CC BY
298
EH УПАКОВКА И ЛОГИСТИКА
ТЕМА НОМЕРА
Съедобная упаковка:
состояние и перспективы
Г.Х. Кудрякова, Л.С. Кузнецова, М.Н. Нагула, Н.В. Михеева, Е.В. Казакова
Московский государственный университет прикладной биотехнологии
В настоящее время в пищевой промышленности особое внимание уделяется созданию принципиально новых упаковочных материалов, нетоксичных, легко утилизируемых, способных обеспечить эффективную защиту пищи от микробных поражений, воздействия кислорода воздуха, предотвратить усушку продукта в период производства и хранения.
Известно, что съедобные упаковочные пленки и покрытия уже используются в течение многих веков для сохранения качества пищевых продуктов. Например, еще в XVIII веке в Японии была запатентована одноразовая посуда, изготовленная из прессованной рисовой муки: после использования данной посуды по назначению ее можно было съесть. В течение длительного времени широко применяется съедобная упаковка, выпекаемая из вафельного теста в форме стаканчиков, тарелочек, чашек, коробочек и др.
Большие успехи в этом отношении достигнуты в Германии, где созданы самые разнообразные деструктурируемые полимерные вещества из различных съедобных материалов: крахмала, желатина, природных целлюлоз. Из этих пищевых ингредиентов производят многочисленные виды пищевой тары: лотки, банки, тарелки, чашки, которые можно съедать вместе с такими пищевыми продуктами, как супы, лапша, десерты, мясные, овощные, рыбные блюда.
Легкая съедобная тара имеет вспененную структуру, проницаема для МВ-нагрева и может быть различного размера - от самой мелкой до крупной (450 х 270 мм). Продукт в такой упаковке употребляется как разогретым, так и сваренным (в этом случае материал тары растворяется в варочной среде и служит загустителем).
По пищевой ценности съедобные пленки и покрытия условно подразделяют на усвояемые и неусвояемые. К первым относят пленки и покрытия на основе таких компонентов пищи, как белки, жиры, углеводы, ко вторым -покрытия на основе восков, парафинов, водорастворимых природных и синтетических камедей, водорастворимых производных целлюлозы, поливинилового спирта, поливинилпирроли-дона и др. [1].
При создании современных съедобных упаковочных материалов особое
внимание уделяют белкам растительного и животного происхождения, растворимым в воде, спирте или пищевых маслах и жирах: желатин, зеин, альбумин, казеин и т. д., поскольку покрытия на основе белковых пленкооб-разователей обладают высокими барьерными свойствами в отношении некоторых газов, в том числе О2 и С02. Однако главные недостатки белковых пленок и покрытий - их гигроскопичность и низкие прочностные свойства. Поэтому для улучшения механических свойств и водостойкости белковых покрытий в съедобную композицию вводят различные нетоксичные добавки, главным образом пластификаторы (моно-, ди- и олигосахариды - глюкозу, фруктозу, глюкозный сироп, мед, полиспирты, липиды), проводят обработку пленок и покрытий «сшивающими» агентами, повышающими прочность (например, пищевые кислоты, хлористый кальций, танин).
В течение нескольких лет попытки создания съедобного водонепроницаемого пленочного покрытия из молочного белка - казеина - были неудачны, поскольку казеиновые производные не выдерживали контакта с водой. Однако инженер-химик Пегги Томасула из US Agricultural Research Service (ARS) разработала съедобную упаковку методом экстракции казеина с помощью двуокиси углерода высокого давления.
В качестве основы для изготовления съедобных пленок в пищевой индустрии в последнее время довольно часто применяют соевый белок. Для снижения хрупкости белковых пленок из сои их погружают в раствор ацетата натрия, промывают соленой водой и добавляют пластификатор, которыми для таких пленок могут служить глицерин или пропандиол. Кислородопроницаемость у соевых пленок достаточно мала и соизмерима с пленками из распространенных полимеров, однако паропрони-цаемость слишком велика, что ограничивает возможность их использования.
С целью снижения паропроницаемо-сти в состав композиций вводят жирные кислоты (лауриновую, миристино-вую, пальмитиновую, олеиновую). Уменьшение таким образом паропро-ницаемости одновременно приводит и к некоторому снижению растворимости пленок в воде. Полученные композиции рекомендованы для упаковки
многих пищевых продуктов (сухие завтраки, мясо, птица, рыба и др.) [1].
Натуральные кишечные оболочки -несомненный лидер среди съедобных упаковок в мясной промышленности. По химическому составу этот вид упаковки очень близок к мясопродуктам, поэтому при использовании их в колбасном производстве наблюдается максимальное соответствие изменений, происходящих в фарше и оболочках в технологическом процессе производства колбас.
Попытки сохранить все лучшие свойства натуральных кишечных оболочек и при этом устранить их недостатки привели к созданию искусственных белковых оболочек. Впервые коллаге-новые или белковые оболочки были произведены в 1933 г. в Германии компанией «Натурин». Этот вид упаковки колбасных изделий наиболее близок к кишечным оболочкам, поскольку материалом для их производства служат коллагеновые волокна, получаемые из среднего слоя («спилка») шкур крупного рогатого скота. Коллагеновые оболочки обладают высокой прочностью, влагопроницаемостью, эластичностью, равномерным диаметром.
«Съедобная» коллагеновая оболочка, производимая из высококачественного говяжьего спилка, отличается от обычной белковой оболочки небольшой толщиной стенки и характеризуется улучшенными показателями давления, пенетрации и прокусываемости.
Трубчатые «съедобные» коллагено-вые пленки для производства ветчин, копченостей и ферментированных мясных изделий характеризуются повышенным показателем дымопоглощения в процессе копчения, снижением потерь влаги при термообработке и, как следствие, увеличением сочности готового продукта.
Поскольку ресурсы коллагенсодер-жащего сырья весьма ограничены, в настоящее время ведется активный поиск по их замене растительными материалами. Такой альтернативой служит крахмал (как модифицированный, так и немодифицированный), пленка из которого предохраняет продукт от потери влаги. Пленкообразующие составы из высокоамилозных крахмалов устойчивы к знакопеременным температурам в процессе замораживания-оттаивания, что открывает перспективы для их применения в качестве покрытий для замороженной мясной продукции. Съедобные пленки из кукурузного и картофельного крахмала с различными пищевыми добавками используют также для упаковки сахаристых кондитерских изделий, консервированных плодов (варенье), печенья и др.
PACKAGING AND LOGISTICS Щ
■
Прозрачные съедобные пленки получают и из водных растворов кукурузного зеина в спирте либо в ацетоне, прочность таких пленок сопоставима с прочностью пленок из ПВХ [2].
Хорошо изучены и широко используются в пищевой промышленности простые эфиры целлюлозы. В настоящее время созданы двухслойные съедобные пленки, в которых гидроколлоидный слой состоит из смеси метилцеллюлозы, полиэтиленгликоля, воды и спирта, а липидный слой - из смеси этилцеллю-лозы, стеариновой и пальмитиновой кислот, спирта и пчелиного воска.
Весьма перспективно использование съедобных покрытий, пленкообразующую основу которых составляют природные полимеры — полисахариды. Пленки на основе полисахаридов защищают пищевой продукт от потерь массы (за счет снижения скорости испарения влаги) и создают определенный барьер проникновению кислорода и других веществ извне, тем самым замедляя процессы, обусловливающие порчу пищевого продукта (окисление жира).
Съедобные пленки на основе природных полимеров обладают высокой сорбционной способностью, что предопределяет их положительное физиологическое воздействие. Так, при попадании в организм эти вещества адсорбируют и выводят ионы металлов, радионуклиды (продукты радиоактивного распада) и другие вредные соединения, выступая в роли детоксиканта.
Даниэль Валеро и его коллеги из испанского университета Мигуэля Эрнан-деса получили гель на основе растения Алоэ Вера. Этот гель не влияет на вкус пищи и может оказаться безопасной, натуральной и безвредной для окружающей среды альтернативой традиционным синтетическим консервантам, которые наносят на фрукты после сбора урожая.
В пищевой промышленности в течение последних 20 лет особое внимание направлено на создание съедобных пленок и покрытий на основе хитоза-на - полисахарида, получаемого из панциря морских и пресноводных ракообразных. Пленки из хитозана, нанесенные на поверхность плодов и овощей - яблок, апельсинов, томатов, перца и т. д., имеют высокие барьерные свойства. Однородные, гибкие, не дающие трещин, хитозановые пленки обладают избирательной проницаемостью, играют роль микробного фильтра на поверхности плодов и овощей и регулируют состав газов у поверхности и в толще тканей, влияя тем самым на активность и тип дыхания, что в целом способствует продлению сроков хранения растительного сырья. Функцио-
нальные свойства хитозана как загустителя, адгезива и пленкообразователя используют при обжаривании и бездымном копчении рыбы. Раствор хитозана повышает вязкость жидкой панировки, придает ей способность прочно удерживать на поверхности изделия слой сухарей или муки.
Интерес представляют также съедобные покрытия на основе каррагинана с добавлением многоатомного спирта (этиленгликоль, пропиленгликоль, глицерин, сорбит, маннит, глюкоза, фруктоза и др.) и воды. На готовую пленку может быть нанесен покровный слой казеина, соевого белка, смеси соевого белка и желатина. Полученный пленочный материал можно использовать для упаковки порошкообразных, сухих пищевых продуктов, жиров и др.
Уже более 50 лет в пищевой промышленности применяют альгинаты натрия и кальция (гидроколлоиды, выделенные из бурых морских водорослей). Съедобные пленки на основе альгинатов обладают уникальными функционально-технологическими характеристиками: они прозрачны, имеют красивый внешний вид и не требуют предварительного удаления при подготовке пищевого продукта к потреблению. Такие оболочки имеют высокие прочностные характеристики при растяжении, что позволяет использовать их при машинном формовании колбасных изделий, таких как сосиски, сырокопченые и варено-копченые колбасы.
Для улучшения свойств колбасной оболочки, в частности прочности, к раствору альгината могут добавляться хлопковые волокна длиной не менее 1мм [3 ].
Американские ученые разработали новую упаковочную пленку для продуктов, изготовленную из различных фруктов и овощей. Съедобная оболочка состоит из фруктовых или овощных пюре с добавлением жирных кислот, спиртов, воска, растительного масла. Такая упаковка не только увеличивает срок хранения продуктов и выглядит привлекательно, но и хороша на вкус [4].
Повышенное внимание в наши дни уделяют разработке съедобных покрытий, способных образовывать капсулы, растворимые в воде или плавящиеся при повышенной температуре.
Особенно хотелось бы отметить способность съедобных пленок удерживать в своем составе различные соединения, что позволяет обогащать продукты питания минеральными веществами, витаминами, комплексами микроэлементов и т. п., компенсируя таким образом дефицит необходимых человеку компонентов пищи. Более того, съедобные пленки и покрытия на
основе природных полимеров обладают высокой сорбционной способностью, что предопределяет их положительное физиологическое воздействие. В частности, при попадании в организм эти вещества адсорбируют и выводят ионы металлов, радионуклиды и другие вредные соединения, выступая таким образом в роли детоксиканта.
Коллектив проблемной лаборатории биологической защиты сырья и продуктов питания Московского государственного университета прикладной биотехнологии работает над созданием нового поколения съедобных упаковочных материалов. Разработки в области получения и применения съедобных пленок и покрытий базируются на исследованиях общих закономерностей при подборе компонентов (совместимость компонентов и структура получаемых систем, физико-химические свойства) и технологических параметров для изготовления упаковочных материалов, сочетающих высокий уровень эксплуатационных характеристик (прочность, низкую газопроницаемость, экологическую безопасность, хорошую формуемость, сохранение качества, обеспечение микробиологической безопасности др.). Разработанные коллективом лаборатории съедобные покрытия для защиты поверхности твердых сыров в период созревания и хранения экспонировались на Б-й Международной специализированной выставке «Мир биотехнологии-2007», проходившей в рамках Четвертого Московского Международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития», и награждены дипломом и золотой медалью Конгресса.
ЛИТЕРАТУРА
1. Gennadios A, Weller C. L., Hanna M. A. Soy protein/fatty acid films and coatings//INFORM: Int. News Fats, Oils and Relat. Mater. 1997. В. №6. Рр. 622, 624.
2. Yamada Kohji, Takahashi Hidekazu, Noguchi Akinori. Improved water resistance in edible zein films and composites for biodegradable food packaging//Int. J. Food Sci. and Technol. 199Б. 30. № Б. Рр. Б99-60В.
3. Wong Dominic W. S, Gregorski Kay S, Hudson Joyce S, Pavlath Attila E. Calcium alginate films: thermal properties and permeability to sorbate and ascorbate//J. Food Sci.. 1996. 61. №2. Рр. 337-341.
4. McHugh T. H., Senesi E./Apple wraps: A novel method to improve the quality and extend the shelf life of fresh-cut apples//J. Food Sci. 2000. 6Б. № 3. Рр. 4В0-4ВБ.
