Психофизика упаковки

Как известно, товары покупают не только из-за их потреби­тельских качеств, но также из-за воздействия их на органы чувств. В последние десятилетия все большее значение при­обретает количественный подход. Эстетический дизайн остается более или менее субъективным, но органолептические свойства, взятые отдельно, все в большей степени измеряют и коли­чественно оценивают. Новая наука психофизика имеет дело с соотношением между физиологическим и сенсорным восприятием, с одной стороны, и соответствующими физическими характери­стиками, с другой.

Очевидно, что должно быть соотношение между стимулом и получаемым эффектом: более мощный свет воспринимается ярче; чем больше энергии несет звуковая волна, тем громче звук; чем больше концентрация пахучих веществ, тем сильнее запах. Существует много определений для этого простого утверждения, и количественные отношения далеко не просты. Корреляция со­бытий происходит (схематически) следующим образом: воздействие энергии — > стимул (не обязательно специфичес­кий) — » воздействие на орган чувств (глаз, ухо, нос) — * — * нервный импульс (определенного вида) — > мозговая клетка определенного вида — > распознавание мозгом.

Основной закон психофизики, который описывает это соот­ношение:

F= kIm

где Р— интенсивность получаемого сенсорного воздействия (определение см. ниже); /-количественный стимул (физический, химический, электрический); Ь-константа специфичности стимула (например, специфический химический, конкретная длина волны света); я- константа типа стимула (например, вкус, запах, цвет).

Самое высокое значение n = 3,5 относится к электрическому удару (возможно, это защитный механизм). Для чувств, опи­санных в этой «главе, типичными значениями n являются сле­дующие.

Зрение. Очень разные, зависят от специфических сти­мулов. Для яркости, например, n = 0,3 + 0,5, в то время как для освещенности и» 1,2 (отражение от серой бумаги). Суще­ствуют также большие различия между типами красителей (осо­бенно между пигментами и красками).

Слух.   Для громкости n = 0,5 + 0,6.

Осязание. Значение n колеблется в зависимости от стимула. Для ощущения твердости n приблизительно=0,8, для шероховатости n приблизительно=1,5, для вибрации n = 0,6+ 1,0 в зависимости от часто­ты. Для статического давления на кожу n достигает 1,1.

Вкус. Значение n сильно зависит от стимула: для са­харина n = 0,8, для сахарозы и соли и = 1,3.

Запах. Значение n = 0,5 * 0,6 (но много исключений в зависимости от усталости).

Существует еще несколько соотношений и правил, разрабо­танных по данному предмету, многие из них касаются конкрет­ных вопросов, таких как измерения некоторых ощущений, напри­мер закон Вебера 

По отношению к органолептическим свойствам полимерных пленок важно заметить следующее:

1) корреляции (даже если они и называются законами) не являются столь строгими, как законы классической физики и химии; они полезны для описания поведенческих реакций или являются основой для интерпретации экспериментальных данных, но не могут быть использованы для предсказывающих расчетов, как в случае уравнений миграции

2) в большинстве случаев  органолептические свойства, с которыми мы имеем дело, относятся к продуктам, контакти­рующим с полимерной пленкой, а не к самой пленке; более то­го, почти во всех случаях задачей является не получить ор-ганолептическое воздействие на продукт, а исключить измене­ние его органолептических свойств.

Таким образом, мы не будем касаться прикладной психофи­зики, которая имеет дело с улучшением качества продуктов или получением новых продуктов. Мы будем рассматривать здесь органолептические свойства полимерных пленок и их измерение, в основном касаясь уровней воздействия или приемлемости для применения (на уровне «да-нет»).

Шкалы ощущений

Из сказанного выше ясно, что органолептические свойства нельзя измерить так же объективно, как физические и хими­ческие явления, и что для этого требуются скорее психоло­гические и физиологические методы. В настоящее время стан­дартизована и утверждена классификация системы шкал (напри­мер, BS 5929 часть 1). Все шкалы соотносят F (полученный эффект) с I (стимулом). Существует четыре типа шкал, рас­положенных по мере возрастания количественных показателей.

1. Номинальная, или классификация. Это качественная шка­-
   ла, сортирующая по заранее определенным категориям. Для по-­
   лимерных пленок оцениваться будет придание/непридание не­
   приятного   запаха   и   привкуса   и   допустимость/недопустимость
   применения.
2. Ранжирование, или расположение по порядку. Эта шкала
   располагает образцы по порядку; если используются порядковые
   числительные, то они лишь указывают порядок расположения и
   не имеют количественного значения. Для полимерной пленки это
   будет последовательность от лучшей к худшей.
3. Расположение через интервалы, или рейтинг. Эта шкала
   является цифровой с равными интервалами оценки. Хотя шкала
   имеет  цифровое  выражение,   описание  чисел  основывается  на
   органах   чувств,   например   для   полимерных   пленок:   отврати­
   тельная,   плохая,   умеренного  запаха,   легкого  запаха,   нет   за-­
   паха (оценивается произвольно).
4. Относительная, или счет. Эта шкала схожа с третьей,  за
   исключением того, что интервалы определены количественно.

Все шкалы, а в особенности третья и четвертая, облегчают выведение соотношения между физическим стимулом (для поли­мерных пленок — концентрация красителя, микродобавок и т. д.) и полученным сенсорным эффектом (цвет, текстура, за­пах и т.д.). Хотя все шкалы, особенно четвертая, могут быть использованы для упакованного продукта, особенно пищи, для самой пленки и ее воздействия на продукт обычно достаточно использовать первую шкалу, а именно классификацию по при­емлемости и неприемлемости. Но для оценки приемлемости могут понадобиться и другие шкалы. Они всегда оказывали влияние на

  

 

рынок и являлись сугубо субъективными факторами. Зная свой рынок, производители могут оценить и скоррелировать его в соответствии с критериями, установленными их оценочными группами.

Однако в настоящий момент существуют также законодатель-­
ные требования, что создает серьезные трудности. Суды могут,
конечно, предпринять попытку ввести собственные критерии, но
они будут все же зависеть как от субъективного взгляда, так
и от оценочных групп.                                                               

ПРЯМЫЕ И НЕПРЯМЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

С точки зрения безопасности для здоровья существует два ос­новных пути органолептического воздействия полимерных пле­нок: прямой и непрямой. Прямой путь относится к самой плен­ке, непрямой – к воздействию пленки на упакованный продукт. Прямые органолептические свойства пленки имеют значение по трем соображениям: 1) когда имеют отношение к конкретному применению (например, цвет при использовании в полеводстве и садоводстве, строительстве и производстве мебели; цвет, восприятие на ощупь и на слух при применении заменителей бумаги); 2) привлекательность пленки для переработчика или упаковщика; 3) опасения упаковщика по поводу непрямых эф­фектов, особенно при упаковке пищевых продуктов. Последние два соображения важны для маркетинга, они основаны на субъ­ективном опасении возникновения непрямого воздействия (на­пример, страх, что пленка с довольно выраженным запахом передаст этот запах упаковываемому продукту – пище, косме­тике или парфюмерии, что возможно, но необязательно). Не­прямое воздействие на контактирующий с пленкой продукт имеет большее значение, особенно для упаковки ПЧТ.

Оба типа воздействия описаны в этой главе в разделах, посвященных конкретным органолептическим явлениям.

ЗРЕНИЕ

Существует два основных аспекта этого чувства – цвет; блеск и вид поверхности. Последний описан в гл. 10. Цвет является важным фактором и имеет большое значение, особенно для де­корирования (поверхностное покрытие).

Прямое воздействие

Прямое воздействие имеет смысл там, где цвет пленки как таковой имеет рыночное значение. Это в основном относится к толстым пленкам, применяемым в сельском хозяйстве, строи-

тельстве, к декоративным панелям, – заменителям бумаги, деко­ративным лентам и пленкам.

Большинство цветовых эффектов несут эстетическую нагруз­ку, некоторые имеют технологическое значение. В качестве примеров можно привести черные пленки для защиты от УФ-излучения; серые, синие и коричневые для изменения или уменьшения освещения (например, окна в самолетах); иденти­фикация (например, продуктов в упаковке). Другой большой областью применения является обозначение сорта или магазина (многие крупные универмаги используют «фирменные» цвета для сумок покупателей).

Непрямое воздействие

Оно касается в основном упаковки. Часто это обусловлено протечками или расплыванием, в результате чего краситель попадает на продукт. В настоящее время это случается редко. Более распространенными являются слабые воздействия на чув­ствительные продукты – пищу, фармацевтические и медицинские препараты. Из пленки в продукт может происходить миграция вещества и прямо окрашивать его или изменять его свойства другим путем. Последнее может происходить из-за наличия бесцветных примесей в красителе. Окраска влияет на прони­цаемость пленки для света и других излучений, что, в свою очередь, может оказывать влияние на пищевые продукты и ле­карственные препараты

Оценка цвета

Видимый свет – это электромагнитное излучение, восприни­маемое человеческим глазом. Его основным параметром является длина волны (обратно пропорциональная частоте); видимая часть спектра лежит в области 380-750 нм. По мере возраста­ния длины волны цвет изменяется в следующем порядке: фио­летовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый, крас­ный. Излучение с длиной волны ниже 300 нм называется ультра­фиолетовым, а выше красного – инфракрасным (переносит теп­ло). Смесь всех цветов, например солнечное излучение, со­ставляет белый цвет.

Часть  света,   падающего  на   полимерную   пленку,  проходит насквозь и в основном не изменяется.  Если это происходит со всем   спектром   излучения,   то   пленка   является   прозрачной   и неокрашенной.   Часть   света   отражается   в   зависимости   от   со­стояния  поверхности  пленки,   угла  отражения  и  окраски.   От-

  

 

раженный свет соответствует цвету красителя. Часть света поглощается, и оставшийся проходящий свет лишается погло­щенной длины волны, что изменяет цвет. Так в основном и действуют красители – удаляют определенную длину волны из широкого спектра света. Полученный цвет является суммой проходящих длин волн. Наконец, происходит рассеивание света. Это используют для окрашивания пленки неорганическими пиг­ментами; красители, как правило, поглощают свет.

Таким образом, суммарный эффект окрашивающей добавки является сложным. Свет, исходящий от полимерной пленки, яв­ляется сложной смесью длин волн, к тому же разной интен­сивности. Сенсоры человеческого глаза различают три цвета: красный, зеленый и голубой, ни один из которых не соответ­ствует конкретной длине волны. Мозг анализирует световые сигналы и создает образ цвета.

Для описания этого созданы различные системы. Большинство из них используют «координату цвета» по трем переменным. К ним относят оттенок, который является цветом, оцененным субъективно (например, розовый, коричневый, равно как и чистые цвета спектра); качество цвета (светлый или темный) и его хроматичность, которая описывает чистоту и насыщенность цвета.

На практике простейший способ описать цветную пленку -рассмотреть ее образец, помня о следующем: 1) полученный цвет зависит от толщины пленки: чем тоньше становится плен­ка, тем больше проходит через нее света, тем меньше она рассеивает свет; 2) полученный цвет зависит от источника света; лучше использовать стандартный свет, хотя может быть использован и дневной свет. Использование источника света с ограниченным спектром (например, флюоресцентного) может дать неверный результат. Цвет некоторых красителей сильно зависит от источника света. Этот феномен называют метамеризмом, а, красители, которые придают окраску, не зависящую от источ­ника света, называют неметамерическими. Практически нет красителей, которые бы были неметамерическими при всех источниках света, но приемлемым приближением можно считать неметамеричность при использовании двух источников света: света ламп накаливания и дневного света. И последнее: базо­вый полимер, используемый для производства концентрата кра­сителя, должен быть тем же, что использован и для производ­ства пленки.

Измерения

В настоящее время существует большое количество приборов, позволяющих измерить различные аспекты окрашивания. Они мо­гут помочь в определении состава красителя, в предваритель­ной оценке, в контроле качества. Однако человеческий глаз очень чувствителен, и процессы, происходящие в глазу и в мозге, являются такими сложными, что невозможно измерить их какими-либо приборами. Поэтому человеческий глаз остается последним судьей.

Производство окрашенной пленки

Полимерные пленки окрашивают путем введения в их состав пигментов или красителей. Первые из них более или менее не­растворимы в полимере и в основном рассеивают или отражают свет. Большинство из них неорганического происхождения, часто встречаются сульфоселениды кадмия (желтые, красные, коричневые тона), диоксид титана (белый), оксиды железа (коричневый цвет) и сажа (черный цвет). Многие имеют орга­ническое или смешанное происхождение, такие, как фтало-цианиды (зеленый или голубой).

Красители растворимы или частично растворимы, и их дей­ствие основано на абсорбции света. Они являются сложными органическими соединениями, часто содержащими азот.

Вводят красители обычно в две стадии. Сначала краску (смесь пигментов и/или красителей), иногда смоченную или эмульгированную в жидкости в высокой концентрации, смешивают с полимером (в гранулах или порошке). Смесь экструдируют обычно специальным смешивающим экструдером для получения концентрата (мастербатч, или маточная смесь). Полимер с введенным в него концентратом красителя (в количестве не­скольких процентов) экструдируют с получением конечного окрашенного продукта.

Можно использовать и одну стадию окрашивания, но, как правило, требуется более качественное смешение. Сухой кра­ситель и полимер (предпочтительно в виде порошка) переме­шивают смесительным экструдером, имеющим по крайней мере многоступенчатый шнек со смесительным отделением и возмож­ность возвратно-поступательного движения. В последние годы стало популярным использовать высоковязкие жидкие дисперсии для предварительного смешения перед экструзией.

На окончательный цвет существенно влияет процесс смеше­ния. Не только уровень дисперсии красителя, но и температура экструзии может влиять на цвет. На самом деле, температура

 

процесса намного превосходит температуру, при- которой окра­шенную пленку применяют, и подходящее окрашивающее вещество найти трудно, к тому же немногие красители приемлемы для использования в пищевой промышленности.

Поверхность пленки

Как уже упоминалось, качество поверхности пленки влияет на ее цвет. Более того, блеск поверхности пленки придает до­полнительную привлекательность для упаковочного продукта. Это относится к упаковочным пленкам в розничной торговле, для других областей применения (фотопленки, игрушки) может требоваться матовая поверхность. В гл. 10 подробно описаны методы измерения блеска поверхности.

Светорассеяние

Для упаковки некоторых товаров (текстиль, пищевые продукты) большое значение имеет прозрачность пленки, в других слу­чаях, наоборот, требуется низкая прозрачность, например для пленок, применяемых для мульчирования, производства мешков для мусора, для предохранения от ультрафиолетового и види­мого излучения. Светорассеяние – величина, обратная свето-пропусканию, измеряют ее так же, как прозрачность.

Нанесение печати

На большинство упаковочных пленок наносят печать. Существует много способов ее нанесения – от шелкографии до офсетной литографии. Нанесение печати может происходить на разных стадиях производства.

Компоненты состава для печати (обычно это растворители) могут иметь запах, который передается пленке и упакованному в нее продукту. Производители красок для печати знают об этом и выпускают краски, не обладающие этими свойствами при правильном их применении. Однако при неправильном применении (слишком толстый слой краски, большое количество раствори­теля) или при плохой сушке могут появиться проблемы. Это бывает при использовании УФ-отвердевающих красок, так как в этом случае подводится мало тепла для удаления остаточных летучих веществ. В случае перегрева при сушке также может возникать запах. Это пример того, как достижение одного по­ложительного органолептического свойства (внешний вид) ведет к появлению другого, отрицательного – запаха. Обычно можно уменьшить вредное явление до минимального уровня, но если это невозможно, то приходится выбирать меньшее из зол.

12.4. СЛУХ

 

12.6. ВКУС И ЗАПАХ

 

 

 

Прямое воздействие

Звуковые эффекты не имеют большого значения. Приятным яв­ляется хрустящий звук при упаковке текстильных изделий в розничной продаже (рубашки), а примером неприятного звука может служить звук хлопающей на ветру пленки, применяемой в строительстве. В общем замечено, что более кристаллизованная пленка (особенно БОПП) производит больше шума, а более аморфная – меньше (например, обычный ПЭНП).

Непрямое воздействие

Для некоторых видов пищи, таких, как хлопья для завтрака, свежие овощи для салата, воздушная кукуруза, слуховые ощу­щения являются очень важными. К тому же это связано с тек­стурой продукта (см. ниже). Хотя упаковка в пленку может по-разному воздействовать на слуховые ощущения, основное воздействие обусловлено возможностью пропускать пары воды. Большинство пищевых продуктов имеют максимально хрустящие свойства в сухом состоянии или при оптимальном содержании влаги, следовательно для этих продуктов необходима мини­мальная паропроницаемость пленки.

ОСЯЗАНИЕ

Прямое воздействие

В некоторых случаях привлекательность товара для потребителя может быть связана с поверхностью упаковки. К тому же кон­такт с поверхностью может иметь большое значение при произ­водстве пленки, что часто связано с проблемой статического электричества. Обычно требования к поверхности пленки со стороны потребителя и со стороны производителя совпадают, но когда этого не происходит, требуется найти разумный компро­мисс. Осязательные ощущения создаются в основном наполни­телями (мел, тальк, крахмал и т.д.). Так как их все чаще используют для технологических нужд (из экономии), то и их влияние на осязательные ощущения (так же, как и на внешний вид) становится все более значительным.

 Непрямое воздействие

Непрямые осязательные эффекты рассматриваются как компонент текстуры

  

 

Из сказанного ясно, что некоторые сенсорные ощущения оце­ниваются мозгом суммарно. Особенно это справедливо для вкуса и запаха, что нередко и называют органолептикой. Что ка­сается воздействия самой пленки, то можно оценить лишь ее запах, это же справедливо и для непрямого воздействия на некоторые упакованные продукты, такие, как парфюмерия, кос­метика и т. д. У небольшого числа пищевых продуктов (сахар, соль) можно оценить лишь вкус, но нет пищевых продуктов, для которых может быть оценен только запах. Несмотря на эти примеры, вкус и запах оценивают совместно по сходной мето­дологии, и в этом разделе они описаны вместе.

Прямое воздействие

Некоторые виды полимеров имеют характерный запах. Полимер в виде пленки пахнет меньше, чем в виде слитка, так как чем больше отношение поверхности к массе, тем быстрее испаряются летучие микрокомпоненты, создающие запах. Запахом не следует пренебрегать. Упаковщик и потребитель могут избегать запаха как по причине субъективной оценки, так и потому, что они могут считать, что этот запах перейдет на упакованный про­дукт. Теперь эти опасения подкрепляются законодательными ограничениями

Непрямое воздействие

Большинство проблем возникает из-за контактного воздействия на восприимчивые продукты, в основном пищевые, но также и на парфюмерные, косметические, бытовые и медицинские изделия, и, что очень редко, на другие продукты, такие, как ткани и игрушки. В дальнейшем рассмотрены в основном непрямые воз­действия, но все изложенное, включая методологию, касается и прямых эффектов.

Физиологические основы вкуса и запаха

Вкус воспринимается специальными образованиями языка, из­вестными как вкусовые сосочки. Они различаются по чувстви­тельности к различным вкусовым ощущениям и группируются на разных частях языка, отвечая за разную степень восприятия или за разные вкусовые ощущения. Спектр вкусовых ощущений суммарно передается в головной мозг.

Запах распознают специализированные нервные обонятельные

окончания, которые располагаются частично в носу, а частично на поверхности задней части глотки. Ощущение запаха также передается в мозг в виде спектра. Распознавание запаха может происходить при концентрации молекул, находящихся за пре­делами возможности химического анализа.

Одним из обычных требований к полимерным пленкам, кон­тактирующим с пищей, является отсутствие их влияния на запах и вкус этой пищи. Если вкусовые качества пищи изменяются, то это в любом случае считают неблагоприятным; если же эти из­менения существенны, то этот результат называется «привку­сом». Для удобства термин «привкус» будет использован для описания всех случаев ухудшения запаха или вкуса пищи из-за контакта с ней полимерной пленки.

Существует в основном два типа распознавания мозгом вкуса и запаха. Первый тип включает в себя инстинктивные и на­следственные реакции; в основном это защитные механизмы, которые определяют некоторые примитивные вкусы и запахи (запах цветов, вкус пищи) как привлекательные, а другие, обычно связанные с гниением и разложением (например, серо­водород), как отталкивающие. Такие типы воздействия рождают павловские или рефлекторные реакции, такие, как слюнотече­ние, перехватывание дыхания или тошноту. Неприятные в этом смысле ощущения и будут воплощением привкуса. Второй тип оценок зависит от привычек, приобретенных в результате лич­ного опыта с момента рождения. Там, где эти привычки про­тиворечат инстинктам, мы говорим о приобретенном вкусе. Су­ществует огромное количество вариаций пищевых пристрастий, большое влияние оказывает и социальный фактор.

Исторически под появлением привкуса пищи понимали ис­порченность ее и, следовательно, небезопасность для упот­ребления; в наше время под этим имеют в виду восприятие не­приятного запаха или вкуса из внешнего источника. В послед­нее время под привкусом понимают все случаи, когда потре­бители проявляют выраженную реакцию (обычно неблагоприятную) по отношению к запаху (вкусу) пищи; это обусловливает опре­деление, данное выше.

Важно отметить, что ранее даваемые определения привкуса обусловлены знанием его причин (гниение пищи, физический перенос запаха на пищу извне), чего нельзя сказать в усло­виях современной технологии. Возникновение привкуса, на са­мом деле, действительно часто зависит от миграции, но су­ществует слишком много других причин, чтобы ограничиться лишь этой причиной.

В дальнейшем обсуждается исключительно появление привкуса пищевых продуктов, что очень важно с точки зрения потреби-

 

 

теля. Однако хотя обладающая привкусом пленка обычно пере­дает свой привкус пищевому продукту, это бывает не всегда. С другой стороны, довольно обычно для полимерных пленок, не имеющих уловимого привкуса, все же придавать привкус пищевым продуктам (вследствие изменения состава или взаимодействия с внешней средой). Но даже если имеющая привкус пленка не передает его пищевым продуктам, она будет непривлекательной для покупателя пленки (прямой эффект). В дальнейшем при изучении и оценке привкуса необходимо иметь в виду как привкус самой полимерной пленки, так и привкус пищевого продукта, контактирующего с ней. Нормы для пищевых продуктов были приведены выше. Нормой для полимерной пленки, по идее, должно быть отсутствие вкуса и слабый запах.

       Для завершения постановки проблемы необходимо добавить, что исследования на экспериментальных животных бесполезны в отличие от токсикологических исследований. Отсюда следует, что исследования должны проводиться на людях и относиться, к конкретной ситуации. К счастью, это допустимо, так как обыч­но речи о токсичности и опасности для здоровья нет, хотя это должно быть предварительно подтверждено. При исследовании в этой области возникают значительные проблемы, так как реак­ции людей, находящихся даже в одной социологической группе, сильно различаются. Таким образом, любые исследования по возникновению привкуса должны быть проведены в тщательно отобранной группе и на определенных видах пищи (или по крайней мере на стандартных продуктах), контактирующих с конкретным видом пленки и при конкретных условиях хранения (температура, время, влажность и т.д.).

Из сказанного выше следует: 1) хотя желателен очень точ­ный анализ, еще нет доступных аналитических средств, позво­ляющих моделировать органолептические явления; все иссле­дования должны быть в основном проведены на группах людей или в оценочных группах; 2) нет и в ближайшем будущем не предвидится полностью объективных стандартов для органо-лептических свойств и, следовательно, для оценки воздействия полимерных пленок на возникновение привкуса; 3) не может быть установлено никаких априорных правил, оценивающих при­сутствие или отсутствие привкуса, хотя основы этой оценки можно определить, исходя из опыта.