[Ciekawe] Folie jadalne w przemyśle mięsnym i innych branżach przemysłu spożywczego

[Maxell]

Folie jadalne w przemyśle mięsnym i innych branżach przemysłu spożywczego

 

 

Opakowania syntetyczne stanowią znaczną część odpadów zalegających na wysypiskach śmieci. Z powodu braku podatności na procesy rozkładu występujące w środowisku, mogą je zanieczyszczać przez dziesiątki, a nawet setki lat. Zaleganie na wysypiskach śmieci opakowań po produktach spożywczych to jeden z głównych czynników przyczyniających się do zanieczyszczenia środowiska. Jednym ze sposobów rozwiązania tego problemu jest segregacja śmieci, pozwalająca na ponowne wykorzystanie m. in. plastikowych butelek. Naukowcy wciąż poszukują jednak bardziej innowacyjnych rozwiązań, które będą chronić środowisko naturalne. Jednym z nich są jadalne opakowania żywności. Po raz pierwszy wprowadzono je na rynek w latach 80-tych XX wieku, a obecnie wynaleziono już co najmniej kilka rodzajów jadalnej folii.

 

Takie opakowania produkowane są z polimerów naturalnego pochodzenia, czyli zazwyczaj białek, tłuszczy albo cukrów złożonych. Tworzą one na produkcie coś w rodzaju osłonki, która chroni go przed różnymi czynnikami zewnętrznymi, podobnie jak tradycyjne opakowanie. Opakowania ochronne to jednak nie tylko ochrona produktu. Dzięki odpowiednim modyfikacjom można, np. wzmocnić smak zapakowanego towaru lub dodać do osłonki witaminy, olejki eteryczne, substancje przeciwutleniające lub barwniki. Sprawia to, że produkt jest zdecydowanie bardziej atrakcyjny dla konsumenta. Opakowania jadalne ze względu na biodegradowalność są więc jedną z alternatyw w stosunku do syntetycznych opakowań w różnych branżach przemysłu spożywczego. Produkowane są z wielu substancji, które ze względu na różnorodną budowę i odmienne właściwości mają wiele zastosowań.

Idea wprowadzenia jadalnych opakowań do produkcji spożywczej wywodzi się z Chin, gdzie już w XII w. n. e. wykorzystywano woski do przedłużania trwałości owoców. Pierwsze powłoki jadalne o komercyjnym zastosowaniu („TAL Pro-long” lub „Semperfresh”) wprowadzono na rynek dopiero w latach 80-tych ubiegłego wieku, przy czym wchwili obecnej dysponujemy szerokim wyborem folii jadalnych i powłok wytwarzanych z różnych materiałów.

Opakowania jadalne tworzy się z biodegradowalnych polimerów naturalnego pochodzenia (np. białek, polisacharydów, tłuszczy), które tworzą na produkcie błonę (osłonkę). Głównym zadaniem osłonki jest ochrona produktu przed czynnikami zewnętrznymi, takimi jak wilgoć, nieodpowiednia temperatura przechowywania czy mikroorganizmy. Zabezpieczone w ten sposób artykuły spożywcze mogą być konsumowane razem z osłonką bez szkody dla organizmu. Opakowania jadalne, oprócz podstawowej roli ochronnej, mogą posiadać różne właściwości, w zależności od wprowadzonych dodatków. Zaletą powłok lub folii jadalnych jest fakt, iż często są wzbogacane substancjami smakowymi czy zapachowymi, co wzmaga atrakcyjność danego produktu dla konsumenta. Po odpowiedniej modyfikacji, jako tzw. opakowania aktywne, powłoki jadalne mogą spełniać dodatkowe funkcje, np. odżywcze czy przeciwutleniające. Do powłok jadalnych można wprowadzać substancje przeciwdrobnoustrojowe (np. bakteriocyny), witaminy, barwniki czy olejki eteryczne. Ze względu na bezpośredni kontakt z żywnością, jadalne opakowania muszą dodatkowo spełniać szereg wymogów związanych z bezpieczeństwem oraz ich funkcjonalnością. Opakowania jadalne nie mogą zawierać związków toksycznych czy szkodliwych dla zdrowia. Są wytwarzane z polimerów biodegradowalnych, które powinny zapewniać powolną lecz kontrolowaną wymianę gazową. Powłoki jadalne, stosowane w celu przedłużenia trwałości produktu, powinny opóźniać przenikanie pary wodnej i pozostałych gazów z wnętrza wyrobu do środowiska zewnętrznego. Pozwala to na obniżenie strat masy produktu podczas przechowywania. Ponadto powłoka powinna ograniczać dostęp tlenu do produktu tak, by zapewnić ochronę przed niekorzystnymi procesami utleniania. Opakowania jadalne powinny być też wytrzymałe i odporne na rozciąganie. Głównymi parametrami, które decydują o właściwościach mechanicznych tego typu opakowań jest wydłużenie względne i siła zerwania powłoki. Siła zerwania powłoki informuje o maksymalnej sile, jaka jest potrzebna do zerwania powłoki, natomiast wydłużenie względne jest wyrażoną w procentach odległością, na jaką można rozciągnąć powłokę pomiędzy dwa elementy, które ją przytrzymują. Należy pamiętać, że pomimo spełnienia powyższych wymogów, produkty powleczone jadalną powłoką wymagają dodatkowych zabezpieczeń, np. takich, które chroniłyby je przed zabrudzeniem lub odkształceniem podczas transportu, a także dołączenia kart umożliwiających nadruk informacji o produkcie. Obecnie powłoki jadalne nie eliminują syntetycznych opakowań funkcjonujących w przemyśle spożywczym, lecz ograniczają ich ilość. Pomimo tego, trudno jest nie docenić zalet powłok jadalnych. Biodegradowalność, łatwa dostępność, niska cena oraz odtwarzalność surowców do wyrobu to tylko niektóre z walorów tego rodzaju opakowań. Ponadto opcja łączenia różnego typu biopolimerów z dodatkami funkcjonalnymi daje możliwość ciągłego ulepszania produktów opakowaniowych, które zyskują unikalne cechy. Ze względu na przeznaczenie powłok jadalnych do kontaktu z żywnością i do spożycia należy dużą wagę poświęcić badaniom, które zapewniłyby skuteczną kontrolę ich bezpieczeństwa oraz testom, które umożliwiałyby ocenę ich funkcjonalności. Wydaje się, iż folie i powłoki jadalne są nowoczesnym sposobem zabezpieczenia produktu i tym samym przedłużenia jego jakości. Stanowią doskonałą alternatywę zastępującą opakowania, które w większości wytwarzane są z tworzyw sztucznych trudnych do recyklingu. W ostatnich latach dynamiczny rozwój różnych branż przemysłu spożywczego sprawił, że producenci zaczęli interesować się stosowaniem takich opakowań, które nie będą pełnić już tylko funkcji ochronnej, ale także sprawią, że ich produkty będą odznaczać się jak najdłuższą świeżością oraz zapobiegać wystąpieniu niekorzystnych zmian podczas okresu przechowywania i dystrybucji. Jednym z głównych czynników determinujących taką zmianę jest zmieniający się udział poszczególnych kanałów dystrybucji w sprzedaży świeżej żywności. Kierunki zmian podyktowane są tutaj coraz większym naciskiem na bezpieczeństwo żywności, wygodę konsumenta oraz ekonomikę sprzedaży.

 

Folie jadalne w przemyśle spożywczym – surowce i właściwości

 

Opakowania są nieodłącznym elementem wielu produktów i w znacznym stopniu decydują o ich handlowej atrakcyjności. Według Raportu WorldPackaging, wartość całego światowego rynku opakowaniowego wynosi 424 mld dolarów i stale się zwiększa. Ponad połowa opakowań produkowanych na świecie wykorzystywana jest w branżach związanych z przemysłem spożywczym. Jadalne folie białkowe otrzymywane są z wielu materiałów pochodzenia biologicznego, między innymi z kolagenu, żelatyny, kazeiny, białek soi i orzechów ziemnych, natomiast polisacharydowe ze skrobi, pektyn oraz chitozanu. Kolagen jako główny składnik tkanki łącznej kręgowców i bezkręgowców to jadalne białko występujące w skórze, ścięgnach, chrząstkach, kościach, błonach łącznotkankowych i naczyniach krwionośnych. Jego właściwości fizyczne i chemiczne różnią się w zależności od źródła pochodzenia, gatunku i temperatury życia zwierzęcia. Wynikają one z istnienia wielu typów genetycznych kolagenu różniących się masą i długością cząsteczek, składem i sekwencją aminokwasową oraz strukturą przestrzenną. Nierozpuszczalne osłonki otrzymywane z wyizolowanego kolagenu umieszcza się na wędzonych produktach mięsnych, np. na szynce, w celu ochrony podczas gotowania przed wniknięciem elastycznej siatki w głąb wyrobu. Po zakończeniu obróbki termicznej siatkę usuwa się, natomiast osłonka kolagenowa może być spożyta wraz z produktem. Materiały kolagenowe używane są również do pokrywania plastrów mięsa, które są następnie umieszczane na tackach polistyrenowych przykrywanych folią z polichlorku winylu. Obecność pokryć kolagenowych zapobiega „poceniu się” tak opakowanego mięsa, sprzyja zachowaniu barwy i zapobiega utlenianiu lipidów. Folie z udziałem kolagenu ograniczają, podobnie jak materiały z tworzyw sztucznych, niekorzystne zmiany jakościowe na powierzchni przechowywanej zamrażalniczo wołowiny, a ponadto rozpuszczają się podczas obróbki termicznej mięsa, jeżeli były wytworzone z niemodyfikowanego białka. Na drodze chemiczno-termicznej obróbki kolagenu otrzymywana jest żelatyna mająca dobre właściwości foliotwórcze. Białko to znalazło zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, głównie spożywczego, fotograficznego i farmaceutycznego. Z żelatyny m. in. wytwarzane są jadalne kapsułki służące jako osłonki leków i innych substancji czynnych, zabezpieczając je jednocześnie przed działaniem światła i tlenu z powietrza. Głównym źródłem żelatyny otrzymywanej na skalę przemysłową są surowce łącznotkankowe zwierząt stałocieplnych. Jednak obecnie konsumenci coraz bardzie sceptycznie podchodzą do spożywania produktów zawierających żelatynę z tego źródła. Główną przyczyną są przekonania religijne oraz możliwość zachorowania na choroby wywołane przez priony. Z tego względu zainteresowanie wzbudza żelatyna pozyskiwana z produktów ubocznych np. przemysłu rybnego. Jej właściwości fizykochemiczne różnią się w zależności od gatunku i środowiska życia ryb. Żelatyna z ryb bytujących w ciepłych wodach, takich jak sola, tilapia czy karp charakteryzuje się lepszą termostabilnością i właściwościami reologicznymi w porównaniu z tą pozyskiwaną z ryb pochodzących z wód zimnych, takich jak dorsz, łosoś czy mintaj. Właściwości te mają bezpośredni związek ze składem aminokwasowym tego białka. Fizyczne właściwości żelatyny zależą nie tylko od jej pochodzenia, składu aminokwasowego, ale również od metody otrzymywania. W ostatnim czasie prowadzone są badania nad wykorzystaniem jej do produkcji jadalnych folii opakowaniowych. Inną grupą surowca są białka roślinne, których źródłem jest soja, wykorzystywana od wieków jako cenny składnik diety krajów Dalekiego Wschodu. Ponadto na bazie tych nasion produkuje się mleczko sojowe, które po ogrzaniu do temp. ok. 90^oC ulega polimeryzacji, tworząc nierozpuszczalną powłokę. Wykorzystanie mleczka sojowego do produkcji folii jadalnych na szeroką skalę jest jednak nieopłacalne i nieprzydatne w przypadku wysokowydajnych linii technologicznych. W celu przeskalowania produkcji do warunków przemysłowych w latach siedemdziesiątych została opracowana i jest obecnie doskonalona technologia otrzymywania powłok jadalnych z izolatów białek soi. Właściwości folii z białek soi, w tym ich wygląd, zależą od pH roztworu, z którego są wytwarzane. Folie uzyskane z roztworów o pH 6 są z reguły nieprzezroczyste, podczas gdy formowane z roztworów o pH w zakresie 8÷12 są przejrzyste i gładkie. Wykazano, że możliwe jest uzyskanie homogenicznych folii z izolatów białek soi również w pH 1÷3. Natomiast nie udało się ich uformować z roztworów o pH zbliżonym do punktu izoelektrycznego (pH 4,5), z powodu koagulacji białka. Odczyn roztworów filmotwórczych wpływa również na intensywność barwy folii wytwarzanych z białek soi. Folie uzyskane z roztworu o pH 10 mają jasnożółty odcień, natomiast zwiększenie pH do 12 powoduje, że wytworzone folie przybierają intensywny czerwony odcień. Zmiany zabarwienia folii mogą być wynikiem pozostałości barwników w samych izolatach białek. Szeroko rozpowszechnionym polisacharydem w przyrodzie jest chityna, występująca w ścianach komórkowych większości grzybów oraz w strukturach szkieletu zewnętrznego licznych bezkręgowców, w tym skorupiaków i owadów. Handlowym źródłem pozyskiwania chityny są pancerze takich skorupiaków, jak: krewetki, ostrygi, kraby, homary czy kryle antarktyczne. Podczas alkalicznej deacetylacji chityny otrzymuje się chitozan. Należy on do nietoksycznych polikationowych polimerów zbudowanych z reszt D-glukozaminy połączonych wiązaniami β-1,4-glikozydowymi. Folie chitozanowe są przezroczyste, bezbarwne lub lekko żółtawe w zależności od źródła pochodzenia chitozanu i grubości materiału. W środowisku wodnym o odczynie kwaśnym pęcznieją, a nawet rozpuszczają się, natomiast w środowisku o pH ok. 6 ich rozpuszczalność zmniejsza się i zależy od stopnia deacetylacji polimeru. Na właściwości mechaniczne folii z takiego materiału wpływa masa cząsteczkowa chitozanu oraz rodzaj i stężenie kwasu użytego do jego rozpuszczenia. Prowadzone są również badania nad wykorzystaniem kazeinianów jako składników folii opakowaniowych. Otrzymuje się je przez strącenie kazein z odtłuszczonego mleka w pH 4,6 w temperaturze 20°C. Następnie rozpuszcza się te białka przez doprowadzenie pH do 6,7 przy użyciu roztworu wodorotlenku sodu, potasu, wapnia lub magnezu uzyskując odpowiednie sole. Folie kazeinowe są z reguły bez zapachu i bez smaku, przezroczyste lub półprzezroczyste, co zależy od sposobu ich formowania, czystości białka i rodzaju frakcji. Podobnie jak większość folii białkowych, folie kazeinowe są całkowicie rozpuszczalne w wodzie. Ze względu na łatwy dostęp i niską cenę polimerem wykorzystywanym w przemyśle na bardzo szeroką skalę jest skrobia. Polisacharyd ten stosuje się między innymi do poprawy tekstury i konsystencji produktów żywnościowych, a ostatnio także do produkcji materiałów opakowaniowych. Skrobia zbudowana jest z dwóch makrocząsteczek tj. amylozy odpowiedzialnej za żelowanie i rozgałęzionej amylopektyny. Stosunek tych dwóch sacharydów różni się w zależności od źródła, z jakiego skrobia została pozyskana i wpływa na właściwości użytkowe wytworzonych folii. Pomysłodawcą wykorzystania skrobi do produkcji materiałów opakowaniowych był uczony Griffin, który w latach 70-tych włączył ten biodegradowalny polimer w strukturę polietylenu w stosunku 10:90. W otrzymanej folii skrobia spełniała jedynie rolę wypełniacza ułatwiającego fragmentację materiału. W latach 80-tych rozpoczęto łączenie syntetycznych polimerów z modyfikowaną skrobią w procesie ekstruzji. Wytworzone w ten sposób materiały wykazywały zbliżoną wytrzymałość mechaniczną do jednoskładnikowych folii syntetycznych, lecz mniejszą rozciągliwość. Od lat 90-tych badania skupiają się nad wytworzeniem materiałów opakowaniowych bazujących głównie na czystej skrobi. Bardzo przydatny jest tu również proces ekstruzji pozwalający na otrzymanie skrobi termoplastycznej. Otrzymane z niej materiały opakowaniowe, podobnie jak te otrzymane z udziałem celulozy są biodegradowalne, lecz niejadalne. Folie białkowe i polisacharydowe stanowią dobrą barierę przed dostępem tlenu i ditlenku węgla. Hydrofilowana struktura białek i polisacharydów sprawia jednakże, iż wytworzone folie charakteryzują się nadmierną rozpuszczalnością oraz wykazują słabe właściwości barierowe wobec pary wodnej w porównaniu z polimerami syntetycznymi. Cechują się też niewielką rozciągliwością, rzędu zaledwie kilku, kilkunastu procent. Właściwości te w znacznym stopniu ograniczają ich zastosowanie w przemyśle opakowaniowym. Aby folie z naturalnych polimerów znalazły praktyczne zastosowanie, konieczne jest zredukowanie niepożądanych cech użytkowych przez ich modyfikację. Folii i pokryć jadalnych, pomimo, że spełniają te założenia, nie stosuje się jednak samodzielnie i nie można ich uznać za pełnowartościowe opakowania, nie spełniają bowiem wszystkich funkcji w definicji opakowań. Wymagają zwykle dodatkowego opakowania chroniącego je przed zabrudzeniem, przed zniekształceniem w wyniku działania sił mechanicznych występujących podczas transportu i przechowywania, dającego się zadrukować oraz spełniającego funkcję marketingową. Zaletą pokryć i folii jadalnych jest to, że pozwalają na zmniejszenie stosowania tradycyjnych opakowań bezpośrednich np. folii z tworzyw sztucznych, ograniczając w ten sposób ilość odpadów stanowiących obciążenie dla środowiska naturalnego. Folie i osłonki jadalne produkuje się z naturalnych polimerów ulegających biodegradacji. Biopolimery te można podzielić na trzy kategorie:

 

1. Polimery otrzymane z biomasy:

a) polisacharydy: skrobia, celuloza, gumy (guar, mąka chleba świętojańskiego, alginiany, karagen, pektyny i inne), chitozan/chityna;

b) białka: zwierzęce (kazeina, serwatkowe, kolagen, żelatyna) i roślinne (sojowe, gluten);

c) lipidy: woski, tłuszcze, oleje.

2. Polimery zsyntetyzowane z biopochodnych monomerów:

a) polilaktyd (PL A);

b) inne poliestry.

3. Polimery pochodzenia mikrobiologicznego: celuloza bakteryjna, celuloza z alg morskich, kurdlan, ksantan, pullulan itp.

 

Jak wspomniano, zaletą opakowań jadalnych jest głównie to, że mogą być spożywane razem z opakowanym produktem, zatem nie wymagają zabiegów odzysku lub utylizacji i są przyjazne dla środowiska. Udział folii jadalnych w produkcji opakowań bezpośrednio stykających się żywnością jest dotychczas niewielki, ale zyskuje na popularności, stanowiąc obiecującą alternatywę dla niedegradowalnych folii z tworzyw sztucznych. Przykładem zastępowania folii i osłonek z tworzyw sztucznych w przemyśle spożywczym są pokrycia jadalne wyrobów przetwórstwa mięsnego, rybnego, owocowego, a także osłonki rozdzielające poszczególne partie produktu (np. plasterki sera), które można spożyć razem z produktem. Dodatkowo ważnym aspektem ekologicznym jest fakt, że do pozyskania niektórych polimerów naturalnych, np. kolagenu czy żelatyny można wykorzystać uciążliwe dla środowiska odpady lub uboczne produkty przemysłu spożywczego, m.in. skóry ryb. Podstawowa funkcja opakowania jadalnego polega na przedłużeniu czasu przydatności towaru do spożycia (głównie poprzez zahamowanie zmian mikrobiologicznych w produkcie), ponadto na stworzeniu bariery dla tlenu, dwutlenku węgla, wody oraz innych związków. Powłoki i folie jadalne poprzez dodatek substancji słodzących, aromatów i barwników zwiększają również atrakcyjność sensoryczną żywności, a wzbogacenie ich witaminami, związkami o charakterze przeciwutleniającym oraz składnikami mineralnymi poprawia właściwości odżywcze i zdrowotne żywności. Opakowania jadalne otrzymuje się w różny sposób, jednak najpowszechniejsza metoda polega na zmieszaniu polimeru naturalnego (lub ich mieszaniny) i ewentualnie dodatków (np. plastyfikatorów) z rozpuszczalnikiem, a następnie na ogrzaniu zawiesiny aż do uzyskania gęstego żelu. Roztwór powłokotwórczy rozprowadzany jest na podłożu (np. szalce) w postaci cienkiej warstwy, po czym następuje usunięcie rozpuszczalnika użytego do sporządzenia roztworu powłokotwórczego (m.in. poprzez jego odparowanie). Rozpuszczalnikiem może być woda, etanol, kwas octowy. Tak przygotowaną folię można użyć do odseparowania warstw żywności. Innymi metodami służącymi do powlekania produktów spożywczych są m.in. ekstruzja lub w celu uzyskania wielowarstwowych pokryć - koekstruzja. W metodach tych stosuje się między innymi powlekanie poprzez rozpylanie, powlekanie strumieniowe, pokrywanie w trakcie suszenia rozpyłowego, powlekanie przez zanurzanie w zawiesinie polimeru.

Powłoki jadalne mają bezpośredni kontakt z żywnością, dlatego muszą spełniać określone wymagania prawne i funkcjonalne, m.in.: nie powinny być szkodliwe dla zdrowia, powinny mieć dobrą barierowość wobec wilgoci, związków aromatycznych, olejów i gazów, dobrze rozpuszczać się w wodzie i tłuszczach, charakteryzować się pożądaną barwą i wyglądem oraz odpowiednimi właściwościami mechanicznymi i reologicznymi. Właściwości te zależą od rodzaju polimeru naturalnego, metody modyfikacji tych folii w procesie wytwarzania (sieciowanie fizyczne, chemiczne bądź enzymatyczne) oraz od sposobu i warunków formowania folii. W celu poprawy właściwości barierowych oraz polepszenia wytrzymałości mechanicznej folii jadalnych stosuje się ich modyfikacje. Właściwości funkcjonalne można poprawić m.in. poprzez ogrzewanie, promieniowanie UV oraz γ (sieciowanie fizyczne), sieciowanie białek przy użyciu aldehydów (mrówkowego, glutarowego i glicerowego), poliepoksydów i izocyjanianów (metoda chemiczna) oraz poprzez sieciowanie enzymatyczne. Folie białkowe modyfikuje się przy zastosowaniu transglutaminazy, ponadto białka i polisacharydy można sieciować przy użyciu laktazy i tyrozynazy. Innym czynnikiem zwiększającym wytrzymałość mechaniczną folii jadalnych jest dodatek plastyfikatora, np. glicerolu, glikolu polioksyetylenowego, glikolu propylenowego, sorbitolu i sacharozy, których zadaniem jest przede wszystkim uelastycznić folię i zwiększyć jej rozciągliwość, a ograniczyć kruchość.

 

Właściwości folii i pokryć jadalnych

 

Grubość oraz równomierność powłok jadalnych należą do parametrów, które wpływają na biologiczne właściwości i czas przydatności do spożycia pokrytej nimi żywności. Zależą one od właściwości samego roztworu (jego gęstości, lepkości i napięcia powierzchniowego) oraz sposobu wytwarzania filmów. Dobór grubości warstwy kryjącej jest trudny, gdyż w zależności od polarności warstwy płynnej (pokrycia) i stałej (żywności) film może przylegać do powierzchni produktu (ale można go łatwo odseparować), ewentualnie może częściowo lub całkowicie ją zwilżać, tworząc nierozerwalną całość. Metody pomiaru grubości warstwy folii jadalnej dzielą się na kontaktowe i bezkontaktowe. Metody kontaktowe należą do najprostszych i polegają na zdjęciu warstwy pokrycia z produktu i zmierzeniu jej grubości przy użyciu mikrometru. W grupie metod bezkontaktowych do pomiaru grubości warstwy folii stosuje się mikroskop optyczny lub skaningowy mikroskop elektronowy, konfokalny mikroskop ramanowski oraz powierzchniowo wzmocnioną spektroskopię ramanowską. Właściwości mechaniczne filmów jadalnych stanowią jedno z ważniejszych kryteriów doboru surowców do produkcji folii. Charakteryzuje je głównie wytrzymałość na rozciąganie, moduł Younge’a oraz procentowe wydłużenie próbki aż do momentu zerwania. Skuteczność folii jadalnych w zabezpieczeniu żywności przed zepsuciem zależy od ich właściwości barierowych w stosunku do gazów tj. O₂, CO₂ czy N₂, pary wodnej, związków aromatycznych oraz tłuszczów. W celu polepszenia ich działania często w trakcie produkcji pokryć wprowadza się do ich składu dodatki funkcjonalne: m.in. substancje przeciwdrobnoustrojowe, związki przeciwutleniające, witaminy, barwniki. Folie na bazie polimerów hydrofilowych, takich jak: skrobia, chitozan, pektyny i białka są bardzo wrażliwe na działanie wody i wykazują nadmierną przepuszczalność pary wodnej. Właściwości barierowe w stosunku do wody można poprawić, stosując w produkcji folii dodatek substancji hydrofobowych. W celu zmniejszenia wrażliwości pokryć jadalnych na działanie wody i pary wodnej w trakcie wytwarzania np. folii chitozanowych dodawany jest polilaktyd (PLA) w ilości 10, 20 i 30%, LDPE – LowDensity Polyethylene / polietylen małej gęstości, PVC – Polyvinyl Chloride / polichlorek winylu lub OPP/LLDPE / orientowany polipropylen/liniowy polietylen małej gęstości / Oriented Polypropylene / Linear Low-Density Polyethylene. Folie jadalne powinny charakteryzować się również dobrymi właściwościami barierowymi w stosunku do tlenu. Utlenianie jest niepożądanym procesem powodującym niekorzystne zmiany barwy, smaku i zapachu produktu, ponadto straty substancji odżywczych oraz psucie się żywności. Ze względu na hydrofilowy charakter białek i polisacharydów, folie z nich otrzymane charakteryzują się przeważnie dobrymi właściwościami barierowymi w stosunku do tlenu, związków zapachowych oraz lipidów. Przykładowo folie otrzymane z mączki bananowej oraz glicerolu (30 % m/m) odznaczały się dobrą barierowością wobec tlenu. Stwierdzono, że wraz z dodatkiem różnych substancji uplastyczniających (glicerolu, sorbitolu i mieszaniny/glicerol/olej słonecznikowy) przepuszczalność tlenu maleje co najmniej trzykrotnie (w przypadku dodania do skrobi sorbitolu ponad sześciokrotnie). Jednak pomimo zastosowania wspomnianych dodatków funkcjonalnych folie jadalne nie uzyskują właściwości barierowych zbliżonych do właściwości folii z polichlorku winylu, gdyż przepuszczalność tlenu tych ostatnich wynosi zaledwie 0,1924×1010 (cm³ m-1 s-1). Odpowiednia barierowość w stosunku do gazów jest bardzo istotna w przypadku owoców i warzyw, w których w trakcie przechowywania zachodzi wiele często sprzężonych ze sobą procesów biochemicznych, jak oddychanie oraz fizycznych i mikrobiologicznych powodujących ich psucie. Powłoki jadalne mają w tym przypadku na celu kontrolę wymiany gazowej surowców między produktem a otoczeniem. Umożliwia to zmniejszenie ubytków wody i modyfikację składu wewnętrznej atmosfery gazowej produktu. Wszystkie te procesy sprzyjają spowolnieniu procesów metabolicznych i wydłużeniu trwałości pozbiorowej produktów roślinnych.

 

Podsumowanie

 

Jedną z dróg ograniczenia ilości odpadów z niebiodegradowalnych materiałów opakowaniowych jest stosowanie opakowań wytworzonych z naturalnych polimerów. Takie opakowania nie tylko stanowią ochronę dla żywności, ale z powodzeniem mogą być spożyte wraz z zapakowanym produktem. Wykorzystanie naturalnych polimerów do otrzymywania biodegradowalnych materiałów opakowaniowych umożliwia zastąpienie nimi nie tylko tworzyw sztucznych, ale również zagospodarowanie uciążliwych dla środowiska produktów odpadowych przemysłu spożywczego. Właściwości fizykochemiczne folii opakowaniowych różnią się między sobą w zależności od rodzaju i źródła polimerów naturalnych, jakie zostały wykorzystane do ich wytworzenia. Folie produkowane z naturalnych polimerów z jednej strony charakteryzują się dobrą barierowością wobec tlenu, z drugiej strony mają słabe własności mechaniczne oraz niską barierowość dla pary wodnej. Cechy te w znacznym stopniu ograniczają ich zastosowanie, dlatego ciągle poszukuje się nowych sposobów polepszenia właściwości opakowań lub modyfikuje się już stosowane, poprzez użycie metod fizycznych, chemicznych i enzymatycznych. Dąży się jednocześnie do wytworzenia opakowań, które stanowiłyby nie tylko fizyczną barierę chroniącą produkt przed negatywnymi czynnikami środowiska, ale także spełniałyby wiele dodatkowych funkcji. Folie z naturalnych polimerów mogą być aktywnym nośnikiem substancji przeciwdrobnoustrojowych, zapachowych, barwników, witamin lub przeciwutleniaczy, polepszając w ten sposób właściwości sensoryczne, a nawet uzupełniając wartość odżywczą zapakowanego produktu. Folie i powłoki jadalne mogą być stosowane do przedłużenia trwałości i świeżości owoców, warzyw, mięsa i jego przetworów, ryb i owoców morza. Ich dodatkową zaletą jest możliwość spożycia wraz z opakowanym produktem. Pomimo wielu doniesień na temat cennych właściwości folii i powłok jadalnych wciąż nie są one stosowane na szeroką, przemysłową skalę. Nadal potrzebne są badania dotyczące opracowania efektywnych metod wytwarzania folii jadalnych oraz ich potencjalnego zastosowania. Proekologiczny trend, łatwa dostępność surowców i ich niska cena mogą stanowić dodatkową zachętę dla naukowców i producentów do rozwijania opakowań jadalnych na bazie białek i polisacharydów.

 

Autorzy: prof. dr hab. inż. Marian Panasiewicz

dr hab. inż. Jacek Mazur

mgr farm. Karol Panasiewicz