Многоразовый упаковочный материал для защиты пищевых продуктов
REUSABLE PACKAGING MATERIAL FOR FOOD PROTECTION

Изобретение относится к области защиты пищевых продуктов от порчи с применением гибкого экологичного материала со специальной модифицирующей пропиткой, имеющей в своем составе вещества, подавляющие развитие патогенных микроорганизмов.
На практике достаточно часто продукты питания не используют сразу целиком после их приготовления, или после вскрытия стерилизованной упаковки, где они ранее хранились. К таким случаям можно также отнести не полностью использованную скоропортящуюся продукцию, такую как зелень, сыры, колбасы и пр. Тогда их хранят или транспортируют в холодильниках, что замедляет старение и порчу продуктов питания. Однако, во время хранения патогенные бактерии и грибки проникают сквозь вскрытую упаковку, попадают на открытые участки продуктов, начинают там интенсивно размножаться, что приводит не только к порче продуктов и ухудшению их внешнего вида, но и к накоплению в них неприятно пахнущих и даже токсичных веществ, что в ряде случаев может вызвать тяжелые последствия для организма человека.
В связи с вышеизложенным актуальной является задача по созданию упаковки, которая предохраняет от порчи продукты питания, либо существенно продляет сроки хранения такой продукции.
Задача снижения процента потерь пищевых продуктов во время их хранения или транспортировки может относиться к целым, либо частично использованным колбасным изделиям, сырам, рыбной продукции, зелени, фруктов, овощей, изделий из теста и другим продуктам питания, ассортимент которых постоянно расширяется. Наиболее простым способом предохранения продуктов от порчи, кроме снижения их температуры, является обертывание их упаковочным материалом, подавляющим развитие патогенных микроорганизмов или используя его в качестве крышки емкости с пищевыми продуктами. Хранение таким образом упакованных пищевых продуктов может осуществляться при обычных температурных условиях, либо в условиях пониженных температур. Также данный упаковочный материал может найти применение в качестве специализированной тары или прослойки в транспортной упаковке пищевых продуктов - в коробках и ящиках.
Упаковочный материал может применяться в виде салфеток, мешков, конвертов, рулонов наподобие бумажных полотенец и прочих изделий, предназначенных для защиты от порчи, хранения и транспортировки пищевых продуктов. Такие упаковки хороши тем, что легко принимают формы крышек, открытых контейнеров, банок и прочих емкостей для хранения пищевой продукции. При этом удачная упаковка допускает многократное использование, складывание и мытье в воде с применением разнообразных чистящих веществ.
В настоящее время номенклатура упаковочных материалов для хранения пищевых продуктов достаточно широка. Так, широко известно применение с этой целью полиэтиленовых пленок. Однако продукты в них можно хранить очень короткое время. Последние исследования показывают, что полиэтилен, даже пищевой, страдает таким недостатком, как выделение химических соединений на поверхность продуктов питания. С точки зрения экологии, полиэтиленовые пленки от использованной упаковки серьезно загрязняют окружающую среду, так как естественный процесс их разложения в природе занимает очень длительный период времени.
Для усиления защитных свойств упаковки в состав упаковочных пленок могут внедряться специальные средства, ингибирующих рост патогенной микрофлоры. Эти средства используют для модификации упаковочных материалов путем обработки поверхности пищевых продуктов или за счет введения этих средств в состав защитных пленок - распределяя их по поверхности либо внедряя их в саму основу.
Так, известна антибактериальная защита продуктов питания антибиотиками при применении их для внешней обработки пищевых продуктов, либо внутри пищевых продуктов [1]. Однако большинство примененных в данном техническом решении антибиотиков являются токсичными (например, пимарицин, натамицин), а эффективность конкретного антибиотика распространяется лишь на отдельные виды патогенных микроорганизмов.
Для снижения ограничений, связанных с токсичностью антибиотиков, разработаны средства с использованием менее токсичных антибиотиков и/или с меньшим содержанием антибиотиков путем введения в них нетоксичных добавок с антибактериальными, консервирующими, антиоксидантными и другими свойствами. Так, известно антибактериальное средство, бактерицидные свойства которого определяются только хмелевыми кислотами или хмелевыми смолами и/или их производными и хелатными соединениями в количестве 0,01-5% от массы композиции [2].
Основной недостаток вышеуказанных материалов связан с использованием в них антибиотиков, применение которых нежелательно и подавляет развитие лишь отдельных видов микроорганизмов. Кроме того, горечи хмелевых кислот или смол изменяют органолептические свойства пищевых продуктов. Кроме того, обработка поверхности упаковочного материала только антимикробными средствами не придает упаковочному материалу дополнительных полезных свойств по усилению воздухонепроницаемости, что необходимо для повышения защитных свойств упаковки.
Известен упаковочный материал с полимерной, коллагенсодержащей, целлюлозной (в том числе картонной) основой, обработанной погружением (замачиванием) в жидкий модификатор (воск и/или парафин), содержащий экстракт бересты [3]. Недостатком известного упаковочного материала является низкие физико-механические характеристики, ограничивающие возможность его многократного использования, особенно после его изгибания. Таким образом, невозможность многократного использования известной упаковки и сложность нанесения на ее поверхность достаточного количества антимикробного вещества являются главными недостатками известного технического решения.
3
2
Известен упаковочный материал многоразового использования для защиты пищевых продуктов, состоящий из основы, преимущественно в виде текстильного материала из натуральных волокон, пропитанной модификатором, содержащим 50-80% жидкого воска, в частности пчелиного воска, и дополнительные органические добавки, при этом количество модификатора, которым пропитывают основу, должно обеспечивать ее воздухопроницаемость не менее 60 дм/м⋅с, а дополнительные добавки представляют собой смесь смолы хвойных растений и растительных масел, в частности масла жожоба, в соотношении от 1:1 до 100:1 [4].
Недостатком известного упаковочного материала является достаточно высокое содержание в модификаторе липких при обычных и повышенных температурах смол хвойных растений, что приводит к тому, что упаковка становится слишком липкой, следовательно - неудобной в использовании.
Наиболее близким техническим решением к заявленному по своей технической сущности является многоразовая упаковка для хранения пищевой продукции и запечатывания открытых контейнеров и емкостей с продуктами, которая включает тканевую основу, пропитанную модификатором. Модификатор содержит предварительно осветленный ультрафиолетом пчелиный воск, ладан сорта «Дамар А» и масло жожоба при следующем соотношении компонентов, масс. %: пчелиный воск - 80-90, масло жожоба - 3-7, ладан сорта «Дамар А» - 7-13 [5, прототип].
К достоинствам известного упаковочного материала относится то, что все его компоненты, включая растительные масла, пчелиный воск и смолу ладана являются природными веществами. К недостаткам - известный материал обладает высокой температурой стеклования. Это означает, что если продукция упакована в данный упаковочный материал и хранится в холодильнике, то при попытке развернуть его сразу же после извлечения из холодильной камеры происходит растрескивании пропитанного смесью веществ материала. Таким образом, чтобы известный упаковочный материал был бы действительно многоразовым, приходится некоторое время выдерживать его при комнатной температуре, и лишь после этого - разворачивать, что очень неудобно.
Задачей является создание многоразового упаковочного материала для защиты пищевых продуктов, который сохраняет достоинство известного - он должен быть изготовлен на основе полностью природных компонентов, но, вместе с тем, он должен являться подлинно многоразовым, то есть способен переносить без растрескивания многократные изгибы и даже заломы, будучи только что извлечен из холодильной камеры.
Задача решается заявленным многоразовым упаковочным материалом для защиты пищевых продуктов, включающим тканевую основу, пропитанную модификатором, содержащим природный воск и растительные масла, отличающимся тем, что растительные масла выбраны из группы: кедровое, миндальное, оливковое, пальмовое, рапсовое и масло жожоба, модификатор дополнительно содержит латекс на основе натурального каучука (ЛНК) и сорбиновую кислоту и/или ее соли при следующем соотношении компонентов, масс. %: растительное масло - 1,0 - 7,0, ЛН - 2,9 - 7,0, сорбиновая кислота и/или ее соли - 0,001 - 0,1, природный воск - остальное.
Все перечисленные составляющие заявленной защитной упаковки являются природными материалами, включая пчелиный воск, растительные масла, латекс натурального каучука и такой компонент, как сорбиновая кислота и/или ее соли, которая содержатся в заметном количестве, наряду с другими органическими кислотами, в соке обычной рябин
Использование растительных масел заявленного ряда в качестве одного из компонентов модификатора, пропитывающего исходную тканевую основу, повышает сопротивление окислению компонентов гидрофобного покрытия и эффективно затормаживает взаимодействие компонентов пчелиного воска с щелочами, содержащимися в некоторых моющих средствах, которые применяют для очищении поверхности многоразовых упаковок во время их мойки в воде.
Сорбиновая кислота и ее соли являются пищевыми консервантами Е200 и Е201, разрешенными к применению на территории РФ.
Латекс натурального каучука, применяемый здесь в качестве одного из компонентов модификатора, добывают в виде латексного молочка из таких природных источников, как бразильская Гевея, многолетнее растение из рода одуванчиков «Calotropis procera», а также из других природных каучуконосов, например: «Taraxacum kok-saghyz» - Кок-сагыз, «Scorzonera tau-saghyz» - Тау-сагыз, «Taraxacum hybernum» - Крым-сагыз, или Одуванчик осенний, «Ficus elastica» - Фикус каучуконосный, или Фикус эластичный, «Landolphia» - Ландольфия, «Chondrilla» - Хондрилл, и другие.
Заявленный многоразовый упаковочный материал указанного выше состава обладает высокой трещиностойкостью даже при температурах около 0°С. При этом заявленный упаковочный материал сохраняет свою форму, которую ему придают при завертывании продуктов или упаковывании верха контейнеров и емкостей с продуктами, не липкий в широком диапазоне температур и способен переносить без повреждений сотни циклов сгибания и разгибания при температуре холодильной камеры, а тем более - при комнатной температуре.
К дополнительным достоинствам указанного упаковочного материала является тот факт, что все используемые в нем компоненты являются натуральными природными веществами, и после использования заявленная упаковка может быть утилизирована, например, компостированием - без нанесения вреда окружающей среде. Поскольку природные вещества, входящие в состав модификатора тканевой основы упаковочного материала, являются полностью биоразлагаемыми, заявленный многоразовый упаковочный материал может считаться полностью экологичным.
Натуральный пчелиный воск в составе упаковочного материала в качестве средства для подавления патогенных микроорганизмов обеспечивает повышение сроков хранения пищевых продуктов не менее чем в 2 раза. Применение сорбиновой кислоты и/или ее солей в этом составе еще больше увеличивает этот срок.
Для изготовления заявленного многоразового упаковочного материала сначала готовят композицию для пропитки простым смешением компонентов при повышенной температуре 80 - 100°С, совмещая пчелиный воск, латекс природного каучука, растительные масла и сорбиновую кислоту и/или ее соли в указанных пропорциях. Затем заполняют этим составом обогреваемую ванну и на протяжной машине пропускают через ванну рулонный тканый материал, отжимая между двумя валиками излишки пропиточной жидкости (расплава) из пропитанного полотнища, причем излишки расплава стекают назад в пропиточную ванну. Толщину нанесения регулируют температурой расплава, скоростью протягивания рулонной ткани через ванну, силой прижима двух валиков друг к другу, а также силой натяжения исходной ткани в пропиточной ванне. По пути транспортировки к конечному ролику, на который наматывается готовый материал, пропитанная ткань остывает и приобретает товарные свойства.
Если планируется высокая температура хранения готового материала, например, в жаркое время года на складах, необорудованных кондиционерами, то при желании в момент изготовления упаковочного материала пропитанное полотно можно защищать от слипания дополнительным слоем тонкого рулонного материала, например, бумаги. Бумага наматывается вторым слоем вместе с упаковочным материалом на один ролик, что предохраняет готовый рулон от внутреннего слипания при хранении, а также в случае незначительных нарушений технологии во время изготовления.
Впоследствии готовый рулон полученного упаковочного материала разрезают на нужные размеры.
Ниже представлены примеры различных многоразовых упаковочных материалов для защиты пищевой продукции в соответствии с заявленным техническим решением, которые иллюстрируют его промышленную применимость.
Пример 1.
Для изготовления заявленного упаковочного материала используют хлопчатобумажную ткань и смесь пчелиного воска, растительных масел - кедрового и оливкового, латекса каучука Гевеи бразильской (ЛНК) и сорбиновой кислоты. Для этого отмеряют по 0,25 кг кедрового и оливкового масел, 0,35 кг ЛНК, 0,008 кг сорбиновой кислоты и 9,142 кг пчелиного воска и сначала готовят пропитывающую ткань жидкость. Указанные компоненты нагревают в течение 25 минут до 90°С при перемешивании и получают 10 кг пропитывающей жидкости, которую используют в дальнейшем для производства заявленного упаковочного материала. Суммарное содержание растительных масел - кедрового и оливкового - в пропитывающей жидкости составило 5,0 масс. %, ЛНК 3,5 масс. %, сорбиновой кислоты 0,08 масс. %, пчелиного воска 91,42 масс. %.
После этого приготовленную пропиточную жидкость (расплав) заливают в обогреваемую пропиточную ванну пропиточной машины, и затем протягивают через ванну со скоростью 7,5 метров в минуту рулонный тканный материал, в качестве которого используют хлопковое полотно из сатина.
В результате обработки ткани пропиточной жидкостью после остывания полотна на воздухе на пути его движения к конечному намоточному ролику получают заявленную многоразовую упаковку для твердых пищевых продуктов, открытых контейнеров и емкостей.
Измерение количества нанесенного модификатора на исходную ткань при сравнении готового материала и исходной ткани дает плотность нанесения модификатора на уровне 18-20 грамм на 1 квадратный дециметр.
Готовый материал после застывания пропиточной жидкости по пути транспортировки полотна наматывают в виде рулона на конечный ролик пропиточной машины, а затем раскраивают на салфетки различных размеров. Впоследствии готовые салфетки с размерами 250×350 мм складывают в картонный ящик и переносят в промышленную холодильную камеру, в которой установлен испытательный лабораторный стол.
Температура в холодильной камере поддерживают на уровне 0,5-1,0°С. Через 4 часа после размещения ящика с готовыми салфетками в камере несколько салфеток вынимают из ящика и при температуре хранения камеры начинают сгибать и разгибать их на лабораторном столе со скоростью около 10-12 циклов в минуту. Через каждые 50 циклов салфетки внимательно разглядывают на предмет появления на них трещин, после чего испытания продолжают при той же температуре.
Количество циклов сгибания и разгибания без трещин для салфеток, произведенных в данном примере, составило для различных образцов от 750 до 850.
При комнатной температуре количество циклов сгибания и разгибания без трещин достигает 3400 циклов.
Полученные восковые салфетки использовали для завертывания образцов мясной нарезки, нарезки докторской колбасы, твердого сыра «Голландский», нарезки варено-копченого бекона и нарезки батона белого хлеба «Подмосковный». Все образцы были извлечены из магазинных упаковок. Вес образцов всех пищевых продуктов составлял каждый раз около 150-200 грамм. Одновременно готовили такие же образцы, разложенные на обычных кухонных тарелках.
Завернутые в упаковочный материал продукты и контрольные образцы далее хранили на полках в бытовом холодильнике при температуре 3-4°С. Контролировали состояние продукции визуально и органолептически один раз в сутки. За начало порчи продукции признавали изменение цвета, появление плесени или неприятного запаха.
В результате время хранения продукции, завернутой в заявленный упаковочный материал, по сравнению с незащищенными образцами продлилось:
для мясной нарезки - в 3,7 раза;
для докторской колбасы - в 2,6 раза;
для сыра - в 4,4 раза;
для бекона - в 5,6 раз;
для хлеба - в 3,3 раза.
Пример 2.
Состав пропиточной жидкости совпадает с примером 1 но вместо смеси кедрового и оливкового масел берут 0,5 кг масла жожоба.
В результате получают готовую многократную упаковку, которая выдерживает от 850 до 900 циклов сгибания и разгибания без появления трещин при температуре, близкой к 0°С. При комнатной температуре количество циклов сгибания и разгибания без трещин достигает 4100 циклов.
Плотность нанесения модификатора составила 21-22 грамма на 1 квадратный дециметр.
Сроки хранения продуктов питания, завернутых в полученную упаковку, продлилось в зависимости от вида продукции от 3,1 до 6,2 раза.
В таблице представлены примеры составов многоразовых упаковочных материалов по заявленному техническому решению. Содержание компонентов указано в исходном пропиточном составе.
Как следует из примеров 1-11, заявленный упаковочный материал обладает высокой эффективностью в отношении продления сроков хранения разнообразных пищевых продуктов - сроки хранения многих продуктов при упаковке в заявленный материал увеличиваются в несколько раз. Упаковочный материал по заявленному техническому решению обладает способностью сгибаться, разгибаться и сминаться без растрескивания при температуре хранения пищевой продукции несколько сотен раз, а при комнатной температуре - несколько тысяч раз.
Дополнительными преимуществами упаковочного материала является легкость его изготовления в промышленном масштабе и возможность его утилизации после окончания использования без нанесения экологического ущерба окружающей среде.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Патент РФ №2255615, МПК A23L 3/3463, опубл. 07.10. 2005 г.
2. Патент USA №6475537, опубл. 11.05. 2002 г.
3. Патент РФ №2322160, МПК A23L 3/00, B65D 65/42, опубл. 20.04.2008 г.
4. Патент РФ №2678427, МПК A23L 3/00, опубл. 07.11.2017 г.
5 (прототип). Патент РФ №2712742, МПК A23L 3/00, B65D 65/42, опубл. 30.01.2020 г.