Л.С. Кузнецова, д.т.н., Н.В. Михеева, Е.В. Казакова, МГУ прикладной биотехнологии
Проблема получения экологически чистой упаковки для мясной продукции особенно актуальна в последнее десятилетие в связи с усиленным использованием полимерных материалов в ряде отраслей народного хозяйства и опасностью серьезного загрязнения окружающей среды. Одним из перспективных направлений в решении глобальной экологической проблемы, связанной с загрязнением среды обитания человека отходами полимерных материалов, является интенсификация исследований в области создания и применения экологически безопасных видов тары и упаковки.
В настоящее время в мясной промышленности особое внимание уделяется созданию принципиально новых упаковочных материалов – нетоксичных, легко утилизируемых, способных обеспечить эффективную защиту продуктов от микробных поражений и воздействия кислорода воздуха, предотвратить их усушку в процессе производства и хранения. В этой связи ученые всего мира обращают внимание на создание и расширение ассортимента съедобных упаковочных материалов, употребляемых вместе с пищевыми продуктами, упрощающими дозирование и порционирование продукции, не засоряющими внешнюю среду. Кроме того, съедобная упаковка, полностью безупречная с экологической точки зрения, может обладать рядом уникальных функциональных свойств и эксплуатационных характеристик за счет введения в ее состав витаминов, ароматизаторов, антиоксидантов и т.д.
Известно, что съедобные упаковочные пленки и покрытия в течение многих веков уже используются для сохранения качества пищевых продуктов. Например, еще в XVIII веке в Японии была запатентована одноразовая посуда, изготовленная из прессованной рисовой муки, после использования которой по назначению ее можно было съесть. В течение длительного времени широко используется съедобная упаковка, выпекаемая из вафельного теста в форме стаканчиков, тарелочек, чашек, коробочек и др., которые получают в результате термической обработки смеси сахара, муки, жира, различных пряных смесей и пищевых добавок. Такие формочки выпекаются, как правило, в обычных вафельных печах и служат для упаковки мороженого, йогуртов, мягких и плавленых сыров и некоторых других продуктов питания.
Съедобные покрытия на основе желатина применяются на протяжении двух столетий в пищевых производствах Европы для увеличения срока хранения мясных изделий.
Большие успехи в этом направлении достигнуты в Германии, где созданы самые разнообразные деструктурируемые полимерные вещества из различных съедобных материалов: крахмала, желатина, природных целлюлоз.
Из этих пищевых ингредиентов производят u1084 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 микроволнового нагрева, может быть различного размера – от самой мелкой до крупной (450 × 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 относятся пленки и покрытия на основе таких компонентов пищи, как белки, жиры, углеводы, а ко вторым – покрытия на основе восков, парафинов, водорастворимых природных и синтетических камедей, водорастворимых производных целлюлозы, поливинилового спирта, поливинилпирролидона и др.
В этой связи хотелось бы подчеркнуть, что некоторые производители современной упаковки в борьбе за рынок, забывая порой о последствиях, называют съедобными пленками и покрытиями те упаковки, которые корректней было бы отнести, на наш взгляд, к биоразлагаемым упаковочным материалам, например, восковые или парафиновые покрытия.
В настоящее время основными пленкообразующими компонентами в составе съедобной упаковки являются: белки (коллаген, желатин, зеин, глютен, соевые изоляты, казеин и т.д.), жиры (ацетоглицериды, глицериды, жирные кислоты), углеводы (производные крахмала, эфиры целлюлозы, хитозан, декстрины, альгинаты, каррагинаны, пектины, полисахариды) и др.
Особое внимание при создании современных съедобных упаковочных материалов уделяют белкам растительного и животного происхождения, растворимым в воде, спирте или пищевых маслах и жирах: желатину, зеину, альбумину, казеину и т.д. – поскольку покрытия на основе белковых пленкообразователей обладают высокими барьерными свойствами в отношении некоторых газов, в том числе О2 и СO2. Однако главным недостатком белковых пленок и покрытий являются 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 (пищевыми кислотами, хлористым кальцием, танином).
Однако попытки создания съедобного водонепроницаемого пленочного покрытия из молочного белка – казеина были в течение нескольких лет неудачны, поскольку казеиновые производные не выдерживали контакта с водой. Для устранения указанного недостатка инженер-химик П. Томасула из US Agricultural Research Service (ARS) разработала съедобную упаковку методом экстракции казеина с помощью двуокиси углерода высокого давления. Этот способ позволил воспользоваться природной способностью протеина формировать водонепроницаемые пленки. Полученные таким образом пищевые казеиновые пленки сохраняют влажность продукта и могут использоваться для упаковки мясных деликатесов, твердого сыра, а ламинированный пленочный казеин – для упаковки йогуртов.
В качестве основы для изготовления съедобных пленок в пищевой индустрии в последнее время довольно часто используют соевый белок. Для снижения хрупкости белковых пленок из сои их погружают в раствор ацетата натрия, промывают соленой водой и добавляют пластификатор. Пластификатором для таких пленок может служить глицерин или пропандиол. Кислородопроницаемость у соевых пленок мала и соизмерима с пленками из распространенных полимеров, однако паропроницаемость слишком велика, и это ограничивает возможность их использования. С целью снижения паропроницаемости в состав композиций вводят жирные кислоты (лауриновую, миристиновую, пальмитиновую, олеиновую). Уменьшение таким образом паропроницаемости одновременно приводит и к некоторому снижению растворимости пленок в воде.
Полученные композиции рекомендованы не только для упаковки пищевых продуктов из мяса, птицы, рыбы, но и для сухих завтраков, десертов и др. Например, на основе водной дисперсии, состоящей из соевого и некоторых других белков – в частности, казеина, коллагена, яичного белка, желатина, полисахаридов (крахмала или производных целлюлозы), – а также многоатомных спиртов (глицерин, сорбит, манит, пропиленгликоль), в настоящее u1074 время производят съедобный упаковочный материал для ветчин, сосисок и других мясных продуктов.
Упакованная в такой материал ветчина может успешно храниться без отделения влаги при температуре минус 5 С больше одного месяца.
Несомненный лидер среди съедобных упаковок в мясной промышленности – это натуральные кишечные оболочки. Данный вид упаковки очень близок по химическому составу к составу мясных продуктов, поэтому при использовании их в колбасном производстве наблюдается максимальное соответствие изменений, происходящих в фарше и оболочках в технологическом процессе производства колбас.
Кишечные оболочки применяют при производстве различных видов колбасной продукции: вареных и копченых колбас, сосисок, сарделек, шпикачек и т.д. Их достоинства неоспоримы и сравнимы лишь с такими их недостатками, как неравномерность калибра (что затрудняет автоматизацию технологического процесса), неустойчивость к воздействию микроорганизмов и большие трудозатраты при подготовке к использованию.
Попытки сохранить все лучшие свойства натуральных кишечных оболочек и при этом устранить их недостатки привели к созданию искусственных белковых оболочек. Впервые коллагеновые или белковые оболочки были произведены в 1933 году 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 (КРС).
Коллагеновые оболочки обладают высокой прочностью, влагопроницаемостью, эластичностью, равномерным диаметром. Ограниченность мировых ресурсов коллагенсодержащего сырья КРС обусловливает использование коллагенсодержащего сырья свиней. Хотя молекулярная структура коллагена, извлекаемого из свиного спилка, и подобна структуре коллагена КРС, однако имеет повышенное содержание жира, что является основным препятствием при его использовании в производстве оболочек.
«Съедобная» коллагеновая оболочка, производимая из высококачественного говяжьего спилка, отличается от обычной белковой оболочки небольшой толщиной стенки и характеризуется улучшенными показателями давления, пенетрации и прокусываемости. При этом оболочка должна быть достаточно прочной. Это достигается использованием при ее производстве различных технологических приемов, в том числе добавлением различного количества целлюлозы. «Съедобная» коллагеновая оболочка чаще всего используется при производстве сосисок, сарделек, сырокопченых колбас и варено-копченых колбасок типа «Охотничьи».
Трубчатые «съедобные» коллагеновые 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. Мясные продукты в коллагеновых покрытиях отличаются улучшенными органолептическими показателями после кулинарной обработки, высокими потребительскими свойствами.
Поскольку ресурсы коллагенсодержащего сырья, как уже отмечалось, 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 окрытий для замороженной мясной продукции. Съедобные пленки из кукурузного и картофельного крахмала с различными пищевыми добавками используются также для упаковки сахаристых кондитерских изделий, консервированных плодов (варенье), печенья и др.
Прозрачные съедобные пленки получают и из водных растворов кукурузного зеина в спирте либо в ацетоне, прочность таких пленок сопоставима с прочностью пленок из ПВХ. Пленки, полученные из ацетонового раствора зеина, имеют лучшую водостойкость. Водостойкость зеиновых пленок можно повысить, добавив «сшивающий агент» (1,2-эпокси-3-хлорпропан), одновременно повышается и прочность, однако первоначальная эластичность пленок теряется. Эти пленки съедобны, так как легко деструктурируются α-химотрипсином.
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 состоит из смеси этилцеллюлозы, стеариновой и пальмитиновой кислот, спирта и пчелиного воска. Прочностные и влагоизоляционные свойства таких пленок зависят также от способа нанесения воскового слоя. Лучшими прочностными и влагоизоляционными свойствами обладают пленки, на которые восковой слой наносится в расплавленном виде.
Весьма перспективно использование съедобных покрытий, пленкообразующей основой которых являются 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, замедляя тем самым процессы, обусловливающие порчу (окисление жира) продукта.
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.
Д. Валеро и его коллеги из испанского университета Мигеля Эрнандеса получили гель на основе растения Алоэ Вера. Этот гель не влияет на органолептические характеристики пищи и может оказаться безопасной, натуральной и безвредной для окружающей среды альтернативой традиционным синтетическим консервантам, которые наносят на фрукты после сбора урожая. Было доказано, что такое покрытие сохраняет первоначальные качества продукта более 5 недель. Исследователи полагают, что этот гель, составленный главным образом из полисахаридов, действует как барьер для влаги и кислорода и, кроме того, благодаря высокому содержанию натуральных противогрибковых компонентов и антибиотиков может использоваться и для сохранения качества мясных продуктов.
В пищевой промышленности в течение последних 20 лет особое внимание направлено на создание съедобных пленок и покрытий на основе хитозана. Хитозан – полисахарид, получаемый из панциря морских и пресноводных ракообразных. Пленки из хитозана, нанесенные на поверхность плодов и овощей (яблок, апельсинов, томатов, перца и т.д.), обладают высокими барьерными свойствами. Однородные, гибкие, не дающие трещин хитозановые пленки имеют избирательную проницаемость, на поверхности плодов и овощей играют роль микробного фильтра 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.
Помимо этого, покрытие из хитозана вызывает некоторые морфологические изменения у возбудителей порчи томатов и перца, например у Botritis cinerea, стимулирует закупорку межклеточного пространства в местах повреждения тканей, ограничивая проникновение фитопатогенной микрофлоры. Функциональные 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. Наличие u1087 прочного слоя панировки предупреждает излишнее испарение воды из продукта во время обжаривания, способствует образованию равномерной хрустящей корочки и сохраняет количество масла, в котором ведется обжарка.
Интерес для мясных технологий 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. Эти пленки обладают комплексом таких ценных свойств, как эластичность, прочность, высокие барьерные свойства и т.д.
Уже более 50 лет в пищевой промышленности используют альгинаты Na и Са (гидроколлоиды, выделенные из бурых морских водорослей). Съедобные пленки на основе альгинатов имеют уникальные функционально-технологические характеристики: 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, а в частности прочности, к раствору альгината могут добавляться хлопковые волокна длиной не менее 1 мм. Для придания им большей механической прочности и способности не растворяться в воде добавляют декстрин в присутствии минеральных и органических веществ. На сегодняшний день наблюдается повышенный интерес к использованию альгинатов как в мясных, так и в рыбных производствах.
Американские ученые разработали новую упаковочную пленку на основе различных фруктов и овощей, предназначенную для защиты мясных продуктов. 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. Пленка имеет вид непрозрачного листа бумаги: оранжевая (из моркови, томатов), красная (из красного болгарского перца, клубники), зеленая (из брокколи). В отличие от других съедобных тонких пленок она очень гибкая, хотя не содержит таких пластификаторов, как глицерин.
Авторы разработки предлагают заранее изготавливать вкусные упаковки в виде конвертов и заворачивать в них продукты питания. Например, если мясо упаковывать в пленку из персикового пюре, то в процессе тепловой обработки пленка расплавится и превратится в ароматную глазурь.
Повышенное внимание в наши дни уделяют разработке съедобных покрытий, способных образовывать капсулы, растворимые в воде или плавящиеся при повышенной температуре. Такие капсулы можно применять в качестве упаковок для целого ряда пищевых добавок (жир, ароматизаторы, ферменты, витамины), обезвоженных супов, подсластителей. В этой связи 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 пищевых ингредиентов. Более того, съедобные пленки и покрытия на основе природных полимеров обладают высокой сорбционной способностью, что предопределяет их положительное физиологическое воздействие.
В настоящее время 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 u1076 для изготовления упаковочных материалов, сочетающих высокий уровень эксплуатационных характеристик (прочность, низкую газопроницаемость, экологическую безопасность, хорошую формуемость, сохранение качества, обеспечение микробиологической безопасности и др.).
Разработанные сотрудниками лаборатории съедобные покрытия для защиты поверхности пищевых продуктов экспонировались на 5-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.
Настоящим, в соответствии с Федеральным законом № 152-ФЗ «О персональных данных» от 27.07.2006 года, Вы подтверждаете свое согласие на обработку компанией ООО «Концепция связи XXI век» персональных данных: сбор, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), использование, передачу в целях продвижения товаров, работ, услуг на рынке путем осуществления прямых контактов с помощью средств связи, продажи продуктов и услуг на Ваше имя, блокирование, обезличивание, уничтожение.
Компания ООО «Концепция связи XXI век» гарантирует конфиденциальность получаемой информации. Обработка персональных данных осуществляется в целях эффективного исполнения заказов, договоров и иных обязательств, принятых компанией в качестве обязательных к исполнению.
В случае необходимости предоставления Ваших персональных данных правообладателю, дистрибьютору или реселлеру программного обеспечения в целях регистрации программного обеспечения на Ваше имя, Вы даёте согласие на передачу своих персональных данных.
Компания ООО «Концепция связи XXI век» гарантирует, что правообладатель, дистрибьютор или реселлер программного обеспечения осуществляет защиту персональных данных на условиях, аналогичных изложенным в Политике конфиденциальности персональных данных.
Настоящее согласие распространяется на следующие персональные данные: фамилия, имя и отчество, место работы, должность, адрес электронной почты, почтовый адрес доставки заказов, контактный телефон, платёжные реквизиты.
Срок действия согласия является неограниченным. Вы можете в любой момент отозвать настоящее согласие, направив письменное уведомление на адрес: podpiska@vedomost.ru с пометкой «Отзыв согласия на обработку персональных данных».
Обращаем Ваше внимание, что отзыв согласия на обработку персональных данных влечёт за собой удаление Вашей учётной записи с соответствующего Интернет-сайта и/или уничтожение записей, содержащих Ваши персональные данные, в системах обработки персональных данных компании ООО «Концепция связи XXI век», что может сделать невозможным для Вас пользование ее интернет-сервисами.
Давая согласие на обработку персональных данных, Вы гарантируете, что представленная Вами информация является полной, точной и достоверной, а также что при представлении информации не нарушаются действующее законодательство Российской Федерации, законные права и интересы третьих лиц. Вы подтверждаете, что вся предоставленная информация заполнена Вами в отношении себя лично.
Настоящее согласие действует в течение всего периода хранения персональных данных, если иное не предусмотрено законодательством Российской Федерации.
Амитекс Сонет