Пленка из композитного пластика широко используется в качестве упаковочного материала для ретортной упаковки. Ретортация и термическая стерилизация являются важным процессом при упаковке продуктов питания, требующих высокотемпературной обработки. Однако физические свойства пленок из композитного пластика подвержены ухудшению после нагревания, что приводит к получению некачественных упаковочных материалов. В данной статье анализируются распространенные проблемы, возникающие после обработки высокотемпературных ретортных пакетов, и представлены методы тестирования их физических характеристик, что, как ожидается, будет иметь важное значение для практического производства.
Термостойкие ретортные пакеты — это распространенная форма упаковки для мяса, соевых продуктов и других готовых к употреблению продуктов питания. Как правило, они упаковываются в вакуумную упаковку и могут храниться при комнатной температуре после нагревания и стерилизации при высокой температуре (100–135 °C). Продукты в ретортной упаковке легко переносить, они готовы к употреблению сразу после вскрытия пакета, гигиеничны и удобны, а также хорошо сохраняют вкус, поэтому пользуются большой популярностью у потребителей. В зависимости от процесса стерилизации и упаковочных материалов, срок годности продуктов в ретортной упаковке составляет от полугода до двух лет.
Процесс упаковки пищевых продуктов в ретортные пакеты включает в себя изготовление пакетов, упаковку в пакеты, вакуумную упаковку, термосварку, контроль качества, термическую обработку и стерилизацию, сушку и охлаждение, а также упаковку. Термическая обработка и стерилизация являются ключевыми процессами всего процесса. Однако при упаковке пакетов из полимерных материалов – пластмасс – движение молекулярных цепей после нагревания усиливается, и физические свойства материала склонны к термическому ослаблению. В данной статье анализируются распространенные проблемы, возникающие после термической обработки в высокотемпературных ретортных пакетах, и представлены методы проверки их физических характеристик.
1. Анализ распространенных проблем, связанных с упаковочными пакетами, устойчивыми к ретортной обработке.
Продукты, подвергнутые высокотемпературной ретортной обработке, упаковываются, а затем нагреваются и стерилизуются вместе с упаковочными материалами. Для достижения высоких физических свойств и хороших барьерных свойств ретортная упаковка изготавливается из различных базовых материалов. К наиболее часто используемым материалам относятся PA, PET, AL и CPP. Обычно используются двухслойные композитные пленки (например, BOPA/CPP, PET/CPP), трехслойные композитные пленки (например, PA/AL/CPP, PET/PA/CPP) и четырехслойные композитные пленки (например, PET/PA/AL/CPP). В реальном производстве наиболее распространенными проблемами качества являются складки, разрывы пакетов, утечка воздуха и запах после приготовления:
1). В упаковочных пакетах обычно выделяют три вида складок: горизонтальные, вертикальные или нерегулярные складки на основном материале упаковки; складки и трещины на каждом из композитных слоев и плохая плоскостность; усадка основного материала упаковки, а также усадка композитного слоя и других композитных слоев по отдельности, образование полос. Разрывы пакетов делятся на два типа: прямой разрыв и образование складок с последующим разрывом.
2). Расслоение — это явление, при котором композитные слои упаковочного материала отделяются друг от друга. Незначительное расслоение проявляется в виде полосообразных выпуклостей в местах наибольшего напряжения упаковки, снижается прочность на отслаивание, и упаковку можно даже аккуратно разорвать вручную. В тяжелых случаях после приготовления композитный слой упаковки расслаивается на большой площади. При расслоении исчезает синергетическое упрочнение физических свойств между композитными слоями упаковочного материала, и физические и барьерные свойства значительно снижаются, что делает невозможным соблюдение требований к сроку годности и часто приводит к большим убыткам для предприятия.
3). Незначительная утечка воздуха обычно имеет относительно длительный инкубационный период и ее трудно обнаружить во время приготовления. В течение периода циркуляции и хранения продукта степень вакуума снижается, и в упаковке появляется заметное количество воздуха. Поэтому эта проблема качества часто затрагивает большое количество продуктов и оказывает большее влияние. Возникновение утечки воздуха тесно связано со слабой термосваркой и низкой устойчивостью ретортного пакета к проколам.
4). Запах после приготовления также является распространенной проблемой качества. Своеобразный запах, появляющийся после приготовления, связан с чрезмерным содержанием остатков растворителей в упаковочных материалах или неправильным выбором материала. Если в качестве внутреннего герметизирующего слоя пакетов для высокотемпературной готовки при температуре выше 120° используется полиэтиленовая пленка, она склонна к появлению запаха при высоких температурах. Поэтому в качестве внутреннего слоя пакетов для высокотемпературной готовки обычно выбирают полипропиленовую пленку (RCPP).
2. Методы испытания физических свойств ретортной упаковки
Факторы, приводящие к проблемам качества ретортной упаковки, достаточно сложны и включают в себя множество аспектов, таких как сырье для композитных слоев, клеи, чернила, контроль процесса изготовления композитных материалов и пакетов, а также процессы ретортной обработки. Для обеспечения качества упаковки и срока годности продуктов питания необходимо проводить испытания упаковочных материалов на устойчивость к термической обработке.
Национальный стандарт, применимый к ретортным упаковочным пакетам, — это GB/T10004-2008 «Пластиковая композитная пленка для упаковки, сухое ламинирование пакетов, экструзионное ламинирование», основанный на стандарте JIS Z 1707-1997 «Общие принципы пластиковых пленок для упаковки пищевых продуктов», разработанном для замены GB/T 10004-1998 «Ретортные композитные пленки и пакеты» и GB/T10005-1998 «Двуосноориентированная полипропиленовая пленка/композитные пленки и пакеты из полиэтилена низкой плотности». GB/T 10004-2008 включает различные физические свойства и показатели остаточного содержания растворителей для ретортных упаковочных пленок и пакетов и требует, чтобы ретортные упаковочные пакеты были испытаны на устойчивость к воздействию высокотемпературных сред. Метод заключается в следующем: в ретортные упаковочные пакеты заливают 4% уксусной кислотой, 1% сульфидом натрия, 5% хлоридом натрия и растительным маслом, затем выпускают воздух и запаивают, нагревают и подвергают давлению в скороварке при 121°C в течение 40 минут, после чего охлаждают, не меняя давления. Затем проверяют внешний вид, прочность на разрыв, удлинение, усилие отслаивания и прочность термосварки, а для оценки используют показатель снижения прочности. Формула выглядит следующим образом:
R = (AB) / A × 100
В формуле R — процент снижения показателей испытанных изделий, A — среднее значение показателей испытанных изделий до испытания на термостойкость; B — среднее значение показателей испытанных изделий после испытания на термостойкость. Требования к эксплуатационным характеристикам следующие: «После испытания на диэлектрическое сопротивление при высокой температуре изделия, эксплуатируемые при температуре 80°C и выше, не должны иметь расслоения, повреждений, явной деформации внутри или снаружи пакета, а также снижения силы отслаивания, силы разрыва, номинальной деформации при разрыве и прочности термосварки. Процент снижения должен составлять ≤30%».
3. Испытание физических свойств ретортных упаковочных пакетов.
Фактическое тестирование на оборудовании позволяет наиболее точно определить общие характеристики ретортной упаковки. Однако этот метод не только трудоемок, но и ограничен производственным планом и количеством испытаний. Он отличается низкой технологичностью, большими отходами и высокой стоимостью. С помощью ретортного теста, определяющего физические свойства, такие как прочность на разрыв, прочность на отрыв, прочность термосварки до и после ретортирования, можно всесторонне оценить качество ретортной упаковки. В тестах на термическую обработку обычно используются два типа материалов: реальные и имитирующие. Тестирование на термическую обработку с использованием реальных материалов максимально приближено к реальной производственной ситуации и эффективно предотвращает попадание некачественной упаковки в производственные партии. На предприятиях по производству упаковочных материалов имитирующие материалы используются для проверки стойкости упаковочных материалов в процессе производства и перед хранением. Тестирование термической обработки более практично и удобно. Автор описывает метод тестирования физических характеристик ретортных упаковочных пакетов путем заполнения их жидкими имитирующими пищевые продукты от трех разных производителей и проведения испытаний на пропаривание и кипячение соответственно. Процесс тестирования выглядит следующим образом:
1). Тест на приготовление пищи
Приборы: Безопасная и интеллектуальная высокотемпературная кастрюля с противодавлением, тестер термосварки HST-H3.
Этапы тестирования: Осторожно налейте 4%-ную уксусную кислоту в ретортный пакет до двух третей его объема. Будьте осторожны, чтобы не загрязнить шов, дабы не повлиять на стойкость герметизации. После заполнения запечатайте пакеты для приготовления пищи с использованием HST-H3 и подготовьте в общей сложности 12 образцов. При запечатывании необходимо максимально удалить воздух из пакета, чтобы предотвратить влияние расширения воздуха во время приготовления пищи на результаты теста.
Поместите запечатанный образец в кастрюлю для начала теста. Установите температуру приготовления на 121°C, время приготовления на 40 минут, пропарьте 6 образцов и прокипятите 6 образцов. Во время теста внимательно следите за изменениями давления воздуха и температуры в кастрюле, чтобы убедиться, что температура и давление поддерживаются в заданном диапазоне.
После завершения теста охладите образцы до комнатной температуры, извлеките их и осмотрите на наличие повреждений, складок, расслоений и т.д. После теста поверхности образцов № 1 и № 2 после приготовления были гладкими, расслоений не наблюдалось. Поверхность образца № 3 после приготовления была не очень гладкой, а края были деформированы в различной степени.
2). Сравнение прочностных характеристик при растяжении.
До и после приготовления из упаковочных пакетов вырезали 5 прямоугольных образцов размером 15 мм × 150 мм в поперечном направлении и 150 мм в продольном направлении и выдерживали их в течение 4 часов в условиях 23 ± 2 ℃ и 50 ± 10% относительной влажности. Для определения разрывной силы и удлинения при разрыве использовали интеллектуальную электронную машину для испытаний на растяжение XLW (PC) при скорости 200 мм/мин.
3). Тест на отслаивание
Согласно методу А стандарта GB 8808-1988 «Метод испытания на отслаивание мягких композитных пластиковых материалов», вырежьте образец шириной 15±0,1 мм и длиной 150 мм. Возьмите по 5 образцов в горизонтальном и вертикальном направлениях. Предварительно отслоите композитный слой вдоль продольного направления образца, поместите его в интеллектуальную электронную машину для испытаний на растяжение XLW (PC) и измерьте силу отслаивания со скоростью 300 мм/мин.
4). Испытание на прочность термосварки.
Согласно GB/T 2358-1998 «Метод испытания прочности термосварки полиэтиленовых пленочных упаковочных пакетов», образец шириной 15 мм вырезают в месте термосварки, раскрывают на 180° и зажимают оба конца образца на интеллектуальной электронной машине для испытаний на растяжение XLW (PC). Максимальная нагрузка измеряется со скоростью 300 мм/мин, а скорость падения рассчитывается с использованием формулы высокотемпературного сопротивления диэлектрика из GB/T 10004-2008.
Подведите итоги
Продукты, упакованные в термостойкие пакеты, становятся все более популярными среди потребителей благодаря удобству употребления и хранения. Для эффективного сохранения качества содержимого и предотвращения порчи продуктов каждый этап процесса производства термостойких пакетов должен строго контролироваться и разумно регулироваться.
1. Термостойкие пакеты для приготовления пищи должны быть изготовлены из соответствующих материалов в зависимости от содержимого и процесса производства. Например, в качестве внутреннего герметизирующего слоя термостойких пакетов для приготовления пищи обычно выбирают CPP; при использовании упаковочных пакетов с алюминиевым слоем для упаковки кислотных и щелочных веществ между алюминиевым и CPP следует добавить композитный слой PA для повышения устойчивости к проникновению кислот и щелочей; термоусадка каждого композитного слоя должна быть одинаковой или схожей, чтобы избежать деформации или даже расслоения материала после приготовления пищи из-за несоответствия термоусадочных свойств.
2. Разумный контроль процесса компаундирования. В термостойких ретортных пакетах чаще всего используется метод сухого компаундирования. В процессе производства ретортной пленки необходимо выбрать подходящий клей и обеспечить качественный процесс склеивания, а также разумно контролировать условия отверждения, чтобы гарантировать полное взаимодействие основного клея и отвердителя.
3. Наиболее строгим этапом в процессе упаковки высокотемпературных ретортных пакетов является испытание на устойчивость к воздействию высоких температур. Для снижения вероятности возникновения проблем с качеством партии, высокотемпературные ретортные пакеты должны проходить испытания и проверку в соответствии с фактическими производственными условиями до и во время производства. Проверяется, соответствует ли внешний вид упаковки после обработки ровным, мятым, вздутым, деформированным поверхностям, расслоению или протечкам, а также соответствует ли скорость снижения физических свойств (прочность на разрыв, прочность на отрыв, прочность термосварки) требованиям и т.д.
Дата публикации: 18 января 2024 г.
