Обоснование выбора упаковочного материала и способа упаковывания для сохранения качества витаминно-минерального концентрата

Известно, что одним из этапов жизненного цикла продукции (товара), в том числе продукции, вырабатываемой предприятиями пищевой и перерабатывающей промышленности, является этап хранения. Эффективность этапа хранения продукции характеризуется максимальным сохранением её качества и безопасности и в значительной степени зависит от материала, в который она упакована, способа упаковывания и режимов хранения (температура, относительная влажность воздуха и другие). При этом для продукции, содержащей в составе лабильные биологически активные вещества, особенно важным в процессе хранения является минимизировать протекание нежелательных окислительных процессов.

Частично решить задачу минимизации окислительных процессов, а значит и продления сроков хранения пищевой продукции возможно при добавлении консервантов, но это противоречит Стратегии повышения качества пищевой продукции в Российской Федерации до 2030 года. Альтернативой применения консервантов является правильный подбор материала упаковки и способа упаковывания.

Очевидно, что упаковывание и хранение витаминно-минеральных концентратов, содержащих комплекс лабильных биологически активных веществ, применение которого рекомендуется как в рационах человека, так и сельскохозяйственных животных, является важным в приготовлении пищевых продуктов и получении продукции животноводства высокого качества, пищевой ценности и безопасности. С целью обоснования выбора материала для упаковывания таких концентратов рассмотрим материалы, применяемые для упаковывания пищевой продукции.

Для анализа применяемых в пищевой промышленности упаковочных материалов и способов упаковывания были сделаны поисковые запросы в Google Scholar «упаковочные материалы для пищевых продуктов» и «влияние упаковки на сохранение витаминов при хранении пищевых продуктов». Результаты, представленные поисковой системой, содержали научные статьи как отечественных, так и зарубежных ученых.

Обсуждение

Наиболее распространёнными в мировой практике упаковочными материалами для пищевых продуктов являются синтетические полимеры. Однако, экологическая ситуация на планете заставляет всерьёз задуматься о безопасности окружающей среды и применении биоразлагаемых пластиков и полимеров на биологической основе в качестве упаковочных

Группы биополимеров, используемых при производстве упаковочных материалов, условно можно разделить на: непосредственно извлекаемые из биомассы – крахмал, целлюлоза, белки (казеин и глютен); синтезируемые с помощью классической полимеризации – алифатические ароматические сополимеры, алифатические сложные полиэфиры, полилактид, алифатический сополимер (CPLA), с использованием возобновляемых мономеров на основе биологических оснований (молочная кислота и поликапролактоны); вырабатываемые микроорганизмами и генетически модифицированными бактериями полимеры (полигидроксиалканоаты, бактериальная целлюлоза и другие полисахариды) [1].

Несмотря на ряд преимуществ, в числе которых способность улучшать качество пищевых продуктов и выступать в качестве эффективного носителя для введения различных добавок, включая антимикробные препараты, антиоксиданты, красители и другие питательные вещества, высокие газобарьерные свойства и желаемая плёнкообразующая способность (например, для биополимеров на основе изолята сывороточного белка), биоплимеры обладают и недостатками, среди которых низкие влагобарьерные свойства [3, 4]. Повышение влагобарьерных свойств и прочности структуры достигается за счёт внесения наночастиц зеина, целлюлозы и других [5, 6].

В составе биоплимеров, обладающих антиоксидантными свойствами, могут содержаться такие антиоксиданты, как фруктовый экстракт плодов маки, экстракт виноградного танина, антоцианы, экстракты зеленого и черного чая, свежеприготовленная и термически обработанная дубильная кислота, аскорбиновая кислота, порошки специй S. aromaticum и C. cassia , экстракт Yerbamate (I. paraguariensis) , эфирное масло S. Hortensis , карвакрол, катехины, витамин Е, α-токоферол, гидрокситирозолметилкар-бонат, яблочный жмых, катехин или кверцетин, экстракт розмарина, 3-(4-гидрокси-3-метокси-фенил) пропионовая кислота.

Антиоксидантную способность полиолефинам (полиэтилену высокой плотности, линейному полиэтилену низкой плотности и полипропилену) можно повысить путем смешивания в расплаве с танинами винограда. При этом предел активной концентрации танинов, например, для полипропилена, составляет 1% [7].

Перспективным направлением в области упаковки пищевой продукции является применение съедобной плёнки, например, на основе полисахаридов. Экологически безопасную плёнку можно получить из хитозана с последующим нанесением её на поверхность фруктов и овощей с целью продления сроков хранения. Кроме этого, плёнка из хитозана, нанесённая на поверхность тунца, используется не только в целях продления сроков хранения, но и для его обжаривания и бездымного копчения. Для продления сроков хранения овощей и фруктов также применяют плёнки на основе геля алое вера, обладающего, помимо барьерных функций в отношении влаги и кислорода воздуха, ещё и антимикробными свойствами [8].

Плёнка, полученная из смеси каррагинана и многоатомного спирта, может использоваться для упаковывания и хранения порошкообразных сухих пищевых продуктов и жиров. Для хранения свежего мяса может применяться плёнка, полученная из альгината, имеющая высокую эластичность, а для замороженных мясных продуктов – плёнка из крахмала. Целлюлоза и её модификации, используемые в качестве плёнкообразующей основы, пригодны для покрытия мясных отрубов и полуфабрикатов, кулинарных изделий и другой продукции, обеспечивая влагоизоляционные свойства [8].

Особенностью применения съедобных плёнок, по сравнению с полимерными, является необходимость выполнения сразу двух условий, с одной стороны, наличие высоких барьерных свойств, а с другой стороны, возможность их употребления в пищу. С точки зрения употребления плёнки в пищу, основными являются характеристики – водопоглотительная способность и прочность. Высокая водопоглотительная способность пищевой плёнки обеспечивает достаточную перевариваемость и усвоение желудочно-кишечным трактом, а повышение прочности плёнки способствует снижению её пережёвывания. Другими словами, съедобная плёнка из полисахаридов должна обладать высокой водопоглотительной способностью и прочностью, достаточной для сохранения целостности упаковки. При исследовании степени водопоглощения образцов съедобной плёнки на основе яблочного сырья, имеющих от одного до десяти слоёв, при температурах 25, 60 и 90 °С и длительности 30, 60 и 90 мин было установлено, что водопоглотительная способность с увеличением количества слоёв возрастает. Прямопропорциональную зависимость имеет водопоглотительная способность образцов плёнки также от повышения

На территории Российской Федерации биополимеры применяются не так активно, как в зарубежных странах, о чём свидетельствуют, в том числе научные исследования по применению упаковочных материалов, используемых в производственных циклах предприятий пищевой промышленности.

Так, при сопоставлении результатов хранения говяжьих стейков под вакуумом и с применением модифицированной газовой атмосферы с О 2 , СО 2 и N 2 в упаковку со свободным пространством и в упаковку со сниженным на 60% свободным пространством, установлено, что снижение свободного пространства, а, следовательно, и снижение содержания кислорода способствовало повышению эффективности хранения стейков в течение 14 дней при температуре 3 ± 1 °С по микробиологическим показателям. По стабильности цвета охлаждённой говядины лучшие результаты показали образцы, хранившиеся при повышенном содержании углекислого газа. Следует отметить, что образцы упаковывали с помощью упаковочной машины Variovac (VariovacPrimus, Zarrentin, Германия) в пакеты OPA / EVOH / PE (ориентированный полиамид / этиленвиниловый спирт / полиэтилен Dynopack, POLIMOON, Kristiansand, Норвегия) с низкой газопроницаемостью. В связи с этим, перспективным является хранение мясной продукции в упаковке из полимерных материалов под вакуумом или с применением модифицированной газовой среды [10].

Хранение стерилизованного и ультрапасте-ризованного молока в пакетах из трёхслойной полиэтиленовой плёнки, наполненной диоксидом титана, в течение 10 суток обеспечивало сохранение витамина С на уровне 40–45% от начального содержания, в то время, как в стеклянной упаковке уже на вторые сутки содержание витамина С составляло 36% от начального содержания. Эффект снижения скорости распада витамина С при хранении молока в трёхслойной полиэтиленовой плёнке достигается за счёт высокой её светонепроницаемости [11].

В апельсиновом соке, асептически расфасованном в пакеты из комбинированных материалов на основе картона, полиэтиленовой плёнки и алюминиевой фольги (TetraBrick и Combifit), при пониженном до 0,5 мг/дм3 содержании кислорода, после хранения в течение 6 месяцев при температуре 25±3 °С снижение концентрации витамина С составило 26% для Combifit (с воздушной подушкой), что на 12% быстрее, чем в TetraBrick (14%) (без воздушной подушки) [12].

В настоящее время при упаковывании пищевой продукции в качестве стерилизации применяют физические методы воздействия такие, как облучение. В результате исследований воздействия на упаковочный материал полиамид / полиэтилен/этиленвинилацетат (PA/PE/Eva), толщиной 55 мкм фирмы Fresh-pack Solutions (Марка TopFRESH CV 55) радиационного γ-облучения в пределах 3–18 кГр установлено, что при γ-облучение в дозах 6 кГр изменения в структуре плёнок незначительны. При увеличении дозы облучения до 9 кГр возможно нарушение физико-химических и барьерных свойств из-за деструкции и окисления плёнок с промежуточной стадией сшивания. На основании полученных данных сделан вывод о целесообразности применения указанных упаковочных материалов в сочетании с обработкой γ-облучением [13].

В процессе хранения пищевой продукции в ней протекает ряд процессов: физические, химические, биохимические и микробиологические. В связи с этим, при выборе материала и способа упаковывания важно понимать, на какие именно показатели продукции следует обращать особенное внимание.

Согласно классификации Резго Г.Я. и Николаевой М.А., пищевую продукцию по содержанию в ней влаги можно разделить на 5 групп: очень сухие товары (влажность 0,1– 12,0%); сухие товары (влажность 13,0–15,0%); товары со средней влажностью (26,0–60,0%); товары с повышенной влажностью (61–90%); товары с очень высоким содержанием влаги (91–99,9%) [14].

Заключение

Витаминно-минеральный концентрат, для которого проводилось аналитическое исследование с целью подбора материала упаковки и способа упаковывания, согласно представленной классификации, относится к сухим товарам, поскольку содержание влаги в нём находится

Таким образом, на основании литературных данных, касающихся эффективности применения материалов и способов упаковывания пищевой продукции, для упаковывания витаминноминерального концентрата целесообразно в качестве материала для упаковки использовать полимерные плёнки, обладающие высокой свето- и газонепроницаемостью, позволяющей снизить скорость протекания окислительных процессов, а, следовательно, сократить потери содержащихся в нём лабильных биологически активных веществ, а также применять способ упаковывания, обеспечивающий отсутствие кислорода воздуха, то есть способ с применением вакуумирования. При широком распространении в качестве упаковочных материалов биополимеров целесообразно будет использовать плёнки с высокими влагобарьерными свойствами, содержащие антиоксидантные компоненты, которые наряду со снижением потерь лабильных биологически активных веществ за счёт упаковывания витаминно-минерального концентрата вакуумированием, обеспечат дополнительный эффект снижения скорости потерь указанных веществ.

Кроме этого, необходимо рассмотреть возможность применения в качестве упаковочного материала съедобной плёнки, например, из яблочного сырья. Главным препятствием её применения является высокая чувствительность к высоким температурам вследствие термической деструкции пектиновых веществ и необходимость вакуумного упаковывания при повышенных температурах для минимизации содержания кислорода воздуха.