Упаковочные материалы для пищевых продуктов и экологический аспект их использования

 

Для упаковывания пищевых продуктов применяются различные упаковочные материалы, которые, кроме того, что должны обладать защитной функцией должны быть безопасными для здоровья потребителей. Охарактеризуем основные группы таких материалов.

Полимерные материалы. Полимерная упаковка в настоящее время является важнейшим сегментом мирового упаковочного рынка. Благодаря комплексу полезных свойств и своему многообразию полимерные материалы используются для создания потребительской, промежуточной и транспортной упаковки. Особенно широкое применение полимеры находят в пищевой промышленности для упаковки консервированной, хлебопекарной, кондитерской, мясомолочной и рыбной продукции.

Полимерная тара и упаковка должны отвечать санитарно-гигиеническим требованиям, быть физиологически безвредны и химически безопасны, так как при контакте с пищевыми продуктами в них могут мигрировать остаточные мономеры из полимерных материалов, различные низкомолекулярные продукты, стабилизаторы, красители и другие вещества, обладающие токсичностью и наносящие вред здоровью человека.

Для производства полимерной тары и упаковки применяются нижеследующие полимеры.

Полиэтилен и его разновидности (ПЭ) занимают первое место по производству среди полимерных материалов во всем мире, примерно 1/3 всех применяемых пластмасс также приходится на долю полимера, а в упаковочном производстве пленки из полиэтилена занимают лидирующее место. Наиболее известны нижеследующие разновидности полиэтилена.

ІІолиэтилен низкой плотности (ПЭНП) – занимает ведущее место в мире по объему производства и применения. Материалы из ПЭНП легко свариваются и образуют прочные швы, имеют хорошие механические свойства, высокую водо- и паропроницаемость. Однако они проницаемы для газов, поэтому не пригодны для длительного хранения продуктов, чувствительных к окислению. К недостаткам ПЭНП относится также низкая жиро- и маслостойкость.

Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) - материалы на его основе обладают большей жесткостью и имеют большую плотность, чем ПЭНП, а газопроницаемость его ниже примерно в 5-6 раз. ПЭВП применяется для изготовления дутых экструдированных пустотелых сосудов (бутылок и др.) для хранения и транспортирования различных продуктов.

Наметился рост производства пленочных материалов упаковочного назначения из полиэтилена низкой плотности линейного строения (ЛПЭНП), обладающего более высокими эксплуатационными и механическими свойствами, чем обычный ПЭ. Наряду с ЛПЭНП для упаковочных целей применяют и материалы из полиэтилена ультранизкой плотности (IІЭУНП), более известные как стретч-пленка. Стретч-пленки стали гарантом защищенности и сохранности продукции. Они одинаково хорошо подходят для упаковывания свежих продуктов в супермаркетах, для хранения продуктов в организациях общественного питания и в домашних условиях.

Для дальнейшего улучшения качества пленок из ПЭ широко внедряется сополимеризация этилена с другими олефинами. Наибольшее распространение получили пленки на основе сополимеров этилена с винилацетатом (СЭВА) и сополимеров этилена с виниловым спиртом (торговая марка ЕVОН), обладающие низкой газопроницаемостью по отношению к кислороду и углекислому газу. Такие сополимеры пригодны для упаковки мяса, рыбы и готовой продукции.

Полипропилен (ПП), в отличие от ПЭ, устойчив к повышенным температурам, имеет хорошие механические свойства, низкую паро- и газопроницаемость и химически устойчив.

В пищевой промышленности ПП используют для изготовления банок для продуктов питания, бутылок для негазированных напитков и жидких пищевых продуктов, лотков для бисквитов, овощных и мясных блюд, стаканчиков для жидких продуктов разового применения.

Широкое применение в упаковочной технике нашли пленки из ориентированного ПП (ОПП). Они являются оптимальными упаковочными материалами для расфасовывания жареного картофеля, кондитерских и мясных изделий.

На рынке упаковочных полиолефиновых материалов широко применяется ЛИН-материал, изготовленный из карбоната кальция в сочетании с полиолефинами, рекомендуемый для упаковывания широкого спектра пищевых продуктов.

Эти материалы обладают прекрасными экологическими показателями и не засоряют грунт.

Поливинилхлорид (ПВХ) - можно условно отнести к группе винилсодержащих полимеров, в число которых входят также поливинилиденхлорид (ПВДХ), поливинилацетат (ПВА), поливиниловый спирт (ПВС), их сополимеры и полистирол (ПС).

Благодаря высокой воздухо- и влагопроницаемости пластифицированные ПВХ-пленки максимально сохраняют свежесть мясных, молочных и других продуктов. Стретч-пленки из ПВХ используются для упаковывания практически готовой к употреблению продукции.

В упаковочной отрасли применяются материалы на основе поливинилиденхлорида (ПВДХ), обладающие очень низкой па- ро- и газопроницаемостью, их часто используют как усадочную пленку для заворачивания птицы, ветчины, сыра. В общественном питании и в быту ПВДХ-пленки используют для сохранения свежести продуктов.

В тароупаковочной отрасли также применяются полиэфирные пленки из полиэтилентерефталата (ПЭТФ, лавсан). Пленки из ПЭТФ жестки и прочны, высокопрозрачны, отличаются морозостойкостью и теплостойкостью, более высокими барьерными свойствами по отношению к воде и ее парам, газам и запахам. Полиэтилентерефталат используется в качестве основы при изготовлении многослойных материалов для упаковывания разнообразных пищевых продуктов, например рыбы и продуктов моря, мяса и мясных изделий, сыров и др.

Практически не существует пищевых отраслей, где бы ни применялись в качестве упаковочных пленки на основе полиамида (ПА). Они обладают хорошими механическими свойствами, высокой паропроницаемостью и низкой проницаемостью по отношению к газам, поэтому их применяют для вакуумной упаковки товаров.

Полиамидные пленки используют для упаковки колбасных изделий. Сроки хранения при этом более длительны, чем в обычных оболочках из натуральных материалов.

Полистирол (ПС) - из двухосно-ориентированной пленки этого полимера методом термоформования получают упаковочные изделия сложной конфигурации (стаканчики для торговых автоматов, коробки для тортов, коррексы, подносы и лотки для фасованного мяса и мясных полуфабрикатов). Не рекомендуется использовать ПС для упаковывания жиросодержащих продуктов.

Поликарбонат (ПК) - легко формуется и применяется для изготовления упаковки полуфабрикатов типа «кипяти в упаковке», т.е. для разогреваемых лотков с готовыми блюдами.

Материалы на естественной основе. К материалам на естественной основе относят целлюлозу, целлофан, целлюлоюацетатную пленку и материалы на основе коллагена (белковые оболочки).

Целлюлоза - материал растительного происхождения. Для производства пленки чаще всего используется регенерированная целлюлоза - вискоза.

Целлофан - вискозная пленка. Впервые была запатентована в 1923 г., а затем получена французской компанией Du Роnt. Целлофан обладает высокой механической прочностью, малым относительным удлинением, прозрачностью, светостойкостью, устойчивостью к жирам и низкой газопроницаемостью в сухом состоянии. Целлофановая пленка защищает от влаги и воздействия воздуха, продукт не отсыревает и не окисляется.

Для уменьшения водопроницаемости и придания свойств термосвариваемости целлофан покрывают различными лаками. Его применяют для упаковки кондитерских изделий, воздушной кукурузы, пряностей, макаронных изделий, рыбной кулинарии, топленого жира, сухого молока и различных продуктов с влажностью не более 15%. Целлофановая пленка хорошо сохраняет сыр, вареную и сырокопченую колбасу, бутерброды, пирожные и булочки, фрукты и овощи.

Целлюлозоацетатная пленка по свойствам аналогична пленке из целлофана.

Белковые оболочки получают из измельченной массы специально обработанных шкур (спилка) крупного рогатого скота. Эти оболочки проницаемы для влаги, дымовых газов и применяются для производства сырокопченых и сыровяленых колбас. Торговое название основных видов белковых оболочек: белкозин, натурин, кутизин.

Многослойные и комбинированные материалы. Наиболее широкое распространение для упаковывания пищевых продуктов получили многослойные и комбинированные материалы, которые обладают хорошими физико-механическими и барьерными свойствами. Многослойные и комбинированные материалы предназначены в основном для долгосрочного хранения продуктов питания.

Среди двухслойных пленок наибольшее распространение при упаковывании пищевых продуктов получили материалы на основе полиолефинов, целлофана, полиэфиров, полиамида.

Один из старейших материалов целлофан-полиэтилен широко известен под фирменными названиями: "вискотен", "метатен", "целотен", "целлоглас-РЕ", "ламитен" и др. Этот материал используют для упаковки и хранения рыбных продуктов, различных концентратов, фруктовых соков, мясных полуфабрикатов, получения бескорковых сыров.

Пленки полиэфир-полиэтилен, известные под названиями "майлар-РЕ", "хостафан-РЕ", "терфан-РЕ", "майлотен", "скотчпак", "экструэстер, обладают высокой паро- и водонепроницаемостью, жиро- и маслостойкостью, газо- и ароматонепроницаемостью. Наибольшее применение они нашли для упаковки замороженных готовых продуктов, предназначенных для разогрева в СВЧ-печах, обжаренного кофе, молочных продуктов.

Двуслойные материалы на основе полиамида - "алкорон", "комбитен", "экструамид" – используют для изготовления пленок, пригодных для вакуумной упаковки пищевых продуктов. Для упаковки мясных продуктов, поддающихся термообработке (некопченые колбасы и колбасные изделия, полуфабрикаты, изделия из птицы), разработана новая генерация трех- и пяти- слойных термоусадочных оболочек, содержащих ПА-пленки.

Особенно часто для долгосрочного хранения пищевых продуктов используют многослойные газоселективные упаковочные материалы. Высокобарьерные упаковочные системы (һіgh barrier) - многослойные материалы (соэкструдированные, кашированные, ламинированные, с напыленными покрытиями и т.д.), содержащие в своем составе непроницаемые для паров, воды, газов и ароматических веществ полимерные либо металлизированные слои из таких высокомолекулярных соединений, как ПЭТФ, ПА, СЭВА и др.

Для упаковки продуктов, которые покупатель желает видеть (например, мясо, овощи), разработана не конденсирующая водяной пар барьерная полиолефиновая пленка ПВХ/ПЭ РОLҮRAZ с поглотителем ультрафиолетовых лучей, который предохраняет мясо от потери цвета.

Более длительную защиту от порчи пищевых продуктов некоторых видов можно обеспечить упаковыванием их в барьерные газоселективные пленки в вакууме с последующим хранением в охлажденном виде.

Активные материалы. В настоящее время появилась новая генерация упаковок –так называемые активные или воздействующие упаковки. Они обладают высокими защитными свойствами, способны регулировать химический и биологический состав среды внутри упаковочного пространства, а также оказывать активное воздействие на метаболизм пищевого продукта при хранении.

В активных упаковках используются адсорбенты кислорода, этилена, веществ, генерирующих или поглощающих углекислый газ, свет и др. Ведущей страной в этих исследованиях является Япония.

Новую группу поглотителей представляют собой адсорбенты, основанные на металлорганических соединениях, например адсорбент палладия, которые являются катализаторами, вызывающими реакцию окисления. Значительно увеличивают барьерные свойства материалов окислы алюминия, магния, титана, кремния, олова, нанесенные на несущий слой из полимера, или слоистый силикат либо воск. Введение таких компонентов придает пленке высокие барьерные свойства по отношению к газам, водяному пару, ароматическим и пахнущим веществам.

Одновременно с поглотителями используются так называемые показатели сохранности продукта, цвет которых является индикатором кислорода. Например, о наличии кислорода в упаковке покупатель может судить по перемене его цвета с голубого на розовый.

Это особенно важно для производства пищевых продуктов и связанной с этим проблемой санитарно-гигиенической безопасности.

Для защиты пищевой продукции от неблагоприятного воздействия патогенной микрофлоры и токсичных продуктов ее жизнедеятельности в последние годы применяют бактерицидные упаковочные материалы на основе гигиенически безопасных латексов, содержащих антимикробные добавки с широким спектром действия на различную микрофлору (дрожжи, грибы, актиномицеты), а также комплексы этих добавок в сочетании со специальными регуляторами жизнедеятельности микробных клеток.

В последние годы в состав полимерных упаковочных материалов начали вводить ферментные добавки, такие материалы способны регулировать состав, биологическую и органолептическую (вкус, консистенция, цвет и запах) ценность продуктов питания, ускорять технологические процессы получения готовой продукции (материал на основе ПВС с иммобилизованной липазой).

Весьма перспективным является использование таких активных оболочек, как съедобные покрытия и покрытия, растворяющиеся в воде, на основе производных крахмала и целлюлозы. Пленки защищают пищевой продукт от потерь массы, создают определенный барьер проникновению кислорода и других веществ извне, замедляя тем самым процессы, обусловливающие порчу пищевого продукта. Съедобные пленки на основе природных полимеров обладают высокой сорбционной способностью и выводят ионы металлов, радионуклиды и другие вредные соединения из организма, выступая в роли детоксиканта. Способность съедобной пленки удерживать различные соединения позволяет обогащать продукты питания минеральными веществами, витаминами, комплексами микро- элементов и т.п.

К широко используемым упаковочным материалам относятся бумага и картон с полимерными покрытиями. Одним из традиционных упаковочных материалов является металлическая фольга. Она гигиенична и совместима с любыми продуктами, абсолютно не проницаема для паров и газов, поэтому в фольгу упаковывают прежде всего скоропортящиеся продукты: фарш, творожную массу, масло.

К оригинальным комбинированным материалы на основе алюминиевой фольги относятся:

v буфлен (бумага / фольга / ПЭ) для упаковки сухих пищевых продуктов;

v лафолен (лавсан / фольга / полиолефины) в виде пакетов для упаковки пищевых продуктов, соков с последующей их стерилизацией;

v цефлен (целлофан / ПЭ / фольга / ПЭ) для упаковки продуктов сублимационной сушки на скоростных упаковочных автоматах;

v ламистер (стералкон) (лак / фольга / ПП) для изготовления тары холодным штампованием при упаковке продуктов, подвергающихся стерилизации и пастеризации.

Экологический аспект использования упаковочных материалов. Предотвращение загрязнения окружающей среды отходами упаковочных материалов является важным фактором, определяющим их применение.

Наиболее перспективной схемой утилизации отходов упаковочных материалов является их сбор и вторичная переработка (rесус1іng). Во многих странах созданы государственные программы и организованы специальные службы для налаживания сбора, транспортировки и повторной переработки использованных полимерных упаковок и оберток.

Экологической характеристикой упаковочных материалов принято считать единицы загрязнения среды UВР, которые учитывают возможность и легкость их утилизации, стоимость и другие показатели, рассчитываемые по специальной методике. По мнению специалистов, нельзя рекомендовать упаковку, если UВР превышает 100.

Экологические вопросы по утилизации упаковки решаются по следующим направлениям:

v применение многооборотной тары;

v сжигание использованной упаковки по специальной технологии;

v утилизация отходов тары во вторичное сырье для получения новой тары и упаковки, изготовления изделий бытового технического назначения;

v использование самодеструктируемой (саморазлагаемой) упаковки.

Самодеструктируемые упаковочные материалы по способу разложения делят на три вида:

v биодеструктируемые;

v фотодеструктируемые;

v материалы окислительной деструкции.

Из биодеструктируемых полимеров наиболее известны Есоstеr и Роlyеlеаn, «БИОПОЛ», «АМИФОЛ», «БИОФАН».

Оценка упаковочных материалов. При гигиенической оценке пригодности материалов для контакта с пищевыми продуктами учитывают такие факторы, как отсутствие:

v изменений органолептических свойств продукта;

v миграции в продукт ксенобиотиков, входящих в состав материалов в количествах, превышающих гигиенические нормативы;

v стимулирующего действия материала или его компонентов на развитие микрофлоры;

v химических реакций или других взаимодействий материалов и пищевого продукта.

Оценка физических свойств упаковочных материалов состоит в определении прочности на разрыв и относительном удлинении при разрыве.

Для полимерных материалов важными параметрами служат паро-, газо-, ароматопроницаемость и водопоглощение, а также масло- и жиростойкость. Важными физическими показателями упаковочных материалов являются их термо- и холодостойкость. Первый показатель характеризует возможность использования для консервирования упакованного продукта термической обработки и разогрева его в упаковке. Холодостойкость отражает возможность глубокого охлаждения продукта при хранении.

Металлические упаковочные материалы должны обеспечивать защиту продукта от проникновения света.

При механизированной упаковке товаров оценивается пригодность упаковочных материалов к обработке. Ее определяют с помощью измерения коэффициента трения, а также способности к термической сварке и склеиванию.