Kunststoffverbundfolien sind ein gängiges Verpackungsmaterial für sterilisierte Verpackungen. Sterilisation im Autoklaven und Hitzebehandlungsverfahren sind wichtige Schritte beim Verpacken von Hochtemperatur-Lebensmitteln. Allerdings können die physikalischen Eigenschaften von Kunststoffverbundfolien nach dem Erhitzen beeinträchtigt werden, was zu ungeeigneten Verpackungsmaterialien führt. Dieser Artikel analysiert häufige Probleme nach dem Erhitzen von Sterilisationsbeuteln und stellt Methoden zur Prüfung ihrer physikalischen Eigenschaften vor. Er soll als Leitfaden für die praktische Produktion dienen.
Hochtemperaturbeständige Sterilisationsbeutel sind eine gängige Verpackungsform für Fleisch, Sojaprodukte und andere Fertiggerichte. Sie werden in der Regel vakuumverpackt und können nach Erhitzen und Sterilisieren bei hoher Temperatur (100–135 °C) bei Raumtemperatur gelagert werden. Steril verpackte Lebensmittel sind leicht zu transportieren, nach dem Öffnen des Beutels verzehrfertig, hygienisch und praktisch und bewahren den Geschmack der Lebensmittel optimal. Daher sind sie bei Verbrauchern sehr beliebt. Je nach Sterilisationsverfahren und Verpackungsmaterial beträgt die Haltbarkeit steril verpackter Produkte zwischen sechs Monaten und zwei Jahren.
Der Verpackungsprozess von Retortenlebensmitteln umfasst die Beutelherstellung, das Abfüllen, Vakuumieren, Heißsiegeln, die Qualitätskontrolle, das Erhitzen und Sterilisieren, das Trocknen und Abkühlen sowie die Verpackung. Das Erhitzen und Sterilisieren ist der Kernprozess. Bei Verpackungsbeuteln aus Polymermaterialien – Kunststoffen – verstärkt sich jedoch die Bewegung der Molekülketten nach dem Erhitzen, wodurch sich die physikalischen Eigenschaften des Materials thermisch verändern können. Dieser Artikel analysiert häufige Probleme nach dem Erhitzen von Retortenbeuteln und stellt Methoden zur Prüfung ihrer physikalischen Eigenschaften vor.
1. Analyse häufiger Probleme mit retortenbeständigen Verpackungsbeuteln
Hochtemperatur-Retortenlebensmittel werden verpackt und anschließend zusammen mit dem Verpackungsmaterial erhitzt und sterilisiert. Um hohe physikalische Eigenschaften und gute Barriereeigenschaften zu erzielen, werden retortenbeständige Verpackungen aus verschiedenen Basismaterialien hergestellt. Zu den gängigen Materialien gehören PA, PET, AL und CPP. Üblicherweise werden zweilagige Verbundfolien verwendet, beispielsweise BOPA/CPP oder PET/CPP, sowie dreilagige Verbundfolien (z. B. PA/AL/CPP oder PET/PA/CPP) und vierlagige Verbundfolien (z. B. PET/PA/AL/CPP). In der Praxis treten am häufigsten Faltenbildung, beschädigte Beutel, Luftleckagen und Geruchsbildung nach dem Garen auf.
1) Es gibt im Allgemeinen drei Arten von Faltenbildung bei Verpackungsbeuteln: horizontale, vertikale oder unregelmäßige Falten im Basismaterial; Falten und Risse in den einzelnen Schichten sowie mangelnde Planlage; Schrumpfung des Basismaterials und der einzelnen Schichten, wodurch sich diese voneinander lösen und Streifen bilden. Beschädigte Beutel werden in zwei Typen unterteilt: direktes Platzen und Faltenbildung mit anschließendem Platzen.
2) Delamination bezeichnet das Phänomen, dass sich die Verbundschichten von Verpackungsmaterialien voneinander lösen. Leichte Delamination äußert sich durch streifenförmige Ausbeulungen an beanspruchten Stellen der Verpackung. Die Schälfestigkeit ist reduziert, und die Verpackung kann sogar mit der Hand leicht abgerissen werden. In schweren Fällen löst sich die Verbundschicht der Verpackung nach dem Kochen großflächig ab. Tritt Delamination auf, geht die synergistische Verstärkung der physikalischen Eigenschaften zwischen den Verbundschichten des Verpackungsmaterials verloren. Die physikalischen Eigenschaften und die Barriereeigenschaften verschlechtern sich erheblich, wodurch die Anforderungen an die Haltbarkeit nicht mehr erfüllt werden können und dem Unternehmen oft erhebliche Verluste entstehen.
3) Geringfügige Luftleckagen haben in der Regel eine relativ lange Inkubationszeit und sind während des Garvorgangs schwer zu erkennen. Während der Zirkulation und Lagerung des Produkts nimmt der Vakuumgrad ab, und es tritt sichtbar Luft in der Verpackung auf. Daher betrifft dieses Qualitätsproblem häufig eine große Anzahl von Produkten und hat somit größere Auswirkungen. Das Auftreten von Luftleckagen hängt eng mit einer unzureichenden Heißversiegelung und mangelnder Durchstoßfestigkeit des Retortenbeutels zusammen.
4) Geruch nach dem Kochen ist ebenfalls ein häufiges Qualitätsproblem. Der charakteristische Geruch nach dem Kochen ist auf übermäßige Lösungsmittelrückstände in den Verpackungsmaterialien oder eine ungeeignete Materialauswahl zurückzuführen. Wird PE-Folie als innere Siegelschicht von Hochtemperatur-Kochbeuteln für Temperaturen über 120 °C verwendet, neigt diese Folie bei hohen Temperaturen zur Geruchsbildung. Daher wird in der Regel RCPP als Innenschicht für Hochtemperatur-Kochbeutel gewählt.
2. Prüfverfahren für die physikalischen Eigenschaften von retortenbeständigen Verpackungen
Die Ursachen für Qualitätsprobleme bei sterilisierten Verpackungen sind relativ komplex und umfassen viele Aspekte wie Rohstoffe für die Verbundschichten, Klebstoffe, Druckfarben, die Prozesskontrolle bei der Herstellung der Verbund- und Beutelschichten sowie die Sterilisationsprozesse selbst. Um die Verpackungsqualität und die Haltbarkeit der Lebensmittel zu gewährleisten, sind Kochbeständigkeitstests der Verpackungsmaterialien erforderlich.
Die nationale Norm für sterilisatorbeständige Verpackungsbeutel ist GB/T 10004-2008 „Kunststoffverbundfolien für Verpackungen, Trockenlaminierung von Beuteln, Extrusionslaminierung“. Sie basiert auf JIS Z 1707-1997 „Allgemeine Grundlagen für Kunststofffolien für Lebensmittelverpackungen“ und wurde als Ersatz für GB/T 10004-1998 „Sterilisatorbeständige Verbundfolien und -beutel“ sowie GB/T 10005-1998 „Biaxial orientierte Polypropylenfolien/Polyethylen-Verbundfolien und -beutel mit niedriger Dichte“ formuliert. GB/T 10004-2008 enthält verschiedene physikalische Eigenschaften und Indikatoren für Lösemittelrückstände von sterilisatorbeständigen Verpackungsfolien und -beuteln und schreibt vor, dass diese auf Hochtemperaturbeständigkeit geprüft werden müssen. Das Verfahren besteht darin, retortenbeständige Verpackungsbeutel mit 4 % Essigsäure, 1 % Natriumsulfid, 5 % Natriumchlorid und Pflanzenöl zu befüllen, anschließend zu entlüften und zu verschließen, in einem Hochdruckkochtopf 40 Minuten lang bei 121 °C zu erhitzen und unter Druck zu setzen und anschließend bei gleichbleibendem Druck abzukühlen. Danach werden Aussehen, Zugfestigkeit, Dehnung, Schälkraft und Heißsiegelfestigkeit geprüft und die Abnahmerate als Bewertungskriterium herangezogen. Die Formel lautet wie folgt:
R=(AB)/A×100
In der Formel steht R für die prozentuale Abnahme der Prüflinge, A für den Mittelwert der Prüflinge vor dem Test mit dem hochtemperaturbeständigen Medium und B für den Mittelwert der Prüflinge nach dem Test. Die Leistungsanforderungen lauten: „Nach dem Hochtemperatur-Durchschlagsfestigkeitstest dürfen Produkte mit einer Einsatztemperatur von 80 °C oder höher keine Delamination, Beschädigung, offensichtliche Verformung innerhalb oder außerhalb der Verpackung sowie keine Abnahme der Schälkraft, der Abreißkraft, der Bruchdehnung und der Heißsiegelfestigkeit aufweisen. Die Abnahmerate darf ≤ 30 % betragen.“
3. Prüfung der physikalischen Eigenschaften von retortenbeständigen Verpackungsbeuteln
Der eigentliche Maschinentest kann die Gesamtleistung der sterilisierbaren Verpackung am besten erfassen. Diese Methode ist jedoch nicht nur zeitaufwändig, sondern auch durch den Produktionsplan und die Anzahl der Tests begrenzt. Sie ist schwer handhabbar, verursacht viel Abfall und ist teuer. Durch den Sterilisationstest, bei dem physikalische Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Schälfestigkeit und Heißsiegelfestigkeit vor und nach der Sterilisation geprüft werden, lässt sich die Sterilisationsbeständigkeit des Beutels umfassend beurteilen. Kochtests verwenden in der Regel zwei Arten von Produkten: reale Inhalte und simulierte Materialien. Der Kochtest mit realen Inhalten bildet die Produktionssituation möglichst genau ab und verhindert effektiv, dass ungeeignete Verpackungen in Chargen in die Produktionslinie gelangen. Verpackungsmaterialhersteller verwenden Simulantien, um die Beständigkeit der Verpackungsmaterialien während des Produktionsprozesses und vor der Lagerung zu testen. Die Prüfung der Kochbeständigkeit ist praktischer und einfacher durchzuführen. Der Autor stellt die Methode zur Prüfung der physikalischen Eigenschaften sterilisierbarer Verpackungsbeutel vor, indem er sie mit lebensmittelähnlichen Flüssigkeiten von drei verschiedenen Herstellern füllt und Dampf- und Kochtests durchführt. Der Testablauf ist wie folgt:
1) Kochtest
Instrumente: Sicherer und intelligenter Hochtemperatur-Kochtopf mit Gegendruck, Wärmesiegelprüfgerät HST-H3
Testdurchführung: Füllen Sie vorsichtig 4%ige Essigsäure bis zu zwei Dritteln des Volumens in den Retortenbeutel. Achten Sie darauf, die Versiegelung nicht zu verunreinigen, um die Dichtigkeit nicht zu beeinträchtigen. Verschließen Sie die Kochbeutel nach dem Befüllen mit HST-H3 und bereiten Sie insgesamt 12 Proben vor. Beim Verschließen sollte die Luft im Beutel so weit wie möglich herausgedrückt werden, damit die Luftausdehnung während des Garens die Testergebnisse nicht verfälscht.
Geben Sie die verschlossene Probe in den Kochtopf, um den Test zu starten. Stellen Sie die Kochtemperatur auf 121 °C, die Kochzeit auf 40 Minuten ein und dämpfen Sie 6 Proben. Kochen Sie 6 Proben. Achten Sie während des Kochtests genau auf die Veränderungen von Luftdruck und Temperatur im Kochtopf, um sicherzustellen, dass diese im eingestellten Bereich bleiben.
Nach Abschluss des Tests auf Raumtemperatur abkühlen lassen, entnehmen und auf Beschädigungen wie Risse, Falten, Ablösungen etc. prüfen. Die Oberflächen der Proben 1 und 2 waren nach dem Garen glatt und wiesen keine Ablösungen auf. Die Oberfläche der Probe 3 war nach dem Garen nicht sehr glatt, und die Ränder waren unterschiedlich stark verzogen.
2) Vergleich der Zugeigenschaften
Die Verpackungsbeutel wurden vor und nach dem Garen entnommen und zu fünf rechteckigen Proben mit den Abmessungen 15 mm × 150 mm (quer) und 150 mm (längs) zugeschnitten. Diese Proben wurden vier Stunden lang bei 23 ± 2 °C und 50 ± 10 % relativer Luftfeuchtigkeit konditioniert. Anschließend wurden Bruchkraft und Bruchdehnung mit einer intelligenten elektronischen Zugprüfmaschine vom Typ XLW (PC) bei einer Prüfgeschwindigkeit von 200 mm/min ermittelt.
3) Schältest
Gemäß Methode A der Norm GB 8808-1988 „Schälprüfung weicher Kunststoffverbundwerkstoffe“ wird eine Probe mit einer Breite von 15 ± 0,1 mm und einer Länge von 150 mm zugeschnitten. Es werden jeweils fünf Proben in horizontaler und vertikaler Richtung entnommen. Die Verbundschicht wird in Längsrichtung der Probe vorab abgezogen. Anschließend wird die Probe in die intelligente elektronische Zugprüfmaschine XLW (PC) eingespannt und die Schälkraft bei einer Prüfgeschwindigkeit von 300 mm/min gemessen.
4) Prüfung der Heißsiegelfestigkeit
Gemäß GB/T 2358-1998 „Prüfverfahren für die Heißsiegelfestigkeit von Kunststofffolienverpackungsbeuteln“ wird eine 15 mm breite Probe im Bereich der Heißsiegelung eingeschnitten, um 180° geöffnet und beide Enden der Probe auf der intelligenten elektronischen Zugprüfmaschine XLW (PC) eingespannt. Die maximale Last wird bei einer Geschwindigkeit von 300 mm/min geprüft, und die Abfallrate wird anhand der Formel für den Hochtemperatur-Widerstand in GB/T 10004-2008 berechnet.
Zusammenfassen
Steril verpackte Lebensmittel erfreuen sich aufgrund ihrer praktischen Handhabung und Lagerung zunehmender Beliebtheit bei den Verbrauchern. Um die Qualität des Inhalts effektiv zu erhalten und den Verderb der Lebensmittel zu verhindern, muss jeder Schritt des Herstellungsprozesses der Hochtemperatur-Stereobeutel streng überwacht und kontrolliert werden.
1. Hochtemperaturbeständige Kochbeutel sollten je nach Inhalt und Herstellungsverfahren aus geeigneten Materialien gefertigt sein. Beispielsweise wird CPP üblicherweise als innere Siegelschicht für hochtemperaturbeständige Kochbeutel verwendet. Werden Beutel mit Aluminiumschichten für saure und alkalische Produkte eingesetzt, sollte zwischen Aluminium und CPP eine PA-Verbundschicht eingefügt werden, um die Beständigkeit gegen Säuren und Laugen zu erhöhen. Die Wärmeschrumpfung jeder Verbundschicht sollte einheitlich oder ähnlich sein, um Verformungen oder gar Ablösungen des Materials nach dem Kochen aufgrund ungleichmäßiger Wärmeschrumpfungseigenschaften zu vermeiden.
2. Den Kompositierungsprozess angemessen steuern. Hochtemperaturbeständige Retortenbeutel werden meist im Trockenkompositierungsverfahren hergestellt. Bei der Herstellung von Retortenfolien ist es notwendig, den geeigneten Klebstoff und ein gutes Klebeverfahren auszuwählen sowie die Aushärtungsbedingungen angemessen zu steuern, um eine vollständige Reaktion zwischen Klebstoff und Härter zu gewährleisten.
3. Die Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen stellt den anspruchsvollsten Prozess beim Verpacken von Hochtemperatur-Retortenbeuteln dar. Um Qualitätsprobleme zu minimieren, müssen Hochtemperatur-Retortenbeutel vor und während der Produktion unter realen Produktionsbedingungen getestet und geprüft werden. Dabei ist zu prüfen, ob die Verpackung nach dem Erhitzen flach, faltig, blasenbildend oder verformt ist, ob Delaminationen oder Undichtigkeiten vorliegen und ob die Abnahme der physikalischen Eigenschaften (Zugfestigkeit, Schälfestigkeit, Heißsiegelfestigkeit) den Anforderungen entspricht.
Veröffentlichungsdatum: 18. Januar 2024
