Le film composite plastique est un matériau d'emballage couramment utilisé pour les produits stérilisés en autoclave. La stérilisation en autoclave et la stérilisation à la chaleur constituent un procédé important pour le conditionnement des aliments nécessitant une stérilisation à haute température. Cependant, les propriétés physiques des films composites plastiques sont sujettes à une dégradation thermique après chauffage, ce qui peut rendre les emballages non conformes. Cet article analyse les problèmes courants rencontrés après la cuisson des sachets stérilisables à haute température et présente des méthodes d'essai de leurs performances physiques, dans l'espoir d'apporter des conseils utiles à la production.
Les sachets stérilisables à haute température sont un emballage couramment utilisé pour la viande, les produits à base de soja et autres plats cuisinés. Généralement conditionnés sous vide, ils peuvent être conservés à température ambiante après stérilisation à haute température (100 à 135 °C). Faciles à transporter et prêts à consommer dès l'ouverture du sachet, ces aliments conditionnés de manière hygiénique et pratique préservent parfaitement leur saveur, ce qui explique leur grande popularité auprès des consommateurs. Selon le procédé de stérilisation et les matériaux d'emballage, leur durée de conservation varie de six mois à deux ans.
Le processus de conditionnement des aliments stérilisés en autoclave comprend la fabrication des sachets, l'ensachage, la mise sous vide, le thermoscellage, le contrôle qualité, la cuisson et la stérilisation à chaud, le séchage et le refroidissement, puis le conditionnement final. La cuisson et la stérilisation à chaud constituent l'étape centrale du processus. Cependant, lors de l'utilisation de sachets en polymères (plastiques), l'agitation moléculaire s'intensifie sous l'effet de la chaleur, ce qui peut entraîner une dégradation des propriétés physiques du matériau. Cet article analyse les problèmes courants rencontrés après la cuisson à haute température des sachets stérilisés en autoclave et présente des méthodes d'essai de leurs performances physiques.
1. Analyse des problèmes courants liés aux sacs d'emballage résistants à la stérilisation
Les aliments destinés à la stérilisation à haute température sont conditionnés puis chauffés et stérilisés avec leur emballage. Afin d'obtenir des propriétés physiques élevées et une bonne étanchéité, les emballages résistants à la stérilisation sont fabriqués à partir de divers matériaux de base. Parmi les matériaux couramment utilisés figurent le PA, le PET, l'AL et le CPP. Les structures les plus courantes sont composées de deux couches de films composites (par exemple : BOPA/CPP, PET/CPP), de trois couches (par exemple : PA/AL/CPP, PET/PA/CPP) et de quatre couches (par exemple : PET/PA/AL/CPP). En production, les problèmes de qualité les plus fréquents sont les plis, les déchirures, les fuites d'air et les odeurs après cuisson.
1) On distingue généralement trois types de plis sur les sacs d'emballage : des plis horizontaux, verticaux ou irréguliers sur le support ; des plis et des fissures sur chaque couche composite, ainsi qu'une planéité imparfaite ; un retrait du support et des couches composites, ces dernières pouvant se séparer ou se strier. Les sacs déchirés se divisent en deux catégories : ceux qui éclatent directement et ceux qui éclatent après avoir été froissés.
2) Le délaminage désigne le phénomène de séparation des couches composites des matériaux d'emballage. Un léger délaminage se manifeste par des renflements striés dans les zones de tension de l'emballage, réduisant ainsi sa résistance au pelage et permettant même un déchirement manuel. Dans les cas les plus graves, la couche composite de l'emballage se sépare sur une large zone après cuisson. En cas de délaminage, le renforcement synergique des propriétés physiques entre les couches composites disparaît, entraînant une chute significative des propriétés physiques et des propriétés de barrière. Il devient alors impossible de respecter les exigences de durée de conservation, ce qui engendre souvent des pertes importantes pour l'entreprise.
3) Les légères fuites d'air ont généralement une période d'incubation relativement longue et sont difficiles à détecter pendant la cuisson. Lors de la circulation et du stockage du produit, le niveau de vide diminue et de l'air apparaît dans l'emballage. Par conséquent, ce problème de qualité affecte souvent un grand nombre de produits et a un impact plus important. L'apparition de ces fuites d'air est étroitement liée à une mauvaise thermoscellage et à une faible résistance à la perforation du sachet de stérilisation.
4) Les odeurs persistantes après cuisson constituent également un problème de qualité courant. Cette odeur particulière est liée à une quantité excessive de résidus de solvants dans les matériaux d'emballage ou à un choix inapproprié de matériaux. Si un film PE est utilisé comme couche de scellage intérieure des sacs de cuisson haute température (au-dessus de 120 °C), il est susceptible de dégager des odeurs à haute température. C'est pourquoi le RCPP est généralement privilégié comme couche intérieure de ces sacs.
2. Méthodes d'essai des propriétés physiques des emballages résistants à la stérilisation
Les facteurs à l'origine des problèmes de qualité des emballages résistants à la stérilisation sont relativement complexes et impliquent de nombreux aspects tels que les matières premières de la couche composite, les adhésifs, les encres, le contrôle des procédés de fabrication des composites et des sachets, ainsi que les procédés de stérilisation. Afin de garantir la qualité de l'emballage et la durée de conservation des aliments, il est nécessaire de réaliser des tests de résistance à la cuisson sur les matériaux d'emballage.
La norme nationale applicable aux sacs d'emballage résistants à la stérilisation est la GB/T 10004-2008 « Films composites plastiques pour emballage, lamination à sec de sacs, lamination par extrusion », basée sur la norme JIS Z 1707-1997 « Principes généraux des films plastiques pour l'emballage alimentaire ». Elle a été élaborée pour remplacer les normes GB/T 10004-1998 « Films et sacs composites résistants à la stérilisation » et GB/T 10005-1998 « Films et sacs composites en polypropylène biorienté/polyéthylène basse densité ». La norme GB/T 10004-2008 inclut diverses propriétés physiques et indicateurs de résidus de solvants pour les films et sacs d'emballage résistants à la stérilisation, et exige que ces derniers soient testés pour leur résistance aux milieux à haute température. Le procédé consiste à remplir des sachets d'emballage stérilisables avec une solution contenant 4 % d'acide acétique, 1 % de sulfure de sodium, 5 % de chlorure de sodium et de l'huile végétale, puis à les sceller sous vide. Le tout est ensuite chauffé et pressurisé dans un autocuiseur à 121 °C pendant 40 minutes, puis refroidi sous pression constante. On teste ensuite l'aspect, la résistance à la traction, l'allongement, la force de pelage et la résistance au thermoscellage, et on évalue le taux de dégradation. La formule est la suivante :
R=(AB)/A×100
Dans la formule, R représente le taux de dégradation (%) des articles testés, A la valeur moyenne des articles testés avant le test en milieu résistant aux hautes températures, et B la valeur moyenne des articles testés après ce test. Les exigences de performance sont les suivantes : « Après le test de résistance diélectrique à haute température, les produits destinés à une température de service de 80 °C ou plus ne doivent présenter ni délamination, ni dommage, ni déformation notable à l’intérieur ou à l’extérieur du sachet, ni diminution de la force de pelage, de la force d’arrachement, de l’allongement nominal à la rupture et de la résistance au thermoscellage. Le taux de dégradation doit être ≤ 30 %. »
3. Essais des propriétés physiques des sacs d'emballage résistants à la stérilisation
Le test sur machine permet d'évaluer avec précision la performance globale des emballages stérilisables. Cependant, cette méthode est non seulement chronophage, mais aussi limitée par le planning de production et le nombre de tests. Elle présente une faible maniabilité, un gaspillage important et un coût élevé. Le test de stérilisation permet de déterminer les propriétés physiques, telles que la résistance à la traction, la résistance au pelage et la résistance au thermoscellage avant et après stérilisation, et ainsi d'évaluer la qualité de la résistance à la stérilisation du sachet. Les tests de cuisson utilisent généralement deux types de contenus : des produits réels et des matériaux simulés. Le test avec des produits réels est le plus proche possible des conditions de production réelles et permet d'éviter efficacement l'introduction de lots d'emballages non conformes sur la chaîne de production. Pour les fabricants de matériaux d'emballage, les simulés sont utilisés pour tester la résistance des matériaux pendant la production et avant stockage. Tester la résistance à la cuisson est plus pratique et facile à mettre en œuvre. L'auteur présente une méthode de test des performances physiques des sachets stérilisables, consistant à les remplir de liquides simulant des aliments provenant de trois fabricants différents et à réaliser des tests de cuisson à la vapeur et d'ébullition. Le processus de test est le suivant :
1) Test de cuisson
Instruments : Cuve de cuisson haute température à contre-pression sûre et intelligente, testeur de thermoscellage HST-H3
Étapes du test : Versez soigneusement de l’acide acétique à 4 % dans le sachet de stérilisation jusqu’aux deux tiers de son volume. Veillez à ne pas contaminer la fermeture afin de ne pas compromettre son étanchéité. Après remplissage, fermez hermétiquement les sachets de cuisson avec du ruban adhésif HST-H3 et préparez 12 échantillons au total. Lors de la fermeture, chassez l’air du sachet autant que possible afin d’éviter que la dilatation de l’air pendant la cuisson n’affecte les résultats du test.
Pour commencer le test, placez l'échantillon scellé dans la marmite. Réglez la température de cuisson à 121 °C et la durée à 40 minutes. Cuisez 6 échantillons à la vapeur et 6 autres à ébullition. Pendant la cuisson, surveillez attentivement les variations de pression et de température dans la marmite afin de vous assurer qu'elles restent dans la plage définie.
Une fois le test terminé, laissez refroidir à température ambiante, puis retirez l'échantillon et vérifiez l'absence de déchirures, de plis, de décollement, etc. Après cuisson, les surfaces des échantillons n° 1 et n° 2 étaient lisses et sans décollement. La surface de l'échantillon n° 3 était légèrement rugueuse et ses bords étaient plus ou moins déformés.
2) Comparaison des propriétés de traction
Avant et après cuisson, prélevez les sachets d'emballage, découpez-en 5 échantillons rectangulaires de 15 mm × 150 mm dans le sens transversal et de 150 mm dans le sens longitudinal, et laissez-les reposer pendant 4 heures dans une atmosphère à 23 ± 2 °C et 50 ± 10 % d'humidité relative. La force de rupture et l'allongement à la rupture ont été mesurés à l'aide d'une machine d'essai de traction électronique intelligente XLW (PC) à une vitesse de 200 mm/min.
3) Test de pelage
Conformément à la méthode A de la norme GB 8808-1988 « Méthode d’essai de pelage pour les matériaux composites plastiques souples », prélever un échantillon de 15 ± 0,1 mm de largeur et de 150 mm de longueur. Prélever 5 échantillons dans le sens horizontal et 5 dans le sens vertical. Prélever un échantillon par pelage dans le sens de la longueur, puis le placer dans la machine d’essai de traction électronique intelligente XLW (PC) et mesurer la force de pelage à une vitesse de 300 mm/min.
4) Test de résistance au thermoscellage
Conformément à la norme GB/T 2358-1998 « Méthode d'essai de la résistance au thermoscellage des sacs d'emballage en film plastique », prélevez un échantillon de 15 mm de large au niveau de la partie thermoscellée, ouvrez-le à 180° et fixez les deux extrémités de l'échantillon sur la machine d'essai de traction électronique intelligente XLW (PC). La charge maximale est testée à une vitesse de 300 mm/min et le taux de chute est calculé à l'aide de la formule diélectrique de résistance à haute température de la norme GB/T 10004-2008.
Résumer
Les aliments emballés résistants à la stérilisation sont de plus en plus plébiscités par les consommateurs pour leur praticité et leur facilité de conservation. Afin de préserver efficacement la qualité des aliments et d'éviter leur détérioration, chaque étape du processus de fabrication des sachets stérilisables à haute température doit être rigoureusement contrôlée et surveillée.
1. Les sacs de cuisson résistants aux hautes températures doivent être fabriqués à partir de matériaux appropriés en fonction de leur contenu et du procédé de fabrication. Par exemple, le CPP est généralement choisi comme couche de scellage interne. Lorsque des sacs contenant des couches d'AL sont utilisés pour conditionner des produits acides ou alcalins, une couche composite de PA doit être ajoutée entre l'AL et le CPP afin d'améliorer la résistance à la perméabilité aux acides et aux bases. Le coefficient de rétraction thermique de chaque couche composite doit être identique ou similaire afin d'éviter toute déformation, voire tout délaminage, du matériau après cuisson, dû à une inadéquation des propriétés de rétraction thermique.
2. Maîtriser le procédé de composition. Les sacs de stérilisation à haute température sont généralement fabriqués par compoundage à sec. Lors de la production du film de stérilisation, il est essentiel de choisir un adhésif approprié et de maîtriser le processus de collage, ainsi que de contrôler les conditions de polymérisation afin de garantir une réaction complète entre l'adhésif et le durcisseur.
3. La résistance aux hautes températures est l'étape la plus critique du processus de conditionnement des sachets stérilisables à haute température. Afin de limiter les problèmes de qualité des lots, ces sachets doivent être testés et inspectés en conditions réelles de production, avant et pendant la production. Il convient de vérifier que l'emballage ne présente pas d'aspect plat, froissé, cloqué ou déformé, qu'il n'y a pas de décollement ni de fuite, et que le taux de dégradation des propriétés physiques (résistance à la traction, résistance au pelage, résistance au thermoscellage) est conforme aux exigences.
Date de publication : 18 janvier 2024
