Упаковка с биоцидными свойствами для косметических средств и продуктов питания

Упаковка с биоцидными свойствами для косметических средств и продуктов питания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Предлагаемое изобретение относится к упаковке косметических средств и продуктов питания, обладающей биоцидными свойствами. Предлагаемое изобретение относится также к способу предотвращения загрязнения косметических средств и продуктов питания в их упаковке.

Уровень техники

Как правило, косметические средства и продукты питания легко подвергаются загрязнению бактериями, грибами и т.д. Для предотвращения загрязнения в состав большинства косметических средств и продуктов питания вводят консерванты, необходимые для предотвращения микробного загрязнения, обычного для любого использования косметических средств и продуктов питания. К сожалению, большинство консервантов, вводимых в косметические средства, токсичны и могут вызывать раздражение и инфекции кожи. Аналогично этому, в пищевой промышленности давно существует необходимость избавиться от консервантов в продуктах питания или, по меньшей мере, снизить их содержание. Ради ясности следует подчеркнуть, что сначала будут описаны предпосылки создания изобретения, имеющие отношение к изготовлению косметических средств, а затем - к отрасли упаковки пищевых продуктов.

Косметические средства

В косметической промышленности используется большое количество материалов, обладающих консервирующими свойствами. Одними из консервантов, использующихся издавна и наиболее часто, являются эфиры парагидроксибензойной кислоты, известные под общим названием «парабены».

В связи с высокой токсичностью парабенов косметическая промышленность находится в непрерывном поиске как (i) систем консервантов, альтернативных традиционным смесям парабенов, так и (ii) различных малотоксичных комбинаций, разработанных для повышения эффективности как консервантов.

Таким образом, до сих пор не удовлетворена потребность в нетоксичных и не вызывающих раздражения биоцидах, которые были бы способны эффективно уничтожать микроорганизмы, такие как бактерии, дрожжевые и плесневые грибы, либо подавлять их рост.

Перечень материалов, обладающих консервирующими свойствами, составленный в 2005 году, возглавляют метил- и пропилпарабен. В перечень входит ограниченное число материалов, обладающих консервирующими свойствами. Неполный перечень других материалов, обладающих консервирующими свойствами, обычно использующихся в промышленности, таков: имидазолидинилмочевина, феноксиэтанол, формальдегид, кватерниум-15, метилхлоризотиазолинон, синергическая смесь метилизотиазолинона и полиаминопропил бигуанида (МТВ), смесь метилизотиазолинона и хлорфенезина (МТС), синергическая комбинация метилизотиазолинона и йодопропинил бутилкарбамата (MTI), йодопропинил бутилкарбамат (IPBC), роконсал ND, который является смесью растворов бензойной кислоты и дегидроуксусной кислоты в феноксиэтаноле, роконсал BSB, который является смесью растворов бензойной кислоты и сорбиновой кислоты в бензиловом спирте, масло австралийского чайного дерева, усниновая кислота, суспензия JM ActiCare™ - суспензия частиц композиции из хлорида серебра и диоксида титана в геле на водно-сульфосукцинатной основе, полиаминопропил бигуанид и т.д.

Консерванты в целом и определенные их группы в частности получали в последние годы плохие отзывы в прессе, и некоторые компании-производители уже приняли решение внести изменения в состав выпускающейся ими продукции. Промышленники видят отрицательную реакцию на консерванты значительного числа потребителей. Кроме того, возможен конфликт между потребностью в незараженных микроорганизмами продуктах и их токсикологической безопасностью. В настоящее время в косметических продуктах разрешено использовать лишь ограниченное число консервантов, выбранных из списка веществ, разрешенных к применению, например, из Приложения VI к Европейской Директиве по косметической продукции, в котором также определено их максимально допустимое содержание и сферы применения Директивы ЕС 94/62/ЕС.

Учитывая предубеждение потребителей против консервантов в целом и некоторых из них в частности, лица, проводящие оценку безопасности, подвергают сомнению целесообразность введения консервантов в составы даже в том случае, когда они введены в соответствии с допустимыми уровнями и разрешенной практикой применения согласно Директиве по косметической продукции, все равно существует постоянная потребность в новых, более безопасных и более приемлемых альтернативных способах предотвращения микробного загрязнения косметических средств.

а. Продукты питания

Упаковка стала важным элементом в современном развитом обществе. В частности, рынок упаковки пищевых продуктов находится в стадии чрезвычайно быстрого роста, поскольку большинство имеющихся в продаже продуктов питания, включая свежие фрукты и овощи, поступают в продажу в упакованном виде. Одной из важных функций упаковки, с позиции технологии обеспечения сохранности пищевых продуктов, является замедление процесса порчи пищевого продукта, увеличение срока годности и сохранение и повышение качества и безопасности упакованных продуктов питания. Таким образом, главная цель упаковывания продуктов питания состоит в их защите от микробного и химического загрязнения, от кислорода, паров воды и действия света. Следовательно, вид используемой упаковки играет важную роль при определении срока годности пищевых продуктов. За счет правильного выбора материалов упаковки и технологий упаковывания можно обеспечить высокое качество и свежесть продукта в течение периода времени, необходимого для его промышленного выпуска и потребления.

Традиционно упаковка продуктов питания определялась как пассивный барьер, замедляющий неблагоприятное воздействие окружающей среды на хранящейся в ней продукт. Однако современные тенденции включают разработку упаковочных материалов, взаимодействующих с окружающей средой и с продуктами питания и играющих активную роль в обеспечении сохранности продуктов. Эти новые системы упаковки пищевых продуктов были разработаны в ответ на тенденцию развития у потребителей предпочтения пищевых продуктов, прошедших мягкую обработку, свежих, вкусных и удобных для потребления, с длительным сроком годности. Кроме того, изменения практики розничной торговли, такие как глобализация рынков, приводящая к увеличению расстояний до потребителя, составляют главную проблему отрасли упаковки пищевых продуктов, которая является движущей силой развития новых улучшенных концепций упаковки, продлевающих срок годности, сохраняя при этом безопасность и качество упакованных продуктов питания.

Активным упаковыванием следует считать такие технологии, которые направлены на взаимодействие с газовой средой внутри упаковки и/или непосредственно с самим продуктом, с получением положительного результата. В первых технических решениях активной упаковки использовался небольшой пакет (пакет-саше), содержащий активный ингредиент, помещенный внутрь проницаемой упаковки. Эта технология обеспечивает получение некоторых положительных характеристик, в частности высокий уровень активности и отсутствие необходимости использования сложного оборудования или модификации технологий упаковывания в связи с тем, что пакет-саше вводят на дополнительной стадии технологического процесса. Однако у технологии с использованием пакетов-саше имеется много недостатков, основным из которых является присутствие внутри упаковки веществ, которые часто являются токсичными и могут быть случайно съедены или могут вызвать у потребителя желудочно-кишечные расстройства.

Альтернативным решением, которое широко изучается в настоящее время, является введение активных веществ в состав материала стенок упаковки. Пластики являются очень удобными материалами для этого вида технологий, не только как среды для активного вещества, но также как активные элементы при реализации принципа активного упаковывания. Таким образом, одной из основных целей предлагаемого изобретения является создание функционального полимерного материала, содержащего в своей структуре активное вещество, и создание условий, чтобы это активное вещество могло действовать или высвобождаться контролируемым образом. Дополнительными преимуществами включения этого активного вещества в структуру полимера (в стенку упаковки) перед использованием пакетов-саше являются, например, уменьшение размера упаковки, иногда более высокая эффективность активного вещества (которое полностью окружает продукт) и более высокая производительность процесса упаковывания (поскольку введение пакета-саше является дополнительной стадией, как правило, выполняемой вручную). При использовании активных полимеров следует принимать во внимание необходимость соблюдения некоторых мер предосторожности и учитывать реальные условия. Активное вещество может изменять свойства полимера, кинетика адсорбции непостоянна и зависит от проницаемости пластика, активность может наблюдаться в течение более короткого периода времени, если реакция начнет протекать слишком рано в связи с отсутствием эффективного механизма ее активации, и возможно нежелательное поступление активных веществ или низкомолекулярных продуктов реакции в пищевой продукт.

Большинство активных веществ считаются ингредиентами материала, имеющего контакт с пищевым продуктом (а не пищевыми добавками), и, в связи с этим, эти системы должны подчиняться строгим действующим правилам относительно поступления в продукт. Типичными примерами могут служить поглотители кислорода, поглотители и источники углекислого газа, поглотители этилена, поглотители и регуляторы содержания воды, абсорбенты и источники органических соединений, пленки с ферментативной активностью и антимикробные системы. Материалы, имеющие контакт с пищевым продуктом, традиционно включают эластичные пленки, которые обычно обладают следующими свойствами: их цена обычно низкая; они обладают хорошими барьерными свойствами по отношению к парам воды и газам; они поддаются термосвариванию для предотвращения утечки содержимого; они обладают прочностью во влажном и в сухом состоянии; они удобны в обращении, в производстве, в розничной торговле и для потребителя; они не придают большого дополнительного веса продукту; они плотно прилегают к пищевому продукту, тем самым приводя к небольшим потерям полезного пространства при хранении и при распространении в виде товара и т.д.

Краткая сводка данных о различных видах эластичных пленок приведена ниже.

Целлюлоза.

Обычная целлюлоза представляет собой блестящую прозрачную пленку, не имеющую запаха и вкуса и поддающуюся биологическому разложению (в течение примерно 100 дней). Она жесткая и прочная на прокол, хотя и легко подвергается разрыву. Однако она не поддается термосвариванию, и размеры и проницаемость пленки изменяются при изменении влажности. Она используется для упаковки продуктов питания, которые не требуют полной изоляции от паров воды и газов.

Полипропилен.

Полипропилен представляет собой прозрачную блестящую пленку, обладающую высокой механической прочностью и прочностью на прокол. Он обладает умеренной проницаемостью по отношению к парам воды, газам и запахам, которая не зависит от изменения относительной влажности. Он способен растягиваться, хотя и в меньшей степени, чем полиэтилен.

Полиэтилен.

Полиэтилен низкой плотности является термосвариваемым инертным, не имеющим запаха материалом, способным сокращаться под воздействием температуры. Он создает достаточно эффективный барьер для паров воды, но имеет относительно высокую проницаемость для газов, нестоек к маслам и обладает слабыми барьерными свойствами по отношению к запахам. Он менее дорог, чем большинство пленок и в связи с этим широко используется. Полиэтилен высокой плотности более прочен, толще, менее эластичен и обладает большей хрупкостью и меньшей проницаемостью для газов и паров воды, чем полиэтилен низкой плотности. Он имеет более высокую температуру размягчения (121°С), в связи с чем может подвергаться термической стерилизации. Мешки, изготовленные из полиэтилена высокой плотности толщиной 0,03-0,15 мм, имеют более высокие прочность на разрыв, сопротивление проникновению и прочность сварного шва. Они являются водонепроницаемыми и химически стойкими и используются вместо бумажных мешков.

Другие пленки.

Полистирол представляет собой хрупкую прозрачную блестящую пленку, обладающую высокой газопроницаемостью. Поливинилиденхлорид очень прочен и в связи с этим используется для изготовления тонких пленок. Он обладает очень низкой проницаемостью для паров воды и поддается термоусадке и термосвариванию. Однако он имеет коричневый оттенок, что в некоторых случаях ограничивает его использование. Нейлон обладает хорошими механическими свойствами и широким диапазоном рабочих температур (от 60 до 200°С). Однако изготовленные из него пленки дороги в изготовлении, требуют использования высоких температур для образования термического шва и его проницаемость изменяется в зависимости от относительной влажности воздуха, в атмосфере которого он хранится.

Пленки с покрытием.

Пленки покрыты другими полимерами или алюминием с целью повышения барьерных свойств или придания способности к термосвариванию. Например, нитроцеллюлозу наносят на одну сторону целлюлозной пленки для создания барьера для паров воды, при этом сохранив проницаемость для кислорода. Нитроцеллюлозное покрытие с обеих сторон пленки повышает барьерные свойства по отношению к кислороду, парам воды и запахам и обеспечивает возможность термосваривания при использовании широких швов. Покрытие из сополимера винилхлорида с винилацетатом дает более жесткие пленки, обладающие промежуточной проницаемостью. Рукава из этого материала прочны, легко растягиваются и проницаемы для воздуха, дыма и паров воды. Они используются, например, для упаковки мясных продуктов перед копчением и термической обработкой. Тонкое покрытие из алюминия создает очень прочный барьер для масел, газов, паров воды, запахов и света. Свойства пленок приведены в таблице 1.

Таблица 1.
Свойства некоторых упаковочных материалов
Вид пленки	Покрытие	Барьеры для влаги	Воздух/запахи	Прочность	Прозрачность	Обычная толщина (мкм)
Целлюлоза	-	*	***	*	***	21-40
Целлюлоза	ПВДХ	***	***	*	***	19-42
Целлюлоза	Алюминий	***	***	*	-	21-42
Целлюлоза	Нитроцеллюлоза	***	***	*	-	21-24
Полиэтилен (низкой плотности)		**	*	**	*	25-200
Полиэтилен (высокой плотности)		***	**	***	*	350-1000
Полипропи-лен	-	***	*	***	***	20-40
Полипропи-лен	ПВДХ	***	***	***	***	18-34
Полипропи-лен	Алюминий	***	***	***	-	20-30
Полиэстер		**	**	***	**	12-23
Полиэстер		***	***	***	**	-
Полиэстер		***	***	***	-	20-30
* = низкая ** = средняя *** = высокая. Более толстые пленки любого вида имеют более высокие барьерные свойства, чем более тонкие. ПВДХ = поливинилиденхлорид.

Многослойные пленки.

Изготовление слоистого материала из двух или более пленок улучшает внешний вид, повышает барьерные свойства и механическую прочность упаковки.

Соэкструдированные пленки.

Их получают одновременной экструзией двух и более слоев различных полимеров. Соэкструдированные пленки имеют три главных преимущества перед другими видами пленок: они обладают очень высокими барьерными свойствами, аналогичными многослойным материалам, но произведены с меньшими затратами; они тоньше многослойных материалов, и в связи с этим они более удобны в использовании на оборудовании для заполнения; слои не расслаиваются и т.д.

Ниже приведены примеры использования многослойных и соэкструдированных пленок.

Таблица 2.
Некоторые многослойные пленки, использующиеся для упаковки продуктов питания
Вид многослойного материала	Продукты питания, для которых обычно используется этот вид упаковки
Полипропилен, покрытый поливинилиденхлоридом (2 слоя)	Чипсы, сухие завтраки, кондитерские изделия, мороженое, бисквиты, шоколад
Сополимер этилена с пропиленом, покрытый поливинилиденхлоридом	Хлебобулочные изделия, сыр, кондитерские изделия, сухофрукты, замороженные овощи
Целлюлоза-полиэтилен-целлюлоза	Торты, хрустящий хлеб, бекон, кофе, колбасные изделия, сыр
Ацетатцеллюлоза-бумага-фольга-полиэтилен	Сухие супы
Металлизированный полиэфир-полиэтилен	Кофе, сухое молоко
Полиэтилен-алюминий-бумага	Сухие супы, сушеные овощи, шоколад

Таблица 3.
Некоторые примеры использования соэкструдированных пленок
Вид соэкструдированного материала	Применение
Ударопрочный полистирол-полиэтилентерефталат	Маргарин, масло в коробках
Полистирол-полистирол-поливилиденхлорид-полистирол	Бутылки для соков и молока из полистирола-полистирола-поливилиденхлорида
Полистирол-полистирол-поливилиденхлорид-полиэтилен	Коробки и бутылки для масла, сыра, маргарина, кофе, майонеза, соусов

Учитывая возрастающую роль полимеров как материалов, использующихся при изготовлении медицинских аппаратов, для упаковки и переработки пищевых продуктов, использование антимикробных полимеров становится все более желательным.

Антимикробная упаковка продуктов питания.

В последние 10 лет значительно продвинулись исследования (Cooksey, 2001) в области материалов для антимикробной упаковки продуктов как альтернативного метода контроля микроорганизмов, присутствие которых в продуктах питания нежелательно. Для этого используется введение антимикробных агентов в упаковочные материалы или нанесение их на поверхность упаковочных материалов (Han, 2000). Поскольку микробное загрязнение большинства продуктов питания происходит, главным образом, на их поверхности в связи с операциями, осуществляемыми после их переработки, предпринимались попытки повысить безопасность и замедлить порчу за счет использования распыления антибактериальных составов или погружения в них. Однако простое нанесение антибактериальных агентов на поверхность имеет ограниченное применение, поскольку активные вещества быстро нейтрализуются или диффундируют с поверхности внутрь пищевого продукта. Таким образом, применение упаковочных пленок с антибактериальными агентами может оказаться более эффективным, если поддерживаются их высокие концентрации на тех участках, где это необходимо, за счет медленного поступления или действия агентов на поверхности продукта (Quintavalla и Vicini, 2002).

Основными возможными объектами применения антимикробных пленок являются мясопродукты, рыба, птица, хлеб, сыр, фрукты, овощи и напитки (Labuza и Breene, 1989).

В настоящее время антимикробная упаковка продуктов питания основана на использовании следующих концепций: Упаковка должна влиять на условия внешней среды, замедляя рост микробов. Описанные ранее поглотители кислорода и вещества, выделяющие CO₂, изменяют атмосферные условия и снижают скорость роста аэробных микроорганизмов. Активная упаковка, снижающая содержание воды, влияет на развитие микробов. Некоторые поглощающие пакеты (салфетки), использующиеся для впитывания выделившегося «сока» в лотках для мяса, содержат органические кислоты и поверхностноактивные вещества для предотвращения роста микроорганизмов, поскольку соки из пищевых продуктов богаты питательными веществами (Hansen и др., 1988).

В упаковку введены антимикробные агенты, и она имеет строение, обеспечивающее их выделение в свободное пространство над продуктом в таре или непосредственно в пищевой продукт.

Упаковочный материал может содержать иммобилизованное вещество с антимикробными свойствами. В эту категорию активной упаковки входят (i) полимеры, которым изначально присущи антимикробные свойства, и (ii) структуры, содержащие иммобилизованные антимикробные агенты. Иммобилизация может достигаться при помощи ограничения диффузии или ковалентным связыванием вещества с основной цепью полимера. Хотя в настоящее время известно лишь несколько связанных с пищевыми продуктами случаев промышленного использования этих технологий, они представляют большой интерес, и многие исследователи занимаются их разработкой и внедрением.

Для антимикробных агентов, выделяющихся из пленок, массоперенос является критическим параметром, подлежащим учету при разработке активных систем. Результаты исследования миграции молекул летучих и нелетучих органических веществ из полимеров можно применить для описания выделения антимикробных агентов из материалов упаковки (Garde и др., 2001; Katan, 1996). В случае летучих веществ их выделение контролируется их диффузией через полимер и значением парциального давления паров при насыщении. Перейдя в свободное пространство над продуктом, антимикробные агенты достигают поверхности продукта питания, которой они поглощаются, а затем распространяются или диффундируют в объем пищевого продукта.

Выделение антимикробных агентов из полимеров должно поддерживаться с надлежащей скоростью с тем, чтобы их поверхностная концентрация превышала критическую ингибирующую концентрацию. Чтобы достичь надлежащего контролируемого выделения на поверхность продукта, было впоследствии предложено использовать многослойные пленки (контролирующий слой/матричный слой/барьерный слой). Внутренний слой контролирует скорость диффузии активного вещества, в то время как матричный слой содержит активное вещество, а барьерный слой препятствует миграции вещества наружу из упаковки (Cooksey, 2001).

Известно, что антимикробными свойствами обладают многие летучие соединения, включая газы, такие как SO; и С1О₂, и пары различной степени летучести, включая пары спиртов, альдегидов, кетонов и эфиров. Для диоксида хлора было получено разрешение Управления по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами США на применение в качестве антимикробной добавки к упаковочным материалам. Он представляет собой антимикробный газ, выделяющийся из основного хлорсодержащего соединения при воздействии на него паров воды. Его основным достоинством является то, что он действует дистанционно, и, таким образом, представляет собой один из немногих упаковочных антимикробных средств, которые не требуют непосредственного контакта с пищевым продуктом.

Хотя результаты его испытаний свидетельствуют об эффективности замедления роста плесневых грибков на ягодах, полученные для свежего красного мяса положительные результаты нивелируются в результате нежелательного заметного изменения цвета (Brody, 2001). Австралийская организация CSIRO (Организация научно-технических исследований стран Содружества) разрабатывает системы, постепенно высвобождающие SO₂ для контроля роста плесневых грибков в некоторых видах фруктов. Эти системы не разрешены в Европейском Союзе, и важно заметить, что накопление и поглощение больших количеств SO₂ продуктами питания может вызывать токсикологические проблемы (Vermeiren и др., 2002).

Большое внимание в настоящее время уделяется исследованиям в области выделения из пищевых продуктов и растений природных соединений, имеющих фунгицидную и бактерицидную активность. Цель этих исследований состояла в получении активных систем упаковки, которые сочетали бы в себе способность изменять атмосферу в упаковке с контролируемым высвобождением активного соединения. Стадия внедрения этих легколетучих соединений в стенку упаковки осложнена тем, что процесс производства пленок (литье или экструзия из растворов) сопровождается улетучиванием соединений и созданием не пригодной для дыхания атмосферы на производственном предприятии. Возможным решением этой проблемы является использование соединений, улавливающих активные молекулы и уменьшающих их летучесть. Для этой цели были использованы комплексы включения с циклодекстринами, сохраняющие вкусоароматический комплекс при процессах экструзии (Bhandari и др., 2001; Reineccius и др., 2002). Некоторые антимикробные агенты, такие как вкусовые эфирные масла, эфирные масла хрена и этанол, были успешно включены в комплексы с циклодекстринами (Ikushima и др., 2002).

Другие, менее летучие природные соединения растительного происхождения, включая несколько жирных кислот и эфирных масел, были исследованы в отношении их активности против различных микроорганизмов, вызывающих порчу пищевых продуктов. В случае нелетучих соединений необходим непосредственный контакт упаковки с поверхностью продукта питания. Хотя на выделение этих соединений влияет их диффузия внутри материала стенок упаковки, вид и состояние пищевого продукта и вид контакта также очень важны. Нелетучие антимикробные соединения включают несколько пищевых консервантов, таких как сорбаты, бензоаты, пропионаты и парабены. Все из них разрешены для использования правилами, установленными Управлением по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами США (Floros и др., 1997). Полимерные пленки, выделяющие сорбат, используются при упаковке сыра. Была также разработана иономерная пленка с бензоилхлоридом, которая проявила антимикробные свойства в связи с выделением бензойной кислоты в буферный раствор и в картофельный агар с декстрозой. Было также обнаружено, что пленки с пропионатом натрия способны продлевать срок годности хлеба за счет замедления роста микроорганизмов (Soares и др., 2002).

Интересной разработкой новой продукции для продажи на свободном рынке является недавно начатый промышленный выпуск кухонных продуктов торговой марки Microban® (компании Microban Products Co., США), для которых разрешен контакт с пищевыми продуктами, таких как разделочные доски и салфетки, содержащие триклозан, антимикробное ароматическое хлорорганическое соединение, использующееся также в мыле и шампунях (Berenzon и Saguy, 1998). Еще более недавно было разрешено использование триклозана для изделий, для имеющих контакт с пищевыми продуктами, в странах ЕС, с предельным удельным поступлением с пищевым рационом 5 мг/кг пищи (Quintavalla и Vicini, 2002). Vermeiren и др. (2002) показали, что введение триклозана в полиэтилен низкой плотности приводит к проявлению им активности в верхнем слое тарелок, но когда полимер использовали при вакуумной упаковке и хранении мяса в холодильнике, количество бактерий на его поверхности снижалось недостаточно. Возможно, что причиной этого отсутствия активности является взаимодействие триклозана с ингредиентами животного жира мясопродуктов. Chung и др. (2001а, 2001b) исследовали выделение триклозана из стирол-акрилатного сополимера в воду и в среды, имитирующие жирную пищу по составу. В другом исследовании (Chung и др., 2003) было показано, что покрытие из стирол-акрилатного сополимера, содержащего триклозаны, ингибирует рост Enterococcus faecalis в испытаниях диффузии как в агаре, так и в жидких культуральных средах. Полученные результаты указывают на то, что стирол-акрилатный сополимер, содержащий триклозан, может служить эффективным антимикробным слоем в соответствующих условиях, хотя необходимо провести дополнительные исследования для оценки его эффективности против других микроорганизмов. Разнообразные ферменты и пептиды также были исследованы на бактерицидную активность. В связи с низкой переносимостью ими экстремальных температур способы нанесения этих соединений ограничены их сорбцией на поверхности полимеров, или нанесением в виде покрытий, или литьем из растворов. Лизоцим был испытан сам по себе и в комбинации с растительными экстрактами, низином и ЭДТА в различных полимерных пленках, включая пленки из поливинилового спирта, полиамида, триацетатцеллюлозы, альгината и каррагинана (Appendini и Hotchkiss, 1997; Buonocore и др., 2003; Cha и др., 2002). В качестве других примеров можно привести низин-метилцеллюлозные покрытия на полиэтиленовых пленках (Cooksey, 2000), антимикотические средства, включенные в съедобные покрытия из восков и эфиров целлюлозы (Hotchkiss, 1995) и низин-зеиновые покрытия для продуктов из птицы (http://www.uark.edu/depts/fsc/news.sum00.pdf (доступно с октября 2003 г.)) Низин, являющийся бактериоцином, продуцируемым штаммом Lactococciis lactis, считается природной добавкой. Он имеет статус GRAS (или «в целом признан безопасным») для использования в плавленом сыре, и он особенно эффективен при предотвращении роста палочек Clostridium botulinum (Cooksey, 2001). Недавно на антимикробную токсичность были изучены два разных покрытия, в которые введен низин (одно с раствором акрилового полимера в качестве связующего, а второе - с винилацетат-этиленовым сополимером). Когда они были приведены в контакт с пастеризованным молоком и апельсиновым соком при температуре 10°С, наблюдалось значительное подавление роста общего числа аэробных бактерий и дрожжей (Kim и др., 2002).

Помимо антимикробных средств, действие которых основано на положительном воздействии на пищевой продукт в результате их высвобождения из упаковки, некоторые вещества полностью иммобилизованы в стенке упаковки и, таким образом, они защищают пищевой продукт от микробиологической порчи лишь за счет непосредственного контакта с его поверхностью. Что касается этого вида антимикробных полимеров, модифицированный серебром (Ag) цеолит является наиболее часто использующимся антимикробным средством, вводимым в состав полимеров, промышленно производимых в Японии (Vermeiren и др., 1999). Ионы Ag⁺, ингибирующие целый ряд метаболических ферментов, имеют высокую антибактериальную активность. Takayama и др. (1994) и Wirtanen и др. (2001) исследовали их эффективность на различных микроорганизмах, включая Pseudomonas, Bacillus, Staphylococcus, Micrococcus, энтеробактерии и дрожжевые грибки. Они обнаружили широкий спектр антимикробной активности модифицированных ионами Ag⁺ цеолитов и их эффективность при низких концентрациях (Kirn и Lee, 2002). Однако в связи с тем, что модифицированный серебром цеолит дорог, его ламинируют тонким слоем (3-6 мкм) с обычным уровнем введения от 1% до 3% (http://pffc-online.com/ar/paper_active_packaging/ (доступно с января 2004 г.). Тем не менее, оценку реальной эффективности этой системы не проводили в связи с тем, что необходимая миграция из полимера минимальна, и антимикробное действие ионов серебра ослаблено серосодержащими аминокислотами, входящими в состав многих пищевых продуктов (Brody, 2001). Наиболее подходящим использованием этой системы, по-видимому, являются низкокалорийные напитки, такие как чай и минеральная вода. Выпускающиеся модифицированные серебром цеолиты представлены такими продуктами, как Zeomic (компании Shinanen New Ceramics Co. Ltd., Япония), AgIon™ (компании Agion Technologies Inc., США) и Apasider (компании Sangi Group America, США). В последнее время компании Renaissance Chemicals Ltd. и Addmaster (Великобритания) получили разрешение Управления по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами США и Института BGVV (Федерального института по оценке рисков, Германия) на применение покрытия на основе ионов серебра (JAMCTM) в изделиях, имеющих контакт с пищевыми продуктами (Paper Preservation/Paper Biocide, 2003 г.).

Другим способом иммобилизации антимикробных веществ является ионное или ковалентное связывание с полимерами. Этот вид иммобилизации требует наличия функциональных групп в молекулах как антимикробного агента, так и полимера. Примерами антимикробных агентов с функциональными группами являются пептиды, ферменты, полиамины и органические кислоты. Кроме того, может также потребоваться использование молекул т. наз. «спейсера», которые связывают молекулы на поверхности полимера с агентом BioActivity™. Спейсеры, которые можно использовать при антимикробном упаковывании пищевых продуктов, включают декстраны, полиэтиленгликоль, этилендиамин и полиэтиленимин в связи с их низкой токсичностью и традиционным использованием в пищевой промышленности (Appendini и Hotchkiss, 2002). Низин и лактицин удалось успешно присоединить к молекулам ПЭНП при помощи полиамидного связующего (An и др., 2000; Kirn и др., 2002).

Некоторым полимерам антимикробная активность свойственна от природы. Катионные полимеры, такие как хитозан и поли-L-лизин, способствуют адгезии клеток, поскольку заряженные амины взаимодействуют с отрицательными зарядами клеточной мембраны, вызывая утечку содержимого клетки. Хитозан является аминополисахаридом, полученным деацетилированием хитина, который является одним из природных полимеров, наиболее широко встречающихся в живых организмах, таких как ракообразные, насекомые и грибы. Было доказано, что он является нетоксичным, поддающимся биологическому разложению и биосовместимым (Kim и др., 2003). Хитозан используется в покрытиях и, как оказалось, защищает свежие овощи и фрукты от разложения грибками (Cuq и др., 1995). Эти пленки эффективны против Listeria в сыре, хотя их антимикробная активность падает со временем (Coma и др., 2002). Outtara и др. (2000а; 2000b) исследовали синергическое действие хитозана и различных органических кислот и коричного альдегида. Они обнаружили, что все составы оказались эффективными против различных эндогенных микроорганизмов в мясе, за исключением молочнокислых бактерий, причем пленки с альдегидом проявили наивысшую эффективность. Основным ограничением при использовании хитозана в качестве материала пленок является его относительно низкие механические свойства. Поперечным сшиванием хитозановых пленок диальдегидным крахмалом можно заметно улучшить их механические свойства, причем пленки при этом сохраняют антимикробные свойства по отношению к S.aureus и Е.coli (Tang и др., 2003).

Другой возможностью получить полимеры с антимикробными свойствами является модифицирование их поверхности введением активных функциональных групп. Новый способ был разработан на основе эксимерных УФ-лазеров. Пленки из нейлона 6,6, облученные УФ-излучением эксимерного лазера с длиной волны 193 нм в воздухе, проявляют антимикробную активность, вызванную превращением амидных групп на поверхности нейлона в аминные (обладающие бактерицидными свойствами), которые все же остаются связанными с полимерной цепью (Hagelstein и др., 1995). Позднее было разработано несколько антимикробных полимеров на основе производных порфиринов. Эти очень большие молекулы иммобилизованы на полимерной пленке. Облучение таких пленок световыми лучами приводит к образованию очень реакционноспособных частиц кислорода. Синглетный кислород реагирует с широким кругом биологических молекул, становясь летальным для многих микроорганизмов. Эти реакционноспособные молекулы выделяются из пленки и могут быть причиной бактерицидной активности в пищевых продуктах. В настоящее время эти материалы используются в текстильных волокнах медицинского назначения (Bozja и др., 2003; Sherrill и др., 2003), но их использование для упаковки пищевых продуктов пока еще находится на стадии исследования. Основной проблемой для этих пленок является их возможная окислительная активность в продуктах питания, которая может привести к быстрой потере качества.

Антимикробная упаковка может играть важную роль в уменьшении риска контаминации патогенами, а также в увеличении срока годности пищевых продуктов. Вероятно, в будущем основной акцент будет сделан на использовании биологически активных производных антимикробных соединений, связанных с полимерами. Потребность в новых антимикробных средствах с широким спектром активности и низкой токсичностью будет расти. Вероятно, что исследования и разработки антимикробных упаковок выйдут за рамки использующихся в настоящее время концепций активной упаковки, приведя к появлению «умных» или «интеллектуальных» систем упаковки. Эти материалы могут быть созданы «умеющими» воспринимать присутствие микроорганизмов в пищевых продуктах и запускающими в их присутствии антимикробные механизмы (Appendini и Hotchkiss, 2002).

Следующие публикации включены данной ссылкой в текст настоящего из