Uvod

Dizajn i konstrukcija pakovanja igraju značajnu ulogu pri određivanju održivosti, odnosno roka trajanja prehrambenog proizvoda (namirnice). Pravi izbor materijala i tehnologija pakovanja održavaju proizvod kvalitetnim i svežim tokom skladištenja i distribucije.

Materijali koji se tradicionalno koriste za pakovanje namirnica uključuju: staklo, metale (aluminijum, folije i laminate, beli lim i beskalajni čelik), papir i karton i plastike. Osim toga, više različitih vrsta plastika koriste se u krutoj i u elastičnoj (savitljivoj) formi. Današnja ambalaža za namirnice često je sastavljena od nekoliko materijala da bi se iskoristile funkcionalne i estetske prednosti svakog od materijala.

U radu je dat pregled trendova razvoja ambalažnih materijala koji se koriste u prehrambenoj  industriji.

Metal

Metal pruža dobre kombinacije, odličnu fizičku zaštitu i barijerne osobine, sposobnost oblikovanja i dekorativni potencijal, sposobnost reciklaže i prihvatljivost od strane potrošača. Dva najdominantnija metala koji se koriste za pakovanje su aluminijum i čelik.

Kalajni beli lim

Kalajni beli lim se proizvodi od nisko karbonskog čelika (crni lim). Beli lim je rezultat presvlačenja obje strane crnog lima sa tankim slojevima kalaja. Prevlačenje se postiže potapanjem listova čelika u otopljeni kalaj (vruće potopljeni beli lim) ili elektro depozicijom kalaja na listu od čelika (elektrostatički beli lim). Iako kalaj obezbeđuje čeliku određenu otpornost na koroziju posude od belog lima su često lakirane da bi se obezbedila inertna barijera između metala i namirnice. Pored njegovih odličnih barijernih svojstava prema gasovima, vodenoj pari, svetlosti i mirisima, beli lim podnosi visoke termičke tretmane i može se hermetički zatvarati što ga čini pogodnim za sterilne namirnice. Beli lim se može koristiti za proizvodnju posuda različitih oblika. Na ovaj način beli lim ima široku upotrebu u formiranju limenki za pića, tretiranih namirnica i aerosola, posuda za praškaste namirnice, šećer ili slatkiše na bazi brašna. Beli lim je odličan supstrat za prevlačenje metala jer omogućava odličnu grafičku dekoraciju. Njegova relativno mala težina i velika mehanička snaga ga čini jednostavnim za transport i skladištenje. Beli lim se lako reciklira, i to više puta bez gubitka kvaliteta i značajno je jeftiniji od aluminijuma.

Kalaj je veoma skup metal i njegova proizvodnja je ograničena, zbog toga se danas praktično sva proizvodnja belog lima temelji na proizvodnji elektrolitičkih belih limova. Debljina elektrolitičkih belih limova je u granicama od 0,15 do 0,49 mm. Savremeni trend je u smanjenju debljine i korišćenju tzv. tankih limova (debljina manja od 0,2 mm).

Beskalajni čelik

Bezkalajni čelik je takođe poznat kao elektrolitički hrom ili hromovim oksidom prevučen čelik. Beskalajni čelik podrazumeva prevlačenje organskog materijala što obezbeđuje kompletnu otpornost na koroziju. Iako hrom – hrom oksid čini ovaj bezkalajni čelik nemogućim za zavarivanje, ova osobina čini ga odličnim za atheziju prevlaka kao što su boje, lakovi i mastila. Kao i beli lim, beskalajni čelik ima dobru sposobnost oblikovanja i čvrstinu, i jeftiniji je od belog lima. Limenke za hranu, rubovi limenke, poslužavnici, čepovi za flaše i posude mogu biti napravljeni od beskalajnog čelika. Takođe se može koristiti za izradu velikih kontejnera za veleprodaju i skladištenje osnovnih sastojaka ili već gotovih namirnica (Marsh & Bugusu, 2007).

Proizvodnja hromiranog lima je u principu ista kao i proizvodnja belog elektrolitičkog lima, samo što se umesto kalaja na čeličnu osnovu nanosi sloj hroma. Od ukupne proizvodnje čeličnih limova namenjenih proizvodnji komercijalne ambalaže, hromirani lim učestvuje sa 10% i ima tendenciju daljeg porasta udela.

Aluminijum

Obično se koristi za izradu limenki, folija i višeslojne ambalaže. Aluminijum je lagan srebrnasto beli metal dobijen iz boksitne rude. U boksitnoj rudi aluminijum je prisutan u kombinaciji sa kiseonikom kao aluminijum-III-oksid (Al₂O₃). Magnezijum i mangan se često dodaju aluminijumu da poboljšaju njegovu čvrstinu. Nasuprot mnogim metalima aluminijum je visoko otporan na sve oblike korozije. Njegova prirodna prekrivenost aluminijum oksidom obezbeđuje veoma efikasnu barijeru na dejstvo vazduha, temperature, vlage i hemijskih agenasa (Marsh & Bugusu, 2007).

Pored obezbeđivanja odlične barijere za vlagu, vazduh, neprijatne mirise, svetlo i mikroorganizme, aluminijum poseduje dobru savitljivosti i elastičnost površine, odličnu rastegljivosti i sposobnost oblikovanja. Aluminijum je takođe i odličan materijal za reciklažu, jer je jednostavna ponovna obrada u novi proizvod.

Čist aluminijum se koristi za lagana pakovanja uglavnom hladnih bezalkoholnih pića, hrane za kućne ljubimce, morske hrane. Glavni nedostaci aluminijuma su: njegova visoka cena u poređenju sa drugim materijalima i njegova nemogućnost varenja, što ga čini korisnim samo za formiranje bešavnih kutija (Marsh & Bugusu, 2007).

Aluminijumska folija

Aluminijumska folija se pravi od čistog aluminijuma valjanjem u veoma tanke listove, uz prekaljivanje u cilju postizanja potpornih osobina što omogućava da bude tesno savijena. Osim toga aluminijumska folija je dostupna u širokom opsegu debljina, pri čemu se tanje folije koriste za umotavanje hrane, a deblje kao podmetači.

Kao i sva aluminijska pakovanja folija obezbeđuje odličnu barijeru za vladu, vazduh, neprijatne mirise, svetlost i mikroorganizme. Otporna je prema kiselim namernicama i ne zahteva lak, kao ni drugu zaštitu. Iako se aluminijum lako reciklira folije ne mogu biti napravljene od recikliranog aluminijuma, jer se obrazuju rupice u tankim listovima (Marsh & Bugusu, 2007).

Laminati i metalizirani filmovi

Lameliranje pakovanja uključuje stapanje aluminijske folije sa papirnim ili plastičnim filmom u cilju poboljšanja barijernih svojstava. Iako lameliranje plastike omogućava termozavarivanje var nije potpuno nepropustan za vlagu i vazduh. Pošto je lamelirni aluminijum veoma skup, obično se koristi za pakovanje visoko vrednih namirnica, kao što su dehidrirane supe, biljke i začini. Jeftinija varijanta lamelirnog pakovanja je metalizirani film. Metalizirani filmovi su plastike koje sadrže tanak sloj aluminijum metala. Ovi filmovi imaju poboljšana barijerna svojstva prema vlagi, vazduhu i mirisima, a visoko reflektivna aluminijska površina je privlačna potrošačima. Savitljiviji od lameliranih, metalizirani filmovi se uglavnom koriste za pakovanje grickalica. Iako je pojedinačne komponente lamelirnih i metaliziranih filmova tehnički moguće reciklirati, teškoće pri sortiranju i odvajanju materijala isključuju mogućnost ekonomično izvodljivog recikliranja (Marsh & Bugusu, 2007).

Plastični materijali

Plastike se dobijaju polikondenzacijiom ili poliadicijom monomernih jedinki. U polikondezaciji polimerni lanac raste reakcijom kondenzacije između molekula i praćena je formiranjem sporednih produkata kao sto su voda ili metanol. Polikondenzacija uključuje monomere sa najmanje dve funkcionalne grupe kao što su alkoholne, amino ili karboksilne grupe. U poliadiciji polimerni lanci rastu reakcijama adicije u kojima se kombinovanjem dva ili više molekula formira veći molekul bez oslobađanja sporednih produkata. Poliadicija uključuje nezasićene monomere dvostruke i trostruke veze su pukle, da bi se povezali momomerni lanci (Ahvenainen, 2000).

Postoji nekoliko prednosti korišćenja plastičnih materijala za pakovanje namirnica. Plastike mogu biti napravljene kao listovi, figure i strukture nudeći znatnu fleksibilnost i elastičnost tog dizajna. Plastični materijali su hemijski rezistentni, jeftini, lagani, sa širokim opsegom fizičkih i optičkih osobina. Mnoge plastike imaju sposobnost termozavarivanja, lako se štampaju, mogu biti integrisani u proizvodne procese gde je pakovanje formirano napunjeno i zatvoreno u istoj proizvodnoj liniji. Glavni nedostatak plastičnih materijala je njihova promenljiva propustljivost za svetlost, gasove i paru. Postoje dvije glavne kategorije plastika:
–         termostabilne i
–         termoplastične.

Termostabilne su polimeri koji stvrdnjavanjem postaju čvrsti ili se nepovratno oblikuju kada su zagrijani i ne mogu se ponovo oblikovati. Zbog čvrstine i izdržljivosti naginju tome da im primarna upotreba bude u automobilskoj industriji i u konstrukciji kao adhezivi i prevlake, a ne za pakovanje namirnica. S druge strane termoplastike su polimeri koji omekšavaju kada se zagrijavaju i vraćaju se u početno stanje na sobnoj temperaturi. Pošto se termoplastike mogu lako oblikovati i ukalupirati u različite proizvode, kao što su boce, zdele i plastični filmovi, oni su idealni za pakovanje namirnica (Ahvenainen, 2000).

Kako bi se osigurala javna bezbednost FDA pažljivo pregleda i reguliše supstance koje se koriste za dobijanje plastika i drugih materijala za pakovanje. Svaka supstanca od koje je razumno očekivati da prodire u hranu je klasifikovana kao indirektan prehrambeni aditiv prema FDA odredbama. FDA savetuje potrošače da koriste plastike za namenjene svrhe u skladu sa proizvođačkim uputstvima da bi se izbegle štetne posledice.

Upotreba plastika u pakovanju namirnica je nastavila rast zahvaljujući niskoj ceni materijala i funkcionalnim prednostima, kao što su termozavarivanje, optička svojstva, i neograničane veličine i oblici i prevazišla je upotrebu tradicionalnih materijala, kao što su staklo i beli lim. Višestruki tipovi plastika se koriste kao materijali za pakovanje namirnica uključujući poliolefin, poliestar, polivinilhlorid, polistiren, poliamid itd. Iako se više od 30 vrsta plastika koriste kao materijali za pakovanje, poliolefini i poliestri su najzastupljeniji (Ahvenainen, 2000).

Poliolefini

Poliolefini je zajednički termin za polietilen i polipropilen, dve najviše korišćene plastike za pakovanju namirnica, i druge manje popularne olefinske polimere. Polietilen i polipropilen poseduju uspešnu kombinaciju svojstava uključujući elastičnost, snagu, sjajnost, stabilnost  i otpornost na vladu i hemijska sredstva i veoma su pogodni za recikliranje i višestruku upotrebu.

Najjednostavnija i najjeftinija plastika dobijena poliadicijom etilena je polietilen. Postoje dve kategorije polietilena jako gusti i slabo gusti. Jako gusti polietilen je krut, jak i čvrst i otporan na hemikalije i vlagu, propustljiv za gas, jednostavan na obradu i oblikovanje. Koristi se za izradu boca za mleko, sok i vodu, kutija za žitarice, posuda za margarin, kesa za prodavnice i kesa za smeće. Slabo gusti polietilen je elastičan, jak, čvrst, lagan za zatvaranje i otporan na vlagu. Pošto je slabo gusti polietilen relativno proziran uglavnom se koristi u slučajevima kada je termozavarivanje neophodno. Vrećice za hleb i smrznute namirnice, savitljivi poklopci i boce su primeri slabo gustog polietilena. Polietilenske vrećice imaju i višestruku upotrebu. Od ove dve kategorije polietilena visoko guste polietilenske posude, posebno boce za mleko, se najčešće recikliraju od svih plastičnih pakovanja.

Slika 1. Reakcija dobijanja polietilena

Teži i gušći i prozirniji od polietilena, polipropilen, ima dobru otpornost na hemikalije i efikasan je u sprečavanju prolaska vodene pare. Njegova visoka tačka topljenja (160^oC) čini ga podesnim za primenu gde je neophodna termička otpornost, kao što su punjenje na toplo i mikrotalasno pakovanje. Najpopularnija upotreba polipropilena je u izradi posuda za jogurt i margarin (Ahvenainen, 2000).

Poliviniliden hlorid (PVDC)

PVDC je polimer viniliden hlorida. Ima sposobnost za termozavarivanje i služi kao odlična barijera za vodenu paru, gasove, masne i uljane proizvode. Koristi se za neelastična pakovanja, kao jednoslojni film, prevlaka ili deo koekstrudiranog proizvoda. Glavne primene uključuju pakovanje živisnkog mesa, konzervisanog mesa, sira, grickalica, čaja, kafe itd. Takođe se koristi za vruće filovanje, skladištenje na niskim temperaturama i prilagođeno pakovanje u atmosferi. PVDC sadrži duplo veću količinu hlora od PVC-a i zbog toga prouzrokuje probleme pri pečenju (Ahvenainen, 2000).

Slika 2. Poliviniliden hlorid

Polistiren

Polistiren je polimer stirena. To je čvrst, čist i lako lomljiv materijal, sa relativno niskom tačkom topljenja. Može biti monoekstrudiran, koekstrudiran sa drugim plastikama, oblikovan ubrizgavanjem, ili zapenjen da bi se proizveli različiti tipovi proizvoda. Penušanjem se proizvodi neproziran, krut i lagan materijal sa moćnom zaštitom i dobrim termo izolacionim svojstvima. Tipične primene uključuju zaštitno pakovanje, kao što su karton za jaja, posude, pribor za jelo za jednokratnu upotrebu, poklopce, šoljice, tanjire, boce, poslužavnike za hranu. U ekstpandiranoj formi polistiren se koristi za pakovanje i kaširanje, ali ne prehrambenih proizvoda i može se reciklirati ili spaliti (Ahvenainen, 2000).

Slika 3. Stiren

Poliamid

Obično poznat kao najlon, brendirani naziv za grupu proizvoda proizvedenih od strane Dupont firme, poliamid se najviše koristi u tekstilnoj industriji. Poliamid se dobija reakcijom kondenzacije između diamida i diacida. Poliamidi su polimeri u kojima su ponavljajuće jedinice povezane amidnim vezama. Različiti tipovi poliamida su okarakterisani brojem koji ima veze za brojem C atoma u monomeru. Ima mehanička i tehnička svojstva slična PETE materijalu, pa ima i sličnu upotrebu. Najlon takođe pruža dobru hemijsku otpornost, čvrstoću i malu gasnu propustvljivost.

Slika 4. Reakcija nastajanja poliamida

Poliestri

Polietilen terefthalat (PET), polikarbonat (PC), i polietilen naftalat (PEN) su poliestri, koji se dobijaju kondenzacijom iz monomera estra kao rezultat reakcije između karboksilne kiseline i alkohola. Najčešće korišćeni poliestar za pakovanje hrane je PET.

Polietilen terefthalat (PET). Polietilen terefthalat se dobija reakcijom između tereftalne kisleine i etilen glikola. PET pruža dobru barijeru za gasove (kiseonik i ugljen dioksid) i vlagu. On takođe ima dobru otpornost na toplotu, mineralna ulja, rastvore, kiseline, ali ne i na baze. Iz ovog razloga je PET se koristi za pravljenje ambalaže za mnoge prehrambene proizvode, naročito pića i mineralnih voda. Upotreba PET ambalaže za pravljenje plastičnih boca za gazirana pića se stalno povećava. Glavni razlozi za njegovu popularnost su: njegova prozirnost poput stakla, odgovarajuća gas barijera za zadržavanje gaziranosti osvežavajućih pića, mala težina, i otpor na lomljenje. Tri glavne aplikacije ambalaže od PET su posude (boce, tegle i kace), polukruti listovi za termoformiranje (poslužavnici), i orijentisani tanki filmovi (torbe i kesice za grickalice). PET ambalaža postoji i kao amorfni (transparentni) i polukristalni (neproziran i bel) termoplastični materijal. Amorfni PET je rastegljiviji ali manje krut i tvrd od polukristalnog PET, koji ima dobru čvrstinu, rastegljivost, krutost i tvrdoću. Reciklirani PET od boca se koristi kao vlakna, izolacija, i druge aplikacije za neprehrambenu ambalažu  (Vujković, 2007).

Slika 5. Reakcija nastajanja polietilen tereftalata

Polikarbonat (PC). Polikarbonat se dobija polimerizacijom od natrijumove soli bifenolne kiseline sa karbonil dihloridom (fosgen).

Čist, otporan na toplotu i trajan, uglavnom se koristi kao zamena za staklo u slučajevima kao što su velike boce za vodu za višekratnu upotrebu i male boce koje se mogu sterilisati. Mora se voditi računa o čišćenju polikarbonata zbog upotrebe jakih deterdženata. Deterdženti na bazi natrijum hipohlorida se ne preporučuju zbog katalitičkog delovanja na izdavanje bifenola, koji su potencijalna opasnost za zdravlje (Olsson, 2004).

Polietilen naftalat (PEN). PEN je polimer koji se dobija u reakciji kondenzacije dimetil naftalen dikarboksilata i etilen glikola. To je relativno novi član grupe poliestera sa odličnim performansama zbog visokog koeficijenta prenosa toplote. Barijerna svojstva PEN za ugljen dioksid, kiseonik, vodenu paru su superiornija od PET ambalaže i PEN pokazuje bolje rezultate na visokim temperaturama, čime omogućuje višestruko toplo punjenje, pranje i korišćenje. Ipak, PEN je 3 do 4 puta skuplji od PET ambalaže. Zbog toga što PEN obezbeđuje zaštitu od prenosa arome i neprijatnih mirisa, pogodan je za proizvodnju boca za piće, kao što je pivo (Vujković, 2007).

Polivinil hlorid

Polivinil hlorid (PVC) se dobija reakcijom adicije od vinil hlorida. Polivinil hlorid je težak, tvrd, savitljiv i srednje jak, amorfan, transparentan materijal. Ima izvrsnu otpornost na hemikalije (kiseline i baze), masti i ulja; dobre reološke karakteristike; i stabilna električna svojstva. Iako se PVC ambalaža prvenstveno koristi u medicinske i druge ne prehrambene aplikacije, njegova upotreba u prehrambenoj industriji uključuje boce i folije za pakovanje. Pošto se lako termooblikuje, PVC listovi imaju široku upotrebu za pravljenje kutija, kao što su one za proizvode od mesa i jedinične doze za farmaceutske proizvode (Vujković, 2007).

PVC materijali mogu biti pretvoreni u materijale sa širokim rasponom fleksibilnosti dodatkom plastika, kao što su: ftalati, citrati i fosfati. Ftalati se uglavnom koriste za pakovanje neprehrambenih proizvoda kao što je kozmetika, igračke, i medicinski uređaji. Zbog mogućih loših uticaja na zdravlje upotreba ftalata za ambalažu za prehrambene proizvode je zabranjena (FDA, 2002).

Konačno, PVC se teško reciklira, jer se koristi za različite proizvode, pa ga je teško identifikovati i odvojiti. Osim toga, spaljivanje PVC predstavlja ekološki problemi zbog sadržaja klora.

Biopolimeri

Novi trend razvoja plastičnih materijala predstavlja proizvodnja plastičnih materijala koji su biorazgradivi. Plastična ambalaža pruža odličnu zaštitu proizvoda, jeftina je i dugotrajna. Ipak, upravo životni vek plastike se pokazao kao veliki problem za životnu sredinu. Drugi problem kod konvencionalne plastike je što se proizvodi od neobnovljivih sirovina – nafte, uglja i prirodnog gasa.

Kako bi se prevazišli ovi problemi tražena je alternativa za konvencionalne polimere, odnosno plastiku. Istraživanja su bila usmerena na proizvodnju biorazgradivih polimera koji se prave od obnovljivih izvora kao što su biljke.

Izraz biorazgradivi znači da se određena supstanca može razgraditi na jednostavnije pod uticajem mikroorganizmima usled čega ne ostaju suvišni i otpadni delovi ili supstance koje se nagomilavaju u okolini.

Postoje mnogi standardi za merenje biorazgradivosti supstance, pri čemu svaka država ima svoje standarde. Zahtevi variraju od 90 do 60% razgradnje supstance u vremenskom periodu od 60 do 180 dana od trenutka stavljanja supstance u sredinu pogodnu za kompostiranje.

Razlog zbog čega konvencionalni polimeri nisu biorazgradivi leži u njihovim dugim lancima molekula, koji su preveliki i previše dobro međusobno vezani da bi bili razdvojeni i razgrađeni od strane mikroorganizama. Za razliku od konvencionalnih, polimeri napravljeni od prirodnih biljnih supstanci od žitnog ili kukuruznog skroba imaju molekule koji su lako razgradivi pomoću mikroorganizama.

Proizvodnja od obnovljivih izvora može biti značajan doprinos u pogledu manje potrošnje energije pri proizvodnji i širom spektru načina odlaganja otpada, sa neznatnim uticajem na okolinu.

Kvalitet proizvoda od bioplastike se ocenjuje ne samo biorazgradivošću nego i funkcionalnošću proizvoda. Biorazgradiv proizvod je beskoristan ako ne može zadovoljiti zahteve koji se postavljaju pred njega u vidu mehaničke i hemijske otpornosti, trajnosti itd. Zbog toga je jako bitno da se proizvođači bioplastike posvete ne samo biorazgradivosti materijala nego i drugim svojstvima polimera kako bi novi polimeri bili konkurentni konvencionalnim polimerima.

Mehanizmi razgradnje polimera

Biorazgradivost polimera zavisi od hemijske strukture materijala i od sastava krajnjeg proizvoda, a ne samo od osnovnih sirovina koje se koriste za izradu proizvoda. Prema tome, biorazgradivi polimeri – bioplastike mogu biti proizvedeni od prirodnih i sintetičkih smola.

Prirodni biorazgradivi polimeri su većinom napravljeni od obnovljivih izvora kao što je kukuruzni, pšenični ili skrob od krompira i mogu biti proizvedeni prirodno ili sintetizovani od pomenutih obnovljivih proizvoda.

Razlikuju se dve glavne grupe komercijalno bitnih biorazgradivih polimera:

1) prirodno proizvedeni nemodifikovani polimeri, koji su prirodno podložni razgradnji pomoću enzima mikroorganizama – polimeri na bazi skroba i polihidroksialkanoati (PHA)

2) sintetički dobijeni polimeri, uglavnom poliestri, koji su podložni biorazgradnji – polimeri na bazi poli(mlečne kiseline) – PLA

Prirodno proizvedeni polimeri su nastali od obnovljivih resursa iz prirode. Neki sintetički dobijeni polimeri su takođe biorazgradivi i dobijaju se od obnovljivih resursa, npr. polimlečna kiselina (PLA) koja se dobija od poljoprivrednih proizvoda. Svaki od ovih polimera se može modifikovati dodavanjem plastifikatora i punioca da bi im se poboljšala svojstva ili smanjila proizvodna cena.

Pregled primene biorazgradive ambalaže

Bioplastike pokrivaju širok spektar materijala od kojih svaki ima različite osobine, što im daje mogućnost primene u raznim poljima industrije. Većina biorazgradivih polimera ima jednu zajedničku osobinu – jako dobru otpornost na vodenu paru, u nekim slučajevima čak nekoliko puta veću nego kod konvencionalnih polimera.

Film na bazi skroba zadržava optimalnu vlažnost za sveže upakovano voće i povrće. Biorazgradiva ambalaža se uveliko koristi na masovnim događajima kao ambalaža za brzu hranu i čaše za jednokratnu upotrebu.

Bioplastike su pokazale i odlične osobine kod štampe. Nikakva prethodna obrada filmova pre štampe nije potrebna.

Određeni biopolimeri imaju visoki sjaj (PLA), visoku providnost (PLA), dobra barijerna svojstva na mirise, odlična barijerna svojstva na kiseonik, prijatan osećaj na dodir i antistatičke osobine. Barijerna svojstva se dodatno poboljšavaju kroz metaliziranje ili formiranje više slojeva.

Biorazgradivi polimeri će sasvim sigurno postati dominantni polimeri za izradu većine ambalaže u budućnosti. U prilog ovome idu povišena svest kako kupaca tako i mnogih vlada Evrope koje su već donele zakone o biorazgradivim materijalima.

Papir i karton

Upotreba papira i kartona za pakovanje hrane datira još iz XVII veka. Njegova upotreba naročito je porasla u drugom delu XIX veka. Papir i karton su materijali u obliku listova dobijeni od ispreplitane mreže celuloznih vlakana izolovanih iz drveta, korišćenjem sulfata i sulfita. Vlakna su zatim pretvorena u kašu i/ili izbeljena i tretirana hemikalijama, kao što su sredstva za jačanje u cilju dobijanja papirnog proizvoda. Papir u karton se obično upotrebljavaju za kartone za mleko, sklapajuće kutije, vreće i džakove, i papir za pakovanje. Toaletni papir, papirni tanjiri i kutijice su drugi primeri papirnatih i kartonskih proizvoda (Marsh & Bugusu, 2007).

Papir

Običan papir ne štiti namirnice duži vremenski period jer ima slaba barijerna svojstva i nije termo zavarljiv. Kada se koristi kao osnovno pakovanje (kada je u kontaktu sa hranom), papir je uvek tretiran, prevučen, laminiran ili impregniran materijalima kao što su voskovi, smole ili lakovi, da bi se poboljšala funkcionalna i zaštitna svojstva.

Različiti tipovi papira koji se koriste za pakovanje hrane su sledeći (Marsh & Bugusu, 2007):

1. kraft papir. Proizveden sulfatnim tretmanom, kraft papir je dostupan u nekoliko formi: prirodno smeđ, neizbeljen i izbeljeni.  Prirodni kraft papir je najjači od svih papira i obično se koristi za vrećice i za umotavanje (poklona). Takođe se koristi za pakovanje brašna, šećera i suvog voća i povrća;
2. sulfitni papir. Lakši i slabiji od kraft papira, sulfitni papir, je glaziran u cilju poboljšanja izgleda i da poveća otpornost na ulje. Može biti prevučen radi boljeg kvaliteta štampe, a takođe se koristi u lameliranju sa plastikom i folijom. Koristi se za pravljenje malih vrećica za pakovanje keksa i poslastica;
3. papir neprobojan za mast. Napravljen je postupkom poznatim kao lupanje, u kojem se celokupna vlakna podvrgavaju dužem periodu hidratacije, što prouzrokuje kidanje vlakana koja postaju želatinozna. Ova fina vlakna gusto se pakuju u cilju zaštite površine papira koja je otporna na ulja, ali ne i na vlažna sredstva. Koristi se za pakovanje grickalica, kolačića, slatkiša i drugih masnih namirnica;
4. glassine. To je papir dobijen daljom hidratacijom čime se proizvodi veoma gust list sa visoko glatkom i sjajnom površinom. Koristi se kao kutija (otvorena) za kekse, brzu hranu, pečene namirnice;
5. pergament papir. To je papir dobijen kiselim tretmanima pulpe. Kiselina modifikuje celulozu čineći je glatkom i otpornom na uticaje vode i ulja. Ne predstavlja dobru barijeru za vazduh i vlagu, nije termozavarljiv i koristi se za pakovanje masnoća, kao što je puter.

Karton

Deblji od papira, teži je i često napravljen u više slojeva. Obično se koristi za pravljenje posuda za otpremanje, kutije i poslužavnici, a retko je u direktnom kontaktu sa hranom. Različiti tipovi kartona su sledeći (Marsh & Bugusu, 2007):

1. beli karton. Napravljen je od nekoliko tankih slojeva hemijski izbeljene pulpe. Obično se koristi kao unutrašnji sloj kartona. Može biti prevučen voskom ili lameliran polietilenom zbog termozavarivanja. Beli karton je jedini oblik kartona koji je preporučljiv za direktan kontakt za hranom;
2. čvrsti karton. Poseduje snagu i trajnost. Čvrsti karton sadrži više slojeva izbeljenih sulfatnih kartona. Kada je lameliran polietilenom formira tečni karton (poznat kao mlečni karton). Koristi se za pakovanje voćnih sokova i svežih pića;
3. chip boad. Napravljen je od recikliranog papira i često sadrži oštećene delove i nečistoće od originalnog papira, što ga čini neprihvatljivim za direktan kontakt sa hranom, štampanje i savijanje. Često se prekriva belim kartonom u cilju poboljšanja izgleda i snage (čvrstine). Najjeftiniji je oblik kartona i koristi se za pravljenje spoljašnjih slojeva kartona za hranu, kao što su čaj i žitarice.
4. fiber boad. Može biti čvrst i naboran. Čvrst tip ima kao unutrašnji sloj beli karton (white boad) i kao spoljašnji sloj kraft papir i obezbeđuje dobru zaštitu od udara i pritiska. Kada se lamelira plastikama ili aluminijumom čvrsti fiber papir ima poboljšana barijerna svojstva i koristi se za pakovanje suvih proizvoda, kao što su kafa i mleko u prahu. Naborani fiber boad napravljen je od dva slova kraft papira sa centralnim nabiranjem materijala. Njegova otpornost na udar i lomljenje čini ga široko upotrebljivim za otpremanje namirnica velikog obima.

Moderni trend predstavlja smanjivanje gramature kartona. Novim tehnološkim postupcima se danas može proizvesti najniža gramatura troslojnog kartona već od 300 g/m³. Dalja unapređenja se usmerena na povećanje upotrebljivosti i praktičnosti povećanjem postojećih mogućnosti i materijala i pronalaženje postupka kojim bi se smanjili troškovi proizvodnje.

Staklo

Staklo ima jako dugu istoriju u primeni pakovanja namirnica. Postoje verovanja da su se prvi predmeti od stakla za čuvanje hrane pojavili 3000 godina p.n.e.

Proizvodnja staklenih posuda uključuje zagrijavanje smeše SiO₂, NaCO₃, CaCO₃ i Al₂O₃ na visokim temperaturama dok se materijali ne otope u gustu tečnu masu. Ova masa se zatim sipa u kalupe. Prerađeno staklo se takođe koristi u izradi stakla i može činiti više od 60% celokupnog sirovog materijala (Marsh & Bugusu, 2007).

Staklene posude koje se koriste za pakovanje namirnica obično imaju obloženu površinu da bi se obezbedilo premazivanje u proizvodnoj liniji i izbeglo grebanje ili nagrizanje površine, a time i zastoj linije. Dokazana otpornost na lomljenje omogućava proizvođačima da koriste tanje staklo čime se smanjuje težina i olakšava transport i distribucija (Marsh & Bugusu, 2007).

Kako je bez mirisa i hemijski inertno prema praktično svim namirnicama staklo ima nekoliko prednosti u primeni za pakovanje namirnica:

1. nepropusnost za gasove i paru, pa održava proizvod svežim u dužem vremenskom period bez pogoršanja ukusa i arome,
2. sposobnost da podnese zagrevanje na visokim temperaturama, što ga čini upotrebljivim za sterilizaciju kako slabo, tako i jako kiselih namirnica,
3. staklo je čvrsto, obezbeđuje dobru izolaciju i može biti proizvedeno u velikom broju različitih oblika,
4. providnost stakla dopušta korisnicima da vide proizvod, a ipak varijacije u boji stakla štite sadržaje koji su osetljivi na svetlost,
5. staklo se može reciklirati, pa nije štetno sa stanovišta očuvanja životne sredine.

Kao i bilo koji drugi materijal, staklo ima i neke nedostatke. Uprkos naporima da se koristi tanje staklo, njegova velika težina povećava troškove transporta. Druga mana je njegova lomljivost i osetljivost na pucanje pod dejstvom unutrašnjeg pritiska, udara ili termičkog šoka (Marsh & Bugusu, 2007).

Moderne tendencije razvoja staklene ambalaže obuhvataju smanjenje mase, oplemenjivanje solima i oblaganje staklenih boca plastičnim masama.

Smanjenjem mase ambalaža ne sme izgubiti na mehaničkoj otpornosti. Smanjenje mase se može postići optimizacijom dizajna te unapređenjem proizvodnog procesa. Masa boce može se smanjiti i smanjenjem debljine dna i zidova te boljom raspodelom staklene mase. Težnja je da se proizvode boce samo s nužnim zadebljanjima i to samo na onim mestima na kojima su boce najopterećenije. Sve se veća pažnja posvećuje i hemijskom sastavu stakla, odnosno staklu s boljim mehaničkim svojstvima, jer boca od takvog stakla može imati tanje zidove, a samim time i manju masu.

Velika pažnja posvećuje se i doradi oblikovanih boca. Boce se oplemenjuju solima vanadija, titana, kalaja ili aluminija koje se u obliku praha nanose u vrlo tankom sloju na vanjsku površinu boca neposredno nakon njihovog oblikovanja. Te soli se na vrućem staklu razgrađuju, a nastali metalni oksidi vežu se za staklo. Nastali zaštitni sloj sprečava nastajanje sitnih, oku nevidljivih pukotina na površini stakla. Taj sloj se dodatno nakon hlađenja štiti slojem polimera koji pruža zaštitu od oštećenja prilikom struganja boca jedne o drugu, te olakšava njihovo klizanje na linijama za punjenje ambalaže.

Dobri rezultati postižu se oblaganjem boca tankim slojem, odnosno folijom od posebno modificiranih plastičnih masa, najčešće PE, PS ili PVC. Tako dorađene boce, pored toga što su mehanički čvršće, imaju dobro svojstvo da se u slučaju loma ne rasipaju u komade. Plastična folija služi i kao medij za grafičke elemente odnosno zamjena je uobičajenoj etiketi.

Zakonske odredbe

Kako je ambalaža sastavni deo prehrambenog proizvoda zakoni koji regulišu njenu primenu, kao i zahtevi kojima moraju udovoljiti ambalažni materijali su veoma strogi. Pored zahteva zdravstvene bezbednosti po potrošače, danas se sve veća pažnja poklanja očuvanju životne sredine, tako da ambalažni materijali moraju zadovoljiti uslov da što manje ugrožavaju prirodnu sredinu.

Zahtevi u pogledu kvaliteta ambalažnih materijala mogu se podeliti u tri grupe:

1. zdravstvena ispravnost,
2. fizička, mehanička i ostala svojstva i
3. zahtevi koji se odnose na ekološki aspekt.

Zdravstvena ispravnost

Prisustvo škodljivih i drugih rizičnih supstanci i materijala kao sastavnih delova ambalažnog materijala mora biti svedena na minimum, računato preko njihove prisutnosti u emisijama i pepelu, kad ambalaža ili ostaci preostali nakon provođenja mera uništavanja ambalažnog otpada, budu spaljeni ili zatrpani pod zemlju.

Zdravstvena ispravnost ambalažnih materijala i ambalaže je osnovni preduslov primene za pakovanje hrane i pića. Za ishranu stanovništva potrebna je hrana koja se za deklarisani rok upotrebe sa ambalažom štiti, a ne zagađuje.

Zdravstvena ispravnost ambalažnih materijala i ambalaže kod nas je regulisana Zakonom o zdravstvenoj ispravnosti životnih namirnica i predmeta opšte upotrebe (Službeni list SFRJ 53/91) i Pravilnikom o uslovima u pogledu zdravstvene ispravnosti predmeta opšte upotrebe koji se mogu stavljati u promet (Službeni list SFRJ 26/83).

Analize zdravstvene ispravnosti rade za to ovlašćene laboratorije i one izdaju atest o zdravstvenoj ispravnosti ambalažnih materijala i ambalaže. Ispitivanja se rade na zahtev proizvođača ambalaže ili korisnika. Obaveza je proizvođača ambalažnih materijala i ambalaže posedovanje atesta, kako za repromaterijal, tako i za gotov proizvod, a pravo je korisnika ambalaže da zahtevaju atest od isporučioca ambalaže.

U ovim dokumentima propisane su, u zavisnosti od vrste ambalažnih materijala, kao i namene za pakovanje pojedinih grupa prehrambenih proizvoda, najveće dozvoljene količine štetnih materija u ambalažnom materijalu i ambalaži.

Ostala kvalitativna svojstva regulišu odgovarajući standardi. Naši SRPS-standardi ili međunarodni DIN, ISO, ASTM, TAPI i drugi.

Jugoslovenski Zavod za standardizaciju izdaje svake godine Katalog JUS standarda i redovno ažurira svoj sajt, sa brojevima i nazivima, tako da svi zainteresovani proizvođači lako mogu doći do potrebnog standarda.

Fizička i mehanička svojstva

Jedan od osnovnih zahteva koji ambalažni materijali u procesu pakovanja prehrambenih proizvoda moraju da ispune jeste zaštita upakovanog proizvoda od delovanja spoljašnjih faktora.

Fizičke i mehaničke osobine ambalažnih materijala moraju biti takve da omoguće zaštitu proizvoda od rasipanja, oštećenja, loma, da su otporni na delovanje niskih i/ili visokih temperatura (u zavisnosti od tretmana proizvoda toplotom), da obezbede željenu održivost upakovanog proizvoda, da je željenih karakteristika za gasove, vodenu paru, aromatične materije, mikroorganizme i svetlost.

Ekološki aspekt

Kako se industrija ambalaže veoma brzo razvija, kao jedan od osnovnih problema javlja se adekvatno odlaganje ambalažnog otpada, odnosno problem zagađenja životne sredine ambalažnim otpadom. Kako je zagađenje životne sredine jedan od najvećih problema modernog društva danas se ulažu veliki napori na razvoju regulativa koje definišu ovu problematiku. Svi propisi se uglavnom odnose na ograničavanje količine ambalažnog otpada, mogućnost reciklaže i sposobnost razgradnje ambalažnih materijala.

Zahtevi koji se odnose na izradu i sastav ambalaže:

• volumen i težina ambalaže moraju biti ograničeni na minimalne veličine koje obezbeđuju potreban nivo sigurnosti i higijene;
• materijali koji se koriste za izradu ambalaže moraju omogućiti njenu reciklažu, i tako u najvećoj mogućoj meri smanjiti uticaj ambalažnog otpada na okolinu.

Zahtevi koji se odnose na sposobnost reciklaže ambalažnih materijala:

• fizička svojstva i karakteristike ambalaže moraju izdržati određeni broj obrtanja, u normalnim predviđenim uslovima korišćenja,
• mogućnost prerade upotrebljenih ambalažnih materijala na način da se udovolji zdravstvenim i sigurnosnim uslovima,
• ispunjavanje zahteva koji se posebno odnose na ambalažu koja se može obnoviti kad se ta ambalaža više ne može ponovno koristiti i tako postaje otpad,
• bio-razgradiva ambalaža. Bio-razgradivi ambalažni otpad mora biti takve prirode da može podneti fizičko, hemijsko, termalno ili biološko razlaganje tako da se najveći deo materijala od koga je sačinjena na kraju rastavlja na ugljen dioksid, biomasu i vodu.

I u našoj državi je u proceduri donošenja Zakon o postupanju sa ambalažnim otpadom. Ovim zakonom će se objediniti svi propisi vezani za uslove kvaliteta ambalažnih materijala sa ekološkog aspekta, i uskladiti sa odgovarajućim propisima Evropske Unije.

Zaključak

Razvoj novih materijala za pakovanje hrane je snažno ubrzan posljednjih godina, uglavnom zbog povećanih zahteva za sigurnošću proizvoda, smanjenja cene pakovanja i problema u vezi sa ekološkim pitanjima.

Tehnologija pakovanja može biti od strateške važnosti za firmu, jer joj može dati ključnu prednost nad konkurentnim firmama u prehrambenoj industriji. To se postiže pravljenjem ambalaže koja će udovoljiti želje i potrebe krajnjeg korisnika, kupca. Ambalaža daje mogućnost otvaranja novih distribucija, pruža bolji kvalitet prezentacije, omogućava manje troškove proizvodnje, unapređuje proizvod i diferencira brend.

Mnogi postupci konzerviranja i dalje umnogome zavise od kvaliteta ambalaže. Na primer, efikasnost konzervisanja sterilizacijom ili pasterizacijom u velikom obimu zavisi od karakteristika primenjene ambalaže. Kvalitet konzervisanja sušenjem i zamrzavanjem će takođe znatno biti smanjen bez zaštite proizvoda od kiseonika, svetla, vodene pare, bakterija i ostalih zagađivača. Pored ovoga, moderna ambalaža za hrana više nije samo pasivni deo proizvoda. Ona ima izuzetnu ulogu i u marketinškom životu proizvoda. Naravno, rešavanje ovih problema tesno je vezano za razvoj industrije ambalažnih materijala.

Napredak u razvoju ambalažnih materijala u smislu smanjenja troškova proizvodnje mora biti pažljivo uravnotežen. Novi ambalažni materijali moraju zadovoljiti osnovne tehničke zahteve u pogledu sigurnosti hrane i integriteta proizvoda, kao i potrebu da se osigura efikasna logistička usluga potrošačima.

Pored ovih osnovnih zahteva, vezanih za tehnologiju prerade hrane, savremena regulativa u pogledu proizvodnje ambalažnih materijala zahteva i vođenje računa o životnoj sredini, jer je ambalažni otpad jedan od velikih problema modernog društva. Osnovi zahtevi u ovom pogledu usmereni su na mogućnost reciklaže i višekratne upotrebe ambalaže, kao i na mogućnost njenog biološkog razgrađivanja.

Literatura

1. Ahvenainen R.: Novel food packaging techniques, Woodhead Publishing Limited, Cambridge, England (2000) p. 590
2. Coles R., Dowell D., Kirwan M. J.: Food Packaging Technology, Blackwell Publishing, London (2003) p. 408
3. Marsh K., Bugusu B.: Food Packaging-Roles, Materials, and Environmental Issues, Journal of food science, 72 (2007), 39-55
4. Rooney M. L.: Active Food Packaging, Blackie Academic & Professional, Glasgow, (1995) p. 260
5. Vujković I., Galić K., Vereš M.: Ambalaža za pakiranje namirnica, Tectus, Zagreb (2007) p. 404
6. Olsson A., Petterson M. and Jönson G.: Packaging demands in the food service industry, Food Service Technology, 4 (2004) p. 97-105