CC BY
43
УДК 67.014
К. Б. Гурьева, Ю. О. Сумелиди, О. Н. Магаюмова, А. Н. Голованова, С. Л. Белецкий, А. В. Акулинцева
Применение современной полимерной упаковки для зашиты от влияния внешних факторов и увеличения сроков хранения гречневой крупы
Ключевые слова: качество, кислотное число жира, равновесная влажность, полипропиленовые мешки, условия хранения, многослойные пленки, крупа гречневая.
Keywords: quality, acid number of fat, equilibrium moisture, polypropylene bags, storage conditions, multilayer packages, buckwheat.
Описываются проведенные анализы защитных свойств современных пленочных материалов, перспективных для упаковки крупы. Испытаны три вида многослойных пленок, в том числе пленка СKYOVAC® для вакуумной упаковки. Показано, что применение композитных полимерных материалов с улучшенными барьерными свойствами и использование ваку-умирования позволяет существенно снизить скорость нарастания кислотного числа жира в гречневой крупе.
Крупа относится к гигроскопическим продуктам, реагирующим на изменение параметров внешней среды. Изменение потребительских свойств крупы при длительном хранении во многом определяется видом упаковки, ее способностью обеспечивать надежную защиту продукта от неблагоприятного влияния окружающей среды благодаря барьерным свойствам. Упаковка должна защищать гречневую крупу в первую очередь от проникновения паров влаги, так как повышение активности воды в крупе приводит к интенсификации критических процессов разложения нутриентов, а превышение равновесной влажности крупы — к появлению влаги, слабоудерживаемой поверхностью крупинок, что способствует развитию различных физико-химических, химических и микробиологических процессов [1]. Кроме этого, большое влияние на сохранность гречневой крупы оказывает кислород, который активизирует гидролиз и про-горкание жира. Активность липаз, способствующих гидролитическим процессам разложения ли-пидов крупы, стимулируется наличием свободной влаги.
Одним из способов увеличения срока хранения круп является создание условий, исключающих
(замедляющих) окисление и увлажнение продукта, приводящие к порче. Для обеспечения длительной сохранности гречневой крупы необходимо использовать упаковочные материалы, обладающие высокими барьерными свойствами по отношению к кислороду воздуха, парам воды и посторонним запахам [2, 3].
Сегодня наиболее экономичным и эффективным видом упаковки сыпучих пищевых продуктов стали тканевые полипропиленовые мешки. Эксплуатационные преимущества таких мешков заключаются в их высокой прочности и малой цене. Они не загрязняют продукцию ворсом, волокнами, что характерно для традиционных материалов, имеют высокую стойкость к различным биоповреждениям (микроорганизмами, насекомыми и т. д.). В комплекте с полиэтиленовыми вкладышами такие мешки защищают продукты от увлажнения и проникновения пыли. Несмотря на ряд эксплуатационных преимуществ, тканевым полипропиленовым мешкам присущи недостатки, главный из которых высокая проницаемость по отношению к кислороду и посторонним запахам.
Следовательно, возникла необходимость в поиске новых упаковочных материалов с высокими барьерными свойствами, какими являются многокомпозитные пленки.
В области применения барьерных пленок для упаковки продуктов питания существует тенденция к использованию сложных многослойных структур с точно спроектированными сочетаниями прочности, газо- и паропроницаемости, а также избирательно проницаемых структур, которые пропускают только определенные газы и определенное количество влаги.
Наиболее распространенными типами упаковочных материалов являются полимерные пленки с количеством слоев от 2 до 5. Среди материалов
с чрезвычайно высокими барьерными свойствами встречаются пленки с 11 слоями и более, каждый из которых выполняет свою определенную функцию.
Обычно внешние слои многослойных упаковочных материалов представляют собой прочные прозрачные пленки, изготовленные из таких материалов, как полиэфиры или полипропилен. Средние слои содержат барьерные пленки. Слой, вступающий в контакт с упакованным содержимым, часто изготавливается из полиэтилена высокого давления. Иногда в целях повышения прочности или барьерных свойств упаковки вводят дополнительные слои. Для скрепления некоторых из этих слоев между собой используют адгезивы. Наиболее часто адгезивами являются пленки из этилен-винилаце-татных (EVA) и этилен-акриловых сополимеров.
Кроме специфических требований, зависящих от типа упаковываемого товара и условий его хранения, имеется ряд общих требований к пленочным материалам, контактирующим с пищевыми продуктами. Основные требования: полимерная упаковка должна соответствовать требованиям гигиенических нормативов и сопровождаться документацией, удостоверяющей ее безопасность и качество, обеспечивать сохранность и товарный вид продукта при транспортировке и хранении. С июля 2012 г. тара и упаковка должны соответствовать требованиям Технического регламента Таможенного союза ТР ТС 005/2011 «О безопасности упаковки», утвержденного решением комиссии Таможенного союза 16.08.2011 г. № 769. Цель данной работы — изучить влияние различных видов упаковки на сохраняемость гречневой крупы.
На основании изучения рынка тароупаковочных материалов, применяемых для упаковки сыпучих продуктов, с учетом заданных свойств для проведения лабораторных испытаний были выбраны образцы трех многослойных пленок для упаковки крупы:
Трехслойная пленка СKYOVAC® фирмы Sealed Air. Внутренний слой пленки представлен линейным полиэтиленом высокого давления LLDPE. Второй слой выполнен из полипропилена, обладающего высокой стойкостью к кислотам, щелочам, растворам солей и другим неорганическим агрессивным средам. Внешний слой пленки состоит из полиамида, который обладает высокой прочностью на разрыв, высокими барьерными свойствами по отношению к кислороду и высокой стойкостью к износу, имеет высокую температуру размягчения и выдерживает стерилизацию при температуре до 140 °С.
Трехслойная комбинированная пленка PA/HV/ PE. Пленки типа полиэтилен — полиамид (PA/ PE) сочетают высокие газобарьерные свойства и термоформуемость, а также высокую прочность и эластичность. Слой полиэтилена защищает продукт от возможного увлажнения, слой полиами-
да — от проникновения кислорода. Используемые в работе пленки PA/HV/PE изготовлены способом коэкструзии, где слой HV представляет собой ад-гезив — вещество, способное соединять материалы путем поверхностного сцепления. Адгезионный слой выполнен на основе полиолефинов и (или) сополимеров полиолефинов.
Трехслойная комбинированная пленка PA/ EVOH/PE. Внешний слой пленки выполнен из полиамида, внутренний слой — из полиэтилена. Сополимер этилена и винилового спирта (сополимер EVOH) находится между слоями полимерных пленок и характеризуется хорошим сочетанием прочности, гибкости и прозрачности. Специфическая конфигурация молекулы EVOH придает ему уникальные барьерные свойства по отношению к газам. По проницаемости пленки с сополимером EVOH приближаются к пленкам с алюминиевым покрытием аналогичной толщины.
Помимо современных более дорогих пленок, проводили исследования в классических упаковках: полипропиленовом тканевом мешке (PP) на 50 кг и полипропиленовом тканевом мешке с полиэтиленовым мешком-вкладышем (PP + PE) на 50 кг.
Каждый полимер имеет определенную температуру плавления, таким образом, данный показатель может использоваться для идентификации продукта по его теплофизическим характеристикам. Дифференциальный сканирующий калориметр DSC 204 F1 Phonix измеряет тепловой поток, излучаемый или получаемый эталоном и образцом, как функцию температуры и времени. На данном приборе нами была подтверждена подлинность состава выбранных для эксперимента пленок.
Для оценки качества гречневой крупы, хранившейся в различных упаковках, было исследовано кислотное число жира (КЧЖ) крупы, которое позволяет интегрально оценить потребительские характеристики крупы. На рис. 1 представлены экспериментальные данные об изменении кислотного числа жира гречневой крупы, хранившейся в течение 24 месяцев в различных полимерных упаковках. В табл. 1 рассчитана интенсивность изменения КЧЖ исследуемых образцов гречневой крупы при хранении. Образцы гречневой крупы были произведены на одном крупозаводе с одной датой выработки, хранились в условиях неотапливаемых складских помещений ЦФО.
В качестве объектов исследования использованы модельные образцы:
• гречневая крупа, упакованная в вакуумную пленку СRYOVAC® max, — остаточное давление внутри пакета 50 кПа, масса загрузки — 1,5 кг;
• гречневая крупа, упакованная в вакуумную пленку СRYOVAC® min, — остаточное давление внутри пакета 5 кПа, масса загрузки — 1,5 кг;
• гречневая крупа, упакованная в многослойную пленку PA/HV/PE, — масса загрузки 2 кг;
Рис. 1
Изменение КЧЖ исследуемых образцов при хранении:
— стандартный полипропиленовый мешок;
— полипропиленовый мешок с полиэтиленовым вкладышем;
— многослойная пленка РА/EVOH/PE с улучшенными барьерными характеристиками; ^ф^т — вакуум-пакет CRYOVAC® max and min; ■!(■ — многослойный пакет PA/HV/PE
Таблица 1
Интенсивность изменения кислотного числа жира в исследуемых образцах гречневой крупы
Упаковка
Продолжительность хранения, месяцы
Интенсивность нарастания КЧЖ, КЧЖ/мес.
PP
PP + PE PA/EVOH/PE CRYOVAC® (режим вакуумирования max/ min)
PA/HV/PE
24 24 24 24
24
0,18 0,17 0,06 0,06
0,07
• гречневая крупа, упакованная в многослойную пленку PA/EVOH/PE, масса загрузки 2 кг;
• полипропиленовый тканый мешок (PP), масса загрузки 50 кг;
• полипропиленовый тканый мешок с пленочным полиэтиленовым мешком-вкладышем (PP + PE) толщиной 10 мкм, масса загрузки 50 кг.
Результаты исследования образцов свидетельствуют, что использование перспективной упаковки эффективно для длительного хранения продукта, так как КЧЖ в данных образцах подвергся наименьшим изменениям. Так, динамика изменения КЧЖ в образцах, хранившихся в пленках PA/ EVOH/PE, CRYOVAC® vacuum min/max, PA/HV/ PE, одинакова, а КЧЖ после 24 месяцев хранения намного ниже, чем в образцах, хранившихся в стандартном полипропиленовом мешке. В поли-
пропиленовом мешке с полиэтиленовым вкладышем динамика нарастания КЧЖ ниже, чем в полипропиленовом мешке без вкладыша, однако выше, чем в упаковке из исследованных многослойных пленок. Различий в динамике КЧЖ в образцах, хранившихся в пленке CRYOVAC® vacuum при различных режимах вакуумирования (min/max), не выявлено.
В табл. 2 приведена информация из технических паспортов о газо- и паропроницаемости исследуемых пленок.
Имеющаяся информация показала, что мешок из PP обладает наибольшей газопроницаемостью по кислороду (1297 см3/ м2 за 24 ч) и паропро-ницаемостью (44,6 г/ м2 за 24 ч). Данные показатели объясняют колебания влаги в крупе при хранении и более интенсивный рост КЧЖ. В свою очередь, газопроницаемость по кислороду пленки PA/EVOH/PE составляет 5,9 см3/ м2 за 24 ч, а па-ропроницаемость 5,1 г/ м2 за 24 ч, что объясняет более надежную защиту продукта от внешних воздействий. Толщина пленки PA/EVOH/PE составляет 67—66 мкм. Однако данный вид упаковки не предусматривает хранение в вакууме и герметичное затаривание продукта, в связи с чем процессы порчи идут, но с низкой интенсивностью. Полимерная вакуумная пленка CRYOVAC® имеет следующие характеристики: толщина — 97—101 мкм, газопроницаемость по кислороду — 12 см3/ м2 за 24 ч, по паропроницаемости — 6,7 г/ м2 за 24 ч. Защитные свойства данной пленки возрастают за счет герметичного хранения продукта в условиях вакуума.
Таблица 21 Сравнительные характеристики исследуемых полимерных пленок
Состав композитной пленки Толщина, мкм Газопроницаемость по О2, Паропроницаемость,
см3/ м2, за 24 ч г/ м2, за 24 ч
CRYOVAC® 97-101 12 6,7
PA/HV/PE 83-84 72 10,7
PP 22-24 1297 44,6
PP+PE 45-47 688 3,6
PA/ EVOH /PE 67-66 5,9 5,1
Хранение гречневой крупы в инновационной упаковке в течение 24 месяцев позволило обеспечить значение КЧЖ такого же уровня, как при хранении крупы в полипропиленовом мешке в течение 12 месяцев или в полипропиленовом мешке с полиэтиленовым вкладышем в течение 18 месяцев. Если использовать полученные результаты для построения шкалы прогнозирования, можно предположить, что значение КЧЖ 13 мг КОН/г при хранении в инновационной упаковке будет достигнуто после 30—34 месяцев хранения, что превышает сроки хранения по ГОСТ 26791—89 в 1,5 раза. Результаты исследования показывают, что использование композитных полимерных материалов с улучшенными барьерными свойствами и вакуумированием позволяет существенно снизить скорость гидролиза липидов и ухудшения потребительских свойств.
В целях сравнительной оценки физико-механических свойств традиционной и перспективной упаковки, используемой для длительного хранения гречневой крупы, были проведены физико-механические испытания упаковочных материалов в соответствии с ГОСТ 14236—81 «Пленки полимерные. Метод испытания на растяжение» и ГОСТ 29104.4—91 «Ткани технические. Метод определения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве» на разрывной машине Z005 фирмы ZWICK/ROELL (расстояние между зажимами 50 мм, скорость растяжения 100 мм/мин). Изменение физико-механических ха-
рактеристик упаковочных материалов за 18 месяцев складского хранения представлено на рис. 2 и 3 хранения.
Как видно из рисунков, значительное снижение физико-механических характеристик наблюдалось для пленки РЛ/ЕУОМ/РЕ. Потеря эластичности при этом сопровождается снижением механической прочности пленки. Наиболее стабильные характеристики как по прочности, так и по эластичности имеет пленка РЛ/НУ/РЕ. Пленки СКУОУЛС® имеют средние прочностные характеристики и заметное снижение эластичности во время хранения, также не выявлено значительных различий в изменениях физико-механических характеристик при различных режимах вакуумирования (тах/тт). Упаковочный материал из РР характеризуется значительным снижением относительного удлинения, особенно в поперечном направлении, и стабильным значением прочности. Полипропиленовый мешок с полиэтиленовым мешком-вкладышем характеризуется удовлетворительными прочностными и эластичными характеристиками после хранения.
Таким образом, экспериментально установлена эффективность от применения исследуемых нами композитных полимерных материалов с улучшенными барьерными свойствами и использования ва-куумирования для увеличения сроков хранения гречневой крупы. Улучшенные барьерные свойства изучаемых материалов позволяют существен-
н
£ н
й н
3 а ^ 5
К) и
й й а а
н й
& и I
Щ §
о ^ и
Л
Ц
о чд о а н
10
0
10
20
н °
м Н
8 §
% 13
И Ц
^ и
а н
н Й
а и
н §
ф о
н н
Продолжительность хранения, месяцы 500
450 400 350 300 250 200 150 100 50
0
10
20
Продолжительность хранения, месяцы
и и н е л
и
а р
н
аа Н д
щ §
о н
№
70 60 50 40 30 20 10
еж
0
—I— 10
20
Продолжительность хранения, месяцы
600
и р
н §
ео ин н р
ее нр
ие
* §
до ^ И и
500
400
300
200
100
0 10 20 Продолжительность хранения, месяцы
Рис. 2
Влияние продолжительности хранения на физико-механические свойства пленочных материалов:
СЕУУАС®тах; ^^ — РА/ЕУОН/РЕ; — СПУТАСФтт;
мрав — РА/НУ/РЕ; а|||в — РЕ мешок-вкладыш
й о н
л ч о чд о
а щ н *
и н
а н и
и ^
ft ^
а н
и а и и
а
ю «
рц
30
25
20
н 15
10
0
5
—I— 10
15
20
о и
л
Ц
о
чд о
ft щ н *
и Н
а н
ft ^
а н
и а и и
а ю а РЦ
11,6 11,5 11,4 11,3 11,2 11,1 11 10,9 10,8 10,7
Продолжительность хранения, месяцы
0 5 10 15 20
Продолжительность хранения, месяцы
и
ы р
раи,
ии рн н ф
30 25 20 15 10 5
~г
0 5 10 15 20 Продолжительность хранения, месяцы
и
ы р
раи,
ии рн Н ф
о н о f
не
о н т
О
140 120 100 80 60 40 20
0 5 10 15 20
Продолжительность хранения, месяцы
Рис. 3 \ Изменение физико-механических характеристик упаковочного материала из PP
но снизить скорость нарастания КЧЖ в продукте и обеспечить надежную защиту крупы от влияния внешних факторов. Также выявлен характер изменения физико-механических характеристик исследуемых полимерных материалов в условиях складского хранения.
Литература
1. Салун И. П., Смирнова Н. А., Мудрецова-Висс К. А. Хранение круп. М., 1967.
2. Гурьева К. Б., Иванова Е. В., Панкрухина Г. Н. Исследование влияния упаковочных материалов на качество круп при хранении: сб. науч. тр. Международ. пром. акад. Вып. УП/1 / Под. ред. В. А. Бутковского. М., 2009. С. 175191.
3. Аксенова Т. И., Ананьев В. В., Любешкина Е. Г. Упаковка сыпучих продуктов // Информ.-аналит. журн. Pakko Graff. 2000. № 1.
4. Чалых Т. И., Коснырева Л. М., Пашкевич Л. А. Товароведение упаковочных материалов и тары для потребительских товаров: учеб. пособие. М.: Академия, 2004. 368 с.
5. Некоторые аспекты увеличения сроков хранения круп // К. Б. Гурьева, О. Н. Магаюмова, С. Л. Белецкий, Ю. Суме-лиди // Материалы Международ. конф. «Международные тенденции развития товароведения и бакалавров», ноябрь 2012 г., ФГБОУ «РЭУ им. Г. В. Плеханова». С. 57-59.
6. Возможные пути увеличения сроков хранения круп / К. Б. Гурьева, О. Н. Магаюмова, С. Л. Белецкий, Ю. О. Сумелиди: сб. докл. «Товароведение и вопросы длительного хранения продовольственных товаров». М.: Франтера, 2013. 174 с.
7. Федотова О. О качестве и безопасности упаковочных материалов для молочной и пищевой продукции // Тара и упаковка. 2011. № 5.
5
