Решения по упаковке сухих пищевых продуктов для контроля влажности, кислорода и срока хранения

Эффективные решения по упаковке сухих продуктов начинаются с анализа возможных способов выхода продукта из строя, а не с каталога форм пакетов. Крекеры и порошки требуют защиты от влаги; орехи, кофе и лакомства для домашних животных могут нуждаться в более надежной защите от кислорода и потери аромата; специи также могут терять цвет и летучие ароматические соединения под воздействием света. Упаковка должна сохранять эти качества на всех этапах: при розливе, транспортировке, хранении, вскрытии и — в случае использования застежки-молнии — при многократном доступе потребителя к содержимому.

В данном руководстве эти требования соотносятся с характеристиками барьерных свойств, форматами пакетов, типами укупорочных элементов, методами испытаний, документацией по контакту с пищевыми продуктами и экономическими аспектами производства. Цель состоит в том, чтобы сформировать техническое задание, на основе которого поставщик сможет подготовить коммерческое предложение, а служба контроля качества — провести проверку, а не просто сформулировать расплывчатый запрос на “пищевой пакет с высокими барьерными свойствами”.”

Какие задачи на самом деле должна решать упаковка для сухих продуктов

В данном случае под упаковкой для сухих продуктов понимаются гибкие пакеты и рулонные материалы, используемые для упаковки таких товаров широкого потребления, как снеки, хлопья, кофе, порошки, специи, сухофрукты, вяленое мясо и лакомства для домашних животных. Состав продукта и технологический процесс определяют исходное состояние продукта; упаковка помогает сохранить его. Пакет не может исправить качество продукта, который поступил в упаковку с избыточной водной активностью, активным микробным загрязнением, поврежденными жирами или неподходящим уровнем кислорода.

Существует три основных механизма, приводящих к снижению качества:

• Перенос влаги. Водяной пар перемещается под действием градиента влажности между продуктом и окружающей средой. Поглощение влаги может привести к размягчению хрустящих продуктов и порошков для выпечки; потеря влаги — к затвердеванию продуктов, которые должны оставаться эластичными. Водная активность, а не только общее содержание влаги, является более полезным показателем того, какое количество воды доступно для химических реакций и роста микроорганизмов.
• Попадание кислорода. Окисление приводит к прогорклости орехов, притупляет аромат кофе и лишает специи их вкуса. Этот процесс протекает медленно, носит накопительный характер и остается незаметным, пока покупатель не почувствует его на вкус.
• Свет. Ультрафиолетовое излучение разрушает пигменты, ароматические вещества и витамины. Именно поэтому такие требования, как “отлично смотрится в прозрачной витрине” и “сохраняет свежесть в течение двенадцати месяцев”, могут противоречить друг другу.

FDA поясняет, что водная активность зависит от давления паров продукта по отношению к воде при одинаковых условиях и изменяется в зависимости от температуры. В своих рекомендациях ведомство также подчеркивает, что состав и способность связывать воду необходимо контролировать в процессе производства и поддерживать на необходимом уровне во время хранения. Для микробиологической стабильности, органолептических качеств, окисления и текстуры не существует единого универсального порогового значения, поэтому целевой показатель необходимо устанавливать для конкретного продукта, а не заимствовать из данных по другому сухому продукту.

Таким образом, упаковка защищает уже сформировавшееся состояние продукта, а не создает его. Важный вопрос при проектировании заключается в том, какое количество влаги, кислорода, ароматических веществ и воздействия света продукт может выдержать в течение предполагаемого срока хранения и с учетом климатических условий при транспортировке.

Как барьерные структуры препятствуют проникновению влаги, кислорода и света

Гибкие структуры распределяют несколько функций между пленками, покрытиями, клеями и герметиками. Наружный слой, пригодный для печати, может обеспечивать жесткость и устойчивость к истиранию; фольга, металлизированная пленка, слой EVOH или покрытие могут служить барьером; а внутренний слой обеспечивает термосварку и часто соприкасается с пищевыми продуктами. Эти функции могут обеспечиваться одной соэкструдированной пленкой или несколькими ламинированными слоями. Структура, обозначенная как MOPP/VMPET/PE, обычно читается снаружи внутрь, однако сами по себе названия материалов не раскрывают информацию о марках, отдельных толщинах, клеях, барьерных свойствах или характеристиках термосварки.

На самом деле решения принимаются на промежуточном уровне. На рынке сухих продуктов доминируют четыре канала сбыта, и каждый из них закупает товар и оплачивает его:

Ламинаты из алюминиевой фольги: предельное значение барьерных свойств

Алюминиевая фольга может обеспечивать чрезвычайно высокую степень защиты от кислорода, влаги, проникновения запахов и света, если она остается целой. Её часто выбирают для чувствительных продуктов и при длительных маршрутах доставки, однако она непрозрачна и может повреждаться из-за появления мелких отверстий или многократного сгибания. Готовый пакет по-прежнему содержит сварные швы, сгибы, застежки и, возможно, клапан, поэтому наличие надписи “содержит фольгу” не является гарантией эксплуатационных характеристик готовой упаковки. Запросите данные о барьерных свойствах предлагаемой конструкции и проверьте устойчивость к изгибу и герметичность готовой упаковки.

Прозрачные пленки с высокими барьерными свойствами: EVOH и пленки с покрытием

К прозрачным материалам с высокими барьерными свойствами относятся структуры, содержащие EVOH, и пленки с оксидным покрытием. Их характеристики зависят от толщины слоя, защиты от повреждений при изгибе, температуры и влажности; кислородный барьер EVOH особенно чувствителен к влаге, если его не защищают окружающие слои. Если для упаковки требуется окошко или полностью прозрачная лицевая сторона, запрашивайте показатели OTR и WVTR при указанных условиях, отражающих наихудший из ожидаемых сценариев. Не следует применять показатели пропускания, полученные для одного типового вида EVOH или пленки с покрытием, ко всем готовым пакетам.

Структуры с преобладанием ПЭ или ПП: подход, ориентированный на конкретную программу

Конструкции с преобладанием ПЭ и ПП разработаны с целью более точного соответствия установленным потокам переработки, при этом иногда используются совместимые покрытия или ограниченное количество барьерных компонентов. Соответствие готового пакета требованиям зависит от правил целевой программы, включая пороговые значения для других полимеров, клеев, красок, застежек-молний и клапанов. Барьерные характеристики также зависят от конкретного состава материала. Более короткий целевой срок не делает мономатериальный пакет автоматически подходящим, а более длительный — не исключает его автоматически; для принятия решения необходимы точные измерения характеристик и испытания продукта.

Ламинаты из крафт-бумаги: органический компромисс

Крафт-бумага может обеспечивать жесткость, непрозрачность, технологичность и характерный тактильный вид изделия на полке, однако влаго- и жиростойкость, герметичность и газобарьерные свойства зависят от общей структуры покрытия или ламинирования. Поэтому два пакета с “крафтовым” внешним видом могут вести себя совершенно по-разному. Уточняйте полную структуру слоев и схему переработки, а не воспринимайте слово «крафт» как указание на наличие барьерных свойств или гарантию возможности вторичной переработки.

Разместите четыре маршрута рядом:

На вопрос об экологической устойчивости нет единого ответа для всего мира. Компостируемые материалы, конструкции, пригодные для вторичной переработки, комбинации бумаги и традиционные ламинаты с высокими барьерными свойствами предназначены для различных систем утилизации и отвечают разным требованиям к сроку хранения. Определите целевой рынок и предполагаемый способ утилизации, проверьте соответствие всей упаковки требованиям данной программы и делайте только те заявления, которые подтверждаются имеющимися данными. Предотвращение потерь продукции также является частью принятия решения: более легкая упаковка не является улучшением, если она приводит к преждевременному порчению продукта или отказу в приеме партии.

Структура — это “насколько хорошо”. Следующий уровень принятия решения — “в каком виде”, и именно здесь большинство покупателей, приобретающих недвижимость впервые, либо переплачивают, либо не обеспечивают достаточную защиту.

Подбор форматов и характеристик в соответствии с вашим сухим кормом

Серии пакетов: одинаковые барьерные свойства, разные области применения

Формат должен учитывать особенности выкладки на полках, оборудование для розлива, размер порций и особенности использования потребителями. Пакеты с стоячей горловиной оснащены панелью для демонстрации товаров и могут быть оборудованы застежкой-молнией для многофункциональных изделий. Пакеты с трёхсторонней сваркой образцы костюмов, индивидуальные порции, а также компактные упаковки с пряностями или закусками. Рулонный станок подаёт материал на горизонтальное или вертикальное оборудование типа «формовка-наполнение-запечатывание» и требует указания следующих параметров: ширина полотна, длина повтора, направление размотки, сердечник, коэффициент трения и регистрация. Пакеты с плоским дном и четырехсторонней сваркой обеспечивают большее количество панелей и большую устойчивость при изготовлении упаковок больших размеров. Структуры из фольги, металлизированные, прозрачные, с имитацией бумаги или с преобладанием полиэтилена можно переработать в несколько из этих форматов; термины “фольгированный пакет” и “стоячий пакет” отражают разные аспекты данного решения.

В техническом задании на изготовление гибкой упаковки для сухих продуктов также должны быть указаны вес наполнения и насыпная плотность. 500 граммов плотной приправы и 500 граммов хлопьев занимают разный объем и по-разному нагружают места сварки. Необходимо уточнить объем свободного пространства, размеры боковых складок, габаритные размеры упаковки, соответствие картонной коробке, а также способ обращения с незаполненным пакетом со стороны операторов или оборудования. Таблицы вместимости могут помочь определить размер первого образца, но подтвердить его можно только в ходе испытания на наполнение с использованием реального продукта.

Преимущества — это удобство… и новые точки отказа

Каждая деталь, которую вы добавляете к пакетику, — это место, где нарушается барьер, за который вы заплатили:

• Молнии обеспечить защиту продукта после вскрытия, но только в том случае, если профиль застежки-молнии, крепление фланца, торцевые уплотнения и расположение соответствуют особенностям пленки и наполнителя. Даже застежка, которая на ощупь кажется надежной, может протекать в месте крепления.
• Надрезы для отрыва и лазерные надрезы контролировать первое вскрытие. Их расположение и глубина должны обеспечивать сохранность верхнего уплотнения и барьера, одновременно обеспечивая предсказуемое разрывание.
• Односторонние клапаны дегазации позволить кофе выделять CO₂, не впуская при этом воздух. Отсутствие клапана в упаковках со свежеобжаренным кофе приводит к вздутию пакетов и износу уплотнений; в этом случае именно клапан, а не ламинат, становится определяющим фактором при выборе барьерных свойств.
• Прозрачные окна препятствие для видимости. Окошко на светочувствительном изделии сводит на нет защиту от света, ради которой и был приобретен слой фольги.
• Уплотнительные ленты перемещение, штабелирование, сброс и манипулирование грузами. На целостность уплотнения влияют такие факторы, как ширина, температура, давление, время выдержки, устойчивость к загрязнению и охлаждение; универсальной ширины, способной заменить проверенное окно уплотнения, не существует.

В полном коммерческом предложении должны быть указаны: предлагаемая конструкция (от внешней стороны к внутренней), общая и отдельные толщины (где это применимо), габаритные размеры и допуски, геометрия уплотнений и усилительных вставок, тип и расположение застежки-молнии или клапана, отделка поверхности, способ нанесения печати, количество изделий по каждому дизайну, а также включенные протоколы испытаний или документы, подтверждающие соответствие требованиям. Компания «Байшен» варианты пакетов-стоячек показывают, как один формат может сочетать в себе различные конструкции и комплектующие, однако окончательные технические характеристики всё равно должны определяться с учётом особенностей продукта и процесса розлива.

Матрица соответствий

Теперь объедините продукты, конструкции, характеристики и виды отказов в одном месте:

Если читать матрицу построчно, она дает ответы сразу на три вопроса. Какая форма нужна вашему изделию (①)? Где возникают ограничения при этом выборе (②)? И какие позиции необходимо указать в коммерческом предложении: ширина шва, характеристики застежки-молнии, клапан, структура ламината (③)? На что матрица не может ответить, так это на вопрос, является ли что-либо из перечисленного верно из тех сумок, которые вам действительно предлагают. Для этого требуется проверка.

Проверка перед фиксацией

Только благодаря короткому и строго упорядоченному процессу «схема на бумаге» превращается в «схему на вашем складе». Покупатели, которые пропускают какой-либо этап, обычно платят за всю партию:

При испытаниях срока хранения необходимо отслеживать показатели, определяющие непригодность продукта: водную активность или влажность, текстуру, показатели окисления, аромат, цвет, содержание кислорода в газовом пространстве, пределы микробиологической безопасности (если это уместно) и органолептическую приемлемость. Основным критерием остаются испытания в режиме реального времени при условиях хранения, указанных на этикетке. Ускоренные испытания могут служить подспорьем в разработке только в том случае, если модель температуры и влажности была обоснована для данного продукта питания и реакции, приводящей к порче; общая формула старения, применяемая к медицинским упаковкам, сама по себе не может определить срок хранения пищевых продуктов.

Показатели барьерных свойств также необходимо рассматривать в контексте. В отчетах по OTR и WVTR должны быть указаны метод испытаний, температура, относительная влажность, ориентация образца и единицы измерения. Сравнивайте данные, полученные при одинаковых условиях, а затем оценивайте готовую упаковку, поскольку на результат могут оказать решающее влияние уплотнения, сгибы, надрезы, клапаны и многократные изгибы. Упаковка, предназначенная для внутреннего рынка в условиях сухого климата, может вести себя иначе, чем упаковка для экспорта в тропические страны, а отчет по испытаниям на пустой пленке не может предсказать все возможные взаимодействия с жирными или ароматическими продуктами.

При обнаружении дефектов на производстве сортируйте их по причинам, прежде чем менять пленку. Утечки могут быть вызваны загрязнением уплотнителя, складками, проколами или дополнительными сварными швами. Продукция, которая осталась неиспользованной, но при этом герметично упакована, может свидетельствовать о недостаточной барьерной способности, избыточном начальном содержании кислорода или проблеме с самим продуктом. Склеивание указывает на поглощение влаги, но также может отражать исходную водную активность и состав порошка. Жалобы на застежку-молнию могут быть связаны с креплением фланцев или с частицами, застрявшими в профиле. Сохраняйте образцы, коды партий, производственные настройки и историю хранения, чтобы жалобу можно было расследовать, а не строить догадки.

Документация, касающаяся контактов с пищевыми продуктами, должна соответствовать предполагаемому назначению

“Термин ”пищевой» не является исчерпывающей спецификацией для закупки. FDA разделяет сухие твердые вещества, содержащие жир или масло со свободной поверхностью, и сухие твердые вещества, не содержащие их, а в таблицах условий использования проводится разграничение между розливом и хранением при комнатной температуре, с одной стороны, и горячим розливом, охлаждением, замораживанием, облучением и термической обработкой — с другой. Это имеет значение, поскольку разрешение на использование и подтверждение отсутствия миграции зависят от материала, типа пищевого продукта, температуры и условий контакта. Орехи, вяленое мясо, маслянистые лакомства для домашних животных и порошки с низким содержанием жира не должны автоматически включаться в один и тот же пакет документации.

Для проектов в США необходимо запросить нормативную базу, регулирующую соответствующие компоненты, контактирующие с пищевыми продуктами, а также подтверждение того, что она охватывает предполагаемые условия использования. FDA отмечает, что общий статус материала, контактирующего с пищевыми продуктами, зависит от отдельных веществ, миграция которых предполагается, включая полимеры, клеи, покрытия, красители и другие компоненты. Для продаж в ЕС необходимо запросить декларации и сопроводительную информацию, требуемые для всей конструкции в соответствии с применимыми рамочными нормами, требованиями GMP, правилами в отношении пластмасс и национальными нормами. Отчет, касающийся исключительно внутренней полиэтиленовой пленки, не распространяется автоматически на клей, краску, покрытие, застежку-молнию или готовое изделие.

Наконец, следует проводить разграничение между сертификатами и протоколами испытаний. Сертификат системы управления качеством или безопасности упаковки описывает систему управления и сферу охвата аудита. Протокол испытаний на миграцию, остаточные растворители, прочность склеивания или барьерные свойства содержит информацию о конкретном материале и результатах испытаний. Перед утверждением производства необходимо запросить название документа, орган, его выдавшего, сферу охвата, код структуры, дату и рынок сбыта, на который он распространяется.

Составьте запрос на предложение, позволяющий получить сопоставимые предложения

Поставщик не сможет правильно рассчитать стоимость упаковочных решений для сухих пищевых продуктов, если в техническом задании указано лишь “стоячий пакет на 500 грамм, с высокими барьерными свойствами”. Начните с определения категории продукта, содержания жира или масла на поверхности, начальной водной активности (если это актуально), температуры розлива, веса наполнения, насыпной плотности, целевого срока хранения, условий хранения и целевых рынков сбыта. Добавьте тип пакета, предпочтительные размеры или требуемый объем наполнения, особенности открывания и повторного закрытия, способ упаковки, а также любые требования к промывке азотом или клапанам.

Далее определите коммерческие параметры. Укажите общее количество, количество по каждому дизайну, количество SKU, прогнозируемую частоту повторных заказов, статус макета, требуемую дату поставки, а также укажите, должны ли в предложении отдельными строками быть указаны цилиндры, клише, транспортные расходы, испытания или образцы. Для рулонного материала укажите тип машины, ширину полотна, повтор, направление размотки, максимальный диаметр рулона, сердечник, ограничения по сшивке и требования к регистрации. Для готовых пакетов укажите допуски на готовую продукцию, количество упаковок в коробке, а также ограничения по коробкам или поддонам.

Попросите каждого поставщика предоставить одинаковые технические данные: структуру и толщину, значения OTR/WVTR с указанием условий испытаний, диапазон герметизации или рекомендуемые настройки, технические характеристики застежки, метод печати, план испытаний, подтверждение безопасности для контакта с пищевыми продуктами, производственные допуски, сроки поставки и процедуру контроля изменений. Если поставщик предлагает альтернативный вариант, потребуйте, чтобы различия были четко обозначены, а не заменялись без предупреждения. Это позволит сравнивать предложения на равных условиях и не даст возможность скрыть за более низкой ценой использование более тонкой пленки, более низких барьерных свойств, другого типа застежки-молнии или отсутствие протокола испытаний.

Остается лишь один вопрос коммерческого характера: как всё это выглядит, когда вы покупаете не одну сумку, а формируете ассортимент продукции или пополняете его?

От пилотного заказа до серийного производства

Планирование производства должно учитывать как степень зрелости спецификации, так и спрос. Формула, графический дизайн, размеры или ассортимент SKU нового продукта могут еще меняться; в то же время у зрелого продукта прогнозы спроса могут быть стабильными, а срок годности — четко установлен. Эти две ситуации не следует принудительно подводить под один и тот же способ печати или один и тот же объем заказа.

Цифровая печать исключает необходимость настройки печатных форм или цилиндров и позволяет экономично выполнять небольшие заказы с разнообразными дизайнами, если для всех дизайнов используются совместимые материалы и размеры. Она удобна для коммерческих пилотных проектов, запусков на региональном уровне, сезонных дизайнов и линеек продукции с большим разнообразием вариантов. Пилотный проект позволяет выявить проблемы, связанные с графическим оформлением, изготовлением упаковки, наполнением, упаковкой в коробки, отгрузкой и обращением потребителей с продукцией. Однако сам по себе он не подтверждает 12-месячный срок хранения.

Гравюрная или флексографская печать может обеспечить более выгодную себестоимость единицы продукции при стабильных объемах, однако точка пересечения зависит от размеров, материала, количества цветов, количества экземпляров по каждому дизайну, частоты повторения и инструментальной оснастки. Запрашивайте коммерческие предложения по одной и той же утвержденной структуре; в противном случае более низкая цена за единицу может просто отражать использование другого барьера или толщины материала.

В компании «Байшен» мы услуги цифровой печати Минимальный тираж для подходящих проектов составляет 500 штук, срок изготовления составляет 7–10 рабочих дней, а также предусмотрена возможность разделения тиража, если для разных дизайнов используются одинаковые материалы и размеры. Мы можем подготовить коммерческое предложение как по этому стартовому варианту, так и по варианту массового производства с использованием тех же технических характеристик гибкой упаковки для сухих продуктов, чтобы заказчик мог сравнить затраты на изготовление пресс-форм, объемы, сроки и рентабельность единицы продукции без изменения барьерных свойств упаковки при сравнении предложений.

Независимо от того, запускаете ли вы один продукт или заполняете всю стену в отделе, начинайте с анализа факторов, приводящих к провалу, привязывайте уровень барьера к реальной цели по сроку хранения и сначала убедитесь в эффективности, а уже потом увеличивайте объемы. Цены при этом уладятся сами собой.

Список литературы

1. Управление по контролю за продуктами и лекарствами США. “Водная активность (aw) в пищевых продуктах”.”
2. Управление по контролю за продуктами и лекарствами США. “Виды пищевых продуктов и условия применения веществ, контактирующих с пищевыми продуктами”.”
3. Управление по контролю за продуктами и лекарствами США. “Определение нормативного статуса компонентов материала, контактирующего с пищевыми продуктами”.”
4. Тюрксевер, Ч. и др. “Экологичные альтернативы в многослойной упаковке: стабильность при хранении порошка для приготовления пудинга в условиях ускоренного хранения”.”
5. Европейский союз. “Регламент (ЕС) № 1935/2004 о материалах и изделиях, предназначенных для контакта с пищевыми продуктами”.” 2004.