包裝印刷軟塑包裝材料的阻隔性和食品安全

BarrierPropertyofFlexiblePackagingandItsImpactonFoodSafety

軟塑包裝材料的阻隔性

與食品安全DanbellEquipmentMay2007第一頁，共五十八頁。FunctionsforModernPackaging

現(xiàn)代包裝的功能產(chǎn)品的容器合理尺寸,形狀方便使用產(chǎn)品安全的第一道防線阻隔性整體密封性信息,市場功能產(chǎn)品成份,使用說明外觀設(shè)計吸引顧客包裝是產(chǎn)品生產(chǎn)的一部分第二頁，共五十八頁。PackagingMaterialandFoodSafety

包裝材料與食品安全CompatibilityofPackagingMaterialandFoodProduct.包裝材料與產(chǎn)品相容性Migrationofresidualchemicalsinpolymer殘余化學(xué)物從包材致食品的遷移BarrierPropertiesofPackagingMaterials包裝材料的阻隔性PackageIntegrity包裝的完整密封性第三頁，共五十八頁。Compatibility

包裝材料與產(chǎn)品相容性食品是否與包材有化學(xué)或物理反應(yīng)?要求對包裝材料的性能以及食品特性有透徹的了解應(yīng)用舉例:袋裝美式火腿官司第四頁，共五十八頁。Migration

殘余化學(xué)物從包材致食品的遷移第五頁，共五十八頁。BarrierProperties

阻隔性在包裝中的重要性滿足產(chǎn)品保質(zhì)保鮮的需要,保證預(yù)期的貨架壽命保證食品衛(wèi)生安全,減少因食品變質(zhì)而引起公眾疾病的危險常規(guī)檢測:高分子材料透氧率,透濕率應(yīng)用舉例:袋裝美式火腿官司第六頁，共五十八頁。PackageIntegrity

包裝的完整密封性由劣質(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,也對消費者的健康帶來損害.要求:對終極成型包裝在實際應(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)中未受損壞應(yīng)用舉例:嬰兒奶粉軟包裝;瓶裝酸奶第七頁，共五十八頁。材料的阻隔性與滲透

滲透------肉眼看不見的過程

所有的塑料都有滲透性第八頁，共五十八頁。Permeationisimpactedby……

影響阻隔性的因素……Environment:環(huán)境temperature溫度

relativehumidity濕度Materialitself:材料本身FickianbehaviororNon-Fickian線性或非線性材料MaterialProperties結(jié)晶度,分子間吸引力,添加劑,樣品厚度第九頁，共五十八頁。影響阻隔性的因素

-----溫度溫度每升高1C,滲透率增加5to7%-----同樣材料的滲透率在熱帶地區(qū)與寒帶地區(qū)會不一樣第十頁，共五十八頁。影響阻隔性的因素

----濕度-----某些材料的阻隔性在潮濕環(huán)境與干燥環(huán)境會不一樣EVOH第十一頁，共五十八頁。DrivingForce,orConcentrationEffect

滲透物的推動力或濃度對不同材料的影響的影響F(x)=-D(dc/dx)ForFickianmaterials(orthosethatobeyFick’sLaw),permeationislinearwithconcentrationforallconcentrationranges.滲透率與滲透物濃度成正比

(Ficken材料)滲透率與滲透物濃度關(guān)系非線性(non-fickian材料)第十二頁，共五十八頁。Factorsinfluencingpermeationandtransportproperties

影響滲透和傳遞的材料因素EffectoftheactualchemicalsubstituentonthepolymerbackboneThedegreeofpacking,crystallinity,andorientationofthemolecularchains.Thesusceptibilitytomoistureandotherpossibleinteractantswiththechains.Thenatureofthepolymersurfacecontactingthepermeant.Additivesusedinmanufacturingormodifyingthepolymer.Thickness,multiplelayers[高分子的立體結(jié)構(gòu),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)等都對滲透和傳遞有影響……]第十三頁，共五十八頁。高分子主鏈上的取代基大=阻隔性高*cc-mil/100in2-day-atm第十四頁，共五十八頁。結(jié)晶度高=阻隔性高Closepackingand/orhighcrystallinityresultsinlowfreevolumeandbetterbarrier.Orientationresultsinbetterbarrierbycreatingamoretortuousdiffusionpath.*cc-mil/100in2-day-atm第十五頁，共五十八頁。Thesusceptibilitytomoistureandotherpossibleinteractantswiththechains

對水的敏感性水汽影響含氫鍵的極性高分子(Nylon,材料EVOH)水汽不影響無氫鍵的極性高分子(PET)Nylon

6SELARNylonMXD630%EVOHSELAROHPlus44%EVOH第十六頁，共五十八頁。Additivesusedinmanufacturingormodifyingthepolymer

添加物用于高分子的加工和改性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)合材料第十七頁，共五十八頁。Thickness(厚度)

Typicallythetransmissionrateisinverselyproportionaltothethicknessofthematerial

thicknesspermeationrate

厚度上升，滲透下降第十八頁，共五十八頁。阻隔性測試方法比較透氧壓差法等壓法（庫侖電量法）透濕杯式法電解法傳感器法（濕度傳感器、紅外傳感器）第十九頁，共五十八頁。透氧率的檢測方法和標(biāo)準(zhǔn)方法標(biāo)準(zhǔn)壓差法ISO15105-1:2003(E)DIN53536ASTM1434-82電量法(庫侖電量法)(MOCON專利）ISO15105-2:2003(E)ASTMD3985ASTMF-1927DIN53380JISK-7126ISO14663-2ASTMF-1307packages第二十頁，共五十八頁。壓差法可以測定多種氣體測試條件難以控制相對濕度飽和鹽溶液真空室與實際應(yīng)用環(huán)境不同改變材料本身的性能結(jié)構(gòu)

裂紋針孔材料變薄透氣面積增大

局限性

不能檢測包裝件精度低1.0ml/24h.1atm或0.5ml/24h.1atm

偏差大，高達(dá)15%-20%

不可溯源第二十一頁，共五十八頁。庫侖電量法只測試氧氣，排除干擾，測試精度非常高

0.005cc/m2/24h.1atm，靈敏度是傳統(tǒng)儀器的近百倍。真正的絕對值傳感器，無需校準(zhǔn)精確控制測試條件溫度、相對濕度、時間等不改變材料本身性能材料兩側(cè)氣壓相等可檢測薄膜和包裝件除薄膜外，還可以測量瓶子，袋子等重復(fù)性好可NIST溯源第二十二頁，共五十八頁。透濕率的檢測方法和標(biāo)準(zhǔn)方法標(biāo)準(zhǔn)杯式法/重量法ASTME-96TAPPIT-464JISZ-0208傳感器法濕度傳感器法ISO15106-1:2003(E)紅外傳感器法(MOCON專利）ISO15106-2:2003(E)ASTMF-1249TAPPIT-557JISK-7129電解傳感器法ISO15106-3:2003(E)第二十三頁，共五十八頁。杯式法/稱重法優(yōu)點–操作簡單、實驗成本低、硬件要求低、儀器設(shè)備價格低廉缺點–操作人員因素（計算和設(shè)定）、重復(fù)性差、可靠性差（溫度和相對濕度控制）、測量時間長、精度低適用范圍–低阻隔性材料ISO國際標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)淘汰這個方法第二十四頁，共五十八頁。電解法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。這樣對水蒸氣進(jìn)行了二次處理過程，吸濕劑的效率、電極的損耗都會影響測試的精度，累積誤差大。電解槽需要定期再生，可能還需要寄回原廠，費時費力。第二十五頁，共五十八頁。濕度傳感器法結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備價格相對較低傳感器本身局限性，檢測精度一般只能到0.1%濕度傳感器的輸出受溫度波動影響很大未被國際標(biāo)準(zhǔn)廣泛采用（適用標(biāo)準(zhǔn)少）第二十六頁，共五十八頁。紅外法紅外傳感器，被公認(rèn)為世界上最精確的透濕測試方法在測試過程中，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。

精確控制溫度和相對濕度雙壓力法生成相對濕度條件，安全無腐蝕性測量時間短精度高，0.005–100g/m2/day

干擾因素少可靠性高重復(fù)性好，可NIST溯源第二十七頁，共五十八頁。CaseStudies---FoodSafetyApplication

阻隔性與食品安全應(yīng)用舉例第二十八頁，共五十八頁。食品變質(zhì)的原因與阻隔材料選擇?氧化……

解決辦法-----氧氣阻隔材料,例如PET,PVDC,Nylon,EVOH受潮,發(fā)霉…….

解決辦法-----水汽阻隔材料,例如PP,PE氧化,受潮……

解決辦法-----復(fù)合材料,例如PP/PET/PE,PET/Al/PE上述,以及芳香味遺失……..

解決辦法--------復(fù)合材料,例如PP/Nylon/Al/PE其它方法 包裝內(nèi)加除氧劑,除濕劑;真空包裝,充氮包裝,氣調(diào)包裝第二十九頁，共五十八頁。應(yīng)用舉例:袋裝美式火腿官司某肉食品加工廠生產(chǎn)袋裝美式火腿選擇高阻隔材料塑料袋投放市場后在保質(zhì)期內(nèi)產(chǎn)品變質(zhì)嚴(yán)重期間包裝袋本身也出現(xiàn)層間薄離現(xiàn)象因損失嚴(yán)重,廠家投訴塑料袋供應(yīng)商…第三十頁，共五十八頁。應(yīng)用舉例:袋裝美式火腿官司被包裝產(chǎn)品:美式火腿------為使肉質(zhì)鮮嫩,加工時添加水溶液,故產(chǎn)品含水量高.包裝后,袋中RH=75%包裝袋材料:Nylon/PE

復(fù)合層透氧率:

0.05cc/(bag*24hr),(在4C及0%RH

測試)0.4cc/(bag*24hr),(在4C及75%RH

測試)第三十一頁，共五十八頁。應(yīng)用舉例:袋裝美式火腿官司失敗原因分析:

對材料性能缺乏了解 --------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

沒有考慮材料與產(chǎn)品的相容性 -----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. 對產(chǎn)品本身屬性的忽視

-------選材時沒有考慮實際應(yīng)用中產(chǎn)品的濕度問題 只對0%RH的OTR

測試,作出錯誤決定.

第三十二頁，共五十八頁。應(yīng)用舉例:袋裝美式火腿官司解決方案:選擇類似PE/Nylon/PE

復(fù)合膜,降低水汽對Nylon的直接影響在實際使用條件(例如75%RH)下對薄膜及成型袋子透氧率評估第三十三頁，共五十八頁。薄膜測試與包裝體測試

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。

下面用一個例子來說明整體包裝件測試的重要性第三十四頁，共五十八頁。應(yīng)用舉例:嬰兒奶粉包裝材料的選擇奶粉廠要把奶粉的罐裝包裝改成袋包裝因為奶粉遇氧氣或遇水汽都容易變質(zhì),必須采用高性能的復(fù)合阻隔材料第三十五頁，共五十八頁。應(yīng)用舉例:嬰兒奶粉包裝材料的選擇樣品編號待選材料結(jié)構(gòu)1PET/Al/Nylon/LLDPE2PET/Al/PE3PET/Al/PETMET/PE4PET/Al/Nylon/PE5PET/PE(extruded)/Al/PE(extruded)/PE第三十六頁，共五十八頁。待選材料薄膜樣品實際測得值

樣品編號OTR(cc/m2h-day)WVTR(g/m2-day)1<0.005<0.0052<0.005<0.0053<0.005<0.0054<0.005<0.0055<0.005<0.005第三十七頁，共五十八頁。包裝袋理論估算值樣品編號OTR(cc/pkg*day)WVTR(g/pkg*day)1<0.0004<0.00042<0.0004<0.00043<0.0004<0.00044<0.0004<0.00045<0.0004<0.0004第三十八頁，共五十八頁。應(yīng)用舉例:嬰兒奶粉包裝材料的選擇

包裝整體測定Assembledsamples第三十九頁，共五十八頁。應(yīng)用舉例:嬰兒奶粉包裝材料的選擇

包裝整體測定第四十頁，共五十八頁。包裝袋實際測得值樣品編號OTR(cc/pkg*day)WVTR(g/pkg*day)10.0110.002120.0320.001030.0400.002240.0360.003450.0520.0015第四十一頁，共五十八頁。包裝袋實際測得值與實際值比較第四十二頁，共五十八頁。觀察袋子的內(nèi)部所發(fā)現(xiàn)的次點“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------加工過程原因第四十三頁，共五十八頁。應(yīng)用舉例:

酸奶瓶子WVTR測試舉例第四十四頁，共五十八頁。瓶子WVTR測試結(jié)果比較SampleNameWVTRTransmissionRate(g/package-day)W-10.00081W-20.00089W-30.00099W-40.00092W-50.0107W-6(plateepoxyed)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.第四十五頁，共五十八頁。土豆片軟包裝袋的困惑土豆片-------某食品公司新產(chǎn)品之一,沖氮渡鋁膜軟包裝未過保質(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).廠家在裝袋前測定空袋子,各項指標(biāo)合格.這是什么回事?第四十六頁，共五十八頁。我們的觀察方法…把產(chǎn)品取出,把袋子剪開關(guān)掉日光燈,在黑暗中開一小臺燈把展開的袋子對著光源…….第四十七頁，共五十八頁。??

twinkle,twinkle,littlestars…

?運輸過程中土豆片對袋子損壞第四十八頁，共五十八頁。我們的建議……對裝有硬質(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)用如下儀器對包裝材料進(jìn)行揉搓扭曲處理后再測定阻隔性是否合格第四十九頁，共五十八頁。成型包裝體測定的重要性當(dāng)選定了材料后，對成型包裝體的測定是很重要的只有通過測定才能知道整體的阻隔性是否受到因為加工過程,運輸中不恰當(dāng)“磨損”的影響由測試結(jié)果對包裝加工過程進(jìn)行調(diào)整從而能保證產(chǎn)品在保質(zhì)期內(nèi)的安全第五十頁，共五十八頁。應(yīng)用舉例:華夫餅干包裝袋

-----環(huán)境溫度,濕度對選材的影響

材料A(很好)材料B(好)材料C(中等)測試條件銷往北歐PASSPASSPASS15C,30%RH銷往南韓PASSPASSFAIL23C50%RH銷往泰國PASSFAILFAIL30C,85%RH第五十一頁，共五十八頁。軟塑包裝材料保證食品安全的要素了解食品特性,了解包裝材料性能,論證材料的安全性以及與產(chǎn)品相容性用實驗測試手段,在實際應(yīng)用條件下對包裝材料的阻隔性進(jìn)行評估,合理選材對終極成型包裝在實際應(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)中未受損壞第五十二頁，共五十八頁。一些特殊包裝……為了進(jìn)一