汲取过往经验，推动未来创新
在过去的一个世纪里，材料科学领域取得了突飞猛进的发展。我们对材料潜在用途的了解已遥遥领先于数十年前，这为研究人员提供了广泛的探索机会。
“想想1896年奥运会撑杆跳金牌得主Bill Hoyt，他使用山胡桃木撑杆跳出了3.3米的高度，”隆德大学生物技术学教授Rajni Hatti-Kaul说。“虽然这一成绩在130年前引人瞩目，但与现在的运动员相比却相形见绌，如今的运动员使用玻璃纤维和碳纤维撑杆跳到了6米以上的高度！”
“在包装解决方案中使用的可再生和回收再生材料越多，留下的环境足迹就越少。”
但是，材料技术的进步并非没有弊端。在全球范围内，我们正面临着现代材料，尤其是来自化石燃料来源的塑料带来的紧迫环境挑战。这些材料是不可再生资源，目前大约造成4%的全球温室气体排放。
新型材料不会在一夜之间造就而成
幸运的是，这种困境激发了一代创新材料研究人员另寻新机。就包装而言，除了保持质量和卫生标准这一无可争议的优先事项之外，还有两个特性尤为重要：可再生性和可回收性。在包装解决方案中使用的可再生和回收再生材料越多，留下的环境足迹就越少。
但是，要在不影响食品安全的情况下成功开发更可持续的包装解决方案，您需要持之以恒的努力，因为在开发新材料和技术时，往往需要长达20年的研发周期。例如，魔术贴历时10年才得以研发成功。
实现向更可再生材料的转型
从源头开始最大限度地减少包装的碳足迹，包括其组成材料及其采购方式。该行业正在积极开发对环境影响较小的替代材料，来代替化石燃料基材料。
“虽然我们现在只是刚开始触及到表面，但植物基聚合物有着神奇的潜力，举个例子，它可以通过绿色化学和微生物的代谢工程来创造，”Hatti-Kaul教授说。“这些方法允许生产可用于塑料的构成要素，并提供非常强大可行的化石基替代品。”
“在开发新材料和技术时，往往需要长达20年的研发周期。”
利乐在该领域已经走在了前列，将植物基聚合物用于瓶盖和包装材料涂层，并开发了一种纸基阻隔层，作为传统无菌纸包装中所用铝箔层的替代品。并且未来前景广阔：对新材料的研究和开发正在为向聚合物生产和可持续再生利用的系统性转变铺平道路。
“借助新的生产技术和工艺，研究人员正在努力帮助减少我们对化石燃料的依赖，”Hatti-Kaul教授补充道。“这将真正有助于最大限度地减少包装材料的环境影响。”
材料专家携手模型构建者
努力在包装中加入更高比例的可再生和回收再生材料只是高度复杂的难题中的一部分。难题中还必须包含对食品安全的细致关注。因此，材料专家、实验人员和模型构建者之间显然需要携手合作，共同创建全面的模型，以便准确预测这些材料在实际应用中的表现。
“虽然我们现在只是刚开始触及到表面，但植物基聚合物有着神奇的潜力，它可以通过绿色化学和代谢工程来创造。”
“以聚合物在变形过程中发生的变化为例：正是聚合物链层面的变化和相互作用导致了材料的整体表现，”隆德大学固体力学教授Stephen Hall说。“从相关微结构层面上了解材料在不同条件下的特性对于开发可靠的包装解决方案至关重要，因为正是这些特性影响了包装保护内部食品的能力。”
X射线技术帮助我们了解材料何时会分解
诸如了解纸材料中水渗透和变形之间的关系等关键问题（这对于开发既耐用又可回收再生的纸基包装是必要的）取决于Hall教授所说的“材料特性”。这个过程包括了解材料在不同条件下的特性，以评估材料对特定应用的适用性。
X射线断层扫描和X射线散射等先进实验技术可在此发挥作用。这些技术基本上能够形成物体或材料内部结构从原子层面到产品层面的图像，是隆德大学主办研究机构Max IV的专家所使用的一些主要技术。
“这个过程的第一步是使用这些X射线技术在原子、分子和微结构层面上测量纸包装和塑料等材料的结构，”Hall教授解释道。“然后我们将材料置于热、潮湿或其他环境条件下，观察它们发生变化、变形或分解的时间和方式。”
使用人工智能分析数据
为了支持和利用全球知名研究机构产生的知识并实际将其付诸实践，利乐已与隆德大学展开合作。
在此次合作的首批项目之中，研究人员使用人工智能来分析来自X射线散射的数据。该分析针对木纤维和聚合物等材料在载荷工况和材料变化等条件下的结构和表现提供了有价值的见解。
“使用X射线技术，我们实际上可以观察包装材料的分子，并了解它们发生分解、溶解或变形的时间。”
科学家们使用此类信息来确定材料的韧性，而这是食品包装安全方面最重要的特征之一。在更准确地掌握了材料的物理特性之后，模型构建者就可以使用该信息来开发有关材料表现的模型，这对于做出有关包装材料开发的明智决策至关重要。
研究可能带来的好处远远超出包装行业
像这样的合作不仅有可能改变包装行业；其影响可能远超于此。完全可再生和回收再生材料的开发有可能为从消费品到医疗保健的多个领域设定新标准。
“我们希望使用源自可再生资源并在其生命周期结束时易于回收再生的材料，但这只是我们总体目标的一部分，”Joakim说。“挑战不仅在于创造可持续的包装，还在于重新定义包装材料的整个生命周期。”
“完全可再生和回收再生材料的开发有可能为从消费品到医疗保健的多个领域设定新标准。”
从这些研究中获得的知识也可能加速向循环经济的过渡。这些进步可能会引发连锁反应，重塑消费者的期望，要求公司提高其运营和产品的可持续性，并最终影响监管政策，以符合人类健康和地球的最高利益。
如果您想要详细了解有关包装材料开发的科学信息，请阅读我们关于食品包装安全的文章。了解我们的专家如何致力于确保在不影响食品安全的情况下采用更可持续的包装。
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1 利用可再生或回收再生材料制成的纸包装。这些材料均来源于负责任采购，有助于保护并恢复地球的气候、资源和生物多样性；促进低碳生产和分销；提高产品安全性和便利性，建立有韧性的食品系统；实现完全可回收。