Упаковка в модифицированной газовой среде
10.1.2. Газовая среда
10.1.2.1 Газы, применяемые в МГС-упаковке
Для упаковке в модифицированной газовой среде применяют три основных газа — кислород (О,), диоксид углерода (СО,) и азот (N2). Выбор того или иного газа зависит от фасуемого пищевого продукта. Эти газы по отдельности или в сочетании друг с другом используют для достижения баланса срока годности продукта и его оптимальных органолептических свойств. Для упаковки таких пищевых продуктов, как кофе и снэки, в современной коммерческой практике применяют и инертные газы, в частности аргон, однако данных об их применении и получаемых преимуществах еще недостаточно. В литературе также сообщается об экспериментах по применению оксида углерода (СО) и диоксида серы (S02).
10.1.2.1.1. Диоксид углерода
Диоксид углерода (С02) — это бесцветный газ с несколько неприятным запахом (в очень больших концентрациях). Этот удушающий газ в присутствии влаги обладает слабыми коррозийными свойствами. С02 легко растворяется в воде (1,57 г/кг при давлении 100 кПа и температуре 20 °С) с образованием угольной кислоты (Н2С03), увеличивающей кислотность раствора и снижающей значение рН. Этот газ также растворим в жирах и некоторых других органических соединениях. С понижением температуры растворимость С02 увеличивается, в связи с чем противомикробное действие С02при температурах ниже 10 °С значительно сильнее, чем при температуре 15 °С и выше, причем этот факт имеет важное значение для МГС-упаковки пищевых продуктов (об этом см. далее). Высокая растворимость С02 может привести к сплющиванию упаковки в результате снижения объема газа в свободном пространстве над упакованным продуктом (в некоторых случаях этот эффект желателен, например, при упаковке сыра в нарезке).
10.1.2.1.2. Кислород
Кислород (О.,) представляет собой химически активный газ без цвета и запаха, поддерживающий горение, слабо растворимый в воде (0,040 г/кг при давлении 100 кПа и температуре 20 °С). Кислород поддерживает несколько реакций порчи пищевых продуктов — это окисление липидов, красящих веществ и реакций меланоидинообразования (неферментативного потемнения). Кислород необходим для роста и размножения многих типичных бактерий и грибов, вызывающих порчу пищевых продуктов, в связи с чем для увеличения срока годности в газовой среде должно быть как можно меньше кислорода. При этом следует отметить, что для некоторых пищевых продуктов снижение содержания О, негативно сказывается на их качестве и безопасности (так, например, приводит к нежелательному изменению цвета мяса, увяданию плодов и овощей и росту патогенных бактерий). Эти аспекты следует учитывать при выборе состава газовой среды для упаковки того или иного пищевого продукта.
10.1.2.1.3. Азот
Азот (N2) — газ со сравнительно низкой реакционной способностью без запаха, вкуса и цвета. Он негорюч, характеризуется меньшей плотностью, чем воздух, и слабо растворим в воде (0,018 г/кг при давлении 100 кПа и температуре 20 °С) и в других компонентах пищевых продуктов. Азот не поддерживает рост аэробных микроорганизмов и поэтому препятствует порче продуктов под действием аэробпых бактерий и плесеней, однако не ингибирует рост анаэробных бактерий. Низкую растворимость N2 в пищевых продуктах используют для предотвращения сплющивания упаковки путем включения в состав газовой среды достаточного количества азота, уравновешивая тем самым потери объема в результате растворения С02.
10.1.2.1.4. Оксид углерода
Оксид углерода (СО) представляет собой бесцветный, легко горючий газ без вкуса и запаха, обладающий высокой реакционной активностью. Он плохо растворяется в воде, но сравнительно хорошо растворяется в некоторых органических растворителях. Оксид углерода применяется в МГС-упаковке мяса, а в США запатентован способ применения этого газа для предотвращения потемнения фасованного салата-латука. Коммерческое применение СО ограничено из-за его токсичности и взрывоопасности в смеси с воздухом.
10.1.2.1.5. Инертные газы
Инертные газы относятся к соединениям с низкой реакционной способностью. В эту группу входят гелий (Не), аргон (Аг), ксенон (Хе) и неон (Ne), которые в настоящее время нашли применение в пищевой промышленности, в частности, для упаковки картофельных чипсов и других снэков на основе картофеля даже несмотря на недостаточные научные данные об их преимуществах по сравнению с более дешевым азотом. Можно только предполагать, что какие-то преимущества есть, но в научной литературе они пока что отражения не нашли.
10.1.2.2. Влияние газовой среды на бактерии, дрожжи и плесени
В пищевых продуктах присутствует множество микроорганизмов — бактерии и их споры, дрожжевые и плесневые грибы, простейшие и вирусы. Различные упаковочные технологии подразумевают предотвращение роста бактерий, дрожжей и плесеней грибов в пищевых продуктах, но при этом следует не забывать, что некоторые патогенные микроорганизмы могут выживать в продукте в течение всего срока его годности, не размножаясь, и стать причиной пищевых отравлений. В данном разделе мы рассмотрим основные группы микроорганизмов, чей рост зависит от состава газовой среды в упаковке пищевого продукта.
10.1.2.2.1. Влияние кислорода
Для дыхания и метаболической активности бактерий, дрожжей и плесеней необходимы разные условия, и по потребности в кислороде их можно разделить на следующие группы (табл. 10.1).
Аэробные микроорганизмы для роста и размножения нуждаются в кислороде. К ним относят широко распространенные грамотрицательные бактерии порчи, относящие к роду псевдомонад (Pseudomonas), а также такие патогенные бактерии, как Vibrio parahaemolyticus. Следует отметить, что некоторые представители рода Vibrio относят к факультативно аэробным микроорганизмам.
Микроаэрофильные микроорганизмы способны расти и размножаться при низком содержании 02, так что среды, бедные кислородом, могут быть селективными относительно некоторых опасных патогенных микроорганизмов, в том числе Catnpylobacter jejuni и Listeria monocytogenes. Для некоторых микроаэрофильных бактерий, например, для представителей рода Lactobacillus, помимо низкого содержания кислорода может требоваться повышенное содержание С00.
10.1.3. Упаковочные материалы
Правильный подбор упаковочных материалов является залогом качества и безопасности пищевых продуктов в МГС-упаковке. Для МГС-упаковки преимущественно используют гибкие и полужесткие полимерные материалы, а также полимерные ламинаты — они составляют примерно треть всех материалов для МГС-упаковки, причем предполагается, что их доля будет постоянно увеличиваться.
Сравнительная податливость при формовании, малая масса, прозрачность, возможность термосварки и термосклеивания, достаточная прочность — это лишь некоторые свойства полимерных материалов, позволяющие использовать их как упаковочные материалы для пищевых продуктов. Прогресс в полимерных технологиях позволил разработать специальные упаковочные материалы для определенных видов продуктов, однако ни один полимерный материал не обладает такими свойствами, которые позволили бы применить его для упаковки любого пищевого продукта.
Полимерные упаковочные материалы могут состоять из одного полимерного слоя, однако в большинстве случаев пленки, применяемые в МГС-упаковке, представляют собой многослойные материалы и состоят из нескольких слоев разных полимеров. С помощью методов соэкструзии, ламинирования или нанесения покрытий можно соединять различные виды полимерных материалов, получая пленку, листы или жесткую упаковку. Тщательный подбор состава полимеров позволяет получать материалы, обладающие именно теми свойствами, которые лучше всего соответствуют потребностям данного продукта и возможностям упаковочного оборудования.
Чаще всего полимерные упаковочные материалы для МГС-упаковки выпускаются в форме гибких пленок для производства пакетов, саше, упаковок типа «подушка» или верхних покровных пленок, а также в форме жестких и полужестких заготовок для производства лотков, мисок, стаканчиков и туб. Широкое распространение получили гибкие ламинаты на основе полиэтилена (ПЭ), полипропилена (ПП), полиамидов (найлон), полиэтилентетрафталата (ПЭТ), поливинилхлорида (ПВХ), поливинилиденхлорида (ПВдХ) и материала на основе этиленвинила (EVOH). Жесткие и полужесткие заготовки производят, как правило, из ПП, ПЭТ, непластицированного ПВХ и пенополистирола.
10.1.3.1. Основные полимерные материалы для МГС-упаковки
Ниже мы кратко опишем полимерные материалы, широко распространенные в МГС-упаковывании (подробнее о них и их важнейших свойствах, а также термины и определения см. главу 7).
10.1.3.1.1. EVOH
Поливиниловый спирт (ПВС) в сухом состоянии обладает отличными барьерными свойствами по отношению к газам. В присутствии влаги этот материал впитывает воду, что вызывает его разбухание и пластикацию со значительным ухудшением барьерных свойств. В целях обеспечения большей стабильности свойств ПВС сополимеризуют этиленом и получают этиленвиниловый спирт (EVOH), чьи барьерные свойства несколько хуже, чем у сухого ПВС, но он менее чувствителен к воздействию влаги. Благодаря этому материал EVOH нашел широкое применение в качестве газонепроницаемого слоя упаковочных материалов. Он обладает хорошими технологическими свойствами, из него несложно получить пленку и другие материалы. EVOH используют в виде тонкой пленки (толщиной около 5 мкм) для среднего слоя, расположенного между слоями полимеров с гидрофобными свойствами (например, ПЭ или ПП), защищающими его от влаги. Кроме того, EVOH обладает высокими механической прочностью, стойкостью к действию масел и органических растворителей, а также термостойкостью.
10.1.3.1.2. Полиэтилен
Полиэтилен (ПЭ) — простейший по структуре синтетический полимер, наиболее распространенный в упаковке. Существует несколько видов ПЭ, подразделяемых по плотности. ПЭ состоит из углеродной цепи с различным количеством боковых ответвлений, определяющих плотность материала. Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) (0,910-0,925 г/см3) обычно применяют в производстве пленок, а полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) (0,940 г/см3) — как правило, в производстве жесткой и полужесткой упаковки. ПЭ характеризуется плохими барьерными свойствами по отношению к газам, однако его гидрофобные свойства делают ПЭ материалом с высокими барьерными свойствами по отношению к водяному пару. Таким образом, ПЭ сам по себе не может использоваться в качестве упаковочного материала для МГС-упаковки, которая должна быть газонепроницаемой. ПЭ плавится при сравнительно невысокой температуре (около 100-120 °С в зависимости от плотности и степени кристалличности). Вариант полиэтилена с менее разветвленными боковыми цепями, известный как линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП), обладает хорошими свойствами для термосваривания и его используют в качестве термосвариваемого слоя при герметизации лотков и верхних покровных пленок.
Модифицированные материалы на основе ПЭ с ионной связью между макромолекулами называют иономерами. Такие материалы дают дополнительные возможности по использованию термосваривания, позволяя более эффективно герметизировать упаковки с жирами и порошками. Иономеры также используют для термосваривания с алюминием. Фирма Dupont выпускает целый ассортиментный ряд материалов на основе иономеров под торговой маркой Surlyn. Сополимер этилена и винилацетата, этиленвинилацетат (ЭВА), также характеризуется повышенной (по сравнению с ПЭНП) способностью к термосвариванию и применяется в качестве термосвариваемого слоя в некоторых разновидностях МГС-упаковки.
10.1.3.1.3. Полиамиды
Полиамиды (ПА) — это группа полимерных материалов, более известных как найлоны и широко распространенных в упаковке пищевых продуктов. В целом найлоны характеризуются высокой прочностью на растяжение, хорошей стойкостью к проколам и истиранию, а также хорошими барьерными свойствами по отношению к газам. Обычно найлоны чувствительны к влаге (гидрофильны) и легко впитывают влагу из окружающей среды. Внутри найлон влага действует на межмолекулярные связи и отрицательно влияет на их свойства, в том числе на проницаемость для газов. В условиях высокой относительной влажности скорость проникновения газов через найлоновую пленку, как правило, возрастает. Вместе с тем получены найлоно-
10.1.4. Упаковочное оборудование для МГС-упаковывания
Задачей оборудования для упаковывания в модифицированной газовой среде является помещение пищевых продуктов на термоформуемые или в уже готовые лотки, гибкие сумки или пакеты, изменение состава газовой среды, нанесение верхней покровной пленки (при необходимости), герметизация упаковки и обрезка лишней пленки у готового контейнера. Основные факторы, учитываемые специалистом по упаковке при выборе оборудования для фасования и упаковывания конкретного пищевого продукта, — это форма упаковки, ее внешний вид, производительность фасовочно-упаковочного оборудования, возможность его перенастройки и стоимость. Ниже мы кратко рассмотрим различные виды фасовочно-упаковочного оборудования для МГС-упаковывания.
10.1.4.1. Камерные машины
Для небольших производств обычно используют термоупаковщики, которые, как правило, работают с готовыми пакетами, хотя возможно использование устройств и для производства лотков. Заполненная упаковка помещается в камеру машины, после чего камеру закрывают, вакуумируют и заполняют требуемой газовой средой. Затем упаковку герметизируют термосвариванием, камеру открывают и удаляют из нее упакованные пакеты, после чего цикл повторяют. Обычно это недорогое оборудование требует больших трудозатрат, и хотя работать с ним довольно просто, производительность его сравнительна невелика. Существуют также термоупаковщики для работы с крупными упаковками.
10.1.4.2. Оборудование со всасывающим патрубком
Такое оборудование применяют для наполнения уже сформованных пакетов. Пакеты наполняют и размещают в аппарате, после чего в упаковку вводят патрубок («шноркель»), через который из нее откачивают воздух, создавая вакуум, и закачивают требуемые газы. Затем патрубок вынимают и герметизируют упаковку термосваркой. Такие аппараты предназначены для упаковки типа «пакет-в-коробке», в которую фасуют насыпные изделия, а также для групповой МГС-упаковки нескольких первичных упаковок.
10.1.4.3. Формовочно-фасововочно-укупорочное оборудование
Формовочно-фасовочно-укупорочное оборудование предназначено для формования пакетов из непрерывного рулона пленки или оберточной бумаги, а также для формирования гибких или полужестких лотковых систем, состоящих из термоформуемого лотка с термосвариваемой верхней покровной пленкой. Такое оборудование может иметь модификации для вертикального или горизонтального наполнения — конкретный выбор зависит от фасуемого продукта. Для уже готовых и термоформуемых в линии лотков почти всегда используют горизонтальные аппараты. Ниже мы рассмотрим прежде всего горизонтальные машины для МГС-упаковывания, широко распространенные в пищевой промышленности.
В аппаратах с термоформованием лотков в линии как для формирования самого лотка, так и покровного слоя используется рулонная пленка, которая пропускается через аппарат при помощи зажимов, укрепленных по краю полотна, и проходит через все стадии формирования, фасования, вакуумирования, изменения состава газовой среды, герметизации, обрезки и выгрузки.
Лотки получают путем нагревания рулонной пленки, которая после размягчения прессуется в лоток требуемой формы и размера. Формование нагретого размягченного листа осуществляется с использованием вакуума, давления, механической вытяжки или их сочетания. Размягченная нагретая пленка обычно втягивается в пресс-форму под действием вакуума, создаваемым путем откачки воздуха через отверстия в основании и в углах пресс-формы, и в результате получаются лотки заданной формы и размеров. Для изготовления более глубоких лотков требуется более равномерное распределение полимера по пресс-форме, что достигается путем предварительного растяжения пленки с использованием механических устройств (вставок), препятствующих чрезмерному утончению стенок контейнера по кромкам и углам основания.
Оснастка пресс-форм составляет значительную часть стоимости формовочно- фасовочно-укупорочного оборудования. Пресс-формы обычно изготавливают из стали или алюминия (последний дешевле, но менее долговечен). Вставки, или надпрессовочная плиты, располагают на основании штампа; они позволяют уменьшить глубину лотков и выпускать их более плоскими. Пленка для собственно лотка и покровного слоя поставляется в рулонах на барабане стандартного диаметра (обычно 3-6 дюйма), что соответствует размерам размоточной системы аппарата для термоформования. Диаметр рулонов составляет обычно 300-1000 мм (с шагом 50 мм).
Термоформуемые лотки получают тремя основными способами.
10.1.4.3.1. Негативное формование
|
Рис. 10.3. Термоформование лотка способом негативного формования (с разрешения фирмы ) |
Способ негативного формования (формование в матрице) используется при работе с гибкими пленками — для жестких материалов существуют ограничения (за исключением неглубоких матриц с хорошо скругленными углами). Негативное формование проводится в две стадии:
|
|
• сжатым воздухом пленка прижимается к обогревающей плите и размягчается; размягченная пленка раздувается сжатым воздухом, проходящим через обогревающую плиту, и выстилает пресс-форму (рис. 10.3).
10.1.4.3.2. Негативное формование с предварительной вытяжкой пуансоном
Метод негативного формования с формованием пуансоном применяют для изготовления глубоких лотков и лотков сложной формы. Чтобы размягченный полимерный материал более равномерно распределялся по форме, его предварительно вытягивают с помощью пуансона. Тем самым обеспечивается необходимая толщина материала в углах лотка (иначе в процессе формования и дальнейшей обработки там могут образовываться отверстия). Данный способ применяется при работе как с гибкими, так и с жесткими материалами, и осуществляется в три стадии:
• пленка размягчается между обогревающими плитами (предварительный нагрев может проводиться в несколько этапов);
• на пленку опускается пуансон, растягивающий ее;
• окончательное формование осуществляется сжатым воздухом, прижимающим пленку к форме (рис. 10.4).
10.1.4.3.3. Позитивное формование с предварительной вытяжкой пуансоном
Метод позитивного формования с предварительной вытяжкой пуансоном используется для изготовления жестких лотков и обеспечивает более точное распределение материала по углам и основанию лотка. Формование осуществляется в три стадии: пленка разогревается между терморегулируемыми плитами;
• пленка предварительно растягивается по основанию формы путем ваккуумирования;
10.1.5. Качество МГС-упаковки
Ниже мы рассмотрим некоторые примеры контроля качества МГС-упаковки (они приводятся именно как примеры, так что не следует считать их рекомендуемыми авторами).
10.1.5.1. Герметичность термосварного шва
Большинство МГС-упаковок герметизируется путем термосваривания. При нарушении герметичности термосварного шва в период объявленного срока годности страдает качество и безопасность продукта в МГС-упаковке. Через неплотности происходит утечка газа из упаковки, в связи с чем термосваривание Н АССР-анализе считается критической контрольной точкой, мониторинг которой должен вестись в рамках технологического контроля. Очень важно, чтобы температура термосваривающих планок, давление и продолжительность их контакта с полимерной пленкой были настроены в соответствии с рекомендациями производителей оборудования и упаковочных материалов и контролировались в ходе всех технологических операций.
Герметичность термосварного шва и упаковки в целом оценивают в ходе разрушающих и неразрушающих испытаний. В первом случае упаковку погружают в воду и выявляют дефекты по пузырькам газа, выходящим через шов. Кроме того, прочность шва проверяют с помощью сжатого воздуха, нагнетаемого в упаковку до тех пор, пока шов не разойдется. Неразрушающие испытания основаны на измерении изменения давления в упаковке, помещенной в вакуумную камеру. Некоторые разновидности оборудования, применяемого для проверки герметичности швов, мы рассмотрим ниже.
10.1.5.1.1. Оборудование для неразрушающих испытаний
Фирма Ai Qualitech выпускает линейку вакуумных тестеров утечек (серии Q700) для лабораторных испытаний МГС-упаковки (лотков, пакетов и упаковки типа «подушка») на газонепроницаемость. При вакуумировании контейнер раздувается, заставляя покровную пленку принять форму «домика». При наличии утечки газа датчик давления, соприкасающийся с верхней покровной пленкой, зафиксирует падение давления. Преимуществами данного оборудования являются простота, объективность и возможность количественной оценки результатов. Для использования в линии в автоматическом режиме данное устройство может комплектоваться специальными держателями. С его помощью можно обнаруживать отверстия размером 10 мкм и более.
10.1.5.1.2. Оборудование для разрушающих испытаний
В качестве примера такого оборудования можно привести систему LIPPKE 2500 SL Package Test System, которая используется для определения неплотностей шва и утечки из упаковки газов через проколы и некачественные швы. В режиме проверки на утечки давление в упаковке увеличивают до заданного максимального уровня и регистрируется его изменения. Утечка газа проявляется в падении давления в упаковке. В режиме проверки прочности шва повышают давление в упаковке, и давление в момент разрыва шва характеризует его прочность. Минимальное углубление при пробе иглой составляет 1 мм, что делает данное оборудование пригодным для большинства видов упаковки.
10.1.5.2. Измерение газопроницаемости упаковочных пленок
Для упаковки в модифицированной газовой среде важно знать точные значения проницаемости полимерных пленок по отношению к кислороду, СО, и водяному пару. Для измерения скорости прохождения газов и газопроницаемости упаковочных пленок применяют разные методы. Наиболее распространенным является изостатический метод, когда обе стороны тестируемой пленки находятся под одинаковым давлением, а постоянная разность парциальных давлений поддерживается путем пропускания с одной стороны пленки испытуемого газа и непрерывного отвода с другой стороны прошедшего через пленку инертного газа-носителя. Это обеспечивает очень низкое парциальное давление тестируемого газа, проходящего через пленку, и постоянную разность концентраций газа с обеих сторон пленки. Этот метод иногда называют методом повышения концентрации.
10.1.5.2.1. Измерение скорости проницания водяного пара
Скорость прохождения водяного пара - это скорость потока водяного пара (обычно с обеих сторон и в ламинарных условиях) через единицу площади испытываемой пленки.
10.2. Основные типы пищевых продуктов
10.2.1. Мясо
К основным механизмам порчи пищевых продуктов, ограничивающим срок годности мяса, относят рост микроорганизмов и окисление красного пигмента оксимиоглобина. Технологи по упаковке пищевых продуктов должны обеспечить желаемый красный цвет оксимиоглобина путем выбора приемлемого содержания кислорода в упаковке с одновременной минимизацией роста аэробных микроорганизмов. Мясо с высоким содержанием этого пигмента (например, оленина и мясо кабана) требует более высоких концентраций О,.
Аэробные бактерии порчи, например, представители рода Pseudomonas, являются обычно основной микробиотой мяса. Поскольку рост этих бактерий в присутствии СО, прекращается, то стабильность красной окраски и прекращение роста микроорганизмов достигается путем применения газовой среды, состоящей из 20-30% С02 и 70-80% 02. Такой газовый состав позволяет увеличить срок годности охлажденного мяса от 2-4 до 5-8 сут. Рекомендуемое отношение объема газа к объему продукта — 2:1.
Мясо является идеальной средой для размножения огромного числа микроорганизмов порчи и патогенных микроорганизмов, в том числе и для Е. coli. Поскольку перед употреблением мясо подвергают тепловой обработке, риск пищевых отравлений при соблюдении правил кулинарии существенно снижается. Хранение в охлажденном состоянии при рекомендованных температурах, соблюдение санитарно- гигиенических правил на всем протяжении технологической и дистрибьюторской цепи от бойни и МГС-упаковки до транспортировки и реализации являются необходимыми условиями пищевой безопасности и увеличения срока годности мяса.
10.2.2. Мясо птицы
Основным фактором, лимитирующим срок годности мяса птицы, является микробиальный рост, особенно бактерий родов Pseudomonas и Achromobacter. Рост этих грамотрицательных аэробных бактерий эффективно блокируется с помощью С02. Таким образом, наличие С02 в составе модифицированной газовой среды упаковки в концентрации выше 20% позволяет существенно продлить срок годности мяса птицы. Концентрации С02 выше 35% в упаковке пищевых продуктов для розничной торговли не рекомендуются из-за риска сплющивания упаковки и избыточного отделения сока. В качестве инертного наполнителя используется азот (рекомендованное соотношение объема газа к объему продукта — 2:1). Для крупных МГС- упаковок сплющивание не представляет особых проблем, и в этом случае зачастую используют среду из 100% С02.
Поскольку мясо птицы представляет собой отличную среду для роста и размножения патогенных микроорганизмов, в том числе и тех, которые не ингибируются с помощью С02, очень важно поддерживать рекомендованные температуры хранения охлажденного мяса птицы, соблюдать санитарно-гигиенические нормы на протяжении всей технологической и дистрибьюторской цепи, а также правила кулинарной обработки.
В ходе первых исследований МГС-упаковки мяса птицы было обнаружено, что при концентрациях С02 выше 25% происходит обесцвечивание продукта (сообщалось даже об ухудшении внешнего вида мяса уже при концентрации С0215%) [13]. Эти данные противоречат данным торговли, где применяют сравнительно высокие его концентрации (вплоть до 100%). Газовые среды с содержанием С02 25-50% и N2 50-75% используются повсеместно. Вполне вероятно, что проблемы, которые иногда связывают с высокой концентраций С02 (например, появление на мясе сероватых пятен), возникают в результате высокого содержания в упаковке остаточного кислорода [6].
Рекомендуется изучить оптимальный состав газовой среды, вид и размер упаковки для конкретных пищевых продуктов. Кроме того, состав газовой среды в свободном пространстве над продуктом в упаковке может при хранении меняться под действием респираторной активности микроорганизмов и газообмена через упаковочный материал. Именно поэтому необходимы испытания в производственных условиях, позволяющие определить интенсивность этих процессов в течение срока годности конкретного продукта. Кроме того, необходимо определить оптимальное соотношение объема свободного пространства над продуктом в упаковке к объему собственно продукта, правильно подобрать тип и толщину упаковочного материала, а также конструкцию упаковки. Рекомендуемый срок годности должен соответствовать условиям, в которых данный продукт находится с момента его производства и вплоть до момента потребления. Необходимо также учитывать возможность вскрытия упаковки в ходе хранения.
10.2.3. Вареные, соленые и переработанные мясопродукты
Основными признаками порчи этих видов мясопродуктов является рост и размножение микроорганизмов, изменение цвета и окислительная прогорклость. В процессе тепловой обработки мясопродуктов вегетативные бактериальные клетки должны погибнуть, расщепляющие ферменты — инактивироваться, а цвет — зафиксироваться, так что порча переработанных мясопродуктов происходит, главным образом, из-за контаминации их микроорганизмами уже после переработки вследствие несоблюдения саниатарно-гигиенических норм и правил обращения с мясопродуктами. Цвет приготовленного мяса может измениться в результате процессов окисления, и поэтому очень важно, чтобы содержание остаточного кислорода в упаковке было максимально низким. Популярная МГС-упаковка с газовой средой, состоящей из 25-50% С02 и 50-75% N2 и с соотношением объемов газа к объему продукта 2:1, позволяет максимально увеличить срок годности мясопродуктов, предотвратив появление в них посторонних привкусов и развитие окислительной прогорклости. Мясопродукты после посола (например, бекон) имеют характерную розовато-красноватую окраску благодаря пигменту нирозилмиоглобину, который более стабилен, чем оксимиоглобин, не реагирует на большую концентрацию С02, но в присутствии атмосферного воздуха может медленно превращаться в коричневатый метмиоглобин. При кулинарной обработке нитрозилмиоглобин превращается в розовые денатурированные нитрозогемохромовые пигменты, нестабильные на воздухе.
В таких переработанных мясопродуктах, как сосиски, колбасы и изделия из мясного фарша, обычно содержится метабисульфит натрия, который является эффективным средством против разнообразных микроорганизмов порчи и патогенных микроорганизмов. Вареные, соленые и переработанные мясопродукты с высоким содержанием ненасыщенных жиров подвержены окислительному прогорканию, и упаковка в среде С02 и N2 является эффективным средством его предотвращения.
Потенциальный риск пищевых отравлений возникает в результате микробиологической контаминации пищевых продуктов или их обсеменения микроорганизмами уже после технологической и кулинарной обработки. Этот риск можно снизить путем соблюдения рекомендованных температурных режимов охлаждения и правильных санитарно-гигиенических практик. Низкое значение активности воды (aw) и внесение нитритов в эти мясопродукты позволяет предотвратить рост и размножение многих видов патогенных бактерий (особенно С. botulinum), однако это может оказаться неэффективным в случае мясопродуктов, в рецептуре которых меньше химических консервантов, чем обычно. Не следует забывать и о потенциальном влиянии любых изменений в рецептуре продукта на рост и выживание патогенных микроорганизмов. Хранение мясных полуфабрикатов без внесения в них консервантов связано с риском роста С. botulinum в анаэробных условиях МГС-упаковки, особенно при повышенных по сравнению с обычными температурах. Следует отметить, что многие виды переработанных мясопродуктов реализуются в вакуумной упаковке в виде нарезки. Срок годности продуктов в вакуумной упаковке мало отличается от их срока годности в МГС-упаковке, однако ломтики мяса, упакованного в модифицированной газовой среде, легче отделить друг от друга.
10.2.4. Рыба и морепродукты
В последнее время в Европе и особенно в Великобритании значительно вырос объем продаж рыбы и морепродуктов в МГС-упаковке. При разработке такой упаковки разработчикам следует помнить о таком лимитирующем ее применение факторе, как С. botulinum. Финансовая выгода от использования МГС-упаковки довольно спорна, поскольку для некоторых продуктов увеличение срока годности очень невелико. Порча рыбы проявляется в выделении низкомолекулярных летучих соединений, и разработчики упаковки должны учитывать барьерные свойства упаковочных материалов, подбирая для упаковки рыбы с сильным запахом, копченых и соленых рыбо- и морепродуктов материалы с повышенными барьерными свойствами по отношению к запахам.
Порча рыбы и морепродуктов происходит под воздействием трех основных факторов:
разложения мышечных тканей под действием нативных ферментов (автолиз клеток);
роста численности микроорганизмов; реакций окисления.
М ГС-упаковка позволяет контролировать последние два фактора, но не оказывают прямого влияния на автолиз клеток. Поскольку именно автолиз является основной причиной порчи рыбы и морепродуктов при их хранении при температурах около О °С, это объясняет более низкую эффективность МГС-упаковки для рыбы и морепродуктов по сравнению с другими пищевыми продуктами животного происхождения. Даже ингибируя возможные реакции окисления, МГС-упаковка более эффективна для предотвращения микробиологической порчи.
Реакции окисления гораздо более важны для срока годности рыбных продуктов, чем для других продуктов животного происхождения, поскольку в морской рыбе гораздо выше содержание полиненасыщенных жиров. Решающее значение для окисления жиров имеет температура хранения, поскольку оно наблюдается даже при температурах замораживания, а внесение соли может ускорить окислительные процессы.
Основными бактериями порчи для рыбных продуктов являются аэробные представители родов Pseudomonas, Moraxella, Acinetobacter, Flavobacterium и Cytophaga. Особенно важно при работе с рыбными продуктами в МГС-упаковке считаться с С. botulinum. Применение С02 существенно ингибирует рост некоторых бактерий (см. табл. 10.2). При хранении рыбных продуктов аэробные бактерии порчи замещаются менее интенсивно размножающимися бактериями, продуцирующими меньше летучих соединений, в частности, молочнокислыми Lactobacilli.
Поскольку в рыбных и морепродуктах концентрация миоглобина значительно ниже, чем в мясе, его роль в процессах окисления значительно меньше. Благодаря этому в МГС-упаковке можно использовать большее содержание СО, (например, 40%). Из-за высокого содержания влаги и жиров в некоторых видах рыбной продукции для предотвращения сплющивания упаковки применяют азот.
При использовании МГС-упаковки рыбы следует помнить, что удаление кислорода и его замещение либо азотом либо смесью из азота и диоксида углерода приводит к образованию анаэробных условий, способствующих росту протеазонегативных штаммов С. botulinum. Поскольку эти бактерии при низких температурах порядка 3 °С могут размножаться, не вызывая заметных изменений органолептических характеристик рыбы, то они могут вызывать пищевые отравления вплоть до летального исхода. Хотя достоверных свидетельств того, что С02 способствует росту психотрофных штаммов С. botulinum, нет, существуют, как мы уже отмечали ранее, некоторые опасения относительно способности СО, поощрять прорастание спор этого микроорганизма.
Для оценки и контроля рисков, связанных с ростом и размножением С. botulinum в рыбе и морепродуктах, проведены серьезные исследования. Консультативный комитет по микробиологической безопасности пищевых продуктов (ACMSF) разработал перечень регулирующих факторов, которые желательно использовать для предотвращения роста численности психотрофных бактерий С. botulinum и образования токсинов в переработанных охлажденных пищевых продуктах [1]. При использовании МГС-упаковки для рыбы риски можно существенно снизить при поддержании температуры хранения менее 3 °С и ограничении его продолжительности не более чем 10 сутками.
Некоторые рыбопереработчики добавляют в газовую среду упаковки кислород в целях еще большей минимизации риска размножения клостридий. Для упаковки белой (нежирной) рыбы используют газовую среду, состоящую из 30% кислорода, 40% СО, и 30% азота. Это хотя и продлевает срок годности некоторых видов рыбы и морепродуктов, существенного влияния на срок годности жирной рыбы не оказывает. Для упаковки копченой и жирной рыбы используют газовую среду с более высоким содержанием С02 (40%) и азота (60%). Учитывая описанные выше риски, правильнее будет установить срок годности такой рыбы 10-14 сут при температуре хранения 3 °С.
10.2.5. Фрукты и овощи
Сегодня потребители привыкли видеть свежие фрукты и овощи на полках магазинов круглый год, и МГС-упаковка предоставляет возможность увеличить безопасный срок годности многих из них. Упаковка свежих, непереработанных фруктов и овощей ставит перед технологами по упаковке серьезные задачи. Как и в случае с другими пищевыми продуктами, здесь необходимо иметь дело с сырьем наивысшего качества, что особенно важно для группы продуктов, называемой свежей плодоовощной продукцией. Ее качество во многом зависит от условий выращивания и минимизации механических повреждений в ходе сбора урожая, сортировки и транспортировки, от степени соблюдения санитарно-гигиенических условий, от регулирования влажности в целях предотвращения подсыхания и образования конденсата, что поможет предотвратить подгнивание, а также от поддержания оптимальной температуры при хранении. В отличие от других видов охлажденных скоропортящихся продуктов, у свежих овощей и фруктов респираторная активность продолжается и после сбора урожая. К продуктам этой респираторной активности относятся С02 и водяной пар. Кроме того, «дышащие» фрукты и овощи выделяют этилен (С2Н4), ускоряющий дозаривание и размягчение тканей. Если этот процесс не регулировать, то срок годности овощей и фруктов будет существенно меньше.
Респираторная активность зависит от природных особенностей свежей плодоовощной продукции и различных внешних факторов, в том числе и температуры окружающей среды. Считается, что потенциальный срок годности упакованных свежих фруктов и овощей обратно пропорционален интенсивности дыхания, которая повышается в 3-4 раза при каждом увеличении температуры на 10 °С. Следовательно, целью МГС-упаковки является снижение респираторной активности и увеличение срока годности при сохранении качества расфасованного продукта. Респираторную активность можно уменьшить путем понижения температуры, уменьшения содержания кислорода в упаковке и увеличения содержания С02, а также с помощью сочетания этих методов при создании газовой среды в упаковке. Если содержание кислорода снижается ниже определенного уровня, зависящего от вида и ботанического сорта растения, то инициируется анаэробная активность с выделением этанола, ацетальдегида и органических кислот. «Анаэробное дыхание» или анаэробиоз обычно сопровождается появлением неприятного запаха и является признаком снижения качества продукта. Увеличение содержания С02 в упаковке ингибирует респираторную активность, однако слишком высокое содержание диоксида углерода для некоторых видов и сортов плодоовощной продукции может оказаться вредным.
Снижение концентрации кислорода до менее 5% замедляет интенсивность дыхания многих фруктов и овощей. Что касается минимального значения содержания кислорода в упаковке разных видов свежей плодоовощной продукции, то если некоторые сорта яблок и груш могут успешно храниться при содержании кислорода менее 0,5%, то у картофеля анаэробная активность начинается уже при содержании кислорода около 5%. В целом, содержание кислорода на уровне менее 3% может инициировать анаэробную активность у многих видов свежей плодовоовощной продукции [10].
Увеличение содержания СО, также может способствовать снижению респираторной активности. Если его концентрация становится слишком велика, то индуцируется анаэробная активность и, как следствие, появляются проблемы с качеством продукта. У разных ботанических сортов и видов восприимчивость к содержанию С02 различна — если земляника выдерживает 15%-ное содержание С02 то сельдерей портится уже при содержании С02 чуть более 2% [10]. Способность земляники выдерживать относительно высокие концентрации С02 можно использовать для предотвращения роста плесени Botrytis cinerea.
Применение низких концентраций кислорода и высоких концентраций С02 может привести к синергическому эффекту снижения респираторной активности и, косвенным образом, — к замедлению созревания. Хотя механизм увеличения срока годности свежей плодоовощной продукции в МГС-упаковке еще не до конца изучен, уже известно, что газовая среда с низкой концентрацией кислорода и с высокой концентрацией С02 снижает превращение хлорофилла в феофитин, уменьшает восприимчивость растительных тканей к действию С2Н4, ингибирует синтез каротиноидов, снижает окислительное потемнение и обесцвечивание, а также ингибирует рост и размножение микроорганизмов, причем все эти проявления зависят от температуры. Влияние МГС-упаковки на физиологические свойства овощей фруктов стало предметом многочисленных исследований (их обзор см. в работе [11]).
Технологи по МГС-упаковке должны учитывать присутствие основных патогенных микроорганизмов, в частности L. monocytogenes и С. botulinum. Как мы уже отмечали ранее, L. monocytogenes могут расти и размножаться при низком содержании кислорода, причем они не ингибируются С02, что в сочетании с возможностью их роста при температурах около 0 °С объясняет необходимость повышенного к ним внимания.
Использование МГС-упаковки с пониженным содержанием кислорода и повышенной концентрацией С02 может способствовать росту численности психотрофных протеазоотрицательных штаммов С. botulinum. Тем не менее такие упаковки хранят при температурах 3 °С и ниже не более 10 сут, что не должно вызывать проблем с размножением клостридий. В данном случае очень важно соблюдать при хранении температурный режим, поскольку малейшее его нарушение может привести к образованию в упаковке токсинов.
Условия произрастания фруктов и овощей могут обусловливать их обсемененность патогенными микроорганизмами, в том числе различными видами Salmonella, Е. coli и вирусами. Хотя эти микроорганизмы могут и не размножаться в МГС- упаковке (особенно при температурах хранения около 3 °С), они могут выжить в условиях хранения и привести к перекрестной контаминации пищевых продуктов в домашних условиях и/или пищевым отравлениям вследствие употребления сырых или недостаточно обработанных продуктов. Соблюдение санитарно-гигиенических требований, мойка овощей и фруктов в холодной хлорированной воде, ополаскивание и удаление влаги перед МГС-упаковыванием считаются в настоящее время обязательными мероприятиями, способствующими снижению численности микроорганизмов и повышению безопасности пищевых продуктов. Поскольку для МГС- упаковки свойственен риск размножения анаэробных патогенных микроорганизмов (в частности, С. botulinum), рекомендуется поддерживать минимальное содержание кислорода в ней на уровне 2-3%, что не позволить возникнуть потенциально опасным условиям.
Для свежей плодоовощной продукции используют МГС-упаковку с равновесными условиями (см. об этом главу 2). Это требует знания характеристик проницаемости соответствующих упаковочных материалов, а также респираторные особенности упаковываемых продуктов, что поможет сбалансировать скорость прохождения кислорода и С02 через упаковочный материал.
В настоящее время растет применение такой МГС-упаковки для упаковки свежих овощей и фруктов, где в состав газовой среды входят С02, кислород и азот. Этот состав газовой среды способствует снижению темпов ферментативного потемнения до момента достижения равновесности модифицированной газовой среды.
10.2.6. Молочные продукты
МГС-упаковка позволяет увеличить срок годности некоторых молочных продуктов, в том числе сухого молока повышенной жирности, сыров и жиросодержащих спредов. Как правило, причиной порчи этих Продуктов является окислительное прогоркание (сухое молоко) и/или рост численности микроорганизмов, особенно дрожжей и плесеней (сыры).
Особенно подвержено появлению неприятных запахов из-за окисления липидов цельное сухое молоко. На практике воздух удаляют вакуумированием и заменяют его азотом или смесыо N,/C02. Затем сухое молоко фасуют в металлические банки и герметично их укупоривают. В процессе распылительной сушки частицы сухого молока насыщаются воздухом, который начинает диффундировать в банку (эта диффузия может длиться около 10 сут). В результате в свободном пространстве упаковки над продуктом содержание кислорода достигает 1-5% и более. Поскольку иногда требуется пониженное содержание кислорода (менее 1%), некоторые производители через 10 сут осуществляют переупаковывание, что дорого и неудобно. Нам удалось установить, что для воспрепятствования накопления кислорода в упаковке можно использовать смесь азота и С02 или применять поглотители кислорода (подробнее о них см. главу 9).
Английские сыры (в частности, чеддер) традиционно упаковывают в вакуумную упаковку, но постепенно растет и доля МГС-упаковки с повышенным содержанием С02. В последнем случае снижается содержание остаточного кислорода, а упаковочный материал плотнее прижимается к продукту благодаря переходуС02 в раствор. Для избежания чрезмерного давления на термосвариваемый шов очень важно правильно выбрать содержание азота в газовой смеси.
Использование газовой среды на основе смеси азота и С02 может существенно увеличить срок годности сыров типа коттедж (зерненого творога, домашних сыров и т. п.). Сыры типа коттедж представляют собой молочные продукты с высоким содержанием влаги и низким жира, в которых успешно размножаются микроорганизмы порчи, в том числе и представители рода Pseudomonas. Применение газовой смеси, состоящей из С02 (40%) и N2 (60%) может существенно увеличить срок годности таких продуктов.
10. УПАКОВКА В МОДИФИЦИРОВАННОЙ ГАЗОВОЙ СРЕДЕ
Содержание:
10.1. Состав газовой среды, упаковочные материалы и оборудование для МГС-упаковки
10.1.1. Введение
10.1.2. Газовая среда
10.1.3. Упаковочные материалы
10.1.4. Упаковочное оборудование для МГС-упаковывания
10.1.5. Качество МГС-упаковки
10.2. Основные типы пищевых продуктов
10.1. Состав газовой среды, упаковочные материалы и оборудование для МГС-упаковки
10.1.1. Введение
В обычных условиях воздух состоит из азота (N,) (78,08% — далее везде % об./об.), кислорода (02) (20,96%), диоксида углерода (С02) (0,03%), а также водяного пара и следовых концентраций инертных и других газов. Многие пищевые продукты при взаимодействии с воздухом быстро портятся из-за потери влаги или, наоборот, повышения ее содержания, из-за реакций компонентов продукта с кислородом, а также из-за роста аэробных микроорганизмов, в частности, плесеней и бактерий. Рост микроорганизмов приводит к изменениям текстуры, цвета, вкуса и пищевой ценности продуктов, которые могут сделать продукт несъедобным и потенциально небезопасным для здоровья. Хранение пищевых продуктов в модифицированной (измененной) газовой среде позволяет замедлить химические и биохимические реакции и ингибировать (а в некоторых случаях и полностью остановить) рост и размножение микроорганизмов порчи, то есть обеспечить стабильность качества пищевых продуктов и увеличить срок их годности.
Упаковка в модифицированной газовой среде (MAP, Modified atmosphere packaging, МГС-упаковка) определяется как «упаковка скоропортящихся продуктов в газовой среде, измененной таким образом, что ее состав отличается от состава окружающего воздуха» [9]. Если хранение в регулируемой газовой среде (Controlled Atmosphere Storage, CAS, РГС) предусматривает поддержание заданного газового состава вокруг продукта путем тщательного мониторинга и подкачки газов, то модифицированная газовая среда в упаковке со свежим продуктом постоянно меняет ся в результате химических реакций и деятельности микроорганизмов. Вследствие проницаемости упаковочных материалов происходит также газообмен между внешней средой и газовой средой в свободном пространстве упаковки над продуктом.
Упаковка пищевых продуктов в модифицированной газовой среде позволяет увеличить срок их годности и улучшить внешний вид упакованного продукта, сделав его более привлекательным для потребителя, однако она не может улучшить качество продукта, и чтобы воспользоваться всеми преимуществами этого способа упаковывания, применять МГС-упаковку следует только для продуктов высшего качества. Для обеспечения высокого качества пищевых продуктов в МГС-упаковке и увеличения срока их годности необходимо тщательно соблюдать санитарно- гигиенические требования и обеспечить необходимые температурные режимы охлаждения на протяжении всей холодильной цепи.
10.1.1.1. Краткий исторический экскурс
Первое коммерческое использование модифицированного газовой среды относилось к РГС-хранению овощей и фруктов. Кроме того, в условиях РГС мясо в тушах экспортировали из Австралии и Новой Зеландии еще в 1930-х гг. Таким образом, первые разработки в этой области относились к хранению и транспортировке крупных партий пищевых продуктов. В 1930-х гг. были проведены исследования влияния газовой среды на срок годности свежего мяса. В 1930 г. г-н Киллефер (Killefer) сообщил об увеличении вдвое срока годности при холодильном хранении свинины и баранины в газовой среде, на 100% состоявшей из С02. Первая публикация по результатам исследования мяса птицы, хранившегося в среде 100%-ного С02, также относится к 1930-м гг. В ней утверждалось, что хранение в этой модифицированной газовой среде существенно увеличило срок годности продукта.
В 1951 г. появились данные о влиянии газовой среды с повышенным содержанием С02 на срок годности порционированного куриного мяса. Срок его годности при увеличении концентрации С02до 25% увеличился [13].
Реализация свежего мяса в МГС-упаковке началась в начале 1970-х гг. В 1980-е гг. в Европе технология МГС-упаковки была направлена на централизованную переработку и упаковывание мясопродуктов в потребительскую упаковку для их реализации в системе розничной торговли. В последние годы ассортимент продуктов, упаковываемых в модифицированной газовой среде, существенно расширился и включает мясо, мясо птицы, рыбу, бекон, хлебобулочные и кондитерские изделия, чипсы, сыр и овощи. В Великобритании реализация пищевых продуктов в МГС- упаковке в системе розничной торговли, возросла в период с 1990 до 1998 г. с 2,0 до 2,8 млрд упаковок, причем мясо в тушах и готовые мясопродукты (включая мясные блюда) составили в этом объеме соответственно 29 и 15% [2].