Пластиковая композитная пленка — широко используемый упаковочный материал для реторт-упаковки. Реторт-обработка и термическая стерилизация — важный процесс упаковки пищевых продуктов, выдерживающих высокие температуры. Однако физические свойства пластиковых композитных пленок подвержены термическому разрушению после нагревания, что приводит к несоответствию упаковочных материалов требованиям. В данной статье анализируются распространенные проблемы, возникающие после термообработки реторт-пакетов, а также представлены методы испытаний их физических характеристик, которые, как ожидается, будут иметь практическое значение для реального производства.
Термостойкие реторт-пакеты – это вид упаковки, широко используемый для мяса, соевых продуктов и других готовых блюд. Обычно они упаковываются в вакуум и могут храниться при комнатной температуре после нагревания и стерилизации при высокой температуре (100–135 °C). Продукты, упакованные в реторт-пакеты, легко переносить, готовы к употреблению после вскрытия пакета, гигиеничны и удобны в использовании, а также хорошо сохраняют вкусовые качества, поэтому они пользуются большой популярностью у потребителей. Срок годности реторт-пакетов составляет от полугода до двух лет в зависимости от способа стерилизации и упаковочных материалов.
Процесс упаковки реторт-пакетов включает изготовление пакетов, расфасовку, вакуумирование, термосварку, проверку, стерилизацию при варке и нагревании, сушку и охлаждение, а также упаковку. Стерилизация при варке и нагревании является ключевым процессом всего процесса. Однако при упаковке пакетов из полимерных материалов (пластиков) движение молекулярных цепей усиливается после нагревания, а физические свойства материала подвержены термическому ослаблению. В данной статье анализируются распространённые проблемы, возникающие после термической обработки реторт-пакетов, и представлены методы испытаний их физических характеристик.
1. Анализ распространенных проблем с упаковочными пакетами, устойчивыми к стерилизации
Высокотемпературные продукты питания, обработанные в автоклаве, упаковываются, нагреваются и стерилизуются вместе с упаковочными материалами. Для достижения высоких физических свойств и хороших барьерных свойств, реторт-устойчивая упаковка изготавливается из различных базовых материалов. Наиболее часто используемые материалы включают полиамид (PA), ПЭТ (PET), алюминий (AL) и кауф-полипропилен (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). На практике наиболее распространенными проблемами качества являются складки, разрывы пакетов, утечка воздуха и запах после приготовления:
1). В упаковочных пакетах обычно встречаются три вида складок: горизонтальные, вертикальные или неравномерные складки на основном материале упаковки; складки и трещины на каждом композитном слое и неровная плоскостность; усадка основного материала упаковки, а также усадка композитного слоя и других композитных слоев (отдельные, полосатые). Разрывы пакетов подразделяются на два типа: разрывы с прямым разрывом и складки с последующим разрывом.
2). Расслоение – это явление, при котором композитные слои упаковочного материала отделяются друг от друга. Незначительное расслоение проявляется в виде полосообразных вздутий в нагруженных частях упаковки, что снижает прочность на отрыв и даже позволяет аккуратно разорвать упаковку вручную. В тяжелых случаях композитный слой упаковки после приготовления пищи расслаивается на большой площади. При расслоении синергетическое усиление физических свойств между композитными слоями упаковочного материала исчезает, а физические и барьерные свойства значительно снижаются, что делает невозможным соблюдение требований к сроку годности, что часто приводит к большим убыткам для предприятия.
3). Незначительная утечка воздуха обычно имеет относительно длительный инкубационный период и её непросто обнаружить во время приготовления. В процессе транспортировки и хранения продукта уровень вакуума в упаковке снижается, и в ней появляется заметный воздух. Поэтому эта проблема качества часто затрагивает большое количество продукции. Утечка воздуха тесно связана со слабой термосваркой и низкой устойчивостью к проколам реторт-пакета.
4). Запах после приготовления пищи также является распространённой проблемой качества. Специфический запах, появляющийся после приготовления пищи, связан с избыточным содержанием остатков растворителя в упаковочных материалах или неправильным выбором материала. Если в качестве внутреннего герметизирующего слоя высокотемпературных пакетов для приготовления пищи при температуре выше 120°C используется полиэтиленовая плёнка, она склонна к появлению запаха при высоких температурах. Поэтому для внутреннего слоя высокотемпературных пакетов для приготовления пищи обычно выбирают RCPP.
2. Методы испытаний физических свойств реторт-устойчивой упаковки
Факторы, приводящие к проблемам с качеством реторт-устойчивой упаковки, относительно сложны и включают множество аспектов, таких как сырье для композитных слоев, клеи, чернила, контроль процесса производства композитов и пакетов, а также процессы реторт-обработки. Для обеспечения качества упаковки и срока годности пищевых продуктов необходимо проводить испытания упаковочных материалов на устойчивость к термической обработке.
Национальный стандарт, применимый к ретортно-стойким упаковочным пакетам, — это GB/T10004-2008 «Пластиковая композитная пленка для упаковки, сухого ламинирования пакетов, экструзионного ламинирования», который основан на JIS Z 1707-1997 «Общие принципы создания пластиковых пленок для упаковки пищевых продуктов». Разработан для замены GB/T 10004-1998 «Реторто-стойкие 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 индикаторы остатков растворителей для ретортно-стойких упаковочных пленок и пакетов и требует, чтобы ретортно-стойкие упаковочные пакеты проходили испытания на стойкость к высокотемпературным средам. Метод заключается в заполнении реторт-упаковочных пакетов 4% раствором уксусной кислоты, 1% раствором сульфида натрия, 5% раствором хлорида натрия и растительным маслом, после чего происходит откачка воздуха, герметизация, нагревание и герметизация в котле высокого давления при температуре 121 °C в течение 40 минут, после чего пакет охлаждается, не подвергаясь воздействию давления. Затем проверяются внешний вид пакета, прочность на разрыв, удлинение, усилие отслаивания и прочность на термосварку, а также скорость снижения температуры. Формула расчета выглядит следующим образом:
R=（AB）/A×100
В формуле R – это показатель снижения (%) для испытуемых изделий, A – среднее значение для испытуемых изделий до испытания на воздействие высокотемпературной среды; B – среднее значение для испытуемых изделий после испытания на воздействие высокотемпературной среды. Требования к эксплуатационным характеристикам следующие: «После испытания на диэлектрическую стойкость при высокой температуре изделия с рабочей температурой 80 °C и выше не должны иметь расслоений, повреждений, видимых деформаций внутри или снаружи пакета, а также снижения усилия отрыва, усилия отрыва, номинальной деформации при разрыве и прочности термосваривания. Показатель должен быть ≤30%».
3. Испытание физических свойств реторт-устойчивых упаковочных пакетов
Фактические испытания на машине позволяют наиболее точно определить общие характеристики реторт-устойчивой упаковки. Однако этот метод не только занимает много времени, но и ограничен производственным планом и количеством испытаний. Он характеризуется низкой технологичностью, большим количеством отходов и высокой стоимостью. Благодаря реторт-испытанию, позволяющему определить физические свойства, такие как прочность на разрыв, прочность на отрыв и прочность термосварки до и после реторт-обработки, можно всесторонне оценить стойкость реторт-пакета к реторт-обработке. В испытаниях на термическую обработку обычно используются два типа реального содержимого и имитированные материалы. Испытание на термическую обработку с использованием реального содержимого максимально приближено к реальным производственным условиям и позволяет эффективно предотвратить попадание некачественной упаковки на производственную линию партиями. На заводах по производству упаковочных материалов для испытания стойкости упаковочных материалов в процессе производства и перед хранением используются имитаторы. Тестирование термической обработки более практично и эффективно. Автор представляет метод испытания физических характеристик реторт-устойчивых упаковочных пакетов путем их заполнения жидкостями-имитаторами пищевых продуктов от трех разных производителей и проведения испытаний на пропаривание и кипячение соответственно. Процесс испытания выглядит следующим образом:
1). Тест на приготовление
Приборы: Безопасный и интеллектуальный высокотемпературный варочный котел с противодавлением, тестер термосваривания HST-H3
Этапы испытания: Осторожно заполните реторт-пакет 4% раствором уксусной кислоты, заполнив его на две трети объёма. Будьте осторожны, чтобы не повредить шов и не нарушить прочность запечатывания. После заполнения запечатайте пакеты с помощью HST-H3 и подготовьте в общей сложности 12 образцов. При запечатывании необходимо максимально удалить воздух из пакета, чтобы предотвратить его расширение во время приготовления пищи и не повлиять на результаты испытания.
Поместите запечатанный образец в кастрюлю для приготовления, чтобы начать испытание. Установите температуру приготовления 121 °C, время приготовления 40 минут, приготовьте 6 образцов на пару и сварите 6 образцов. Во время испытания внимательно следите за изменениями давления и температуры воздуха в кастрюле, чтобы убедиться, что температура и давление поддерживаются в заданном диапазоне.
После завершения испытания охладите образец до комнатной температуры, выньте его и проверьте на наличие разрывов, складок, расслоений и т. д. После испытания 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 разной степени.
2). Сравнение прочностных свойств
Из упаковочных пакетов до и после варки вырезали пять прямоугольных образцов размером 15×150 мм в поперечном направлении и 150 мм в продольном направлении. Образцы выдерживали в течение 4 часов при температуре 23±2°C и относительной влажности 50±10%. Для определения разрывной нагрузки и относительного удлинения при разрыве при скорости 200 мм/мин использовалась интеллектуальная электронная испытательная машина XLW (PC).
3). Испытание на отслаивание
В соответствии с методом А стандарта GB 8808-1988 «Метод испытания на отслаивание мягких композиционных пластиковых материалов» вырежьте образец шириной 15±0,1 мм и длиной 150 мм. Отрежьте по пять образцов в горизонтальном и вертикальном направлениях. Предварительно отделите композитный слой вдоль образца, загрузите его в интеллектуальную электронную испытательную машину на разрыв XLW (PC) и проверьте усилие отслаивания при скорости 300 мм/мин.
4). Испытание прочности на термосваривание
Согласно GB/T 2358-1998 «Метод испытания прочности термосваривания упаковочных пакетов из пластиковой пленки», отрежьте образец шириной 15 мм в термосвариваемой части образца, откройте его на 180° и зажмите оба конца образца на интеллектуальной электронной испытательной машине на растяжение XLW (PC). Испытание максимальной нагрузки проводится на скорости 300 мм/мин, а скорость падения рассчитывается с использованием формулы для расчета диэлектрической прочности при высоких температурах, приведенной в GB/T 10004-2008.
Подвести итог
Продукты питания, упакованные в реторт-пакеты, становятся всё более популярными среди потребителей благодаря удобству употребления и хранения. Чтобы эффективно сохранять качество содержимого и предотвращать порчу продуктов, каждый этап производства высокотемпературных реторт-пакетов должен строго контролироваться и быть разумно контролируемым.
1. Термостойкие пакеты для приготовления пищи должны быть изготовлены из соответствующих материалов, исходя из их содержимого и производственного процесса. Например, в качестве внутреннего герметизирующего слоя термостойких пакетов для приготовления пищи обычно выбирают СРР; при использовании пакетов с алюминиевыми слоями для упаковки кислото- и щелочестойких материалов между алюминиевым и СРР следует добавить композитный слой полиамида для повышения стойкости к воздействию кислот и щелочей; термоусадка каждого композитного слоя должна быть одинаковой или близкой, чтобы избежать деформации или даже расслоения материала после приготовления пищи из-за несоответствия термоусадочных свойств.
2. Разумный контроль процесса композитной обработки. Высокотемпературные реторт-пакеты, как правило, изготавливаются методом сухого компаундирования. При производстве реторт-плёнки необходимо выбрать подходящий клей и качественную технологию склеивания, а также разумный контроль условий отверждения для обеспечения полной реакции основного компонента клея и отвердителя.
3. Устойчивость к воздействию высокотемпературной среды является наиболее строгим процессом упаковки высокотемпературных реторт-пакетов. Чтобы снизить вероятность возникновения проблем с качеством партии, высокотемпературные реторт-пакеты должны проходить реторт-тестирование и проверку в реальных производственных условиях перед использованием и в процессе производства. Необходимо проверить внешний вид упаковки после термической обработки: плоская, без складок, вздутий, деформаций, расслоений или протечек, соответствует ли скорость снижения физических свойств (прочность на разрыв, прочность на отрыв, прочность сваривания) установленным требованиям и т. д.
Время публикации: 18 января 2024 г.
