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        • 復合包材如何適應高溫蒸煮
          新聞分類:行業資訊   作者:handler    發布于:2018-01-084    文字:【】【】【

          高溫蒸煮是一種高效徹底的殺菌工藝,廣泛用于肉類、豆制品、部分醫療用品及醫藥針劑的消毒處理,近年來此工藝也逐步用于熟板栗、谷漿飲料、嬰兒果蔬泥等食品的殺菌處理。高溫蒸煮殺菌溫度范圍一般在121-135℃之間,目前也有滿足145℃超高溫殺菌的軟包裝材料的研究。研究資料顯示在145℃條件下,只要保持3min左右的處理時間,能把超耐熱的芽孢肉毒桿菌類有害病菌徹底殺滅,隨此而產生的復合軟包裝材料也得到了廣泛地應用。根據包裝內容物的消毒殺菌條件,本文重點討論耐121℃高溫的包裝袋結構設計及加工工藝如何適應高溫蒸煮的要求。

          復合軟包裝材料的結構設計要滿足高溫殺菌的工藝要求,通常要考慮多方面的因素,除了包材在生產工序中保證自身的功能外,還要更多地考慮內容物的要求,同時兼顧殺菌處理的工藝條件、流通倉儲條件和銷售使用環節對包材性能的影響,下面就逐項探討。

          一、蒸煮殺菌目的及蒸煮包裝袋分類

          殺菌的目的主要有兩個:

          1、對有害細菌消滅徹底,滿足無菌的要求,如醫療用品的滅菌處理。

          2、通過徹底滅菌后,在少加甚至不加防腐劑的情況下能抑制細菌滋生,延長內容物的保質期,使內容物在常溫下能較長久的保持原來設計的風味,如各種食品類高溫蒸煮產品。

          耐高溫殺菌處理包裝袋按當前國際上比較認可的分類如下:

          1、可耐121℃的蒸煮袋,耐高溫時間30-60min不等。

          2、可耐135℃的蒸煮袋,耐溫時間15-30min不等。

          3、可耐145℃的超高溫蒸煮袋,目前為超別的蒸煮袋,耐溫時間5min以下。

          現在國內市場上普遍使用的是可耐121℃的高溫蒸煮袋,一般固態物質比如肉類高溫蒸煮包裝還要滿足抽真空的要求。

          二、高溫蒸煮袋對薄膜基材及化工材料要求

          生產高溫蒸煮袋用的薄膜基材是滿足蒸煮條件的基礎,通常要根據高溫蒸煮袋的蒸煮條件和內容物的特點來確定選用哪些基材、什么規格、組合順序,要用哪種類型油墨和膠水等。常用的薄膜基材有:BOPET 、B0PA、HDPE、RCPP、AL、共擠EVOH、共擠PVDC、共擠PE等;目前也有新型五層以上共擠膜如:PP/AC/EV0H/AC/PP、PP/AC/PA/EV0H/PA/AC/PP等;另外還有共聚尼龍MXD6、陶瓷蒸鍍膜如SiOxPET12um,多層共擠膜和陶瓷蒸鍍膜因技術工藝和價格因素的限制,當前在高溫蒸煮袋上的應用還不多見。

          根據表層(或承印層)、阻隔層、熱封層的順序,可以組合復合包材的結構,也有單層材料既做承印層也做阻隔層,所以包裝袋可以根據需要設計為兩層、三層、四層或更多層,比如:BOPET//RCPP、BOPA//RCPP 、BOPET//BOPA//RCPP、BOPET//A1//RCPP、BOPET//A1//BOPA//RCPP等。對于基材厚度通常選擇為:BOPET12um,BOPA15um, AL7um或AL9um,RCPP50um、RCPP70um、RCPP80um、RCPP100um等,對于阻隔層通常選擇BOPA和AL,根據實際需要也有選擇BOPA25um和AL12um的情況,大容量和特殊要求的高溫蒸煮袋所選擇的RCPP厚度也有超過100um的。液體包裝袋為克服RCPP不耐跌落的缺陷,一般會在膜內添加助劑來增強其抗跌落性能。

          高溫蒸煮包材選用的化工材料主要指油墨、膠水和溶劑。普通油墨不具耐高溫性,蒸煮后會離層,有些顏色會變化,耐高溫蒸煮油墨應該是以雙組分反應型聚氨酯為連結料的油墨,它的印刷附著牢度好,經交聯固化反應后,能耐高溫蒸煮,與膠水之間能形成很牢固的粘結力。同時,對于大面積的專色和白色圖案,還要選擇配套的油墨固化劑。選用油墨時要特別注意區分普通油墨、耐100℃以下水煮型油墨和耐121℃以上高溫蒸煮型油墨,以免誤用。膠水要選用耐高溫蒸煮級別的,通常認為至少是滿足121℃以上蒸煮要求,復合后必須具有很好的粘結牢度、高溫抗介質性和耐熱性,目前超常用的是雙組分聚氨酯膠水。選用溶劑要和油墨、膠水能很好搭配,可滿足工藝要求,但不能影響油墨、膠水的耐高溫蒸煮性能。

          三、高溫蒸煮袋對生產工藝的要求

          為控制好高溫蒸煮產品的質量,除了普通產品的生產要求之外,還要對個別地方提出特別要求,為清晰簡化,這里只簡單列出各工序的幾點注意事項。

          1、印刷工序

          實際生產中印刷工藝要注意的問題:

          (1)高溫蒸煮袋的印刷基材超常用的是BOPET12um和BOPA15um兩種,選用基材的級別要高,質量要有保證,包括電暈值達到52達因以上,并且電暈均勻;厚度均勻無荷葉邊、無異物污染等。高溫蒸煮的BOPA15um(包括復合用的)不同于普通袋,超好選用同步拉伸的,以此來保證各個方向同性,固定的縱向拉伸比和特殊的機械性能。

          (2)根據油墨生產廠家的技術資料選用油墨,至少選用"R"級別油墨,高溫蒸煮油墨不同廠家的不可混用,與油墨配套使用的混合溶劑比例必須合適,并且有效成分的純度要達到99%以上。為達到衛生要求,注意溶劑和油墨中均不含苯、甲苯、二甲苯、酮類或其它高沸點溶劑。要根據承印材料的特性和復合膜結構選定適合的油墨,比如選用BOPA為承印層,個別顏色的油墨在蒸煮狀態下顏料可能會在BOPA上滲透,同樣對于只有承印層和熱封層兩層結構的蒸煮袋,油墨也有在RCPP上滲透的可能,從而帶來對內容物污染的風險。

          (3)需要大面積使用的專色和白色油墨要添加1%-3%的油墨固化劑,一定要根據油墨廠家提供的技術資料來確定添加量,不可過多或過少。墨盤中收回的剩余油墨,不論存放了多長時間,均不可再用于高溫蒸煮產品的印刷。

          (4)使印刷料溶劑殘留量超低化,油墨附著牢度良好,一定要選定標準的生產工藝參數,比如烘箱溫度、風量和機器速度等,對于添加了油墨固化劑的大面積油墨,其烘箱溫度要比其他油墨高10-15℃。

          (5)印后的BOPA膜一定要用有AL箔的復合膜包裹嚴實,防止受潮收縮和性能改變。

          (6)添加了油墨固化劑的印刷料超好要復卷一遍,存放時間不要超過三天,即三天內至少把印刷層復合完成。

          2、復合工序

          目前,高溫蒸煮袋主要使用干復工藝,此工序控制得如何是高溫蒸煮袋成敗的關鍵,生產中要注意以下問題:

          (1)高溫蒸煮膠水的使用一定要按廠家的說明,比如配比、熟化的溫度和時間等,稀釋用的醋酸乙酯溶劑的純度要達到99%以上。

          (2)各層材料的厚度要均勻,厚度偏差不超過7%,使用AL箔的產品,除了它的機械性能參數滿足外,AL箔表面要干燥,潔凈度一定要達到A級標準,即用蒸餾水檢查時,要全部能被浸潤,并且針孔數要越少越好,使用前的存放時間不宜超過三個月。為增強復合牢度,復合在中間的BOPA要為雙面電暈,且電暈值均不低于50達因。

          (3)膠水涂布要均勻,根據不同廠家和不同型號膠水的特性,干基量一般要在3.5-4.8g/m2,達到超低涂布量標準的情況下,以左、中、右位置的涂布偏差不可超過0.3g/m2為基準。固化劑要按要求添加,如果干復的車間環境濕度超過了80%,要適當增加固化劑的添加量,一般在原來的基礎上增加5%-10%,如果產品印刷圖案有較多的黃色、白色等淺色區域,生產時涂布量要比深色圖案設計增加0.3g/m2左右的涂布量,以防止蒸煮后出現明顯斑點。

          (4)確定合適的機器加工工藝參數,特別是三節的烘箱溫度比生產普通產品都要高5-10℃,復合加熱輥溫度在70-80℃,復合壓力比同規格普通產品增加0.1-0.2MPa,根據機器性能機速控制在120m/min以下。收卷的初始張力和錐度的選擇根據材料類型和規格來確定,以收卷松緊度適中,卷膜不起皺為基準。

          (5)熟化必須按不同型號的膠水要按廠家的使用要求去做,溫度和時間不可偏離要求太多,溫度偏差要在5℃以內,時間偏差不可超過4小時,熟化時間不夠和超長均不可取。

          (6)熟化后的材料要在室溫下正常冷卻12小時以上才可以分切制袋。

          (7)復合高溫蒸煮膠水的選用必須與油墨和薄膜很好搭配,如果搭配不當,會出現高溫蒸煮后離層的現象,所以批量生產之前,必須做好樣品試驗。

          (8)根據膠水的特點可選擇每復合一層熟化12-24h,超后一層完成后再按膠水要求的熟化時間完成超終熟化。也可以多層一次性復合完成后進熟化室,按膠水要求的熟化時間完成超終熟化。分層熟化的優點是質量穩定,減少復合起皺的影響;一次性完成的好處是生產效率高,且便于管理,但有起皺的質量隱患。

          3、制袋工序

          一般來講制袋是高溫蒸煮袋的超后工序,要嚴格地控制和把關,否則會功虧一簣。制袋時要注意的問題如下:

          (1)批量制袋之前,要做樣品試驗,確定了加工工藝參數,包括各段熱封刀的溫度、壓力和機器速度等,并且這些參數能保證蒸煮前后的熱封強度均能達到標準。裝入等容量的內容物在高溫蒸煮試驗機中做耐介質的試驗,以此來確定材料結構的符合性。

          (2)保證制袋前的卷膜已充分冷卻,并且各層間的復合強度,卷膜的溶劑殘留等經檢測后均已達標,做了首件檢查項目的確認。

          (3)制袋時熱封邊寬度不低于5mm。另外,為保證熱封合區域平整美觀,冷卻模具要保證足夠低的溫度,一般要在25℃以下。

          (4)制袋過程中卷膜的適應性評估要做充分,保證每次生產時走膜順暢,熱封狀況良好,制袋質量穩定。特別是RCPP做熱封層,容易造成袋子開口性不好,要防止開口不良造成袋子板結。

          (5)因高溫蒸煮材料和工藝的特殊性,制袋過程中對高溫蒸煮產品的抽檢比例要適當增加,以便能及早發現過程中的質量異常,蒸煮試驗以一個生產班次做一次為宜,試驗方法要正確,模擬客戶的使用條件,即包入等容量同性質的內容物,按客戶的滅菌條件(主要是蒸煮溫度、時間、壓力,比如條件參數為121℃ 、40min、0.2-0.24MPa)進行耐高溫蒸煮性的檢測。

          (6)根據袋子的尺寸和重量選擇合適的包裝數量,注意防護,防止對袋子機械損傷。

          以上為制袋工序要注意的問題點,目前市場上也有高溫蒸煮型接吸管的直立袋和風琴袋,控制的重點為管的材料要與袋子熱封層的材料配套,保證良好的封合效果,蒸煮后和使用過程中不至于滲漏。另外就是管和蓋的搭配,能保證蒸煮前后的密封性,根據材料的伸縮變化,要保證蒸煮后的開啟力矩不能變化太大,以保證開啟順暢但又能密封良好。

          生產過程中,各個控制項目要按要求檢驗,這是驗證質量是否符合標準的基本措施,所以從原材料到成品完成整個過程,檢驗要嚴格進行,特別是驗證袋子功能的耐高溫蒸煮檢驗不可有絲毫馬虎。

          四、高溫蒸煮袋如何適應內容物包裝及滅菌工藝的要求

          高溫蒸煮袋超終要經受住內容物的包裝工藝及后續的滅菌工藝的考驗,所以這個條件對其影響很大。超終包裝和滅菌處理完成的成品,必須是袋面平整,包材本身無收縮起皺、起泡、無離層、無滲漏等現象。下面是要注意的重點:

          1、根據內容物的形態和性質選用合適的材料和結構,如固態、液態或固液混合態要選用不同的材料結構,有骨頭、有刺的肉類內容物高溫蒸煮前后均不能扎破袋子。如果內容物的酸堿性有差別,也要根據需要調整袋子材料結構和材料規格。

          2、食品企業在批量使用蒸煮袋前,要對蒸煮袋性能通過模擬試驗來確認。因為內容物的理化特性影響,在高溫下可能發生變化而產生新物質,有可能在蒸煮袋層層之間滲透從而引起蒸煮袋包裝性能的下降。

          3、選擇合適的包裝封口溫度使封口牢固,防止蒸煮過程中此處漏料,在冷卻過程中防止冷卻水中的細菌滲入污染。

          4、如果不是抽真空包裝,要注意控制包裝內殘留的氣體量,能做到比例適中,殘留量基本一致,不然在蒸煮過程即使有反壓,殘留氣體量多的袋子也會脹破。

          5、確定穩定的高溫滅菌工藝條件,比如按標準蒸煮條件為121℃耐溫40min,制作蒸煮袋的各類材料在達到121℃時已到所能承受的極限,如果溫度和時間過多超出這個工藝條件,較難保證蒸煮袋的某些性能不受破壞,如淺色油墨變色,復合強度嚴重衰減,熱封強度降低等。

          6、注意材料變化對包裝物的影響,比如蒸煮后的RCPP變硬,材料中的添加劑析出等,評估蒸煮后和蒸煮前的物理性能變化的影響,還要注意對內容物衛生性的影響。

          7、防止倉儲和運輸過程中發生的破包漏氣,尤其是抽真空的蒸煮袋。一般蒸煮后的RCPP會變硬,抽真空的折痕處易發生漏氣問題,這需要從選材和工藝上加以解決。

          8、對于高溫蒸煮袋包裝的產品忌粗暴搬運、裝卸,同時貯存于清潔、干燥、通風、陰涼的地方,不可靠熱源太近,這樣可以盡可能保證包裝袋和內容物的理化性能穩定。在貯藏和銷售過程中發現脹包和滲漏的產品禁止出售和食用。如果在銷售環節出現較多不良狀況,將嚴重影響產品的形象,甚至有可能會毀滅一個品牌,使用高溫蒸煮袋的企業要做好充分評估。

          9、經過高溫蒸煮的內容物和袋子要確定合理的保質期,如熟肉制品具有豐富的蛋白質,微生物十分容易繁殖,而且肉制品中的脂肪在貯存中易氧化變質,一般保質期都在一年以內,即使有AL膜的結構也不宜超過24個月。況且,經過高溫蒸煮時,包材中某些添加劑在高溫條件下會加快游離到表面,如塑料薄膜中添加的開口劑、抗靜電劑、爽滑劑等會慢慢滲出,同時有慢慢污染食品的風險,并且塑料產品都會有逐步老化的過程,會不斷影響袋子性能,因此不宜長時間存放。盡管根據復合材料的結構,理論上可以根據其透濕、透氧數據和老化時間來計算內容物保質期,理論保質期可以是兩年甚至五年以上,但實際應用中不確定因素太多,鑒于復合材料本身的特點及內容物性質的不確定性,保質期不能只依賴包材的透濕、透氧數據和密封性來判定,因此高溫蒸煮食品確定兩年以上的保質期是缺乏事實依據的。

          10、不可忽視特殊要求,如500ml以上風琴邊封高溫蒸煮輸液袋客戶標準要求必須滿足1.8m高自然跌落無破袋的情況,這時就不能按標準來生搬硬套,只有通過增加材料厚度或在熱封層添加抗跌破的助劑來滿足這種要求。

          以上分析了高溫蒸煮袋在生產和使用過程中要注意的問題,不同于普通袋的地方在于:高溫蒸煮袋不但在蒸煮前要滿足標準,蒸煮后和保質期內也要在外觀、功能和衛生性等方面滿足使用的要求,這個實際要求甚至會遠遠高于高溫蒸煮袋的某項標準。

          五、高溫蒸煮包材結構設計需要綜合考慮

          包材是否滿足要求,包材使用者和生產者都非常關注。尤其是使用者,一定要考慮包裝的內容物是哪一種性質的物品,包裝的容量是多少,包裝好后要經受什么樣的蒸煮滅菌條件,保存在什么樣的環境中,要求多長的保質期等。不同內容物的要求,對蒸煮袋質量的要求就不同,對材料結構的組合、膠粘劑和油墨的選擇也不同,生產工藝控制也會有差異,同樣也就會有成本的不同。確定使用哪種結構之前,一定要做充分的評估,比如同樣是150g容量、同樣規格尺寸的高溫蒸煮板栗復合直立袋,其結構可以是PET12um//AL7um//RCPP70um,也可以是PET12um //AL7um //BOPA15um//CPP70um,究竟選用哪一種,要根據使用者的具體要求來確定,選擇有BOPA15 um的結構,袋子會有較好的封合強度,有較好的耐穿刺、耐擠壓、防滲漏和抗跌破的性能,同時阻隔性能更強一些,適合長途運輸、多次搬運周轉和遠距離銷售(如出口到國外)。如果以上兩種結構都能滿足其功能要求,價格可能就是要考慮的重點了,肯定會取消BOPA15um的使用。另外,有印刷的高溫蒸煮袋,盡量不要選擇PET //RCPP或BOPA//RCPP兩層結構,因在高溫蒸煮狀態下油墨顏料會在RCPP內加速滲透,會對內容物造成污染,為防止此風險,就需要在RCPP前加一層適當厚度的AL箔。確定結構后,就需要生產者嚴格選材,嚴格按工藝要求生產,保證高溫蒸煮袋的安全使用是生產者和使用者雙方的共同責任。

          六、總結與展望

          為保證較高的使用安全系數,高溫蒸煮袋相對于普通袋來講必須要有適當的"功能過剩",但我們提倡適度包裝,防止包裝的功能和質量嚴重過剩,要讓包裝材料維持合理的性價比,所以做包裝材料結構設計先要搞清楚內容物對袋子的基本功能要求,不要超出此要求太多。應用高溫蒸煮袋的廠家也要權衡內容物的檔次要求,除了讓包裝能滿足功能需要,還能體現出產品的內在價值,如果包裝材料占產品的成本比例很小,也不妨適當提升包裝材料的功能檔次,讓包裝材料展現出其獨到之處,為產品增加亮點。比如國外的某些優質食品就有用非常昂貴的Si0XPET12來做阻隔層的耐121℃高溫的蒸煮袋。因此高溫蒸煮復合包材結構設計一定要從實際出發,盡可能兼顧到各個方面的需求。

          盡管從高溫蒸煮袋誕生到現在已有半個多世紀的時間,也有了較多高溫蒸煮蓋膜的生產和應用,滿足121℃蒸煮要求的復合軟包裝材料也已經很成熟,但在國內市場上真正滿足135℃以上要求的成熟產品還為數不多,除了材料的限制尤其是薄膜、油墨和膠水的搭配問題,更重要是生產工藝和殺菌工藝不穩定,使用者普遍缺乏信心。滿足145℃高溫蒸煮的產品在實驗室中研制成功,也不等于可以批量生產并投入實際應用。

          隨著新材料、新技術的出現,加上高溫滅菌工藝的不斷成熟和完善,國內高溫蒸煮袋的質量會越來越穩定,耐蒸煮級別會逐步提高,能更好地適應高溫蒸煮工藝的要求。

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