生态系统。据估计，2016年全球产生的塑料废品将有1900万吨至2300万吨（折合总量11%）进入水生生态系统[1]。

全球范围内白色污染问题严重。堆积的废弃塑料在自然环境中被风化、侵蚀将结成为微塑料和纳米塑料等塑料颗粒，对环境及人类造成巨大危害[2]。塑料制造生产、运输过程中存在的原料污染、塑料颗粒泄露等问题也是导致白色污染的重要原因[3]。

面对日趋严重的塑料污染问题，各大国际组织、世界各国以及大型企业纷纷出台相关政策、措施，“限塑”乃至“禁塑”，以减少塑料制品的使用[4]。

2020年初，国家发改委和生态环境部发布《关于进一步加强塑料污染治理的意见》，意见中明确提出2020年底的塑料污染治理工作目标，其中包括2021年1月1日起，在全国餐饮行业中禁止使用不可降解一次性塑料吸管。

据央视报道，2019年我国塑料制品产量累计8184万吨，其中塑料吸管产量为近3万吨，折合约460亿根，人均使用量超30根。作为快消品，塑料吸管的使用时间往往只有几分钟，但作为塑料制品而言，降解一根吸管的时间可达百年[5]。在“限塑令”背景下，我国塑料吸管产业迎来转型契机，各类可降解吸管、可食用吸管等环保型吸管的相关研究日益增多[6]。

综上所述，本文旨在以文献综述的形式对已有环保吸管制作工艺及研究进行分类归纳，并从产品生产工艺、优缺点和发展预估三方面进行简略分析。

1.环保吸管

(1)纸吸管

①纸吸管生产工艺

在生产工艺上，生产车间一般采用纸吸管机进行大规模的纸吸管制造。制造过程包含接纸、上胶、卷纸、切割、包装等步骤。

在生产原料的选择上原料，由于纸吸管大多应用于和食品相关行业，因此，生产过程中应保证采用原料为食品级。在材料选择上，一般选用耐破损程度高，韧性好，高强度，匀度厚度色相稳定的食用级羊皮纸和纯木原浆；纸质采用的是安全纸质（Forest Stewardship Council认证）；在粘合剂的选择上，也应该遵循无毒害和天然的原则。同时兼顾纸吸管的环保原则，采用可再生、不含塑料颗粒、易被生物降解的纸张。为了保证产品的食品级安全，产品通过Food and Drug Administration，Lebensmittel-und Futtermittelgesetzbuches（德国新食品和饮食用品法）和欧盟标准的检测[7]。

②纸吸管优缺点

纸吸管作为“限塑令”颁布以来第一个取代传统塑料吸管的产品，自然有它的优势。首先，该产品符合环境友好型理念，相较于塑料吸管动辄数十年的降解时间，大多纸吸管降解所需的时间仅为3～4个月。由于纸吸管生产过程中的各项严格指标，通过质量检测的产品理论上不会析出任何有害化学成分。

但是，纸吸管仍有很多缺点制约着它的广泛普及。根据有关调查，热饮店的消费者对纸吸管的使用体现持消极态度—一方面纸质吸管相较于塑料吸管强度偏低，容易损坏，往往无法戳开饮料包装，或者在使用过程中软化影响体验；另一方面，受纸吸管所使用的原料影响，产品本身往往携带轻微异味，对于味觉较为敏感的消费者不够友好。同样由于纸吸管原料影响，在理想环境下，一般的纸吸管保质期约 2～3年，不利于纸吸管的生产和储存。此外，在生产成本方面，纸吸管约为塑料吸管的3～4倍。

③纸吸管发展预估

虽然纸吸管易于降解、环境友好，但其缺点已经影响到其本身效用，加之市面上有其他塑料吸管的替代品，纸吸管并非“限塑令”的完美答案。而事实正是如此，如今已有很多门店尤其是饮品店已经将纸吸管用PLA吸管或者其他可降解吸管代替。

(2)PLA可降解吸管

①可降解吸管生产工艺

工业生产中，PLA吸管一般由流水线进行大规模生产，通过设备，将PLA快速挤出成型。

PLA可降解吸管的主要成分是聚乳酸（即PLA），它一般是由可再生的植物资源（如玉米）所提取出的淀粉为原料制作而成——淀粉原料经由糖化得到工业葡萄糖，再由葡萄糖及菌种（乳酸菌等）发酵的条件下制成高纯度的乳酸，再通过化学合成方法合成一定分子量的聚乳酸。由于聚乳酸可自然降解为无污染的水和二氧化碳，因此可认为由PLA为原料制作出的吸管可降解[8]。

②PLA可降解吸管优缺点

PLA是一种生物塑料，结晶度较低，因此理论上比石油基的塑料要容易降解很多，但是PLA降解需要满足大量的微生物、超过30℃的环境温度、较高的湿度三个条件，在自然条件下PLA降解速度仍然较慢，因此在工业上一般采用集中降解。PLA可降解吸管的使用体验和塑料吸管相似，均表面光滑、无异味、无毒害，同时具有较高的韧性和一定的抗冲击性、这极大提高了使用体验。

另一方面，PLA仍然现存一些缺陷。在制备过程中PLA材料脆性大，不易挤出成型，生产成本约为塑料吸管的四到五倍。此外，PLA可降解吸管的耐受温度上限为55℃，在很多情况下并不能满足需求。

③PLA可降解吸管发展预估

现阶段，PLA可降解吸管已经在一定程度上得到了普及。在未来，产品的发展方向可能是降低成本和提高性能；例如可以采用PLAB改性PLA吸管优化其成型困难的缺陷，间接降低生产成本。此外，还可以寻求加速降解效率、提高降解程度的降解回收方法，让“可降解”成为“全降解”。

(3)可食用吸管

①可食用吸管生产工艺

生产工艺方面，根据制作工艺的不同可将可食用吸管分为两类：一是以可食用物质为吸管原料制成的可食用吸管；一是基于可食用膜技术制作而成的可食用吸管。

以可食用物质为原材料制成的可食用吸管，多采用淀粉、膳食纤维、多糖物质等作为原材料，多采用加入适量食用级辅料或进行工艺处理以达到保持吸管的柔韧性、防水性的目的。常见的生产工艺为：原料粉碎，辅料混合，吸管成型机挤出、切片，得到产品。

根据原料不同可食用膜可分为以下四种：多糖类可食用膜、蛋白质类可食用膜、脂质类可食用膜和复合型可食用膜。可食用吸管多采用多糖类可食用膜制成[9-10]。

张军等人[11]研究表明抗性淀粉本身制作优势突出、挤出加工性和膜成型性良好，具有一定保健效果，为制作可食用吸管的良好选材。将原料配置成抗性淀粉/明胶混合料液后，通过挤压吹塑技术，挤压造粒，粉碎后进行挤压吹膜制成抗性淀粉可食用吸管。在另一研究中，张军等人[12]选取高直链淀粉作为吸管原料，通过在淀粉中加入不同类型代餐粉达到不同效用，在对淀粉老化后进行干燥处理，制成成型光滑的可食用代餐粉吸管，并选用玉米—小麦淀粉膜对吸管进行防腐处理。

美国设计师Chelsea Briganti和Leigh Ann Tucker设计出的以海藻为原料的可食用吸管Lolistraw具有可浸泡24h，无毒、可食用，并可快速降解的特点[13]。

②可食用吸管优缺点

可食用吸管是“限塑令”颁布后取代传统塑料吸管制品的一类新兴产品，市场占取份额远不及纸吸管、PLA可降解吸管，但产品本身具有一定的先进性。它所选用的原材料均为人体可食用物质，与纸吸管、PLA可降解吸管相比，制作过程中无需使用化学有害物质。其次，可食用吸管原料选择富有多样性，可满足不同类型使用者需求，符合当下“定制”消费趋势。

同时，可食用吸管也有其劣势所在。一是防腐性能不佳，储存期较短。作为类食品用品比起其他类型吸管，易霉、易腐，难以大批量、长时间贮存是其市场推广受制因素之一。二是其耐高温性能不优，与纸吸管类似，可食用吸管在高温条件下性能保持具有时间性，长时间的高温环境将影响吸管使用性能，影响使用者体验。三是其可消化性，淀粉的种类以及处理方式对产品进入人体后可否被消化有一定影响，部分淀粉难以消化将影响人体消化系统功能，如海藻吸管的原料中所含琼脂，过量食用时将影响消化系统。

③可食用吸管发展预估

可食用吸管作为一种新型吸管，其可“定制”性是其发展的推动力，同时也是阻力。吸管如今已经成为日常用品之一，作为长期性的使用品和商业用品，其竞争性远不如PLA吸管。然而，从可食用膜发展出发，可食用膜技术在医药、食品等方面的需求，在“限塑令”背景下进一步扩大，势必推动该项技术的发展。虽则可食用吸管本身发展不容乐观，但是食用膜技术的发展势必能够给可食用吸管带来新的契机，未来将有更加新颖的产品出现以满足人们对于产品多样性以及定制性服务的需求。

(4)其他类型环保吸管

①秸秆吸管

2017年美国出台的“限塑令”的背景下，麦秸秆有空隙、轻便、环保、可降解的特性使其成为新型“吸管”候选人。孟凡耀[14]抓住机遇研究出麦秸秆吸管制作技术：选取品相较好的麦秸秆放入热水中浸泡增加其韧性，将剪开的麦秸秆放置于盐水浴中进行高温处理，达到清洁、消毒的目的，之后将其烘干包装。在“全球限塑”的大趋势下，秸秆吸管势头火热，但是其产能低，保存难的特性已成为其发展道路少的一大掣肘。

②玉米醇溶蛋白吸管

姜福佳等人[15]基于玉米醇溶蛋白良好的耐水性、耐热性和耐脂性，以其作为原料开发制作出一款可降解玉米醇溶蛋白吸管。首先，采用乙醇浸取法提取玉米黄粉中的醇溶蛋白，然后加入羟丙基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、山梨醇、甘油等食品级辅料，混合，挤压成型，热风烘干，切割制备成吸管后进行指标检测。

2.结论和展望

综上所述，基于“限塑令”大背景下的可降解吸管的研发可谓是百花齐放，在生产和效用上，纸吸管、PLA可降解吸管、可食用吸管和其他各种新型可降解吸管各有优势，也各有不足。

经过事实验证，餐饮行业里，由“限塑令”初期的纸吸管的使用尝试演变为如今PLA可降解吸管的普及为主流、其他可降解吸管特种应用为辅助的可降解吸使用局面，既是科技发展的必由之路、也是市场调节的必然结果。这在一方面肯定了纸吸管在生产成本和工艺流程上的优势，在另一方面又证明了PLA可降解吸管的综合使用性能优良。

在将来，PLA吸管的研发可能会向改性PLA塑料方向进行，不同的改性塑料将其应用特化；另外，降低PLA可降解吸管的生产成本、简化其生产流程也是一大关键。在可食用吸管的研发上，基于食用膜生产技术发展，我们可以进一步探究如何提高其保存时间、宽化其保存环境。

此外，在可食用吸管的研发过程中，由需求间接带动可食用膜生产技术发展，进而在医药、食品等方面发挥作用，或者是对PLA塑料进行改性，以优化其成型效率，都是可降解吸管研发过程中的附加科研成果，但在其他方面同样会得到应用。