1. Полимерные материалы, применяемые для упаковки хлеба и кондитерских изделий

Большой ассортимент упаковочных материалов обусловлен, как многообразием пищевых продуктов, подлежащих упаковыванию, так и различными условиями, при которых происходит упаковка, различными условиями последующего хранения, транспортировки, реализации и последующего потребления пищевого продукта.

Важным требованием к полимерным упаковочным материалам является их экономичность и доступность.

К полимерным материалам, применяемым для упаковывания отдельных видов продовольственных товаров, предъявляется ряд требований, зависящих от специфических свойств товаров. Важнейшие из этих требований определяются: химической природой продуктов (жиростойкость, маслостойкость, стойкость к кислотам и другим агрессивным средам); физическим состоянием продуктов – жидких, пастообразных, в виде кусков, гранул, хлопьев, порошков; наличием острых граней и твёрдых частиц (стойкость к проколам и порезам); чувствительностью к действию влаги (влагостойкость, водонепроницаемость, паронепроницаемость); чувствительностью к действию кислорода воздуха, ароматических веществ, посторонних запахов (газонепроницаемость, ароматонепроницаемость); чувствительностью к действию света и ультрафиолетовых лучей (непрозрачность); необходимостью максимальной изоляции от внешней среды при хранении и транспортировании.

Следует обратить внимание на то, что стойкостью к соответствующим воздействиям должны обладать не только полимерные упаковочные материалы, но и их соединения в местах сварки, а также этикетки и печать, наносимые с целью рекламы и информации.

В настоящее время среди ассортимента полимерных упаковочных материалов для хлеба и кондитерских изделий, отвечающих большинству вышеуказанных требований, относятся, прежде всего, полиолефины и поливинилхлорид.

1.1. Полиолефины

К распространенным и перспективным видам полиолефинов относятся: полиэтилен низкого, среднего и высокого давления; полипропилен, поли-α-бутилен, поли-4-метилпентен-1, полиизобутилен. Полиолефины представляют собой класс высокомолекулярных алифатических углеводородов и состоят из цепных молекул линейного строения. Высокие значения молекулярной массы и способность ориентироваться с образованием кристаллических образований присущи большинству полиолефинов, характеризующихся малой плотностью, высокой эластичностью, химической стойкостью, высокими диэлектрическими показателями.

Полиэтилен характеризуется высокой химической стойкостью к действию многих агрессивных сред: минеральным и органическим кислотам при температуре +20 °С, растворам щелочей, солей. Однако полиэтилен набухает при комнатной температуре в ароматических и хлорированных углеводородах и растворяется в них при температуре выше + 100 °С. Жиро- и маслостойкость полиэтилена невысокая, при хорошей влагостойкости и паронепроницаемости газо- и ароматопроницаемость плёнок значительная. Полиэтилен и изделия из него подвержены старению при действии прямых солнечных лучей, при нагревании в присутствии окислителей; введение стабилизаторов способствует улучшению эксплуатационных свойств изделий из полиэтилена. Полиэтилен низкого давления является более прочным и стойким к органическим растворителям, чем полиэтилен высокого давления.

Из полиэтилена различных марок изготовляются, в основном, пленочные материалы для контакта с пищевыми продуктами (хлеба, кондитерских изделий и др.).

Полипропилен получают путём полимеризации пропилена в присутствии металлоорганических комплексных катализаторов.

Высокая степень кристалличности полипропилена обусловливает его более высокую механическую прочность, жесткость и теплостойкость по сравнению с полиэтиленом низкого давления.

Недостатком полипропилена по сравнению с полиэтиленом и наряду с невысокой стойкостью к старению является также низкая морозостойкость.

Более высокой жесткостью и теплостойкостью характеризуются высшие полиолефины, к которым относятся поли-α-бутилен и поли-4-метилпентен-1.

По санитарно-химическим и токсикологическим свойствам полиолефины относятся к практически безвредным полимерам.

Д.Д. Браун (1973), Н.А. Тарасова с соавторами (1971) считают, что лимитирующим показателем при гигиенической характеристике изделий из полиэтилена является органолептика [8]. В процессе длительных токсикологических опытов на животных, получавших масляные и водные вытяжки, не установлено изменений по изучавшимся показателям (морфологический состав крови, активность ферментов, функциональное состояние центральной нервной системы). Патоморфологические и гистохимические исследования внутренних органов животных также не выявили патологических изменений.

ПОЛИЭТИЛЕН (ПЭ)

Твердый материал белого цвета; строение и свойства полиэтилена зависят от способа его получения:

1) ПЭ, получаемый при высоком давлении, - ПЭ высокого давления (ПЭВД) или ПЭ низкой плотности (ПНП);

2) ПЭ, получаемый при среднем давлении (ПЭСД), или ПЭ высокой плотности (ПВП);

3) ПЭ, получаемый при низком давлении (ПЭНД или ПВП).

Среднемассовая молекулярная масса промышленных марок ПЭ составляет 30-400 тыс. для ПЭВД и 50-800 тыс. – для ПЭНД и ПЭСД. С увеличением плотности ПЭ возрастает его химическая стойкость.

Полиэтилен высокого давления (ПЭВД) – белый полупрозрачный упругий материал, безвкусный, жирный на ощупь, без запаха или со специфическим запахом; его теплостойкость его – 108-115 °С.

Из ПЭВД могут выделяться в воду незначительные количества низкомолекулярных соединений, как правило, не представляющих опасности для здоровья и не придающих соприкасающимся жидкостям посторонних привкусов и запахов. Мигрирующие из ПЭВД вещества вызывают образование быстроисчезающей пены при взбалтывании водных вытяжек.

В Италии проводились специальные исследования по изучению причин запаха, исходящего от полимеров, в частности, от полиэтилена. Было установлено, что запах зависит, в основном, от окисления полимеров. С целью предупреждения появления неприятных запахов итальянские ученые рекомендуют применять различные стабилизаторы (антиоксиданты), а также полностью отказаться от использования регенерированного материала.

Полиэтилен низкого давления (ПЭНД) по внешнему виду напоминает ПЭВД, но отличается большей механической прочностью и упругостью; его цвет меняется от белого до светло-кремового (при водной отмывке), теплостойкость – -120-130 °С, химическая стойкость – выше, чем у ПЭВД; изделия из него отличаются большей жесткостью и теплостойкостью по сравнению с ПЭВД.

При изучении нескольких марок отечественного полиэтилена низкого давления с разными значениями индексов расплава было установлено, что полиэтилен, изготовленный при оптимальном температурном режиме, не придавал воде постороннего запаха и привкуса.

Хранение полиэтиленовой пленки в течение 8 месяцев при комнатной температуре почти не повлияло на показатели окисляемости, концентрацию хлоридов и стабилизатора в вытяжках.

Полиэтилен среднего давления (ПЭСД) наряду с превосходящими по ряду характеристик ПЭНД свойствами обладает более высокими технико-экономическими показателями. Теплостойкость его составляет 130-135 °С. Материал может быть использован в водоснабжении и пищевой промышленности. ПЭСД обладает специфическим запахом, отличающимся от запахов других ПЭ.

ПОЛИПРОПИЛЕН (ПП)

ПП - бесцветный полимер, не имеющий запаха и вкуса и внешне напоминающий ПЭВД, представляет собой продукт полимеризации пропилена в присутствии металлоорганических катализаторов (алкилы алюминия и четыреххлористый титан) в среде углеводородных растворителей. Для получения покрытий используют мелкодисперсный порошок марки ПП-1 с показателем текучести расплава – 10-30 г/10 мин. По химической стойкости ПП приближается к ПЭ, однако по своей химической природе (наличие третичного атома углерода в молекуле) он в большей степени подвержен окислению, чем ПЭ. ПП применяется для изготовления тех же изделий, что и ПЭ.