Поглотители становятся все более популярными, поскольку они позволяют пластмассовой упаковке конкурировать с упаковкой из стекла и металла, у которых отличная кислородонепроницаемость. На руку поглотителям играет также рост количества порций фасованного мяса, сыра и прочих продуктов, рассчитанных на одного человека и чувствительных к воздействию кислорода. Введенные в стенки однослойных бутылок из полиэтилентерефталата (ПЭТФ) добавки поглощают достаточно кислорода для того, чтобы превратить такие однослойные бутылки в конкурентоспособную упаковку для производства пива, которое быстро портится под воздействием кислорода. (Для того чтобы не допускать проникновения кислорода в емкости для пива из ПЭТФ, обычно требуются многослойные бутылки или специальные покрытия.)
Поглотители кислорода, также называемые сорбентами кислорода, являются примером упаковывания в модифицированной газовой среде, при котором осуществляется физическое и химическое конфигурирование пластмассовых контейнеров для того, чтобы создать оптимальный баланс газов и влажности для максимального сохранения свежести пищевых продуктов. В отличие от барьерных слоев, таких как сополимер этилена и винилового спирта (EVOH), поливинилиденхлорид и полиамиды, где имеются пассивные ограничители газообмена, поглотители рассматриваются как «активные» защитные компоненты, поскольку они вступают в химическую реакцию с кислородом внутри упаковки. Многие производители упаковки используют сочетания пассивных и активных систем для достижения самого высокого уровня кислородонепроницаемости.
Преимущества
Поглощая кислород внутри емкости с пищевым продуктом или напитком, поглотители препятствуют размножению аэробных бактерий, плесени и прочих организмов, вызывающих порчу продукта. Их использование может также позволить снизить объем или вообще исключить использование химических консервантов, таких как бутилгидрокситолуол (BHT), бутилгидроанизол (BHA), сорбатов и бензоатов. Полиненасыщенные жиры не становятся прогорклыми в атмосфере с низким содержанием кислорода, не происходит разложения витаминов C, A и E, как это обычно случается, когда они подвергаются воздействию кислорода. Впитывая весь избыточный кислород, поглотители существенно замедляют порчу овощей и фруктов и помогают сохранить ароматы свежеобжаренных орехов и зерен кофе.
Действие поглотителей дополняет такие операции по удалению кислорода, как заполнение упаковки инертным газом или вакуумная упаковка, обеспечивая быстрое удаление кислорода из верхней части над упаковываемым содержимым. После герметизации упаковки поглотители могут снизить концентрацию кислорода до менее 0,1% всего за несколько дней; без поглотителя через несколько дней концентрация кислорода может достигнуть 0,5% или более.
Поглотители кислорода увеличивают затраты на упаковку в некоторых случаях на 10% или даже более. Производители фасованных пищевых продуктов и их продавцы рассматривают увеличение срока хранения, который они при этом предоставляют, как хорошее возмещение таких дополнительных затрат.
Применение
Поглотители кислорода используют в системах пластмассовой упаковки для хлеба, печенья, фруктов, карамели, орехов и сухих завтраков, специй, сухофруктов и овощей. Другими областями применения поглотителей являются упаковки копченого мяса, различных сыров и прочих молочных продуктов, полуфабрикатов пасты и лапши, кофе и чая. С использованием поглотителей кислорода часто упаковывают лекарственные препараты и витамины, медицинские приборы и корм для домашних животных. Даже бесценные произведения искусства помещали для транспортировки в пластмассовые контейнеры, насыщенные поглотителями кислорода. Поглотители кислорода введены в состав упаковки для нового вида одноразовых DVD, разработанных компанией Flexplay Technologies, США. Эти диски не надо возвращать в видеопрокат, они сконструированы таким образом, что после того, как они подвергались воздействию воздуха в течение нескольких дней, их уже нельзя проигрывать. Но до разгерметизации кислород не должен поступать внутрь упаковок дисков.
Материалы и свойства
Поглотители можно помещать в пористые пакеты, которые называются пакеты-саше, и размещать эти саше в герметизированных пластмассовых упаковках, или же их можно смешивать с термопластичными смолами и вводить в стенки упаковки, ярлык или крышку.
Распространенным поглотителем является оксид железа, который обычно помещают в саше. К числу других химикатов-поглотителей, помещаемых в саше, относятся соли ненасыщенной жирной кислоты или комплексы металл/полиамид.
Введение поглотителей в саму структуру упаковки обеспечивает более единообразное удаление кислорода. Если вещества вступают в контакт с пищевыми продуктами, то для их использования, как правило, требуется разрешение соответствующих надзорных органов.
Рис. 1. Типичная структура упаковки содержит активный поглощающий кислород слой, соэкструдированный с пассивным барьерным слоем, также может присутствовать слой, контактирующий с продуктом и адгезивы для склеивания слоев. Органические вещества с малым молекулярным весом, особенно аскорбиновую кислоту и ее натриевую соль, часто вводят в состав крышек для бутылок, чтобы они поглощали кислород. К числу других небольших органических молекул, используемых в качестве поглотителей кислорода, относятся сквален и ненасыщенные жирные кислоты. Окисляемые полимеры, такие как слои катализированного кобальтом нейлона MXD6 могут использоваться в качестве поглощающего кислород слоя внутри бутылок из полиэфира. Прочие системы поглотителей используют легко окисляемые ненасыщенные полимерные составы, такие как 1,2-полибутадиен.
Доступные системы
Для изготовления многослойной полиолефиновой упаковки активный слой, поглощающий кислород, может быть соэкструдирован или ламинирован вместе с пассивным барьерным слоем, таким как EVOH, для того, чтобы обеспечить максимальную защиту от кислорода. Примером использования такого подхода может служить Shelfplus O2, система с поглотителем, реализующаяся компанией Ciba Specialty Chemicals. Активируемые в присутствии влаги поглотители из неорганических солей заключаются в полиолефиновую матрицу и могут использоваться с охлажденными пищевыми продуктами или полуфабрикатами для микроволновой печи, с упаковками с загнутыми краями и с не загнутыми краями. Системы упаковки продукции могут включать: емкости, бутылки, пленки и прокладки в винтовых колпачках. Система работает лучше всего с оболочками из полиэтилена и полипропилена.
Рис. 2. Полипропиленовые емкости с загнутыми краями: упаковка переработанных пищевых продуктов является одной из областей применения системы с поглотителем Shelfplus O2. Вследствие наличия влаги и высоких температур, используемых при технологии загибания краев емкостей, обычно происходит насыщение слоев EVOH, что увеличивает кислородопроницаемость на короткое время после обработки. Система Shelfplus O2 может компенсировать это уменьшение за счет поглощения кислорода в период, непосредственно следующий за обработкой, рис. 3. Включение уровня активного поглощения кислорода в состав упаковки также позволяет сделать слой EVOH более тонким, чем это обычно бывает возможным.
 Рис. 3. Уменьшение проникновения. Некоторые имеющиеся в структурах упаковки слои поглощения кислорода высвобождают небольшие молекулы, которые создают органолептические проблемы (связанные со вкусом и запахом), возникающие при взаимодействии этих слоев с кислородом. Состав, известный как OSP, от компании Chevron Phillips Chemical, предназначен для того, чтобы свести эту проблему к минимуму. Система OSP, состоящая из окисляемого сополимера этиленметилакрилата и циклогексенметилакрилата (EMCM), которая поглощает кислород вместе с фотоинициатором и катализатором (кобальт), активируется за счет воздействия ультрафиолетового излучения. Обычно поглощающий кислород слой соэкструдируется с пассивным кислородным барьером, таким как EVOH, нейлон или ПЭТФ, и внутренним герметизирующим слоем, таким как полиэтилен высокого давления (ПЭВД), линейный полиэтилен высокого давления (ЛПЭВД) или иономер. Система пригодна для упаковки таких продуктов, как: соки, пиво, различные сорта мяса и сыра.
Другой системой, которая активируется ультрафиолетовым излучением, является пленка Cryovac OS с поглотителями кислорода, которую реализует компания Sealed Air Corp. Основным компонентом системы Cryovac OS является окисляемый полимер с катализатором из металла переходной валентности и фотоинициатором. Активный пленочный слой соэкструдируется с герметизирующим слоем и основным слоем, который придает упаковке механическую прочность. Кислородная барьерная пленка может также быть ламинирована на различные наружные слои. Система Cryovac может использоваться для увеличения срока хранения различных пищевых продуктов, включая, свежую пасту, обезвоженное и копченое мясо, готовые мясные блюда, тертый сыр, сухофрукты и орехи, корм для животных, и зерновые хлопья. По имеющимся данным, пленки могут снижать концентрации кислорода в запечатанных упаковках до 0,1% за период от 3 до 10 дней.
 Рис. 4. Активные пленки Cryovac OS предназначены для того, чтобы существенно продлевать срок хранения пищевых продуктов. Совершенствование емкостей из ПЭТФ
Поглощающий кислород полиэфирный концентрат, который может повысить кислородонепроницаемость ПЭТФ, позволяет перерабатывающим предприятиям производить высоконепроницаемые монослойные бутылки из ПЭТФ для упаковки пива, соков, чая и прочих чувствительных к кислороду продуктов. Продукт, который продается как Amosorb, был разработан компанией BP и реализуется на рынке компанией ColorMatrix. Для производства высоконепроницаемых бутылок из ПЭТФ обычно требуется многослойный материал, включающий нейлон или какой-либо иной барьерный слой. Система Amosorb позволяет изготавливать бутылки из ПЭТФ с высокой непроницаемостью на оборудовании, предназначенном для однослойных материалов. Производимые бутылки из монослойного материала легче перерабатывать для повторного использования (подвергать рециклингу), чем емкости из многослойного материала.
Системы с поглотителями кислорода могут также увеличить непроницаемость многослойных бутылок из ПЭТФ. Одна из компаний, Honeywell, предлагает барьерную систему из нейлона 6 с поглотителями кислорода, которые усиливают имеющиеся у нейлона от природы свойства непроницаемости. Имеются данные о том, что введенный в многослойные бутылки из ПЭТФ продукт, известный как полиамидная смола Aegis, дает пропускание кислорода «близкое к нулю» в течение длительных периодов времени. Обычное заполнение продукта колеблется от 5 до 8 % по массе, или соответствует толщине барьерного слоя 25-75 микронов. По информации поставщика, использование системы Aegis наделяет бутылки из ПЭТФ кислородонепроницаемостью стекла.
Саше и другие продукты этого вида
Саше по-прежнему широко используются при производстве систем с поглотителями кислорода. В настоящее время саше производятся в самых разнообразных форматах. Так, например, компания Mitsubishi предлагает свою линию Ageless поглощающих кислород саше в виде гибких похожих на карточки вкладышей с купонами или нанесенными на них информационными сообщениями. Другим вариантом, входящим в эту линию, являются беспорошковые вкладыши, которые вместо этого используют поглощающие кислород пластмассовые листы. Саше могут прикрепляться к внутренней части упаковки.
Рис. 5. Помещаемые внутрь саше это простой и легкий способ использования поглотителей кислорода при изготовлении упаковки. Компания Mutisorb Technologies предлагает пропитанный поглотителем продукт на полиэтиленовом пленочном носителе, который реализуется под названием FreshMax. Он прикрепляется на внутреннюю сторону упаковки. В отличие от свободно перемещающихся саше, данный продукт не может быть случайно проглочен потребителем. Система FreshMax может применяться с использованием обыкновенного маркировочного оборудования или фасовочной установки. По данным поставщика, эта система снижает содержание кислорода внутри упаковки до 0,01%, и сохраняет его ниже этого уровня. 
Рис. 6. Многослойная самоклеющаяся система с поглотителем кислорода FreshMax может использоваться с применением обычного маркировочного оборудования. 
Рис. 7. Принципиальная схема системы FreshMax. Поглотители кислорода позволяют пластмассовой упаковке отвоевать часть рынка, которую уже давно занимают упаковка из стекла и металла. Спрос на поглотители увеличивается благодаря росту потребности в упаковках фасованных продуктов, готовых к употреблению и рассчитанных на одну порцию. Для того чтобы воспользоваться теми преимуществами, которые дает технология с использованием поглотителей, были разработаны многочисленные физические и химические системы. Поглотители могут позволить сократить необходимое для упаковки количество барьерных слоев, таких как EVOH, нейлон или поливинилиденхлорид, что позволяет сделать упаковку тоньше, чем было бы возможно в противном случае. Вероятно более широкое использование поглотителей кислорода за счет расширения сферы применения систем упаковывания в модифицированной газовой среде. |
