Упаковочный материал для пищевых продуктов

 

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к производству упаковочных материалов на бумажной основе, используемых для фасовки и длительного хранения пищевых продуктов. Упаковочный материал содержит слой бумажной основы с нанесенным на нее латексным покрытием на основе сополимеров винилиденхлорида или винилацетата с другими мономерами или без них, а также содержит модификатор, в качестве которого используют натриевую соль дегидрацетовой кислоты и поливинилпирролидон с молекулярной массой 4000 - 40000 ед. Модификатор может содержать дополнительно сорбат натрия или пропионат натрия, или бензоат натрия при общем их содержании в смеси с натриевой солью дегидрацетовой кислоты в количестве 0,5- 4,0%. Сам модификатор может вводиться также в виде предварительно приготовленного комплекса поливинилпирролидоннатриевая соль дегидрацетовой кислоты, или ее смеси с другими вышеуказанными добавками. В состав композиции для нанесения на бумажную основу в случае необходимости входят пеногаситель или краситель. Нанесение композиции латексного покрытия на бумажную основу осуществляют любым известным способом - валковым методом, маканием или напылением с последующей сушкой. Изобретение позволяет получить упаковочный материал, обладающий антимикробной активностью, биостойкостью, что позволяет обеспечить сохранность упакованных в него продуктов питания в течение длительного времени. 6 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к производству упаковочных материалов на бумажной основе, используемых для фасовки и длительного хранения пищевых продуктов. Последнее достигнуто путем придания бумажной основе специальных свойств и получения нового упаковочного материала, обеспечивающего герметичную упаковку сухих продуктов, их антимикробную защиту, сохранение первоначального качества продукции в течение длительного времени.

Известно, что в настоящее время бумага является наиболее распространенным упаковочным материалом. Она характеризуется невысокой стоимостью, хорошо формуется в виде различных товарных форм (пакеты, коробки и т.д.), на нее легко наносится цветная печать. Бумага светостойка, изготовляется из сырья, воспроизводимого естественным путем, утилизируется обычными приемами.

Известны также недостатки бумаги как упаковочного материала - низкие влагостойкость и паропроницаемость, неустойчивость к действию микрофлоры, в частности плесневых грибов, невозможность термосваривания и формирования из бумаги герметичной упаковки. Все вышеизложенное существенно ограничивает области использования бумаги в качестве упаковочного материала.

Известно также, что для устранения вышеназванных недостатков и придания бумажной основе низкой паропроницаемости и способности к термосварке ее используют в составе упаковочных материалов и придают ей необходимое дополнительное качество сочетанием с полимерными покрытиями. Традиционные и известные фирмы-производители упаковочных материалов на бумажной основе (например, концерны БАСФ, СОЛВЕЙ, Г.А.СЕРЛАКИУС, КОНФЕРТА) используют для этих целей нанесение покрытий из водных дисперсий (латексов) полимеров, причем преимущественно из сополимеров винилиденхлорида или винилацетата (В.Мюльстеп, В.Пеге. Дисперсии пласто- и эластомеров. Изд-во "Легкая индустрия", М. , 1967, 230 с., Патент США N 4477535 опубл. 84.04.16, Авторское свидетельство СССР N 336396, опубл. БИ 21.04.1972, Патент РФ N 2094443 27.10.97, В. И. Елисеева, А. Г. Снежко и др. Самоотверждающиеся пленкообразующие латексы сополимеров винилхлорида и внилиденхлорида с боковыми алкоксильными группами, Ж.Высокомолекулярные соединения, 1986, т. A29, N 8, с. 1737-1743).

Известно также, что такие упаковочные материалы являются термосвариваемыми, отличаются высокими защитными свойствами - низкой паропроницаемостью, воздухо- и кислородонепроницаемостью, что позволяет фасовать в пакеты из них с последующей термосваркой сухие концентраты, чай, кофе, печенье и другие сухие продукты питания, лекарственные травы, молочные сухие продукты (Т.В. Иванова Упаковка молочных продуктов, Ж. Пакет, 1999, N 1, с. 40-47).

Латексные полимерные покрытия получают на бумажной основе из вышеназванных латексов нанесением их на бумагу маканием, разбрызгиванием (распылением), принудительным распределением специальными валиками, через щелевые устройства и последующей сушкой латексных слоев с целью удаления влаги и формирования на бумажной основе латексного покрытия с необходимыми эксплуатационными свойствами (Аксенова Т.И., Дворецкая Н.М., Иванова Т.В. и др. Тара и упаковка. Учебник для ВУЗов, М., МГУПБ, 1999, 180 с).

Известно, что для этого, а именно для лучшего распределения латексного слоя и способствования последующему его пленкообразованию на бумажной основе, часто используют латексы с высоким содержанием сухого вещества (так называемого сухого остатка), смеси латексов с частицами двух типоразмеров с целью регулирования вязкости композиции, наносимой на бумагу. При этом частицы получают сополимеризацией в водной среде линейных сопряженных диенов и винилароматических сомономеров, например винилхлорида и винилиденхлорида (Патент США N 4474860, опубл. 84.10.02).

Известно также использование для получения упаковочных материалов специально синтезированных латексов с бимодальным распределением частиц, например, латексов сополимеров винилиденхлорида, что позволяет регулировать вязкость при механическом воздействии на систему, а также структуру формируемых на бумаге-основе полимерных покрытий за счет более компактной укладки таких частиц (Патент США N 4567099, опубл. 86.01.28).

Известным приемом регулирования свойств полимерного покрытия является также модификация нерастворимого полимера на стадии синтеза путем его прививки на водорастворимый полимер, например соевый белок (Патент США N 2037596, Опубл. 95.06.19) или фурфурол (Авторское свидетельство СССР N 364632, Опубл. 01.03.1973), или сочетание с крахмалом (Патент РФ N 2494443, Опубл. 04.02.92).

Наиболее близким к заявленному является упаковочный материал, состоящий из бумажной основы и защитного латексного покрытия на основе сополимеров винилиденхлорида с винилхлоридом, с акриламидом и с небольшим количеством других мономеров. При этом из сополимеров также используют сополимеры, содержащие около 19-23% этилена, около 74-78% винилхлорида (или винилиденхлорида) и около 2-4% акриламида, или сополимеры, так называемые интерполимеры, выбранные из группы сополимеров, содержащих 5-70% этилена, 30-95% винилхлорида (или винилиденхлорида) и 0,1-10% другого полярного мономера, включающего по крайней мере от 0,1 до 10% акриламида.

Покрытый таким покрытием волокнистый субстрат, преимущественно бумага или картон, приобретает повышенную жиростойкость и пониженную проницаемость к парам воды. Однако он имеет существенные недостатки: очень сложный состав самого латексного покрытия, причем в состав образующегося сополимера включены мономеры, например акриламид, отличающиеся низкой гигиенической доброкачественностью, что ограничивает возможности его использования для упаковки продуктов питания.

Образующийся интерполимер вследствие его очень сложного состава трудно получать с воспроизводимыми свойствами и низким содержанием остаточных мономеров, представляющих опасность в гигиеническом отношении, что также не способствует его использованию в контакте с продуктами питания. Из-за высокого поверхностного натяжения латексного слоя не достигается полное смачивание им волокнистой подложки (бумажной основы), что приводит к получению латексного покрытия с недостаточными защитными характеристиками, не соответствующими свойствам сополимера в виде монолитной пленки, сформированной на нейтральной подложке (стекло). Последнее объясняется сравнительно высоким значением поверхностного натяжения системы и отсутствием в ней модификатора, ответственного за обеспечение необходимого взаимодействия в системе "композиция-составляющие бумаги" и придания вышеупомянутых специальных свойств как композиции, так и материалу в целом.

Полученный материал не обладает антимикробной активностью и будет недостаточно защищать упакованные в него продукты, т.е. упакованный в него продукт рискует подвергнуться порче под действием плесневых грибов, дрожжей и продуктов их жизнедеятельности - микотоксикантов.

Известно также, что одним из эффективных приемов защиты продуктов питания от поражения нежелательными микроорганизмами является нанесение на их поверхность специальных добавок - консервантов. Последние подавляют жизнедеятельность этих микроорганизмов и защищают продукт от нежелательных повреждений. Э.Люк, М.Ягер Консерванты в пищевой промышленности. Свойства и применение. Санкт-Петербург, ГИОРД, 1998.256 с.

Однако введение вышеназванных специальных соединений в латексы приводит к их коагуляции - необратимому изменению свойств и потере их целостности.

Задачей изобретения является создание упаковочного материала с высокими защитными свойствами, в том числе антимикробной активностью, для гарантированного предохранения сухих продуктов питания от увлажнения, микробиального поражения при удлиненном сроке их годности.

Это достигается тем, что упаковочный материал, содержащий слой бумажной основы с нанесенным на нее латексным покрытием на основе сополимеров винилиденхлорида или винилацетата с другими мономерами или без них, содержит в своем составе также модификатор, в качестве которого используют натриевую соль дегидрацетовой кислоты и поливинилпирролидон при следующем соотношении компонентов в композиции, %: натриевая соль дегидрацетовой кислоты - 0,5-4,0 поливинилпирролидон с молекулярной массой 4000-40000 ед. - 0,5-2,5 латекс сополимера винилиденхлорида или этилена - остальное до 100% в расчете на сухое вещество Причем в качестве латекса полимера (пленкообразователя) используют преимущественно латексы сополимера винилиденхлорида и винилхлоридом, или с линейными сопряженными диенами, или винилароматическими мономерами, пленкообразующие при комнатной температуре, а также латексы сополимера этилена с винилацетатом или дибутилмалеинатом, пленкообразующие при комнатной температуре.

Модификатор может содержать дополнительно сорбат натрия или пропионат натрия, или бензоат натрия при общем содержании их в смеси с натриевой солью дегидрацетовой кислоты в количестве 0,5-4,0%. При этом в составе модификатора используется винилпирролидон со средней молекулярной массой 4000-40000, а сам модификатор может вводиться в виде предварительно приготовленного комплекса поливинилпирролидон - натриевая соль дегидрацетовой кислоты. Допускается введение модификатора в следующей последовательности: вначале в латекс вводится раствор поливинилпирролидона, а затем натриевая соль дегидрацетовой кислоты, или ее смесь с другими заявленными консервантами.

Нанесение композиции латексного покрытия на бумажную основу осуществляют любым известным способом, преимущественно валковым методом, через щелевую фильеру, маканием, напылением, с последующей сушкой.

В состав композиции для нанесения входят в случае необходимости пеногаситель или краситель.

При таком составе упаковочного материала достигается равномерное смачивание и распределение антимикробного действующего вещества, а также полимерного составляющего композиции и их закрепление на волокнах - структурных образованиях бумажной массы, образование более однородного, бездефектного и сплошного покрытия на бумаге за счет сочетания пропитки поверхностного слоя бумаги композицией покрытия, закрепления ее компонентов, в частности поливинилпирролидона на структурных элементах бумаги-основы и последующего равномерного распределения и взаимодействия компонентов композиции с целлюлозными волокнами. Введение поливинилпирролидона в состав композиции повышает ее стабильность при нанесении на бумагу-основу, а использование комплекса поливинилпирролидон - консервант, по-видимому, позволяет осуществить специфические взаимодействия в адсорбционных слоях глобул латексов, приводящие к межфазному закреплению модификатора в слое латексного покрытия. Последнее обеспечивает формирование специфической структуры покрытия на бумаге-основе, характеризующегося практически бездефектностью, низкой проницаемостью к газам, ароматам, парам воды, стабильностью антимикробных и других свойств во времени. Особенностью такой структуры является сохранение способности полимерного слоя покрытия на бумажной основе к термосварке и образованию сварного шва высокой прочности, что обеспечивает длительную эксплуатацию упаковки.

Использование в составе покрытия латексов сополимеров винилиденхлорида или этилена, пленкообразующих при комнатной температуре способствует проявлению вышеописанного специфического закрепления модификатора на границе раздела структурных образований пленкообразователя на бумажной основе, поскольку они коалесцируют (образуют пленку) без дополнительных термических или механических воздействий.

Ниже приводятся примеры реализации заявленного решения (таблица).

Пример 1. Заранее подготавливают модификатор - натриевую соль дегидрацетовой кислоты и поливинилпирролидон в виде водного раствора, для чего последовательно растворяют в 100 г воды 0,8 г поливинилпирролидона с M_m = 12500, затем 2 г натриевой соли дегидрацетовой кислоты при перемешивании, затем готовый раствор выдерживают в течение 20-60 мин и вводят порциями в предварительно перемешанный и отфильтрованный латекс из расчета на 97,2 г сухого вещества латекса сополимера винилхлорида и винилиденхлорида марки ВХВД-65В.

Затем смесь перемешивают, вводят пеногаситель КЭ-1034 в количестве 0,01% на сухое вещество композиции, фильтруют, выдерживают композицию не менее 1 ч (операция "выстаивание") для обезвоздушивания и равномерного распределения компонентов, а затем осуществляют получение термосвариваемого упаковочного материала АНТИМИК путем нанесения на бумажную основу композиции латексного полимерного покрытия, приготовленную вышеописанным способом.

В качестве бумаги-основы использовали бумагу офсетную по ГОСТ 9094.

Упаковочный материал получали на поливочном оборудовании завода "Славпак" односторонним нанесением композиции поливом на бумагу-основу с последующей зонной сушкой материала. Затем материал в виде бобин упаковывают и направляют на анализ и последующую реализацию.

Пример 2. Осуществляется по примеру 1, отличается тем, что приготовление модификатора осуществляют путем последовательного растворения в 95 г воды 1,0 г поливинилпирролидона с M_m = 4000, затем при перемешивании внесении порциями 3,0 г бензоата натрия, затем 1,0 г натриевой соли дегидрацетовой кислоты, перемешивания смеси, доведения ее pH до значения 6-8 25%-ным водным раствором аммиака, и смешения ее с латексом сополимера винилхлорида с винилиденхлоридом марки ВХВД-65В, выдерживания смеси в течение 1 ч, фильтрации через двойной слой марли.

Отфильтрованную композицию латексного покрытия наносили методом "купающего валика" на баритажной машине "Хант и Москрон" на бумагу-основу - бумагу упаковочную по ТУ ОП 5435-004-00278971-98.

Пример 3. Осуществляется по примерам 1, 2 и отличается тем, что модификатор содержит 94 г воды, 0,8 г поливинилпирролидона с M_m = 2300, 2,0 г натриевой соли дегидрацетовой кислоты и 3,2 г сорбата натрия.

Пример 4. Осуществляется по примерам 1, 2, 3 и отличается тем, что модификатор приготовляют последовательным растворением в 94 г воды 0,5 г поливинилпирролидона с M_m = 36000, затем порциями последовательно вводят 2,0 г натриевой соли дегидрацетовой кислоты, а затем так же 3,5 г пропионата натрия; смесь перемешивают до полного растворения, доводят pH до 6-8 единиц и смешивают с латексом сополимера винилиденхлорида с глицедилмалеинатом.

Пример 5. Осуществляется по примеру 2 и отличается тем, что для получения покрытия используют латекс сополимера этилена с винилацетатом марки СВЭД, затем вводят модификатор по примеру Пример 6. Осуществляется по примеру 1 и отличается тем, что для смешения с модификатором и последующего получения упаковочного материала используют латекс сополимера винилацетата с дибутилмалеинатом по ТУ 2241-039-00203521-98.

Пример 7. Осуществляется по примеру 1 и отличается тем, что модификатор готовят предварительно в следующей последовательности - вначале приготовляют 20%-ный водный раствор поливинилпирролидона (ПВП) растворением 20 г ПВП в воде с pH 6-8 (требуемое значение pH достигается введением в воду раствора аммиака), затем 200 г приготовленного раствора смешивают небольшими порциями с 470 г латекса ВХВД-65В, перемешивают, выдерживают не менее 20 мин, фильтруют через два слоя марли, а затем в эту смесь загружают небольшими порциями при перемешивании предварительно смоченную водой натриевую соль дегидрацетовой кислоты в количестве 0,8 г. Затем смесь перемешивают, выдерживают не менее 1 ч, фильтруют и используют для нанесения щелевым методом на бумагу-основу с плотностью от 100 г/м².

Пример 8. Осуществляется по примеру 1 и отличается тем, что латексное покрытие наносят дополнительно еще один раз и формирование второго слоя осуществляют по примеру 1.

Специально показано, что введение модификатора в количествах, превышающих заявленные, вследствие плохой совместимости компонентов и их наличия в водной фазе латексов, в частности натриевой соли дегидрацетовой кислоты и других консервантов, негативно влияет на свойства упаковочного материала - ухудшает его свариваемость, повышает паропроницаемость, негативно влияет на деформационно-прочностные свойства и санитарно-гигиеническую доброкачественность.

Кроме того, увеличение содержания в составе полимерного слоя покрытия дорогостоящих компонентов (например, поливинилпирролидона, натриевой соли дегидрацетовой кислоты) делает предлагаемое решение экономически нецелесообразным.

После завершения технологического цикла производства упаковочного материала образцы по заявленным примерам были представлены на оценку показателей их качества по стандартным методам; данные представлены в таблице; одновременно образцы использовали для оценки их качества при хранении молока порошкового сухого и муки пшеничной.

Определение антимикробного действия упаковочных материалов по примерам 1-8 определяли по ГОСТ 9.049 метод 3, паропроницаемость - по ГОСТ 21 472-81, прочность сварного шва - по ГОСТ 12 302-83, предел прочности при растяжении - по ГОСТ 13 525.1-79. Данные обобщены в таблице.

После завершения хранения сухого молока и муки пшеничной при специальных режимах, имитирующих ускоренное старение, дегустационная комиссия отметила, что все опытные образцы продуктов сохранили нормальные показатели, отклонений по цвету, запаху, вкусу, консистенции от стандартов на конкретный вид продукции не отмечено. Во всех исследованных опытных образцах продукции отсутствовали условно-патогенные и патогенные микроорганизмы.

Анализ представленных в таблице данных показывает, что заявленный упаковочный материал обладает высокой антимикробной активностью, низкими паропроницаемостью, уровнем миграции водорастворимых соединений, повышенными прочностными характеристиками, высокой стабильностью показателей качества и низким разбросом величины этих показателей, материал имеет высокую однородность по всей поверхности.

Все это позволяет обеспечить защиту упакованных в него продуктов питания в течение длительного времени.

Формула изобретения

1. Упаковочный материал, содержащий слой бумажной основы с нанесенным на нее латексным покрытием на основе сополимеров винилиденхлорида или винилацетата с другими мономерами или без них, отличающийся тем, что латексное покрытие дополнительно содержит модификатор, представляющий собой натриевую соль дегидрацетовой кислоты и поливинилпирролидон с молекулярной массой 4000 - 40000 при следующем соотношении компонентов в композиции, %: Натриевая соль дегидрацетовой кислоты - 0,5 - 4,0 Поливинилпирролидон с молекулярной массой 4000 - 40000 ед. - 0,5 - 2,5 Латекс сополимера винилиденхлорида или этилена. - Остальное до 100%
2. Упаковочный материал по п.1, отличающийся тем, что из сополимеров винилиденхлорида используют сополимеры винилиденхлорида с винилхлоридом, или дибутилмалеинатом, или глицедилметакрилатом, пленкообразующие при комнатной температуре.

3. Упаковочный материал по п.1, отличающийся тем, что из сополимеров винилацетата используют сополимеры этилена, или дибутилмалеината, или акрилатов, пленкообразующие при комнатной температуре.

4. Упаковочный материал по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что модификатор используют в виде предварительно приготовленного комплекса натриевой соли дегидрацетовой кислоты с поливинилпирролидоном.

5. Упаковочный материал по одному из пп.1 - 4, отличающийся тем, что модификатор дополнительно содержит сорбат натрия, или пропионат натрия, или бензоат натрия, при общем содержании в композиции их смеси с натриевой солью дегидрацетовой кислоты в количестве 0,5 - 4,0%.

6. Упаковочный материал по п.1, или 2, или 3, или 4, или 5, отличающийся тем, что композиция латексного покрытия дополнительно содержит пеногаситель и/или краситель.

7. Упаковочный материал по п.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что латексное покрытие нанесено на бумажную основу любым известным методом, преимущественно валковым, щелевым, маканием или напылением.

РИСУНКИ

Рисунок 1