Материал из PL Engineering
Сегодня упаковка не только обладает барьерными свойствами, а вполне способна воздействовать на упаковываемый продукт, улучшая его вкусовые качества, безопасность, срок хранения и внешнюю эстетику. Активная роль упаковки по отношению к продукту достигается за счёт введения в упаковочный материал специальных функциональных добавок, ферментов.
За последние 15 лет новейшие технологии упаковочной индустрии значительно расширили традиционные функции материалов, стремительно изменив наши представления об упаковке. На сегодняшний день она не только обладает барьерными свойствами, а вполне способна воздействовать на упаковываемый продукт, улучшая его вкусовые качества, безопасность, срок хранения и внешнюю эстетику.
Активная роль упаковки по отношению к продукту достигается за счет введения в упаковочный материал специальных функциональных добавок, ферментов. Таким образом упаковка может стать биоразлагаемой, водорастворимой, «съедобной», приобрести избирательную газо-, водопроницаемость, необычную легкость и т. д. Именно упаковка с «активным» воздействием на продукт рассматривается как наиболее привлекательная с коммерческой точки зрения, учитывая жесткий конкурентный рынок упаковочных материалов, глобализацию рыночного пространства, а с ним — и возрастание требований по сроку хранения продуктов, транспортировке, экологии.
Хотя кислород и является ключевым элементом жизни, обеспечивающим многие биологические функции, процессы фотосинтеза и дыхания, когда речь заходит о пищевых продуктах, их сроках хранения, качестве и безопасности применения, кислород может представлять собою весьма опасного противника. Проникновение его в пищевые продукты вызывает разрушительные реакции окисления, приводящие к изменению вкуса, цвета, запаха продуктов появлению в некоторых случаях плесени, грибков и других вредных и опасных соединений.
К категории «активной» упаковки относят кислородные поглотители. Заключенные в различные технологические оболочки, поглотители кислорода, вступая в химическую реакцию с газом, устраняют из упаковочного пространства. Коммерческое применение кислородных технологий ко многим категориям пищевых продуктов делает реальным:
- увеличение срока годности;
- предотвращение роста патогенных микробов;
- уменьшение потерь ценных витаминов, особенно А, С и Е;
- сохранение первоначальных цвета, запаха и вкусовых качеств;
- устранение необходимости вносить добавки непосредственно в продукт;
- снижение издержек и расширение глобальной дистрибуции товаров.
Термины «активная упаковка» и «кислородные поглотители» лишь недавно вышли из химических лабораторий и сейчас интенсивно применяются в Европе, Северной Америке и Японии для таких продуктов, как пиво, макароны, молотый кофе, напитки, мясные, хлебобулочные и кондитерские изделия. Вполне логично, что и российским производителям и поставщикам пищевых продуктов уже очень скоро придется столкнуться с этими новинками.
Кислородные поглотители в виде маленьких пакетиков различных размеров и форм помещают в упаковку, располагая их в свободном пространстве, оставшемся над продуктом в таре, закрепляя определенным образом внутри упаковки. Пакетики наполняют веществом, способным абсорбировать кислород. Это может быть порошок железа (иногда в сочетании с хлоридом калия), аскорбиновая кислота, цеолит, катехол. В случае с железным порошком, например, техника реакции проста: железо ржавеет по мере впитывания кислорода. К абсорбирующим пакетикам предъявляется ряд требований: они должны быть безопасны и нетоксичны, просты в употреблении, очень компактны; кроме того, они должны поглощать значительные количества кислорода, иметь определенную скорость абсорбции и являться максимально экономичными.
Первоначально такие пакетики появились в Азии, несколько позже распространившись в США. Крупнейший производитель — японская корпорация Mitsubishi Gas Chemical — поставляет на рынок более 70% всех пакетиков. «Японские» пакетики способны снизить уровень кислорода в упаковке от 0,1 до 0,01 %.
Например, кислородный абсорбент марки Ageless-Z, одним из первых разработанный Mitsubishi, представляет собою влажную, тонко диспергированную смесь порошка железа и хлористого калия. Марка Ageless-Z представлена как Z-100, Z-1000 и т. д., где цифры обозначают объем кислорода (в миллилитрах), который способен поглотить одни пакетик абсорбента, вступая с ним в реакцию.
Пакетики с кислородными поглотителями химически активны и начинают действовать сразу же, как только подвергаются воздействию воздуха. К примеру, для абсорбента Ageless-Z допустимое время воздействия воздуха составляет несколько минут. «Выдержка» на воздухе более 10 минут приводит к потере кислородопоглощающей способности на 0,02% за каждую последующую минуту и сильному нагреву пакетика, так как реакция поглощения имеет экзотермический характер.
На реакционную способность кислородных поглотителей влияет ряд характеристик «защищаемого» продукта: температура хранения, первоначальное количество О2 в пространстве упаковки, свободном от продукта, содержание кислорода, растворенного в продукте, коэффициент проницаемости О2 в упаковку, рН-фактор. Коммерчески применимые пакетики с абсорбентами классифицируются на три группы, в зависимости от эффективности их воздействия: немедленного действия (0,5-1 день), общего типа (1-4 дня), замедленного действия (4-6 дней).
Однако основным фактором при выборе кислородного абсорбента является показатель aw продукта, характеризующий содержание воды в самом продукте. Продукты с высоким содержанием влаги (см. табл. 1) подвержены более активному росту бактерий и появлению плесени, грибков, поэтому требуют кислородных поглотителей быстрого действия — таких, как Ageless FX; для «сухих» продуктов, например, чая, орехов, подходят абсорбенты более медленного воздействия типа Ageless Z-PK.
Нередко пакетики с кислородными поглотителями используют совместно с другими поглотителями — абсорбентами влаги, диоксидом углерода (СО2) — для улучшения качества и срока хранения кофе.
Кислородные поглотители в упаковочных материалах
Составы и смеси, способные абсорбировать кислород, могут быть внесены непосредственно в упаковочный материал, например, гибкую пленку, жесткие бутылки и контейнеры (формованные с раздувом или литьем под давлением), вкладыши и лайнеры в укупоривающих устройствах (крышках, колпачках и т.д.). Механизм реакции поглощения кислорода аналогичен тому, что имеет место в случае с пакетиками.
Таблица 1. ВИДЫ АБСОРБЕНТОВ И ВОЗМОЖНОСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
| Функции | Реагент | Тип абсорбента | Применение | Скорость абсорбции | Марка абсорбента |
| 02↓ | Железный порошок | Самосрабатывающего типа | Сухие продукты, aw < 0,3 — чай, орехи | от 4 до 7 дней | Ageless Z-PK, Vitalon T |
| 02↓ | Железный порошок + хлорид калия | Самосрабатывающего типа | Продукты со средним содержанием aw < 0,65 — копчености, колбасы | от 1 до 3 дней | Ageless Z, Keplon TS |
| 02↓ | Порошок железа | Самосрабаты-вающего типа | Продукты с высоким содержанием aw > 0,85 — кексы, пирожные, торты, хлебобулочные изделия | 0,5 дней | Ageless S, Sequl CA |
| 02↓ | Порошок железа | Влагоактивируемый | Продукты с высоким содержанием aw > 0,85 — макаронные изделия | 0,5 дней | Ageless FX, Vitalon LTM |
| 02↓C02↓ | Железный порошок + кальций | Самосрабатывающего типа | Кофе в зернах, типа молотый кофе | от 3 до 8 дней | Ageless E |
| С2 и C02↓ | Аскорбиновая кислота | Самосрабатывающего типа | Продукты со средним содержанием 0,3<aw <0,5 | от 1 до 4 дней | Vitalon GMA |
| 02↓ | Аскорбиновая кислота + порошок железа | Влагоактивируемого типа | Продукты с высоким содержанием aw > 0,85 — пирожные, торты, бакалея | ДО 1 ДНЯ | Vitalon GMA |
| 02↓ и этанол! | Порошок железа + этанол + цеолит | Влагоактивируемого типа | Продукты с высоким содержанием aw > 0,85 — пирожные, торты, бакалея | до 0,5-1 дня | Negamold |
Нередко пакетики с кислородными поглотителями используют совместно с другими поглотителями — абсорбентами влаги, диоксидом углерода (СО2) — для улучшения качества и срока хранения кофе. *
Таблица 2. ВИДЫ АБСОРБИРУЮЩИХ ПОЛИМЕРОВ И ИХ СОСТАВ
| Компания | Марка абсорбента | Композиция | Применение |
| Grown&Cord | Oxbar | Железный порошок в качестве кислородного абсорбента вносится как срединный слой в 3-х слойные РЕТ-бутылки (выдувное формирование) | Соки, пиво, томатные соусы |
| Southcorp | Zero 2 | Гибкая пленка со слоем абсорбента, активируемого УФ-излучением | |
| Amoco | Amosorb 300 | Железно-солевой порошок/сополиэстер (используется в пленочных применениях, полотне ленты, жестких контейнерах) | Пиво, томатные кетчупы, фруктовые пюре, яблочный сок, соусы, кетчупы |
| Milsubishi Chemical&Gas | Одна из форм Ageless | Кислородный абсорбент в термоформованных изделиях (стаканчиках, подносах) | Хлебобулочные, кондитерские изделия, мясные изделия, макароны |
| Continental PET | CPTX312 | Кислородный поглотитель как срединный слой в многослойной РЕТ-бутылках (запатентованная формула) | Пиво |
| Tri-Seal International | Tri-SO2RB | Кислородный абсорбент внесен во вкладыш в крышке | Напитки |
| Cryovac | OS1000 | Кислородный поглотитель (полимер), светоинициатор и катализатор в составе упаковочной пленки; Покрытие из поливинилиденхлорида (PVDC), нанесенное на полиэстер, ламинировано с РЕ-пленкой | Мяснык изделия, хлебобулочные изделия, пасты |
| Darex Container Products | DarExtend | Материал на основе этиленвинилового спирта как срединный слой в многослойный РЕТ-бутылках (активные барьерные свойства по кислороду и диоксиду углерода) | Пиво, белое вино, томатный соус, пасты, джемы, фруктовое пюре, детское питание, напитки |
К примеру, японская компания Toyo Seikan Group разработала серию поглотителей марки Oxyguard на железно-солевой основе, применимых как для гибкой, так и жесткой упаковки. Технология Oxbar от американской Crown Cork&Seal включает использование абсорбента на основе железного порошка, вносимого в качестве срединного слоя в трехслойные РЕТ-бутылки, изготавливаемые выдувным формованием. Непосредственно для крупнейшего производителя пива — компании Miller — фирмой Continental PET был разработан кислородный барьерный материал, основным компонентом которого является «железносолевой порошок»/сополиэстер.
Практически все абсорбирующие кислород компоненты, вводимые в гибкую пленку, содержат «стандартный набор»: окисляемый металл, активаторы (ускорители) окисления и наполнители. Все указанные компоненты должны быть безопасны для контакта с продуктом. Обычно их вносят непосредственно в полимер или как отдельный слой, ламинированный, или соэкстру-дированный к другим слоям (основе).
Как и в случае с пакетиками, кислородные поглотители, «вкрапленные» в пленку или жесткий контейнер, в большинстве своем активируются только при наличии влаги. Для продуктов с сухой консистенцией (с низким показателем aw) на поверхность пленки, кроме абсорбентного слоя, наносят специальный светочувствительный краситель. Он необходим для инициации реакции поглощения. Исследования показали, что в упаковках с сухим продуктом реакция железного порошка с О2 в основном состоянии проходит очень медленно — необходимо перевести кислород в возбужденное состояние. Для этого пленку иллюминируют УФ-излучением (солнечными лучами). «Фотонная бомбардировка» возбуждает молекулы красителя, которые активизируют молекулы О2, переводя их в возбужденное состояние. В таком состоянии молекулы кислорода, диффундирующие в пленку, уже легко принимаются металлом-акцептором и поглощаются им (см. рис. 1).
Абсорбирующие полимеры
Альтернативой кислородным поглотителям на основе железного порошка являются абсорбирующие полимеры, наносимые на поверхность гибкой пленки. Полимеры изначально «предрасположены» к активной реакции с кислородом. Разработанные компанией Cryovac специальные марки полимерных абсорбентов типа OS 1000 включают в себя слой полиэстера
с покрытием из PVDC (поливинилденхлорид), сламинированные с полиэтиленовой пленкой. Запатентованная композиция содержит окисляемый полимер, светоинициатор (УФ-излучение) и катализатор реакции. Активный материал-абсорбент DarEval от фирмы Darex, разработанный на основе EVON (этиленвиниловый спирт), применяется как внутренний или срединный слой в многослойных РЕТ-бутылках. DarEval — полимер «двойного» действия, способный поддерживать постоянный уровень карбонизации в бутылке благодаря EVON, не выпуская диоксид углерода (СО2), и при этом обладающий свойствами активного кислородного поглотителя, не допуская О2 внутрь упаковки. Тесты показали, что DarEval может сократить потери по СО2 до 6% и удерживать этот уровень в течение 6 месяцев, в то время как промышленный стандарт предусматривает норму в 10%. Уровень кислорода удерживается в пропорции 1 часть на миллион в течение 120 дней.
Добавление ферментов
Отдельная ниша кислородных поглотителей — ферменты, иммобилизованные на поверхность полимерных носителей, в качестве которых часто используется гибкая полипропиленовая, полиэтиленовая пленка или жесткий контейнер. Например, добавление и иммобилизация фермента окисидазы глюкозы (естественного моносахарида) и фермента каталазы. Техника реакции при наличии воды такова (см. рис. 2): оксидаза глюкозы окисляет глюкозу до оксида глюкозы и гидроксида водорода. Далее, каталаза катализирует разложение гидроксида водорода на воду и кислород, снижая, в итоге, количество последнего.
Несмотря на технические трудности и значительные затраты, применение биоактивных материалов с иммобилизованными ферментами является перспективным. Сегодня же к активному коммерческому использованию готовы технологии кислородных поглотителей в упаковочных пленках и жестких контейнерах, отдельные пакетики с абсорбентом.
Несмотря на кажущуюся универсальность пакетиков, их рыночное применение осложнено рядом причин. Например, в США потребители неоднозначно отнеслись к их появлению: не всем приятно находить в пищевой упаковке посторонние предметы. Кроме того, существует риск, что пакетик может быть съеден вместе с продуктом.