Влияние ультрафиолетового излучения на санитарно-гигиенические показатели полиэтиленовой пленки, наполненной неорганическими компонентами, для молочной продукции

Введение . Проблема защиты окружающей среды приобретает глобальный характер. Резкое увеличение отходов синтетических полимерных материалов, производимых практически во всех отраслях, выводит на первый план вопросы, касающиеся экологии. Химический состав и структура упаковочных материалов определяют не только безопасность их использования при контакте с продуктом, но и обеспечивают комплекс требуемых функциональных свойств, благодаря использованию различных модификаторов органической и неорганической природы, которые также позволяют улучшить переработку таких материалов на современном оборудовании [1–4]. Данная разработка в перспективе позволит обеспечить сохранность продукции на всем протяжении ее срока хранения, а после истечения – существенно снизит нагрузку на окружающую среду и экологию [4].

Наиболее перспективным и экономически целесообразным способом создания таких полимерных материалов является замена части синтетической основы неорганическими наполнителями в различных концентрациях (10,0–

70,0 %масс), направленная на получение материалов и изделий с регулируемым сроком службы, т. е. способных к деградации под воздействием различных факторов.

Нами проводятся исследования, связанные с определением санитарно-гигиенических характеристик полимерной полиэтиленовой пленки, наполненной неорганическими компонентами на основе СаСО 3 , после воздействия ультрафиолетового излучения при различных режимах.

Мел или карбонат кальция используется в малых и средних дисперсионных наполнителях, добавляется в полипропилен, который применяется для изготовления полимерной упаковки различного назначения [5, 6].

Благодаря своим свойствам наполненные мелом полимерные материалы обладают эстетической матовостью, практически не расслаиваются, имеют низкую твердость и легко перерабатываются совместно с полимерами класса полиолефинов. Кроме этого, такие материалы имеют предпосылки к ускоренному разрушению полимерной упаковки после завершения ее жизненного цикла [4, 5–7].

Перед отечественными и зарубежными учеными давно стоит одна из важнейших задач по разработке упаковочных материалов и технологических решений, направленных на создание синтетических полимеров, имеющих склонность к ускоренному «состариванию» или деградации [8-10]. При этом стоит отметить, что при выборе подходов к созданию таких материалов следует уделить особое внимание изучению свойств, сроков и условий хранения пищевой продукции для того, чтобы исключить возможность начала процесса деградации до момента окончания жизненного цикла упакованного продукта [11, 12]. В качестве одного из таких решений может быть использовано ультрафиолетовое излучение, которое (при определенных режимах облучения) оказывает существенное влияние на скорость фотодеструкции и разрушения материала [13-16].

Модифицирование наполненных полимерных изделий обычно осуществляется за счет получения композиции гранул полимера с высокой концентрацией наполнителя - «суперконцентрата».

При использовании технологии модифицирования с помощью концентратов увеличивается равномерность распределения наполнителя в полимерной матрице [17].

Санитарно-эпидемиологическая безопасность упаковочных материалов и потребительской полимерной упаковки, контактирующей с пищевыми продуктами, обеспечивается исследованиями при проведении ее санитарноэпидемиологической экспертизы. Основа таких исследований - определение миграции веществ из упаковочного материала в стандартную среду, моделирующую тот или иной тип продукта. Затем идентифицируют мигрант, определяют его количество, при необходимости проводят токсикологические испытания. Миграция химических веществ из полимерных материалов определяется, главным образом, их свойствами и, в первую очередь, химической стойкостью, которая зависит от строения полимера, наличия двойных связей, функциональных групп (гидроксильных, карбоксильных, аминных, галогенных), концевых групп, «слабых» мест и т. д. Большое влияние на химическую стойкость материала оказывают также природа наполнителя, пластификатора и других добавок и их содер- жание [18]. Для получения объективных данных по миграции летучих органических соединений из полимерной упаковки в упакованный молочный продукт необходимо также учитывать время контакта упаковки с продуктом и правильно подобранные модельные среды. В соответствии с требованиями технического регламента таможенного союза «О безопасности упаковки» для молочной продукции со сроком хранения более 3 сут время экспозиции должно составлять 10 сут, а в качестве модельных сред следует использовать: дистиллированную воду, 0,3 % раствор молочной кислоты и 3,0 % раствор молочной кислоты. Однако для других пищевых продуктов используют другие модельные среды. Учитывая, что в современные виды молочных продуктов добавляют плодово-ягодные компоненты (например, йогурты) и другие наполнители, представляло интерес расширить гамму используемых модельных сред для проведения исследований.

Цели исследования: получение новых экспериментальных данных о влиянии ультрафиолетового излучения на санитарно-гигиенические характеристики полимерных полиэтиленовых пленок, наполненных СаСО з , для молочной и пищевой продукции после воздействия на них ультрафиолетовым излучением.

Для реализации поставленной цели по изучению санитарно-гигиенических показателей были поставлены следующие задачи :

• -    разработать экспериментальную макетную установку на основе источника УФ-излучения постоянного горения;

• -    провести исследования по влиянию ультрафиолетового излучения от ртутной бактерицидной лампы постоянного горения с длиной волны 247 нм на интенсивность миграции летучих органических соединений. Излучение при определенных условиях может приводить к процессам окисления и деструкции, что в свою очередь инициирует миграционные процессы летучих органических соединений. Интенсивность данного процесса может свидетельствовать о протекающих процессах окисления материала и позволит прогнозировать динамику изменения скорости деструкции или «деградации» полимерных наполненных материалов.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования являлись пленка полиэти- леновая, наполненная карбонатом кальция (СаСО3) в концентрации 50 и 70 %масс. Данные материалы в настоящее время нашли широкое применение в молочной и пищевой отрасли для производства упаковки различных формфакторов.

Образцы исследованных пленок с различным содержанием СаСО 3 подвергали воздействию ультрафиолетового изучения от источника постоянного горения с длиной волны 247 нм. Для этого был сконструирован экспериментальный макетный стенд, представленный на рисунке 1.

Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной макетной установки по облучению полимерных материалов

Экспериментальная установка состоит из блока питания и источника ультрафиолетового излучения. В качестве источника света нами была выбрана лампа TUV 15W/G 15 T8 LONG LIFE фирмы Philips. Установка оснащена пультом управления и возможностью регулирования расстояния между источником излучения и поверхностью облучаемого материала.

Для выявления миграции химических веществ из полимерного материала были проведены исследования вытяжек из наполненных полимерных пленок в различных модельных средах: дистиллированная вода; 0,3 % раствор молочной кислоты; 3,0 % раствор молочной кислоты; 5 % раствор поваренной соли; 2 % рас- твор уксусной кислоты, содержащий 2 % поваренной соли; 2 % раствор лимонной кислоты. Исследования проводились на газовом хроматографе «Кристаллюкс 4000М» с капиллярными колонками ZB-WAX 60×0,53×1,0 и ZB-624 60×0,53×3,0. Перед испытаниями образцы наполненных пленок подвергались воздействию ультрафиолетового излучения. Выбор режимов облучения обусловлен ранее проводимыми работами ученых и специалистов ФГАНУ «ВНИ-МИ», занимающимися вопросами изучения бактерицидных свойств ультрафиолетового излучения, по отношению к различным микроорганизмам и представлен в таблице 1 [19–21].

Таблица 1

Режимы воздействия ультрафиолета на поверхность наполненных полиэтиленовых пленок

Номер режима	Варьируемый показатель
	Расстояние от источника излучения до поверхности материала, мм	Длительность воздействия, мин
1	10	15
2	1	5

Результаты исследования и их обсуждение. Проведенное исследование показало, что УФ-воздействие на образцы полимерной пленки, наполненной СаСО3 с концентрацией 70 и 50,0 %масс, в выбранных режимах не вызывает миграции вредных веществ в значениях, превышающих нормы предельно допустимых концентраций (ДКМ, мг/дм3) во всех исследуемых модельных средах. В вытяжках из образцов по- лимерных пленок в молочной кислоте обнаружены незначительные количества метанола и ацетальдегида (0,05–0,06 мг/дм3). В модельной среде на основе лимонной кислоты при всех режимах облучения наблюдаются наибольшие значения миграции летучих органических соединений. Хроматограммы проведенных исследований представлены на рисунке 2, 3. Результаты отражены в таблице 2.

Рис. 2. Хроматограмма вытяжки (2,0 % раствор лимонной кислоты) из полимерной пленки, наполненной СаСО 3 с концентрацией 70 %, после воздействия УФ-излучением при режиме 1

Рис. 3. Хроматограмма вытяжки (2,0 % раствор лимонной кислоты) из полимерной пленки, наполненной СаСО 3 с концентрацией 50 %, после воздействия УФ-излучением при режиме 2

В выбранных режимах излучения расстояние от источника до поверхности в диапазоне от 1 до 10 см не оказывают влияния на интенсивность миграции летучих органических соединений в от- личие от длительности воздействия. При воздействии УФ-излучения в течение 15 мин наблюдается увеличение концентрации метанола и ацетона до 0,08–0,11 мг/дм3.

Таблица 2

Результаты анализа миграции летучих органических соединений из полимерной пленки, наполненной СаСО 3

Вещество, мг/дм3	Норма по ТР ТС 005/2011	Погрешность метода контроля	Фактическое значение
			Концентрация наполнителя 50 %	Концентрация наполнителя 70 %
Без облучения (модельная среда – 2 % раствор лимонной кислоты)
Ацетон	Не более 0,1	(±16,6 % относит.)	0,06	0,07
Метиловый спирт	Не более 0,2	(±14,0 % относит.)	0,07	0,07
Режим 1 (модельная среда – 2 % раствор лимонной кислоты)
Ацетон	Не более 0,1	(±16,6 % относит.)	0,08	0,08
Метиловый спирт	Не более 0,2	(±14,0 % относит.)	0,11	0,10
Режим 2 (модельная среда – 2 % раствор лимонной кислоты)
Ацетон	Не более 0,1	(±16,6 % относит.)	0,08	0,07
Метиловый спирт	Не более 0,2	(±14,0 % относит.)	0,11	0,08

Выводы. Результаты исследования полимерных пленок, наполненных СаСО 3 в концентрации 50,0–70,0 %масс, при воздействии на них УФ-излучения в различных модельных средах показывают селективную миграцию летучих органических соединений в зависимости от используемой модельной среды.

В вытяжке на основе лимонной кислоты при всех режимах облучения наблюдаются наибольшие значения миграции летучих органических соединений. Однако их содержание не превышает норм ДКМ, мг/дм3, и соответствует требованиям ТР ТС 005/2011.

На интенсивность миграции летучих органических соединений не влияет расстояние от источника излучения до поверхности образца, составившее в настоящем исследовании от 1 до 10 см.

УФ-облучение в определенных режимах оказывает влияние на санитарно-гигиенические показатели высоконаполненных полимерных пленочных материалов класса полиолефинов. При воздействии облучения поверхности полимерных материалов с содержанием СаСО3 50,0 и 70,0 % в течение 15 мин происходит увеличение концентрации некоторых веществ (метанола и ацетона) до 0,08–0,11 мг/дм3 по сравнению с необлученны-ми материалами. Это, опосредованно, может свидетельствовать об инициировании процесса деструкции материала, что позволит прогнозировать снижение экологической нагрузки и облегчить процесс переработки или утилизации на полигоне после окончания ее «жизненного» цикла.