Краткие теоретические сведения. Основные направления совершенствования технологии, материалов и видов упаковки:

Основные направления совершенствования технологии, материалов и видов упаковки:

1. Асептическая упаковка

При асептическом упаковывании продукт и упаковка стерилизуются раздельно, затем упаковка заполняется и укупоривается в стерильных условиях. Наиболее широкое распространение получил химический метод стерилизации растворами пероксида водорода, а также SO₂, озоном, смесью Н₂О₂ и уксусной кислоты, используют и физические методы: термический, ультрафиолетовое (УФ) или инфракрасное (ИК) облучение. Стерилизация проводится в специальной камере обработкой Н₂О₂ упаковки в течение определенного времени. После сушки упаковка поступает в зону заполнения стерилизованным продуктом. Заливка продукта происходит со дна упаковки, что позволяет избежать вспенивания. После заполнения верх упаковки промывается струей инертного газа, производится тепловая сварка низа (донной части). Упаковка переворачивается и направляется на окончательное упаковывание в пленку или в транспортную коробочную тару.
В настоящее время имеется большой выбор материалов и разнообразной формы упаковок для асептической расфасовки, отвечающих высокому уровню барьерных свойств. Используют банки из белой жести и алюминия, стеклянные и пластмассовые бутылки, различные пакеты, упаковки из комбинированных материалов «Bag-in-Box» (пакет в коробке).

В зависимости от типа материала (стекло, бумага, картон, пластмасса, комбинированные многослойные материалы), а также формы (стаканчик, бутылка, коробка и т.д.) используют различные методы обработки перекисью водорода: распыление, погружение и др.

Асептическое упаковывание позволяет сохранить органолептические и вкусовые характеристики пищевого продукта значительно дольше, чем при упаковывании в обычных условиях. Проводимая перед расфасовкой продукта его термическая обработка помогает избавиться от вредных микроорганизмов, влияющих на сохранность содержимого упаковки.
Асептическая технология упаковывания представляется прогрессивной и подходящей для многих продуктов (главным образом жидких), так как позволяет решать комплексно логистическую задачу производства, хранения, транспортировки и реализации молочной продукции, безалкогольных напитков, легких вин и других жидких продуктов.

2. Упаковка под вакуумом

В процессе хранения многих пищевых продуктов происходят химические и микробиологические изменения, важную роль в которых играют кислород, свет и температура в совокупности. Наиболее доступным является упаковывание, при котором кислород удаляется с помощью вакуума. Для этих целей используют, главным образом, полимерные пленки: ПВХ, ПВХД, ПП, ЭВАЛ, ПА и др., а также комбинированные материалы с высокими барьерными свойствами.

Продукцию помещают в полимерный пакет горловину которого вводят в зазор между зажимами сварочного аппарата, продувают воздух в зазор так, чтобы воздушный поток охватывал с двух сторон внешнюю сторону горловин и осуществляют процесс эжекции, в результате которого воздух из пакета удаляется, после чего упаковку герметизируют термосваркой. Для вакуумного упаковывания используют чаще термоусадочные пленки.

Процесс упаковки происходит за счет высокой степени усадки полимерных пленок, подготовленных специальным образом. Применяют также и многослойные пленки, обладающие хорошими облегающими свойствами, которым дополнительно придаются эффективные барьерные свойства, мешающие проникновению кислорода. Не рекомендуется применять при вакуумном упаковывании тонкие мягкие пленки, этот способ не используется для упаковки хрупких и легко деформируемых продуктов и продуктов с острыми поверхностями, чтобы не повредить пленку.

3. Упаковка в газовой среде

Для упаковывания свежих овощей, фруктов, пищевых продуктов, кулинарных, хлебобулочных, кондитерских изделий и др. используют герметичные упаковки с регулируемым и модифицированным составом газовой среды.

Специально подобранная (модифицированная) газообразная смесь внутри упаковки приводит к резкому снижению скорости процесса газообмена с окружающей средой, замедлению роста микроорганизмов и подавлению процесса гниения, следствием чего является увеличение срока хранения продукта в несколько раз.

Различают следующие способы упаковывания в газовой среде:

- в среде инертного газа (N₂, СО₂, Аr);

- в регулируемой газовой среде (РГС), когда состав газовой смеси должен изменяться только в заданных пределах, что требует значительных капиталовложений в оборудование и больших расходов на обеспечение оптимальных условий хранения продукции;

- в модифицированной газовой среде (МГС), когда в начальный период в качестве окружающей среды используется обычный воздух, а затем в зависимости от природы хранящихся продуктов и физических условий окружающей среды, устанавливаются модифицированные условия хранения, но в довольно широких пределах по составу газа.

В технологии упаковывания из соображений технологичности, экономичности и сохранности продукта большее распространение получило упаковывание в МГС.

Инертный газ азот используется как наполнитель газовой смеси внутри упаковки, так как он не изменяет цвета мяса и не подавляет рост микроорганизмов. Углекислый газ подавляет рост бактерий, и при использовании его на ранних стадиях развития микроорганизмов срок хранения упаковываемого продукта может значительно увеличиться.

Выбор упаковочного материала для хранения овощей и фруктов в МГС определяется скоростью " дыхания" продукта и его проницаемостью по отношению к атмосферным газам, а также температурой хранения.

В качестве селективно-проницаемых упаковок для некоторых сортов овощей и фруктов применяют полимерные пленки с микропористыми отверстиями диаметром от 5 до 500 мкм, изготовляемые холодной штамповкой или лазерным способом.

Повышению качества и срока сохранения продуктов, упаковываемых в МГС и РГС, служит использование поглотителей (газопоглощающих веществ), вводимых в состав полимерной упаковки или укладываемых внутрь нее вместе с пищевыми продуктами. Подбирая состав и количество поглотителей, можно точно регулировать состав газовой среды, создавая лучшие условия внутри упаковки.

Для повышения срока хранения свежих пищевых продуктов используют еще одну прогрессивную технологию - облучение запечатанных упаковок потоком ионизирующих лучей.

Упаковывание в среде МГС производится на автоматических упаковочных линиях, работающих по схеме: изготовление - заполнение - запечатывание. Линии имеют несколько рабочих узлов: нагрев полотна упаковочного материала, термоформование упаковки, заполнение полостей упаковки продуктом, вакуумирование упаковки, заполнение свободного объема МГС, запечатывание упаковки. Машина обеспечивается системой подачи МГС.

Применение термоусадочной пленки упрощает процесс упаковывания в МГС, так как исключает приготовление пакетов и лотков заранее. Усаживаемая при нагреве пленка обладает высокой кислородонепроницаемостью даже в атмосфере с повышенным содержанием O₂ (до 70 - 80%) и высокой ароматонепроницаемостью, хорошо сохраняет первичный цвет свежего мяса и витамин С в сухих концентратах фруктовых соков.
Этот способ упаковывания стал одним из основных, так как охватывает большой ассортимент продуктов, эффективен и экономичен в ряде случаев, позволяет создавать МГС внутри индивидуальной упаковки с различными порционными блюдами, транспортной тары и целых хранилищ, значительно повышая срок хранения продуктов. Основной проблемой массового распространение упаковок в МГС является невозможность изменения размера упаковки без изменения при этом общего бактериостатического действия углекислого газа и, соответственно, без повышения срока хранения упакованного пищевого продукта.

4. Разогреваемая и стерилизуемая упаковки

Новой областью использования упаковки из полимерных и комбинированных материалов является использование ее с упакованным продуктом для разогрева в микроволновых печах (МВП) или стерилизации.
В такой упаковке изготавливают большое количество блюд: пицца, гамбургеры, кукурузные хлопья, готовые к употреблению блюда, десерты, мясные и рыбные полуфабрикаты, птица, овощные блюда, продукты длительного хранения и др.

Материалы и тара для микроволновой упаковки (лотки, тарелки и др.) должны отвечать требованиям морозостойкости, теплостойкости и санитарно-гигиеническим при повышенных (200°С) температурах, поэтому микроволновые упаковки должны изготавливаться из термостойких полимеров. В настоящее время микроволновая упаковка изготавливается главным образом из картона с покрытием из ПС или ПЭТФ. Изделия из вспененного ПЭТФ эффективны для воздушного или микроволнового разогрева пищи, но нецелесообразны для хранения замороженных продуктов, так как обладают высокой изоляцией от холода, что снижает эффективность действия холодильных установок.

Еще одной областью широкого применения полимерных и комбинированных материалов является стерилизуемые пакеты. Это гибкие упаковки, заполняемые продуктом и подвергаемые полному технологическому процессу термической обработки. Такие продукты затем можно хранить до двух и более лет при обычных температурах.
Стерилизуемые пакеты делают из ламинатов - трехслойных (включая слой алюминия) или двухслойных без фольги. Типичный трехслойный ламинат - полиэтилентерефталат (12 мкм) / алюминиевая фольга (9 мкм) / модифицированный ПЭНП (70 мкм) или этиленпропиленовый сополимер. Клеи, используемые для соединения слоев, должны обеспечивать высокую адгезионную прочность во избежание расслоения при хранении и перевозках. Трехслойные ламинаты обеспечивают самый большой срок хранения. За счет алюминиевой фольги достигаются барьерные свойства к кислороду, влаге и свету. Целостность упаковки зависит от материалов, используемых для внутреннего слоя. Внешний слой должен быть прочным, износостойким и обеспечивать необходимое качество продукта. Применение стерилизуемых пакетов обуславливается двумя показателями - высоким качеством упаковываемого продукта и удобством использования таких упаковок. Высокое качество продукта обеспечивается тем, что тепловая обработка, необходимая для стерилизации, кратковременна, но при этом достигается равномерность прогрева продукта по всей массе.

Удобство использования стерилизуемой упаковки объясняется меньшими весом (по сравнению с металлической и стеклянной), и объемом в процессе хранения и при реализации в торговых залах. Еще одним достоинством такой упаковки является удобство вскрытия, а также биологическая стабильность содержимого при комнатной температуре; она не требует дополнительного охлаждения или замораживания в холодильных установках и обеспечивает удобство приготовления пищи. Продукт в такой упаковке может быть подвергнут кипячению (" кипяти-в-упаковке") и в течение 10 минут нагревается до нужной температуры.

Продукты, предназначенные для стерилизуемого упаковывания, включают как индивидуальные (мясо, рыба, овощи и др.), так и сложные (мясо в соусе, рыба в соусе, сложные десерты и др.). Такие упаковки очень удобны для организации питания в школах, больницах, столовых и т.д. Они могут быть разными по объему (от 200 г до 2-3 кг).
Материалами для упаковки " кипяти-в-упаковке" могут быть ПЭНД, ПП, ПК, ПА и ПЭТ.

Применение разогреваемых и стерилизуемых упаковок экономит время, физические усилия и энергию потребителя, тем самым, повышая социальную значимость упаковки.

5. Активная упаковка

Главной задачей упаковки является защита содержимого и продление стойкости упакованного продукта. С этой точки зрения до недавнего времени считалось, что между упаковкой и содержимым не должно быть никакого взаимодействия, а если бы такое взаимодействие могло иметь место, то должно быть минимальным. Активные упаковки (active packaging = AP), называемые также интерактивными упаковками (interactive packaging = IP), противоречат этому правилу, поскольку в них продукт, упаковка и окружающая среда воздействуют друг на друга взаимно, что в итоге позволяет продлить стойкость и пригодность к употреблению упакованного пищевого продукта. Новые технологии сделали возможными изменение, а точнее, расширение функций упаковки из неактивного, безразличного барьера для внешних воздействий на активную роль в защите упакованного продукта. В упаковку или упаковочный материал включены вещества, выполняющие задачу активной защиты упакованного пищевого продукта, например, от воздействия и развития микроорганизмов или возникновения посторонних запахов либо привкусов.

Технологии упаковки с применением активных упаковок включают:

· введение в упаковку или упаковочный материал (обычно полимерные пленки) химических реагентов, таких, как порошкообразный оксид железа, карбоксит железа и другие соединения железа, либо энзимов, например, гликозидазы, поглощающих и удаляющих кислород из воздуха внутри упаковки;

· введение в упаковку веществ, выделяющих или поглощающих углекислый газ, а также осуществляющих управление содержанием углекислого газа внутри упаковки либо путем образования, либо путем его выделения из упаковочного материала. Такие вещества производятся либо на основе карбоната железа, либо смеси из аскорбиновой кислоты с бикарбонатом натрия или смеси карбоната железа с галогенидами металлов, либо содержат гидроокись кальция, которая образует карбонат кальция;

· управление концентрацией этилена в упаковке путем поглощения окисляющим средством либо металлоорганическим соединением. Чаще всего этилен удаляется путем применения перманганата калия;

· выделение этанола в виде пара внутрь упаковки в качестве фактора, тормозящего развитие микрофлоры;

· применение таких химических средств, как консерванты (например, пропионовая или сорбитоловая кислоты), бактерицидные вещества и антиоксиданты, которые выделяются упаковочным материалом и предотвращают порчу пищевого продукта;

· применение регуляторов влажности, которые поглощают избыточную влагу из окружения пищевого продукта. Для этой цели чаще всего применяют осушители, среди которых наиболее распространенным является силикагель.

· применение технологии, позволяющей регулировать запах и вкус путем включения в упаковочный материал специальных химических веществ или молекулярных сит, которые либо химически реагируют с нежелательными компонентами содержимого упаковки, либо их поглощают. Эта технология, разработанная и запатентованная фирмой " Du Pont", заключается во включении в упаковочный материал молекулярных сит на основе алюмосиликатов с диаметром пор не менее 5, 5 нанометров, которые связывают ряд летучих соединений, выделяющихся во время процесса старения из пищевых продуктов.

6. Новые материалы для упаковки

Среди новых материалов, применяемых для упаковки, прежде всего следует отметить избирательные пленки (" smart films"), регулирующие миграцию кислорода и углекислого газа между упаковкой и окружающим воздухом. Для дышащих продуктов, таких, как фрукты и овощи, для контроля дыхания и дозревания упаковочного продукта нужно обеспечить проникновение небольшого количества кислорода через пленку, иначе продуктам угрожает порча и, что еще более опасно, может наступить развитие болезнетворных анаэробных бактерий ботулизма.

Следующим новым материалом, применяемым в упаковке, является пленка, покрытая окислами кремния, иначе называемая " гибким стеклом" или QLF-пленкой. В качестве подложки здесь обычно применяется пленка из полиэтилентерефталата (PET), на которую наносится тонкий слой (0, 00007-0, 0002 мм) SiO₂, придающий пленке свойства барьерности к кислороду и водяному пару и сохраняющий прозрачность и проницаемость материала для микроволнового излучения, а также возможность использования детекторов металла для продуктов в этой упаковке. В настоящее время эти пленки используются для изготовления пакетов с высокими барьерными свойствами для упаковки соленых закусок в инертных газах, пакетов для печенья и крекеров, пакетов для вина и фруктовых соков, оберток для веществ, ароматизирующих конфеты и жевательные резинки, для изделий из мяса, сыра, а также для изготовления прозрачных крышек подносов с охлажденными пищевыми продуктами, особенно - предназначенных для подогревания в микроволновых печах.

Ориентированная полипропиленовая пленка (ОРР) в значительной степени вытеснила с рынка пленку из восстановленной целлюлозы, широко известной под фирменным названием " целлофан". Последняя область применения целлофана при заворачивании конфет методом скручивания была вытеснена ОРР, без покрытия или металлизированной пленкой (а также пленкой из полиэтилена высокой плотности). Благодаря своей высокой механической стойкости он позволяет завертывать конфеты на современных машинах с производительностью более 1000 штук в минуту, а ОРР с закрепленной памятью формы, обеспечивает двустороннее закручивание обертки конфеты без пружинящего возвращения к первичной форме.

Новейшим упаковочным материалом является эколин (ELM-Ecolean Material). Пленка состоит из полиэтилена или полипропилена с дешевыми инертными минеральными наполнителями известняком (Ca₂CO₃) или доломитом (Mg₂CO₃∙ Ca₂CO₃), которые могут составлять более 50% материала. Точнее, можно сказать, что полиэтилен или полипропилен является связующим материалом для частичек известняка или доломита. Контактные стороны пленки обычно покрывают тонким слоем чистого полиэтилена (полипропилена) для предотвращения миграции минеральных частиц и сохранения pH. Пленка очень пластична, применяется для завертывания конфет, сливочного масла и подобных продуктов, поскольку не обладает памятью формы и не пружинит. Повышенная барьерность к ультрафиолетовому излучению позволяет применять эту пленку для автоматической или ручной упаковки брикетов твердых жиров, масла, маргарина, сыра и мясного фарша. Трехслойные пленки применяются при автоматической упаковке молока. Трехслойная пленка со срединным слоем полипропилена используется для производства стаканов для молочных продуктов. Возможно производство легкооткрываемых баночек из одного материала. Важно отметить высокую прочность сварных швов на этой пленке. Ее можно использовать для производства упаковки для фруктовых соков, пищевых растительных масел, изготовления подносов для охлажденных продуктов. Материал этот прошел все необходимые гигиенические тесты, сертифицирован для контакта с пищевыми продуктами. Основным его преимуществом является экологичность, к тому же используется меньше нефтепродуктов, потребляются дешевые исходные материалы, он нетоксичен.

При производстве поддонов для пищи, предназначенной для подогрева в микроволновой печи, нашел применение тонкий картон, покрытый полиэтилентерефталатом (РЕТ), называемый " ovenable board". Коробки из этого картона (ovenable cartons) и подносы (ovenable trays), конструктивно приспособленные к подогреванию как в микроволновой печи, так и в обычной духовке, называют " dual ovenable cartons" или " dual ovenable trays". Картон, предназначенный для последнего вида подносов, называемый " dual ovenable board", должен быть устойчивым при изменении температуры в пределах от -40⁰С до +200⁰С.

До недавнего времени одним из довольно существенных недостатков микроволновых печей была невозможность получения коричневого оттенка и хрустящей корочки на поверхности пищевого продукта. Путем применения стимуляторов микроволнового нагрева (microweve heating enhancers), в основном базирующихся на сусцепторной технологии, эта проблема была преодолена. В качестве сусцептора используют металлизированную ориентированную РЕТ-пленку с катодным напылением тонкого слоя алюминия толщиной около 0, 0000375 мм, ламинированную бумагой или тонким картоном. В микроволновой печи сусцепторный материал поглощает микроволновое излучение и преобразует его в тепловую энергию, нагреваясь до температуры +220⁰С, что позволяет получить румяную хрусткую корочку. Стимуляторы микроволнового нагревания включаются в пакеты, обертки, картонные коробки и прочую упаковку.

Еще одним новым материалом, разработанным несколькими ведущими мировыми производителями полиэфиров, является полиэтиленнафтален (PEN). По сравнению с РЕТ новый материал PEN имеет следующие преимущества: большую механическую прочность (благодаря чему на бутылку из PEN расходуется на 20% меньше материала, чем из РЕТ); лучшую химическую стойкость к маслам, жирам и едким растворам; лучшие барьерные свойства по кислороду и углекислому газу, которые позволяют применять PEN-бутылки для пива и фруктовых соков; устойчивость к ультрафиолетовому излучению обеспечивает защиту содержимого типа растительных масел, витаминов и т. п. К тому же PEN-бутылки можно наполнять и мыть при более высоких температурах (до +100 0С), что позволяет производить бутылки многоразового использования, а время производства бутылки из PEN-заготовки составляет 23 сек., тогда как на производство PEТ-бутылки затрачивается 39 сек. Ведутся также работы с композицией РЕТ/ PEN, из которой получен материал с высокой теплостойкостью, позволяющий производить наполнение бутылок продуктом при +95⁰С, и также имеющий хорошие барьерные свойства по кислороду и углекислому газу.

Тенденции к защите окружающей среды ведут к распространению деградирующих материалов, в том числе биодеградирующих и фотодеградирующих, прежде всего из пластических масс с примесью крахмала, подвергающихся естественному распаду после использования и облегчающих утилизацию отходов.

С целью защиты окружающей среды связана также тенденция к применению всюду, где это возможно, упаковок, состоящих целиком из одного материала. Это касается металлической упаковки, когда большинство банок из белой жести реже закрывались легкооткрываемой алюминиевой крышкой. Правда, изготовление легкооткрываемой крышки из белой жести создает больше трудностей, чем изготовление такой же крышки из алюминия, из-за необходимости учитывать дополнительную защиту от коррозии открытого слоя стали по краям насечек. Однако однородная упаковка прекрасно облегчает сортировку отходов и возврат вторичного сырья.

Применение материалов из вторичного сырья в качестве среднего слоя между двумя слоями первичного материала, например, макулатурного слоя в картонах, рециклингового слоя в многослойных материалах и бутылках, также направлено на защиту окружающей среды. Такие упаковочные материалы и упаковки могут быть допущены к контакту с пищевыми продуктами, если будет доказано, что слой первичного материала является функциональной преградой для миграции из среднего слоя.

7. Переработка упаковочных материалов

Важнейшими показателями упаковочных материалов является их пригодность к переработке с минимальным ущербом для окружающей среды. В этой связи в мире разработана маркировка для простого определения материалов с целью направленной их переработки (стандарт ISO 1043). На рис. 1 приведен образец такой маркировки:

Рис. 1. Знак маркировки перерабатываемого материала

Знак представляет собой равнобедренный треугольник, образованный угловыми стрелками, направленными по ходу часов. Сверху, через наклонную черту обозначается количество переработанного материала от его общего количества. Так, 30/50 указывает, что представляется возможным переработать 30 % материала упаковки от его количества 50 %.

В нижней области знака указывается аббревиатура материала. Например, PAP является аббревиатурой английского слова бумага – paper.

В центре знака указывается номер материала для его идентификации. Упаковочные материалы классифицируют по следующим основным позициям:

· Полимеры (таблица 1);

· Бумага (таблица 2);

· Металлы (таблица 3);

· Органические материалы (таблица 4);

· Стекло (таблица 5);

· Композиционные материалы (таблица 6).

Таблица 1 – Коды переработки полимерных материалов

Знак маркировки	Идентификатор материала	Материал
	PET	Полиэтилентерефталат (лавсан)
	PE-HD (HD-PE)	Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП)
	PVC (V)	Поливинилхлорид (ПВХ)
	PE-LD (LD-PE)	Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП)
	PP	Полипропилен
	PS	Полистирол
	O (ther)	Прочие пластмассы
	ABS	Акрилонитрилбутадиенстирол (АБС)

Таблица 2 – Коды переработки бумажных материалов

Знак маркировки	Идентификатор материала	Материал
	PAP (PCB)	Картон
	PAP	Бумага
	PAP	Бумага, Прочая бумага
PAP	PBD (PPB)	Полиграфический картон

Таблица 3 – Коды переработки металлов

Знак маркировки	Идентификатор материала	Материал
	FE	Сталь
	ALU	Алюминий

Таблица 4 – Коды переработки органических материалов природного происхождения

Знак маркировки	Идентификатор материала	Материал
	FOR, NW	Древесина
	FOR	Пробка
	COT	Хлопок
	TEX	Полимерное волокно
6x TEX	62-69 TEX	Прочий текстиль

Таблица 5 – Коды переработки стекла

Знак маркировки	Идентификатор материала	Материал
	GL, GLS	Стеклотара из разных типов стекла
	GLS	Бесцветное стекло
7x GLS	72 GLS	Зелёное бутылочное стекло
	73 GLS	Тёмно-коричневое бутылочное стекло
	74 GLS	Ссветло-коричневое бутылочное стекло
	75 GLS	Стекло с малым содержанием свинца
	76 GLS	Cвинцовое стекло
	77 GLS	Стекло с медным покрытием
	78 GLS	Стекло с серебряным покрытием
	79 GLS	Позолоченное стекло

Таблица 6 – Коды переработки композиционных материалов

Знак маркировки	Идентификатор материала	Материал
8x PapPet С/PAP	80 С/PAP	Бумага, ламинированная (покрытая) различными металлами
	81 PapPet	Бумага, ламинированная (покрытая) пластиком
	82 С/PAP	Бумага, ламинированная (покрытая) алюминием
	83 С/PAP	Бумага, ламинированная (покрытая) жестью
		Ламинат из бумаги, пластика, алюминия
		Ламинат из бумаги, пластика, алюминия и жести
	90 - 93	Ламинат из пластика и различных материалов (алюминий, жесть, другие металлы)
		Ламинат из стекла и пластика
	96 - 98	Ламинат из стекла и металлов (алюминий, жесть, другие)
		Ламинат из стекла и жести