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1食品包裝生態設計要求

食品包裝生態設計的一般要求有：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）以及廢棄物的產生量等方面的定性要求。食品包裝生態設計的特殊要求除有EUP強調的能效要求（以能源投入/績效產出作為計算單位，其具體指標需要根據具體的食品包裝用統計方法確定）外，還應有對食品包裝最重要的食品安全限制性指標，主要有食品包裝材料中鉛、汞、鎘及六價鉻等四大重金屬的最高濃度限值應小于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）；應采用水性環保油墨，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食品包裝生態設計體系

食品包裝生態設計的實施過程可以簡單概括為“工具—技術—方法”三步。首先利用生態設計工具（生命周期評價）及其相應的軟硬件平臺，對食品包裝生命周期各個階段的環境影響（資源、能源消耗和污染物排放都會對環境和人類健康產生影響）進行分析；在此基礎上，利用生態設計技術（生命周期評價技術、原材料選用技術等），按照一定方法（程序）實施生態設計。由此構建食品包裝生態設計實施體系，見圖1，包括軟硬件平臺（工具）系統、技術支撐（技術）系統和設計程序（方法）系統三大系統。

2.1食品包裝生態設計軟硬件平臺軟硬件平臺系統是實施生態設計過程的基礎，食品包裝生產企業應構建起相應的生態設計軟硬件平臺系統[17]，包括生態化設計管控措施、綠色材料供應鏈、生態化并行設計平臺、LCA軟件和生命周期管理制度等系統的建立。

2.1.1生態化設計管控措施系統企業為了改進產品的生態特性和降低產品成本，確保其符合具體的食品包裝生態設計實施要求，應根據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企業的生態設計管控措施系統。EUP指令的自我評估模式有“內部設計控制”和“環境管理體系”2種[7]，企業可以任選擇1種進行自我評估，以提交相關技術文件和檢測結果來驗證其一致性評估的真實性。歐盟要求企業主要采用自我評估的方式進行合格評定，根據其產品生態設計實施措施，對產品進行合格評定后加附CE（CONFORMITEEUROPEENNE）標簽，則制造商就具有了進入歐洲市場的護照，而被認為符合EUP的生態設計要求。給產品加附CE標志是制造商或其授權代表的自覺行為，具有一系列步驟及多種合格評定程序模式。另外，也可以參照歐盟EC/1980/2000法規的《生態標簽授予計劃》。內部設計控制是企業（或授權代表）自檢和自我申明的評定方式，是企業自我申明其產品滿足生態設計要求相關條款的過程。這一過程首先是食品包裝生產企業須建立食品包裝生態檔案（即產品清單數據）[1]。可針對生態設計要求，根據正常的使用條件以及設計用途，對食品包裝產品在其整個生命周期內對環境的影響進行評估（優先考慮通過設計可以得到顯著改善的因素），并建立相應的生態檔案。生態檔案的建立是一個龐大的工程，但也是生態化設計管控措施系統建立的關鍵。這對于我國食品包裝企業來講，也是實施生態設計最為困難的環節。通過生態診斷（即環境影響評價）確定其在整個生命周期過程對環境及安全衛生造成較大不利影響的因素，即確定生態設計的一般和特殊要求的參數，再根據確認的設計參數，在設計源頭采取所有必要的措施，確保其生產的產品符合相應的生態設計要求，并提供技術文件證明通過了一致性評估。通過ISO14000認證是實行生態設計、生產生態產品的最基本保證，因而也可通過建立環境管理體系，確保企業具有生產符合EUP指令要求的生態產品的能力。

2.1.2生態化并行設計平臺系統按照源頭設計的生態設計內涵，食品包裝企業必須構建滿足生態設計要求的并行設計平臺系統，將產品生命周期全過程的環境影響因素集成一體系統考慮，達到實施生態設計必須的人員集成、信息集成和過程集成[19]，從而建立產品壽命周期中各個階段性能的繼承和約束關系以及產品各個方面屬性間的關系，以追求產品在生命周期全過程中其性能最優。傳統串行設計無法從設計源頭控制產品在整個生命周期中對環境造成的影響，不能在設計源頭一并考慮產品整個生命周期所有環境影響因素[7]，不能盡早發現問題并采取所有必要措施提高產品的生態特性。

2.1.3綠色材料供應鏈系統食品包裝有毒有害物質殘留主要來源于包裝材料，建立和完善綠色材料供應鏈系統對是實施食品包裝生態設計的重要措施。實施食品包裝生態設計的源頭措施就是限制使用存在有害物質的原材料。近年來，我國為應對歐盟相關綠色壁壘，已建立起有關產品的綠色材料供應鏈，進行產品的生態設計必須以上游企業原材料的生態設計為前提，只有密切與上游企業合作關系，才能真正實施食品包裝的生態設計。

2.1.4LCA軟件及生命周期管理制度系統生態設計是面向全生命周期尋求減少對能源、資源的消耗和對環境的影響，需在設計階段對食品包裝生命周期全過程對能源、資源與環境的影響進行評估，以便于在設計源頭找到資源環境性能最佳的設計方案。因此，LCA（lifecycleassessment）既是進行產品生態設計的重要工具（方法），也是進行生態設計的重要原則[7]。為了實現設計環境性能優良的生態產品的生態設計目標，必須運用LCA軟件系統，將食品包裝整個生命周期過程視為一個生態系統過程，對所有可能的環境及其安全衛生影響因素進行分析，進行系統輸入與產出的綜合平衡，從而尋求減少影響的方案應用于產品設計之中。LCA軟件系統的建設，一方面需要引進如Boustead4.2、SimaproVer.4.0等LCA的商用軟件，或自行開發LCA軟件；另一方面需要建立起產品清單分析數據庫，供LCA影響評價使用[20]。另外，實施生態設計企業還應建立內部的生命周期管理制度[15]，對產品生命周期各階段、生產的各環節加強管理。例如，應建立企業內部設計、原材料采購和營銷等部門的緊密合作關系制度，為實施食品包裝生態設計提供保障。

2.2食品包裝生態設計程序

實施食品包裝生態設計須滿足食品包裝的生態設計要求，傳統食品包裝設計主要考慮經濟參數的設計，因而對食品包裝生態設計來講，僅是前期的產品初步設計，還需要進一步進行生態參數設計，從而設計出對環境友好又能滿足功能要求的食品包裝產品。食品包裝生態設計的基本程序有5步，見圖1。包括[9,15]根據經濟參數進行初步設計，除了考慮產品的有關標準、法規及生產、成本和使用等因素外，還應按生態和衛生原則選用原材料和進行相應的結構、工藝等設計；分析生態參數建立生態檔案；根據生態檔案進行生態診斷及設計開發；依據生態設計的一般及特殊要求對開發方案進行再次評價、再次改進設計，直到滿足生態設計要求；利用綠色成本核算技術進行綠色成本分析并評估產品的環境績效。

2.3食品包裝生態設計相關技術

實施生態設計必須利用相關的支撐技術進行生態特性評價、原材料選擇、結構設計和衛生安全設計等設計開發[21]。

2.3.1生命周期評價技術根據國際環境毒物學和化學學會權威性定義，生命周期評價(LifeCycleAssessment，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產品、過程或活動對環境帶來的負擔的客觀方法[22]。生命周期評價被ISO14000列為子系統之一，是評價從原材料采集開始，直至再循環和最終廢物處置整個生命周期階段有關的環境影響的工具，能夠進行科學全面的量化計算，作為一種重要的環境分析方法對產品環境性能評價具有權威性，因而也是實施食品包裝生態設計的關鍵支撐技術之一。LCA能對產品生命周期每個階段的投入及排放對環境的影響進行評價，尋找出污染最嚴重的階段及其生態設計參數，為設計和改進產品提供依據。目標和范圍界定、數據清單分析、影響評價和結果解釋等4部分組成了LCA的技術框架[19]，為了避免運用LCA技術評價時的計算量大，應注意評價范圍的界定、準確采集投入及排放數據和設計或選擇好評價軟件。

2.3.2生態材料選用技術食品包裝是個系統工程，材料是基礎，其生態設計強調選擇生態包裝材料。生態包裝材料的選用原則是生態性、經濟性和必要功能性的綜合效益最大原則，應在保證產品功能和技術要求的前提下，綜合比較，擇優選擇。對于食品包裝材料的生態性應重點考慮：一是滿足安全衛生要求。這也是生態包裝材料的首要要求，有毒有害的材料及添加物應盡力避免選擇或替代，或考慮材料中毒性物質的穩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，有毒有害物質均需嚴格控制在限量范圍內。例如，揮發性有機物（VOC）的濃度總量，鉛、鎘、汞和六價鉻，以及氯乙烯單體、多氯聯苯、偶氮等。即應滿足食品包裝生態設計相關特殊要求的規定。二是滿足輕量化（減量化）要求[23-24]。輕量化（減量化）是實施生態設計的重要途徑，能降低對資源和能源消耗并減少廢棄物排放。為此，在保證實現功能和技術要求的前提下，應利用生態包裝材料，以減少污染排放、資源（能源）消耗少和便于回收利用；應解決好產品與包裝的合理定位，過度包裝對生態無益；應采用自然、無害和節省能的材料來滿足食品包裝產品功能的需要；應選擇科技含量高的復合材料替代傳統包裝材料，如采用紙塑復合材料和無菌包裝技術包裝如牛奶、果汁飲料等食品，其生態特性和保持食品的風味和質量方面都優于傳統包裝材料。三是滿足可再生或可回收要求（不破壞生態和可持續原則[25]。生態設計注重不破壞生態和可持續發展，避免使用不可再生或需很長時間才能恢復的原材料；為方便回收利用，原材料盡量品種相同及可再循環。目前紙塑料復合的包裝材料在食品包裝中應用較多，但紙塑復合材料不易回收處理；倡導使用再循環的材料［6］，降低新材料用量。

2.3.3生態結構設計技術食品包裝結構設計關系包裝必要功能的實現以及包裝材料的用量和包裝廢棄后的回收等問題，對其資源環境效益有直接影響。生態結構設計技術面向節約能源（資源）的生態設計目的，是實施食品包裝生態設計的重要支撐技術。（1）減量化（減少化）設計[26]。計算機技術的廣泛運用為包裝設計的合理化及包裝整體的減量、輕型化提供了良好的技術支持。食品包裝生態設計應根據食品所需要的保護性等必要功能要求進行減量化（減少化）設計（包括容器形狀、結構形式、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，以節省材料、節約運輸空間和減少廢棄物的產生。歐洲包裝業按照歐盟“包裝與包裝廢棄物指令(94/62/EC)”對消費者可以接受且相對安全的最小包裝質量和體積實施減量化，每年減少了50萬t材料的用量［5］。食品包裝在減量化（減少）設計上，可以通過去除多余功能，根據不同消費者的利益訴求設計包裝體量或限制1次用量（如以1周消費為單位的包裝體量）等實現包裝產品的減量化，注重對包裝廢棄物的回收再用、再生或降解進行設計；采用輕質材料，減輕產品質量；通過減少異形結構等達到節約資源（能源）的目的，異形結構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。確需進行異形設計，也可通過盡量減少折疊線、面的數量，減少壁板等來減輕用料、印刷以及印后加工等的負荷[27]。另外，從印刷及后加工角度，分體包裝盒結構設計一般會增加制版費用，后加工裁切也將增加工序，既造成了浪費，也增加了成本。采用盒體一體成型設計（如鎖底式、搖蓋式、姐妹式紙盒設計等），紙盒可以折疊起來，能夠節約后加工、堆碼、運輸和儲存等費用[28]。例如，在牛奶、飲料和水果等包裝紙箱中，采用一體成型結構設計在印刷、堆碼和銷售等方面都有好處。（2）色彩適量化設計。采取簡約化、“簡而美”的色彩適量化裝潢設計，避免有害原料成分、生產過程以及廢棄物對環境造成的污染，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溶劑等有毒有害物質，通過滲透、遷移而污染食品。統計顯示[27]，目前國內還沒有可食用油墨，紙質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。在食品包裝生態設計中，應運用色彩適量化設計措施，避免過分裝潢，減少油墨材料等的有毒有害物質對人體健康造成的潛在危害。可以在以下方面考慮色彩適量化設計[29]：一是盡量避免多色印刷設計，多采用單色或雙色印刷，以節約資源、能源，降低成本，提高食品包裝的環境性能；二是充分利用食品包裝材料本身的色彩及文理條件，用局部色彩設計方案，適量化設計裝潢圖案、標識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裝食物的接觸，根據不同的情況（如即食性食品包裝、包裝與人的口部直接接觸位置等）可以不設計色彩，或盡量減少用色。（3）節能化設計。節約能源是EUP指令的核心，減量化和可回收設計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特性。由于食品行業的發展，我國食品包裝行業已經成為能源消費的大戶，“碳足跡”的蹤影貫穿食品包裝材料生產到消費的全過程，“低碳包裝”成為食品包裝發展的必然方向。為減少CO2和有害物質排放，應選用清潔、可再生的資源（能源），同時采用各種節能技術，開展節能設計，發展節能低碳包裝。天然材料的開發使用是低碳化食品包裝材料的重要發展途徑[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展，特別是軟性的食品（藥品）用復合材料發展最快。近年來，用于食品包裝的塑料量占了塑料總產量的1/4左右，塑料包裝產量平均年遞增11％[31]。但目前大量石油基塑料對資源（能源）的消耗和造成的環境污染日益嚴重，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的熱點。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，實現數億噸CO2的凈減排。降解型生物基塑料主要包括微生物合成、天然合成和化學合成3類，其中，化學合成的聚乳酸(PLA)由玉米、木薯、甘蔗等天然材料經微生物發酵方法得到乳酸，再經過化學合成而形成，是規模化生產最早和目前產量最大、應用最廣、價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點更突出，是最具發展潛力的新型包裝材料，目前國內PLA的大型生產商產能達1萬t/a[33]，在食品包裝領域，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現。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。

2.3.4衛生安全設計技術食品包裝的衛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）中不應含有對人體有害的物質。食品包裝衛生設計，一是原材料安全無毒和無揮發性物質產生，具有穩定的組織成分。應使食品的特性與材料的性能相適應，以及食品的保護條件與材料的適用條件相適應；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施過程中不會產生與食品成分發生化學反應的物質和化學成分。食品包裝材料中有害物質潛在的遷移值應滿足總遷移和特定遷移極限的規定；二是原材料在貯藏和轉移的過程中不會因氣候和正常環境因素的變化而發生化學變化。被包裝食品的生物、化學、物理學特性及其敏感因素（光線、氧氣、溫度、微生物及物理、機械力學等）決定著包裝材料及包裝工藝技術的選擇；三是應選擇環保型的油墨、黏合劑及涂料等輔助材料。美國嚴禁在食品包裝上使用有機溶劑型油墨，而以水基型油墨取代；四是注重應用新型食品包裝材料及技術。目前，一些特殊功能材料和技術成為包裝材料和技術的研發重點，如防光污染包裝材料、可食性包裝材料、化學污染及重金屬消除包裝技術和納米包裝材料等在國內外已有所突破。

2.3.5清潔生產工藝技術清潔生產已經受到世界各國的高度重視，我國已將清潔生產相關內容作為重點列入了國家“十二五發展規劃綱要”之中，食品包裝相對于其他產品包裝更需要實行清潔生產。食品包裝生態設計應采用節省原材料和能源、不使用有毒原材料、減少“三廢”排放等清潔生產工藝技術。實施清潔生產首先是節約能源、降低消耗，即用最少的資源投入來取得最大的經濟效益。一方面應以最少的包裝材料滿足包裝必要的功能。如簡化圖案設計突出功能要求，印刷工序就可以減少顏色數和墨層的厚度，節約油墨消耗；另一方面應通過提高食品包裝生產設備的精度或操作人員的技術熟練程度等，以提高材料的利用率和保證產品質量，達到節約資源和減少損耗的目的。另外，應實施食品包裝生產企業相關認證，這也是實現“清潔生產，節能降耗”的有效途徑。實施清潔生產關鍵在于清潔的生產工藝過程，應通過對生產工藝流程的審計，選定最佳方案[9]。

2.3.6綠色成本核算技術食品包裝生態設計通過前述生命周期評價、原材料選用和結構設計等技術提高了其產品及其制造設計方案的生態技術性能，還需要進一步進行綠色成本（效益）分析，實現生態效益與經濟效益的綜合平衡。綠色成本核算就是在傳統成本項目基礎上考慮資源環境得失后的核算[36]。聯合國環境與綜合經濟核算體系提出，綠色成本核算應考慮資源耗減、環境保護支出和環境退化成本等3個變量。具體來看，就是在進行傳統項目核算的基礎上，還應核算能源資源節約等的收益，回收材料的收益，污染減少帶來的生態成本節約的收益，以及材料再生、廢棄處置的環保支出等。綠色成本核算可以運用基于作業的成本分析(activity-basedcosting，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上，建立成本核算與評估模型，最終從經濟上選擇效益最佳的生態設計方案。

3結語

歐盟EUP指令將促進產品生態設計主流理念的形成，也將掀起新的綠色環保設計浪潮。基于EPU指令實施食品包裝生態設計，成為最大限度提高其生態特性最為有效的方法，能從源頭破解食品包裝的綠色環保安全問題。為了盡早適應產品生態設計理念及構建良好生態環境和食品安全衛生的迫切需要，應研究實施食品包裝生態設計。追求生態效率最高是實施生態設計的核心內容，需將生態參數引入食品包裝設計階段，從傳統包裝向生態包裝發展。食品包裝生態設計需把握全生命周期設計、源頭設計、生態參數設計、節約能源（資源）設計和生態包裝材料設計等5方面的設計內涵，并從系統角度尋求食品包裝經濟與生態性能平衡，力求生態效率最高。生態設計要求是實現EUP指令目標的重要保證和實施產品生態設計的設計標準。應主要從食品包裝生命周期全過程中對環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（含印刷油墨與粘結劑等）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—方法”的思路，構建由軟硬件平臺系統、技術支撐系統和設計程序（方法）系統三大系統組成的食品包裝生態設計體系。食品包裝生態設計體系的研究與構建，是企業實施食品包裝生態設計的前提和基礎，對于通過生態設計提高食品包裝的生態特性，應對歐盟新綠色壁壘，適應生態設計主流理念的發展要求，和諧我國生態環境與食品安全具有理論和實踐意義。

作者：楊祖彬戴宏民曾莉紅單位：重慶工商大學機械工程學院重慶工商大學圖書館