Одной из основных функций упаковки являются ее барьерные свойства, обеспечивающие защиту содержимого от вредных воздействий окружающей среды и обеспечивающие максимально длительное сохранение его потребительских свойств.

При хранении большинства пищевых продуктов в них происходят химические и микробиологические изменения, основную роль в которых играют кислород, свет, который может инициировать реакции, и температура, определяющая их кинетику. Особенно чувствительны к окислению белки мяса, рыбы и птицы. Например, в мясе миоглобин, имеющий пурпурно-красный оттенок, в результате этих процессов может превратиться в метмиоглобин коричневого цвета. При глубине превращения миоглобина более 50% мясо становится непригодным к применению.

Для устранения вредного влияния кислорода на продукты используют различные приемы: удаление кислорода, создание защитной атмосферы в упаковке, замораживание продуктов. Наиболее доступным является упаковывание, при котором кислород удаляется с помощью вакуума. В данном случае используют однослойные, многослойные и комбинированные пленки с высокими барьерными свойствами. Это могут быть термоусадочные пленки, термоформованные материалы и skin (облегающие) упаковки.

Продлить срок хранения мясной продукции можно, создав в упаковке специальную атмосферу, которая приводит к резкому снижению скорости процесса “дыхания” продукта (газообмена с окружающей средой), замедлению роста микроорганизмов и подавлению процесса гниения, вызванного энзиматическими спорами, следствием чего является увеличение срока хранения в несколько раз.



Различают следующие способы упаковывания в газовой среде:

- в среде инертного газа (N2, СО2, Аr);
- в модифицированной газовой среде (МГС), когда в зависимости от природы хранящихся продуктов и условий окружающей среды в упаковке создают специальную атмосферу, в довольно широких пределах по составу газов;
- в регулируемой газовой среде (РГС), когда в результате «дыхания» продукта и определенной проницаемости упаковки состав газовой смеси в ней должен изменяться только в заданных пределах.

В первых двух случаях и при хранении продуктов в вакууме упаковка должна иметь минимальную проницаемость. При хранении в РГС необходимо обеспечить вполне определенный уровень и избирательность проницаемости по отношению к основным газам атмосферы (N2, О2, СО2).

Понятно, что для правильного выбора упаковки, особенно если применяется МГС, необходимо уметь с высокой точностью рассчитывать ее проницаемость, не только по отношению к газам, но и к влаге, а также рассчитывать изменение состава газовой среды и состояния продукта в течение всего срока хранения. Данная задача весьма нетривиальна.



Диффузионные характеристики многих полимерных материалов, из которых производят упаковку, приведены во многих публикациях. Однако иногда эти характеристики, опубликованные в разных источниках, различаются более чем на десятичный порядок. Кроме того, разные авторы используют разные системы единиц, что затрудняет оценку и сравнение характеристик. Но самое главное – подавляющее большинство исследований выполнено для пленочных материалов в стандартных и стационарных условиях, когда по одну сторону материала создается 100% концентрация сухого исследуемого газа, а с другой стороны он непрерывно отводится. Измерения осуществляются при определенной температуре, которая разнится в зависимости от стандарта страны, где проводились исследования.



Понятно, что для оценки защитных свойств упаковки использовать такие данные крайне затруднительно. Особенно если она изготовлена из различных элементов (например, термоформованный поддон с приваренным к нему пленочным покровным материалом). При этом каждый из элементов может включать несколько слоев разной толщины, выполненных из различных материалов. Хранение продуктов осуществляется при различной температуре – комнатной (которая в различных регионах страны тоже разная) или при холодильном хранении, кроме того, при хранении продукта на складе и его транспортировке возможны колебания условий хранения (температуры и влажности).



Необходимо также учитывать проницаемость не только упаковки, но и герметизирующих элементов – адгезива, или, чаще, сварных швов. Как выяснилось в проведенных нами исследованиях, сварные швы в некоторых типах упаковки могут быть определяющим фактором для барьерных качеств.

Схема, иллюстрирующая влияние различных факторов на хранение упакованного продукта, приведена на рисунке 1.

Как видим, при выборе упаковки, обеспечивающей оптимальные свойства при хранении мясных продуктов, надо учесть множество факторов. Ясно, что раз затруднения возникают даже при оценке барьерных свойств однослойного материала, рассчитать обычными методами проницаемость сложной упаковки не представляется возможным.

Поэтому была разработана компьютерная программа, позволяющая решить подобную задачу с достаточно высокой точностью. Ее модульная структура представлена на рисунке 2.

При разработке этой программы на основе многочисленных измерений проницаемости как упаковочных материалов, так и герметизирующих элементов были созданы базы данных, включающие диффузионные характеристики практически всех используемых в настоящее время в упаковке полимерных пленочных материалов, а также сварных швов, сформированных различными методами тепловой, ультразвуковой и “холодной” сварки. Получены зависимости проницаемости материалов от температуры, влажности газов (рисунок 3) и их способности сорбировать диффузант (например, бумага и картон сорбируют воду, в полиэтилентерефталат вводят поглотители кислорода и т.п.). Программа работает в операционной среде MS Windows. Специальный модуль позволяет вводить данные и выводить результаты в любых единицах, обеспечивая их пересчет.



Программа позволяет выбрать тип упаковки и геометрические размеры. При этом автоматически вычисляются площади ее элементов и протяженность герметизирующих швов. Тип шва при этом также можно выбирать (рисунок 4).

Проводится расчет проницаемости по разработанному алгоритму, и полученные результаты представляются модулем вывода отчетов. Возможен вывод в виде таблиц, содержащих исходные данные и результаты расчетов (рисунок 5), а также графическое представление в виде зависимостей, например, парциального давления газа в упаковке или влагосодержания продукта (рисунок 6). При необходимости можно импортировать результаты в одно из распространенных приложений MS Windows – например, Microsoft Excel.



Программа имеет интуитивно понятный интерфейс. Как можно видеть из зависимости влагосодержания продукта от времени хранения на рисунке 6, где красной горизонтальной линией отображено предельно допустимое влагосодержание, мы можем определить и предельный срок хранения данного продукта в данной упаковке. В приведенном примере это время равно 90 дням.



Определение предельного срока хранения продукта может быть также и целью производимых программой вычислений.

Проведенные совместно с предприятиями, производящими продукты питания, эксперименты по контролю изменения внутренней атмосферы в различных упаковках и срокам хранения продуктов продемонстрировали высокую степень достоверности выполняемых расчетов. Ни в одном эксперименте различие между экспериментальными и расчетными величинами не превышало 20%, что значительно лучше результатов, полученных в ходе предыдущих работ.

Таким образом, созданная программа позволяет без длительных и дорогостоящих натурных опытов оценить возможности предлагаемой упаковки и подобрать наиболее подходящий и экономически оправданный вариант.

Для точной и достоверной оценки сроков хранения мясной продукции необходимо иметь информацию о поведении продукта при хранении в атмосфере различного состава, либо кинетику взаимодействия его, например, с кислородом при разной концентрации последнего. Можно использовать и косвенные методы оценки, например, кислотное число, содержание продуктов окисления и.т.п.