Výrobce, který chce dodat na trh nový kvalitní výrobek určený pro mikrovlnný ohřev tak, aby měl šanci na úspěch, musí podstoupit jeho poměrně nákladný vývoj. Klíčový význam při návrhu těchto potravinářských výrobků je přisuzován vhodné konstrukci obalu. Snad u žádné jiné kategorie potravin není totiž možné způsobem balení tak zásadním způsobem ovlivňovat užitné vlastnosti produktu.
V potravinách je schopnost mikrovlnného ohřevu podmíněna především obsahem vody, účinky vlnění jsou zesilovány zvýšenou koncentrací iontů (tj. solí), ale i obsahem olejů a tuků. Podobně i u obalových materiálů je jejich chování v mikrovlnném poli ovlivněno přítomností elektricky nabitých částic a polaritou molekul.
Mikrovlny požadují…
Za tři základní funkce obalu považujeme ochranu výrobku před znehodnocením ve sféře oběhu, vytvoření racionální manipulační jednotky a zprostředkování vizuální komunikace mezi výrobkem a zákazníkem. Každý tradiční obal musí dále splňovat řadu požadavků daných technologickými podmínkami ve výrobě, hygienickými aspekty atd. Na obaly potravin určených pro mikrovlnný ohřev jsou kladeny další specifické požadavky:
a) maximální omezení možnosti vzniku elektrického výboje mezi jednotlivými obaly, částmi obalů, popř. mezi obalem a vlastní stěnou mikrovlnného zařízení,
b) schopnost přiměřeného uvolňování vnitřního přetlaku vodní páry vznikající během ohřevu tak, aby nedošlo k poškození obalu,
c) schopnost přispívat k rovnoměrnému záhřevu balené potraviny,
d) odolnost vůči působení mikrovlnného záření jak z hlediska případného uvolňování složek obalu do potraviny, tak z ohledu dostatečné tepelné a mechanické stability za podmínek, při kterých se potravina zahřívá.
Materiály závisejí na funkci
Volba materiálu pro výrobu obalů potravin určených pro mikrovlnný ohřev je zásadně závislá na funkci, kterou od něho očekáváme. Rozšířené je používání obalů z plastů, papíru a jejich vzájemných kombinací, dále pak obaly z hliníku a skla.
Pokud jde o papír, je třeba si uvědomit, že vždy obsahuje jistý podíl vody stejně jako pohyblivé ionty. Proto se účinkem mikrovln zahřívá. Obecně je vzrůst teploty papírových obalů pomalý a pro většinu systémů zanedbatelný. Větší vrstva papírových materiálů, např. ubrousků, se však může uvnitř ohřát tak, že dojde až k zuhelnatění. Dosti rozšířené je balení potravin určených pro mikrovlnný ohřev do papírových obalů vrstvených plasty. Vlastnosti těchto obalů jsou pak závislé zejména na typu polymerní vrstvy.
Použitelnost plastů je pro jednotlivé aplikace podmíněna jejich přiměřenou tepelnou stabilitou. Obecně platí, že potravina v mikrovlnné troubě nemůže být zahřátá na teplotu přesahující 100 oC, pokud se z ní nevypaří veškerá voda. Pak může její teplota stoupat a přesáhnout teplotu změknutí většiny použitelných plastů. Tepelně nejodolnější jsou obaly z termosetů, výhodné jsou polyestery (polyetylentereftalát, polykarbonáty atd.) nebo polypropylen, tj. materiály, které se používají pro balení výrobků, jež se mohou ohřívat jak v konvenčních, tak mikrovlnných zařízeních.
Zvláštní kapitolu zaujímají obaly kovové, které byly dlouho vydávány za nevhodné pro použití v mikrovlnných troubách (značná část spotřebitelů je za takové považuje dosud), a to ze dvou důvodů:
a) v mikrovlnném poli se na izolovaných vodivých plochách indukuje značné napětí, které může být příčinou elektrického výboje mezi obalem a vlastním zařízením, popř. mezi jednotlivými obaly či jejich navzájem izolovanými částmi,
b) kovovou plochou odražené vlnění se může vracet do magnetronu (zdroj mikrovln) a zahřívat ho.
V obou případech může dojít až k poškození mikrovlnného zařízení. Při úvahách o použitelnosti kovových obalů si musíme uvědomit, že celý aktivní prostor mikrovlnného sporáku je ohraničen kovovými stěnami. Je proto zřejmé, a praktické zkušenosti to potvrzují, že problémy se vznikem elektrického výboje lze úspěšně vyřešit vhodnou konstrukcí obalu a dodržováním jistých zásad při umísťování zahřívané potraviny do zařízení. Nesnáze s možným poškozením magnetronu se pak řeší vhodnou konstrukcí mikrovlnné trouby.
Pro mikrovlnný ohřev potravin se v praxi využívají i skleněné obaly. Vzhledem k charakteru mikrovlnného ohřevu se preferují především nízké tvary sklenic se širokým hrdlem umožňující rovnoměrnější ohřev oproti nádobám štíhlým. V Japonsku byly vyvinuty i vysoce nepropustné plastové fólie potažené vrstvou vakuově nanášeného oxidu křemičitého, jejichž cena je však dosud vysoká.
Obaly potravin určených pro mikrovlnný ohřev musí vyhovovat i hygienickým předpisům. Doposud pro tyto obaly nebyly formulovány žádné specifické požadavky, a proto se vychází z předpokladu, že všechny obalové materiály dosud povolené pro kontakt s danou potravinou při teplotách dosahovaných v mikrovlnném zařízení mohou být pro mikrovlnný ohřev používány. Vždy je však třeba individuálně zvážit, zda podmínky při mikrovlnném ohřevu (typ potraviny, teplota, tloušťka obalové fólie atd.) odpovídají danému předpisu.
U obalů potravin určených pro mikrovlnný ohřev musí výrobce zabezpečit spotřebiteli více informací, než bývá běžné. Kromě zřetelného označení, že jde o výrobek vhodný pro tento druh ohřevu, bývají vyžadovány i další údaje, např.:
- doba ohřevu v závislosti na nastaveném výkonu,
- způsob úpravy obalu před vložením do mikrovlnné trouby,
- popis, jak rozpoznat, že pokrm byl skutečně přiměřeně tepelně opracován.
Existují firmy specializované na návrh konstrukce obalů potravin pro mikrovlnný ohřev. Je nabízen i počítačový software, s jehož pomocí může výrobce získat představu o optimálním uspořádání obalu pro daný typ pokrmu.
Pasivní, či aktivní obal?
Z hlediska použití při mikrovlnném ohřevu lze obalové materiály rozdělit do tří skupin:
a) pro mikrovlny transparentní,
b) mikrovlny absorbující,
c) mikrovlny odrážející.
Podle vlastní funkce obalu jako celku rozlišujeme obaly pasivní a aktivní, přičemž pasivní balení využívá především materiály z prvé skupiny, aktivní obaly pak především materiály mikrovlnné pole absorbující a odrážející.
Pasivní obaly v podstatě neovlivňují účinek mikrovlnného pole. Používají se zejména pro tekuté potraviny, zeleninu, hotové pokrmy atd., kdy cílem je pokrm pouze ohřát, popř. uvařit. Typické pro ně je využití materiálů transparentních pro mikrovlnné záření, které se absorbuje pouze balenou potravinou a přímo ji zahřívá. Uzávěry těchto obalů mohou zvyšovat účinnost záhřevu zachycením vyvíjené vodní páry a transformací jejího tepla, které by jinak uniklo nevyužito. Pokud je v ohřívané potravině přítomna voda v kapalném stavu, nepřekročí teplota pokrmu 100 oC. Je však třeba důsledně zamezit lokálnímu vysoušení pokrmu v rozích obalu, případně v tenkých vrstvách v blízkosti uzávěru. Jakmile se totiž odpaří poslední podíl vody, teplota suchého zbytku stoupá a může dojít až k jeho zuhelnatění či roztavení plastového obalu. Podobně je třeba zamezit místnímu přehřátí způsobenému kumulací účinků mikrovlnného pole. V každém případě by obalové materiály uvažované pro danou aplikaci měly být hodnoceny zejména z hlediska tepelné resistence.
Pro mikrovlny transparentní materiály používané v obalové technice zahrnují především všechny běžné polymery (tj. zejména polyetylen, polypropylen, polyester, kopolymery styrenu s fenylenoxidem atd.), papír, sklo a keramiku, popř. hliníkovou fólii.
Konstrukci obalů potravin určených pro mikrovlnný ohřev určuje také předchozí zpracování ve výrobě. Opomineme-li potraviny s krátkou skladovatelností určené výhradně pro ohřev v mikrovlnné troubě (objem jejich produkce tvoří ve vyspělých zemích kolem 10 % z výroby potravin, které lze v domácnostech připravovat mikrovlnami), pak stěžejní část nabídky tvoří mražené nebo sterilované pokrmy, které si spotřebitel může upravit jak v konvenčním, tak mikrovlnném zařízení.
Většina zmrazovaných pokrmů je doposud stále nabízena na polymerních miskách v papírových krabičkách. Hlavním požadavkem je, aby potravinu bylo možné ohřívat přímo na táccích, a to jak konvenčním, tak mikrovlnným způsobem. Většina výrobců používá misky na bázi krystalického polyetylentereftalátu (CPET) vyrobené injekčním vstřikováním nebo tepelným tvarováním, v různých barvách a tvarech tak, aby na nich mohlo být jídlo přímo servírováno, nebo misek polypropylenových. Termosetový polyester je dalším materiálem používaným zejména pro balení cenově dražších mrazených potravin, kdy spotřebitele přitahuje především vynikající vzhled obalu připomínající nádoby z porcelánu.
Jinou možností mohou být obaly vyráběné na bázi kopolymeru styrénu a fenylenoxidu. Samotný polystyren je nevhodný pro balení potravin určených pro mikrovlnný ohřev vzhledem ke ztrátě tvarové stálosti při asi 90 oC. Přídavek fenylenoxidu významně zvýší tepelnou odolnost. Rozšíření obalů tohoto typu by mohla přispět i příznivá cena.
Levným, a proto rozšířeným obalovým materiálem je i papír s nánosem polypropylenu. Misky z tohoto matriálu se obvykle uzavírají přivařovanými víčky stejného materiálu nebo polypropylenovými fóliemi. Používají se i tácky z papíru potahovaného polyetylentereftalátem odolávající teplotám 220 oC po 35 minut. Jejich cena bývá nižší v porovnání se stejnými miskami pouze na bázi polyesteru.
Dalším typem potravin určených pro mikrovlnný ohřev jsou pokrmy sterilované. Vzhledem k jejich převážně nekyselému charakteru to znamená, že potravina musí být sterilována v obalu (u kusových, nekyselých potravin je sterilace mimo obal problematická) při teplotách 121 oC po více než 30 minut. Obalový materiál musí být tedy kromě vhodnosti pro mikrovlnný ohřev schopný vydržet tepelnou sterilaci a musí být maximálně nepropustný pro kyslík a vlhkost vzhledem k dlouhodobé skladovatelnosti výrobku při normální teplotě. Materiály splňující tyto požadavky jsou tvořeny převážně mnohavrstevnými fóliemi kombinujícími polypropylen a etylenvinylalkohol (EVOH) nebo polyvinylidenchlorid (PVdC). V poslední době se pro tyto účely používají i speciální skleněné obaly, popř. misky hliníkové.
Susceptory i stínicí prvky
Za aktivní obaly považujeme ty, které nějakým způsobem ovlivňují vlastní průběh ohřevu v mikrovlnné troubě nebo spotřebiteli umožňují jeho kontrolu. Nejrozšířenějším aktivním prvkem při balení potravin jsou tzv. susceptory, komerčně využívané od roku 1975. Mikrovlnný ohřev totiž neumožňuje vytvoření křehké, zhnědlé kůrky a aromatu typického pro pečené potraviny. Důvodem je rovnoměrný ohřev v celém objemu pokrmu. Tyto nevýhody se již dříve řešily pomocí speciálního nádobí pro mikrovlnné sporáky, tzv. Crispers nebo Browners. V principu tyto nádoby absorbují určitou část mikrovlnné energie, tím se ohřejí a vedením tepla zvyšují teplotu přilehlého povrchu potraviny, zatímco procházející část záření ohřívá typickým způsobem pokrm v celém objemu.
Podobně pracují i susceptory. Ponejvíce jsou tvořeny polyesterovou fólií s vakuově nanesenou vrstvou kovového pigmentu (někdy i více vrstvami) laminovanou na papíře či papírovém kartonu. Nejrozšířenější jsou susceptory na bázi hliníku. Rozhodující pro konstrukci susceptoru je množství naneseného kovového pigmentu, které se obvykle udává optickou hustotou. Při použití hliníku mají běžně používané pokovené fólie optickou hustotu od 0,18 do 0,30. Vyšší hustoty (nad 0,35) zapříčiňují tvorbu elektrického oblouku, menší (pod 0,12) jsou neúčinné.
Přestože činnost susceptoru lze poměrně přesně předvídat, podstata jeho ohřevu není dosud zcela objasněna. Jedna z teorií předpokládá, že zvýšení teploty susceptoru je výsledkem několika procesů včetně mechanického rozrušení hliníkového povlaku, tavení struktury podpůrného polyesteru a oxidace hliníku na oxid hlinitý transparentní pro mikrovlny.
Vrstva hliníkového pigmentu se může časem poškodit, je citlivá zejména na vlhkost. Také ji mohou pochopitelně narušit některé složky potravin. Každé poškození má pak za následek ztrátu funkce susceptoru. Proto je susceptor konstruován tak, že hliníková vrstva je odvrácena od vlastního obsahu obalu, vnitřní stěnu tvoří obvykle polyester. Tím se jednak chrání vrstva kovu před poškozením a jednak se zabraňuje kontaminaci potraviny hliníkem. Pokovená fólie susceptoru bývá většinou nanesena na papírový podklad, který zajišťuje rozměrovou stabilitu během ohřevu.
Již několik let se vyvíjí další generace susceptorů, jejichž podstatou mají být jiné kovy, např. nikl, kobalt, železo atd. Jejich předností je přeměna i magnetické složky záření na teplo, jejich nanášení na fólii je však mnohem nákladnější v porovnání s hliníkem. Kombinací kovů nebo různým množstvím pigmentu naneseného v susceptoru bude možné ovlivňovat ohřev jednotlivých komponent několikasložkového jídla zahřívaného naráz v obalu. Nové uspořádání susceptorů by mělo umožnit dosažení vyšších teplot (450 – 500 oC) při možnosti ovládat rychlost vývoje tepla v mnohem širším rozmezí (10 – 180 J.m-1.min-1).
Mezi aktivní složky obalů pro mikrovlnný ohřev potravin patří i různé stínicí, odrážecí prvky. Jsou to kovové vrstvy dostatečně silné. V mikrovlnném poli se proto nezahřívají, ale odrážejí mikrovlny podobně jako stěny sporáku. V krytém místě potom do potraviny neproniká žádné záření. Stínicí prvky umožňují chránit některé části potraviny před účinkem mikrovlnného pole, jakož i ovlivňovat směr pronikání záření do pokrmu. Stínicí prvky mohou být tvořeny kovovou fólií, popř. laminovanou na nosič, nebo jakoukoli kovovou plochou (např. hliníkovou miskou) a používají se zejména pro optimalizaci ohřevu několikasložkových pokrmů.
Do aktivních složek obalů pro mikrovlnný ohřev můžeme zařadit i některé další prvky. Patří sem například indikátory přiměřenosti ohřevu. Jejich význam je dán růzností podmínek, za kterých byla daná potravina vyrobena a skladována, a rozdíly ve výkonech zařízení, na kterých může být ohřívána. Indikátory informují konzumenta o tom, že pokrm již byl náležitě zahřát. Potravina se jednoduše ohřívá tak dlouho, dokud značka na obalu nezmění barvu. Principy podobných tepelných indikátorů mohou být různé, vždy se však ve formě pásky nebo nátěru nanášejí automaticky na balicí lince na víčko či boční stěny obalů.
Konstrukce obalů pro mikrovlnný ohřev potravin je rozmanitá a neustále se rozvíjí. Zavádějí se obaly se samočinným odvětráváním vyvíjené páry. Víčko obsahuje malý pásek materiálu citlivého na tlak nebo je na něm umístěn malý susceptor. Teplo v něm vyvíjené zeslabuje fólii, až při určitém tlaku páry praskne podobně jako v prvém případě. Vyrábějí se i zvukové indikátory tvořené malou píšťalkou zabudovanou do víčka atd.
Balení potravin určených pro mikrovlnný ohřev představuje nesporně velice zajímavou oblast potravinářské techniky.
Jaroslav Dobiáš,
VŠCHT Praha
