ProPack

България е една от страните пионери (наред с Русия и САЩ) в производството на т.нар. лиофилизирани храни, използвани в ситуации, в които човешкото тяло трябва да устои на екстремни изпитания, каквито са космическите полети, продължителните експедиции и тежките заболявания. Д-р Любка Георгиева от Института по криобиология и хранителни технологии ни разказва за специалните технологии на производство и опаковане, чиято цел е да запази непроменени високите хранителни характеристики и полезност на лиофилизираните продукти за дълъг период.

Един от най-важните физиологични фактори за поддър­жане работоспособността, адаптивността и доброто здравословно състояние в условията на космически полет

е храненето. В България основоположник на биотехнологи­ите за производство на космически храни е Институтът по криобиология и хранителни технологии (ИКХТ) към Сел­скостопанска Академия.

Първото Българско космическо меню, създадено по т.нар. проект „Шипка“, е съставено от над 50 вида лиофи­лизирани храни — супи, основни ястия, десерти, плодове, съ­образени по състав и енергийно съдържание с екстремал­ните условия на труд и бит на космонавтите по време на космически полет. Космическите храни бяха предоставени на екипажите от двата българо-руски полета под форма­та на таблетирани дневни менюта с минимизирани маса и обем — 250–350 g. Именно с оригиналните хранителни био­технологии, България зае трето място в света след САЩ и Русия като страна — производител на храни за Космоса.

Лиофилизация

Сублимационното сушене (лиофилизацията) като съвре­менна биотехнология включва два способа на консервира­не — замразяване и сушене под вакуум, при температури, непревишаващи критичните, т.е. тези, при които се на­рушават микро и макроструктурата на продукта. Обект на сублимационно сушене са всички видове храни, с изклю­чение на хранителните мазнини. Физикохимичните, биохи­мичните и структурно-механичните свойства на изход ната суровина обуславят качеството, хранителната и биологична ценност на изсушените, чрез сублимация продукти. Технологията на лиофилизация е подходяща, както за производството на храни за масова консумация във вид на хранителни концентрати, така и на специализира­ни храни — детски, диетични, функционални храни, храни за екстремални условия и др., кондиционирани под формата на таблети, брикети, капсули и т.н. Получените по тази съвременна технология храни се характеризират с напъл­но запазен вкусово-ароматен комплекс, с висока хранител­на стойност и максимално съхранена биологична пълноцен­ност по отношение съдържанието на витамини, минерали и други биоактивни вещества.

В технологично отношение, сублимационното сушене включва няколко последователни етапа, а именно:

• Подбор и предварителна подготовка на изходните суро­вини (в т.ч. и топлинна обработка при някои продукти);
• Хладилно третиране на обекта на лиофилизация;
• Сублимационно сушене;
• Опаковане на готовия продукт — готовата продукция се опакова и се съхранява при обикновени условия.

Един от основните параметри на сублимационното су­шене, с важно значение за съхраняемостта на лиофилизи­раният продукт, е оптималната стойност на остатъчно­то влагосъдържание. За повечето лиофилизирани плодове и зеленчуци, остатъчната влажност от 2.0 до 3.0% е напъл­но задоволителна, при месото и яйцата, тя е в границите 3.5-4.0%, за богатите на нишесте картофи, царевица, фа­сул до 6.0%, до 1.0% за кафето и чаеният екстракт. Ниско­то остатъчно влагосъдържание се постига без да се при­лагат високи температури на изсушаване. То е равномер­но разпределено в обема на продукта.

При този метод на консервиране, особено важни са и условията на съхранение на сублимационно изсушените храни. Тяхното високо качество, непосредствено след су­шенето, може да бъде бързо понижено, в резултат на ня­кои окислителни и други нежелателни промени в процеса на съхранение.

Срокът на съхранение на изсушените продукти зависи от няколко фактора:

• От количеството на поетия от продукта кислород и на остатъчна влага;
• От изменението на ароматните и вкусови вещества и на техния биологично активен комплекс;
• От наличието на механични повреди;

Опаковката

Опаковането на крайния продукт при сублимационно су­шене е задължителен елемент от технологичната после­дователност на процесите, който е особено важен за за­пазване на качество на продукта по време на съхранение. Свойствата на сублимационно сушените продукти и тех­ните изменения определят изискванията към опаковъчния материал и начина на опаковане, а именно:

• Да осигурява пълна кислородна непроницаемост. По­ради порестата природа на сублимационно сушените храни, контактът им с кислород може да доведе до ин­тензивно развитие на окислителните процеси, в резул­тат на които се влошават органолептичните качест­ва и се понижава хранителната стойност на продукта. Трябва да се вземе под внимание и каталитичното действие на светлината при окислителните реакции.
• Да бъде непроницаема. С повишаване водната актив­ност на продукта, реакциите, които предизвикват по­тъмняване, протичат по-интензивно. При увеличаване на влагосъдържанието над определената граница за­почват да се развиват плесени, патогенни микроорга­низми и процеси на гниене.
• Да осигурява запазването на аромата и да предотвра­тява приемането на странични миризми и привкус от опаковъчния материал, пластификаторите, покрития­та и др.
• Да защитава от механични повреди, трошливите суб­лимационно изсушени продукти (когато те не са в пра­хообразно състояние).

Основните опаковки, подходящи за лиофилизираните продукти, са кутиите от ламарина, алуминиевите кутии и комбинираните гъвкави опаковки. Големината им варира в най-широки граници: пликчета, кутии и буркани от 50 до 200 g, метални кутии от 3 до 10 kg, варели и бидони — ме­тални и пластмасови до 200 kg. Най-добра защита за суб­лимационно сушените храни от въздействието на околна­та среда осигуряват опаковките от бяла ламарина. Те са здрави, не пропускат светлина и са химически неутрални към поставения в тях продукт. Недостатъците на този вид опаковки са свързани със сравнително голямата им маса, висока цена и трудно оползотворим полезен обем.

Менюто на първите космонавти е много различно от днешното. Космическите менюта за спътниците „Восток“ и „Восход“ включват прясно приготвени проду­кти, опаковани в метални опаковки и в туби. В тубите храните се съхраняват от 15 до 18 месеца. Нанасянето на консервния лак на вътрешната повърхност на тубите се контролира много строго, тъй като е от изключителна важност за запазване качеството на космическите хра­ни. Широкото приложение днес на полимерните материа­ли в т.нар. „гъвкави“ (меки) опаковки за лиофилизирани про­дукти се обуславя от малката им маса, еластичността и химичната им устойчивост. Освен това, полимерните опаковъчни материали са по-евтини от металните, зна­чително по-леки, приемат формата на продукта и имат съвременен дизайн. Опаковките от еластични материа­ли могат да се произвеждат и със стандартно оборудва­не, което ги формува и затваря. Комбинираните слоести материали притежават най-добри експлоатационни свой­ства, но в повечето случаи са годни за кратковременно съхранение на продукта.

По мнение на редица изследователи, ефективен метод за опаковане на сублимационно сушените продукти е доба­вянето на вещества, блокиращи кислорода — например, ен зима глюкооксидаза или някои соли, при което отпада не­обходимостта от вакуумиране или запълване с инертен газ. Посоченият метод е сравнително нов и засега се при­лага твърде ограничено. Една от най-подходящите опа­ковки за надеждното, дълготрайно и качествено съхране­ние при обикновени условия (без хладилни съоръжения) на лиофилизираните храни, е трислойното полиамид-амидно алуминиево фолио. Трипластовата опаковка, разработе­на от биориентиран полипропилен, алуминий и полиети­лен, представлява комплекс от три слоя, слепени помеж­ду си: външният — биориентиран полипропилен с дебели­на от 15, 20 или 30 μm; средният — алуминий (Al) с дебелина 6,35 — 9 μm; вътрешният — полиетилен (РЕ) с дебелина 40–120 μm. Всъщност, дори при опаковка от алуминиевото фо­лио с дебелина от 0.03 мм, проницаемостта е напълно из­ключена. Тази комбинация създава много добра бариера за въздуха и водните пари и по този начин предпазва проду­кта от неблагоприятни качествени изменения при съхра­нение. Непропускливостта на светлина на опаковката съз­дава възможност да се съхраняват по-дълго хранителни­те продукти, съдържащи мазнини. Ниската температура на залепване на полиетиленa е подходяща за термозалеп­ване при по-ниски температури.

Въздухът от свободните пространства на опаковка­та прониква в порестата структура на изсушените хра­нителни продукти и в някои случаи достига 80% от обема на опаковката, което налага съдържанието му в нея да се сведе до минимум. Това се постига чрез вакуумиране или напълване с инертен газ — азот и др. При вакуум-опакова­нето въздухът в опаковката се отстранява и тя обхва­ща плътно продукта. При опаковане в атмосфера на инер­тен газ вътрешното налягане се изравнява с външното, при което се изключва вътрешното напрежение на стени­те на опаковката.

Вакуумирани опаковки от трислойно фолио използва­хме за опаковане на българските лиофилизирани храни за Космоса, в резултат на което постигнахме минимизира­на маса и обем, многократна олекотеност и висока транс­портабилност на лиофилизираните продукти.

Таблетираните дневни космически менюта съдържат храни за закуски, обяд и вечеря, разделени с кръгчета от трислойното алуминиево фолио, т.е. осигурява се четири­кратен хранителен прием в космически условия. Всеки дне­вен таблетиран комплект е етикетиран с информация за състава и енергийното съдържание на цялостното меню. Надеждно опакованите, херметически затворени лиофили­зирани храни се съхраняват продължително време (над 5 го­дини), в зависимост от вида и състава си при стайна тем­пература (не изискват хладилно съхранение) и относител­на влажност на въздуха — 75 процента. Подобни опаковки използва и компанията, която произвежда храните за НАСА.

Описаните по-горе многобройни предимства на лиофи­лизацията обясняват защо редица европейски и американ­ски промишлени компании са се ориентирани към произ­водството на хранителни концентрати, вкл. и на функци­онални храни, на базата на този технологичен метод. В края на 90–те години, потребностите от лиофилизирани храни в световен мащаб нараснаха с около 2.0% годишно, т.е. с около 140 000 тона при общ обем на производството от 1 900 000 тона. Глобалният пазар на този вид храни про­дължава да се доказва като динамичен и разрастващ се сегмент на хранителната индустрия. Бързият му растеж ще продължи и в бъдеще, а темповете му ще се нормали­зират към 2010 г., когато според специалистите лиофили­зираните храни ще достигнат 5% от общия глобален па­зар на храните. Това налага съответстващ ръст и в производството на още по-съвременни и надеждни опаковки, осигуряващи тяхното високо качество и безопасност при съхранение.