XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Полимеры, применяемые в пищевой промышленности, должны соответствовать комплексу определенных санитарно-гигиенических требований, обусловленных контактом этих материалов с продуктами питания:

не изменять органолептических свойств продуктов (вкус, запах, цвет и др.);

не содержать компонентов (в частности, токсичных), которые могут экстрагироваться пищевыми средами или реагировать с ними.

Обязательное условие применения полимерных материалов в пищевой промышленности — разрешение органов санитарного надзора, которое выдается на основании комплекса испытаний, включающих оценку органолептических свойств, а также санитарно-химические и токсикологические исследования полимеров и отдельных ингредиентов, входящих в состав композиционных материалов и изделий. При санитарно-химических исследованиях определяются концентрация и состав соединений, мигрирующих из материала в пищевую среду в условиях, приближающихся к эксплуатационным. При токсикологических исследованиях выявляется действие испытуемых материалов или вытяжек из них на организм теплокровных животных.

По степени пригодности для контакта с продуктами питания полимерные материалы делят обычно на следующие группы:

допущенные без ограничений;

допущенные для контакта с некоторыми продуктами при определенных условиях;

недопущенные из-за токсичности или изменения состава при соприкосновении с пищевыми средами.

В настоящее время в пищевой промышленности и предприятиях общественного питания применяются: поливинилхлорид (ПВХ), полистирол (ПС), полиолефины (полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП)), а также сополимеры указанных материалов, полиэтилентерефталат (ПЭТФ), акриловые полимеры полиметилакрилат (ПМА) и полиметилметакрилат (ПММА), в том числе в качестве сополимеров (оргстекло), сополимеры акрилонитрила-бутадиена-стирола (АБС-пластики), полиамид, полиуретаны, фторопласты (политетрафторэтилен – тефлон), поликарбонаты, кремнийорганические полимеры, каучуки. Наряду с вышеуказанными синтетическими полимерами широко используются материалы на основе целлюлозы- целлофан, целлулоид.

Применение того или иного полимера в пищевой промышленности и общественном питании определяется, наряду с санитарно-гигиеническими требованиями, комплексом физико-механических свойств, необходимых для определенной сферы использования.

Пищевое машиностроение относится к числу крупных потребителей полимерных материалов. Их применение в этой отрасли промышленности обусловливает значительный технико-экономический эффект. Так, при транспортировке зерна вместо металлических шнеков используют шнеки с рабочей поверхностью, покрытой полиуретаном, поликапролактамом, политетрафторэтиленом (фторопластом-4). Благодаря уменьшению коэффициента трения зерна о поверхность шнека производительность при транспортировке повышается в среднем на 25% и, кроме того, зерно значительно меньше повреждается.

В рыбоперерабатывающей, консервной, молочной промышленности широко распространены транспортерные ленты, звенья которых изготовляют из сравнительно легких и коррозионностойких полиамидов или полиэтилена высокой плотности, а также подшипники из фторопласта-4 и полиамидов. Смазкой таких подшипников может служить вода, благодаря чему удается сохранить вкусовые качества и питательную ценность пищевых продуктов.

Для контакта с наиболее агрессивными пищевыми средами перспективна аппаратура из стеклопластиков, плакированная химически стойкими термопластами, например, полиолефинами, винипластом, фторопластами.

Из «пищевых» резин изготовляют прокладки молочных пастеризаторов, аппаратов и машин винодельческой, пивоваренной, консервной промышленности, уплотнительные рукава, транспортерные ленты, приводные ремни; из теплостойких резин на основе кремнийорганических каучуков и бутадиен-нитрильных каучуков — прокладки для сушильных агрегатов, ультрапастеризаторов и других аппаратов, в которых жидкие пищевые среды стерилизуют при 120 - 130 °С и выше.

В узлах автоматов, предназначенных для изготовления бумажных пакетов с полиэтиленовым покрытием, заполнения их молоком и герметизации сваркой, устанавливают амортизаторы с прижимными роликами из резин на основе фторсодержащих каучуков или кремнийорганических каучуков, наполненных фторопластом-4. Продолжительность эксплуатации деталей из этих резин в 7 - 8 раз больше, чем, например, деталей из бутадиеннитрильного каучука. Эффективно применение резин высокой твердости и износостойкости из композиций бутадиен-стирольного и натурального каучуков при изготовлении станков для шелушения зерна.

Использование клеев синтетических, например, поливинилацетатной дисперсии, вместо натуральных дает возможность изготовлять бумажную тару улучшенного качества на высокопроизводительных автоматах.

Важное значение в пищевой промышленности имеют полимерные антиадгезионные покрытия, которые наносят на металлические конструкции, чтобы предотвратить прилипание сырья и полуфабрикатов к поверхностям оборудования. Антиадгезионными свойствами обладают некоторые лакокрасочные покрытия, например, получаемые при нанесении суспензий фторопластов, феноло-формальдегидных лаков, модифицированных поливинилбутиралем и наполненных порошком фторопласта-4, кремнийорганических лаков, например, полиметилфенилсилоксановых, модифицированных эпоксидными смолами. Помимо лакокрасочных, распространены также антиадгезионные покрытия, получаемые при нанесении порошков модифицированных фторопластов, поливинилбутираля, полиэтилена высокой плотности методом напыления. Иногда металлические детали обкладывают листовыми или пленочными полимерными материалами, а ткани для транспортерных лент обрабатывают кремнийорганическими жидкостями, главным образом полиэтилгидросилоксановыми.

Металлический инвентарь или оборудование с антиадгезионными покрытиями (например, транспортерные ленты, формы) используют в тесторазделочных линиях хлебопекарных предприятий, при транспортировке фарша, выпечке мясных хлебов и ветчины, замораживании пельменей, в механизированных линиях изготовления кулинарных изделий на рыбоконсервных предприятиях, выпечке пшеничного и ржаного хлеба и др. Антиадгезионные покрытия наносят также на внутреннюю поверхность бункеров, из которых сыпучие и пастообразные продукты поступают в расфасовочные и укупорочные автоматы. При этом повышаются срок службы и производительность оборудования. Кроме того, благодаря исключению операций очистки и смазки деталей сокращается расход пищевых жиров на смазку, улучшаются санитарное состояние цехов и качество продукции.

С целью антикоррозионной защиты емкостей для солевого и дрожжевого растворов в хлебопекарном производстве, ковшей вертикальных элеваторов и лотков зерновых сепараторов на мукомольных предприятиях и другого оборудования применяют порошкообразные полиолефины, которые наносят напылением. Поверхность оборудования, эксплуатируемого в наиболее агрессивных средах, защищают покрытиями из политрифторхлорэтилена (фторопласта-3) и сополимеров тетрафторэтилена.

Хорошей адгезией к металлическим поверхностям, механической прочностью и химической стойкостью обладают антикоррозионные покрытия, получаемые при нанесении эпоксидной смолы, наполненной минеральными наполнителями. После отверждения и промывки кислотными и щелочными растворами покрытия могут контактировать со многими пищевыми средами. Их используют с целью защиты внутренних поверхностей больших емкостей для вина, спирта, плодовых соков, цистерн для молочных продуктов, аппаратов хлебопекарной промышленности дрожжевого производства, бункеров расфасовочных автоматов, силосов для бестарного хранения муки, деталей рыбоперерабатывающих машин, эксплуатируемых в морских условиях.

Декоративно-защитные покрытия пищевого оборудования получают с использованием поливинилбутиральных и полиэтиленовых порошковых красок, наносимых напылением, а также разнообразных лакокрасочных материалов. На пищевое оборудование не наносят, как правило, рельефных покрытий, так как их стерилизация вызывает затруднения.

Важные направления в области усовершенствования оборудования для пищевой промышленности — разработка эффективных средств антикоррозионной защиты металлических поверхностей, а также применение в деталях оборудования тепло- и морозостойких полимеров с целью интенсификации технологических процессов и сохранения питательной ценности продуктов при их переработке.

Широкое распространение получили полимерные материалы для упаковки пищевых продуктов. Здесь их используют в виде различных пленок, пропиток и покрытий для бумаги и фольги, полужесткое и жесткой тары – бутылок, стаканов, флаконов, туб.

Такую тару изготовляют методами: вакуумформования, пневмоформования, литья под давлением, экструзии с раздувом и используют главным образом для упаковки жидких и пастообразных продуктов на высокопроизводительных линиях, объединяющих в одном потоке изготовление самой тары, заполнение ее продуктом, герметизацию и товарную отделку.

Особый вид упаковки, защищающей некоторые продукты от потери необходимой влаги (усушки) и действия микроорганизмов, — полимерные покрытия, получаемые из расплавов, содержащих парафин, полиэтилен и полиизобутилен, из водных растворов поливинилового спирта, спиртового раствора поливинилбутираля, водных дисперсий поливинилацетата, сополимера винилиденхлорида с винилхлоридом и др.

Требования к упаковочным материалам определяются видом продуктов, условиями их обработки, хранения и транспортировки. Для обеспечения герметичности упаковки и ее стойкости к ударным нагрузкам необходимы материалы, обладающие достаточной механической прочностью и эластичностью. Для упаковки гигроскопичных продуктов требуются влагонепроницаемые материалы, а для упаковки в вакууме или в атмосфере инертного газа – газонепроницаемые материалы. При упаковке биологически активных продуктов, используют материалы с селективной газопроницаемостью.

Некоторые материалы должны быть непроницаемы для пахучих веществ и жиров, обладать достаточной морозостойкостью и стойкостью к старению, обеспечивающими сохранность как самой упаковки, так и пищевых продуктов в различных условиях.

Для использования на расфасовочных автоматах необходимы материалы, обладающие способностью свариваться, а в некоторых случаях также и достаточной жесткостью, чтобы сохранять форму упаковки после ее заполнения продуктом. Многие пленочные материалы должны усаживаться, плотно облегая продукты сложной конфигурации, быть пригодными для нанесения красочной печати, а также прозрачными для возможности визуального контроля содержимого.

Для упаковки охлажденного мяса, которое необходимо предохранять от изменения цвета (обусловленного разрушением миоглобина при отсутствии доступа кислорода) и др. органолептических свойств, а также от действия бактерий наиболее пригоден целлофан с наружным лаковым покрытием. Для этой цели используют также нелакированный целлофан, пленки из поливинилхлорида, сополимера винилиденхлорида с винилхлоридом (саран), полиэтилена, полистирола, гидрохлорида каучука. Срок хранения мяса в полимерной упаковке 2—3 сут при 0°С и 1,5 сут при 6°С.

Соленое мясо, предназначенное для длительного хранения, расфасовывают и упаковывают на высокопроизводительных автоматах в вакууме или в атмосфере инертного газа. В качестве упаковочных материалов, которые должны защищать продукт от проникновения кислорода и влаги, а также от действия света применяют многослойные пленки: целлофан - полиэтилен, полиэтилентерефталат - полиэтилен, полиамид - полиэтилен, саран - поливинилхлорид - саран, целлофан - фольга - полиэтилен

Используют также пленки из поликарбоната, полиуретана или поливинилового спирта в сочетании со сваривающейся (обычно полиэтиленовой) пленкой.

При упаковке мяса, прошедшего тепловую обработку (обычно после предварительного посола), используют те же пленки, что и для соленого мяса. Для мясных консервов, подлежащих стерилизации, особенно пригоден комбинированный материал полиэтилентерефталат – фольга - полиэтилен, а также другие комбинированные материалы со слоями фольги.

Наиболее компактный и удобный упаковочный материал для замороженной птицы — усадочные пленки типа саран, а также гидрохлоридкаучуковые и полиэтиленовые пленки. Иногда птицу перед упаковкой помещают для поглощения влаги на лотки из пенополистирола или пенополивинилхлорида. При получении колбасных и сосисочных оболочек используют преимущественно целлофан.

При упаковке натурального сыра, который необходимо защищать от проникновения кислорода, бактерий, влаги, применяют целлофан с двухсторонним влагостойким покрытием, чаще всего из пленок типа саран или гидрохлоридкаучуковых. В такой упаковке сыр можно хранить до 3 суток. Более длительное хранение (5 - 8 суток) возможно в многослойных пленках целлофан – саран –полиэтилен (пригодны для упаковки в вакууме), полиэтилентерефталат – саран - полиэтилен, полиамид – саран – полиэтилен или полипропилен – полиэтилен – саран – полиэтилен.

Плавленый сыр (он более стабилен, чем натуральный, так как подвергается пастеризации при изготовлении) упаковывают в фольгу с лаковым покрытием на основе сополимера винилхлорида с винилацетатом, в комбинированный материал бумага – фольга – полиэтилен, в пленку из поливинилхлорида или типа саран. Сыр может быть также расфасован в целлофан, покрытый микровоском, в состав которого входят церезин и низкомолекулярный полиэтилен (в этом случае расплавленный сыр заливают в пакеты, которые затем герметизируют сваркой). Широко распространена упаковка плавленого сыра и в жесткую тару, например, в стаканы из ударопрочного полистирола.

Свежую рыбу упаковывают в сетки или в пакеты из полиэтилена (иногда в пакеты вкладывают лотки из пенополистирола, поглощающие жидкость). Для упаковки мороженой рыбы используют обычно целлофан, полиэтилен или картонные коробки, покрытые изнутри слоем полиэтилена или сополимера винилиденхлорида с винилхлоридом. Упаковка копченой рыбы должна обеспечивать сохранность запаха продукта, предохранять его от проникновения посторонних запахов, а также защищать от бактерий. Обычно такую рыбу упаковывают в вакууме в многослойные пленки целлофан - полиэтилен, полиэтилентерефталат - целлофан - полиэтилен, а также в пленку из полиамида-12 (в последнем случае рыбу можно разогревать, не снимая упаковки). Соленую рыбу часто упаковывают в деревянные бочки или ящики с вкладышами из полиэтилена или пластифицированного поливинилхлорида, которые герметизируют сваркой. Рыбу в рассоле расфасовывают также в банки из полиэтилена низкой плотности и герметизируют с помощью крышек из этого же полимера.

Гигроскопичные кондитерские изделия (например, карамель, ирисы) упаковывают во влагонепроницаемые пленки, главным образом полипропиленовые, а также в комбинированные материалы полиэтилен - фольга. Применение целлофана в этом случае ограничивается тем, что при контакте с гигроскопичным продуктом он становится хрупким. Использование некоторых пленок вызывает затруднения при упаковке на высокопроизводительных автоматах вследствие возникновения зарядов статического электричества.

Менее гигроскопичные кондитерские изделия (например, желейные конфеты, мармелад, марципаны) можно упаковывать в паропроницаемые пленки из нелакированного целлофана или ацетата целлюлозы. При необходимости длительного хранения практически негигроскопичных шоколадных изделий используют комбинированный материал полиэтилентерефталат – фольга - полиэтилен. Такая упаковка предотвращает образование плесени, а также миграцию жира и сахара на поверхность шоколадного изделия при повышенных температурах.

Хлебобулочные изделия упаковывают главным образом в полиэтиленовые или полипропиленовые пленки с целью защиты от черствения, образования плесени, а также соблюдения правил гигиены. При необходимости упаковку герметизируют на специальных автоматах с помощью зажимов из пластмассы или металла. Особый интерес представляет применение пленки из полиамида-12, в которой можно хранить замороженное тесто, а также выпекать хлеб. После стерилизации хлеб может сохраняться в такой упаковке до 7 месяцев.

Для упаковки свежих овощей и фруктов большое значение имеют материалы с селективной газопроницаемостью (например, более проницаемые для СО₂ и менее — для О₂), обеспечивающие возможность длительного хранения этих продуктов. Наиболее пригодны для них пленки из кремнийорганических каучуков, а также гидрохлоридкаучуковые. Используют, кроме того, пленки из полиэтилена (в том числе перфорированные), из пластифицированного поливинилхлорида, ацетата целлюлозы.

Молоко, кисломолочные продукты, соки упаковывают в бумагу, покрытую изнутри полиэтиленом, а снаружи – парафином. Для стерилизуемых жидких продуктов используют также бумагу, покрытую полипропиленом, и комбинированный материал бумага - фольга - полипропилен.

Для упаковки полуфабрикатов и концентратов применяют обычно комбинированные материалы с промежуточным слоем фольги, например, полиэтилентерефталат - фольга - полиэтилен, бумага - фольга - полиэтилен. Используют также однослойные пленки, например, поливинилспиртовые или полиэтиленовые, многослойные пленки саран - целлофан - саран, а также бумагу с нанесенным из водной дисперсии покрытием на основе сополимера винилиденхлорида с винилхлоридом. Иногда, например, при упаковке кофе, в картонные коробки помещают вкладыши, например, из пленок типа саран. Полимерная упаковка надежно защищает концентраты и полуфабрикаты от проникновения влаги, измельчения и прогоркания.

Несмотря на постоянную тенденцию к увеличению объемов применения полимерных материалов для упаковки, перспективы использования такой упаковки будут напрямую связаны с возможностью ее вторичной переработки, а также возможностью ее утилизации без вреда для экологии.

Уплотнительные пасты, представляющие собой 40-98%-ные дисперсии или растворы полимеров, имеют важное значение при упаковке пищевых продуктов в металлическую, стеклянную или другую тару. Пасты наносят с помощью высокопроизводительных автоматов на металлические крышки, которые затем подвергают термообработке. Основой паст могут служить синтетические латексы (например, бутадиен-стирольные), натуральный каучук, поливинилхлорид, композиции полиэтилена высокой плотности с полиизобутиленом.

Консервные лаки и эмали предназначены для защиты металлической консервной тары от коррозии. Важнейшие требования к покрытиям на их основе – высокая устойчивость к действию различных сред, сохранение свойств в условиях стерилизации, способность выдерживать механические воздействия при изготовлении тары и хорошая адгезия к ее поверхности. Наиболее перспективны эпокси-фенольные консервные лаки, а также белковоустойчивые эмали, которые получают введением в эти лаки окиси цинка.

Таким образом, применение полимерных материалов в пищевой промышленности разнообразно, достаточно широко и объективно необходимо. Тем не менее, современные реалии диктуют ученым и производственникам условия, так или иначе ограничивающие рост объемов производства и использования. Связано это, конечно, с проблемой экологической безопасности: технологий производства и переработки полимеров, продуктов производства и потребления с точки зрения их экологически безопасной утилизации. И если первая проблема решаема, то вторая в настоящее время не решена. Поэтому расширение использования полимеров должно идти «рука об руку» с решением проблемы создания биоразлагаемых полимеров.

Список использованных источников

Полимеры в пищевой промышленности (povpolimer.ru)

Применение полимеров в пищевой промышленности - Справочник химика 21 (chem21.info)

Полимерные и другие материалы, используемые в пищевой промышленности, общественном питании и торговле - Гигиенические основы питания, качество и безопасность пищевых продуктов (ozlib.com)

Применение высокомолекулярных соединений, Полимеры в пищевой промышленности - Высокомолекулярные соединения. Полистирол и его сополимеры (vuzlit.ru)

НПО "Альтернатива" - ПОЛИМЕРНЫЕ И ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, ОБЩЕСТВЕННОМ ПИТАНИИ И ТОРГОВЛЕ (alternativa-sar.ru)

Пищевые полимеры, их классификация и разновидности (russian.pet)

Полимерные материалы - "Полимеры в пищевой промышленности" (polymerbranch.com)

Полимеры в пищевой промышленности (infourok.ru)

Полимеры в пищевой промышленности - Энциклопедия MPLast

Природные полимеры: описание, свойства и применение (epolymer.ru)

ПОЛИМЕРЫ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ (polymers.in food industry | Kursak.NET

Полимеры в продуктах питания (jofo.me)