Kunststoffverbundfolien sind ein häufig verwendetes Verpackungsmaterial für sterilisationsbeständige Verpackungen. Sterilisation und Hitzesterilisation sind wichtige Prozesse für die Verpackung von Lebensmitteln, die bei hohen Temperaturen sterilisiert werden. Die physikalischen Eigenschaften von Kunststoffverbundfolien neigen jedoch dazu, sich nach dem Erhitzen zu verschlechtern, was zu ungeeigneten Verpackungsmaterialien führt. Dieser Artikel analysiert häufige Probleme nach dem Kochen von Sterilisationsbeuteln und stellt ihre physikalischen Leistungstestmethoden vor, um eine richtungsweisende Bedeutung für die tatsächliche Produktion zu gewinnen.
Hochtemperaturbeständige Retortenverpackungen sind eine häufig verwendete Verpackungsform für Fleisch, Sojaprodukte und andere Fertiggerichte. Sie werden in der Regel vakuumverpackt und können nach Erhitzen und Sterilisieren bei hohen Temperaturen (100–135 °C) bei Raumtemperatur gelagert werden. Retortenbeständig verpackte Lebensmittel sind leicht zu transportieren, nach dem Öffnen des Beutels verzehrfertig, hygienisch und praktisch und bewahren den Geschmack der Lebensmittel gut, weshalb sie bei Verbrauchern sehr beliebt sind. Je nach Sterilisationsverfahren und Verpackungsmaterial beträgt die Haltbarkeit retortenbeständiger Verpackungsprodukte ein halbes bis zwei Jahre.
Der Verpackungsprozess von Retortenlebensmitteln umfasst die Herstellung von Beuteln, das Eintüten, das Vakuumieren, das Heißversiegeln, die Inspektion, das Kochen und die Sterilisation durch Erhitzen, das Trocknen und Kühlen sowie das Verpacken. Das Kochen und die Sterilisation durch Erhitzen sind der Kernprozess des gesamten Prozesses. Bei Verpackungsbeuteln aus Polymermaterialien – Kunststoffen – verstärkt sich jedoch die Bewegung der Molekülketten nach dem Erhitzen, wodurch die physikalischen Eigenschaften des Materials einer thermischen Schwächung unterliegen. Dieser Artikel analysiert häufige Probleme nach dem Kochen von Hochtemperatur-Retortenbeuteln und stellt ihre physikalischen Leistungsprüfmethoden vor.
1. Analyse häufiger Probleme mit sterilisationsbeständigen Verpackungsbeuteln
Hochtemperatur-Retortennahrung wird verpackt und anschließend zusammen mit den Verpackungsmaterialien erhitzt und sterilisiert. Um hohe physikalische Eigenschaften und gute Barriereeigenschaften zu erreichen, werden retortenfeste Verpackungen aus verschiedenen Grundmaterialien hergestellt. Gängige Materialien sind PA, PET, AL und CPP. Gängige Strukturen bestehen aus zweilagigen Verbundfolien, beispielsweise BOPA/CPP, PET/CPP, dreilagigen Verbundfolien (z. B. PA/AL/CPP, PET/PA/CPP) und vierlagigen Verbundfolien (z. B. PET/PA/AL/CPP). In der Praxis treten nach dem Kochen am häufigsten Qualitätsprobleme wie Falten, beschädigte Beutel, Luftlecks und Geruch auf:
1). Es gibt im Allgemeinen drei Arten von Faltenbildung in Verpackungsbeuteln: horizontale oder vertikale oder unregelmäßige Falten auf dem Verpackungsgrundmaterial; Falten und Risse auf jeder Verbundschicht und schlechte Ebenheit; Schrumpfung des Verpackungsgrundmaterials und Schrumpfung der Verbundschicht und anderer Verbundschichten. Separat, gestreift. Die zerbrochenen Beutel werden in zwei Arten unterteilt: direktes Platzen und Faltenbildung und anschließendes Platzen.
2). Delamination bezeichnet das Phänomen, dass sich die Verbundschichten von Verpackungsmaterialien voneinander lösen. Leichte Delamination äußert sich in streifenförmigen Ausbuchtungen an beanspruchten Stellen der Verpackung, verringert die Abziehfestigkeit und kann sogar leicht von Hand auseinandergerissen werden. In schweren Fällen löst sich die Verpackungsverbundschicht nach dem Kochen großflächig. Bei Delamination verschwindet die synergistische Verstärkung der physikalischen Eigenschaften zwischen den Verbundschichten des Verpackungsmaterials, und die physikalischen Eigenschaften und Barriereeigenschaften nehmen deutlich ab. Dadurch können die Haltbarkeitsanforderungen nicht mehr erfüllt werden, was häufig zu größeren Verlusten für das Unternehmen führt.
3). Leichte Luftlecks haben in der Regel eine relativ lange Inkubationszeit und sind beim Kochen nicht leicht zu erkennen. Während der Produktzirkulation und -lagerung nimmt der Vakuumgrad des Produkts ab und es tritt deutlich Luft in der Verpackung auf. Daher betrifft dieses Qualitätsproblem häufig eine große Anzahl von Produkten. Produkte haben größere Auswirkungen. Das Auftreten von Luftlecks hängt eng mit der schwachen Heißsiegelung und der geringen Durchstoßfestigkeit des Retortenbeutels zusammen.
4). Geruch nach dem Kochen ist ebenfalls ein häufiges Qualitätsproblem. Der eigenartige Geruch, der nach dem Kochen auftritt, ist auf übermäßige Lösungsmittelrückstände in Verpackungsmaterialien oder eine falsche Materialauswahl zurückzuführen. Wenn PE-Folie als innere Versiegelungsschicht von Hochtemperatur-Kochbeuteln über 120° verwendet wird, neigt die PE-Folie bei hohen Temperaturen zur Geruchsbildung. Daher wird RCPP im Allgemeinen als innere Schicht von Hochtemperatur-Kochbeuteln gewählt.
2. Prüfmethoden für physikalische Eigenschaften sterilisationsbeständiger Verpackungen
Die Faktoren, die zu Qualitätsproblemen bei sterilisationsbeständigen Verpackungen führen, sind relativ komplex und umfassen viele Aspekte wie die Rohstoffe der Verbundschichten, Klebstoffe, Tinten, die Prozesssteuerung bei der Herstellung von Verbund- und Beuteln sowie Sterilisationsprozesse. Um die Verpackungsqualität und die Haltbarkeit von Lebensmitteln sicherzustellen, müssen Kochbeständigkeitstests an Verpackungsmaterialien durchgeführt werden.
Der für sterilisationsbeständige Verpackungsbeutel geltende nationale Standard ist GB/T10004-2008 „Kunststoffverbundfolie für Verpackungen, Trockenlaminierung von Beuteln, Extrusionslaminierung“, der auf JIS Z 1707-1997 „Allgemeine Grundsätze für Kunststofffolien für Lebensmittelverpackungen“ basiert und GB/T 10004-1998 „Sterilisierbeständige Verbundfolien und -beutel“ und GB/T10005-1998 „Biaxial orientierte Polypropylenfolie/Polyethylen-Verbundfolien und -beutel“ ersetzt. GB/T 10004-2008 enthält verschiedene physikalische Eigenschaften und Lösungsmittelrückstandsindikatoren für sterilisationsbeständige Verpackungsfolien und -beutel und schreibt vor, dass sterilisationsbeständige Verpackungsbeutel auf Hochtemperaturmedienbeständigkeit geprüft werden. Die Methode besteht darin, sterilisierbare Verpackungsbeutel mit 4 % Essigsäure, 1 % Natriumsulfid, 5 % Natriumchlorid und Pflanzenöl zu füllen, anschließend zu versiegeln, in einem Hochdruckkochtopf 40 Minuten lang auf 121 °C zu erhitzen und unter Druck zu setzen und anschließend bei unverändertem Druck abzukühlen. Anschließend werden Aussehen, Zugfestigkeit, Dehnung, Abziehkraft und Heißsiegelfestigkeit geprüft und die Abnahmerate zur Bewertung herangezogen. Die Formel lautet wie folgt:
R=（AB）/A×100
In der Formel ist R die Abnahmerate (%) der getesteten Artikel, A der Durchschnittswert der getesteten Artikel vor dem Test mit hochtemperaturbeständigem Medium; B der Durchschnittswert der getesteten Artikel nach dem Test mit hochtemperaturbeständigem Medium. Die Leistungsanforderungen lauten: „Nach dem Test der dielektrischen Beständigkeit gegen hohe Temperaturen dürfen Produkte mit einer Betriebstemperatur von 80 °C oder mehr keine Delaminierung, Beschädigung oder offensichtliche Verformung innerhalb oder außerhalb des Beutels aufweisen und die Abziehkraft, Abreißkraft, nominale Bruchdehnung und Heißsiegelfestigkeit dürfen nicht nachlassen. Die Rate sollte ≤ 30 % betragen.“
3. Prüfung der physikalischen Eigenschaften sterilisationsbeständiger Verpackungsbeutel
Die Gesamtleistung sterilisationsbeständiger Verpackungen lässt sich am zuverlässigsten durch einen tatsächlichen Test an der Maschine ermitteln. Diese Methode ist jedoch nicht nur zeitaufwändig, sondern auch durch den Produktionsplan und die Anzahl der Tests begrenzt. Sie ist schlecht handhabbar, verursacht viel Abfall und ist teuer. Durch den Sterilisationstest zur Ermittlung physikalischer Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Schälfestigkeit und Heißsiegelfestigkeit vor und nach der Sterilisation kann die Sterilisationsbeständigkeit des Sterilisationsbeutels umfassend beurteilt werden. Bei Kochtests werden in der Regel zwei Arten verwendet: tatsächlicher Inhalt und simulierte Materialien. Der Kochtest mit tatsächlichem Inhalt kommt der tatsächlichen Produktionssituation so nahe wie möglich und kann wirksam verhindern, dass ungeeignete Verpackungen chargenweise in die Produktion gelangen. Verpackungsmaterialfabriken verwenden Simulanzien, um die Beständigkeit von Verpackungsmaterialien während des Produktionsprozesses und vor der Lagerung zu testen. Die Prüfung der Kochleistung ist praxisorientierter und praktikabler. Der Autor stellt die Methode zur Prüfung der physikalischen Leistung sterilisationsbeständiger Verpackungsbeutel vor, indem er diese mit lebensmittelsimulierenden Flüssigkeiten von drei verschiedenen Herstellern füllt und Dampf- bzw. Kochtests durchführt. Der Testablauf ist wie folgt:
1). Kochtest
Instrumente: Sicherer und intelligenter Gegendruck-Hochtemperatur-Kochtopf, HST-H3-Heißsiegeltester
Testschritte: Geben Sie vorsichtig 4%ige Essigsäure in den Retortenbeutel, bis zwei Drittel des Volumens erreicht sind. Achten Sie darauf, die Versiegelung nicht zu verunreinigen, um die Versiegelungsfestigkeit 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 entweichen, um zu verhindern, dass die Luftausdehnung während des Kochens die Testergebnisse beeinflusst.
Legen Sie die verschlossene Probe in den Kochtopf, um den Test zu starten. Stellen Sie die Kochtemperatur auf 121 °C und die Kochzeit auf 40 Minuten ein. Dämpfen und kochen Sie sechs Proben. Achten Sie während des Kochtests genau auf die Veränderungen von Luftdruck und Temperatur im Kochtopf, um sicherzustellen, dass Temperatur und Druck im eingestellten Bereich bleiben.
Nach Abschluss des Tests auf Raumtemperatur abkühlen lassen, herausnehmen und auf gebrochene Beutel, Falten, Delaminierung usw. prüfen. Nach dem Test waren die Oberflächen der Proben 1 und 2 nach dem Kochen glatt und es gab keine Delaminierung. Die Oberfläche der Probe 3 war nach dem Kochen nicht sehr glatt und die Kanten waren unterschiedlich stark verzogen.
2). Vergleich der Zugeigenschaften
Nehmen Sie die Verpackungsbeutel vor und nach dem Kochen, schneiden Sie 5 rechteckige Proben mit 15 mm × 150 mm in Querrichtung und 150 mm in Längsrichtung aus und konditionieren Sie sie 4 Stunden lang in einer Umgebung mit 23 ± 2 °C und 50 ± 10 % relativer Luftfeuchtigkeit. Die intelligente elektronische Zugprüfmaschine XLW (PC) wurde verwendet, um die Bruchkraft und Bruchdehnung unter der Bedingung von 200 mm/min zu testen.
3). Schältest
Schneiden Sie gemäß Methode A von GB 8808-1988 „Schälprüfverfahren für weiche Verbundkunststoffe“ eine Probe mit einer Breite von 15 ± 0,1 mm und einer Länge von 150 mm aus. Entnehmen Sie jeweils 5 Proben in horizontaler und vertikaler Richtung. Ziehen Sie die Verbundschicht entlang der Länge der Probe ab, legen Sie sie in die intelligente elektronische Zugprüfmaschine XLW (PC) und testen Sie die Schälkraft bei 300 mm/min.
4). Heißsiegelfestigkeitstest
Gemäß GB/T 2358-1998 „Testmethode für die Heißsiegelfestigkeit von Verpackungsbeuteln aus Kunststofffolie“ wird eine 15 mm breite Probe am Heißsiegelteil der Probe ausgeschnitten, um 180° geöffnet und beide Enden der Probe auf der intelligenten elektronischen Zugprüfmaschine XLW (PC) festgeklemmt. Die maximale Belastung wird bei einer Geschwindigkeit von 300 mm/min getestet und die Fallgeschwindigkeit wird mithilfe der dielektrischen Formel für die Hochtemperaturbeständigkeit in GB/T 10004-2008 berechnet.
Zusammenfassen
Sterilisierbare Lebensmittel erfreuen sich bei Verbrauchern zunehmender Beliebtheit, da sie sich bequem verzehren und aufbewahren lassen. Um die Qualität des Inhalts effektiv zu erhalten und den Verderb von Lebensmitteln zu verhindern, muss jeder Schritt des Produktionsprozesses von Hochtemperatur-Retortenbeuteln streng überwacht und angemessen kontrolliert werden.
1. Hochtemperaturbeständige Kochbeutel sollten je nach Inhalt und Herstellungsprozess aus geeigneten Materialien hergestellt werden. Beispielsweise wird CPP im Allgemeinen als innere Versiegelungsschicht von hochtemperaturbeständigen Kochbeuteln gewählt. Wenn Verpackungsbeutel mit AL-Schichten zum Verpacken von sauren und alkalischen Inhalten verwendet werden, sollte zwischen AL und CPP eine PA-Verbundschicht hinzugefügt werden, um die Beständigkeit gegen Säure- und Alkalidurchlässigkeit zu erhöhen. Die Wärmeschrumpffähigkeit jeder Verbundschicht sollte gleichmäßig oder ähnlich sein, um ein Verziehen oder sogar Delaminieren des Materials nach dem Kochen aufgrund mangelhafter Wärmeschrumpfeigenschaften zu vermeiden.
2. Kontrollieren Sie den Verbundprozess angemessen. Hochtemperaturbeständige Retortenbeutel werden meist im Trockenkompoundierverfahren hergestellt. Bei der Herstellung von Retortenfolien ist es notwendig, den geeigneten Klebstoff und ein gutes Klebeverfahren auszuwählen und die Aushärtungsbedingungen angemessen zu kontrollieren, um sicherzustellen, dass der Hauptbestandteil des Klebstoffs und der Härter vollständig reagieren.
3. Die Beständigkeit gegen hohe Temperaturen ist der schwierigste Prozess im Verpackungsprozess von Hochtemperatur-Retortenbeuteln. Um das Auftreten von Problemen mit der Chargenqualität zu reduzieren, müssen Hochtemperatur-Retortenbeutel vor Gebrauch und während der Produktion unter den tatsächlichen Produktionsbedingungen retortengetestet und geprüft werden. Überprüfen Sie, ob die Verpackung nach dem Kochen flach, faltig, blasig oder deformiert aussieht, ob Delamination oder Leckage vorliegt und ob die Abnahme der physikalischen Eigenschaften (Zugfestigkeit, Schälfestigkeit, Heißsiegelfestigkeit) den Anforderungen entspricht usw.
Veröffentlichungszeit: 18. Januar 2024
