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可食用包装材料发展遭遇瓶颈原因浅析,性能限

来源:http://www.paisapatin.com 作者:云顶国际 时间:2019-09-02 11:04

可食性包装膜在包装领域尚属新兴材料,从研发到实际应用仍需大量的性能分析和验证。经过研究得知,可食性包装膜的阻隔性、物理机械性能还是影响其发展的瓶颈,因此需要得到广大科研机构和企业单位的高度重视。

那么何为绿色包装呢?中国包装印刷机械网小编的理解就是在包装材料的整个生命周期中都不会对环境和人体产生负面的影响,那么可食用性包装材料是好的选择。可食性包装膜,是指以天然可食性物质为原料,通过不同分子间相互作用而形成的具有多孔网络结构的薄膜。根据选材和工艺不同,可食性包装膜可分为:多糖可食性包装膜、蛋白可食性包装膜、复合型可食性包装膜等。在这个材料的生命周期中,它不会对环境造成影响,而且在完成使命之后也不会增加环境的消化负担,造成资源的浪费。但是截至目前,可食用性材料因为其自身的阻隔性不稳定、机械强度不足以及无热封性等特点并没有大规模的应用到工业生产和商业应用。

4.热封性能
包装的破损是目前影响包装质量的首要问题,封口是破损的多发部位。目前封口主要采用热封技术,即加热到预设温度,两层或多层包装膜受热成熔融状态,借助一定压力促使膜分子渗透融合,经过一段时间后融为一体即封口。因此要保证制成袋具有良好的封口强度和密封性,热封材料和热封工艺是关键。

①包装袋起皱一般有3种表现形式,即包装基材出现横向或纵向或不规则性皱痕;各复合层出现皱裂,平整性差;包装基材收缩,收缩的复合层与其他复合层分离,呈条纹状。
破袋则分为直接胀裂与起皱后破裂两种。

在这些需检测指标中,阻隔性、拉伸强度、撕裂度和热封性能是首要的检测项目。

随着环境问题的日益严重,人们的环保意识不断增强。绿色包装已经成为包装行业发展的重点。那么从整个生命周期而言,可食用性包转是环保的,可是直到目前,这种包装材料还没有得到面积的推广,这是为什么呢?PPzhan小编认为这是由于其自身的特点局限了它的发展。

可食性包装材料以天然可食性物质为原料,通过不同分子间相互作用而形成可食性包装膜。根据选材和工艺不同,可分为多糖可食性包装膜、蛋白可食性包装膜、复合型可食性包装膜等。法国用蔗糖做成的绿色包装盒表明,该类包装已经研制成功,正在走进包装市场,将有更大的利用空间和发展前景。

试验结束后,冷却至室温,取出观察是否有破袋、皱痕、脱层等现象。
经试验,1#、2#试样蒸煮后表面平整,无脱层现象,3#试样蒸煮后表面不很平整,且边缘有不同程度的翘曲。

既然对于可食性包装膜进行了如此细致的研究,而且又具有悠久的实践历史,但截至目前,为何没有大规模的应用到工业生产和商业应用中呢?原因集中在其阻隔性不稳定、机械强度不足以及无热封性。

可食性包装膜在包装领域尚属新兴材料,从研发到实际应用仍需大量的性能分析和验证。经过研究得知,可食性包装膜的阻隔性、物理机械性能还是影响其发展的瓶颈,因此需要得到广大科研机构和企业单位的高度重视。

** 既然对于可食性包装膜进行了如此细致的研究,而且又具有悠久的实践历史,但截至目前,为何没有大规模的应用到工业生产和商业应用中呢?原因集中在其阻隔性不稳定、机械强度不足以及无热封性。

蒸煮食品的包装流程为制袋、装袋、抽真空、热封、检验、蒸煮加热灭菌、干燥冷却、打包。
蒸煮加热灭菌是整个流程的核心工序,然而,由高分子材料--塑料制成的包装袋在受热后分子链运动加剧,材料物理性能易发生热衰减从而产生问题。

埃莱门多夫法,按标准规定制取带有切口的试样,使之承受摆锤的撕裂,以撕裂试样所消耗的能量计算试样的耐撕裂性。

随着经济的发展,作为生产线上后一个环节的包装已经成为人们生活中不可缺失的一部分。现在市场上的商品没有不包装的,但是这也给环境造成了巨大的负担,因为我国在包装废弃物上还没有形成完善的体系。在完成包装功能后,包装材料就直接变为包装废弃物,污染环境的同时也造成巨大的资源浪费。所以绿色包装行业发展已经成为业内人士的共识。

导读:普通包装在为人们的生活提供便利的同时,也产生了包装废弃物。这既加重了环境的负担,也增加了资源浪费的可能性。

3、耐高温介质性是耐高温蒸煮袋包装过程中最严峻的一道工序,为减少批量质量问题的出现,必须在使用前、生产过程中根据实际生产情况对耐高温蒸煮袋进行蒸煮试验,检测蒸煮后包装的外观是否平整、起皱、起泡、变形,是否有离层、渗漏现象,物理性能下降率是否符合要求等。

3、撕裂度

阻隔性是可食性包装膜的检测重点,包括氧气透过率检测、水蒸气透过率检测,其性能优劣直接影响包装食品的货架期长短。此外,为了在实际应用中具备基本的包装功能,可食性包装膜需要在拉伸强度、断裂伸长率、直角撕裂、热封等性能满足包装用膜的基本指标。生产过程中,若要通过高速运转的包装线得到良好的包装效果,合理的摩擦系数是关键。为保证可食性包装膜各部分材质性能均匀,厚度控制不失为一个简单、有效的解决手段。

**可食用包装材料发展遭遇瓶颈原因浅析

②良好的耐热性,在121℃温度下蒸煮40min,包装膜、袋尺寸稳定,不变形,不分层,热封处不开裂;

所谓阻隔性能,是指可食性包装膜对气体、液体等渗透物透过材料的阻碍能力。无论食品、药品,都要求包装膜具有较高的阻隔性能,以延缓产品变质过程,延长保质期。对于大多数食品来讲,微生物超标生长繁殖是导致食品变质的主要原因。加工过程中清洗、消毒、蒸煮、烧烤、熏制等环节可以有效的降低微生物的数量,但由于食品原材料受污染程度不同、加工/包装的卫生条件的差异会影响食物成品的微生物残存量。在后期的存储和运输中,倘若温度、湿度和气体量适宜,微生物仍会大量生长繁殖,加快食物变质。包装膜作为食物与外界环境的后一道屏障,其阻隔气体和水蒸气的渗透能力对于食品品质的保持有着极为重要的关系。

1.阻隔性
对于大多数食品来讲,微生物超标生长繁殖是导致食品变质的主要原因。加工过程中清洗、消毒、蒸煮、烧烤、熏制等环节可以有效的降低微生物的数量,但由于食品原材料受污染程度不同、加工、包装卫生条件的差异会影响食物成品的微生物残存量。在后期的存储和运输中,倘若温度、湿度和气体量适宜,微生物仍会大量生长繁殖,加快食物变质。包装膜作为食物与外界环境的后一道屏障,其阻隔气体和水蒸气的渗透能力对于食品品质的保持有着极为重要的关系。

从检测结果可以看出,经过高温蒸煮灭菌后,包材的各项性能指标具有不同形式的改变,因此,进行耐高温介质性测试时不可只进行单个方向的性能检验,以偏概全。
并且,高温灭菌方式对包材物理性能的影响有较大区别,企业应根据实际生产工艺选择蒸或煮的方式。

氧气透过率(OxygenTransmissionRate)是指在单位时间内透过单位面积试样的氧气数量,此项指标可以作为衡量包装膜阻氧性能的重要参数。在目前氧气透过率检测领域中,压差法和等压法作为两种独立典型的检测方法各具特色:压差法可测试多种气体,测试成本低、成功率高,其大优势在于测试环境气体“纯净”,排除了杂质气体对试验过程带来的影响,但容器检测技术的发展一直遭遇瓶颈,Labthink兰光(济南兰光机电技术有限公司0531-85068566)研发生产的G2/130压差法容器气体透过率测试仪的问世标志着这一技术难关终于被攻破;等压法的检测对象从膜材扩大至容器,但在检测范围上较为局限,仅适用于氧气透过率测试。

2.抗拉强度和断裂伸长率
抗拉强度是指包装膜拉断前承受的大应力值,而断裂伸长率是指包装膜拉断后被拉伸增加的长度与初始长度的比值。此项检测可以有效解决包装膜在外力作用下产生的破损与断裂问题,并且对于多种不同类型的可食性包装膜进行测试数据比对分析,可以帮助判定、选取合适的基质和工艺进行研究开发。

②脱层是指包装材料各复合层相互分离的现象。
轻微的脱层表现为包装受力部位呈现条纹状凸起,剥离强度降低,甚至可用手撕开,而严重时则在蒸煮后呈现包装复合层大面积分离。
如出现脱层现象,则包装材料各复合层间物理性能的相互协同加强作用消失,物理性能、阻隔性能大幅下降,无法满足货架期的要求,往往会给企业造成较大损失。

阻隔性是可食性包装膜的检测重点,包括氧气透过率检测、水蒸气透过率检测,其性能优劣直接影响包装食品的货架期长短。此外,为了在实际应用中具备基本的包装功能,可食性包装膜需要在拉伸强度、断裂伸长率、直角撕裂、热封等性能满足包装用膜的基本指标。生产过程中,若要通过高速运转的包装线得到良好的包装效果,合理的摩擦系数是关键。为保证可食性包装膜各部分材质性能均匀,厚度控制不失为一个简单、有效的解决手段。

近年来,可持续性包装和绿色包装已成为我国食品包装产业中的热门话题。在零售商要求、公众意识、经济压力和政府政策等多重因素的综合推动下,可持续性已经渗透到了食品包装的方方面面。

分别取蒸煮前与蒸煮后的包装袋,裁取横向、纵向15mm×150mm的长方形试样各5条,在23±2℃,50±10%RH的环境下状态调节4h。
采用XLW智能电子拉力试验机在200mm/min的条件下测试其拉断力与断裂伸长率。
采用GB/T 10004-2008中耐高温介质性公式计算下降率。

一般来说,直角撕裂法的较为常用。检测仪器建议选用智能电子拉力试验机,通过装置不同的夹具,可实现抗拉强度、断裂伸长率、撕裂、热封强度等多重检测,一体化程度高。而且“微电脑控制、自动试验功能”有利于帮助研究者减低测试的人为干扰,保证数据的性。

重复再用包装材料主要用来包装啤酒、饮料等的玻璃瓶包装,可以反复使用多次;再生的包装材料主要是塑料包装,用物理方法处理后可以制成再生包装容器,用化学方法处理后可以制成再生包装制品。但这两种方法美中不足,只减少了对环境的污染,到后还要面对污染环境的问题。

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性能分析及检测要点

3.撕裂度
包装袋在存储和运输的过程中,常会在外力的影响下被撕裂。因此包装膜应具备足够的抗撕裂扩展力,来减少撕裂的传递,减低泄露的可能性。另一方面,“易撕口”包装的开口部分同样要求一定的撕裂力,因此撕裂度是可食用包装膜应用研究的一个要点。

近年来,伴随着人民生活水平的提高,食品愈发趋于多样化、卫生化、方便化及高档化,复合膜软包装也逐渐占据了重要的地位。

在我国,可食性包装形式多样,很多早已应用于实际生活中:蜡、油、明胶涂覆在食品、水果表层可有效减缓水分流失,延长货架期;糖果、糕点外层包覆的糯米纸,是由番薯、玉米或小麦粉等淀粉做成,入口则化,用来隔离食品碎屑,防止与外层包装的粘连。此外,冰淇淋甜筒的玉米烘焙包装、香肠肠衣等均是典型的可食用包装。近些年来,相关科研机构和包装企业也开始着手进行新型可食性包装膜的制备和性能研究。

可降解材料包装使用完可以自行降解和还原,对环境没有污染;天然植物纤维制成的纸包装回收利用价值很高,技术也很成熟。

但是在实际生产中会出现很多问题,最常见的质量问题为蒸煮后包装袋起皱、破袋、漏气和蒸煮后异味:

直角撕裂法,按标准规定裁取一边成直角样式的试样,对之施加拉伸负荷,使试样在直角口处撕裂来测试撕裂强度。

可食性包材走进市场
随着低碳环保理念成为社会的主旋律,很多领域都在践行,包装材料领域也是如此。食品加工业迅猛发展,所需的包装也日益增加。据了解,市面上的绿色包装材料有很多种,大体上可以分为重复再用和再生的包装材料、可食性包装材料、可降解材料和纸材料。

耐高温蒸煮食品是将食品包装后连同包装材料一起进行加热灭菌。
为达到较高的物理性和良好的阻隔性,耐蒸煮包装由多种基材复合而成,常用材料有PA、PET、AL和CPP,常用结构有两层复合膜(如BOPA/CPP、PET/CPP)、三层复合膜(如PA/AL/CPP、PET/PA/CPP)和四层复合膜。
优质的耐高温蒸煮食品包装材料应具备以下条件:

包装袋在存储和运输的过程中,常会在外力的影响下被撕裂。因此包装膜应具备足够的抗撕裂扩展力,来减少撕裂的传递,减低泄露的可能性。另一方面,“易撕口”包装的开口部分同样要求一定的撕裂力,因此撕裂度是可食用包装膜应用研究的一个要点。传统撕裂度测试有三种常见方法:

在我国,可食性包装形式多样,很多早已应用于实际生活中:蜡、油、明胶涂覆在食品、水果表层可有效减缓水分流失,延长货架期;糖果、糕点外层包覆的糯米纸,是由番薯、玉米或小麦粉等淀粉做成,入口则化,用来隔离食品碎屑,防止与外层包装的粘连。此外,冰淇淋甜筒的玉米烘焙包装、香肠肠衣等均是典型的可食用包装。近些年来,相关科研机构和包装企业也开始着手进行新型可食性包装膜的制备和性能研究。

将密封好的试样放入蒸煮锅内开始试验。
设置蒸煮温度121℃,蒸煮时间40min,6个试样蒸,6个试样煮。
在蒸煮试验过程中要密切注意蒸煮锅内气压和温度的变化,以确保温度和压力维持在设定的范围内。

抗拉强度是指包装膜拉断前承受的大应力值,而断裂伸长率是指包装膜拉断后被拉伸增加的长度与初始长度的比值。此项检测可以有效解决包装膜在外力作用下产生的破损与断裂问题,并且对于多种不同类型的可食性包装膜进行测试数据比对分析,可以帮助判定、选取合适的基质和工艺进行研究开发。

④蒸煮后食品产生异味也是经常出现的质量问题。
蒸煮后出现的异味与包装材料的溶剂残留超标或材料选择不当有关。
如采用PE膜作为120℃以上的高温蒸煮袋内封层,在高温下PE膜易出现臭味。
因此,高温蒸煮袋的内层选择CPP材料为宜。

4、热封性能

③具有较高的阻隔性,氧气透过量低于30cm3/m2·24h·23℃,RH50%,水蒸汽透过量低于5g/m2·24h·38℃·atm,RH90%;

1、阻隔性

近年来,伴随着人民生活水平的提高,食品愈发趋于多样化、卫生化、方便化及高档化,复合膜软包装也逐渐占据了重要的地位。
耐高温蒸煮食品包装袋--俗称软罐头作为符合膜软包装的一种,普遍用于食品的常温存放,常用于肉类、豆制品等食品的包装形式,一般采用真空包装,经过高温加热灭菌,可在常温下储存。
耐蒸煮包装食品携带方便,开袋即食,卫生方便,又能很好地保持食品风味,深受消费者喜爱。
根据灭菌工艺、包装材料的不同,耐蒸煮包装产品的保质期从半年至两年不等。

水蒸气透过率(WaterVapourTransmissionRate),是指在特定条件下,单位时间透过单位面积试验的水蒸气量。目前此项检测以称重法和传感器法两大主要检测方法。称重法历史悠久,是透湿检测的仲裁方法,但操作较为复杂,测试时间长。如今该方法已经得到明显的改进,新的称重法透湿性仪器——W3/031水蒸气透过率测试仪已全部采用微电脑控制,自动试验,且多个透湿杯设置极大提高了测试效率;传感器法包括电解传感器法、红外传感器法和相对湿度测定法。单就测试效率来说,传感器法略胜一筹。

耐蒸煮包装物理性能检测方法

2、抗拉强度和断裂伸长率

1、耐高温蒸煮袋应根据内容物、生产工艺选择合适的材质。
例如,耐高温蒸煮袋内封层一般选择CPP;含AL层包装袋用于包装酸碱性内容物时,应在AL及CPP之间增加PA复合层以增加抗酸碱渗透性;各复合层的热缩性应一致或相似,以免因材料热缩性能匹配性差而导致蒸煮后材料翘曲甚至脱层。

所谓可食性包装膜,是指以天然可食性物质为原料,通过不同分子间相互作用而形成的具有多孔网络结构的薄膜。根据选材和工艺不同,可食性包装膜可分为:多糖可食性包装膜、蛋白可食性包装膜、复合型可食性包装膜等。

根据GB/T 2358-1998《塑料薄膜包装袋 热合强度试验方法》,在试样热封部位裁取宽15mm的试样,打开呈180°,将试样两端装夹在XLW 智能电子拉力试验机上,在300mm/min的速度下测试最大载荷,采用GB/T 10004-2008中耐高温介质性公式计算下降率。

裤型撕裂法,按标准规定裁取长条状试样,并在长轴方向切缝至1/2处,使其切口所成的两“裤腿”形状,经受拉伸试验,测出沿长轴方向撕裂所需的力。

耐蒸煮包装袋物理性能总结

包装的破损是目前影响包装质量的首要问题,封口是破损的多发部位。目前封口主要采用热封技术,即加热到预设温度,两层或多层包装膜受热成熔融状态,借助一定压力促使膜分子渗透融合,经过一段时间后融为一体即封口。因此要保证制成袋具有良好的封口强度和密封性,热封材料和热封工艺是关键。

④优秀的食品卫生性,不含对人有害的物质,经高温蒸煮后不会产生对人有害的物质,长期与食品接触,化学性能稳定,不会与食品中各种成分发生化学反应,生成对人体有害的物质;

针对可食性包装膜的应用研究,首先以不同基质和工艺制成的包装膜为对象进行热封性能研究。选择不同的可食性包装膜按要求制成样品,在专业检测仪器——热封试验仪上设置统一的热封压力、时间和温度模拟封口工艺。后借助智能电力拉力试验机进行热封强度测试,以此来选择热封性能较好的可食性包装膜材。其次以同种材料为检测对象,设置多组热封压力、时间和温度参数进行封口试验。根据拉力机热封强度测试数据比对来找出合适的热封参数。

其中R为被检测项目的下降率,A为耐高温介质试验前被检测项目的平均值;B为耐高温介质试验后被检测项目的平均值。
性能要求为"使用温度为80℃以上的产品经耐高温介质性试验后,应无分层、破损、袋内、外无明显变形,剥离力、拉断力、断裂标称应变和热合强度下降率应≤30%"。

仪器:安全智能型反压高温蒸煮锅,HST-H3热封试验仪。

①良好的机械性能,强度高、柔软,能适应各种包装机械、制袋机、热合机的需要;

2、合理控制复合工艺。
耐高温蒸煮袋多采用干式复合法。
在蒸煮膜生产过程中,要选择合适的胶粘剂及良好的涂胶工艺,合理控制熟化条件,确保胶粘剂主剂与固化剂反应充分。

适用于耐蒸煮包装袋的国家标准为GB/T 10004-2008《包装用塑料复合膜、袋干法复合、挤出复合》,该标准参照JISZ 1707-1997《食品包装用塑料薄膜总则》而制定,代替了GB/T 10004-1998《耐蒸煮复合膜、袋》和GB/T 10005-1998《双向拉伸聚丙烯薄膜/低密度聚乙烯复合膜、袋》。
GB/T 10004-2008中规定了耐蒸煮包装膜及袋的各项物理性能及溶剂残留指标,并要求对耐蒸煮包装袋进行耐高温介质性测试,方法为将蒸煮袋中分别装入4%乙酸、1%硫化钠、5%氯化钠及植物油后排气封口,在121℃的高压蒸煮锅中加热加压40min,在压力保持不变的情况下冷却。
然后对其外观、拉断力、伸长率、剥离力和热封强度进行检测,用下降率来评定,公式如下:

导致耐蒸煮包装质量问题的因素比较复杂,涉及到复合层原材料、胶粘剂、油墨、复合及制袋工艺控制、蒸煮工艺等多个方面。
为确保包装质量及食品货架期,对包材进行耐蒸煮试验十分必要。

③轻微漏气潜伏期较长,蒸煮时不易发觉,在产品流通存储期间产品真空度减小,包装出现明显空气时才会被发现,因此,该质量问题往往涉及产品较多,影响较大。
出现漏气与蒸煮袋的热封不牢、耐穿刺性差有较大关系。

⑤良好的商品展示性,高度透明,表层可彩色印刷。

耐蒸煮包装袋常见问题

通过蒸煮试验对蒸煮前后拉伸性能、剥离强度、热封强度等物理性能的检测可对蒸煮袋的耐蒸煮质量进行综合判定。
蒸煮试验一般采用实际内容物和模拟物两种。
采用实际内容物进行蒸煮试验,可最大程度地接近实际生产情况,能有效预防不合格包装批次进入生产线。
对包材厂而言,在生产过程中及入库前采用模拟物对包材耐蒸煮性能进行检测更具有实践性与操作性。
以下将通过对3种不同厂家的耐蒸煮包装袋装入食品模拟液,分别进行蒸、煮试验来介绍耐蒸煮包装袋物理性能测试方法,试验过程如下:

耐蒸煮包装袋物理性能检测

经试验,3#试样表面出现褶皱,蒸煮后断裂伸长率下降率大,超过了GB/T 10004-2008的要求,耐高温介质性不合格,不适于应用于高温蒸煮食品。
2#试样蒸煮试验后,横向拉伸性能下降较纵向更为明显,虽然拉断力、热封强度下降率符合要求,但是断裂伸长率明显降低,尤其是蒸的试样,横向断裂伸长率下降率甚至达到了50%以上,2#试样不能用于高温蒸的食品包装。
1#试样耐高温介质性优异,可用于耐高温蒸、煮食品。

耐蒸煮包装食品因其食用、存储的便利性,愈发受到消费者青睐。
为有效保持内容物质量,防止食品变质,需对高温蒸煮袋生产工艺的每一道工序严格把关,合理控制。

根据GB 8808-1988《软质复合塑料材料剥离试验方法》A法,裁取宽15±0.1mm,长150mm的试样,试样横、纵向各取5条。
沿试样长度方向对复合层进行预剥离,装入XLW智能电子拉力试验机,在300mm/min的条件下测试剥离力。
经试验,1#、2#试样蒸煮前、后经乙酸乙酯溶剂浸泡一端后均无法剥离。
3#试样蒸煮前、煮后经乙酸乙酯溶剂浸泡后无法剥离,蒸后纵向平均剥离力为5.679N,横向平均剥离力为4.921N。

试验步骤:将4%乙酸小心装入蒸煮袋至容积的2/3,注意不要污染封口,以免影响封口牢度。
装好后,用HST-H3将蒸煮袋封口,共制样12个。
在封口时要尽量将袋内空气排出,以免蒸煮时空气膨胀影响测试结果。

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