Упаковка и упаковочные материалы для молочных продуктов и другой пищевой продукции

На сегодняшний день по всему миру производится более 9 миллиардов тонн пластика, при этом менее 10 % перерабатывается повторно, остальные полимерные отходы вывозятся на свалки и полигоны для захоронения. Это оказывает серьезную экологическую нагрузку на окружающую среду. Одним из способов решения сложившейся проблемы могут стать биоразлагаемые материалы, синтезированные из органического сырья, которые в процессе промышленного компостирования разлагаются до образования углекислого газа и воды.

БИОРАЗЛАГАЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА УПАКОВКИ

На мировом рынке компостируемых материалов в последнее время набирает популярность синтетический материал на основе полимолочной кислоты (полилактид, PLA), благодаря своей высокой механической прочности, устойчивости к различным средам и высокой температурой переработки. Сырьем для синтеза PLA является молочная кислота, которая образуется при ферментации крахмала, полученного из растений. Смешение полимеров и химическая сополимеризация были наиболее часто используемыми методами. Однако в чистом виде применение PLA имеет ряд ограничений, связанных с его хрупкостью и низкой эластичностью. Эта проблема решается путем создания смесевых композиций с другими разлагаемыми пластиками. Поли(бутилен адипат- ко-терефталат) (PBAT) представляет собой сополимер на основе терефталевой кислоты, адипиновой кислоты и бутандиола. При смешение его с PLA можно получить пленку с хорошей гибкостью, эластичностью и высокой прочностью. 

КАКИЕ ТРЕБОВАНИЯ ПРЕДЪЯВЛЯЮТСЯ К УПАКОВОЧНЫМ МАТЕРИАЛАМ ДЛЯ МОЛОЧНОЙ ПРОДУКЦИИ?

Пищевая продукция представляет собой сложные системы, требующие высоких физико-механических и эксплуатационных характеристик их упаковки. Они также должны обладать необходимым уровнем безопасности, поэтому применение биополимеров в составе упаковки может иметь ряд существенных ограничений. Для молочной продукции эта проблема стоит еще более актуально, т.к. молоко – это живая сложносоставная система с различной кислотностью и комплексом биохимических свойств, которые в процессе хранения могут оказывать негативное влияние на сохранность продукта в биоразлагаемых упаковочных композициях. 

Во Всероссийском научно-исследовательском институте молочной промышленности проводятся исследовательские работы по изучению свойств биоразлагаемых материалов на основе PLA и PBAT с возможностью применения пленок, полученных на их основе в качестве упаковки для молочной продукции. 

ХРАНЕНИЕ ТВОРОЖНОЙ МАССЫ В БИОРАЗЛАГАЕМОЙ УПАКОВКЕ

В настоящей работе представлены результаты аналитических данных, полученных при хранении творожной массы с курагой с массовой долей жира 18,0 %, в полимерной биоразлагаемой упаковке. Образцы продукции были расфасованы в лабораторных условиях и хранились в холодильнике в течении 35 суток. Одновременно с анализом физико-химических показателей массы творожной были проведены исследования биоразлагаемой упаковки по физико-механическим показателям. 

Контроль физико-химических показателей опытных образцов проводили через каждые 7 суток в течении всего срока хранения. Полученные результаты представлены на рис. 1 и в табл. 1.

Рисунок 1. Изменение титруемой кислотности и активной кислотности массы творожной с курагой массовой долей жира 18,0 % при хранении в биоразлагаемой упаковке на основе PLA/PBAT

Таблица 1 Результаты комплексного исследования стойкости в хранении массы творожной с курагой 18,0 % жирности, упакованной в биоразлагаемую пленку на основе PLA/PBAT

Анализ полученных данных показал, что у всех исследованных образцов массы творожной было увеличение титруемой кислотности и падение активной кислотности, незначительное увеличение анизидинового числа и перекисного числа, что является характерным для данной продукции. 

Испытания пленки на прочность при разрыве проводили на универсальной испытательной машине Shimadzu EZ-LX (с максимальной мощностью установленного детектора силы 2 кН, длиной хода траверсы 920 мм) с использованием профессионального программного обеспечения «TRAPEZIUM X». 

Результаты влияния свойств творожной массы на биоразлагаемую упаковку PLA/PBAT при хранении представлены на рис 2 и в табл. 2. В качестве контроля использовали пленку полиэтиленовую пищевой марки Н, изготовленную по ГОСТ 10354-82. Толщина контрольной и биоразлагаемой пленки составляла 45 мкм.

Рисунок 2. Результаты изменения прочности при разрыве биоразлагаемой упаковки PLA/PBAT при хранении в ней творожной массы с курагой массовой долей жира 18,0%

Полученные результаты свидетельствуют об изменении разрушающего напряжения при разрыве биоразлагаемой пленки в продольном и поперечном направлении. 

Прочность сварных соединений, испытанных образцов пленок изменяется при хранении на 5–10%. 

Результаты исследований изменения прочностных показателей биоразлагаемой упаковки на основе PLA/PBAT при хранении в ней опытных образцов продукции представлены в табл. 2. 

Таблица 2 Оценка изменения физико-механических характеристик биоразлагаемой пленки PLA/PBAT при хранении упакованных образцов творожной массы 18,0% жирности 

АЛЬТЕРНАТИВА ТРАДИЦИОННЫМ УПАКОВОЧНЫМ МАТЕРИАЛАМ ДЛЯ МОЛОЧНОЙ ПРОДУКЦИИ

Проведены комплексные исследования по влиянию упакованного продукта (массы творожной 18,0 % жирности) на физико-механические показатели биоразлагаемой пленки в процессе хранения. Показано что разрушающее напряжение при разрыве, относительное удлинение при разрыве, прочность сварных соединений изменяется по отношению к контрольному образцу на 5–10 % в зависимости от показателя. Данные изменения связаны с особенностью свойств входящих в состав компонентов: PLA и PBAT имеют различную структуру, что приводит к неоднородности материала. 

Резюмируя вышеизложенное можно сделать вывод, что биоразлагаемые материалы на основе PLA и PBAT могут быть альтернативой традиционным полиэтиленовым пленкам, применяемым в молочной и пищевой промышленности. Такие материалы не только смогут обеспечить требуемый уровень эксплуатационных свойств, необходимых для обеспечения сохранности продукции, но и существенно улучшить экологическую обстановку.

Источник: Производство сыра, масла и другой молочной продукции в современных условиях. Проблемы и пути решения : Сборник материалов международной научно-практической конференции, Углич, 20–22 июня 2023 года. – Углич: ВНИИМС – филиал ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН, 2023. – С. 330-334.