Рассмотрены роль и значение упаковки в современных процессах пищевого производства, а также основные направления и некоторые формы ее использования.
Производство упаковки пищевых продуктов в настоящее время развивается бурными темпами, в этой сфере происходят не только количественные, но и коренные качественные изменения. Шире используются полимерные и комбинированные материалы, несколько сокращается доля применения традиционных – бумаги, картона, стекла, жести, древесины, ткани. Вместе с тем характеристики традиционных материалов совершенствуются, и находятся новые определенные области их использования. Появляются упрочненное стекло, облегченные металл и стекло, влагостойкие бумага, картон и прочее. Кроме того, большинство традиционных материалов совмещается с полимерными, в результате образуются новые, комбинированные и многослойные материалы и, как следствие, новая упаковка – современная, высококачественная и относительно дешевая.
Изменились и требования к упаковочным материалам. Гигиеничность, прочность, экономичность, барьерность – этот перечень пополнился рядом других качеств. Прежде всего ценятся удобство и экологическая чистота, т. е. возможность быстро и без хлопот воспользоваться упаковкой и тут же утилизировать ее, не нанося вреда окружающей среде («зеленая упаковка»).
В течение многих лет особо подчеркивалась необходимость полной индиффирентности упаковки к пищевому продукту. В настоящее время на упаковку зачастую возлагают технологические функции, включая упаковывание в технологические процессы пищевого производства. Таким образом, достигаются усиление или регулирование нагрева пищевого продукта, поглощение кислорода, паров воды, генерирование углекислого газа, ароматизация продукта, введение консервантов и многое другое. Появился даже термин «активная» упаковка, т. е. упаковка, активно влияющая на пищевой продукт при его изготовлении и хранении.
Современная пищевая технология неотделима от процесса упаковывания. В значительной степени этому способствовало введение таких прогрессивных новшеств, как микроволновый нагрев, хранение в модифицированной газовой среде, асептическое консервирование и др. С этой точки зрения представляется целесообразным более детально рассмотреть роль упаковки в современных процессах пищевого производства.
Упаковка при микроволновом нагреве
Микроволны (токи сверхвысокой частоты) способны проникать в пищевые продукты на значительную глубину, генерируя в них тепло. Эта особенность микроволн легла в основу различных процессов термической обработки в пищевом производстве: при варке, обезвоживании, концентрировании, обжаривании, стерилизации, пастеризации, но особенно часто – для быстрой дефрастации замороженных пищевых продуктов, а также их разогрева перед употреблением.
При использовании микроволнового нагрева к упаковке предъявляются особые требования. Как правило, она должна быть проницаемой для микроволн в диапазоне применяемых рабочих частот (980, 2375 и 2450 МГц) и достаточно термостойкой. При этом она должна соответствовать обычным требованиям к упаковке. Чаще всего в микроволновой технике используется полужесткая тара, например лотки. Изготовляется она из полиэтилентерефталата, в том числе кристаллического, полипропилена и бумаги или картона с термостойкими полимерными покрытиями. При микроволновом нагреве могут использоваться и упаковочные материалы, непроницаемые для микроволн, например, металлическая тара, упаковка из алюминиевой фольги или из металлизированных материалов. В том случае в конструкцию упаковки вводятся элементы, изготовленные из специальных пленок в виде крышек, «окон» и других деталей. Такая «антенная» упаковка применяется в США, Японии и других странах.
Различная микроволновая проницаемость отдельных материалов обусловливает различную степень нагрева содержимого комплексной упаковки в разных ее частях. Это открывает дополнительные преимущества. Например, используя трехъячейковый лоток и комбинированную крышку, можно быстро приготовить комплексный обед, причем первое блюдо будет иметь максимальную температуру (80 – 90 °С), второе – несколько меньшую (60 – 70 °С), а десерт – близкую к комнатной. При явных выгодах микроволнового нагрева пищевых продуктов имеются и ограничения, лимитирующие его использование: во-первых, такой нагрев применим лишь для продуктов – диэлектриков, поскольку по своей природе является диэлектрическим; во-вторых, существуют температурные ограничения до 120 – 140 °С. Для повышения температуры, например, при обжаривании пирожков или получении выпечных изделий прибегают, в частности, к комбинированному нагреву, дополнительно включая в схему производства инфракрасный нагрев, газовый или электрический. Так, в Японии в 1985 г. 60 % всех промышленных установок микроволнового нагрева были комбинированными, а в Великобритании еще в начале 90-х годов таковыми являлись около трети аналогичных установок.
В США проблема была разрешена иначе – путем использования уникального свойства тончайших слоев металлических покрытий (алюминия, нержавеющей стали). Дело в том, что металлизированные пленки могут служить регуляторами нагрева (сусцепторами, рецепторами) в зависимости от их проницаемости, а также от способности поглощать и отражать микроволны. Толщину покрытия алюминия можно оценить исходя из величины оптической плотности. Если оптическая плотность ниже 0,15, то алюминиевое покрытие не оказывает существенного влияния на процесс микроволнового нагрева. Таким образом, микроволновая энергия беспрепятственно проходит через упаковку в массу продукта, нагревая его до определенной температуры. Если оптическая плотность выше 0,32 – микроволны не проходят через слой алюминия, он становится для них непроницаемым. Зато в пределах плотности 0,18 – 0,29 покрытие приобретает свойства регулятора нагрева. Для усиления локального нагрева составляющая поглощения микроволн должна быть не ниже 50 %. В этом случае большая часть тепла генерируется в алюминиевом покрытии. Продукт поджаривается как на сковородке, роль которой выполняет металлическое покрытие. Так обычно готовят пирожки, пиццу или зерна «взорванной» кукурузы.
Общая картина зависимости температуры слоя алюминия (исходя из оптической плотности) от его способности поглощать, пропускать или отражать микроволны представлена в табл. 1.
Таблица 1
|
Поток микроволн, %
|
Градиент тепло- проводности, кал/куб.см
|
Температура покрытия сусцептора (за 4 мин.), С
|
Примерное значение оптической плотности
|
|
Проходит через покрытие
|
Погло-
щается
|
Отражается
|
|
12,4
|
51,8
|
35,8
|
101
|
166,9
|
0.28
|
|
79,
|
15,9
|
4,3
|
60
|
133,2
|
0,24
|
|
86,1
|
11,8
|
2,1
|
41
|
111,6
|
0,20
|
|
92,3
|
7,5
|
0,2
|
15
|
80,5
|
0,17
|
Подбирая состав и толщину сусцептора, можно при соответствующей мощности генератора микроволн довести температуру покрытия до 200ºС и выше. Следует отметить, что в развитых странах, например в США, где развернуто широкое производство готовых блюд и отдельных пищевых продуктов способом микроволнового нагрева, подавляющее большинство семей имеет в своем распоряжении домашние микроволновые печи. В 1985 г. было выпущено около 100 наименований «микроволновых» продуктов с малым содержанием соли, высокой диэлектрической постоянной и т. п. В 1989 г. их число достигло уже четырехсот, а в последующие годы – тысячи наименований.
Упаковка при хранении продуктов питания в модифицированной газовой среде
В данном случае решающее значение имеет состав газовой среды, в которой они находятся. Жиры и масла, кофе и кофейные напитки, продукты детскою питания и сублимационной сушки, сухие завтраки и сухое молоко, а также орехи, мясная кулинария – все это и многое другое быстро портится под воздействием кислорода. Пища резко теряет качество, особенно при хранении без охлаждения: происходит прогоркание жиров, разрушаются витамины, красящие и ароматические вещества, снижается пищевая ценность. Вместе с тем в ряде случаев для сохранения качества продукта присутствие кислорода в газовой среде не только допустимо, но и необходимо. Известно, что красный цвет свежего мяса сохраняется только в присутствии кислорода. При недостатке кислорода красный оксимиоглобин переходит в метмиоглобин, придающий мясу темный нетоварный вид. Кислород позволяет уберечь многие виды свежей рыбы от порчи, причиняемой анаэробной микрофлорой.
Особое значение состав газовой среды имеет при упаковывании физиологически активных продуктов (свежих овощей, фруктов, ягод, грибов). В этом случае ее состав зависит от интенсивности «дыхания» (газообмена кислород/углекислый газ) плодов, которое различно не только для отдельных типов продуктов, но и для отдельных их сортов. В общем виде для хранения физиологически активных продуктов оптимальной является газовая среда, содержащая 2 – 3 % углекислого газа, остальное – азот.
Хранение пищевых продуктов с использованием модифицированной газовой среды (МГС) и регулируемой газовой среды (РГС) осуществляется одним из трех способов:
– заполнение с предварительным вакуумированием барьерной упаковки оптимальной газовой средой и ее герметизация;
– применение барьерной упаковки, снабженной специальными поглотителями и генераторами углекислого газа и кислорода, а также клапанами;
– использование упаковки из материалов с селективной газопроницаемостью, обеспечивающей стабильный состав газовой смеси в процессе хранения.
В первом случае имеем дело с МГС, во втором и третьем – с РГС. Из-за простоты и экономичности чаще применяют МГС. РГС больше подходит для хранения физиологически активных продуктов. В табл. 2 приведены отдельные примеры, иллюстрирующие эффективность использования МГС.
Таблица 2
|
Пищевые продукты
|
Газовый состав в упаковке (МГС), %
|
Сроки хранения в нормальных условиях, сут.
|
|
О2
|
СО2
|
N2
|
В МГС
|
В воздушной среде
|
|
Свежее мясо
|
60
|
30
|
10
|
10-14
|
2-4
|
|
Свежая рыба (камбала)
|
30
|
40
|
30
|
12
|
6
|
|
Сыр
|
1
|
99
|
-
|
60
|
45
|
|
Картофельные чипсы
|
1
|
99
|
-
|
До 40
|
10
|
|
Пирожные (песочные), тосты
|
1
|
99
|
-
|
45-100
|
3-5
|
Для многих пищевых продуктов оптимальный состав МГС – азот или смесь азота с углекислым газом (копченые колбасы, молочный порошок, продукты сублимационной сушки и др.). Здесь надо иметь в виду, что азот – инертный газ, он задерживает рост аэробов, но не препятствует росту анаэробов, а углекислый газ – бактериостатичен, поэтому задерживает рост анаэробов.
Естественно, при хранении в МГС и РГС очень важна роль упаковки. В последнее время ведущее место занимают многочисленные полимерные упаковочные материалы (ламинаты), обладающие высокими барьерными свойствами. По этим свойствам сополимеры EVOH и ПВДХ соизмеримы с металлизированными полимерами и даже приближаются к фольгированным материалам (табл. 3).
Таблица 3
|
Структура пленочного ламината
|
Кислородопроницаемость, мл/куб.м сут. атм.
|
|
25 С
|
0 С
|
|
ЭВА/ПВДХ/ЭВА
|
35
|
2,8
|
|
ПА/иономер сурлин
|
156
|
10,5
|
|
ПА/ПЭ
|
126,5
|
7,8
|
|
ЭВА/EVOH/ПА/ЭВА
|
13,5
|
0,7
|
|
ПВДХ/ EVOH/ПВДХ/ЭВА
|
3,8
|
0,1
|
|
Металлизированный ПЭТ/ПЭ
|
4,2
|
0,2
|
|
Фольгированные плекни (типа ПЭТ-Ф-ПЭ)
|
Менее 0,5
|
Менее 0,01
|
Примечание. ЭВА – сополимер этилен-винилацетат; ПВДХ – сополимер винилиданхлорида с винилхлоридом; EVOH – сополимер эшлен-виниловый спирт; ПА – полиамид, ПЭТ – полиэтилентерефталат, ПЭ – полиэтилен; Ф – алюминиевая фольга.
Упаковка в процессах асептического консервирования
Сущность асептического консервирования – раздельная стерилизация пищевого продукта и тары, а затем герметичная расфасовка стерильного пищевого продукта в стерильных (асептических) условиях. Здесь заложены широкие возможности для выбора типоразмеров тары и упаковки. Однако этоот процесс требует быстрой стерилизации продукта при высокой температуре, что влечет за собой некоторые ограничения. В частности, не всегда применимы современные системы асептическою консервирования для жидких и пастообразных продуктов (чаще других – для молока, соков), а также продуктов, содержащих твердые частицы величиной до 25 – 30 мм (супов, приправ, соусов). И все же области применения процессов асептического консервирования расширяются бурными темпами. Происходит это благодаря новым разработкам в технологии стерилизации пищевых продуктов и развитию техники упаковки. Уже в настоящее время в мире ежегодно изготовляется до 50 млрд упаковок продуктов асептического консервирования. В странах Западной Европы работают более 2500 автоматических установок асептического консервирования, перерабатывающих до 18 млрд л продукции в год.
В многочисленных системах асептического консервирования используются самые различные виды тары, в том числе такие традиционные, как стеклянная и жестяная. Но в современной технологии пальма первенства принадлежит полимерной и комбинированной упаковке. Можно отметить три основных ее типа:
– полужесткая картонная упаковка с полимерными покрытиями и алюминиевой фольгой в качестве барьерного слоя (Тетра-Брик Асептик, Комби-блок, Пьюр-Пак, Тетра-Топ, ГИЛА и др.);
– полужесткая полимерная тара, получаемая в процессах термоформ-фил-сил, дипозит-фил-сил и др. на линиях типа «Хассия», «Хофлигер и Карг» и др., такую тару обычно изготовляют из полипропилена, поливинилхлорида, ударопрочного полистирола, ряда сополимеров и соэкструдатов;
– упаковочная система типа «bag in box» («пакет в ящике»), состоящая из внешнего жесткого каркаса (картонные или фанерные ящики) и эластичного полимерного пакета или мешка-вкладыша, изготовленного из полимерного или комбинированного материала.
Такие системы чаще всего применяются для крупной фасовки таких стерильных продуктов полуфабрикатов как фруктовое пюре, томат-паста и пюре, молоко, соки и их концентраты. Вместимость таких упаковок может достигать десятков, сотен и даже тысяч литров, и они используются при транспортировке продукции на дальние расстояния. Мешки-вкладыши обычно изготовляются из многослойных материалов, состоящих из прочных (ПЭТ, ПА), технологических (полиэтилен, полипропилен, иономер сурлин), барьерных (металлизированный, фольгированный, EVOH) слоев.
Наибольшее распространение получила надежная и дешевая потребительская тара типа Тетра-Брик или Комби-блок, а в последнее время и Тетра-Топ. Такая тара значительно усовершенствована, снабжена легковскрываемыми устройствами, а также сигнальными приспособлениями, предупреждающими о злоупотреблениях (допустим с целью фальсификации содержимого). Большинство упаковок такого рода вполне подходят к разряду «удобных» и «быстрых».
Для стерилизации тары и упаковки в процессах асептического консервирования в различных системах используются:
перегретый пар (металлическая тара);
насыщенный пар (температура выше 100 °С);
горячий воздух (все виды тары);
водные растворы перекиси водорода (комбинированная тара);
радиационная обработка (комбинированная тара, чувствительная к нагреванию);
термический эффект изготовления тары и упаковки (литье под давлением, экструзия, соэкструзия, термоформование). На практике применяется в основном обработка 30 – 40%-ным водным раствором перекиси водорода (часто в сочетании с УФ-излучением) с последующим быстрым обдувом горячим воздухом для разложения остатков перекиси водорода.
Современная прогрессивная упаковка играет не менее заметную роль и в таких технологических процессах пищевых производств, как термическая стерилизация, обезвоживание, в том числе и сублимационным способом, химическое консервирование, радиационная обработка и др.
Значительные теоретические и практические работы по проблеме совершенствования данных способов консервирования с использованием новых видов упаковочных материалов и тары были проведены рядом научно-исследовательских институтов России.
Вышеизложенные представления, естественно, не исчерпывают весь круг проблем, определяющих огромную значимость упаковки в современной пищевой промышленности; они касаются лишь главных направлений и некоторых форм ее использования.
