食品安全與包裝材料的阻隔性ppt課件

1、Barrier Property of Flexible Packaging and Its Impact on Food Safety 軟塑包裝材料的阻隔性與食品安全Danbell EquipmentMay 20071;.2Functions for Modern Packaging現(xiàn)代包裝的功能o 產(chǎn)品的容器n合理尺寸,形狀n方便使用o產(chǎn)品安全的第一道防線產(chǎn)品安全的第一道防線n阻隔性阻隔性n整體密封性整體密封性o信息,市場功能n產(chǎn)品成份,使用說明n外觀設(shè)計(jì)吸引顧客包裝是產(chǎn)品生產(chǎn)的一部分3Packaging Material and Food Safety包裝材料與食品安全oCompatib

2、ility of Packaging Material and Food Product.n包裝材料與產(chǎn)品相容性oMigration of residual chemicals in polymern殘余化學(xué)物從包材致食品的遷移oBarrier Properties of Packaging Materialsn包裝材料的阻隔性oPackage Integrityn包裝的完整密封性4Compatibility包裝材料與產(chǎn)品相容性o食品是否與包材有化學(xué)或物理反應(yīng)食品是否與包材有化學(xué)或物理反應(yīng)? ?o要求對(duì)包裝材料的性能以及食品特性有透徹的了解要求對(duì)包裝材料的性能以及食品特性有透徹的了解o應(yīng)用舉例

3、應(yīng)用舉例: :袋裝美式火腿官司袋裝美式火腿官司5Migration殘余化學(xué)物從包材致食品的遷移o美國FDA 規(guī)定:o與食品直接接觸的包材:o禁止含有致癌物或者可疑致癌物o非致癌化學(xué)物或添加劑含量n最終遷移致食品的量必須低于0.5 ppb (g/ kg)o(Methods and approaches used by FDA to evaluate the safety of food packaging materials )6Barrier Properties阻隔性在包裝中的重要性o滿足產(chǎn)品保質(zhì)保鮮的需要,保證預(yù)期的貨架壽命o保證食品衛(wèi)生安全,減少因食品變質(zhì)而引起公眾疾病的危險(xiǎn)o常規(guī)檢測:

4、 高分子材料透氧率,透濕率o應(yīng)用舉例:袋裝美式火腿官司7Package Integrity包裝的完整密封性o由劣質(zhì)熱封接縫, 針孔等造成的包裝泄漏, 不僅降低了產(chǎn)品的貨架壽命, 也對(duì)消費(fèi)者的健康帶來損害.o要求: 對(duì)終極成型包裝在實(shí)際應(yīng)用條件下進(jìn)一步測試,確證包裝的阻隔性,物理性能在加工物流和銷售環(huán)節(jié)中未受損壞o應(yīng)用舉例:嬰兒奶粉軟包裝;瓶裝酸奶 8材料的阻隔性與滲透滲透-肉眼看不見的過程9Permeation is impacted by影響阻隔性的因素 oEnvironment: 環(huán)境n temperature 溫度n relative humidity 濕度oMaterial itsel

5、f: 材料本身n Fickian behavior or Non-Fickian n 線性或非線性材料n Material Propertiesn 結(jié)晶度,分子間吸引力,添加劑,樣品厚度10影響阻隔性的因素 - 溫度o溫度每升高1C, 滲透率增加 5 to 7%o-同樣材料的滲透率在熱帶地區(qū)與寒帶地區(qū)會(huì)不一樣11影響阻隔性的因素 - 濕度o- 某些材料的阻隔性在潮濕環(huán)境與干燥環(huán)境會(huì)不一樣12Driving Force, or Concentration Effect滲透物的推動(dòng)力或濃度對(duì)不同材料的影響的影響oF(x) = -D(dc/dx)oFor Fickian materials (or

6、those that obey Ficks Law), permeation is linear with concentration for all concentration ranges. o滲透率與滲透物濃度成正比 (Ficken材料)o滲透率與滲透物濃度關(guān)系非線性(non-fickian材料)13Factors influencing permeation and transport properties 影響滲透和傳遞的材料因素oEffect of the actual chemical substituent on the polymer backboneoThe degree

7、of packing, crystallinity, and orientation of the molecular chains.oThe susceptibility to moisture and other possible interactants with the chains.oThe nature of the polymer surface contacting the permeant.oAdditives used in manufacturing or modifying the polymer.oThickness, multiple layerso高分子的立體結(jié)構(gòu)

8、,結(jié)晶度,鏈取向,親水性,表面性能,添加物,厚度,多層結(jié)構(gòu)等都對(duì)滲透和傳遞有影響14POLYMERSTRUCTUREOXYGENPERMEATION*COMMENTSPolyethylene480Low polarity, very littlecohesion between chainsPolypropylene150Chains are a little stiffer, butvery little cohesion orattractionPoly(methylmethacrylate)17Chains are much stiffer dueto steric hindrances

9、; polarityresults in chain-to-chainattraction superior tohydrocarbon polymersPoly(vinyl chloride)8Chain-to-chain attractionvery high due to chlorineelectrons; movement ofchains restricted高分子主鏈上的取代基大=阻隔性高H2CCHCOOCH3H2CCHClH2CCHCH3H2CCH2* cc-mil/100 in2-day-atm15結(jié)晶度高 = 阻隔性高oClose packing and/or high c

10、rystallinity results in low free volume and better barrier.oOrientation results in better barrier by creating a more tortuous diffusion path.POLYMERMORPHOLOGYO2PERMEATION*COMMENTSPET(poly(ethylene terephlate)10% crystalline10.0PET50% crystalline5.0Higher crystallinityreduces the availablesites for p

11、ermeationPET50% crystallineand oriented3.0Crystallinity andorientation producesmore tortuous path forpermeation* cc-mil/100 in2-day-atm16The susceptibility to moisture and other possible interactants with the chains 對(duì)水的敏感性n水汽影響含氫鍵的極性高分子水汽影響含氫鍵的極性高分子n(Nylon,材料EVOH)n水汽不影響無氫鍵的極性高分子水汽不影響無氫鍵的極性高分子(PET)Ny

12、lon 6SELARNylon MXD630% EVOHSELAR OH Plus44% EVOH17Additives used in manufacturing or modifying the polymer 添加物用于高分子的加工和改性PVCPoly (vinyl chloride)Material statePure, rigidPVCPlasticized,soft PVCO2 Permeation rate(cc-mil/100 in2-day-atm)8150材料的阻隔性因添加物的加入而變化, 通常阻隔性變差例外,納米復(fù)合材料18Thickness (厚度)oTypically

13、 the transmission rate is inversely proportional to the thickness of the materialn thickness permeation rate n 厚度上升，滲透下降阻隔性測試方法比較阻隔性測試方法比較o 透氧透氧n 壓差法n 等壓法（庫侖電量法）o 透濕透濕n 杯式法n 電解法n 傳感器法（濕度傳感器、紅外傳感器）19;.20透氧率的檢測方法和標(biāo)準(zhǔn)方方 法法標(biāo)標(biāo) 準(zhǔn)準(zhǔn)壓差法壓差法ISO 15105-1:2003(E)DIN 53536ASTM 1434-82電量法電量法(庫侖電量法庫侖電量法)(MOCON專利）專利）I

14、SO 15105-2:2003(E)ASTM D3985ASTM F-1927DIN 53380JIS K-7126ISO 14663-2ASTM F-1307 packages21壓差法o可以測定多種氣體可以測定多種氣體o測試條件難以控制測試條件難以控制n 相對(duì)濕度 飽和鹽溶液n 真空室 與實(shí)際應(yīng)用環(huán)境不同o改變材料本身的性能結(jié)構(gòu)改變材料本身的性能結(jié)構(gòu) n 裂紋 針孔n 材料變薄 透氣面積增大 o局限性局限性 n 不能檢測包裝件o精度低精度低1.0ml/24h.1atm 或 0.5ml/24h.1atm o偏差大偏差大，高達(dá)15% - 20% o不可溯源不可溯源22庫侖電量法o只測試氧氣，排

15、除干擾，測試精度非常高只測試氧氣，排除干擾，測試精度非常高n 0.005cc/m2/24h.1atm，靈敏度是傳統(tǒng)儀器的近百倍。o真正的絕對(duì)值傳感器，無需校準(zhǔn)真正的絕對(duì)值傳感器，無需校準(zhǔn)o精確控制測試條件精確控制測試條件n 溫度、相對(duì)濕度、時(shí)間等o不改變材料本身性能不改變材料本身性能n 材料兩側(cè)氣壓相等o可檢測薄膜和包裝件可檢測薄膜和包裝件n 除薄膜外，還可以測量瓶子，袋子等o重復(fù)性好重復(fù)性好o可可NIST溯源溯源23透濕率的檢測方法和標(biāo)準(zhǔn)方方 法法標(biāo)標(biāo) 準(zhǔn)準(zhǔn)杯式法杯式法/ /重量法重量法ASTM E-96TAPPI T-464JIS Z-0208傳感器法傳感器法濕度傳感器法濕度傳感器法ISO

16、 15106-1:2003(E)紅外傳感器法紅外傳感器法(MOCON專利專利）ISO 15106-2:2003(E)ASTM F-1249TAPPI T-557JIS K-7129電解傳感器法電解傳感器法ISO 15106-3:2003(E)24杯式法/稱重法o優(yōu)點(diǎn) 操作簡單、實(shí)驗(yàn)成本低、硬件要求低、儀器設(shè)備價(jià)格低廉 o缺點(diǎn) 操作人員因素（計(jì)算和設(shè)定）、重復(fù)性差、可靠性差（溫度和相對(duì)濕度控制）、測量時(shí)間長、精度低o適用范圍 低阻隔性材料oISO國際標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)淘汰這個(gè)方法25電解法o需要先用吸濕劑來吸收水蒸氣，再通過電極電解水蒸氣，再根據(jù)電解電流來判斷。這樣對(duì)水蒸氣進(jìn)行了二次處理過程，吸濕劑的效率

17、、電極的損耗都會(huì)影響測試的精度，累積誤差大。o電解槽需要定期再生，可能還需要寄回原廠，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。 26濕度傳感器法o結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備價(jià)格相對(duì)較低o傳感器本身局限性，檢測精度一般只能到0.1%o濕度傳感器的輸出受溫度波動(dòng)影響很大o未被國際標(biāo)準(zhǔn)廣泛采用（適用標(biāo)準(zhǔn)少）27紅外法o紅外傳感器，被公認(rèn)為世界上最精確的透濕測試方法o在測試過程中，只是檢測紅外能量的損失，水蒸氣不經(jīng)過任何處理，不存在其它誤差在測試過程中，只是檢測紅外能量的損失，水蒸氣不經(jīng)過任何處理，不存在其它誤差因素的干擾。因素的干擾。 o精確控制溫度和相對(duì)濕度o雙壓力法生成相對(duì)濕度條件，安全無腐蝕性o測量時(shí)間短o精度高，0.005 100

18、g/m2/day o干擾因素少o可靠性高o重復(fù)性好，可NIST溯源Case Studies- Food Safety Application阻隔性與食品安全應(yīng)用舉例28;.29食品變質(zhì)的原因與阻隔材料選擇食品變質(zhì)的原因與阻隔材料選擇? ?o氧化 n解決辦法解決辦法-氧氣阻隔材料氧氣阻隔材料, 例如 PET, PVDC, Nylon, EVOHo受潮,發(fā)霉 .n解決辦法解決辦法-水汽阻隔材料水汽阻隔材料,例如 PP, PEo氧化,受潮n解決辦法解決辦法-復(fù)合材料復(fù)合材料, 例如 PP/PET/PE, PET/Al/PEo上述, 以及芳香味遺失. n解決辦法解決辦法- - -復(fù)合材料復(fù)合材料, 例

19、如 PP/Nylon/Al/PEo其它方法其它方法n包裝內(nèi)加除氧劑,除濕劑;真空包裝,充氮包裝,氣調(diào)包裝30應(yīng)用舉例: 袋裝美式火腿官司o某肉食品加工廠生產(chǎn)袋裝美式火腿o選擇高阻隔材料塑料袋o投放市場后在保質(zhì)期內(nèi)產(chǎn)品變質(zhì)嚴(yán)重o期間包裝袋本身也出現(xiàn)層間薄離現(xiàn)象o因損失嚴(yán)重, 廠家投訴塑料袋供應(yīng)商31應(yīng)用舉例: 袋裝美式火腿官司o被包裝產(chǎn)品被包裝產(chǎn)品: :n美式火腿- 為使肉質(zhì)鮮嫩, 加工時(shí)添加水溶液,故產(chǎn)品含水量高. 包裝后, 袋中RH =75%o包裝袋材料包裝袋材料: nNylon/PE 復(fù)合層o透氧率透氧率: : n0.05 cc /(bag*24hr), (在4C及0%RH 測試)n0.4

20、 cc /(bag*24hr), (在4C及75%RH 測試)32應(yīng)用舉例: 袋裝美式火腿官司o失敗原因分析失敗原因分析: : n對(duì)材料性能缺乏了解n-Nylon本身在0%RH 是很好的氧阻隔材料,但在高濕度下阻隔性變差 n沒有考慮材料與產(chǎn)品的相容性n-與產(chǎn)品直接接觸的Nylon層受高濕度影響而溶脹, 進(jìn)而阻隔性下降并出現(xiàn)層間剝離的自然現(xiàn)象. n對(duì)產(chǎn)品本身屬性的忽視n-選材時(shí)沒有考慮實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)品的濕度問題n只對(duì)0%RH 的OTR 測試, 作出錯(cuò)誤決定. 33應(yīng)用舉例: 袋裝美式火腿官司o解決方案解決方案: :o選擇類似PE/Nylon/PE 復(fù)合膜,降低水汽對(duì)Nylon的直接影響1)在實(shí)際使

21、用條件(例如75%RH)下對(duì)薄膜及成型袋子透氧率評(píng)估34薄膜測試與包裝體測試o大多數(shù)新產(chǎn)品的研發(fā)只測試薄膜而不進(jìn)行包裝件測試。 o下面用一個(gè)例子來說明整體包裝件測試的重要性35應(yīng)用舉例:嬰兒奶粉包裝材料的選擇o奶粉廠要把奶粉的罐裝包裝改成袋包裝n因?yàn)槟谭塾鲅鯕饣蛴鏊既菀鬃冑|(zhì),n必須采用高性能的復(fù)合阻隔材料 36應(yīng)用舉例:嬰兒奶粉包裝材料的選擇樣品編號(hào) 待選材料結(jié)構(gòu)待選材料結(jié)構(gòu)1PET / Al / Nylon / LLDPE2PET / Al / PE3PET / Al / PETMET / PE4PET / Al / Nylon / PE 5PET / PE (extruded)/ Al

22、 / PE(extruded)/PE37待選材料薄膜樣品實(shí)際測得值待選材料薄膜樣品實(shí)際測得值 樣品編號(hào)OTR(cc/ m2h-day)WVTR (g/ m2-day)10.0050.00520.0050.00530.0050.00540.0050.00550.0050.00538包裝袋理論估算值 樣品編號(hào)OTR (cc/ pkg*day)WVTR (g/ pkg*day)10.00040.000420.00040.000430.00040.000440.00040.000450.00040.000439應(yīng)用舉例:嬰兒奶粉包裝材料的選擇包裝整體測定40應(yīng)用舉例:嬰兒奶粉包裝材料的選擇包裝整體測定

23、41包裝袋實(shí)際測得值 樣品編號(hào)OTR (cc/ pkg*day)WVTR (g/ pkg*day)10.0110.002120.0320.001030.0400.002240.0360.003450.0520.001542包裝袋實(shí)際測得值與實(shí)際值比較43觀察袋子的內(nèi)部所發(fā)現(xiàn)的次點(diǎn)o“半穿透”裂縫和“半穿透”針孔發(fā)生在主要阻隔層(Al層)折痕處-加工過程原因44應(yīng)用舉例: 酸奶瓶子WVTR測試舉例45瓶子WVTR測試結(jié)果比較Sample NameWVTR Transmission Rate(g/package-day)W-10.00081W-20.00089W-30.00099W-40.0009

24、2W-50.0107W-6 (plate epoxyed)0.0003瓶蓋填片材料的差異可造成從瓶蓋處不同程度的滲透和微量漏氣. 46土豆片軟包裝袋的困惑o土豆片-某食品公司新產(chǎn)品之一,沖氮渡鋁膜軟包裝o未過保質(zhì)期, 但客戶發(fā)現(xiàn)土豆片已出現(xiàn)異味,已明顯地變質(zhì).o廠家在裝袋前測定空袋子,各項(xiàng)指標(biāo)合格.l 這是什么回事這是什么回事? ?47我們的觀察方法o把產(chǎn)品取出,把袋子剪開o關(guān)掉日光燈,在黑暗中開一小臺(tái)燈o把展開的袋子對(duì)著光源.48 twinkle, twinkle, little stars 運(yùn)輸過程中土豆片對(duì)袋子損壞49我們的建議o對(duì)裝有硬質(zhì)食品的軟包裝袋, 其合格與否應(yīng)考核更嚴(yán)格的指標(biāo)o用如下儀器對(duì)包裝材料進(jìn)行揉搓扭曲處理后再測定阻隔性是否合格 50成型包裝體測定的重要性o當(dāng)選定了材料后，對(duì)成型包裝體的測定是很重要的o只有通過測定才能知道整體的阻隔性是否受到因?yàn)榧庸み^