Il film composito plastico è un materiale di imballaggio comunemente utilizzato per i sacchetti sterilizzabili in autoclave. La sterilizzazione in autoclave e a caldo è un processo importante per il confezionamento di alimenti che necessitano di sterilizzazione ad alta temperatura. Tuttavia, le proprietà fisiche dei film compositi plastici sono soggette a degrado termico dopo il riscaldamento, rendendoli materiali di imballaggio non idonei. Questo articolo analizza i problemi comuni che si verificano dopo la cottura dei sacchetti sterilizzabili ad alta temperatura e introduce i metodi di prova delle loro prestazioni fisiche, con l'obiettivo di fornire indicazioni utili per la produzione reale.
Le buste termosaldate resistenti alle alte temperature sono una forma di confezionamento comunemente utilizzata per carne, prodotti a base di soia e altri alimenti pronti. Generalmente confezionate sottovuoto, dopo essere state riscaldate e sterilizzate ad alta temperatura (100-135 °C), possono essere conservate a temperatura ambiente. Gli alimenti confezionati in buste termosaldate sono facili da trasportare, pronti al consumo dopo l'apertura della busta, igienici e pratici, e mantengono inalterato il sapore, risultando quindi molto apprezzati dai consumatori. A seconda del processo di sterilizzazione e dei materiali di confezionamento, la durata di conservazione dei prodotti confezionati in buste termosaldate varia da sei mesi a due anni.
Il processo di confezionamento degli alimenti sterilizzati in autoclave comprende la produzione dei sacchetti, l'insacchettamento, il sottovuoto, la termosaldatura, l'ispezione, la cottura e la sterilizzazione a caldo, l'essiccazione e il raffreddamento, e infine il confezionamento. La cottura e la sterilizzazione a caldo rappresentano la fase centrale dell'intero processo. Tuttavia, quando si confezionano sacchetti realizzati con materiali polimerici – plastica – il movimento delle catene molecolari si intensifica dopo il riscaldamento, e le proprietà fisiche del materiale sono soggette ad attenuazione termica. Questo articolo analizza i problemi comuni che si verificano dopo la cottura ad alta temperatura dei sacchetti sterilizzati in autoclave e introduce i metodi di prova delle loro prestazioni fisiche.
1. Analisi dei problemi comuni relativi ai sacchetti per imballaggio resistenti alla sterilizzazione in autoclave
Gli alimenti sterilizzati ad alta temperatura vengono confezionati e successivamente riscaldati e sterilizzati insieme ai materiali di imballaggio. Per ottenere elevate proprietà fisiche e buone proprietà di barriera, gli imballaggi resistenti alla sterilizzazione sono realizzati con una varietà di materiali di base. I materiali comunemente utilizzati includono PA, PET, AL e CPP. Le strutture comunemente utilizzate sono costituite da due strati di film composito, ad esempio BOPA/CPP, PET/CPP, film composito a tre strati (come PA/AL/CPP, PET/PA/CPP) e film composito a quattro strati (come PET/PA/AL/CPP). Nella produzione reale, i problemi di qualità più comuni sono pieghe, rottura dei sacchetti, perdite d'aria e odore dopo la cottura.
1). Generalmente, nelle buste di imballaggio si possono presentare tre forme di grinze: grinze orizzontali, verticali o irregolari sul materiale di base; grinze e crepe su ogni strato composito e scarsa planarità; restringimento del materiale di base dell'imballaggio e restringimento dello strato composito e degli altri strati compositi, con conseguente separazione e striatura. Le buste rotte si dividono in due tipi: rottura diretta e rottura per grinza e successiva rottura.
2) La delaminazione si riferisce al fenomeno per cui gli strati compositi dei materiali di imballaggio si separano l'uno dall'altro. Una lieve delaminazione si manifesta con rigonfiamenti a strisce nelle parti sollecitate dell'imballaggio, riducendo la resistenza allo strappo e consentendo persino una leggera separazione manuale. Nei casi più gravi, dopo la cottura, lo strato composito dell'imballaggio si separa in un'ampia area. Se si verifica la delaminazione, il rafforzamento sinergico delle proprietà fisiche tra gli strati compositi del materiale di imballaggio scompare e le proprietà fisiche e di barriera si riducono significativamente, rendendo impossibile il rispetto dei requisiti di durata di conservazione e causando spesso ingenti perdite per l'azienda.
3) Una leggera perdita d'aria ha generalmente un periodo di incubazione relativamente lungo e non è facile da rilevare durante la cottura. Durante la circolazione e la conservazione del prodotto, il grado di vuoto diminuisce e si manifesta la presenza di aria evidente nella confezione. Pertanto, questo problema di qualità spesso interessa un gran numero di prodotti. La presenza di perdite d'aria è strettamente correlata alla scarsa tenuta termica e alla bassa resistenza alla perforazione del sacchetto per sterilizzazione.
4) L'odore dopo la cottura è un altro problema di qualità comune. L'odore particolare che si manifesta dopo la cottura è legato a residui di solvente eccessivi nei materiali di confezionamento o a una selezione inadeguata dei materiali. Se si utilizza una pellicola di PE come strato di sigillatura interno dei sacchetti per la cottura ad alta temperatura superiori a 120 °C, questa pellicola tende a emanare odori ad alte temperature. Pertanto, il RCPP viene generalmente scelto come strato interno dei sacchetti per la cottura ad alta temperatura.
2. Metodi di prova per le proprietà fisiche degli imballaggi resistenti alla sterilizzazione in autoclave
I fattori che causano problemi di qualità negli imballaggi termoresistenti sono relativamente complessi e coinvolgono molti aspetti, come le materie prime dello strato composito, gli adesivi, gli inchiostri, il controllo del processo di produzione del composito e del sacchetto, e i processi di sterilizzazione in autoclave. Per garantire la qualità dell'imballaggio e la durata di conservazione degli alimenti, è necessario eseguire test di resistenza alla cottura sui materiali di imballaggio.
Lo standard nazionale applicabile ai sacchetti per imballaggio resistenti alla sterilizzazione è GB/T10004-2008 "Film compositi plastici per imballaggio, laminazione a secco di sacchetti, laminazione per estrusione", basato sulla norma JIS Z 1707-1997 "Principi generali dei film plastici per imballaggi alimentari", formulata per sostituire le norme GB/T 10004-1998 "Film e sacchetti compositi resistenti alla sterilizzazione" e GB/T10005-1998 "Film e sacchetti compositi in polipropilene biassialmente orientato/polietilene a bassa densità". La norma GB/T 10004-2008 include diverse proprietà fisiche e indicatori di residui di solvente per i film e i sacchetti per imballaggio resistenti alla sterilizzazione e richiede che i sacchetti per imballaggio resistenti alla sterilizzazione siano testati per la resistenza ai mezzi ad alta temperatura. Il metodo consiste nel riempire i sacchetti di imballaggio resistenti alla sterilizzazione con acido acetico al 4%, solfuro di sodio all'1%, cloruro di sodio al 5% e olio vegetale, quindi svuotarli e sigillarli, riscaldarli e pressurizzarli in una pentola a pressione a 121 °C per 40 minuti e lasciarli raffreddare mantenendo la pressione invariata. Successivamente, vengono testati l'aspetto, la resistenza alla trazione, l'allungamento, la forza di pelatura e la resistenza alla termosaldatura, e il tasso di decadimento viene utilizzato per valutarne le caratteristiche. La formula è la seguente:
R=(AB)/A×100
Nella formula, R è il tasso di decadimento (%) degli articoli testati, A è il valore medio degli articoli testati prima del test del mezzo resistente alle alte temperature; B è il valore medio degli articoli testati dopo il test del mezzo resistente alle alte temperature. I requisiti di prestazione sono: "Dopo il test di resistenza dielettrica ad alta temperatura, i prodotti con una temperatura di esercizio pari o superiore a 80 °C non devono presentare delaminazione, danni, deformazioni evidenti all'interno o all'esterno del sacchetto e una diminuzione della forza di pelatura, della forza di trazione, della deformazione nominale a rottura e della resistenza alla termosaldatura. Il tasso deve essere ≤30%".
3. Test delle proprietà fisiche dei sacchetti di imballaggio resistenti alla sterilizzazione
Il test effettivo sulla macchina è il metodo più affidabile per valutare le prestazioni complessive degli imballaggi termoresistenti. Tuttavia, questo metodo non solo richiede molto tempo, ma è anche limitato dal piano di produzione e dal numero di test. Presenta inoltre scarsa operatività, elevati sprechi e costi elevati. Attraverso il test di sterilizzazione in autoclave, che rileva proprietà fisiche come la resistenza alla trazione, la forza di pelatura e la resistenza alla termosaldatura prima e dopo il trattamento, è possibile valutare in modo completo la qualità di resistenza alla sterilizzazione del sacchetto. I test di cottura utilizzano generalmente due tipi di materiali: prodotti reali e materiali simulati. Il test di cottura con prodotti reali può essere il più vicino possibile alla situazione di produzione reale e può impedire efficacemente che imballaggi non conformi entrino nella linea di produzione in lotti. Per le fabbriche di materiali di imballaggio, i materiali simulati vengono utilizzati per testare la resistenza dei materiali di imballaggio durante il processo di produzione e prima dello stoccaggio. Il test delle prestazioni di cottura è più pratico e operativo. L'autore presenta un metodo di test delle prestazioni fisiche dei sacchetti per imballaggi termoresistenti riempiendoli con liquidi simulanti alimenti di tre diversi produttori ed eseguendo rispettivamente test di cottura a vapore e di ebollizione. Il processo di test è il seguente:
1). Prova di cottura
Strumenti: pentola di cottura ad alta temperatura con contropressione sicura e intelligente, tester per guarnizioni termiche HST-H3
Procedura di prova: Versare con cura acido acetico al 4% nel sacchetto per sterilizzazione fino a riempirlo per due terzi del volume. Fare attenzione a non contaminare la guarnizione, per non comprometterne la tenuta. Dopo il riempimento, sigillare i sacchetti con HST-H3 e preparare un totale di 12 campioni. Durante la sigillatura, è necessario eliminare quanta più aria possibile dal sacchetto per evitare che l'espansione dovuta alla cottura influisca sui risultati del test.
Per iniziare il test, posizionare il campione sigillato nella pentola. Impostare la temperatura di cottura a 121 °C, il tempo di cottura a 40 minuti, cuocere a vapore 6 campioni e far bollire 6 campioni. Durante il test di cottura, prestare molta attenzione alle variazioni di pressione e temperatura dell'aria nella pentola per assicurarsi che la temperatura e la pressione rimangano entro l'intervallo impostato.
Dopo aver completato il test, lasciare raffreddare a temperatura ambiente, estrarre e osservare se sono presenti sacchetti rotti, pieghe, delaminazione, ecc. Dopo il test, le superfici dei campioni n. 1 e n. 2 risultavano lisce dopo la cottura e non presentavano delaminazione. La superficie del campione n. 3 non era molto liscia dopo la cottura e i bordi risultavano deformati in misura variabile.
2). Confronto delle proprietà di trazione
Prendere i sacchetti di confezionamento prima e dopo la cottura, ritagliare 5 campioni rettangolari di 15 mm × 150 mm in direzione trasversale e 150 mm in direzione longitudinale e condizionarli per 4 ore in un ambiente di 23 ± 2 °C e 50 ± 10% UR. La macchina per prove di trazione elettronica intelligente XLW (PC) è stata utilizzata per testare la forza di rottura e l'allungamento a rottura in condizioni di 200 mm/min.
3). Test di peeling
Secondo il metodo A della norma GB 8808-1988 "Metodo di prova di pelatura per materiali plastici compositi morbidi", tagliare un campione con una larghezza di 15±0,1 mm e una lunghezza di 150 mm. Prelevare 5 campioni in direzione orizzontale e 5 in direzione verticale. Pre-staccare lo strato composito lungo la direzione longitudinale del campione, caricarlo nella macchina di prova di trazione elettronica intelligente XLW (PC) e testare la forza di pelatura a 300 mm/min.
4). Test di resistenza alla termosaldatura
Secondo la norma GB/T 2358-1998 "Metodo di prova per la resistenza alla termosaldatura di sacchetti di imballaggio in film plastico", tagliare un campione largo 15 mm nella parte termosaldata, aprirlo a 180° e fissare entrambe le estremità del campione su una macchina di prova di trazione elettronica intelligente XLW (PC). Il carico massimo viene testato a una velocità di 300 mm/min e il tasso di caduta viene calcolato utilizzando la formula dielettrica di resistenza ad alta temperatura secondo la norma GB/T 10004-2008.
Riassumere
Gli alimenti confezionati in buste termoresistenti sono sempre più apprezzati dai consumatori per la loro praticità di consumo e conservazione. Per mantenere efficacemente la qualità del contenuto e prevenire il deterioramento degli alimenti, ogni fase del processo di produzione delle buste termoresistenti deve essere rigorosamente monitorata e controllata in modo appropriato.
1. I sacchetti per alimenti resistenti alle alte temperature devono essere realizzati con materiali appropriati in base al contenuto e al processo di produzione. Ad esempio, il CPP viene generalmente scelto come strato di sigillatura interno dei sacchetti per alimenti resistenti alle alte temperature; quando si utilizzano sacchetti per imballaggio contenenti strati di AL per confezionare contenuti acidi e alcalini, è necessario aggiungere uno strato composito di PA tra AL e CPP per aumentare la resistenza alla permeabilità agli acidi e agli alcali; la termoretrazione di ogni strato composito deve essere uniforme o simile per evitare deformazioni o addirittura delaminazioni del materiale dopo la cottura dovute a una scarsa corrispondenza delle proprietà di termoretrazione.
2. Controllare in modo appropriato il processo di composizione. I sacchetti termosaldabili resistenti alle alte temperature utilizzano principalmente il metodo di miscelazione a secco. Nel processo di produzione del film termosaldabile, è necessario selezionare l'adesivo appropriato e un buon processo di incollaggio, e controllare in modo appropriato le condizioni di polimerizzazione per garantire che l'agente principale dell'adesivo e l'agente indurente reagiscano completamente.
3. La resistenza alle alte temperature è il processo più critico nel confezionamento dei sacchetti termosaldabili ad alta temperatura. Per ridurre l'insorgenza di problemi di qualità del lotto, i sacchetti termosaldabili ad alta temperatura devono essere testati e ispezionati in base alle effettive condizioni di produzione prima dell'uso e durante la produzione. Verificare che l'aspetto della confezione dopo la cottura sia piatto, non raggrinzito, con bolle, deformato, che non vi siano delaminazioni o perdite, che il tasso di decadimento delle proprietà fisiche (proprietà di trazione, resistenza alla pelatura, resistenza alla termosaldatura) soddisfi i requisiti, ecc.
Data di pubblicazione: 18 gennaio 2024
