مقدمة عن المشاكل الشائعة وطرق الكشف عن التغليف المقاوم للتعقيم

يُعدّ غشاء البلاستيك المركب مادة تغليف شائعة الاستخدام في التغليف المقاوم للتعقيم الحراري. ويُعتبر التعقيم الحراري عمليةً أساسيةً لتغليف الأطعمة التي تتطلب درجات حرارة عالية. مع ذلك، تتأثر الخصائص الفيزيائية لأغشية البلاستيك المركبة سلبًا بالحرارة بعد تسخينها، مما ينتج عنه مواد تغليف غير مطابقة للمواصفات. تتناول هذه المقالة تحليل المشكلات الشائعة التي تظهر بعد طهي أكياس التعقيم الحراري، وتُقدّم طرقًا لاختبار أدائها الفيزيائي، على أمل أن تُسهم في توجيه الإنتاج الفعلي.

تُعدّ أكياس التغليف المقاومة للحرارة العالية والمخصصة للتعقيم الحراري من أكثر أنواع التغليف شيوعًا للحوم ومنتجات الصويا وغيرها من الأطعمة الجاهزة. تُعبأ هذه الأكياس عادةً بتفريغ الهواء، ويمكن تخزينها في درجة حرارة الغرفة بعد تسخينها وتعقيمها بدرجة حرارة عالية (100-135 درجة مئوية). تتميز الأطعمة المعبأة بهذه الطريقة بسهولة حملها، وجاهزيتها للأكل فور فتح الكيس، فضلًا عن كونها صحية ومريحة، كما أنها تحافظ على نكهة الطعام، مما يجعلها محبوبة لدى المستهلكين. وتتراوح مدة صلاحية هذه المنتجات، بحسب عملية التعقيم ومواد التغليف، بين ستة أشهر وسنتين.

تتضمن عملية تغليف الأطعمة المعقمة بالحرارة تصنيع الأكياس، وتعبئتها، وتفريغ الهواء منها، ولحامها حراريًا، وفحصها، وطهيها وتعقيمها بالحرارة، وتجفيفها وتبريدها، ثم تغليفها. ويُعدّ الطهي والتعقيم بالحرارة العملية الأساسية في هذه العملية. مع ذلك، عند تغليف الأكياس المصنوعة من مواد بوليمرية - كالبلاستيك - تزداد حركة السلاسل الجزيئية بعد التسخين، وتتأثر الخصائص الفيزيائية للمادة بالتدهور الحراري. تتناول هذه المقالة تحليل المشكلات الشائعة التي تظهر بعد طهي أكياس التعقيم بالحرارة العالية، وتُعرّف بطرق اختبار أدائها الفيزيائي.

1. تحليل المشاكل الشائعة في أكياس التغليف المقاومة للتعقيم الحراري
تُعبأ الأطعمة المُعقّمة حراريًا بدرجة حرارة عالية، ثم تُسخّن وتُعقّم مع مواد التغليف. ولتحقيق خصائص فيزيائية عالية وعزل جيد، تُصنع عبوات مقاومة للتعقيم الحراري من مواد أساسية متنوعة. تشمل المواد الشائعة الاستخدام البولي أميد (PA)، والبولي إيثيلين تيريفثالات (PET)، والألومنيوم (AL)، والبولي بروبيلين المُقوّى (CPP). تتكون الهياكل الشائعة الاستخدام من طبقتين من الأغشية المركبة، مثل (BOPA/CPP، PET/CPP)، وثلاث طبقات من الأغشية المركبة (مثل PA/AL/CPP، PET/PA/CPP)، وأربع طبقات من الأغشية المركبة (مثل PET/PA/AL/CPP). في الإنتاج الفعلي، تتمثل أكثر مشاكل الجودة شيوعًا في التجاعيد، وتمزق الأكياس، وتسرب الهواء، والروائح الكريهة بعد الطهي.

1) توجد عمومًا ثلاثة أشكال للتجعد في أكياس التغليف: تجاعيد أفقية أو رأسية أو غير منتظمة على مادة التغليف الأساسية؛ تجاعيد وتشققات على كل طبقة من طبقات التغليف المركبة وعدم استوائها؛ انكماش مادة التغليف الأساسية، وانكماش طبقات التغليف المركبة الأخرى، وظهور خطوط على كل طبقة. أما الأكياس الممزقة فتنقسم إلى نوعين: التمزق المباشر والتجعد ثم التمزق.

٢) يشير مصطلح "الانفصال الطبقي" إلى ظاهرة انفصال الطبقات المركبة لمواد التغليف عن بعضها. يظهر الانفصال الطبقي الطفيف على شكل انتفاخات شريطية في الأجزاء المعرضة للضغط من العبوة، مما يقلل من قوة التقشير، ويمكن حتى تمزيقها بسهولة باليد. في الحالات الشديدة، تنفصل الطبقة المركبة للعبوة على مساحة واسعة بعد الطهي. عند حدوث الانفصال الطبقي، يختفي التعزيز التآزري للخصائص الفيزيائية بين الطبقات المركبة لمادة التغليف، وتنخفض الخصائص الفيزيائية وخصائص العزل بشكل ملحوظ، مما يجعل من المستحيل تلبية متطلبات مدة الصلاحية، وغالبًا ما يتسبب ذلك في خسائر أكبر للشركة.

3) عادةً ما يكون لتسرب الهواء الطفيف فترة حضانة طويلة نسبيًا، ويصعب اكتشافه أثناء الطهي. خلال تداول المنتج وتخزينه، تنخفض درجة الفراغ داخله، ويظهر هواء واضح في العبوة. لذلك، غالبًا ما تؤثر هذه المشكلة على جودة عدد كبير من المنتجات. ويرتبط حدوث تسرب الهواء ارتباطًا وثيقًا بضعف إحكام إغلاق أكياس التعقيم الحراري ومقاومتها للثقب.

٤) تُعدّ الرائحة الكريهة بعد الطهي مشكلة شائعة تتعلق بالجودة. وترتبط هذه الرائحة ببقايا المذيبات الزائدة في مواد التغليف أو باختيار غير مناسب للمواد. فإذا استُخدم غشاء البولي إيثيلين كطبقة داخلية مانعة للتسرب في أكياس الطهي التي تتحمل درجات حرارة أعلى من ١٢٠ درجة مئوية، فإنه يكون عرضة للروائح الكريهة عند درجات الحرارة العالية. لذلك، يُفضّل استخدام البولي بروبيلين المُقوّى بالكربون (RCPP) كطبقة داخلية في هذه الأكياس.

2. طرق اختبار الخصائص الفيزيائية للعبوات المقاومة للتعقيم الحراري
تتسم العوامل المؤدية إلى مشاكل جودة التغليف المقاوم للتعقيم الحراري بالتعقيد النسبي، وتشمل جوانب عديدة كالمواد الخام المستخدمة في الطبقة المركبة، والمواد اللاصقة، والأحبار، ومراقبة عملية تصنيع الأكياس والطبقات المركبة، وعمليات التعقيم الحراري. ولضمان جودة التغليف وفترة صلاحية الطعام، من الضروري إجراء اختبارات مقاومة الطهي على مواد التغليف.

المعيار الوطني المطبق على أكياس التغليف المقاومة للتعقيم الحراري هو GB/T10004-2008 "أغشية مركبة بلاستيكية للتغليف، تغليف جاف للأكياس، تغليف بالبثق"، وهو مستند إلى JIS Z 1707-1997 "المبادئ العامة للأغشية البلاستيكية لتغليف المواد الغذائية". وقد صُمم ليحل محل GB/T 10004-1998 "الأغشية والأكياس المركبة المقاومة للتعقيم الحراري" وGB/T10005-1998 "أغشية البولي بروبيلين ثنائية المحور/أغشية وأكياس البولي إيثيلين منخفضة الكثافة المركبة". يتضمن GB/T 10004-2008 خصائص فيزيائية متنوعة ومؤشرات لمتبقيات المذيبات لأغشية وأكياس التغليف المقاومة للتعقيم الحراري، ويشترط اختبار هذه الأكياس للتأكد من مقاومتها لدرجات الحرارة العالية. تتلخص الطريقة في ملء أكياس التغليف المقاومة للتعقيم بمحلول مكون من 4% حمض الخليك، و1% كبريتيد الصوديوم، و5% كلوريد الصوديوم، وزيت نباتي، ثم تفريغها من الهواء وإغلاقها، وتسخينها وضغطها في قدر طهي عالي الضغط عند درجة حرارة 121 درجة مئوية لمدة 40 دقيقة، ثم تبريدها مع الحفاظ على الضغط ثابتًا. بعد ذلك، يتم اختبار مظهرها، وقوة شدها، واستطالتها، وقوة فتحها، وقوة إغلاقها الحراري، ويُستخدم معدل انخفاضها لتقييمها. الصيغة كالتالي:

R=(AB)/A×100

في الصيغة، يُمثل R معدل الانخفاض (%) للعناصر المختبرة، وA متوسط ​​قيمة العناصر المختبرة قبل اختبار الوسط المقاوم للحرارة العالية، وB متوسط ​​قيمة العناصر المختبرة بعد اختبار الوسط المقاوم للحرارة العالية. متطلبات الأداء هي: "بعد اختبار مقاومة العزل الكهربائي عند درجة حرارة عالية، يجب ألا تُظهر المنتجات التي تعمل عند درجة حرارة 80 درجة مئوية أو أعلى أي انفصال في الطبقات، أو تلف، أو تشوه واضح داخل الكيس أو خارجه، وأن يكون معدل الانخفاض في قوة التقشير، وقوة السحب، والإجهاد الاسمي عند الكسر، وقوة اللحام الحراري ≤ 30%".

3. اختبار الخصائص الفيزيائية لأكياس التغليف المقاومة للتعقيم الحراري
يُعدّ الاختبار الفعلي على الجهاز الطريقة الأمثل لتقييم الأداء العام لعبوات التغليف المقاومة للتعقيم الحراري. مع ذلك، لا تقتصر هذه الطريقة على كونها تستغرق وقتًا طويلاً، بل إنها محدودة أيضًا بخطة الإنتاج وعدد الاختبارات، كما أنها تعاني من ضعف في سهولة التشغيل، وهدر كبير، وتكلفة عالية. من خلال اختبار التعقيم الحراري، يمكن تقييم الخصائص الفيزيائية للعبوات، مثل خصائص الشد، وقوة الفتح، وقوة اللحام الحراري قبل وبعد التعقيم، مما يسمح بتقييم شامل لجودة مقاومة أكياس التغليف للتعقيم الحراري. تستخدم اختبارات الطهي عادةً نوعين من المحتويات: مواد حقيقية ومواد محاكاة. يُتيح اختبار الطهي باستخدام المحتويات الحقيقية محاكاة ظروف الإنتاج الفعلية قدر الإمكان، ويمنع بشكل فعال دخول العبوات غير المطابقة للمواصفات إلى خط الإنتاج على دفعات. أما بالنسبة لمصانع مواد التغليف، فتُستخدم مواد المحاكاة لاختبار مقاومة مواد التغليف أثناء عملية الإنتاج وقبل التخزين. يُعدّ اختبار أداء الطهي أكثر عملية وسهولة في التشغيل. يُقدّم الكاتب طريقة اختبار الأداء الفيزيائي لأكياس التغليف المقاومة للتعقيم الحراري عن طريق ملئها بسوائل تحاكي الطعام من ثلاثة مصنّعين مختلفين، وإجراء اختبارات التبخير والغلي عليها. وتتلخص عملية الاختبار فيما يلي:

1) اختبار الطهي

الأدوات: قدر طهي آمن وذكي يعمل بضغط خلفي ودرجة حرارة عالية، وجهاز اختبار اللحام الحراري HST-H3

خطوات الاختبار: ضع حمض الخليك بتركيز 4% بحرص في كيس التعقيم حتى ثلثي حجمه. احرص على عدم تلويث الغلاف، حتى لا يؤثر ذلك على إحكام الإغلاق. بعد التعبئة، أغلق أكياس الطهي بإحكام باستخدام لاصق HST-H3، وحضّر 12 عينة. عند الإغلاق، يجب تفريغ الهواء من الكيس قدر الإمكان لمنع تمدد الهواء أثناء الطهي من التأثير على نتائج الاختبار.

ضع العينة المغلقة في وعاء الطهي لبدء الاختبار. اضبط درجة حرارة الطهي على 121 درجة مئوية، ومدة الطهي على 40 دقيقة، ثم قم بطهي 6 عينات على البخار، و6 عينات أخرى على النار. أثناء اختبار الطهي، انتبه جيدًا لتغيرات ضغط الهواء ودرجة الحرارة داخل وعاء الطهي للتأكد من بقاء درجة الحرارة والضغط ضمن النطاق المحدد.

بعد انتهاء الاختبار، اترك العينات تبرد إلى درجة حرارة الغرفة، ثم أخرجها ولاحظ ما إذا كانت هناك أكياس ممزقة أو تجاعيد أو انفصال في الطبقات، وما إلى ذلك. بعد الاختبار، كانت أسطح العينتين رقم 1 و2 ناعمة بعد الطهي ولم يكن هناك أي انفصال في الطبقات. أما سطح العينة رقم 3 فلم يكن ناعمًا جدًا بعد الطهي، وكانت حوافها ملتوية بدرجات متفاوتة.

2) مقارنة خصائص الشد

قم بأخذ أكياس التغليف قبل الطهي وبعده، ثم قص 5 عينات مستطيلة الشكل بأبعاد 15 مم × 150 مم في الاتجاه العرضي و150 مم في الاتجاه الطولي، واتركها لمدة 4 ساعات في بيئة بدرجة حرارة 23±2 درجة مئوية ورطوبة نسبية 50±10%. استُخدم جهاز اختبار الشد الإلكتروني الذكي XLW (PC) لاختبار قوة الكسر والاستطالة عند الكسر بسرعة 200 مم/دقيقة.

3) اختبار التقشير

وفقًا للطريقة (أ) من المواصفة القياسية GB 8808-1988 "طريقة اختبار التقشير للمواد البلاستيكية المركبة اللينة"، تُقطع عينة بعرض 15±0.1 مم وطول 150 مم. تُؤخذ 5 عينات في كل من الاتجاهين الأفقي والرأسي. يُقشّر جزء من الطبقة المركبة مسبقًا على طول العينة، ثم تُوضع في جهاز اختبار الشد الإلكتروني الذكي XLW (PC)، ويُقاس قوة التقشير بسرعة 300 مم/دقيقة.

4) اختبار قوة اللحام الحراري

وفقًا لـ GB/T 2358-1998 "طريقة اختبار قوة اللحام الحراري لأكياس تغليف الأغشية البلاستيكية"، يتم قطع عينة بعرض 15 مم عند جزء اللحام الحراري من العينة، وفتحها بزاوية 180 درجة، وتثبيت طرفي العينة على جهاز اختبار الشد الإلكتروني الذكي XLW (PC)، ويتم اختبار أقصى حمل بسرعة 300 مم/دقيقة، ويتم حساب معدل السقوط باستخدام صيغة العزل الكهربائي لمقاومة درجة الحرارة العالية في GB/T 10004-2008.

لخص
تحظى الأطعمة المعبأة المقاومة للتعقيم الحراري بإقبال متزايد من المستهلكين لسهولة تناولها وتخزينها. وللحفاظ على جودة المحتويات ومنع تلف الطعام، يجب مراقبة كل خطوة من خطوات إنتاج أكياس التعقيم الحراري بدقة والتحكم بها بشكل مناسب.

1. يجب أن تُصنع أكياس الطهي المقاومة لدرجات الحرارة العالية من مواد مناسبة بناءً على المحتوى وعملية الإنتاج. على سبيل المثال، يُختار البولي بروبيلين المقوى (CPP) عادةً كطبقة مانعة للتسرب داخلية في أكياس الطهي المقاومة لدرجات الحرارة العالية؛ وعند استخدام أكياس تغليف تحتوي على طبقات من الألومنيوم (AL) لتعبئة مواد حمضية وقلوية، يجب إضافة طبقة مركبة من البولي أميد (PA) بين الألومنيوم والبولي بروبيلين المقوى لزيادة مقاومة نفاذية الأحماض والقلويات؛ ويجب أن تكون قابلية انكماش كل طبقة مركبة بالحرارة متجانسة أو متقاربة لتجنب التواء المادة أو حتى انفصالها بعد الطهي نتيجةً لعدم تطابق خصائص الانكماش الحراري.

٢. التحكم الأمثل في عملية التركيب. تُستخدم في الغالب طريقة التركيب الجاف لأكياس التعقيم الحراري المقاومة للحرارة العالية. في عملية إنتاج أغشية التعقيم الحراري، من الضروري اختيار المادة اللاصقة المناسبة وعملية اللصق الجيدة، والتحكم الأمثل في ظروف المعالجة لضمان تفاعل المادة اللاصقة وعامل المعالجة بشكل كامل.

3. تُعدّ مقاومة درجات الحرارة العالية من أصعب مراحل عملية تغليف أكياس التعقيم الحراري. وللحدّ من مشاكل جودة الدفعات، يجب اختبار أكياس التعقيم الحراري وفحصها وفقًا لظروف الإنتاج الفعلية قبل الاستخدام وأثناءه. يجب التحقق من مظهر العبوة بعد التعقيم، والتأكد من خلوها من أي تجاعيد أو فقاعات أو تشوهات، ومن عدم وجود انفصال في الطبقات أو تسريب، ومن مطابقة معدل انخفاض الخصائص الفيزيائية (قوة الشد، وقوة الفتح، وقوة اللحام الحراري) للمتطلبات، وغيرها.