Шупейко А. М.
PhD в области биотехнологии, МУФО, магистр ФГАОУВО Университет ИТМО, Санкт-Петербург
Ишевский А. Л.
доктор технических наук, профессор факультета пищевой биотехнологии и инженерии ФГАОУВО Университет ИТМО, Санкт-Петербург
Shupeyko A. M.
PhD in biotechnology, IUFS, Master’s degree FGAOUVO ITMO University, St. Petersburg
Ishevsky A. L.
Doctor of Technical Sciences, Professor at the Faculty of Food Biotechnology and Engineering FGAOUVO ITMO University, St. Petersburg
УДК 637.146.3/663.05
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УПАКОВКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
MODERN TECHNOLOGIES OF FOOD PACKAGING
Ключевые слова: пищевое сырье, тара, барьерные и оптические свойства, многослойные пленки, биополимеры, экологическая безопасность, экструдирование, защитный слой, герметизация, длительное хранение, ламинат, развитие микрофлоры, асептическая упаковка
Keywords: food raw materials, containers, barrier and optical properties, multilayer films, biopolymers, environmental safety, extrusion, protective layer, sealing, long-term storage, laminate, microflora development, aseptic packaging
Аннотация: В статье описаны этапы развития пищевой упаковки, ее классификация и наиболее широко используемые способы применения. Рассмотрены примеры инновационных технологий на мировом рынке и дан прогноз развития наиболее перспективных направлений в индустрии упаковки.
Abstract: The article describes the stages of development of food packaging, its classification and the most widely used methods of application. The examples of innovative technologies in the world market are considered and the forecast of development of the most perspective directions in the packing industry is given.
На протяжении многих веков упаковка являлась неотъемлемой частью жизни человека. Необходимость в ней возникла, когда у социума возникли излишки пищевого сырья и продуктов и стали нужны средства для их хранения и защиты, сначала шкуры животных, полые стволы деревьев, большие листья и береста, затем глина, различные деревянные емкости и корзины из прутьев. Наиболее древний искусственный материал – стекло. Около 5 тыс. лет назад, из него в Египте впервые освоили технологию производства стеклянной тары. Металл в качестве упаковочного материала начали широко применять всего около ста лет тому назад. В XVII веке в Европе была изобретена упаковочная бумага, а в середине XIX века англичане изобрели непромокаемую бумагу пергамин, а в Европе и США стали использовать различные бумажные пакеты и мешки. С 1880 г. на картонно-бумажную упаковку наносится художественное оформление, и она приобретает функцию носителя рекламной информации. Жестяную консервную банку впервые начали использовать в конце XVIII в, а тубы (тюбики) из олова, свинца и алюминия с 1920 г. Особенно быстрыми темпами товарная индустрия начала развиваться к середине ХХ века и, изменяясь и совершенствуясь, упаковка заняла достойное место в современной торговле. Упаковка помогает прогнозировать потребление, а главной ее функцией была и остается защитная, благодаря которой товары доводятся до потребителя в целости и сохранности. Это средство или комплекс средств, обеспечивающих защиту товара от повреждений и потерь, а окружающую среду – от загрязнений. Согласно ГОСТ 17527 под упаковкой следует понимать «средство или комплекс средств, обеспечивающих защиту продукции от повреждений и потерь окружающей среды от загрязнений, а также обеспечивающих процесс обращения. Вместе с тем, упаковка должна создавать определенный образ товара, соответствующий запросам рынка — хорошо упаковал, наполовину продал».
Степень экономического состояния государства определяется уровнем упаковочных затрат [1,2] на душу населения: японцы тратят в год 450 долларов, в США – от 340 до 400 долларов, в развивающихся странах – от 50 до 100 долларов, в России – не более 50 долларов. Сейчас упаковка является важнейшим элементом стратегии разработки продукта. Сохранение качества и количества товара; обеспечение сохранности потребительских свойств в течение определенного времени и при заданных условиях транспортировки и хранения; формирование качества товара; безвредность и безопасность; формирование спроса; идентификация и узнаваемость товара; предоставление информации о товаре – основные функции современной упаковки.
Упаковка классифицируется по месту упаковывания; по степени жесткости; по функциям, выполняемым в процессе товарного обращения; по кратности обращения; по конструкции (многооборотная упаковка); по уровням защиты; по количеству упакованных единиц товара; по назначению; по степени оригинальности; по материалу изготовления. Требования к упаковке, устанавливаются производителями товаров и государственными надзорными органами. Совокупность требований можно разделить на три группы: основополагающие (безопасность — недопущение перехода вредных веществ из упаковки в соприкасающийся с ней товар; экологичность — способность ее при использовании и утилизации не наносить существенного вреда окружающей среде; надежность — способность сохранять механические свойства и герметичность в течение предусмотренного времени при определенных условиях транспортировки и хранения), дополнительные (транспортабельность и складируемость) и маркетинговые (информативность; эстетичность; узнаваемость; последующая применимость; адекватность продукту, марке и клиенту; соответствие каналам сбыта) [3,4].
В наши дни развитие и совершенствование упаковочных материалов относится к полимерным пленкам, новые виды которых использовались для упаковочных целей довольно давно. Именно пакеты из полиэтиленовой пленки пришли на смену бумажным кулькам и сверсткам в магазинах. Современные армированные пленки отличаются высокой прочностью и возможности упаковочных пленок очень широки и разнообразны.
Во-первых, многослойные эластичные пленки очень устойчивы к перфорации и растрескиванию. Они также отличаются высокой степенью гибкости и великолепными оптическими свойствами, устойчивы к запотеванию. Во-вторых, гибкие пленки, предназначенные для упаковки в модифицированной атмосфере и под вакуумом.
Для этих же целей служат многослойные пленки, созданные на основе технологии AquaFrost, обладающие высокими механическими, усадочными, барьерными и оптическими свойствами. Эту разновидность пищевой пленки можно использовать для упаковки продуктов с температурой до 90 °С. Экологическая пленка Bioform делается из полилактата и годна для переработки. Ее используют для изготовления блистерных упаковок и лотков для упаковки свежих пищевых продуктов. Пленка глубокой вытяжки, препятствующая образованию капель — С-base, из полипропилена, отличается высокими барьерными свойствами и высокой прозрачностью. Продукты в пленке С-base можно пастеризовать и готовить в микроволновой печи. Этот вид пленки предназначается для упаковки нарезанных продуктов и компонентов пищевых полуфабрикатов и готовых блюд [3,4,5,6].
Упаковка для продуктов в маринаде Skin и Atmos создана для магазинов самообслуживания. Skin — это оболочка, вытянутая из нижней пленки, в которую помещается продукт в маринаде. Подходит для масляных маринадов и маринадов на эмульсионной основе. Упаковка Atmos в сочетании с модифицированной атмосферой сохраняет маринады до 14 дней и придает блеск продукту.
Для защиты пищевых продуктов сегодня используют многослойные пленки из полиамида серий А, В и С, полиэтилена и полипропилена. Эти пленки гибкие, обладают высокими барьерными свойствами по отношению к парам воды и способностью к свариванию. Слои пленки скрепляются специальным клеем.
Для упаковки охлажденного пищевого сырья и продуктов используют усадочные пленки с барьерными свойствами. Это прочные пакеты с эффектом почти прозрачной «второй кожи», просты в переработке, не содержат хлора и отвечают высоким экономическим требованиям [6,7].
Для упаковки фарша разработана упаковка из биополимеров, получаемых из натурального сырья (биопластика). В ней нет вредных компонентов, способных перейти в упакованный продукт. Эластичные пленки на основе полиолефинов, Aliprot, так же не содержит хлора и пластификаторов (фталатов). Они экологически безопасны и пригодны для упаковки свежих пищевых продуктов, в том числе и с высоким содержанием жира. У пленки очень хорошая устойчивость к проколу, высокие показатели эластичности. Такую пленку можно использовать для ручной и машинной упаковки на любом оборудовании при температурах от -25 до +70°С [4,8].
В 2017 году была представлена уникальная дизайн-разработка PAZLPAK, представляющая двухкомпонентную пластиковую форму под обогащенные жидкие продукты, в том числе, йогурты, молочные смеси, а также спортивные и витаминизированные напитки. Главная задача PAZLPAK — сохранение всех полезных качеств продуктов. Принцип «работы» такой упаковки довольно прост: в одной форме находится основной продукт, а в другой содержатся витамины и минералы. Непосредственно перед употреблением, необходимо активировать механизм смешивания содержимого контейнеров — повернуть пластиковое кольцо, внутри которого есть специальные стопоры и ножи, вскрывающие защитные мембраны. Достаточно сделать одно движение и повернуть контейнеры относительно друг друга, чтобы получить полезный и вкусный продукт.
Стандартные упаковочные полимеры (например, полиэтилен, полипропилен и полиэфир) не всегда обеспечивают надежную защиту продукта при его хранении в упаковке. Для этого максимально ограничивается возможность проникновения кислорода или влаги вглубь упаковки. Для усиления барьерных свойств, основной упаковочный материал ламинируется; изготавливается методом одновременного экструдирования или покрывается защитными пленками. Структура современных упаковочных материалов стала значительно более сложной, поскольку задача современной упаковки не только защищать продукт от влияния кислорода воздуха и водяных паров, но и выполнять функции дополнительной прочности, герметичности и многократного раскрытия — закрыть упакованного продукта. Фольга, как защитный материал, не всегда обеспечивает желаемый уровень защитных свойств упаковки. Современные упаковки, благодаря многослойному экструдированию создают покрытия, позволяющие соединить функции защиты, герметизации и возможность следующего закрытия упаковки потребителем, а также объединить в одной упаковке такие материалы, которые невозможно объединить при ламинировании. Так, пленочное покрытие СlеагFоіl, связывающие кислород, состоит из пассивного защитного слоя окиси алюминия с активным защитным слоем. В результате получается прозрачный материал, имеющий более высокие защитные свойства, чем фольга, который дает возможность покупателю видеть содержимое упаковки [4,7,9,11].
Разработана осушительная пленка, герметизирующая упаковку под влиянием тепла. Она поглощает влагу из воздуха, который заполняет свободное пространство внутри упаковки, при этом можно герметично закрыть упаковку (как мягкую, так и жесткую) после первого вскрытия.
Наиболее жесткие требования к защитным материалам предъявляются при их использовании для изготовления стерилизуемых пакетов. Обычно материал для изготовления такого пакета представляет собой комбинацию пленки, фольги или защитного материала другого типа со слоями герметического материала между ними. При этом каждый слой играет определенную роль для обеспечения необходимой защиты и требуемого срока хранения продукта. Для предупреждения расслоения и обеспечения надежной герметизации используют только специальные нетоксичные виды клеев. Современный материал стерилизуемых пакетов, состоит из печатного слоя полиэфира с покрытием из литого полипропилена или нейлона. Прозрачность материала дает возможность видеть продукт внутри упаковки, вместе с тем этот материал обеспечивает возможность разогревания продукта в этой упаковке в микроволновой печи. Для того чтобы легко и быстро открыть пакет, а потом и закрыть его, применяют замок-«молнию «, который выдерживает жесткие условия стерилизации. Возможно, дальнейшим шагом в этом направлении станет создание вентиляции продукта внутри упаковки. Это очень сложная задача, так как вентиляционное отверстие должно выдерживать процесс стерилизации и одновременно выпускать пар при нагревании [8,10].
Один из перспективных видов упаковки для продовольственных товаров – это упаковка из материалов, которые разлагаются биологически. Их получают из ежегодно обновляемых материалов. Один из биополимеров на основе кукурузы — полилактид может стать альтернативой термоформированным контейнерам. Проведенные исследования показали, что большинство покупателей воспринимают продукты, упакованные в натуральные материалы, как наиболее пригодные к длительному хранению.
В настоящее время одними из основных видов являются “активные” (в модифицированной атмосфере) и “асептические” упаковки [4,7,9,10,11].
“Активные” упаковки – упаковки в модифицированной атмосфере (МАР) или модифицированной газовой среде (МГС). С ростом объемов поставок продуктов питания, вырос и спрос на упаковки. Особенности МАР заключаются в замене воздуха в упаковке на смесь газов, с подобранным составом. Этот состав зависит от вида упакованного продукта. Он затормаживает деградационный процесс, происходящий в продукте. МАР за последние десятилетия претерпевает конструктивные изменения, и сейчас этот метод, соединили с системой “активной упаковки”. В течение десятилетия количество производимых упаковок МАР выросло более чем в 2 раза. Двуокись углерода используется обычно при высокой концентрации и отличается сильными ингибиторными свойствами, замедляющими развитие бактерий и плесени. Основной состав МАР – двуокись углерода, кислород и азот. В основном двуокись углерода используется в 20% концентрации, и только в немногих случаях отличается сильным ингибиторным свойством, замедляющим развитие бактерий. Ингибиторное свойство изучено еще не полностью, но эксперименты показали, что здесь иногда проявляются другие факторы, кроме фактора удаления кислорода. Растворимость СО2 приводит, в крайних случаях, к “усадке” упаковки на продукты, что является не желательным эффектом. Большая концентрация СО2 и содержание воды приводит к появлению кислого привкуса на поверхности продукта. Азот не влияет на стабильность упакованного продукта и не оказывает ингибиторного воздействия, однако, применение азота, обеспечивает максимальное удаление остатков кислорода, тем самым, исключая воздействие анаэробных бактерий и предохраняет жиры от окисления. Для избежания присутствия кислорода в упаковке, запускают систему, при которой растет количество аэробных бактерий. В системе МАР нужно, особенно тщательно, следить за содержание кислорода в упаковке. Состав смеси газов зависит от вида продуктов. Основными составляющими материала для производства упаковок являются: ламинат РТЕ/РЕ, ламинат РТЕ/РЕ, пленки из сополимеров VDC, ламинат целлофана с полиэтиленом, пленки PET и PA в виде рукавов, из которых воздух удаляется путем термической усадки, упаковываемого изделия. С появлением ламинатов РА/РЕ упаковка в модифицированной атмосфере, была соединена с предварительным термоформированием. Преимущества упаковки MAP: сохранение питательных свойств и значительное продление стабильности продукта [4,10,11].
Перспективной областью развития технологий упаковочного материала являются методы использования «активных упаковок». Система «активной упаковки» оказывает положительное воздействие на продукт, обеспечивая высокое его качество и длительность хранения, осуществляет активную защиту продукта. Уже сейчас ожидается, что данная технология окажет влияние на развитие пищевой промышленности. Область применения «активных упаковок» очень велика. В «активных упаковках» система обеспечивает положительный эффект за счет введение в упаковку химических или энзиматических веществ, адсорбирующих и устраняющих кислород из атмосферы внутри упаковки; за счет применение консервантов, выделяющихся из упаковочного материала; за счет использования регуляторов влажности; за счет использования технологий, контролирующих запах и вкус; за счет контроля содержания этилена в упаковке и выделения этанола в виде пара внутри нее, как фактора, тормозящего развитие микрофлоры; за счет использование поглотителей света; за счет ввода в упаковку веществ, создающих двуокись углерода; за счет использования пленок, выделяющих минеральное вещество и сохраняющих цвет продукта; за счет изменения проницаемости пленки; за счет использования сусцепторов, пленок управляющих нагреванием продуктов в микроволновой печке [10,11].
Полное исключение кислорода, даже в случае вакуумной упаковки, и смывания инертным газом практически невозможно. Даже очень малый остаток кислорода в упаковке ухудшает качество продукта. Удаление этих остатков защищает от: окисления жиров; изменения цвета; роста микроорганизмов; изменения запаха и вкуса; воздействия вредителей. Для снижения уровень кислорода до минимума могут использоваться соединения железа: окись железа и карбонат железа вместе с каталитическими системами и не металлические и металлоорганические вещества. Средства японской фирмы Mitsubishi — «Freshamx», через несколько часов понижают остатки кислорода до уровня менее 0,01 %, сохраняя такое содержание в течение нескольких месяцев.
Еще несколько слов о газовых смесях и барьерных пленках, применяемых в технологиях МАР. Основу современной технологии МАР составляют три газа, каждый из которых имеет свою особую функцию в процессе увеличения срока хранения продукта и приостановления микробиологического роста. Это азот (N), двуокись углерода (СО2) и кислород (О2). Применение газового состава подавляет рост микроорганизмов на поверхности пищевого продукта, поддерживая его микрофлору на необходимом уровне, сохраняет первоначальные пищевкусовые, ароматические и другие свойства в течение определенного времени, регулирует выделение из продукта и проникновение кислорода через упаковку, а также значительно увеличивает сроки хранения продукта без изменения его качеств. При упаковке в газовую среду свежих продуктов необходима постоянно низкая температура. Действие углекислого газа увеличивается при снижении температуры, поскольку он лучше впитывает продукт. Лучше всего углекислый газ препятствует росту бактерий при температуре 0ºС. Для того чтобы достичь желаемой сохранности продукта при газовой упаковке, он должен быть изначально свежим и с низкой начальной концентрацией микроорганизмов. Сохранность продукта тем выше, чем меньше начальная концентрация бактерий. Кроме того, на сохранность продукта влияет состав начальной бактериологической флоры (санитарно-гигиенические условия при переработке, хранении и передаче на упаковку, температурные условия и прочее). К упаковке для хранения продукта в газомодифицированной среде предъявляются следующие требования: полная герметичность; химическая инертность; экологическая безопасность; наличие пищевых допусков; высокие барьерные свойства (непропускание кислорода, влаги, агрессивных сред внутрь, газовой модифицированной среды изнутри вовне). При этом, при упаковке в МАР барьерными свойствами должен обладать как «нижний» материал (лоток, стакан), так и верхний (пленка). Барьерные пленки – полимерные гибкие упаковочные материалы для герметичной запайки пластиковых лотков с продуктами. Как правило, пленки имеют пять и более слоев, и производятся методом выдувной соэкструзии и ламинации. Внешние слои пленки должны быть выполнены из пластиковых материалов, имеющих пищевые допуски, а внутренний слой должен содержать барьерный полимер, обеспечивающий барьерные свойства всей упаковки. При упаковке в газомодифицированной среде очень важны прочностные свойства сварного шва- того места, где верхняя пленка приваривается к контейнеру. В этом месте, как правило, наполненная смесью газов упаковка, начинает пропускать газ – способствуя проникновению кислорода и возобновлению окислительных процессов [4, 10,11].
За системами асептической упаковки — будущее, так как сейчас область применения асептической упаковки не ограничивается жидкими продуктами. Этими системами наполняется предварительно стерилизованная упаковка, а затем запаивается при строго стерильных условиях. Для выбора соответствующих термических условий стабилизации принципиальное значение имеет величина рН продукта. Полезные свойства систем с асептической упаковкой: более кратковременное воздействие высокой температуры, позволяет сохранить питательные достоинства, вкус; упаковка в стерильной зоне с применением избыточного давления стерильного воздуха; стерилизация продукта производится в течение определенного короткого промежутка времени, через высокотемпературную секцию и охлаждение; длительный срок пригодности продуктов без хранения в холодильнике; получение дополнительной защиты продуктов путем введения в упаковку инертного газа; высокий уровень обеззараживания упаковочного материала или упаковки. Универсальность систем асептической упаковки продуктов определяет их способность к длительным перевозкам и хранению без использования пониженных температур [1,10,11].
Список использованной литературы:
1. Ильина, З.М. Глобальные проблемы и устойчивость национальной продовольственной безопасности. В 2 кн. Кн. 2 / З.М. Ильина. – Минск: Институт системных исследований в АПК НАН Беларуси, 2012. – 161 с. – ISBN 978-985-6927-05-1.
2. Ишевский А.Л. Баланс потребительской корзины: Рынок мяса птицы в Санкт-Петербурге. Птицепром, Москва, изд-во «Сфера», №2 (06), 2011, с.24-28
3. Основы современных технологий переработки мяса, часть 1,2., М,1994;
4. Г. Кайм. технология переработки мяса. Немецкая практика. СПб, Профессия, 2006.
5. Наместников А. Ф., Хранение и переработка овощей, плодов и ягод, М., 1969;
6. А.А.Соколов, Физико-химические и биохимические основы технологии мясопродуктов, М., 1965;
7. Вода в пищевых продуктах. Под редакцией Р.Б. Дакуорта – пер. с английского., М., Пищевая промышленность, 1980, 376 с.
8. Э. Люк, М. Ягер. Консерванты в пищевой промышленности. Свойства и применение. СПб, «Гиорд», 1998.
9. Ишевский А.Л., Шульга А.С. Спектрофотометрия как метод качества мясного сырья. Мясные технологии, №2 (62), Москва, 2008, с.52-53
10. Ишевский А.Л., Бродов А.П. Совершенствование процесса копчения. Мясные технологии, №10, Москва, 2010, с, 52-55
11. Ишевский А., Шлейкин А., Данилов Н., Горбатовский А., Доморацкий С. Изменение функциональных свойств энзимов при термообработке мясных продуктов. Сборник материалов IY Международной научной конференции «Мясные технологии и питание», Польша, Познань, июнь, 2010, с.163-165
