Исследование диффузионных характеристик упаковки при хранении картофеля и овощей

УДК 635.1/.2:621.798

С.А. Равнюшкин, Е.В. Санжаровский, Н.С. Величкович

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИФФУЗИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УПАКОВКИ ПРИ ХРАНЕНИИ КАРТОФЕЛЯ И ОВОЩЕЙ

Исследованы диффузионные характеристики пленочных покрытий. Проведен анализ газопроницаемости пищевых пленок. Показана проницаемость различных полимерных материалов по отношению к кислороду, углекислому газу и азоту. Выявлены качественные и количественные показатели газовой смеси, используемой в качестве консервирующего агента при хранении сырого очищенного картофеля и овощей. Проведен анализ изменений микробиологических показателей в сравнительных исследованиях.

_______Г азовая среда, диффузия, газопроницаемость, пищевая пленка, картофель, кислород, азот, углекислый газ.

Введение

Важнейшая проблема социально-экономического развития любой страны - достижение устойчивого продовольственного обеспечения населения. Это требует повышения эффективности производства сельскохозяйственной продукции. Проблемам агропромышленного комплекса уделяется особое внимание, что отражено национальным проектом «Развитие АПК». Особое место в его реализации отводится проблеме производства и переработки сельскохозяйственной продукции, в частности картофеля.

Одной из наиболее труднорешаемых проблем хранения полуфабрикатов из картофеля является предотвращение его микробиологической порчи и потемнения. В настоящее время существует несколько способов упаковки плодов и овощей, предотвращающих от потемнения сырого очищенного картофеля. Однако все они имеют ряд существенных недостатков, ограничивающих их применение при использовании полуфабрикатов подобного вида в системе общественного питания.

Одной из основных функций упаковки являются ее барьерные свойства, обеспечивающие защиту содержимого от вредных воздействий окружающей среды и максимально длительное сохранение его потребительских свойств.

При хранении в большинстве пищевых продуктов происходят химические и микробиологические изменения, основную роль в которых играют кислород, свет и температура. При этом свет может инициировать реакции, а температура определяет их кинетику [1]. Для устранения вредного влияния кислорода на продукты используют различные приемы: удаление кислорода, создание защитной атмосферы в упаковке, замораживание продуктов. Наиболее доступным является упаковывание, при котором кислород удаляется с помощью вакуума. В данном случае используют однослойные, многослойные и комбинированные пленки с высокими барьерными свойствами (термоусадочные пленки, термоформованные материалы) [5, 6].

Цель работы

Целью работы явилось исследование диффузионных характеристик пищевой пленки при хранении

картофеля и овощей в РГС, позволяющей увеличить срок хранения, а также снизить потери нативных качественных характеристик сырого очищенного картофеля и овощей.

Материалы и методы исследований

В качестве объектов исследований использовали картофель продовольственный ГОСТ Р 51808-2001, сорт «Невский»; пакет из многослойной пленки для продукции пищевой промышленности ГОСТ 1230283; пищевую газовую смесь по ТУ 2114-01400204760-06, содержащую углекислый газ СО2 (ГОСТ 8050-85); кислород О2 (ГОСТ 6331-78); азот N2 (ГОСТ 9293-74).

Газопроницаемость и влагопроницаемость пленочных материалов определяли на системе UL-OX2/231 с учетом ГОСТ 21513-76, ГОСТ Р 516912000, ГОСТ Р 51693-2000. Показатели качества оценивали по общепринятым для промышленности показателям: органолептическую оценку по ГОСТ 9959; микробиологические показатели в соответствии с СанПиН 2.3.2.1078-01, ГОСТ Р 51447, ГОСТ 9958, ГОСТ 10444.15, ГОСТ Р 50474, ГОСТ 29185, ГОСТ Р 50480, ГОСТ 10444.2. Полученные результаты исследований статистически обрабатывали с использованием пакета программ Microsoft Excel 2007 [2, 3].

Результаты и их обсуждение

Задачей первой части работы было определение проницаемости различных полимерных материалов для упаковки пищевых продуктов в РГС. Для этого провели сравнительные исследования на газопроницаемость следующих полимерных материалов: полипропилен, полиэтилентерефталат (лавсан), полиамид стандартной толщины, выпускаемой по ГОСТ 10354-82.

На барьерные свойства полимерных материалов существенное влияние оказывают:

- толщина полимерного материала (увеличение толщины пленки приводит к повышению барьерных свойств пленки);

- температура окружающей среды (понижение температуры повышает барьерные свойства пленочного материала).

Проницаемость различных полимерных материалов для кислорода, углекислого газа и азота представлена в табл. 1.

Таблица 1

Г азопроницаемость полимерных материалов

Материал Толщи- на, Г азопроницаемость, см3/м2/24 ч

мкм О2 СО2 N2

Ориентированный полипропилен 20 1600 5500 960

Полиэтиленте- 12 20 200 20

рефталат (лавсан) 19 15 70 10

Неориентирован- 20 30 105 18

ный полиамид 30 20 75 12

Ориентированный 12 30 105 18

полиамид 18 20 70 12

Результаты исследований, представленные в табл. 1, показали зависимость барьерных свойств полимерных материалов от толщины пленок по отношению к кислороду, углекислому газу и азоту. Получили следующую зависимость по степени уменьшения свойств: ориентированный полипропилен, полиэтилентерефталат (лавсан), неориентированный полиамид, ориентированный полиамид. Диффузия кислорода внутрь пакета возрастает по мере потребления его овощами в процессе дыхания, для ориентированного полипропилена самая высокая проницаемость - 1600 см3/м2/24 ч и самая низкая для поли-этилентерефталата (лавсан) - 15-20 см3/м2/24 ч. Проведенные исследования показали, что через пленку происходит диффузия газов: СО2 диффундирует в окружающую среду со скоростью, величина которой определяется разницей между концентрациями СО2 внутри и снаружи пленочной упаковки, а также газопроницаемостью пленки и величиной площади поверхности упаковки. При использовании ориентированного полипропилена наблюдается самая высокая скорость газопроницаемости 5500 см3/м2/24 ч. Пакет из ориентированного полиамида обладает самой низкой газопроницаемостью 20-30 см3/м2/24 ч по кислороду, 70-105 см3/м2/24 ч по углекислому газу и 12-18 см3/м2/24 ч по азоту. Неориентированный полиамид и полиэтилентерефталат (лавсан) занимают промежуточные места по данным показателям. Опыты показали, что проницаемость пленок для СО2 в 2-5 раз выше, чем для кислорода. В связи с этим для СО2 раньше достигается равновесная концентрация, чем для кислорода.

Одним из значимых показателей при хранении сырого очищенного картофеля и овощей является содержание остаточной влаги. Зависимость полимерных материалов по отношению к влагопрони-цаемости представлена на рис. 1.

Л

и

о

О У § ^

й у

Я

5 -3

о 2!

6 3

с й

В Б-

л

и

да

Толщина, мкм

Рис. 1. Зависимость показателя влагопроницаемости от толщины полимерного материала: 1 - ориентированный полиамид; 2 - неориентированный полиамид; 3 - по-лиэтилентерефталат (лавсан); 4 - ориентированный полипропилен

Экспериментальные данные, представленные на рис. 1, свидетельствуют о прямопропорциональной зависимости влагопроницаемости от толщины используемых полимерных материалов. Влагопрони-цаемость ориентированного полиамида снижается с 15,0 до 6,2 грамм/м2/24 ч при увеличении толщины материала с 5 до 30 мкм. Низкими барьерными свойствами обладает ориентированный полипропилен (при толщине пакета 5 мкм - 35,7 грамм/м2/24, при 30 мкм - 19,8 грамм/м2/24). При использовании неориентированного полиамида и полиэтилентереф-талата средней толщины 15 мкм влагопроницае-

мость

соответственно

составляет

26,0

25,1 грамм/м /24. Таким образом, степень испарения влаги можно регулировать толщиной пленки, что будет обусловливаться также видом плодов и овощей и условиями хранения.

Хранение сырого очищенного картофеля сопровождается выделением влаги, которую необходимо выводить из пакета, соответственно показатель вла-гопроницаемости материала должен быть высоким в промежутке от 30,0 до 35,0 грамм/м2/24 ч. Для других овощей, выделение влаги из которых незначительное, целесообразней использовать материал с высоким барьерным свойством по отношению к водяному пару, что способствует уменьшению пересыхания овощей в процессе хранения. Расположение полимерных пленок по степени убывания барьерных свойств по отношению к водяному пару следующее: ориентированный полиамид, неориентированный полиамид, полиэтилентерефталат (лавсан), ориентированный полипропилен.

Зависимость влагопроницаемости полимерных материалов от температуры окружающей среды представлена на рис. 2. Для исследований использовались полимерные материалы с толщиной 19-20 мкм.

Температура, °С

Рис. 2. Зависимость показателя влагопроницаемости от температуры использования материала: 1 - ориентированный полиамид; 2 - неориентированный полиамид; 3 - полиэтилентерефталат (лавсан); 4 - ориентированный полипропилен

Анализ результатов, представленных на рис. 2, показал, что барьерные свойства полимерных материалов напрямую зависят от температуры окружающей среды. Высокими барьерными свойствами обладают полимерные материалы при температуре от -10 до +4 °С. При увеличении температуры соответственно уменьшаются барьерные свойства. Оптимальной температурой хранения полуфабрикатов из картофеля и овощей является 4±2 °С, влагопро-ницаемость для ориентированного полиамида составляет 10,6 грамм/м2/24 ч, для ориентированного полипропилена - 24,3 грамм/м2/24 ч.

Газовая среда РГС в комплексе с полимерным материалом является защитой сырого очищенного картофеля и овощей от микроорганизмов и нежелательного потемнения, которые могут разрушать продукт даже при низких температурах. Смесь газов, выбранная на основе исследований и таких факторов воздействия на продукт, как тип и количество микроорганизмов, активность воды, кислотность, дыхание клеток, состав продукта, температура и особенности технологического процесса изготовления, позволяет продлить свежесть продуктов без консервации. Газы, находящиеся в воздухе, а именно азот, кислород, двуокись углерода, используются по отдельности или в комбинации для газовых смесей, в которых сохраняют картофель от потемнения и микробиологического заражения.

Диффузионные характеристики используемых газов являются важным критерием при расчете соотношения газов в смеси РГС. Результаты исследований представлены в табл. 2. Необходимо учесть, что С02 в отличие от N очень легко поглощается в процессе дыхания картофеля. Следствием этого является снижение давления С02 в упаковке с течением времени.

Таблица 2

Изменение состава газовой среды РГС

Срок хранения, сутки Концентрация, %

О2 N2 со2

1 3,0 77,0 20,0

2 3,0 77,0 19,9

4 2,9 77,0 19,9

8 2,9 77,1 19,8

12 2,8 77,1 19,8

16 2,7 77,2 19,7

20 2,6 77,2 19,6

24 2,5 77,3 19,4

28 2,4 77,4 19,2

32 2,3 77,5 18,9

Таким образом, С02 выходит из пленочной упаковки значительно быстрее, чем в нее из атмосферы проникает М2. Поэтому в упаковке с С02 создается пониженное давление. Для многих продуктов данный вакуумный эффект, уже упомянутый ранее, является положительным, поскольку он поддерживает свежий вид продукта. Одновременно с этим в качестве защитного газа используется М2, поскольку при выделении из упаковки он замещается кислородом 02. Таким образом, сохраняется привлекательный общий внешний вид сырого очищенного картофеля. Анализ полученных данных позволил получить соотношение газов для хранения сырого очищенного картофеля, технический результат достигается за счет использования в качестве консервирующего агента: углекислый газ до 20-30 % и смеси азота с кислородом в соотношении 100:1.

Результаты опытов, представленные в табл. 2, показали, что оптимальный состав газовой среды для разной свежей продукции индивидуален, но необходимо соблюдать соотношение Рсо2 : Ро2 > 1,6, которое зависит от сорта, вида и условий хранения. Для этого полимерный материал должен обладать некоторой кислородопроницаемостью для проникновения О2 внутрь упаковки со скоростью, обеспечивающей концентрацию 02 внутри упаковки значительно ниже, чем снаружи, во избежание анаэробного заражения и порчи продукта. При этом проницаемость упаковки по отношению СО2 не имеет существенного значения, поскольку оптимальная концентрация углекислого газа поддерживается внутри упаковки за счет процесса «дыхания».

При закладке на длительное хранение продукты должны быть качественными, чистыми и хорошо подготовленными вплоть до индивидуальной упаковки или обработки. Упаковывание в среде РГС производится на автоматической упаковочной машине, работающей по схеме: изготовление - заполнение - запечатывание. Машина обеспечивается системой подачи РГС.

Анализ микробиологических показателей в сравнительных исследованиях хранения картофеля представлен в табл. 3.

Микробиологические показатели

Таблица 3

Образец КМА-ФАнМ, КОЕ/г, пе более БГКП (колиформ ы), в 1,Q г Патогенные микроорганизмы, в т.ч. сальмонеллы, в 25 г L. monocytogenes, в 25 г Дрожжи, КОЕ/г, не более Плесени, КОЕ/г, не более

Норма* 1x1Q4 пе допуск. пе допуск. пе допуск. 1x1Q2 1x1Q2

После 1 суток хранения по традиционной технологии 5,1x1с1 пе обпаруж. пе обпаруж. пе обпаруж. 1,Qx1Q1 1,Qx1Q1

После 1 суток хранения по новой технологии 5,Qx1Q1 пе обпаруж. пе обпаруж. пе обпаруж. 1,Qx1Q1 1,Qx1Q1

После 30 суток хранения по традиционной технологии 9,Qx1Q1 пе обпаруж. пе обпаруж. пе обпаруж. 6,Qx1Q1 4,Qx1Q1

После 30 суток хранения по новой технологии 6,Qx1Q1 пе обпаруж. пе обпаруж. пе обпаруж. мепее 1,Qx1Q1 мепее 1,Qx1Q1

Согласно требованиям СанПиН 2.З.2.1Q78-Q1 п. 1.6.1.1.

Проведенный комплекс исследований доказал перспективность использования полимерных материалов в технологии упаковки картофеля и овощей в газовую среду. Определены газопроницаемые свойства материалов по отношению к кислороду, углекислому газу и азоту, проведен анализ барьерных свойств по влаге в зависимости от температуры и толщины материала. Экспериментально доказано, что для упаковки сырого очищенного картофеля целесообразней использовать пакет из ориентированного полиамида, для полуфабрикатов из овощей подходят неориентированный полиамид, полиэти-

лентерефталат (лавсан) или ориентированный полипропилен. Установлены параметры и условия хранения сырого очищенного картофеля и овощей в РГС в качестве консервирующего агента: углекислый газ до 20-30 % и смеси азота с кислородом в соотношении 100:1, при температуре от +4 до +8 °С в течение 25-30 суток. В процессе хранения готовые полуфабрикаты по сравнению с аналогами характеризовались лучшими органолептическими и микробиологическими показателями без изменения внешнего вида и потемнения.

Список литературы

1. Хранение и переработка плодов, овощей и картофеля в домашних условиях. - Минск: Урожай, 1971. - 144 с.

2. ГОСТ 7176-85. Картофель свежий продовольственный, заготовляемый и поставляемый. Технические условия. -Введ. 01.09.1986. - М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 1986. - 7 с.

3. Шевченко, В.В. Товароведение и экспертиза потребительских товаров / В.В. Шевченко, И.А. Ермилова, А.А. Вы-товтов, Е.С. Поляк. - М.: Высшее образование, 2003. - 325 с.

4. Рейтлингер, С.А. Проницаемость полимерных материалов. - М.: Химия, 1974. - 272 с.

5. Horst-Christian Landowski. №иеП;шсЫ^еп bei ВатегейНеп, S. 45-63 / Folienextrusion. VDI-Gesellschaft Kunststoff-technick. VDI Verlag GmbH, Dusseldorf, 2003.

6. Любешкина, П.Р. Триумф Упаковки // Наука и жизнь. - 2006. - № 10. - С. 78.

Общество с ограниченной ответственностью «МКС», 65QQQQ, Pоссия, г. Кемерово, ул. Станционная, 2.

Тел./факс: (З842) З9-68-45 e-mail: mks.ooo@rambler.ru

SUMMARY

S.A. Ravnyushkin, E.V. Sanzharovsky, N.S. Velickovic Investigation of diffusion properties of package for potato and vegetable storage

The diffusion properties of film coatings have been investigated. The analysis of the gas permeability of food films has been done. The permeability of various polymeric materials with respect to oxygen, carbon dioxide and nitrogen has been shown. Qualitative and quantitative characteristics of the gas mixture used as a preservative agent during storage of raw peeled potatoes and vegetables have been revealed. The analysis of microbial indices changes in comparative researches has been done.

Gas medium, diffusion, gas permeability, food film, potato, oxygen, nitrogen, carbon dioxide.

Limited Liability Company «MKS» 2, Street Stancionnay, Kemerovo, 650000, Russia Phone/Fax: +7(3842) 39-68-45 e-mail: mks.ooo@rambler.ru