CC BY
42
ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ
УДК 621.9; 663
ОСОБЕННОСТИ, ОСНОВНЫЕ ВИДЫ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПИЩЕВОЙ УПАКОВКИ НА ОСНОВЕ БУМАГИ
И.Б. Давыдов, И.А. Красная, Е.В. Пантюхина
Рассмотрены этапы возникновения, основные виды, особенности и характеристики упаковки из бумаги, приведены примеры использования упаковочных материалов из бумаги в пищевой промышленности.
Ключевые слова: упаковка из бумаги, крафт-бумага, гибкая упаковка, целлюлозный композиционный материал.
Бумага - это изготавливаемый из волокнистых полуфабрикатов тонколистовой материал, масса 1 м2 которого составляет менее 250 гр.
Начало применения бумаги как упаковки относится к VI веку. В это время в Германии печатники переплетали только те книги, которые должны были купить, а листы невостребованных книг продавались для завертывания товаров торговцам. Большого распространения бумаги как упаковки не происходило по причине ее дороговизны. Например, в Англии в XVII веке в бумагу упаковывались только табак и чай, которые на тот момент являлись самыми ценными товарами. После того, как во Франции изобрели первый бумажный станок (1798), а в Германии возникла литография, стоимость бумаги стала ниже, а сама бумага доступнее, появилась возможность достаточно недорого наносить на нее различные изображения, включая цветные. В самом начале XIX века в Англии начали производить бумагу в рулонах, а в 1879 году был изобретен более дешевый способ печати - офсет, после этого бумага и печатные изделия получили широкое распространение. Первый станок для производства бумажных пакетов появился в 1852 году в США, а с 1870 года стали на специальном оборудовании изготавливать бумажные пакеты с плоским дном. Таким образом, с середины XIX века бумагу стали целенаправленно использовать как упаковочный материал. В это же время стали пытаться создать оборудование для фасования продукции [1].
Бумага как упаковочный материал имеет преимущества и недостак-ти по сравнению с другими материалами. Безусловным плюсом бумажной упаковки является абсолютная натуральность и экологичность материала, обусловленная легкой утилизацией и возможностью вторичной переработки. Бумага имеет неограниченные возможности с полиграфической стороны, позволяя воплотить в реальность разнообразные творческие идеи и решения дизайнеров, которые придают уникальность упакованному в бумагу товару. Кроме этого, производимые из бумаги пакеты выглядят более эстетично и аккуратно, не вытягиваются, держат форму, в отличие от пакетов из полиэтилена. К тому же в современном мире, когда экология выходит на первый план, упаковка из бумаги более перспективна в своем развитии в связи с ограничением на применение полимерной упаковки во многих развитых странах. К основным недостаткам данного материала можно отнести невозможность выдерживать большую массу, достаточно низкую прочность и неустойчивость к влаге. Несмотря на перечисленные недостатки, бумажная упаковка востребована и перспективна, по многим критериям превосходя другие виды упаковочных материалов.
Основными видами волокнистого сырья для производства полуфабрикатов для целлюлозно-бумажной промышленности являются древесное и недревесное сырье, а также вторичное волокно или макулатура.
Древесное сырье преимущественно представляет собой древесину, заготовленную в естественных лесах или на специальных плантациях. Как правило, качество целлюлозы из древесины, выращенной в естественных условиях выше, чем качество целлюлозы, изготовленной из плантационной древесины. Тем не менее, прогнозируется увеличение темпов роста заготовок древесины, выращенной на плантациях. Для производства волокнистых полуфабрикатов подходят почти все древесные породы, произрастающие в нашей стране, но преимущественно для сырья используется древесина хвойных и лиственных пород. Различия в химическом составе древесных пород заметно сказывается на свойствах изготовленных из них волокнистых полуфабрикатов.
К недревесному сырью относятся в основном такие растения, как стебли тростника, хлопок, лен, также используется солома, некоторые химические волокна и др. За последние десятилетия доля недревесного сырья в общем балансе волокнистого сырья уменьшилась с 10 до 3 %.
В отличие от недревесного сырья, доля вторичного волокна - макулатуры возросла почти в 2 раза и составила 44 % общего баланса волокнистых полуфабрикатов. В большинстве случаев рост использования макулатуры в бумажном производстве обоснован необходимостью решения нарастающей проблемы бытовых отходов, снижением их количества, что особенно важно для крупных городов и стран. Поэтому, перспективным и современным направлением бумажного производства является технология подготовки макулатуры (некоторые сорта облагороженной и отбеленной макулатурной массы равны стоимости лиственной беленой целлюлозы).
389
Таким образом, бумага представляет собой упаковочный материал, состоящий из мельчайших растительных волокон, пространство между которыми заполнено минеральными веществами. В основном, на современном этапе упаковочного производства в чистом виде бумага не используется и в дальнейшем требует нанесения печати или покрытия для повышения ее качеств [2].
К наиболее распространенным видам бумаги для упаковки относятся крафт-бумага, пергаментная, мелованная, этикеточная и тонкие виды бумаги (таблица).
Примеры и виды бумаги для упаковки пищевых продуктов
крафт-бумага
пергаментная (жиронепроницаемая)
этикеточная
тонкая
Крафт-бумага представляет собой высокопрочную оберточную бумагу коричневого цвета, состоящую из слабопроваренной длинноволокнистой сульфатной целлюлозы. К неоспоримым достоинствам можно отнести прочность, воздухопроницаемость, экологичность, достаточную дешевизну, отсутствие вредных веществ, разлажение в течение 2-3 лет без вреда для окружающей среды, а также способность сохранять форму.
Пергаментную, жиронепроницаемую бумагу изготавливают из химической сильно размолотой целлюлозы, тонкие волокна которой плотно сбиты друг с другом и образуют структуру, плохо поглощающую жидкость. Для усиления барьера данная бумага может в последующем подвергаться обработке фтористыми веществами или покрываться поливинил-денхлоридом. Такие сорта бумаги используются для упаковки жирных продуктов, например, кондитерских изделий.
Для производства жиронепроницаемой бумаги размол волокон, их фибриллирование на стадии приготовления бумажной массы требует более длительного времени, чем обычно. Волокна обрабатываются почти до ге-леобразного состояния. Диапазон массы 1 м2 такой бумаги колеблется от 30 до 70 г/м2, а диапазон массы 1 м2 пергамина - от 30 до 80 г/м2.
Этикеточную бумагу разделяют на два вида - немелованную и мелованную. Немелованная бумага используется только для штриховой печати или печати простых текстов. Мелованная бумага имеет гладкую и блестящую поверхность, что способствует нанесению полноцветных рисунков и изображений. Этикеточная бумага должна обладать высокими печатными свойствами, которые позволят получить многокрасочную печать высокого качества. Также этот вид бумаги должен характеризоваться
390
отсутствием или невысоким уровнем скручиваемости, допустимыми показателями количества впитываемой воды при одностороннем смачивании, показывать хорошую проницаемость для клеевого раствора и щелочи. Масса 1 м2 этикеточной бумаги составляет от 70 до 90 г/м2.
Бумага тонких видов чаще всего используется для производства прочных и пористых пакетиков с чаем. Те пакетики с чаем, которые запечатывают термосваркой, требуют наличия термосвариваемых волокон, таких как полипропилен. Тонкие виды бумаги имеют массу 1 м2 от 12 до 30 г/м2. Для порционных пакетиков с чаем используется бумага массой 1 м2 от 12 до 17 г/м2, для пакетиков большего размера требуется более высокая масса 1 м2.
Упаковка на основе бумаге может иметь следующие виды: гибкая упаковка на основе бумаги, этикетки, пакеты и мешки, а также упаковочная лента, амортизационные материалы (например, прокладки).
С каждым годом приобретает более широкое распространение использование гибкой упаковки. К такой упаковке относят пакеты для сахара, муки, чая, кофе, пакеты «саше», обертка для конфет, бумага для заполнения пустот в таре (рис. 1).
а
б
в
д
е
Рис. 1. Примеры гибкой упаковки пищевых продуктов на основе бумаги: а - сахар; б - мука; в - чай; г - кофе; д - «саше»; е - обертка
Кроме этого, данный вид упаковки применяют для герметизации и защиты определенной продукции, например, как охранную мембрану (средство индикации несанкционированного вскрытия упаковки) пластиковой, металлической и стеклянной тары. Большое распространение в последнее время получает использование гибкой упаковки для фасовки сыпучих продуктов (муки, крупы, сахара, соли, чая и др.) и упаковывания товаров повседневного спроса (хлебобулочных изделий).
При производстве гибкой бумажной упаковки для повышения износостойкости к ней, как правило, добавляется целлюлозный композиционный материал (ЦКМ), благодаря которому, свойства бумаги дополняются особенностями других материалов (полимеров, алюминиевой фольги, парафина или воска и др.). Его получают способом нанесения покрытий, ламинирования и пропитки. При использовании ЦКМ в гибкой упаковке на основе бумаги повышаются барьерные свойства по отношению к влаге и водяному пару, к газам (кислороду, двуокиси углерода и азоту), что делает ее пригодной для упаковывания под вакуумом и в регулируемой газовой
391
г
среде, обеспечивается защита изделий от потери вкусоароматических свойств и загрязнения микроорганизмами, улучшается жиростойкость, светонепроницаемость, способность к термосварке и запечатыванию холодным способом, способность к стерилизации газом, облучением и паром. ЦКМ влияет на прочность, необходимую для процессов упаковывания, реализации и использования, а также дает практически безграничные возможности нанесения печати различными способами [3].
Бумажные этикетки широко используют при упаковывании пищевых изделий в пакеты, стеклянную, металлическую и пластиковую тару. Этикетирование позволяет нанести на тару штрих-код, изменяемые сведения. Резкий рост объема используемых пластиковых контейнеров, появление потребности в этикетках, которые препятствуют несанкционированному вскрытию упаковки, кражам, подделкам и фальсификации изделий, и
/—' о о
новые требования к этикеткам для продвижения изделий, многослойным «этикеткам-буклетам» и «этикеткам-проспектам» обуславливают широкое применение этикеток в пищевой промышленности.
Тем не менее, современным направлением этикетирования является стремление к использованию небумажных этикеток. Это объясняется постоянным ежегодным ростом использования пластиковых бутылок в замен стеклянной таре, требованиями к совместимости материалов этикетки и тары, увеличением потребности в прозрачной упаковке с «незаметной» этикеткой и спроса на этикетки, стойкие к воде, химическим веществам и упакованным изделиям. Если в 1980-е гг. бумажные этикетки уверенно доминировали, то в настоящее время небумажные пленочные этикетки составляют более 20% всех этикеток и объем их использования растет значительно (в 4-5 раз) быстрее, чем у бумажных.
Основные виды бумажных пакетов представлены на рис. 2.
а б в где ж
Рис. 2. Конструкции пакетов: а - гладкий; б - с фальцами; в - с прозрачным «окошком» в виде полосы; г - самораскрывающиеся в сложенном виде; д - самораскрывающиеся полностью открытые; е - самораскрывающиеся заполненные и закрытые; ж - самораскрывающиеся с ручками
Гладкие пакеты применяются, как правило, по месту реализации изделий в розничной торговле (фрукты, овощи, кондитерские и хлебобулочные изделия), имеют наиболее простую форму (рис. 2, а), которая в сложенном состоянии становится плоской, и изготавливают в основном из крафт-бумаги на основе беленой или небеленой целлюлозы.
392
Пакеты с фальцами (рис. 2, б) сходны с гладкими пакетами, но в открытом виде они становятся объемными, поэтому считаются более удобными для фасовки пищевых продуктов. Их также изготавливают преимущественно из крафт-бумаги, но, например, для горячих или жирных пищевых продуктов, могут выпускать с полимерным барьерным покрытием наружного или внутреннего слоя.
Пакеты с прозрачным «окошком» (рис. 2, в) аналогичны пакетам с фальцами, но при их изготовлении на автоматическом оборудовании рулонная бумага соединяется с рулонной полимерной пленкой. Их разработали для упаковывания хлеба и французских багетов, поэтому пакеты с «окошком» используются на предприятиях по производству хлебобулочных изделий и в мини-пекарнях. Сочетание бумаги и пленки с микроперфорацией позволяет дольше сохранять хлеб свежим.
Самораскрывающиеся пакеты с фальцами показаны в сложенном виде, в котором они поступают с производящего их оборудования (рис. 2, г), в открытом (рис. 2, д) и в заполненном, закрытом (рис. 2, е) виде. Такие пакеты устойчивы в вертикальном положении и широко используются для фасовки в них разнообразных пищевые продукты и их смесей для реализации в розничной торговле и в системе общественного питания.
Материалом для пакетов обычно является крафт-бумага из беленой или (в меньшей степени) небеленой целлюлозы. Зачастую используют бумагу с различными покрытиями, лакированную, ламинированную бумагу и специальные прокладки.
Самораскрывающиеся пакеты (рис. 2, ж) поставляют на предприятия для фасования и упаковки изделий (корма для домашних животных, картофель, продукция садоводства), которые характеризуются довольно большими массой и объемом. Для упрощения переноски такие пакеты снабжают ручками. Главным фактором выбора типа бумаги для самораскрывающихся пакетов является механическая прочность. Если масса изделий достигает 12,5 кг, то применяют двухслойные пакеты, изготовленные из прочной бумаги. Пакеты для переноски расфасованных изделий снабжаются «окошками» с сеткой или полимерной пленкой.
Современная пищевая промышленность подразумевает реализацию продуктов питания исключительно в упаковке [4]. Бумажная упаковка по сравнению с другими видами упаковки занимает огромную долю в упаковочном производстве, в том числе более половины указанного объема составляет упаковка пищевых продуктов. Она отличается легкостью, компактностью, экономичностью, и к тому же значительно меньше загрязняет окружающую среду по сравнению с упаковкой из других материалов.
Список литературы
1. Пантюхина Е.В., Котляров В.С., Пантюхин О.В. Перспективные технологии изготовления пищевой упаковки: учебник. Тула: Изд-во Тул-ГУ, 2018. 212 с.
2. Давыдов И.Б. Особенности упаковки различных видов штучных пищевых продуктов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2018. Вып. 9. С. 438-446.
3. Кирван Марк Дж. Упаковка на основе бумаги и картона. СПб.: Профессия, 2008. 488 с.
4. Осипова К.С., Давыдов И.Б., Пантюхина Е.В. Особенности и основные виды упаковки различных видов замороженных полуфабрикатов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 11. С. 617-623.
Давыдов Иван Борисович, магистрант, svoryi@gmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Красная Ирина Александровна, магистрант, i. magenta@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Пантюхина Елена Викторовна, канд. техн. наук, доцент, elen-davidova@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
FEATURES, BASIC TYPES, AND APPLICATIONS FOOD PACKAGING BASED ON PAPER
I.B. Davidov, I.A. Krasnaya, E.V. Pantyukhina
The article describes the stages of occurrence, the main types, features and characteristics of paper packaging, examples of the use of packaging materials from paper in the food industry.
Key words: paper packaging, Kraft paper, flexible packaging, cellulose composite
material.
Davidov Ivan Borisovich, masters, svoryi@gmail. com, Russia, Tula, Tula state university,
Krasnaya Irina Aleksandrovna, masters, i.magenta@,yandex.ru, Russia, Tula, Tula state university,
Pantyukhina Elena Viktorovnа, candidate of technical science, docent, elen-davidova@mail.ru, Russia, Tula, Tula state university
