Способы получения упаковки с антимикробными свойствами

Увеличение продолжительности хранения пищевой продукции – первоочередная и непростая задача, требующая системного и координированного подхода. Большинство продуктов питания имеют ограниченные сроки годности. Самой распространенной причиной ухудшения их качества является микробиологическая порча, создающая наибольшую угрозу для здоровья человека по причине развития болезнетворных бактерий.
В этой связи, изготовители уделяют большое внимание предотвращению и снижению рисков развития микробиологической порчи, внедряют системы качества при производстве продукции, используют дополнительные материалы и ингредиенты.
Известно, что безопасность готового продукта в значительной степени зависит от строгого соблюдения санитарно-гигиенических условий на производстве, а также характеристик исходного сырья и вспомогательных материалов. На пути к достижению продолжительных сроков годности применяются общепринятые технологические приемы, позволяющие обеспечить гарантированную сохранность продуктов. Самые распространенные среди них – применение термической, низкотемпературной (замораживание) и высокотемпературной обработки (стерилизация и пастеризация), процессов сушки, копчения, использование различных пищевых добавок, обладающих консервирующим или бактериостатическим действием, применение современных упаковочных материалов. Только соблюдение всех требований на каждом этапе производства, позволяет получить требуемый результат. Упаковка, также не является исключением. Во многом благодаря данному заключительному производственному этапу достигается наибольшая эффективность с точки зрения продолжительного сохранения заданных вкусовых и потребительских свойств продукта. Именно поэтому многие исследователи и производители заняты непрерывным поиском прогрессивных способов, обеспечивающих максимальную сохранность продукта посредством упаковки. В связи с этим особое внимание заслуживают разработки, направленные на создание упаковки с антимикробными свойствами. Заинтересованность ученых и разработчиков в данном направлении вызвана возможностью использования достаточно большого разнообразия способов по обработке полимерных материалов для получения необходимого антимикробного эффекта.

Исходя из самого названия «антимикробная упаковка» предполагается применение антимикробного компонента, выбор которого имеет большое значение, поскольку антимикробные вещества могут проявлять эффективность относительного определенных видов микроорганизмов. Особую востребованность представляет разработка материалов с антимикробными компонентами, способными ингибировать широкий спектр микроорганизмов, включая грамположительные и грамотрицательные бактерии.

В настоящее время для изготовления антимикробных материалов используют синтетические и природные антимикробные вещества, обладающие бактерицидным, бактериостатическим и фунгицидным свойствами. К антимикробным добавкам предъявляются определенные требования, касающиеся санитарно-гигиенической безопасности, многофункциональности и устойчивости при обработке полимерного материала без существенного изменения его функциональных характеристик. К тому же оптимально подобранная концентрация антимикробного вещества с одной стороны должна обеспечивать угнетение микроорганизмов, а с другой – не приводить к изменению органолептических свойств продукта.

 На сегодняшний день наибольшее внимание разработчиков уделяется природным (натуральным) веществам, которые в зависимости от их источников происхождения классифицируются на растительные (экстракты и эфирные масла), животные (лизоцим, лактоферрин, овотрансферрин), микробные (педиоцин, лактоцин).

За счет введения в состав полимеров антимикробных веществ обеспечивается регулируемая защита от нежелательного развития микробиологической порчи. Отмечается, что действие антимикробных материалов может проявляться по двум основным направлениям – без миграции и с контролируемой миграцией активных соединений (летучих и нелетучих) на поверхность продукта. При этом миграция достигается как при непосредственном контакте материала с продуктом, так и за счет диффузии газообразной фазы вещества с внутреннего слоя на поверхность продукта. Как правило, скорость перемещения антимикробного вещества в свободное пространство зависит от его фугитивности, встраивания в структуру полимерной матрицы и температуры окружающего воздуха. Известно, что повышение температуры хранения продукта в антимикробной упаковке ускоряет миграцию активных компонентов из слоев пленки, в то время как охлаждение замедляет скорость их переноса.

Важным критерием получения антимикробной упаковки является выбор способа введения активных компонентов в состав материалов, среди которых следует выделить несколько основных приемов:

• введение антимикробных соединений непосредственно в структуру полимера;
• поверхностная модификация полимера составом, содержащим антимикробное соединение;
• закрепление антимикробных веществ на поверхности полимера с помощью внешнего воздействия с образованием ионных или ковалентных связей;
• включение антимикробных соединений в абсорбирующие салфетки.

Многие исследователи подчеркивают эффективность прямого введения  антимикробных добавок в пленочные материалы. Например, модификация одно- и многослойных синтетических пленок антимикробными веществами позволяет усилить защитное действие упаковки. При этом использование многослойной структуры позволяет достичь более медленного высвобождения активного вещества, оказывая более длительное воздействие на микроорганизмы, находящиеся на поверхности продукта. Внешний слой сдерживает активное вещество, препятствуя его улетучиванию во внешнюю среду, а внутренний слой, содержащий активный компонент, обеспечивает его контролируемое поступление к поверхности продукта.

Однако недостатком использования термопластиков в качестве основы для изготовления антимикробной пленки является применение высоких температур при формировании полимерных материалов методом экструзии или литья под давлением, что в случае использования термочувствительных активных веществ, приводит к снижению их антимикробных свойств.

Наряду с этим на рынке полимерных пленок существуют технологии получения упаковочных материалов с антимикробными свойствами, посредством нанесения активного вещества на поверхность упаковки, контактирующую с продуктом. Широко известным антимикробным соединением является коллоидное серебро, раствор которого может наноситься на внутреннюю поверхность упаковки путем распыления с последующей сушкой материала. Из недостатков метода отмечено неравномерное распределение наночастиц серебра по поверхности упаковки, которое приводит к снижению свойств антимикробного материала. Альтернативным способом, обеспечивающим лучшее распределение активного вещества, является плазменное напыление.

Существуют способы придания антимикробных свойств упаковочным материалам путем иммобилизации антимикробных веществ на поверхности полимера за счет образования ковалентных или ионных связей. Основным условием выполнения данного метода является наличие функциональных групп как в полимере, так и в антимикробном соединении. В качестве примера антимикробных веществ, содержащих функциональные группы, можно выделить ферменты, бактериоцины, органические кислоты.

Применение абсорбционных салфеток, пропитанных антимикробным составом, содержащим, как правило, органические кислоты и их соли, также может служить альтернативным или дополнительным способом для угнетения роста микроорганизмов. Широкое распространение данные салфетки получили при упаковывании охлажденных мясных полуфабрикатов. Устойчивость к микробиологической порче проявляется за счет способности материала впитывать отделившийся мясной сок, и, выполняя функцию антисептика, подавлять развитие микроорганизмов, увеличивая сроки хранения продукта.

Таким образом, эффективность применения антимикробной упаковки, зависит от различных факторов, среди которых:

• вид и структура полимерного материала;
• источник происхождения и концентрация антимикробного вещества;
• способ введения антимикробного компонента в материал;
• совместимость полимера с антимикробным компонентом;
• способ упаковывания продукта;
• вид пищевого продукта;
• вид микроорганизмов и степень обсемененности продукта;
• условия хранения упакованного продукта.

Список литературы:

1. Quintavall, S. Antimicrobial food packaging in meat industry / S. Quintavall, L. Vicini // Meat Science. – 2002. – V. 62. - № 3. – P. 373-380 DOI: 10.1016/S0309-1740(02)00121-3
2. Нагорный, М.Ю. Исследование антимикробной активности упаковки при моделировании условий вакуумного упаковывания / М.Ю. Нагорный, Д.М. Мяленко, О.Б. Федотова // Все о мясе. – 2013. - № 3. – С. 14-16.
3. Кирш, И.А. Антимикробные упаковочные материалы для мясной отрасли / И.А. Кирш, Ю.В. Фролова // Мясные технологии. – 2016. - № 6. – С. 20-21.
4. Ревуцкая, Н.М. Антимикробная упаковка – способы получения и эффективность применения в мясной промышленности / Н.М. Ревуцкая, В.В. Насонова, Е.В. Левина // Все о мясе. – 2020. - № 2. – С. 30-34.

Журнал «Мясной ряд» №2 (80) 2020