耐高(gāo)溫包裝如何適應121℃高溫蒸(zhēng)煮工藝?
高(gāo)溫蒸煮袋是(shì)一種食品殺菌包裝,廣泛(fàn)用於肉類、豆製品、部分醫(yī)療用品及醫藥針劑的消毒(dú)處理,近年來此工藝也逐步用於(yú)熟板栗、穀漿飲料、嬰兒果蔬泥等食品的殺菌處理。高溫蒸煮殺菌溫度範圍(wéi)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(tiáo)件下,隻要保持3min左右的處理時間,能把最耐熱的芽孢肉毒杆菌類有害病菌徹底殺滅,隨(suí)此而產生的複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(tiáo)件(jiàn),本文重(chóng)點(diǎn)討論耐121℃高溫(wēn)的包裝袋(dài)結構(gòu)設計及加工工藝如何適應高溫蒸煮的要求。
複合軟包裝材料的結構設計要滿足高溫殺菌的(de)工藝要求,通常要考(kǎo)慮多方麵的因素,除了包(bāo)材在生產工序中保證自身的功能外,還要更多地考慮內容(róng)物的要求,同時兼(jiān)顧殺菌處(chù)理的工藝條件、流通倉儲條(tiáo)件(jiàn)和銷售使用環節(jiē)對包材性能的影響,下麵就逐項探討。
一、蒸煮殺菌目的及(jí)蒸煮包裝袋分類
殺菌的(de)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(yī)療用品(pǐn)的滅菌處理。
2、通過徹底滅菌後,在少加甚至不加(jiā)防腐劑的情況下能抑(yì)製細菌滋生,延長內容物的保質期,使內容物在常溫下(xià)能較長久的保(bǎo)持原來設計的(de)風味,如各種食品類高溫(wēn)蒸煮產品。
耐高溫(wēn)殺菌處理包裝袋按當前國(guó)際上比較認可的分類如下(xià):
1、可耐121℃的蒸煮袋,耐高溫(wēn)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(chāo)高溫蒸(zhēng)煮袋,目前為最高級別(bié)的蒸煮袋,耐溫時間5min以下。
現在國內市場上普遍(biàn)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(bāo)裝還要滿足抽真空(kōng)的要求(qiú)。
二、高溫蒸煮袋對薄膜基材及(jí)化工材(cái)料要求
生產高溫蒸煮袋用的薄膜(mó)基材(cái)是滿足蒸煮(zhǔ)條(tiáo)件(jiàn)的基礎,通常要根據高溫蒸煮袋(dài)的蒸煮條件和內容物的特點來確定選用哪些基材、什麽規格、組合順序,要(yào)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(lóng)MXD6、陶瓷蒸鍍膜如SiOxPET12um,多層共(gòng)擠膜和陶瓷蒸鍍膜因技術工藝和價格因素的(de)限製,當前在高溫蒸煮袋上的應用(yòng)還不多見。
根據表層(或承印層)、阻隔(gé)層、熱封層的順序,可以組合複合(hé)包材的結構,也有單(dān)層材料既做承印層也做阻(zǔ)隔層,所以包(bāo)裝袋可以根據需要設(shè)計為兩層、三(sān)層、四層或更多(duō)層,比如:BOPET//RCPP、BOPA//RCPP 、BOPET//BOPA//RCPP、BOPET//A1//RCPP、BOPET//A1//BOPA//RCPP等。對於基材厚度通(tōng)常選擇為(wéi):BOPET12um,BOPA15um, AL7um或AL9um,RCPP50um、RCPP70um、RCPP80um、RCPP100um等,對於(yú)阻隔層通常選擇(zé)BOPA和AL,根據實際需要也有選擇BOPA25um和AL12um的情況,大容(róng)量和特殊要求的高溫蒸煮袋所選擇(zé)的RCPP厚度也有超過100um的。液體包裝袋為克服RCPP不(bú)耐跌(diē)落的(de)缺陷,一(yī)般會在膜內添(tiān)加助劑來增強其抗跌落性能。
高溫蒸煮包材(cái)選用的化工材料(liào)主要指油墨、膠水和溶劑(jì)。普通油墨(mò)不具耐(nài)高溫性,蒸(zhēng)煮後會離層,有些(xiē)顏色會變化(huà),耐高溫蒸煮(zhǔ)油墨應該是以雙組分反應型聚氨酯為連結料(liào)的油墨,它的印刷附著牢度好,經交聯固(gù)化反應後,能耐高溫蒸煮(zhǔ),與膠(jiāo)水之間能形成(chéng)很牢固的粘結力。同時(shí),對於大麵積的專色和白色圖案,還要選擇配套的油墨固(gù)化劑。選用油墨時要特別注意區分普通油墨、耐(nài)100℃以下水煮型油墨和耐121℃以上(shàng)高溫蒸煮型油墨,以免誤用。膠(jiāo)水要選用(yòng)耐高溫蒸煮級別的,通常認為至少是滿足121℃以上蒸煮要求,複合(hé)後必須具有很好的粘結牢(láo)度、高溫抗介質性和耐熱性,目(mù)前最常用的是雙組分聚氨酯(zhǐ)膠水。選用溶劑要和(hé)油墨、膠水能很好搭配,可滿足工藝要求,但不(bú)能影響油墨、膠水的耐高溫蒸煮性能(néng)。
三(sān)、高溫蒸煮袋對生(shēng)產工藝的要求
為控製(zhì)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,這裏隻(zhī)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(zhù)意的問題:
(1)高溫蒸煮袋的印刷基材最(zuì)常用的是BOPET12um和BOPA15um兩種,選用基材的級別要(yào)高,質量要(yào)有(yǒu)保證,包(bāo)括電暈值(zhí)達到52達因以上,並且電暈均(jun1)勻;厚度均勻無荷葉邊、無異物汙染(rǎn)等。高溫蒸煮的BOPA15um(包括複(fù)合用(yòng)的)不同於普通袋,最(zuì)好(hǎo)選用同步拉伸的,以此來保證(zhèng)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(jù)油墨生產廠家(jiā)的技術資料選用油墨,至少選用"R"級別油墨,高溫蒸(zhēng)煮油墨不同廠家(jiā)的不可混用,與油(yóu)墨配套使用的混合溶劑比例必須合適,並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(hé)油(yóu)墨中均不含苯、甲苯(běn)、二(èr)甲苯(běn)、酮類(lèi)或其它高沸點溶劑(jì)。要根據承(chéng)印材料的特性和複合膜結構選定適(shì)合(hé)的油(yóu)墨(mò),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(zài)BOPA上滲透,同樣對(duì)於(yú)隻有承印(yìn)層和熱(rè)封層(céng)兩層結構的蒸煮袋,油(yóu)墨也有在RCPP上滲透的可能,從而帶來對內容物汙染的風險。
(3)需要大麵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(shōu)回的剩餘油墨,不論存放了多長時間(jiān),均不可再用於高溫蒸煮產品的印刷。
(4)使印刷料溶劑殘留量(liàng)最低化,油墨附著牢度(dù)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,對於添加了油墨固化劑的大麵積(jī)油墨(mò),其烘箱溫度要比其他油墨高10-15℃。
(5)印後的BOPA膜一定要用有AL箔(bó)的複合膜包(bāo)裹嚴(yán)實,防止受(shòu)潮收縮和性能改變。
(6)添加了油墨固化劑的印刷料最好(hǎo)要複卷一遍,存放時間不要(yào)超過三天,即三天內至少把印刷層複合完成。
2、複合工序
目前,高溫蒸煮袋主要使用幹複工藝,此工序控製得如何是高溫蒸煮袋成敗的關鍵,生產中要注意以下問(wèn)題:
(1)高溫蒸煮膠水(shuǐ)的使用一定要按廠家的說(shuō)明,比如配比(bǐ)、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(yòng)AL箔的產品,除(chú)了它的機械性能參數滿足外,AL箔表麵要幹燥,潔淨度一(yī)定要達到A級標準,即用蒸餾水檢查時,要全部(bù)能被浸(jìn)潤(rùn),並且針孔數要越少越(yuè)好,使用前的存放時間不宜超過三個月。為增強複合牢度,複合在中間的BOPA要為雙(shuāng)麵電暈(yūn),且電暈值均不低於50達因。
(3)膠水塗布要均勻,根據不同廠(chǎng)家(jiā)和不同型號膠水的特性,幹基量一般要在3.5-4.8g/m2,達到最低塗(tú)布量標準的情況下,以左、中、右(yòu)位置的塗布(bù)偏差不可超(chāo)過0.3g/m2為基準(zhǔn)。固化劑要按要求添加,如果幹複(fù)的車間環境濕度超過了80%,要適當增(zēng)加固(gù)化劑的添加量,一般在原來的基礎上增加5%-10%,如果產品(pǐn)印刷圖案有較多的黃(huáng)色、白色等淺色區域,生產時塗布量要比深色圖案設計增加(jiā)0.3g/m2左(zuǒ)右的塗(tú)布量(liàng),以防止(zhǐ)蒸煮後出現明顯斑(bān)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(tōng)產品都要高5-10℃,複合加(jiā)熱輥溫度在70-80℃,複合壓力比同規格普通(tōng)產品增加(jiā)0.1-0.2MPa,根據(jù)機器性能機(jī)速控製在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(gé)來確定,以收卷鬆緊度適中,卷膜不起皺為基準(zhǔn)。
(5)熟化必須按不同型號的膠水要按廠家的使用要求去(qù)做,溫度和時間不可(kě)偏離要求太多,溫度偏差要(yào)在5℃以(yǐ)內,時間偏差不可超過4小時,熟化時間不夠和超長均不可(kě)取。
(6)熟化後的材料要在室溫下正常冷卻12小時以上才可以分切製袋。
(7)複合高溫蒸煮膠水的(de)選用必須與油墨和薄膜很好搭配,如果搭(dā)配不當,會(huì)出現高溫蒸煮(zhǔ)後(hòu)離層的現象,所以批量生產之前(qián),必須做好(hǎo)樣品試驗。
(8)根據膠水的特點可選擇每複合一層熟化12-24h,最後一層完成後再按膠水(shuǐ)要求的熟化(huà)時間完成最(zuì)終熟化。也可以多層(céng)一次性複合(hé)完成後進熟(shú)化室,按膠水(shuǐ)要求的熟化時間完成最終熟(shú)化。分層熟化的優點是質(zhì)量穩定,減少複合起皺的影響;一次性完成的好處是生產效率高,且便於管理,但有起皺的質量隱患。
3、製袋工序
一般來講製袋是高溫蒸煮袋的最後工序(xù),要嚴格地控(kòng)製(zhì)和把關,否則會(huì)功虧一簣。製(zhì)袋(dài)時要注(zhù)意的問(wèn)題如下:
(1)批量(liàng)製袋之前,要做樣(yàng)品試驗,確定了加工工藝參數,包括各段熱封刀(dāo)的溫度、壓力和機器速度等,並且這些參數能保證蒸煮前後的熱封強度(dù)均能達到標準。裝(zhuāng)入等容量的(de)內容物(wù)在高溫蒸煮試驗機中做(zuò)耐介質的試驗,以(yǐ)此來確(què)定材料結構的符合性。
(2)保證製袋前的卷膜已(yǐ)充分冷卻(què),並且各(gè)層間(jiān)的複合強度,卷膜的溶劑殘留等經檢測後(hòu)均(jun1)已達標,做了首件檢查項目的確認。
(3)製袋時(shí)熱封邊寬度(dù)不低(dī)於5mm。另外(wài),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(yào)在25℃以下。
(4)製袋過程(chéng)中卷(juàn)膜的適應性評估要做(zuò)充分,保證每次生(shēng)產(chǎn)時走膜順暢,熱封狀況良好,製袋質量(liàng)穩定。特別是RCPP做(zuò)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,製袋過程(chéng)中對(duì)高溫蒸(zhēng)煮產品的抽檢比(bǐ)例要適當增加,以便能及早發現過程中的質量異(yì)常,蒸(zhēng)煮試驗以一(yī)個生產班(bān)次做一次為宜,試(shì)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(zhǔ)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(chǐ)寸和重量(liàng)選擇合適的包裝數(shù)量(liàng),注意防護,防止對袋子機(jī)械損(sǔn)傷。
以上為製袋工序要注意(yì)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(qín)袋,控製的重點為管的(de)材料要與袋子熱封層(céng)的材料(liào)配套,保證(zhèng)良好的封合(hé)效果,蒸煮後和使用過程中不(bú)至(zhì)於滲漏。另外就是管和蓋的搭配,能保(bǎo)證蒸煮前後的密封性,根據材料的伸縮變化,要保證蒸煮後的開啟力矩不能變化太大,以(yǐ)保證開啟順暢但又能密封良好。
生產過程中,各個控製項目要按要求(qiú)檢驗(yàn),這是驗證質量是(shì)否符合標準的基本措施,所以從原(yuán)材(cái)料到成品完成整個過程(chéng),檢驗要(yào)嚴格進行,特別是驗證袋子功能的耐高溫蒸煮檢驗(yàn)不(bú)可有絲(sī)毫馬虎。
四、高溫(wēn)蒸煮袋如何適(shì)應內容物包(bāo)裝(zhuāng)及滅菌工藝(yì)的要求
高(gāo)溫(wēn)蒸煮袋最終(zhōng)要經受住內容物的包裝工藝及後續的滅菌工藝的考驗,所以這個條件對其影響很(hěn)大。最終包(bāo)裝和滅菌(jun1)處理完(wán)成的成品,必須是袋麵平(píng)整,包材本身(shēn)無收(shōu)縮起皺、起泡、無離層、無滲漏等現(xiàn)象。下麵(miàn)是要(yào)注意的重點:
1、根據內容物的形態和性質(zhì)選用(yòng)合適的材料和結構(gòu),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(ròu)類內容物高溫蒸煮前後均不能紮破(pò)袋(dài)子。如果內容(róng)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(liàng)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(wù)的理化(huà)特(tè)性(xìng)影響,在(zài)高溫(wēn)下可能發生變化而產生新物質,有可(kě)能在蒸煮袋層層(céng)之間滲透從而引起蒸(zhēng)煮袋包裝性能的下(xià)降。
3、選擇合適的包(bāo)裝封口(kǒu)溫度使封(fēng)口牢固,防止蒸煮(zhǔ)過程(chéng)中此處漏料,在冷卻(què)過程中防止冷卻水中的細菌滲入(rù)汙染。
4、如(rú)果不是抽真空(kōng)包裝,要注意控製包(bāo)裝內(nèi)殘(cán)留的氣體(tǐ)量,能做到比例適中,殘留量基本一致,不然(rán)在蒸(zhēng)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(wěn)定的高溫滅(miè)菌工藝條件,比如按標準蒸煮條件為121℃耐溫(wēn)40min,製(zhì)作蒸煮袋的各類材料在達到121℃時已到所能承受(shòu)的極限,如果溫度和時間(jiān)過(guò)多超出這個工藝(yì)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,複合強度嚴重(chóng)衰減,熱封強度(dù)降低等。
6、注意材料變化對包裝物的影響,比如(rú)蒸煮後的(de)RCPP變硬,材料中的添加(jiā)劑析出等,評估蒸煮後和蒸煮前的物(wù)理性能(néng)變化的影響,還要注意對(duì)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(yóu)其是抽(chōu)真空的蒸煮袋。一般蒸煮後的RCPP會變硬,抽真空的折痕處易(yì)發生漏氣問題,這需要從選材和工藝上加以解決。
8、對於高溫(wēn)蒸煮袋包裝的產品忌粗暴搬運(yùn)、裝卸,同時貯存於清潔、幹燥、通風、陰涼的地方,不可靠熱源太近,這樣可以盡可(kě)能(néng)保證包裝袋和內容物的理化性能穩(wěn)定。在貯藏和銷售過程中發現脹包和滲漏的產品禁止(zhǐ)出售和食用。如果在銷售環節出現較多不良狀況,將嚴重(chóng)影響產品(pǐn)的形象,甚至有可能會毀滅一個品牌,使用高溫蒸煮袋(dài)的企業要做好充分評估。
9、經過高溫蒸煮(zhǔ)的內容物和袋子要(yào)確定合理的保質期,如熟肉製品具有豐富的蛋白質,微生物十分容易繁殖,而且肉(ròu)製品中(zhōng)的脂肪在貯存中易氧化(huà)變質,一般保質期都在一年(nián)以(yǐ)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(cái)中某些添加劑在高溫條件下會加快遊離到表麵,如塑料薄膜中添(tiān)加的開口劑、抗靜電劑、爽滑劑等會慢慢滲(shèn)出,同時有慢慢汙染食品的風險,並且塑料產(chǎn)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(zhǎng)時間存放。
盡管根據複合材料的結(jié)構(gòu),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(wù)保質(zhì)期,理論保質期(qī)可以是兩年(nián)甚至五年以上,但實際(jì)應(yīng)用中不確定因素太多,鑒於複(fù)合材料(liào)本身的特點及內容物(wù)性質的不確(què)定性,保質期不能(néng)隻依賴包材(cái)的透濕、透氧數據和密封(fēng)性來判定,因此高溫蒸煮食品確定兩年以上的保質期是(shì)缺乏事實依據的。
10、不可忽視特殊要(yào)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(de)情況,這時(shí)就不能按國家標準(zhǔn)來生搬硬套,隻有(yǒu)通過增加材料厚度或(huò)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(chǎn)和使用過程中(zhōng)要注意的問題,不(bú)同於普通(tōng)袋的地方在(zài)於:高(gāo)溫蒸煮袋不但在蒸煮前要滿足(zú)標準,蒸煮後和保質期內也要在外觀、功能(néng)和衛生性(xìng)等(děng)方麵滿足使用的要求,這個實際要求(qiú)甚至會遠遠高於高溫蒸煮袋的某項國(guó)家標準。
五、高(gāo)溫蒸煮包(bāo)材結構設計需要綜合考(kǎo)慮
包材是否滿足要求,包材(cái)使用者和生產(chǎn)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(zhǒng)性質的物品,包裝的容量是多(duō)少,包裝好後要經(jīng)受什麽樣的蒸煮滅菌條(tiáo)件(jiàn),保存在什麽樣的環境中,要求多長的保質(zhì)期等。不同內容物的要求,對蒸煮袋質量的要求就不(bú)同,對材料結構的組合、膠粘劑和油墨的選擇也不同,生(shēng)產工藝控製也會有差異,同樣也就會有(yǒu)成本的(de)不同。
確定使用哪種結(jié)構之前,一定(dìng)要做充分的評(píng)估,比如(rú)同樣是(shì)150g容量、同(tóng)樣規格尺寸的高溫蒸煮板栗(lì)複合直立袋,其結構可以是(shì)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(jù)體要求來確定,選擇有BOPA15 um的結(jié)構,袋子會有較(jiào)好的封合強度,有較(jiào)好的耐穿刺、耐擠壓、防滲漏和抗跌(diē)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(rú)出口到國(guó)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(zé)PET //RCPP或BOPA//RCPP兩層結構,因在高溫蒸(zhēng)煮狀態下油墨顏料會(huì)在RCPP內加速(sù)滲透,會對內容物造成汙染,為防止(zhǐ)此風險,就需要在RCPP前加一層適當(dāng)厚度的AL箔。確定結構後,就需要生(shēng)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(yòng)是生產者和使用者雙方的共同責任。
來源中夏軟(ruǎn)包裝