Стремление максимально упростить (по крайней мере, удешевить) упаковку вполне понятно - покупатель не желает платить лишние деньги за «фантик», кроме того, довольно остро стоит вопрос утилизации отходов. Однако наряду с тенденцией к упрощению существует и противоположное направление: упаковке придают дополнительные полезные свойства, от которых потребитель не сможет отказаться. Обе тенденции имеют право на существование, что выберут покупатели - покажет время.

В настоящее время функции упаковки расширяются, и она начинает играть все более активную роль по отношению к продукту. Примерами могут служить саморазогревающиеся и самоохлаждающиеся упаковки, упаковки с консервантом или поглотителем кислорода, селективно-проницаемые для газов, с регулированием интенсивного микроволнового нагрева, с бактерицидными свойствами, «съедобные» упаковки и др. Эти типы упаковок для пищевых продуктов получили название smart (англ. - остроумный), но они объединяются также термином «активные» из-за непосредственного воздействия на пищевой продукт или процесс его обработки.

Разогреваемые упаковки

Значительное распространение во всем мире и за рубежом приобрели упаковки для разогрева в микроволновых (СВЧ) печах. По популярности они значительно превосходят упаковки, предназначенные для разогрева в обычных стационарных плитах и духовках с конвекционным воздушным нагревом. Среди продуктов для разогрева в СВЧ: пиццы, гамбургеры, куриные, мясные молочные и овощные блюда, супы, пироги, продукты долгосрочного хранения, низкокалорийные и овощные блюда, замороженные и другие пищевые продукты, готовые к употреблению. СВЧ используют не только для разогрева приготовленных блюд, но и для дожаривания или доваривания полуфабрикатов и полного приготовления свежих продуктов.

Материалы, используемые для изготовления упаковки, способной обеспечить требуемый режим приготовления продукта, должны обладать определенными свойствами, главные из которых:

• высокая проницаемость для микроволн без снижения барьерных характеристик материала;
• обеспечение равномерного распределения тепла при разогреве продукта;
• достаточная термостойкость, так как температура в СВЧ может превышать 200°С;
• способность регенерировать микроволновую энергию и превращать ее в тепло (вплоть до образования поджаристой корочки на поверхности блюда);
• физиологическая безвредность для организма человека;
• экономичность и доступность (возможность заказать искомый материал в любой стране мира, не тратя много времени на его поиски);
• экологическая безопасность для окружающей среды и способность к вторичной переработке (или другому способу утилизации).

Выполнение указанных требований исключает применение алюминиевой фольги, так как она, являясь непроницаемой для микроволн, препятствует разогреву продукта. Теоретически изготовление упаковки для СВЧ из фольги возможно, но потребуются специальные окна-волноводы для проникновения микроволн в продукт. Выгода от применения фольги в этом случае окажется несоизмерима с техническими сложностями.

Регулирование температуры нагрева при микроволновой обработке проводят различными способами (газовым, инфракрасным или комбинированным).

В изготовлении упаковки для СВЧ хорошо зарекомендовали себя ПЭТ (здесь и далее см. словарь сокращений) и ламинаты на его основе, ПА-66, полиэфирамиды, ПК, реактопласты и другие отверждаемые в процессе нагрева полимеры. Особо следует отметить использование лотков из специального картона, ламинированного К-ПЭТ.

В случаях, когда продукт не требует нагрева выше температуры 177°С, целесообразно применять ПЭТ с низкой степенью кристалличности. ПЭТ-упаковка для разогрева в СВЧ получается методом соэкструзии. Она состоит из двух слоев: верхнего (кристаллизующегося) и нижнего (аморфного). Обычно для ее изготовления используется вспененный кристаллизующийся ПЭТ низкой плотности, выпускаемый в США под названием Petlite. Он дешевле обычного ПЭТ и хорошо зарекомендовал себя как при воздушном, так и при микроволновом разогреве пищи. Правда, для хранения замороженных продуктов его использовать нецелесообразно, так как, обладая высокой теплоизоляцией, Petlite снижает эффект от работы промышленных холодильников.

Для изготовления разогреваемых упаковок используют также ПП, комбинированные материалы типа: ПП/ПВДХ , ПП/СЭВА, вспененный ПС, наполненные ПА и др.

Самой распространенной является конструкция разогреваемой упаковки, в которой используется чувствительный элемент. Он представляет собой тонкий (всего несколько мкм) слой металлизированной пленки, концентрирующей микроволновую энергию. Затем излучение трансформируется в тепло для разогрева продукта. В некоторых случаях используется алюминиевая стружка, равномерно вкрапленная в ПП-лотки. Частицы алюминия концентрируют тепло аналогично пленочному датчику. Применяются также активные элементы, способные увеличивать интенсивность нагрева в одних зонах продукта и экранировать от излучения другие. Это позволяет добиться эффекта обработки паром при полностью закрытой упаковке с последующим вентиляционным охлаждением до нужной температуры.

В качестве примера можно привести упаковку из полиэфирного материала ПК (Melinex). Она представляет собой неглубокий лоток, в дне которого имеется отверстие, закрытое слоем пленки. Материал не препятствует заморозке и разогреву продукта.

Известная фирма «Дюпон» (США) разработала специальный пленочный материал, представляющий собой СЭВОН с содержанием высокодисперсной слюды, который обладает отличной газонепроницаемостью, особенно по отношению к СО2 и О2. Введение слюды в 3-5 раз снижает газопроницаемость СЭВОН.

Другим способом повышения барьерных свойств упаковочного материала для СВЧ является нанесение на его поверхность слоя оксида кремния (SiO2). Такое покрытие, в отличие от СЭВОН, не меняет свойств при изменении влажности. К перспективным можно отнести и композиционный материал Selar, состоящий из двух типов ПО, модифицированных ПА «найлон».

Последнее достижение в области разогреваемых упаковок - жаростойкая «банка FK», которую можно подвергать тепловой обработке и разогревать в СВЧ-печах. Банки FK изготавливают из комбинированных полимерных материалов вместо традиционных металлических, которые не предназначены для СВЧ-разогрева. Структура материала может быть различной в зависимости от модификации. Один из вариантов банки представлен в авторской справке. Конструкция банки FK. Упаковка обладает значительным резервом теплостойкости и высокими барьерными свойствами.

Конструкция банки FK



А - легкооткрывающаяся крышка, материал, которой состоит из слоев: 1 - пигментированного полипропилена, 2 - кристаллического полипропилена, 3 - алюминиевой фольги, 4 - адгезива, не содержащего растворителей, 5 - сополимера кристаллического полипропилена.

Б - корпус банки, соединяемый с крышкой сварным швом 6 (сварка высокочастотная). Материал корпуса состоит из слоев: 7 - соэкструдированного пропилена, 8 - полипропилена, 9 - кристаллического полипропилена, 10 - адгезива, 11 - декорированной пленки, 12 - адгезива, не содержащего растворителей, 13 - сополимера кристаллического полипропилена, 14 - пленки, обладающей высокими барьерными свойствами, но проницаемой для электромагнитных волн. К корпусу высокочастотной сваркой, образующей шов 15, прикреплено:

В - дно, состоящее из слоев 16 - сополимера кристаллического полипропилена, 17 - адгезива, 18 - алюминиевой фольги, 19 - кристаллического полипропилена, 20 - полипропилена.

Новый перспективный материал для разогреваемых в СВЧ упаковок - термостойкий сополимер Noril EFC, состоящий из ПФО и ПС. Можно прогнозировать, что новые упаковки скоро заменят лотки из К-ПЭТ и ПП. Изделия из Noril EFC характеризуются высокой жесткостью и механической прочностью при температурах вплоть до 120°С. Форма и размер лотков могут быть довольно разнообразными, их можно закрывать прозрачной крышкой или обертывать герметично пленкой с последующей тепловой сваркой. Noril EFC относительно дешев, а его частичное вспенивание в процессе переработки позволяет еще более снизить стоимость получаемых из него изделий. По сравнению с лотками из вспененного ПП упаковка из сополимера весит на 70% меньше и значительно лучше сохраняет тепло блюда, подаваемого на стол. При этом обратная сторона лотка остается холодной, что позволяет доставать его из печи руками. При совместной экструзии сополимера Noril EFC c другими полимерами можно получать упаковки для разогрева в горячей воде, а также для использования в РГС и МГС.

Упаковки, используемые для МГС и РГС

Для свежих пищевых продуктов во всем мире уже давно используются два вида герметичных упаковок с модифицированным газовым составом (МГС) и регулируемой газовой средой (РГС). Выбор состава газовой среды зависит от характера продукта.

Модифицированный газовый состав внутри упаковки выполняет следующие функции:

• подавляет рост микроорганизмов на поверхности пищевого продукта, поддерживая его микрофлору на необходимом уровне;
• сохраняет первоначальные органолептические (пищевкусовые, ароматические и др.) свойства в течение определенного времени;
• регулирует кислородовыделение из продукта и проникновение кислорода через упаковку таким образом, чтобы внутри нее сохранялось практически постоянное давление этого газа (около 2 МПа);
• значительно увеличивает сроки хранения продукта без изменения его качества.

МГС предполагает фасовку продутка в газонепроницаемые пакеты (в отличие от РГС, где окружающая газовая среда меняется за время хранения продукта).

Пищевые продукты можно условно разделить на две основные группы:

1. «дышащие» (с биохимической метаболической активностью), к которым относятся овощи, фрукты, свежее растительное сырье, сычужные сыры, свежее, так называемое «красное», мясо и др. Подробнее см. авторскую справку - Как «дышат» фрукты;
2. «не дышащие», к которым относятся готовые и охлажденные блюда, готовые мясные изделия, молочная продукция, консервы, пасты, выпечки, крупы и др.

Как «дышат» фрукты

«Дыхание» свежесорванных плодов и фруктов происходит с поглощением кислорода и выделением углекислого газа, воды, тепла и летучих веществ по схеме:

С6Н12О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О + 674 ккал

Процесс «дыхания» осуществляется при условии свободного доступа кислорода внутрь упаковки и удаления образовавшихся конечных продуктов, то есть СО2. Это определяет основное требование к упаковочным материалам для «дышащих» продуктов: их проницаемость должна быть такой, чтобы обеспечить большее поступление О2, чем удаление СО2. Подбором упаковочного материала такую задачу решить не представляется возможным, поскольку все известные полимерные пленки и их комбинации более проницаемы для СО2, чем для кислорода. Поэтому для сохранения необходимой газовой среды внутри упаковки и ее регулирования используют материалы с повышенной газопроницаемостью или селективно-проницаемые мембраны (на рисунке), которые изготавливают из силиконовых каучуков (РГС).

Для создания необходимой газовой среды обычно используют кислород (О2), азот (N2) и диоксид углерода (углекислый газ СО2).

Кислород подавляет рост патогенных микроорганизмов, а при хранении свежих мясных продуктов необходим для сохранения оксимиоглобина в мясе и сохранения им первоначального красного цвета. Азот используется как наполнитель упаковки и инертный заменитель кислорода, так как он не подавляет рост микроорганизмов и не изменяет цвета мяса.

Диоксид углерода замедляет микрообилогическую активность (подавляет рост бактерий), и при использовании его на ранних стадиях развития микроорганизмов достигается значительное увеличение срока хранения свежего мяса и других продуктов. Газороницаемость (Р) для большинства полимерных пленочных материалов подчиняется закономерности :

РN2:Ро2:Рсо2 = 1:(2,5-6):(10-30)

Значения проницаемости некоторых полимерных пленочных материалов по основным компонентам газовой смеси для МГС и РГС указаны в табл.1.

Материал	CO2	O2	N2
ПЭВД	1,8	5,5	2,5
ПП	7,0	3,3	1,3
ПЭТ/ПЭВД	1,1	2,0	6,0
ПЭТ/ПП	5,6	0,14	4,0
ПЭТ	0,16	0,04	1,2
ПЭТ, металлизир.	0,024	0,005	0,0015
ПЭТ/ПП, металлизир.	0,018	0,002	0,0008

Таблица 1. Газонипраницаемость полимерных пленочных материалов, (см3*см/см2*с*см рт. ст.)

Газопроницаемость и селективность зависят от химической природы и физической структуры полимера, присутствия наполнителя и его типа, толщины пленки, способа ее получения и т. д. Регулировать состав газовой среды внутри упаковки можно путем подбора материала соответствующей проницаемости (ПЭВД, ПЭНД, ПП, ПВХ и др.) Другим способом регулирования является использование силиконовых мембран с площадью, рассчитанной в соответствии с требуемым уровнем проницаемости. Такая мембрана имеет вид «окошка» в пленочной упаковке. Через нее поступает необходимое для «дыхания» упаковываемого продукта количество кислорода, а наружу выходит образующийся при этом углекислый газ. Наличие мембраны в упаковке значительно повышает срок сохранности растительной продукции, например, способствует хранению фруктов от урожая до урожая практически без изменения их качества.

В среде модифицированного газового состава упаковывают и хранят мясные и рыбные блюда с гарнирами, полуфабрикаты, салаты, закуски, выпечку, различные хлебобулочные изделия и др. С целью сохранения исходного красного цвета свежих мясных продуктов используют смеси газов в соотношении 80% О2 и 20% СО2 или 85-90% О2 и 10-15% СО2.

Цыплята лучше хранятся в атмосфере углекислого газа и азота в соотношении 50:50 или 30:70.

Для порционной упаковки твердых сыров в последнее время применяют РГС, так как сыр относится к «дышащим» продуктам и при хранении выделяет вещества, изменяющие газовую среду внутри упаковки. Оптимальная среда в этом случае должна иметь следующий состав: 100% N2 или 100% СО2. Возможно также соотношение: 30% N2 и 70% СО2. В упаковке с РГС из полиолефинов (ПЭВД, ПЭНД и др.) продукт сохраняется от окисления и бактериальной порчи от 1 до 2 месяцев. Сам процесс упаковки осуществляется по схеме: вакуумирование, заполнение смесью необходимого состава и закупорка тепловой сваркой.

Возрастает ассортимент пастообразных продуктов (таких как, например, тесто), упаковываемых в среде МГС. Наиболее типичной упаковкой для этой цели является лоток из ПВХ, обернутый ламинатом ПЭТФ/ПВДХ, во внутренний объем которого подается газовая смесь. Ее основные компоненты: углекислый газ (более 20%), азот (около 70%) и кислород. Внутрь лотка вкладывается небольшой пакетик с влагопоглотителем.

В табл. 2 представлены составы газовой среды для хранения основных «дышащих» и «не дышащих» продуктов.

Продукты питания	Температура, С	Состав газовой смеси, %			Сохранность продукта
		O2	CO2	N2
«Дышашие»
Яблоки	0-5	2-3	1-2	+*	отличная
Клубника	0-5	10	15-20	+	хорошая
Лук зеленый	0-5	2-5	2-5	+	отличная
Грибы	0-5	-	10-15	+	отличная
Помидоры	8-10	3-5	0	+	отличная
Сыры	0-2	до 100	-	до 100	хорошая
«Не дышашие»
Белый хлеб	20-22	0	80-100	0-20	отличная
Выпечка	20-22	0	100	0	отличная
Свежее тесто	0-2	0	100	+	отличная
Свежее мясо	0-2	70-90	20-30	0-10	хорошая
Вареные колбасы и др.	0-2	0	20-40	0-10	хорошая
Копченые колбасы	0-2	0	0	100	отличная
Копченая рыба	0-2	0	10-15	85-90	отличная
Жирная рыба	0-2	0	20-60	80-90	хорошая
Творог	0-2	0	0-20	80-100	отличная
Сливки	0-2	0	0	100	отличная
Йогурт	0-2	0	100	0	отличная

Таблица 2. Рекомендуемые условия хранения пищевых продуктов и состав газовой среды

При хранении свежие продукты могут выделять кислород. Обычно для его поглощения в упаковку вкладывается сорбент, который представляет собой химическое соединение, способное поглощать не только молекулы О2 и воды, но и другие вредные для хранения продукта вещества. Хорошо справляются с этой задачей неорганические соли металлов, органометаллические соединения, керамика.

Основными материалами для упаковывания в МГС являются: ПП или ОПП/ПЭТФ (для изготовления лотков), ПАН, ПВХ и ПВДХ, многослойные материалы на основе ПЭВД с ЭВА или ПВДХ, а также металлизированные пленки.

Технология данного процесса достаточна проста и заключается в упаковывании продукта в вакуумной камере с последующим заполнением внутреннего объема газом соответствующего состава. При этом на всех этапах производится тщательный санитарный контроль пищевых продуктов и упаковочных материалов, а также дозировочного и упаковочного оборудования.

Упаковки с МГС и РГС получили широкое распространение за рубежом. По объемам потребления они превосходят разогреваемые, а по некоторым данным даже асептические.

Упаковка под вакуумом имеет и самостоятельное применение, являясь эффективным и надежным способом защиты продукта от химической и микробиологической порчи. Главной задачей при этом представляется удаление кислорода из объема пребывания продукта. При вакуум-упаковке чаще всего используют полимерные материалы с высокими барьерными свойствами. К ним относятся комбинации на основе сарана, полипропилена, полиамидов с использованием ЭВОН для повышения барьерных свойств упаковки, а также металлизированные и фольгированные материалы.

Съедобные» и бактерицидные упаковки

Новым достижением в области функциональной упаковки является создание так называемых «съедобных» упаковок, формируемых на пищевых продуктах в виде оболочек и покрытий . Используемые для этих целей материалы должны отвечать определенным требованиям: растворяться в воде и разлагаться под воздействием микрофлоры желудка. Их, как правило, получают из природных полисахаридов разветвленной структуры, к которым относятся крахмалы и производные целлюлозы.

В РФ это направление не получило широкого распространения, в то время как за рубежом оно с каждым годом расширяется. Наиболее известной фирмой по выпуску водорастворимых материалов, в том числе и для изготовления «съедобных» упаковок, является «Аквалон» (Отделение Геркулес Инкорпорейтед, Германия). В качестве примера можно привести продукт «Бланозе» Cellulose Gum , который представляет собой высокоочищенную натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы со степенями замещения 0,7; 0,9; и 1,2. Продукты «Бланозе», растворенные в воде, дают прозрачные и вязкие псевдопластичные растворы, пригодные для отлива пленок. Покрытия предназначаются для упаковки замороженных, молочных, хлебобулочных изделий, а также соусов, салатов и других блюд.

Большой интерес представляют бактерицидные упаковочные материалы для защиты пищевых продуктов от неблагоприятного воздействия патогенной микрофлоры и токсичных продуктов ее жизнедеятельности. В пленках на их основе продукты приобретают стерильность в результате того, что под воздействием вводимых добавок на поверхности продукта происходит уничтожение микроорганизмов и вредных бактерий. Для длительной защиты продукта от нежелательного воздействия микрофлоры в полимерные покрытия на основе водных дисперсий типа ВИМ, Полисвэд и др. вводят антимикробные добавки, например, «дельвоцид» (импортный препарат) или отечественный продукт ДГК (соль дегидроцетовой кислоты).

Они обладают широким спектром действия на различную микрофлору (дрожжи, грибы, актиномицеты), препятствуя быстрой порче продуктов (сыров, колбас и др.) и потере их качества. Препарат «дельвоцид» характеризуется ограниченным спектром антимикробного действия, в то время как ДГК и ее соли, являясь экологически безопасными средствами, обладают высокой биологической активностью по отношению к широкому спектру микроорганизмов, низкой токсичностью и пролонгированным действием.

Использование покрытий в виде водных дисперсий позволяет вводить в состав продуктов питания стерилизующие агенты, ферментные добавки, пищевые красители. В последние годы это направление вызывает особый интерес, так как позволяет создавать совершенно новые биологически активные упаковочные материалы с ферментами, иммобилизованными на полимерном носителе. Такие материалы способны регулировать состав, биологическую и органолептическую ценность пищевых продуктов, интенсифицировать процессы их получения (например, ускорять созревание сыров). Примером может служить материал на основе поливинилового спирта (ПВС) с иммобилизованной липазой. В качестве иммобилизующего фермента используются гидролизные лигнины - отходы целлюлозно-бумажного и гидролизного производств, которые очень дешевы.

ПВС является практически единственным синтетическим полимером, который обладает способностью растворяться в воде. Это позволяет подвергать его водные растворы воздействию низких температур (криолизу), добиваясь формирования структуры материала с необычным для ПВС комплексом свойств.

Разработанная учеными МГУПБ криотехнология позволяет сочетать низкотемпературное хранение пищевого продукта с процессом формирования на нем защитного пленочного покрытия, что представляется весьма удобным и экономичным. Способ пригоден, например, для сохранения рыбы во время лова.

Саморазогревающие упаковки

Такие упаковки получают на основе электропроводящих полимерных композиций. Создателем и разработчиком их являются российские ученые под руководством проф. В. Е. Гуля.

Большинство полимеров являются электрическими изоляторами с удельным объемным сопротивлением от 1011 до 1014 Ом•м. Электропроводящие полимерные композиции получают путем введения в полимеры разной природы (термопласты, реактопласты, каучуки и резины) таких дисперсных наполнителей, как технический углерод (сажа), графит, углеродные волокна или металлы. При использовании углеродных наполнителей получают материалы с удельным сопротивлением порядка 10-3 Ом•м, а при использовании металлических наполнителей - порядка 10-6 Ом•м.

Большой интерес представляют электропроводящие композиции на основе ПП и порошка карбонильного никеля. При подключении упаковки к электрической цепи происходит нагрев содержимого до нужной температуры в результате преобразования энергии тока в тепловую.

Саморазогреваемые упаковки удобны в дороге, отеле, на отдыхе, при выезде за город и в любых других нестационарных условиях. Они удобны, доступны, могут быть использованы многократно.

Правда, разработки, к сожалению, практически остановились на стадии изготовления опытных образцов - для перехода на серийный их выпуск необходимо вложение серьезных средств и широкое маркетинговое исследование.

Саморазлагающиеся упаковки

Созданию фото-, био- и водоразлагаемых материалов в последнее время уделяется существенное внимание, так как упаковки на их основе под воздействием солнечного света, тепла, воздуха и микроорганизмов почвы легко разлагаются до низкомолекулярных веществ (вода, углекислый газ), которые ассимилируются почвой, включаясь в замкнутый биологический цикл.

В США потребность в таких материалах составляет около 2 млн тонн в год. В настоящее время за рубежом большая часть упаковок одноразового использования, например, посуда, мешки для мусора, потребительская упаковка для некоторых продуктов питания и напитков, сельскохозяйственная пленка для мульчирования почвы и т. д. производятся именно из разлагаемых полимерных материалов. Для придания полимерной основе способности к биоразложению в нее вводят специальные добавки. Чаще всего это различные крахмалы, казеин, дрожжи, мочевина и другие вещества растительного происхождения, а также разработанные специально для этих целей синтетические продукты. Базовый полимер может быть как природного (производные целлюлозы, белковые продукты), так и синтетического (ПА, ПО и др.) происхождения.

К наиболее распространенным биоразлагаемым полимерным упаковочным материалов относятся:

• Polyclen, Bioplast, Ecostar, Ampacet - на основе ПО и крахмала;
• Ecolean - на основе карбоната кальция и ПО в качестве связующего;
• Biopol - сополимер на основе природных ферментов сахарозы (полигидроксибутирата и полигидроксивалерата), получаемый в процессе биосинтеза. Представляет собой природный продукт, который можно использовать самостоятельно или вводить в другие полимеры;
• Biocell-163 - полимер на основе ацетата целлюлозы, в который вводят специальные добавки и пластификатор для придания ему способности к саморазложению при воздействии природных факторов;
• Mater-Bi - на основе ПА и различных добавок, имеющий взаимопроникающую структуру входящих в его состав компонентов в виде переплетений, что позволяет увеличивать поверхность материала, атакуемую микроорганизмами, и сокращать срок разложения упаковки, выброшенной на свалку;
• Tone - семейство материалов на основе поликапролактона, хорошо совмещающегося механическим путем с такими распространенными полимерами как ПЭ высокого и низкого давлений, ПП, ПС, ПК, ПВХ, ПЭТ. В зависимости от типа полимера вводится до 30% Tone (например, в ВЭВД достаточно введения 5% для получения саморазлагающегося материала).

Такие материалы пока еще достаточно дороги, но они весьма эффективны с точки зрения охраны окружающей среды.


Евгения Любешкина, Московский Государственный Университет прикладных технологий