Локс Ф. Упаковка и экология

Подождите немного. Документ загружается.

Древесина 23,0 2,0 Столы, стулья и т.д.

5,0 Отходы огородничества

Текстиль 26,0 25,7 Половики

0,3 Подушки

Смесь 4,0 2,4 Земля

Сегодня бытовые отходы можно рассматривать как «городскую руду», «добыча» или «переработка»

которой затруднена из-за возможных и непредсказуемых флуктуации ее состава. Постоянно

увеличивающийся объем отходов, с одной стороны, и все большее насыщение имеющихся свалок, с другой,

подчеркивают остроту проблемы отходов.

3. Бытовые отходы: переработка и влияние на окружающую среду

В прошлом удаление бытовых отходов не представляло больших затруднений: они могли быть

свалены там, где не вставала проблема «неприятного соседства». Имея в виду принцип замкнутого

природное цикла, идеальным методом переработки отходов следует считать такой, который сам не

производит никаких «отходов». Каждый важный промышленный материал должен вносить разумный вклад

в:

• сбережение природного сырья,

• снижение энергопотребления,

•сокращение загрязнения окружающей среды, вызываемого добычей, переработкой и

транспортировкой сырья.

Наконец, биоразлагаемые продукты должны возвращаться в природный цикл через

сельскохозяйственный сектор. Существующие технологические процессы отнюдь не идеальны, потому что:

• регенерация материалов или энергии ограничена,

• метод или оборудование для переработки не исключают загрязнения,

• остаются отходы (твердые продукты), которые все же должны быть отправлены на свалку.

Эти соображения приводят к мысли, что лучшие гарантии для защиты окружающей среды может

предложить разумная комбинация этих методов. Основные методы обработки, используемые в некоторых

странах Западной Европы, перечислены в таблице 5.5.

Не подлежит сомнению, что в переработке отходов было недавно достигнуто заметное улучшение,

благодаря строительству перерабатывающих мощностей вблизи крупных городов и усилиям по контролю —

особенно после создания OVAM.

Сравнение методов обработки бытовых отходов по их доле (в % от общего количества) в различных

отраслях (источник: Бельгийский институт упаковки)

Таблица 5.5

Метод Страна Средняя

цена за

тонну,

бельг. фр.

(1983)

ФРГ

(1978)

1989

Великоб

ритания

(1978)

1989

Дания

(1978)

1989

Нидерла

нды

(1978)

1989

Бельгия

(1972)

(1978)

1989

Свалка 67(76) 89(86) 28(45) 60(55) (78)(58)39 300

Сжигание 29(21) 10(9,5) 70(25) 36(27) (10)(25)52 1070

Компостирова

ние

4(4) 1(0,5) 2(35) 4(18) (1,5)(3,3)9 1000

Другие 0(3,7) 0(-) 0(-) 0(-) (-)(-)0

В течение последних двух лет — как усилиями местных властей, так и в Европейском масштабе —

был достигнут большой прогресс в сокращении количества упаковочных отходов. Европейские директивы,

вступающие в силу в 2000 году, устанавливают следующие цели:

• 90%-ное (по весу) удаление упаковочных материалов из потока отходов для регенерации,

• 60% вес. каждого упаковочного материала должно быть переработано,

• окончательные отходы упаковки не должны превышать 10% вес.

Тем временем, страны ЕЭС должны разработать промежуточные задачи и применить

экономические инструменты, чтобы:

• способствовать предотвращению отходов упаковки,

• стимулировать и поощрять возврат упаковок для повторного использования или регенерации

материалов и энергии.

В нескольких странах достигнуто реальное сотрудничество между правительственными

агентствами, промышленностью и ассоциациями потребителей, и были подписаны соответствующие

соглашения, в основном, на добровольной основе.

До сих пор главное внимание уделялось упаковочным материалам, поскольку их доля составляет

30% от объема потока отходов и, будучи небрежно оставленными в неподходящих местах, они

представляют для глаза особенно неприятное зрелище. Можно ожидать, что специальные декреты,

касающиеся отходов упаковочных материалов, в будущем будут распространены также и на другие

потребительские товары. Будут введены в действие программы регенерации и переработки пластмасс, не

предназначенных для упаковки: они могут быть извлечены из строений, старых автомобилей, из розничной

торговли, сельского хозяйства и сектора огородничества и садоводства. С большинством из этих пластмасс

приходится иметь дело как с отходами, спустя в среднем 10 лет, в то же время потребление пластиков в

различных секторах имеет устойчивую тенденцию к росту. Например, за период 1980-1990 гг. количество

пластмасс, используемых в автомобиле, увеличилось с 61 кг до 107 кг.

Данные по отходам пластиков в различных секторах для ряда стран приведены в таблице 5.6. В

1989 г. около 20% общего количества отходов пластмасс было повторно использовано, и вероятно

увеличение этого показателя в будущем. К сожалению, это количество, регенерированное как материал или

энергия, составляет только часть потребления.

В специальной публикации [25] рассматриваются в деталях различные методы переработки.

Основываясь на ней, мы здесь дадим лишь краткий очерк методов, уделяя внимание некоторым аспектам,

связанным с упаковкой.

Потери пластиков (тыс. т) в различных секторах в 1989 году (% от потребления пластмасс)

(источник: АРМЕ, Kunstofen Rubber (1991))

Таблица 5.6

Страна Общее коли-

чество пла-

стмассовых

отходов

Сельское хо-

зяйство и ого-

родничество

Автомобильная

промышленнос

ть

Строительст

во

Индустрия рас-

пределения

Бытовые

отходы

Бельгия и

Люксембург

Дания

Франция

Германия

Нидерланды

Великобритания

В целом За-

падная Европа

316(22,20

117(24,9)

1800(49,8)

2636(43,9)

529(47,2)

1830(53,1)

10 332(45,0)

162

475(40,0)

20(10,0)

9(39,0)

115(31,8)

132(23,3)

31(91,1)

93(44,9)

563(30,7)

202

110

544(10,6)

195

385

199

1220(70,0)

205

1360

1755

390

1400

7530(67,5)

Реаппликация

материалов (переработка термоформованием):

в ЕЭС: 7,6%

в Западной Европе: 7,4%

Регенерация тепловой энергии:

в ЕЭС: 12,8%

в Западной Европе: 14,7%

a) Контролируемое и неконтролируемое сваливание отходов

Под «неконтролируемым» мы понимаем сваливание отходов без какой-либо сортировки или

обработки. Этот метод антигигиеничен (размножение паразитов, патогенез и т.д.). Присутствие горючих

продуктов (упаковочных материалов) в соединении с потенциальным «эффектом увеличительного стекла»

стеклянного боя создает пожароопасность в сухое время. Упаковочные отходы, особенно самые легкие

(бумага, пластмасса), могут быть сдуты и разнесены ветром. Упаковка, благодаря своим характеристикам,

вносит только очень ограниченный вклад в загрязнение поверхностных вод (при мойке) [174]. С 15.05.1983

неконтролируемое сваливание отходов запрещено во Фландрии.

В случае «контролируемого сваливания» отходов (на мусорной свалке) выбрасываемые материалы

регулярно разравниваются бульдозерами и покрываются слоем земли. Это сокращает наиболее опасные

воздействия. Контролируемое сваливание лицензируется. Оба метода можно считать одними из самых

дешевых; однако они не предусматривают регенерацию материалов.

b) Сжигание

Обычно на заводах по сжиганию мусора бытовые отходы сгорают при температуре около 1000°С

без предварительной регенерации материалов; иногда при этом к ним добавляются остатки нефти,

биологические и промышленные отходы. Природа отходов и их широко варьирующийся состав вынуждают

использовать специальные движущиеся грохоты, дабы избежать осложнений, связанных с образованием

шлака из стеклянного боя, камней и металлолома. Как уже отмечалось, при этом рекупирируется только

энергия сгорания упаковочных материалов (бумаги, пластиков). Как было показано в главе IV,

эффективность превращения теплоты в электрическую энергию весьма низка. При сжигании бытовых

отходов часть тепла тратится на сушку, что снижает коэффициент рекуперации. Кроме того, эффективность

рекуперации (через пар) достигает только 25%.

Расчеты [106] показывают, что при сжигании всех бельгийских бытовых отходов может быть

выработано только порядка 1% необходимой электроэнергии.

Разумеется, сжигание приводит к образованию стерильной золы (с высоким сокращением объема),

которая должна, в конце концов, быть погребена. Средний ее состав следующий:

двуокись кремния (SiO

) 30...50%,

окись алюм иния (А1

) 20... 3 0%,

окись железа (Fe

) 10.. .20%,

окись кальция (СаО) 7...15%,

окись магния (MgO) 1,5...2,5%,

другие вещества.... 6%.

Экологическую проблему представляет не столько обращение с золой, сколько шум, дым и газы,

сопровождающие работу печей сжигания отходов. Из-за своего состава (см. табл. 4.3) газообразные

продукты сгорания необходимо обрабатывать или очищать перед сбросом через трубу Органические

вещества превращаются в двуокись углерода (СО

) и воду. С другой стороны, присутствие хлор- (например,

ПВХ) и серосодержащих (например белки) веществ приводит к образованию едких (коррозионных) газов;

стекло, камни и металлолом дают твердые компоненты (шлак). При неполном сгорании или при разогреве

большинства пластмасс могут образовываться очень токсичные продукты разложения. Необходимая

обработка (абсорбция газов водой, сбор пыли в электрофильтрах) порождает стоки (которые также

необходимо обрабатывать) и твердые отходы, подлежащие захоронению вместе с золой. Этот короткий

обзор объясняет, почему «сжигание» является очень дорогостоящим процессом (см. табл. 5.5).

с) Компостирование

Компостирование — контролируемый и обычно быстрый способ обработки биоразлагаемых

продуктов с помощью микроорганизмов (бактерий, плесени и т.д.). Тепло, генерируемое в ходе

биоокисления (аэробные условия), может вызвать повышение температуры, способное убить патогенные

бактерии. В качестве контролирующего параметра используется дыхательный коэффициент (см. главу I).

Окончательный результат процесса, называемый компостом, является одним из самых старых известных

продуктов, используемых как удобрение. Важное значение имеет отношение углерода к азоту (C/N) в

окончательном продукте: в идеале оно должно составлять 30...35. Если C/N слишком низко, следует

добавлять отходы бумаги, солому или листья; если же это отношение слишком высоко, необходимая

корректировка может быть достигнута удалением бумажных отходов или добавлением нечистот и рыбных

или мясных остатков.

Отношение C/N в гумусе достигает примерно 10...20. В силу природы данного процесса он не

воздействует на многие упаковочные материалы. Некоторые из них (особенно железо, банки) отделяются

перед компостированием. Обычно стекло, пластики, олово, алюминий, бумаго-пластмассовые ламинаты

механически удаляют после компостирования. Селективный сбор стекла существенно улучшил качество

компоста. В Генте компост приготовляют в течение 18 лет по так называемой технологии ОANO. Бытовые

отходы направляются в один конец горизонтального вращающегося цилиндра (длина 26 м, диаметр 3,5 м);

спустя примерно 3 дня компостная смесь выгружается с другого конца и просеивается. Средний выход

компоста составляет 53% [40]. При этом получаются и некоторые регенерируемые материалы, продажа

которых снижает затраты на процесс. Качество компоста улучшается за счет селективного сбора стекла и

некоторых опасных веществ. Удаление и очистка упаковочной бумаги с целью регенерации технически,

вероятно, возможна, но она невыгодна с экономической точки зрения. Поэтому бумажные и пластиковые

упаковочные отходы сжигают с регенерацией тепла.

Для крупных городов сочетание компостирования, селективного сбора и сжигания следует, по-

видимому, считать наиболее гибким методом обработки отходов. Некогда селективный сбор был

источником доходов «старьевщиков» (тряпичников и др.) [24]. Эта деятельность почти полностью

заброшена, потому что цена подержанных материалов осталась почти неизменной в противоположность

растущей стоимости жизни. Она не совсем исчезла, но сосредоточилась более чем раньше, на конкретных

промышленных отходах с однородным составом; что касается бытовых отходов, то она даже достигла

индустриальных масштабов.

Селективный сбор, различные методы сортировки и компостирование вряд ли можно рассматривать

как деятельность, наносящую вред окружающей среде. Конечно, использование компоста в качестве

удобрения при выращивании овощей может быть опасным: качество компоста всегда зависит от отсутствия

малых количеств тяжелых металлов, (например, свинца, олова) или от следов инсектицидов из бытовых

разбрызгивателей. Сегодня компост, хотя и имеет меньшее значение для сельского хозяйства и садоводства,

все же сохраняет свою ценность для паркового хозяйства и огородничества.

d) Другие методы

Ниже перечислены некоторые методы обработки отходов, которые либо все еще находятся в стадии

экспериментирования, либо применимы в специальных случаях.

«Пиролиз» заключается в нагревании органических веществ в отсутствие кислорода: вместо

продуктов сгорания получается ряд продуктов разложения, включая горючие газы и конденсат, содержащий

некоторые вещества, представляющие интерес, подобно продуктам сухой перегонки угля. При пиролизе

бытовых отходов перегоняется большое количество воды; но как источник химических веществ он не очень

выгоден, в то время как пиролиз некоторых однородных органических отходов, таких, как старые резиновые

покрышки и пластиковые упаковки, приводит к получению нескольких мономеров, которые, после очистки,

можно вновь использовать для производства полимеров или получения других химических веществ.

Поскольку пластиковые упаковки в бытовых отходах не однородны и загрязнены, применение этого метода

ограничено. Можно также сомневаться в том, является ли этот метод разумным с энергетической точки

зрения: производство пластмасс из сырой нефти всегда требует затрат приблизительно 50% сырья для

генерирования энергии. Пиролиз также требует затрат энергии, при этом часть «сырья» теряется

(карбонизация), так что в итоге возможность рекуперации энергии или материалов становится спорной (см.

также главу IV).

Существует другой метод, называемый процесс «Tezuka», в котором не регенерируются ни энергия,

ни материалы. В этом «глобальном методе» бытовые отходы прессуются в блоки, стабилизируемые

цементом или гудроном. Это обеспечивает существенное сокращение возможного компостирования. Такие

блоки можно использовать для укладки на болотах, в дорожном строительстве и т.д.

4. Заключение

Приведенные соображения показывают, что рекуперация материалов и энергии из бытовых отходов

может внести лишь незначительный вклад в решение проблем сырья и энергии.

В крупных городах обработка отходов стала необходимостью. Неоднородный и варьирующийся

состав, разнообразие и порча затрудняют сортировку упаковочных материалов и их регенерацию. Среди

упаковочных материалов, присутствующих в бытовых отходах, только стекло и металлы имеют значение

для регенерации материалов. Упаковочная бумага и пластмассы более эффективно ревалоризируются в

форме теплоты сгорания (регенерация энергии).

Селективный сбор стекла и его переплавка энергетически менее выгодны, чем повторное

использование стеклотары, тем не менее, сегодня они представляются разумными, из-за высокой стоимости

организации и работы системы возврата тары. Поэтому наиболее практичным решением представляется

комбинированный метод обработки бытовых отходов, представляющий минимальный риск загрязнения

окружающей среды и расточительства сырья. Прежде всего с помощью компостирования биоразлагаемые

продукты должны быть отделены от небиоразлагаемых компонентов. После отделения допускающих

регенерацию стекла и металла, не подвергшиеся компостированию остатки (пластмассы и др.) годятся для

регенерации энергии путем сжигания.

Глава VI. БЕЗОПАСНОСТЬ И ТОКСИЧНОСТЬ УПАКОВКИ

В этой главе мы обсудим некоторые аспекты упаковки, которые касаются всех нас: поскольку почти

каждый продукт упакован, повседневный контакт, обращение и использования упаковки неизбежны. Во

многих отношениях обычно проявляется некоторое легкое предубеждение по поводу использования новых

материалов. Тем не менее, мы должны доверять технологии и соответствующему законодательству,

особенно в том, что касается упаковки пищевых продуктов. В литературе все риски, сопряженные с

использованием упаковки группируются под названием типа «потенциально опасная» и изучаются в

сравнении с другими опасными обстоятельствами, связанными с условиями работы или жизни. Что :

касается упаковки, элементы, представляющие потенциальную «опасность», можно классифицировать на

основании следующих вопросов:

• Являются ли различные типы упаковки опасными как предметы повседневного обращения, или,

другими словами, насколько безопасно их использование, могут ли они привести к несчастным случаям?

• Достаточно ли стерильны различные формы упаковки в пищевом и фармацевтическом секторах,

или насколько надежно они защищают от проникновения или заражения патогенными бактериями; не несет

ли сама упаковка вредные микробы?

• Не могут ли различные виды упаковки пропускать токсичные или ядовитые компоненты в

упакованные пищевые продукты или фармацевтические препараты?

• Предлагают ли упаковки достаточную защиту против случайного неправильного использования

содержимого (например, должны ли крышки быть снабжены устройствами, исключающими возможность

открывания их детьми)?

• Являются ли упаковки «tamper-evident» (термин «tamper-evident» (tamper (англ.) — взлом, evident (англ.)

— очевидный) означает, что самый вид предмета (упаковки, замка и т.п.) должен указывать на факт (по

крайней мере, попытки) открывания (взлома)), (обеспечивают ли они защиту от преднамеренного или

преступного загрязнения содержимого)?

1. Упаковка в повседневном использовании

Современное общество учит нас, как жить с рисками. С детства мы учимся, как обращаться с

разнообразными вещами, чтобы избежать несчастного случая. Хотя технический прогресс привел к

повышению безопасности строений, средств передвижения и домашних приспособлений все еще следует

принимать многие меры предосторожности. Почти каждый из нас сталкивается с постоянно усиливающейся

зависимостью от доброй воли других людей: мы «должны» останавливаться на красный свет — действие,

которое, как мы убеждены, выполнят и другие люди!

Таким образом, каждое общество принимает на себя некоторые риски. Обучение современного

общества «выбрасываемых отходов» кодексу поведения подразумевает, что люди знают, как использовать

упаковку должным образом. Основное «плохое» свойство стекла — его хрупкость, и нет необходимости

доказывать, что осколки стекла могут причинить серьезные раны. Беззаботное или небрежное выбрасывание

бутылок на пляжах или в зонах отдыха можно рассматривать как своего рода агрессию: только образование

может смягчить эту болезнь. Использованные металлические банки также имеют тонкие острые края,

способные поранить. В этом отношении пластиковые упаковки безопаснее стеклянных или металлических:

обычно они эластичные и не разбиваются, следовательно, острые или опасные края редки. В таблице 6.1

приведены данные по числу несчастных случаев в странах ЕЭС (1974-1978 гг.), вызванных использованием

домашних предметов и приспособлений, пищевым отравлением и дорожно-транспортными

происшествиями (ДТП), которые (случаи) привели к тяжелым травмам или даже смерти.

Среднее число несчастных случаев в год, зарегистрированное в странах ЕЭС в 1974-1978 гг.

[90]

Таблица 6 1

Несчастный случай Количество смертных

исходов

Количество случаев,

повлекших травмы или

болезни

ДТП 52 442 1 552 000

Пищевые отравления 160 44 000

Упаковка пищи (стекло и

металл)

0 2-3000

2. Упаковка как защита пищи и т.п.

В число функций упаковки входит защита содержимого, особенно пищевых продуктов, от

насекомых и микробиологической порчи. Проникновение в упаковку может случиться либо через маленькие

отверстия, возникшие вследствие дефектов изготовления, либо через щели, образующиеся при складывании

и деформации упаковочного материала, вызванной неправильным запечатыванием, например, при

образовании зазора в клеевом слое в случае бумажных пакетов или дефектов термозапечатывания пластиков

и развальцовывания соединений в металлической упаковке. Зазор между двумя плохо соединенными

частями упаковки или, например, пустоты в гофрокартоне могут стать местом отложения яиц насекомых

или микробов. Такие дефекты в крупных упаковках для продуктов, вроде овощей или фруктов, могут

привести к порче упакованных товаров грызунами или насекомыми. Риск зависит от природы самих

пищевых продуктов и типа упаковки. Например, чем более проницаема упаковка для запаха пищи, тем

больше вероятность, что она будет атакована грызунами или насекомыми. Жесткие материалы с гладкой

поверхностью понижают вероятность того, что они смогут найти слабое место для атаки. Отсюда следует,

что полипропилен (толщиной 30 мкм) и полиэтилентерефталат (толщиной 50 мкм) дают лучшую защиту от

грызунов, чем полиэтилен (низкой плотности), целлюлозная пленка или полистирол (толщиной 50 мкм).

Поливинилхлорид (толщиной 60 мкм) без пластификаторов, по-видимому, устойчив по отношению к

досаждающим насекомым, таким как Rhizopertha domenica. В силу своей природы металлические и

стеклянные упаковки на 100% не доступны для таких атак, а покрытие бумаги пластиком, например, также

увеличивает сопротивляемость бумаги. Обычно можно избежать инвазии с помощью применения

инсектицидов, регулярной проверки оборудования для стерилизации и обеспечивая должную чистоту

помещений и персонала.

Для предотвращения попадания распыленного инсектицида в пищевые продукты при длительном

хранении можно применить специальные комбинации материалов, вроде тех, что используются для сухих

супов или порошка какао: типичный ламинат включает пергамент (40 г/м

), адгезив (11 г/м

), алюминий

(толщиной 9 мкм) и иономер (23 г/м

); такая комбинация гарантирует герметичность по крайней мере в

течение 12 [месяцев. Такие меры предосторожности особенно важны для жаркого климата с высокой

влажностью, в котором риск заражения выше. Измерения температуры, при которой упаковки

транспортируются и хранятся, также могут вызвать конденсацию водяного пара на их внутренних

поверхностях, создавая благоприятную среду для роста микроорганизмов, что может ускорить порчу

продуктов. Гигиена пищевых продуктов обязательно должна быть в гармонии с гигиеной упаковочных

материалов; повторное использование мешков, корзин, коробок и т.д. требует соблюдения на складах и

хранилищах мер предосторожности от инвазии. Удаление с помощью бромистого метила (СНзВr) или

фосфина (РНз) является одним из методов борьбы с насекомыми. Таблетки, выделяющие фосфин, кладут в

мешки с земляным орехом (арахисом), а лимоны обрабатывают дифенилом. Доза должна быть летальной

для насекомых, но не достигать токсичного уровня для потребителей. Использование смесей двуокиси

углерода и азота для создания бескислородной атмосферы, кратковременное нагревание до температуры

выше 58°С или хранение при низких температурах (0...5°С) могут существенно снизить воздействие мик-

робов. Ионизирующие излучения также убивают микробы и обладают стерилизующими свойствами.

Обычно заражение пищевых продуктов после того, как они были упакованы, является результатом плохого

обращения при транспортировке и выставлении для продажи.

Иные случаи порчи являются результатом не действия внешних факторов на упакованный продукт,

а отравления упаковочных материалов, которое произошло до того, как продукт был упакован. При

производстве, хранении и транспортировке пустых упаковок и в процессе заполнения их продуктами может

происходить заражение бактериями и плесенью. Стеклянная тара, поскольку она изготавливается при

высокой температуре, абсолютно стерильна в момент выхода из печи. Заражение может произойти только

при охлаждении или хранении. Пластмассы формуются и изготовляются при более низких температурах

(100...150°С), но стерилизующий эффект этой краткой термообработки представляется достаточным.

Инфекция плесени и спор бактерий заносится из воздуха; содержащий вместе с частицами пыли микробы

воздух может явиться источником заражения пластмасс, особенно при наличии статического электричества,

вызываемого трением. Хранение упаковок вблизи мест возможной инфекции (например, мяса, хлеба, сыра)

может увеличить содержание в них микробов. Согласно [77], при обследовании 250 упаковок в 16 булочных

в среднем было выявлено от 1 до 6 микробов на дм

(см. таблицу 6.2).

Количество микробов на дм

, определенное на упаковке хлеба (площадь упаковки, необходимая для

800-граммового батона = 10 дм

) [77]

Таблица 6.2

Упаковочный материал Среднее значение Максимальное значение

Вощеная бумага 6,2 50

Целлофан 1,4 7

Полиэтилен низкой

плотности

2,1 10

Полипропилен 2,0 7

Полвинилхлорид 1,7 —

Сморщенная обертка из

поливинилхлорида

4,9

Недостаток гигиены среди персонала может внести свой вклад в заражение E.coli и стафилококком.

Для заворачивания нестерильных пищевых продуктов абсолютной необходимостью являются «чистые»

упаковочные материалы: они не обязательно должны быть стерильными. Мясо и мясные продукты всегда

имеют поверхностное заражение порядка 04...105 микробов на см

[39]. Содержание же микробов в чистой

полистироловой таре составляет «только» несколько единиц на дм

, что не имеет значения при упаковке

продуктов из свежего мяса. Пастеризованное молоко содержит в среднем 103 микроба на литр; несколько

микробов на дм

упаковочной поверхности, за исключением E.coli, вполне допустимы, учитывая короткий

период хранения (несколько дней или неделя).

Аналогичным образом нет смысла требовать свободные от микробов упаковочные материалы для

овощей и фруктов. Конечно, существуют пределы: для предварительно упакованных пищевых продуктов

они устанавливаются на уровне 10, максимум 50, микробов на дм

. Кишечно-брюшные бактерии

принципиально не допускаются; словом, производитель должен быть в состоянии гарантировать

выполнение требований по микробиологическому качеству пищевых продуктов, устанавливаемых

соответствующим законодательством.

Напротив, в случае «стерильных» продуктов требования к ним и к их упаковке должны строго

соблюдаться: 1 микроб на дм

поверхности стеклянной бутылки, попавший при охлаждении, уже

неприемлемый показатель для упаковки стерилизованного молока с длительным сроком хранения (3

месяца). Следующий пример иллюстрирует требования, предъявляемые к картонным упаковкам, UHT-

молока. Допустим, что допустима одна рекламация (жалоба на качество) литрового пакета на 1000 упако-

вок, тогда в каждой тысяче упаковок на внутренней поверхности может оказаться не более одного микроба

в предположении, что само молоко не содержит микробов. Для избежания дальнейших рисков и по

соображениям безопасности фактор редукции следует принять равным, по крайней мере, 10

по отношению

к пустым однолитровым упаковкам, содержащим в среднем 10 микробов (1...2 микроба на дм

, т.е. 6...12

микробов на 6 дм

, поскольку площадь поверхности объема в 1 л приблизительно равна 6 дм

). Для

достижения такой степени уничтожения микробов на высокоскоростных упаковочных машинах на полосы

картона (заготовки формы упаковки) набрызгивается 30% водный раствор перекиси водорода до

образования тонкой пленки. Эта пленка затем удаляется сжатым воздухом при 80°С. Для самого молока

устанавливается фактор редукции, по крайней мере, равный 10

, если исходным для переработки является

пастеризованное молоко, содержащее 10

микробов на литр. Для этого используется UHT-процесс: он

заключается в быстром (2...4 сек) нагреве молока до температуры 130...150°С.

Таким образом, в пищевом секторе упаковка имеет большое значение как щит:

1) против проникновения насекомых и паразитов,

2) против загрязнения микроорганизмами (постинфекции продуктов).

При необходимости стеклянные и металлические упаковки можно стерилизовать после заполнения

и закрывания, что также служит тестом на правильное запечатывание упаковок. Что касается пластиков, то

предпочтительнее предварительная стерилизация. Рассмотрим некоторые технические подробности, для

того чтобы получить представление о возможных вторичных эффектах.

Стерилизация пустых пластиковых упаковок, или вообще пластмасс, горячим воздухом, паром, γ-

излучением является эффективной, но может изменить цвет и прочность материалов [176].

В случае стерилизации сухим горячим воздухом наилучшее уничтожение микробов достигается при

следующих условиях: 160 мин при 160°С или 60 мин при 170°С или 30 мин при 180°С. Эти периоды

являются длительными потому, что теплоперенос в горячем воздухе медленный. Немногие пластмассы,

такие как нейлон 6 или тефлон, выдержат такую высокую температуру, а эти пластики не используются в

упаковочном секторе; большинство других деформируются или плавятся.

Стерилизация паром требует 20 мин при 120°С. В данном случае также полистирол и используемые

полиэфиры коробятся; полипропилен становится молочно-белым и т.д. Такие изменения цвета указывают на

структурную модификацию. Для стерилизации γ-лучами рекомендуемая доза составляет 25-10

рад; как

показано в таблице 6.3, при этом обычно происходит изменение цвета. Таблица 6.3 также указывает на

изменения предела прочности на разрыв в зависимости от дозы облучения. Обратите также внимание на то,

что облучение на более низких уровнях вызывает большее изменение прочности: это происходит потому,

что кислород из воздуха имеет достаточно времени при облучении для диффузии внутрь пластика и его

окисления. В случае поливинилхлорида быстро образуется НСl, вызывая некоторые вторичные реакции;

более того, поливинилхлорид склонен очень легко изменять окраску [113].

Изменение внешнего вида и предела прочности на разрыв после облучения пластмасс у γ -

лучами

Таблица 6.3

Полимер Визуальное

изменение после 1

стерилизации при

режимах А, В или С

Изменение предела прочности на разрыв,

А В С

Полистирол Не изменяется 91 118 59

Полипропилен Светло-жел-

тый/непрозрачный

92 93 78

Плексиглас Желто-коричневый

46 57 30

Нейлон 6 Светло-желтый 40 89 56

Нейлон 66 От желто-

коричневого до

бежевого

81 87 98

Полиэтилен-

терефталат

От светло-желтого

до коричневого

99 93 95

А — доза 25·10

рад при 1,6·10

рад/час; В — доза 25·10

рад при 4,0·10

Ид/час; С — доза 50·10

рад при

4,0·10

рад/час.

Стерилизация β-лучами (электронами) приносит меньше вреда пластиковым упаковкам, но глубина

их проникновения в пищу меньше. УФ-облучение также можно использовать, так как оно убивает микробы

благодаря образованию озона из кислорода воздуха. На практике, однако, имеющиеся источники излучения,

по-видимому, обладают «микробоубойной» мощностью, не достаточной, чтобы их можно было применить

при высоких скоростях упаковки. Химические вещества в виде газов, (например, окись этилена) или в

растворе (например, 30% раствор перекиси водорода в воде) вполне подходят.

Важной особенностью стерилизации окисью этилена является ее токcичность и воспламеняемость:

при работе с ней должны применяться cпециальные меры безопасности; более того, все остатки газа должны

быть тщательно удалены. Содержание окиси этилена в полимере поcле стерилизации изменяется от 100 ррm

в поликарбонатах до 50 000 ррm даже более в пластифицированном поливинилхлориде. Газ также может

вызвать образование токсичных веществ. Типичным примером являете возможная реакция с НСl,

образующимся из полвинилхлорида при нагревании в ходе формования или под действием света. При этом

образуете токсичный 2-хлорэтанол:

Окислительное действие перекиси водорода в меньшей степени ухудшает свойства пластмасс,

потому что обработка краткая и затрагивает только поверхность.

Таким образом, можно сделать заключение, что несколько стерилизаций (в случае возможного

повторного использования материалов) или использование комбинации методов стерилизации сопряжены, в

случае пластмасс, с многими непредсказуемыми вторичными эффектами, в основном, разрушительного или

токсичного свойства.

Поэтому представляется целесообразным избегать микробного заражения, используя, например,

чистые свободные от микробов упаковочные поверхности, а также строго контролируя гигиену персонала и

оборудования.

3. Безопасность упаковки в отношении миграции

а) Определения понятий

В литературе термин «миграция» относится к возможным обменам между упаковкой и ее

содержимым. Значение, обычно приписываемое этому термину, заключается в переносе вещества из

упаковки в упакованные пищевые продукты, т.е. в одностороннем переносе. Однако в большинстве случаев

явление миграции включает перенос вещества в обоих направлениях. Обычная ассоциация этого феномена с

упаковкой пищевых продуктов объясняется их значением для здоровья людей; явление миграции является

общим и относится также к упаковке фармацевтических препаратов, химических веществ, моющих средств,

косметических товаров и т.д.

Поскольку пластмассы используются для упаковки пищевых продуктов, для производства

материалов, предназначенных быть в контакте с пищей, для изготовления хирургических протезов,

синтетических кетгутов и сосудов, а также имплантируемых деталей, предназначенных для

контакта с

тканями тела, во многих публикациях уделено внимание возможной токсичности этих материалов,

обусловленной взаимодействиями (миграцией). Случайное заражение продуктов, вызванное открыванием

или использованием упаковок, иногда приписывают явлению миграции [23]; но фрагменты упаковки, такие

как волокна, кусочки фольги или осколки стекла, попадают в упакованный продукт под действием

механических сил. Возможность таких случаев должна, конечно, приниматься во внимание, но их не

следует считать миграцией. Перенос вещества, который мы здесь рассматриваем, является результатом

действия только физико-химических законов.

Компоненты, покидающие поверхность упаковки, называются мигрантами; различают глобальную

миграцию, являющуюся суммой (большей частью, неизвестной) переходов всех мигрантов, и

специфическую миграцию, или перенос специфического компонента, например, ионов металла или

пластификатора.

Для защиты общественного здоровья законодатели установили критерии, применимые ко всем

предметам, находящимся в контакте с пищей. Согласование законодательств разных стран ЕЭС началось с

Директивы 76/893. Ограничения касаются, в основном, глобальной миграции, которая не должна превышать

максимального значения 10 мг/дм

площади контакта или 60 мг на кг упакованного продукта. Это относится

ко всем компонентам, даже к тем, которые не являются токсичными и не оказывают, физиологического

действия. Концепция установления предела глобальной миграции преследует цель избежать необходимости

определять концентрации всех мигрантов — независимо от того, известны ли они и могут ли быть

идентифицированы.

Определение специфической миграции требует более точных длительных и дорогостоящих

исследований; наоборот, определение глобальной миграции дешевле, не дает, конечно, специфической

информации, но все же имеет значение, поскольку все ингредиенты упаковки перечислены в обязательных

перечнях с указанием максимально допустимого значения миграции. Определение глобальной миграции

служит индикатором: если вест дает слишком высокий результат, не исключена интоксикация, если рее

превышен предельный максимум, следует провести исследования специфической миграции.

Хотя миграция подробно научно изучается только в течение последних двадцати лет, само явление

было известно давно; например, деревянные бочки использовались для хранения и придания «вкуса» виски;

корковая пробка также придает специфический вкус вину и пиву. Также горестно, что стеклянные сосуды, в

которых хранились соленья (например, огурцы), долго сохраняют запах этих упакованных продуктов даже

после промывания водой: это указывает на возможную абсорбцию стеклянной поверхностью или обмен

компонентов между нею и содержимым. Пластиковые коробки, которые долго держали закрытыми, обычно

издают специфический запах, зависящий от веществ, диффундировавших через

поверхность.

b) Классификация упаковок

В зависимости от способа миграции, упаковочные материалы подразделяют на три класса:

Класс 1

Упаковка, не проявляющая феномена миграции. Эта идеальная ситуация возможна для различных типов

упаковки при условии, что температура и природа упакованного продукта должным образом согласованы

Идеальные условия нулевой миграции могут реализоваться для твердых (сухих) продуктов (мука, сахар,

кофе, соль, сушеные фрукты и овощи и т.д.), находящихся в контакте с инертными материалами (стекло,

жесть бумага) в безводной атмосфере. Некоторые пластики, такие как нейлон и, до известной степени,

полиэтилен и полиэфиры, эпокси-смолы (для покрытия банок) и пленки целлюлозы, можно включить в этот

класс при их использовании для упаковки твердых сухих продуктов, не содержащих масел. Идеальные

сочетания, исключающие миграцию, имеют большее отношение к теории, чем практике: например,

сахарный песок нельзя упаковать в стеклянную тару из-за ее хрупкости и веса; что касается возможностей

обмена, для этой цели одинаково подходят бумага и картон, если атмосфера сухая. Бумаги и картоны,

необработанные или улучшенного качества, не годятся для упаковки жидкостей или водосодержащих

продуктов. Аналогичным образом, незащищенные металлические банки нельзя использовать для кислотных

жидкостей (овощных или фруктовых соков) из-за способности металлов и их оксидов (поверхностные слои

на основе из алюминия) реагировать с кислотами. Для упаковки жидких продуктов (за исключением

щелочных реагентов) идеальным материалом с нулевой миграцией представляется стекло. В случае сильно

кислых растворов ионы некоторых металлов, таких как кальций и натрий, могут замещаться ионами

водорода; что касается кислых пищевых продуктов (рН < 4,5), этот обмен почти не имеет места и, более

того, он безвреден, так как ионы указанных металлов присутствуют в большинстве продуктов питания (см.

таблицу 2.3).

Пластмассовые пленки можно так же считать «идеальным» упаковочным материалом для

замороженных продуктов, если замораживание проводится быстро, и упаковка удаляется сразу после

размораживания.

Класс 2

Упаковка, порождающая «независимую» миграцию, т.е. не вызываемую упакованным продуктом.

Большинство термопластичных полимеров, используемых для упаковки, относятся к этому классу.

Мигрантами являются летучие компоненты, чаще всего это мономеры, — либо привнесенные из

реакционной смеси в процессе получения полимера, либо образовавшиеся при термическом распаде в

процессе формования [58, 60-63].

Миграция этих компонентов осуществляется путем диффузии. Молекулы мигрантов

диффундируют к поверхности пластика и испаряются в воздух. В силу их возможной токсичности

(например, винилхлорид, стирол) или возможных изменений органолептических свойств упакованных

продуктов эти миграции должны быть ограничены (см. таблицу 6.4).

Предельно допустимая миграция некоторых мономеров в пищевые продукты (Королевские Указы от

25.08.1976 и 25.04.1980)

Таблица 6.4

Мономер (агрегатное

состояние)

Соответствую

щий полимер

Максимальная

миграция, мг/кг

продукта или мг/6

дм

поверхности

упаковки

Максимальна

концентрация

мономера в

пластинке, %

масс.

Акрилонитрил (ж) ПА 0,3 —

Этилакрилат(ж) ПЭА 2 —

Метилакрилат (ж) ПМА 2 —

Метилметакрилат (ж) ПММА* 30 —

Этилен (газ) ПЭ 60 0,1

Пропилен (газ) ПП 60 0,1

Стирол (ж) ПС 60 0,1

Терефталевая кислота (ж) ПЭТФ 30 —

Этиленгликоль(ж) ПЭТФ 0,5 —

Винилацетат (ж) ПВА 60 0,1

Винилхлорид (газ) ПВХ 0,01 (l0ppb) 10

-4

(1 ррт)

Винилиденхлорид (ж) ПВдХ 60 0,1

*Плексиглас

Бутылка из полвинилхлорида, используемая для упаковки минеральной воды или масел, весит в

среднем 35 г; предположим, что концентрация мономера достигает максимального значения (1 ррm), тогда в

упаковке содержится 35 мкг винилхлорида. В работах [58, 61-63] доказано, что не весь мономер переходит в

упакованный продукт, часть его удерживается в матрице полимера силами физической (ван-дер-ваальсовой)

адсорбции. Более того, и часть продиффундировавшего мономера распределяется между двумя фазами:

газовой внутри упаковки, из которой: он исчезает при открывании бутылки, и жидкой, в которой он

находится в растворенном состоянии. В литературе отсутствуют точные данные о различии отравляющего

действия винилхлорида при его попадании в организм человека перорально или при вдыхании; если

предположить, что оба эффекта одинаковы, то потенциальные дозы, воспринимаемые потребителем, можно

оценить следующим образом: в течение 3 месяцев примерно 20% общего количества мономера может

перейти в упакованный продукт, т.е. приблизительно 7 мкг: это количество ниже разрешенного предельного

значения. Спустя год хранения, оно возрастает до 40% или 14 мкг [98, 171]. Следовательно, в

экстремальных случаях предел миграции, по-видимому, может быть достигнут. Если минеральная вода или

масла могут храниться в своих упаковках в течение более трех месяцев следует уменьшить емкость

упаковок, чтобы сократить время хранения! Тем не менее, емкость большинства бутылок из

полвинилхлорида превышает 1 л (например, 1,5 л), оправданием чему служит представление о том, что

глобальная миграция тем меньше, чем больше объем упаковки. Количество винилхлорида, ежегодно

попадающего в организм потребителя, выпивающего один литр воды, упакованной в бутылки из ПВХ, дос-

тигает максимум 10 мкг-365 = 3,65 мг. Эта доза примерно в 10 000 раз ниже допустимой годовой дозы 500

мг-70 = 35 г (вес тела 70 кг).

Риск летального исхода, связанный с попаданием в организм потребителя винилхлорида, считается

ничтожно малым, а именно — примерно 3·10

-13

(см. таблицу 6.5). Аналогичный подход применяется и в

случае других мономеров, таких как этилен, стирол и т.д. Их спонтанная миграция в пищевые продукты

пренебрежимо мала во всех случаях [83, 124].

Самопроизвольная миграция жидких или твердых компонентов из упаковки еще ниже, чем летучих

веществ, так что ею можно пренебречь.

Класс 3

Упаковка, в которой происходит «зависимая» миграция, индуцированная содержимым упаковки.

Такие явления обмена имеют место в случае большинства упакованных товаров: как уже было показано при

описании материалов класса 1, «зависимая» миграция определяется контактом с жидкой средой и, в

меньшей степени, температурой. Феномен зависит от физико-химических свойств обоих контактирующих

элементов — от типа упаковки и природы упакованного продукта.

Сравнение рисков летального исхода [171]

Таблица 6.5

Риск за

человеческую

жизнь

Риск за год

Профессиональные риски:

Горняки (силикоз)

(несчастные случаи)

2,5·10

-1

8,0·10

-2

3,0·10

-3

Пилоты (несчастные случаи) 6,0·10

-3

2,0·10

-4

Пожарные 3,0·10

-2

-3

Сталевары 5,0·10

-3

6,0·10

-4

Рабочие ПВХ-фабрик (контакт с

0,5 ррm мономеров в воздухе)

-5

4,0·10

-6

Общие риски

Курение — 5,0·10

-3

Ионизирующее облучение — 3,0·10

-6

Молния — 4,0·10

-6

Метеориты — 3,0·10

-9

Винилхлорид — 3,0·10

-13

В щелочной или кислой среде стекло может обменивать ионы натрия или кальция; в случае изделий

из стекла, содержащего свинец (хрусталь или некоторые виды цветной глазури на керамике), ионы свинца

или кадмия могут обмениваться с ионами кислорода из водной среды. Для стеклянных изделий допустимые

значения миграции свинца и кадмия составляют 1 мг/дм

(5 ррm) и 0,1 мг/дм

(0,5 ррm), соответственно. Для

керамической упаковки разрешены следующие значения миграции: свинец — 2,5±0,25 мг/л (т.е. примерно

2,5/6 = 0,4 мг/дм

); кадмий — 0,25±0,025 мг/л (т.е. 0,04 мг/дм

). При контакте с водой (рН = 7) и маслами

стекло ведет себя как нейтральный материал (миграция = 0). Жесть и алюминий при контакте с кислотными

или щелочными водными средами подвергаются коррозии, в результате которой ионы металла переходят в

раствор. Кроме того, в зависимости от металла пищевые продукты могут стать токсичными при

отбеливании (например, овощных соков [122]) и вызываемыми ими изменениями органолептических

свойств. Данные по предельной миграции и требования, предъявляемые к чистоте жести, используемой для

изготовления банок, приведены в таблице 6.6.

Требования к чистоте жести, используемой в производстве банок, и максимально допустимые

значения миграции ионов металлов в пищевые продукты: 1 — Королевский Указ от 04.04.1974, 2 —