Глава 3 Полимеры в упаковке пищевых продуктов

• Полимеры

• Использование полимеров в упаковке пищевых продуктов

• Виды пластмасс, используемые в упаковке пищевых продуктов

• Полиэтилен (ПЭ)

• Полипропилен (ПП)

• Полиэфиры (ПЭТ),

• Иономеры

• Этиленвинилацетат (ЭВА)

• Поливинилхлорид (ПВХ)

• Поливинилиденхлорид (ПВДХ)

• Полистирол (ПС)

• Акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС)

• Этиленвиниловый спирт (EVOH)

• Материалы на основе целлюлозы

• Поливинилацетат (ПВА)

• Полимеры

Пластмассы широко используются для упаковочных материалов и в строительстве пищевых перерабатывающих заводов и оборудования, потому что:

Они текучи и формуемы (при определенных условиях) для получения листов, определенных форм и структур

Они, как правило, химически инертны, хотя и не обязательно непроницаемы

Они являются экономически эффективными в удовлетворении потребностей рынка

Они легкие

Они дают выбор в отношении прозрачности, цвета, запечатывании термосваркой, термостойкости и барьерных свойств

Полиэтилен, наиболее широко используемый пластик сегодня, был изобретен в 1933 году и был использован в упаковке с конца 1940-х годов и далее в виде гибкой бутылки, ящиков для рыбы (замена деревянных ящиков) и пленок и экструзионных покрытий на картоне для пакетов для молока.

В Европе, почти 40% всех пластиков используется в упаковочной отрасли, а упаковка – крупнейший сектор использования пластмасс (Plastics Europe). Около 50% пищевых продуктов в Европе упаковывается в пластиковую упаковку (British Plastics Federation (BPF)).

Конкретные пластмассы могут удовлетворить потребности в широком диапазоне температур, от глубокой заморозки пищевых продуктов (-40^оС) и хранении (-20^оС) в высоких температурах стерилизации в автоклаве (121^оС), и разогреве упакованных пищевых продуктов в микроволновой печи (100^оС) и в печи с инфракрасным излучением(200^оС). Большинство упаковочных пластиков –термопластичные, что означает, что они могут повторно размягчаться и плавиться при нагревании. Эта функция имеет несколько важных последствий для использования и производительности пластмасс, как в формовании контейнеров, производстве пленки и термосвариваемости.

Пластмассы используются в упаковке пищевых продуктов, потому что они предлагают широкий спектр внешнего вида и эксплуатационных свойств, которые являются производными от присущих особенностей индивидуального пластикового материала и как он обрабатывается и используется.

Пластмассы устойчивы ко многим видам соединения - они не обладают высокой реакционной способностью с неорганическими химическими веществами, в том числе c кислотами, щелочами и органическими растворителями - таким образом, это делает их пригодными, т.е. инертными, для упаковки пищевых продуктов. Пластмассы не поддерживают рост микроорганизмов.

Некоторые пластики могут поглощать некоторые пищевые компоненты, такие как масла и жиры, и, следовательно, важно проведение тщательного тестирования всех компонентов питания на их впитываемость.

Газы, такие как кислород, углекислый газ и азот вместе с водяным паром и органическими растворителями, могут проникать через пластмассу. Скорость проникновения зависит от следующих факторов:

• типа пластика

• толщины и площади поверхности

• метода обработки

• концентрации или парциального давления проникающей молекулы

• температуры хранения

Пластмассы выбираются для конкретных технических применений, удовлетворяющих конкретные потребности, в упаковке, распределении и хранении, принимая использование продукта во внимание, а также для маркетинговых соображений, которые могут включать соображения экологии.

• Использование пластмасс в пищевой упаковке

Пластмассы используются в качестве контейнеров, компонентов контейнеров и гибкой упаковки. В использовании, по массе, они второй наиболее широко используемый тип упаковки и первый в стоимостном выражении с более чем 50% всех товаров, упакованных в пластик.

Примерами являются следующие:

 жесткие пластиковые контейнеры, такие как бутылки, банки, кастрюли, баки и лотки;

 гибкие пластиковые пленки в виде сумок, пакетиков, мешочков и гибких упаковочных материалов с использованием тепловой сварки;

 пластмассы в сочетании с картоном для упаковки жидкостей;

 вспененный пластик для использования там, где требуется некоторая форма изоляции, жесткости и способность противостоять сжатию;

 пластиковые крышки, колпачки и прокладки для нихиспользуется для закупоривания;

мембраныдля пластиковых и стеклянных банок, чтобы обеспечить защиту продукта и доказательства сокрытия пластиковых полос при внешнем несанкционированном вскрытии;

 устройства заливки и слива;

 сбор и группировка отдельных пакетов в групповую упаковку, например, Hi-cone кольца для банок пива, лотки для консервных банок и т.д.;

 пластиковые пленки, растягивающиеся и способные к усадке плотно прилегая к продукту;

 пленки, используемые в качестве этикеток для бутылок и банок, плоских склеенных ярлыков или термоусадочных рукавов;

 компоненты покрытий, клеев и красок.

Пластиковые пленки могут быть объединены с другими пластиками путем совместной экструзии, смешивания, ламинирования и покрытия для достижения тех свойств, каких компоненты не могут обеспечить по отдельности.

Со-экструзия – процесс, который объединяет слои двух или более пластиков вместе в точке экструзии.

Ламинирование – это процесс, в котором два или более слоев пластмассы объединены вместе с использованием клея. Различные пластиковые гранулы могут быть смешаны вместе перед экструзией.

Несколько типов процессов покрытия можно применять для создания пластиковых покрытий: методом экструзии, нанесение из растворителей или водных смесей, или вакуумным осаждением.

Пластмассы также используются в качестве покрытий и пластин с другими материалами, такими как регенерированная целлюлозная пленка (RCF), алюминиевая фольга, бумага и картон, чтобы расширить диапазон достигнутыхсвойств. Пластмассы могут быть включены в состав клея для увеличения прочности уплотнения, начальной липкости и гибкости при низкой температуре.

Пластмассы могут быть окрашены, подвержены печати, декорированы, помечены несколькими способами, в зависимости от требуемого типа упаковки. Кроме того, некоторые пластмассы прозрачны, другие имеют различные уровни прозрачности, и их поверхности могут быть глянцевыми или матовыми.

Пластмассы также используются для хранения и распределения продуктов питания в массе, в виде барабанов, промежуточные контейнеры для массовых грузов (КМГ), контейнеры, ящики, лотки для свежих продуктов и пластиковые мешки, и используются как перерабатываемые поддоны, в качестве альтернативы дерева.

Основная причина, почему пластмассы используются в качестве пищевой упаковки заключается в том, что они защищают пищу от порчи, могут быть совмещены с пищевой технологией, не взаимодействуют с пищей, имеют относительно легкий вес, не склонны к поломке, не приводят к раскалыванию и доступны в широком диапазоне упаковочных структур – формы и конструкции, которые представляют продукты питания эффективны, удобны и привлекательны.

• Виды пластмасс, используемые в упаковке пищевых продуктов

Полимерные материалы для упаковки пищевых продуктовболее известны под торговыми марками и аббревиатурами.Ниже приведены типы пластмасс, используемые в пищевой упаковке:

• Полиэтилен (ПЭ)

• Полипропилен (ПП)

• Полиэфиры (ПЭТ),

• Иономеры

• Этиленвинилацетат (ЭВА)

• Поливинилхлорид (ПВХ)

• Поливинилиденхлорид (ПВДХ)

• Полистирол (ПС)

• Акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС)

• Этиленвиниловый спирт (EVOH)

• Материалы на основе целлюлозы

• Поливинилацетат (ПВА)

На Европейском рынке упаковки, ПЭ составляет самый высокий процент потребления, с более чем 50% рынка по весу, и четыре других, ПП, ПЭТ, ПС (в том числе пенополистирола ППС) и ПВХ, составляют большую часть оставшихся на рынке (источник: БНФ). Проценты могут варьироваться в зависимости от рынка, но рейтинг примерно одинаков. Другие перечисленные пластмассы служат для удовлетворения конкретных потребностей рынка, например,для улучшения барьерных свойств (изоляция), тепловой герметизации, способностик адгезии, прочности или термостойкости.

Эти материалы являются термопластичными полимерами (термопластами). Каждый термопласт получаетсяиз одногоили более мономеровили простого соединения. Примером простого мономера является этилен, который получают из нефти и природного газа. Он основан на определенном расположении атомов углерода и водорода.Наименьшая независимая часть этилена – молекула,обозначающаяся химической формулой C₂H₄.

Факторы, которые влияют напроцесс полимеризации – это температура, давление, продолжительность реакции, концентрация, химическая природа мономера(ов), а также большое значение имеет наличие катализаторов. Катализатор влияет на скорость и тип реакции, но сам он в реакцию не вступает.

Использование металлоценовых (циклопентадиеновых) катализаторов позволило получать высокоэффективные пластмассы, что оказало большое влияние на свойства ПЭ, ПП и других пластмасс, таких как ПС.

В некоторых случаях полученные полимеры являются фактически новыми материалами с новыми свойствами, например,воздухопроницаемаяПЭ пленка для упаковки свежих продуктов, и герметичные термосвариваемые слои в ламинатах и соэкструдируемых полимерах.

Можно включать и другие простые молекулы в структуру полимерных материалов, и все эти параметры могут регулироваться условиями полимеризации – температурой, давлением, временем реакции и типом катализатора.

При упаковке пищевых продуктов, конечные свойства последних зависят от эксплуатационных свойств, таких как прочность, проницаемость для газов и паров воды, теплоизоляции и теплостойкости, а также от оптических свойств, таких как прозрачность.

Кроме того, способ, которым пластик обработан и превращен в процессе производства в упаковочную пленку, листы, контейнер и т.д., также будет влиять на свойства, которые будет иметь готовая упаковка.