Новая упаковка продуктов питания: химия полимеров, микробиология, сенсорика, электроника и IT

Привет, я Наталья, занимаюсь технологическим развитием агропромышленного комплекса в Россельхозбанке, в прошлой статье я рассказывала про программируемые удобрения. В этой статье хочу поделиться тем, как упаковка, которую мы считаем мусором и выбрасываем, едва донося покупки до кухни, превратилась в технологичный продукт с активными химическими компонентами, сенсорами и «умными» индикаторами. 

Мы в Россельхозбанке давно интересуемся упаковкой. Предлагаем вместе с нами погрузиться в мир упаковки.

В чём проблема?

Проблема упаковки вечна. С маркетологами всё понятно, они хотят, чтобы упаковка в первую очередь продавала. Но главная её задача — сохранить свежесть продукта и продлить срок годности, это особенно важно для молочки, мяса, рыбы, готовых блюд. 

С другой стороны, потребителям должно быть удобно использовать продукт в конкретной упаковке, и это меняется в зависимости от формата потребления, которое неизбежно отражает социальные тренды. Например, стандартная упаковка любого продукта рассчитана на семейное потребление, тем временем доля одиночных домохозяйств растёт по всему миру. В России, по данным Росстата, одиночные домохозяйства уже занимают около 42%. «Одиночки» часто не успевают доесть скоропортящиеся продукты, а продуктов в небольших форматах для них часто нет.

Растёт рынок готовой еды и полуфабрикатов из-за ускорения ритма жизни в городах и смещения потребления в сторону готовки за 15 минут вместо долгой готовки с нуля. Это значит, что меняется и упаковка, часто превращаясь в часть процесса приготовления будущей еды.

Почему упаковка становится технологичной? Глобальный тренд на натуральные продукты привёл к тому, что потребители хотят «чистый состав» в продуктах, без консервантов и стабилизаторов. Единственный способ дать долгий срок годности без химии в продукте — перенести технологию из содержимого в саму упаковку. Отсюда и взрыв интереса к технологичной упаковке.

Сегодня получили распространение многослойные упаковки, включающие в себя барьерный слой против кислорода (EVOH, PVDC, металлизация), влагобарьер, слой, обеспечивающий свариваемость разных слоев между собой, основа, слой с антимикробными добавками, иногда — печатный слой и защитное покрытие. Число слоёв в промышленной упаковке для мяса или сыра может доходить до 9–11, а толщина каждого — до нескольких микрон.

Какой бывает современная упаковка? Упаковка бывает пассивной (классика: не пропускает воду, кислород, свет) и активной - когда материал сам взаимодействует с продуктом или атмосферой внутри, например поглощает кислород, выделяет CO₂, отдаёт антимикробные вещества. Пример из практики: активные упаковки-рецепторы для сыра, которые управляют процессом созревания. Такая упаковка позволяет контролировать газообмен между сыром и внешней средой — пропускает углекислый газ, который выделяется при созревании, и регулирует поступление кислорода. Это ускоряет естественные биохимические процессы в сыре. Сыр в момент фасовки один, через две недели в такой упаковке другой, более выдержанный по вкусу. 

Об умной и биоразлагаемой упаковке расскажу в отдельных главах.

Умная упаковка

Умная упаковка, как правило, содержит индикаторы, которые информируют потребителя о состоянии продукта. Например, TTI-индикаторы (Time-Temperature Indicators) необратимо меняют цвет, если холодовая цепь была нарушена. Если замороженная рыба хоть раз оказалась в температуре выше, -5° C, метка это покажет, и повторно заморозить её скрыто уже не получится. Другие индикаторы на продуктах говорят о свежести продукта и реагируют на аммиак от порчи белковых продуктов, меняя цвет. Индикаторы могут показывать и утечку газа, если внутри упаковки специальная модифицированная газовая среда и важно сигнализировать о разгерметизации упаковки.

Схема простая: небольшой участок (обычно кружок или полоска) содержит реагент, чувствительный к температуре, продуктам жизнедеятельности микроорганизмов или газовому составу. Когда концентрация «маркеров порчи» превышает пороговое значение, реагент меняет цвет.

На примере молока это выглядит так: пока продукт свежий — индикатор одного цвета. Как только начинается активный рост микрофлоры и появляются характерные метаболиты, индикатор темнеет или меняется на «стоп-цвет». Для мясных изделий это реакция на аммиак и биогенные амины, для рыбы на те же метаболиты + триметиламин.

Другие представители умной упаковки — поглотители этилена для фруктов и овощей. Этилен — это гормон созревания. Яблоки, груши, бананы, авокадо активно его выделяют и сами же от него быстрее дозревают и портятся. Компании делают упаковочные вкладыши и плёнки с сорбентами этилена. Так срок хранения свежих фруктов увеличивается на 30–50%.

Абсорбирующие подложки для мяса и рыбы — это не декоративный коврик, а впитывающая прокладка, обычно двухслойная: перфорированный пластик сверху + суперабсорбент внутри. Задача коврика — забрать свободную влагу: мясной сок, конденсат, тающий лёд. 

Отдельная популярная категория — саше или встроенные в плёнку составы, связывающие остаточный кислород внутри упаковки. Поглотители кислорода работают обычно на основе окисления железа. Стандарт для выпечки, вяленого мяса, сушёной рыбы, орехов.

Поглотители влаги (силикагель, оксид кальция, глины) используются для снеков, сухих смесей, кофе — там, где влага сама по себе портит продукт.

Поговорим о возможностях хранения продуктов, которые находятся на стыке обработки и упаковки. Например, обработка озоном уничтожает бактерии, плесени и вирусы на поверхности продукта. Применяется для обработки овощей и фруктов, поверхностей мяса и рыбы, дезинфекции камер хранения. Озон быстро распадается до обычного кислорода и не оставляет следов.

УФ-обработка с ультрафиолетом диапазона UV-C (200-280 нм) разрушает ДНК микроорганизмов. Для жидких продуктов, в частности молока и молочной продукции, применяется как этап щадящей пастеризации перед основной термообработкой или вместо неё в мягких режимах. 

Ионизирующее облучение (гамма-излучение или ускоренные электроны) убивают микроорганизмы, паразитов и насекомых внутри продукта, не нагревая его. В США, Индия, ЮАР, Бразилим массово применяется для специй, сухофруктов, некоторых видов мяса. В ЕС и России применение этого способа обработки пищевых продуктов имеет регуляторные ограничения, несмотря на то, что эффект колоссальный: срок хранения может расти в разы.

Биоразлагаемая и съедобная упаковка

Это PLA (полилактид), PHA (полигидроксиалканоат), крахмальные плёнки, покрытия на основе хитозана, казеина, альгинатов. Отдельное направление — плёнки, которые можно съесть вместе с продуктом, и упаковка на основе грибного мицелия, водорослей, сахарного тростника. Пока это премиум-сегмент, но объёмы растут.

Почему биоразлагаемая упаковка становится популярной? Первая причина — потребитель. В Западной Европе, Скандинавии, Японии сформировался значимый сегмент потребителей, готовых платить больше за биоразлагаемую упаковку. Это чистая рыночная механика: премиум-цена за экологический атрибут.

Вторая причина — государство. В некоторых странах работают запретительные меры на определённые виды пластика, стимулирующие меры для производителей биоразлагаемых материалов, системы штрафов за использование неразлагающейся упаковки в определённых категориях (одноразовая посуда, пакеты, часть пищевой упаковки). 

Важный экономический факт: биоразлагаемая упаковка сегодня, как правило, дороже обычной, а иногда и сильно дороже. Это следствие меньших объёмов производства, более сложных технологий. 

Настоящая биоразлагаемость — это разложение до воды, CO₂ и биомассы за разумный срок в обычных условиях. Производители исследуют, как удешевить сырьё, как получить из биологического сырья пластик с приемлемыми свойствами. Это до сих пор сложная задача, ведь биопластик часто уступает обычному по прочности, влагостойкости, барьеру к кислороду.

Биоразлагаемая упаковка совершенно точно перспективна. Движение в эту сторону началось. Вероятно, первыми биоразлагаемыми станут одноразовая посуда и приборы, упаковка коротких сроков хранения (готовые блюда на 1–3 дня, свежая выпечка), вторичная упаковка (обёртки, прокладки, амортизаторы). Сложнее всего будет с упаковкой длительного хранения и с высокими барьерными требованиями. Здесь биополимеры пока не дотягивают. Но кто знает, куда наука шагнет завтра?

Упаковка в России и мире

После 2022 года часть западных вендоров ушла или ограничила поставки упаковки в Россию, локализация производства многослойных плёнок и оборудования усилилась. Антимикробные добавки отечественной разработки востребованы на рынке, развиваются проекты по биоразлагаемой упаковке. 

Российский рынок упаковки — это около 1,2 трлн рублей, и он в целом технологически не сильно отстаёт от мировых трендов. Есть и барьерные плёнки, и MAP, и дой-пак, и асептическая упаковка. Крупные игроки в мясопереработке, молочке, готовой еде, всё это уже делают. Тем не менее есть отставание в интеллектуальной упаковке (TTI, индикаторы свежести). Массово в рознице их пока нет, хотя пилоты у ритейлеров и производителей есть.

Мировой рынок пищевой упаковки — это $400 млрд, каждый год рынок  растёт на 4-5% в год. Сегмент активной и умной упаковки растёт заметно быстрее рынка: 7-8% в год.

Основные драйверы роста — осознанное потребление, для роста рынка биоразлагаемой упаковки важное значение имеет давление регуляторов на одноразовый пластик: ЕС принял директиву SUP (Single-Use Plastics) и packaging and packaging waste regulation: к 2030 году вся упаковка на рынке ЕС должна быть перерабатываемой или пригодной к повторному использованию. 

Что может сработать в России?

Решением могут стать налоговые льготы для компаний, которые либо производят умную и биоразлагаемую упаковку, либо используют её в своих продуктах. Также способствовать развитию технологичной упаковки могут субсидии. Получать их могли бы как производитель упаковки, так и её потребитель, например, пищевая компания, которая покупает такую упаковку для своего продукта.

Кроме того, возможно регулировать использование упаковки за счет точечных прямых запретов на конкретные применения, где вред от классического пластика считается максимальным, например, запрет на пластиковые пакеты в супермаркетах с сохранением только бумажных. Ни одна страна не запрещает всю упаковку целиком, это нереалистично; но точечные запреты работают вполне эффективно.

Маркетологи научили нас, что упаковка — это часть продукта, но теперь упаковка это еще и часть данных о продукте. «Новая упаковка» разрабатывается на стыке химии полимеров, микробиологии, сенсорики, электроники и IT-инфраструктуры. 

Что мы получим в результате? Меньше выброшенной еды и меньше пластика на свалке. Если представить, что на полке магазина лежат две функционально идентичные упаковки с одинаковым барьером, прочностью, сроком хранения и ценой, то никаких рациональных причин выбрать небиоразлагаемую в этой ситуации просто не остаётся. Экологический атрибут работает как бонус и решает в свою пользу. По разным исследованиям потребительского поведения, доля людей, готовых доплачивать за экологическую упаковку составляет почти 30% , а в России - всего 5%. А доля тех, кто выберет более экологичный вариант при равной цене — уже около 70% как в Европе, так и у нас.

В Венчурной студии Россельхозбанка мы поддерживаем стартапы, которые занимаются упаковкой и технологиями по увеличению хранения продуктов. Например, при нашем участии российский стартап NanoScience выходит на рынок Нигерии. NanoScience специализируется на разработке решений для продления срока хранения продуктов питания, включая активную упаковку, ингибиторы этилена и технологии обработки фруктов и овощей. По итогам переговоров в конце прошлого года NanoScience передала партнеру, который занимается экспортом манго и других тропических фруктов, первые образцы своей продукции NanoPack — антибактериальных пакетов с добавлением оксида цинка и избирательной газовой проницаемостью.

Современная упаковка в России — это, безусловно, будущее. Оно наступит не революционно, а постепенно — через постепенное снижение себестоимости, через смену поколений потребителей и через меры государственной поддержки.