Systematyczny rozwój społeczny i postęp techniczny oraz zmieniające się wymagania konsumentów doprowadziły do rozwoju produkowania żywności pakowanej. W dużym zakresie dotyczy to również wędlin, w wytwarzaniu których technologie pakowania i stosowanie opakowań jednostkowych stały się częścią procesu produkcyjnego.
W praktyce produkcyjnej wytwarzania wędlin, ich magazynowania i przechowywania powszechnie stosuje się dwa systemy pakowania, a mianowicie pakowanie próżniowe (z ang. vacuum packaging- VAC) i pakowanie w modyfikowanej atmosferze gazów (z ang. modified atmosphere packaging- MAP). Funkcje stosowanych opakowań w obydwu systemach sprowadzają się do ochrony wędlin przed uszkodzeniem i zanieczyszczeniem, ułatwienia ich dystrybucji oraz przekazywania informacji identyfikujących zapakowane wędliny. Wyroby zapakowane są łatwe w ekspozycji oraz w transporcie i dystrybucji. W celu uzyskania zakładanej trwałości i utrzymania dobrej jakości zapakowanych wędlin w czasie przechowywania stosowane opakowania muszą być bezpieczne i nie mogą zawierać szkodliwych dla zdrowia składników, które mogłyby przedostawać się do wędlin umieszczonych w opakowaniu. Opakowania nie powinny również powodować zmian pierwotnego wyglądu wędlin, których smak po zapakowaniu powinien pozostać niezmieniony.
Przy obecnym postępie rola opakowań wykracza coraz bardziej poza swoje podstawowe funkcje. Opakowania stają się bowiem istotnym elementem marketingu producentów wędlin, którzy inwestują w rozwój technologii pakowania i projektowania opakowań. Technologie pakowania i nowoczesne materiały opakowaniowe tworzone są obecnie w oparciu o wyniki badań naukowych, poparte analizami i doświadczeniami. Najważniejszymi innowacjami w zakresie technologii pakowania są wykorzystywane nowe materiały o dużej barierowości oraz stosowane opakowania inteligentne, bioaktywne i aktywne, które przez celowy kontakt z wędliną lub z jej otoczeniem wpływają na zdrowie konsumenta oraz oddziałują na jakość i bezpieczeństwo zapakowanych wędlin.W technologii pakowania nowoczesne rozwiązania dotyczą także systemu pakowania MAP, w którym stosuje się innowacyjne składy atmosfery modyfikowanej.
Folie wielowarstwowe
Nowoczesnymi rozwiązaniami w zakresie tworzenia materiałów opakowaniowych jest wykorzystywanie folii wielowarstwowych, określanych również terminem laminatów. W ściance takiego materiału wyróżnia się warstwę zaporową dla tlenu (warstwa środkowa) oraz o dużej wytrzymałości na rozerwanie i rozhermetyzowanie zgrzewu powłokę wewnętrzną i powłokę zewnętrzną odpowiedzialną za mechaniczną stabilność materiału.
W związku z faktem, że barierowość niektórych polimerów (np. EVOH- alkohol etylenowinylowy, PA- poliamid) ulega zmniejszeniu pod wpływem wzrostu wilgotności to warstwę barierową laminatu zabezpiecza się przed absorpcją wody. W tym celu stosuje się warstwy ochronne lub modyfikuje się już istniejące warstwy materiału opakowaniowego. Przydatne w tym zakresie jest stosowanie poliamidu amorficznego lub powlekanie warstwy folii tlenkami krzemu.
Dużą przydatność do pakowania wędlin maja folie nie wykazujące efektu retort shock. Tworzywa takie spełniają rolę materiału o dużej barierowości, która nie obniża się wskutek przeprowadzanych zabiegów termicznych. Folie te nie są podatne na „wstrząs retortowy”, co nie pozwala na przenikanie wilgoci przez warstwę zewnętrzną, która dalej trafiałoby do otoczonej barierowej otoczonej warstwy wewnętrznej. W celu ochrony barwy zapakowanych wędlin stosuje się folie kolorowe albo nieprzezroczyste folie z warstwą aluminium, które stanowią dużą barierowość dla promieniowania UV. Zastosowanie w opakowaniach warstwy ochraniającej zapakowane wędliny przed działaniem promieni UV oraz przed absorpcją tlenu stwarza realne przesłanki do osiągania przez zapakowane wyroby dłuższych terminów przydatności do spożycia. Niektóre tworzywa przezroczyste, stanowiące ochronną warstwę, umożliwiają dobrą podatność folii wielowarstwowej na głębokie tłoczenia, a także zapewniają dobrą widoczność zapakowanych wędlin. Wykorzystywane coraz częściej do pakowania wędlin tworzywa nowej generacji powinny charakteryzować się więc optymalną przezroczystością, ale zarazem dobrą ciągliwością i zdolnością powrotu do stanu pierwotnego, czyli wykazującą efekt pamięci (z ang. memory effect). Z tworzyw takich wytwarza się folie koekstruzyjne, w których stosowanymi warstwami są kopolimery wytwarzane z merów etylenu (PE) i octanu winylu (EVA).
Opakowania z tworzyw biodegradowalnych i jadalnych
Problem utylizacji opakowań z tworzyw sztucznych, racjonalna gospodarka odpadami oraz rosnąca wśród społeczeństwa świadomość ekologiczna skłaniają producentów materiałów opakowaniowych do szukania alternatywnych źródeł do ich wytwarzania i nowoczesnej technologii wytwarzania. Badania idą w kierunku odpowiedniego doboru surowca i opracowania nowoczesnych technologii wytwarzania polimerów biodegradowalnych (z grec. bios- życie, z łac. degradiatio- obniżenie), które ulegałyby biorozkładowi. Dotychczasowe wyniki są obiecujące i doprowadziły już do opracowania technologii wytwarzania takich materiałów opakowaniowych. Proces ich degradacji zachodzi przy udziale organizmów żywych, głównie bakterii i grzybów, a także promieniowców, pierwotniaków oraz glonów. W zależności od użytych do rozkładu organizmów proces ten może skutecznie przebiegać zarówno w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych.
Tworzywa biodegradowalne są produkowane z surowców pochodzenia naturalnego, a także syntetycznego. W zależności od sposobów otrzymywania klasyfikuje się je na cztery grupy:
powstałe w wyniku wyodrębnienia określonego składnika lub składników (polisacharydy lub proteiny) z biomasy,
wytwarzane w wyniku polimeryzacji naturalnie występujących w przyrodzie monomerów. Przykładem jest otrzymywanie polikwasu mlekowego (PLA) z kwasu mlekowego na drodze fermentacji,
polimery syntetyzowane przez mikroorganizmy,
tworzywa otrzymywane z surowców petrochemicznych.
Opracowane technologie doprowadziły do pojawienia się na rynku innowacyjnych biodegradowalnych opakowań, które charakteryzują się następującymi właściwościami:
– doskonałymi właściwościami optycznymi,
– wysoką barierowością dla tlenu i aromatów,
– regulowaną barierowością dla pary wodnej,
– termoopornością i odpornością na działanie tłuszczu i substancji chemicznych,
– naturalną antystatycznością.
Coraz większym uznaniem producentów wędlin cieszą się opakowania jadalne, będące cienkimi błonami tworzącymi powłokę na wyrobie. Opakowania takie są formowane z polimerów naturalnych, głównie polisacharydów, białek roślinnych i białek zwierzęcych. Są one przyjazne dla środowiska i nie wymagają po wykorzystaniu zabiegu utylizacji lub procesu odzysku. Duże znaczenie przemysł pokłada w opakowaniach typu ecco-friendly, od których wymaga się bycia biodegradowalnymi i podatności na przemysłowy rozkład (np. na drodze kompostowania).
Właściwości opakowań z tworzyw biodegradowalnych, rozwój nowoczesnej technologii pakowania oraz systematycznie obniżający się koszt ich wytwarzania stwarza realne przesłanki do wzrostu produkcji opakowań z takich tworzyw. Stosowanie opakowań biodegradowalnych staje się więc coraz częściej stosowaną praktyką technologiczną w zakresie pakowania.
Opakowania aktywne
Nowoczesnymi rozwiązaniami technologicznymi w zakresie procesu pakowania jest stosowanie opakowań aktywnych. Jest to rozwiązanie, w którym opakowanie, produkt i środowisko oddziałują wzajemnie na siebie. Są to systemy, które poprzez aktywne oddziaływanie produktu z opakowaniem lub otaczającą go wewnątrz opakowania atmosferą zmieniają warunki przechowywania zapakowanych wędlin, zapobiegając niekorzystnym zmianom ich jakości. U podstaw wzajemnego oddziaływania leżą procesy chemiczne, fizyczne i biologiczne. Procesy te wpływają na poprawę jakości (polepszenie cech sensorycznych) lub/i przedłużenie czasu bezpiecznego przechowywania zapakowanych wędlin (poprawa stanu mikrobiologicznego poprzez niszczenie i hamowanie wzrostu drobnoustrojów).Wzajemne oddziaływanie czynników w opakowaniu aktywnym można kontrolować, a także skutecznie reagować na zmiany zachodzące wewnątrz opakowania.
Z grupy opakowań aktywnych w przemyśle mięsnym najbardziej przydatne są opakowania z funkcją związaną z obecnością pochłaniaczy oraz opakowania z wbudowanymi emiterami. Opakowania z pochłaniaczami absorbują niepożądane gazy, w tym szczególnie tlen. Pochłaniacze tlenu są wprowadzane do opakowań najczęściej w postaci saszetek, nalepek, zamknięć lub polimerów bezpośrednio wkomponowanych w strukturę opakowania. W opakowaniach, jako pochłaniacze tlenu, stosować można sproszkowane żelazo, kwas askorbinowy, nienasycone kwasy tłuszczowe (kwas oleinowy i kwas linolenowy) oraz niektóre enzymy. Mechanizm działania tych substancji polega na wykorzystaniu tlenu w procesie utlenienia odpowiedniego substratu, co eliminuje tlen ze środowiska otaczającego wędliny. Opakowania z możliwością pochłaniania tlenu zabezpieczają wędliny przed procesami utleniania, co hamuje występowanie jełkości i ogranicza pojawienie się niekorzystnej zmiany barwy.
W opakowaniach aktywnych również stosuje się substancje pochłaniające dwutlenek węgla lub emitery wytwarzające ten gaz. Kontrola i oddziaływanie na zmienność warunków atmosfery w opakowaniach wpływa skutecznie na selektywny rozwój drobnoustrojów. W celu przedłużenia trwałości i utrzymania wysokiej jakości zapakowanych wędlin przydatne są również opakowania aktywne z pochłaniaczami światła. Duże znaczenie w tym aspekcie mają folie wydzielające substancje mineralne zabezpieczające barwę wędlin oraz folie o uszlachetnionej powierzchni zastosowanej w celu zmniejszenia przepuszczalności materiału opakowaniowego. Opakowania aktywne z emiterami utrzymują parametry sensoryczne zapakowanych wędlin, poprzez wyodrębnienie substancji wpływających na pogorszenie ich jakości. Są one głównie przeznaczone do ochrony wędlin przed zmianami mikrobiologicznymi. Najczęściej w opakowaniach tego typu są stosowane emitery dwutlenku węgla, alkoholu i dwutlenku siarki. Uwolnienie przez umieszczenie wewnątrz opakowań emitery substancje wykazują charakter przeciwdrobnoustrojowy, co skutecznie opóźnia wzrost niektórych drobnoustrojów i w efekcie przedłuża trwałość zapakowanych wędlin. Opakowania tego typu mogą zawierać również emitery działających antydrobnoustrojowo substancji konserwujących, takich jak: sorbiniany, benzoesany, propioniany lub bakteriocyny. Praktyczne wykorzystanie do pakowania wędlin takich opakowań wymaga jednak analizy obowiązujących w tym zakresie przepisów prawnych.
Opakowania inteligentne
Opakowania inteligentne ( z ang. inteligent packaging), zwane również opakowaniami sprytnymi (z ang. smart packaging) lub indykatorowymi mają możliwość monitorowania określonych parametrów wewnętrznego i/lub zewnętrznego otoczenia zapakowanych wędlin. Dostarczają one konsumentowi informacji o wyrobie, jego stanie jakościowym i bezpieczeństwie spożycia oraz o zmianach lub nawet nieprawidłowościach występujących w trakcie przechowywania, dystrybucji i to bez potrzeby otwierania opakowania.
Dwie ważne funkcje, jakie pełnią opakowania inteligentne, to monitorowanie warunków zarówno wewnętrznych, jak i zewnętrznych oraz rejestrowanie zmian zachodzących na zewnątrz, jak i wewnątrz opakowania. Ta ostatnia funkcja inteligentnego opakowania wiąże się z systematycznym kontrolowaniem środowiska pomiędzy produktem, a opakowaniem. Jest to możliwe dzięki stosowaniu różnych wskaźników bezpieczeństwa i jakości zapakowanych wędlin. W praktyce z opakowań inteligentnych, w zależności od rodzaju wyposażenia w elementy wskaźnikowe, zastosowanie mają następujące rodzaje opakowań interaktywnych:
– opakowania wyposażone w integratory czasu i temperatury (TTI- Time Temperature Indicators),
– opakowania zawierające wskaźniki świeżości,
– opakowania zawierające wskaźniki nieszczelności,
– opakowania wyposażone we wskaźniki wilgotności,
– opakowania znakowane elektronicznymi etykietami.
Istota działania integratora czasu i temperatury (TTI) polega na wykorzystaniu dokonanej się nieodwracalnej zmiany jego właściwości pod wpływem działania temperatury, wyższej od zadanej jej wartości lub w wyniku zaistniałego efektu cieplnego, skumulowanego w czasie przechowywania i transportu. Pojawiający się zmieniony efekt wizualny wskaźnika jest proporcjonalny do natężenia zaistniałej przyczyny. Przejawia się to najczęściej przebarwieniem pola etykiety opakowania lub części powierzchni opakowania. Rzadziej w praktyce wykorzystuje się zależność polegającą na odkształceniu opakowania wskutek działania nieodpowiedniej temperatury. Wskaźniki TTI pozwalają na monitorowanie zaistnienia wystąpienia niekorzystnie zmiennych warunków temperaturowych w czasie przechowywania wędlin. Typ niektórych wskaźników TTI umożliwia również monitorowanie odstępstw od zaprogramowanej optymalnej temperatury w całym cyklu obrotu wędlinami i pozwalają na sumowanie natężenia i czasu występowania odchyleń, co w sposób pośredni informuje o skróceniu bezpiecznego dla jakości okresu przechowywania.
Opakowania inteligentne wyposażone we wskaźniki świeżości sygnalizują natomiast pogorszenie jakości zapakowanych wędlin, wskutek bezpośredniego reagowania na zmianę składu atmosfery panującej wewnątrz opakowania lub na zmiany zachodzące na powierzchni samych wędlin. Wskaźniki świeżości działają poprzez wykrywanie obecności metabolitów powstałych w wyniku działania mikroorganizmów. Należą do nich: dwutlenek węgla, dwutlenek siarki, amoniak, aminy, siarkowodór, kwasy organiczne, etanol, toksyny i enzymy. W opakowaniach zawierających wskaźniki świeżości wykorzystuje się elektroniczne i optyczne detektory, a także związki zmieniające barwę w wyniku reakcji metabolitu pojawiającego się w wewnątrz opakowaniu z wskaźnikiem.
Duże znaczenie znajdują obecnie opakowania inteligentne z umieszczonymi wewnątrz wskaźnikami nieszczelności. Obrazują one pomiar zawartości tlenu i dwutlenku węgla wewnątrz opakowania. W ten sposób są przydatne do monitorowania jakości zapakowanych wędlin, a także oceny skuteczności hermetycznego zamknięcia opakowań. Analiza zawartości tlenu i dwutlenku węgla obrazowana jest zamianą barwy dokonującej się wskutek reakcji chemicznej lub procesów enzymatycznych. Nieszczelność opakowania związana zaleznością do zawartości tlenu diagnozuje się utleniająco- redukującym barwnikiem, a do monitorowania ilości dwutlenku węgla stosuje się wskaźniki w formie etykiet.
Pakowanie z efektem skin
Niedoskonałość szeroko stosowanego systemu pakowania próżniowego doprowadziła do jego modyfikacji, która polega na pakowaniu próżniowym wyrobów z efektem skin. W metodzie tej produkt otoczony jest ściśle przylegającą do niego folią opakowaniową, co dokonuje się bez koniecznego termicznego zabiegu obkurczania. W metodzie z efektem skin można stosować folie charakteryzujące się dodatkowo funkcją samoistnego usuwania pary wodnej.
Nanotechnologie
Duży postęp w zakresie wytwarzania nowej generacji materiałów opakowaniowych spowodował rozwój nanotechnologii. Technologia ta polega na rozdrobnieniu materiałów do wymiarów nano i ich przebudowie na poziomie molekularnym na nowe materiały, a nawet łączenia ich z cząstkami biologicznego pochodzenia w nowe struktury o niespotykanych właściwościach fizycznych, chemicznych i funkcjonalnych. Głównymi przesłankami wprowadzania nanotechnologii do produkcji opakowań stało się to, że tradycyjne opakowania wytwarzane są z niedegradowanych materiałów, a folie biodegradowalne stanowią słabą barierę przed zanieczyszczeniami i charakteryzują się niewystarczającymi właściwościami mechanicznymi.
Sektor opakowań wykorzystuje nanotechnologię do wytwarzania materiałów polimerowych w nanoskali oraz umieszczania nanomateriałów w matrycy polimerowej w celu uzyskania bionanokompozytów, które stają się biodegradowalnymi nanostrukturami o korzystniejszych właściwościach mechanicznych i termicznych niż tradycyjne materiały opakowaniowe. Nanokompozyty polimerowe, zawierające, np. krzemiany warstwowe, wyeliminowały główną wadę polietylenu i polipropylenu związaną z przepuszczalnością gazów, w tym również tlenu.
literatura dostępna w redakcji
dr inż. Jerzy Wajdzik