Прымяненне ПВП у харчовых упакоўках і пакрыццях - інавацыйныя матэрыялы для павышэння бар'ера і бяспекі

Асноўнае патрабаванне да ўпакоўкі харчавання — гэта перашкаджаць пранікненню кіслароду, уільготы і мікраарганізмаў, што падоўжвае тэрмін зберагання прадуктаў. Аднак традыцыйныя матэрыялы для ўпакоўкі (напрыклад, пластык і папера) падвяргаюцца такім праблемам, як недастатковыя бар’ерныя ўласцівасці і міграцыя хімічных рэчываў. Палівінілпіролідон (PVP), які валодае ўласцівасцямі фарміравання плёнкі, антыбактэрыяльнымі ўласцівасцямі і сумяшчальнасцю з асновамі, можа выкарыстоўвацца ў якасці пакрыцця ці дапаможнага матэрыялу для ўпакоўкі харчавання, каб павялічыць эфектыўнасць упакоўкі і зменшыць рызыку міграцыі хімічных рэчываў. Ён ахоплівае некалькі вобласцей: папяровую ўпакоўку, пластыковую ўпакоўку і з’едальныя пакрыцці.

一 、Асноўная функцыя PVP у ўпакоўцы харчавання

Асноўныя выклікі, з якімі стыкаецца ўпакоўка харчавання, — гэта «парушэнне бар'ерных уласцівасцей» і «небяспека для бяспекі», а механізм дзеяння ПВП у асноўным уключае:

1. Павышэнне бар'ерных уласцівасцей: ПВП можа ўтвараць шчыльную плёнкавую структуру, якая пакрывае паверхню падкладкі ўпакоўкі, зніжаючы пранікненне кисляроду і вільготнасці, і спавольваючы акісленне прадуктаў і ўсмоктванне вільготнасці;

2. Антыбактэрыйнае дзеянне: малекулы ПВП могуць звязвацца з мембранамі мікраарганізмаў, парушаць структуру клетачных мембран, тормазіць рост бактэрый (напрыклад, Escherichia coli і Staphylococcus aureus) і плесневых грыбоў (напрыклад, Aspergillus і Penicillium), а таксама зніжаць мікрафлорную кантацыю ўнутры ўпакоўкі;

3. Зніжэнне рызыкі міграцыі: ПВП можа ўзаемадзейнічаць з пластыфікатарамі і стабілізатарамі ў матэрыялах упакоўкі, прадухіляючы іх міграцыю ў прадукты харчавання і павышаючы бяспеку ўпакоўкі.

Даследаванне, апублікаванае ў часопісе «Packaging Engineering», паказвае, што папяровая ўпакоўка без пакрыцця ПВП мае паказчык перадачы кіслароду (OTR) 300 см³/(м² · 24 г · 0,1 МПа), у той час як папяровая ўпакоўка з пакрыццем ПВП у канцэнтрацыі 0,5 % мае паказчык OTR, зменшаны да 120 см³/(м² · 24 г · 0,1 МПа), і павелічэнне бар’ерных уласцівасцей на 60 %; адначасова ўпакоўка з пакрыццем ПВП мае антыбактэрыяльную актыўнасць больш за 90 % у дачыненні да Escherichia coli, што значна зніжае рызыку мікраабіяльнага забруджвання.

два 、Сцэнарыі прымянення ПВП для розных тыпаў харчовай упакоўкі

1. Папяровая харчовая ўпакоўка (напрыклад, пакеты для хлеба, каробкі для фаст-фуду)

Паперавая ўпакоўка мае нізкую кошт, але поганыя бар'ерныя ўласцівасці, што можа лёгка прывесці да звыльгатнення і акіслення харчовых прадуктаў. Пры выкарыстанні PVP трэба прыгатаваць раствора для нанясення пакрыцця: PVP K90 (высокамалекулярная, моцная здольнасць да ўтварэння плёнкі) і гліцэрын (пластифікатар, у суадносінах 10:1) раствараюць у этанолі, каб атрымаць раствора пакрыцця з канцэнтрацыяй 5–8 %, які раўнамерна наносіцца на паверхню паперавай асновы з дапамогай машыны для нанясення пакрыцця і высушваецца для ўтварэння празрыстай плёнкі. Сумка для хлеба з пакрыццем PVP знізіла паказчык перадачы вадзяной пары (WVTR) з 40 г/(м²·24 г) да 15 г/(м²·24 г) і падоўжыла тэрмін гаднасці хлеба з 3 да 7 дзён; таксама пакрыцце PVP можа запабягаць міграцыі флуарэсцэнтных адбельвальнікаў у паперы, павышаючы бяспеку ўпакоўкі.

2. Пластыковая харчовая ўпакоўка (напрыклад, пляшкі з PET, плёнкі з PE)

Пластыковая ўпакоўка падвяргаецца небяспецы для бяспекі з-за міграцыі пластыфікатараў (напрыклад, фталатаў) і недастатковых уласцівасцей бар’ера ад кіслароду. Падчас перапрацоўкі пластика ў яго дадаюць 0,5–1,0 % PVP K80 (высокамалекулярнага, добры сумяшчальнасці з пластикаў): PVP можа звязваць пластыфікатары, прадухіляючы іх міграцыю ў харчовыя прадукты (колькасць міграцыі змяншаецца з 0,5 мг/кг да менш чым 0,1 мг/кг); адначасова PVP утварае ўнутраную структуру мікрафазавага раздзялення ў пласціку, зменшваючы шлях пранікнення кіслароду. Паказчык пранікнення кіслароду ў пляшкі з PET змяншаецца больш чым на 35 %, што робіць іх прыдатнымі для харчовай упакоўкі, такіх як сокі з фруктаў і раслінныя алеі, якія патрабуюць высокіх бар’ерных уласцівасцей.

3. З’едальныя харчовыя пакрыцці (напрыклад, пакрыцці для захоўвання фруктаў, абалонкі для цукерак)

З'ядальныя пакрыцці можна наносіць непасрэдна на паверхню харчовых прадуктаў, забяспечваючы іх бяспеку і функцыянальнасць. Змешвайце PVP K30 (водаразчынны, бяспечны і нетоксічны) з хітазанам (антыбактэрыйным агентам) і гліцэрынам (пласціфікатарам) у суадносінах 5:3:2, каб атрымаць раствор з'ядальнага пакрыцця, які можна распыляць на паверхні такіх пладоў, як яблыкі і грушы. Плёнака, утвораная PVP, зніжае выпарванне вады і кантакт з кіслародам, змяншае ступень страты масы пладоў з 10% да 3% і падоўжвае тэрмін прыдатнасці да ўжывання на 15–20 дзён; адначасова хітазан і PVP сінергетычна спрацьбаўляюцца бактэрыям, інгібуюць рост плесневых грыбоў і зніжаюць рызыку гнілосці. Для цукерак PVP можа выкарыстоўвацца ў якасці матэрыялу для пакрыцця замест традыцыйнага жывёльнага клею, робячы паверхню цукерак бляскучай, без запаху і лягчэй разлагаемай, што адпавядае патрабаванням аховы навакольнага асяроддзя.

trys 、Працэс ужывання і праверка бяспекі

Ужыванне ПВП у харчовай упакоўцы патрабуе карэкціроўкі працэсу ў залежнасці ад падложкі: для папяровай упакоўкі выкарыстоўваецца працэс «нанесення пакрыцця з высушваннем» (тэмпература сушкі — 60–80 °C, каб пазбегнуць разкладання ПВП); ℃для пласціковай упакоўкі — працэс «змешвання з экструзіяй» (тэмпература экструзіі — 180–200 °C, што забяспечвае роўнамернае змешванне ПВП і пластика); ℃для з’едальнага пакрыцця — працэс «распыленне з натуральнай сушкай» (каб пазбегнуць пашкоджання якасці харчовых прадуктаў пры вышокіх тэмпературах).

У плане бяспекі ПВП як матэрыял для ўпакоўкі харчавання праўшоў сэртыфікацыю матэрыялаў, што кантактуюць з харчаваннем (FCN), ад УС FDA, з узроўнем міграцыі ≤ 0,05 мг/кг, што адпавядае Рэгуляменту ЕС № 10/2011. Акрамя таго, ПВП мае добрую біяразкладальнасць і можа паступова раскладацца ў прыродных умовах, не выклікаючы забруджвання навакольнага асяроддзя. У параўнанні з традыцыйнымі матэрыяламі для пакрыцця ўпакоўкі, такімі як полівінілаўголь і полівінілідэнхларыд, ПВП характарызуецца вышэйшай бяспекай і лепшай сумяшчальнасцю, і стаў важным дапаможным матэрыялам для высокаякаснай упакоўкі харчавання і экалагічнай упакоўкі, спрыяючы развіццю галіны ўпакоўкі харчавання ў кірунку «бяспекі, эфектыўнасці і аховы навакольнага асяроддзя».