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      蒸煮袋的破袋問題分析及解決方案

      • 發布時間:2021-08-26 14:28:56
      • 訪問量: 1637

      蒸煮袋的破袋問題分析及解決方案

      • 發布時間:2020-06-05
      • 訪問量:1

      19世紀初期,法國人研制出了罐頭工藝,用來長期貯藏果蔬。經過200多年的改進和發展,罐頭制作工藝愈發純熟,其包裝也從玻璃瓶擴展到金屬罐、軟罐等多種形式。雖然玻璃瓶和金屬罐都具有極好的密封性、阻濕性和保香性,但由于其熱傳導速率慢、空間占用率高等影響生產和運輸效率的缺陷,現在已經逐漸被軟罐包裝所取代。

          所謂軟罐包裝,是指采用聚酯、鋁箔、聚烯烴等材料復合而成的多層復合薄膜,用粘合劑將其熱合后切制為一定尺寸的軟質包裝容器,用于肉食、果蔬包裝,一般以蒸煮袋最為典型。常見蒸煮袋制作材料包括PET、鋁箔、BOPA和CPP等,這些材料在力學性能(拉伸強度、剝離強度和耐沖擊性能等)、物理性能(阻濕性、阻氧性和耐寒耐熱性等)方面各有優劣,因而在生產中會根據內容物的種類和要求,采用兩層、三層或多層復合結構,以獲得最佳性能。此類包裝的壁薄且熱傳導性能佳,在短時間內即可達到滅菌標準,從而節約能源。由于袋裝占用空間少、易攜帶,運輸和貯存費用可大大降低,因而深受企業和消費者的喜愛。

          然而在實際生產應用中,蒸煮袋同樣存在一定的缺陷,其中“破袋”是最為困擾生產商的問題之一。要深入分析蒸煮袋的破袋原因,首先需從蒸煮食品的生產工藝入手。常規蒸煮袋裝食品通常采用以下生產流程:原料驗收→加工處理→裝袋→抽真空→熱熔封口→檢驗→加熱殺菌→冷卻→干燥包裝,其中破袋現象多出現于加熱殺菌和冷卻環節【蒸煮袋食品加工設備-諸城佳品食品機械】

          為防止封口污染對熱封質量的影響,裝袋環節要求填充物量低于袋體容量,且抽真空環節袋內無法達到絕對真空狀態,這兩種情形將會導致蒸煮袋內殘存一定的氣體量。當真空處理后的蒸煮袋進行高溫加熱時,袋內容物的水分蒸發形成水蒸氣與袋內殘存的氣體共同受熱膨脹而導致壓力驟升,當其超過蒸煮袋所能承受的最大壓力時,袋體薄弱部位會首先發生破裂。另外,在冷卻環節,當冷卻水進入蒸煮鍋瞬間,袋外壓力驟降,但由于袋內容物不可能同步冷卻而導致內外壓力相差數倍,必然引起破袋事故。

          目前,業界一般采用反壓的方法來控制蒸煮袋的破袋率,即殺菌和冷卻環節利用壓縮空氣向鍋內加壓,來平衡袋內壓力,減少破袋的幾率。但這僅是從工藝流程上得到的解決辦法,若蒸煮袋本身存在質量問題,那么上述方法就顯得舍本逐末,失去了實際意義。【蒸煮袋食品加工設備-諸城佳品食品機械】

          在多次試驗后,可發現蒸煮袋的破袋多發于以下幾個部位:熱封封邊處破裂;熱封邊內側破裂;由于熱封層與外層脫層導致熱封邊內側內層破裂。

          1、熱封封邊處破裂。目前蒸煮袋普遍采用三邊封制成平袋或自立袋的形式,由食品企業灌裝后進行最后一邊的封合,因此在分析熱封邊破裂的原因時,要區分破裂源。

          對于制袋環節的封邊破裂,主要是由于熱封工藝的不合理而導致封邊熱封質量不達標。熱封工藝是指利用高溫熱封刀對封口部位的上下薄膜施加預定的壓力并保持一段時間,使之變為熔融粘流狀態并粘合,經過冷卻后具備一定的強度。該工藝的影響因素很多,熱封溫度、壓力和時間相輔相成的影響最大,其中溫度起主導作用。熱封溫度一般在薄膜的熔融溫度和分解溫度之間,蒸煮袋主要采用CPP膜或HDPE膜為熱封層,其熔點較高,熱封溫度可設在180℃~230℃之間,若溫度過低,即使壓力再大、時間再長,也無法使薄膜達到熔融自粘狀態。反之,溫度過高則易使封口部位的膜材在壓力的作用下熔融擠出,降低了熱封部位的厚度和熱封強度。

          除了依據薄膜自身的屬性設定熱封溫度,復合層數越少,復合厚度越薄,封刀的溫度就要適度降低。薄膜熔融后,在粘流面上施加的壓力大小也會對熔融材料的封合產生極大影響。需要注意的是,封刀落下的時候要保證面向內容物的封邊內側壓力略小于外側,這樣避免熔接時內側部位厚度減少,降低封邊的熱封強度。

          對于灌裝封口環節的封邊破裂,除了同樣存在熱封工藝的問題,充填食物時的不規范操作易造成待封口部位的污染,從而影響封口強度。

          2、熱封邊內側破裂。這種情況指的是封邊部位沒有發生破裂,但封邊根部薄膜卻發生拉伸斷裂現象,其原因同樣在于制袋的熱封環節,熱封溫度、壓力設置過大,制袋速率偏慢等綜合作用導致封口邊緣內層薄膜被壓制過薄,使得拉伸強度減弱,耐壓能力顯著降低。

          3、熱封層與其外層脫層,蒸煮袋從熱封邊內側內層破裂。復合膜層間脫離,會極大破壞復合膜整體的抗拉強度,造成袋體易破裂。要解決這一問題,必須了解造成復合膜脫層的主要因素。以CPP等薄膜(熱封層)——膠黏劑——鋁箔——膠黏劑——PET等材料構成的三層復合蒸煮袋為例,脫層現象可能發生在任意兩種材料之間,輕微時表現為復合膜在受力部位呈條紋狀脫離,嚴重時蒸煮后呈大面積自然脫離。造成這種現象主要有以下幾點:1. 膠黏劑的耐濕熱粘接強度不夠;2. 膠黏劑中固化劑與主劑的比例不當;3. 膠黏劑涂布量不足;4. 熟化時間不足、熟化溫度偏低;5. 內層薄膜自身的熱收縮率偏大;6. 薄膜與膠黏劑配伍性不符。根據粘附理論,當膠黏劑與被粘物表面張力相等且極性相同時,界面粘附力最強,因此需要合理選配與膜材相適應的膠黏劑。

          以上分析說明,蒸煮袋封邊的熱封質量、復合膜的剝離性是造成蒸煮袋破袋的主要因素,那么應如何控制復合膜的質量和蒸煮袋的熱封效果呢?GB/T 10004-2008《包裝用塑料復合膜、袋干法復合、擠出復合》標準是針對蒸煮膜/袋的最新質量和測試標準,它根據產品使用溫度把蒸煮袋分為普通級(80℃以下,含80℃)、水煮級(80℃~100℃,含100℃)、半高溫蒸煮級(100℃~121℃,含121℃)和高溫蒸煮級(121℃~145℃,含145℃)四類,并對蒸煮膜/袋的質量要求和試驗方法做了具體規定。接下來將結合此標準提出幾點解決性方案。【蒸煮袋食品加工設備-諸城佳品食品機械】

          1、熱封質量

          不同膜材、不同結構的復合膜,其熱封參數也不一樣,建議首先采用熱封試驗儀模擬生產線封邊工藝,通過試驗多組熱封溫度、時間和壓力參數進行復合膜封合以獲得初步的蒸煮袋試樣。熱封試驗儀是一種由空氣驅動系統、熱封裝置、溫度系統、壓力系統和時間系統共同組成的儀器,取復合膜置于其上下封頭中,待封頭達到預期溫度后,儀器根據預先設定的參數自動調節減壓閥使氣缸達到預期的熱封壓力,由單片機系統進行計時、控制電磁閥的換向,從而控制上下熱封頭上下移動,夾緊試樣完成封合。

          接下來,對蒸煮袋試樣進行熱封強度測試以判斷試驗熱封參數的合理性。選取最佳參數組合,作為生產線封邊的依據。通常材料的熱封強度根據檢測方法大致可分為拉伸熱封強度和膨脹熱封強度,即GB/T 10004-2008《包裝用塑料復合膜、袋干法復合、擠出復合》標準所規定的熱合強度和耐壓強度。拉伸熱封強度,是包裝材料在受力方向一致、力值均勻的情況下熱封處抵抗分離的能力,特別適用于評價軟包裝袋的開口性,一般采用拉力機測試。首先,分別在蒸煮袋的四面封邊部位呈垂直方向上任取寬(15±0.1)mm,展開長度為(100±1)mm的試樣10條,以熱封部位為中心打開呈180°。把試樣兩端夾在XLW(PC)智能電子拉力試驗機的上下夾具之間,夾具間的距離為50mm,夾持時要注意保持試樣軸線與上下夾具中心線重合。以(300±20)mm/min的速率分離上下夾具,讀取試樣斷裂時的最大力值。最終取10個試樣測試結果的算術平均值作為該部位的拉伸熱封強度,并且需要達到表1中的標準。

          表1 蒸煮膜/袋拉伸熱封強度要求【蒸煮袋食品加工設備-諸城佳品食品機械】    類型    拉伸熱封強度(N/15mm)
          普通級                ≥7
          水煮級               ≥13
          半高溫蒸煮級    ≥25
           高溫蒸煮級      ≥35


          膨脹熱封強度測試是評判袋體對袋內氣壓增大的承受能力的有效方法之一。該方法需要借助泄漏與密封強度測試儀,向封裝后的蒸煮袋內加壓,通過壓力的增大觀察蒸煮袋的變形情況,記錄蒸煮袋破裂的時間和最大破裂力,同時可以檢測出整個袋體強度最差的部位(不僅限于熱封部位),為蒸煮袋的反壓操作提供數據支持。

          2、復合膜剝離性能

          要使蒸煮袋復合膜具有合理的剝離力,可從以下方面著手改進:
          (1)一般選擇符合蒸煮要求的雙組份聚氨酯膠,高溫蒸煮環境要使用專用的耐高溫蒸煮膠。
          (2)建議電暈處理強度要達到42×10-5 N/cm以上(CPP材料需達到39×10-5 N /cm以上),涂膠量要達到4.5~5g/m2(干)。最好使用80~90線/in(1in=2.54cm)的涂膠網線輥,這樣可以確保在合適的涂膠液黏度下有較高的涂膠量。而且在復合前需檢查涂膠輥的清潔程度,以確保有一個良好的涂布狀態。烘箱要通風好,環境清潔。
          (3)蒸煮袋內層薄膜要具有穩定的熱收縮率和良好的耐溫性、耐油性,防止內容物油脂滲入膠層,造成復合膜分離。
          (4)合適的熟化時間和溫度,使膠黏劑反應徹底,從而保證復合質量。
          (5)對復合膜抽樣進行剝離力檢測。首先沿樣品膜寬度方向均勻裁取寬15±0.1mm,長200 mm的縱、橫試樣各5條,并沿長度方向將復合膜與基材預剝50mm,將剝離部分的兩端分別加于XLW(PC)智能電子拉力機上下夾具之間,使未剝開部分與拉伸方向呈T型(如圖所示),以300±50mm/min的速度分離上下夾具,從而獲得剝離力平均值。最終5條試樣剝離力的算術平均值要符合表2中的要求。

           蒸煮膜/袋剝離力要求
               類型                  剝離力(N/15mm)
              普通級                 ≥0.6
              水煮級                 ≥2.0
              半高溫蒸煮級      ≥3.5
               高溫蒸煮級          ≥4.5

           3、耐熱性及耐高溫介質性

          GB/T 10004-2008《包裝用塑料復合膜、袋干法復合、擠出復合》標準較GB/T 10004-1998《耐蒸煮復合膜、袋》標準突出的不同點在于對蒸煮袋的耐熱性及耐高溫介質性做出了各自獨立的試驗要求。耐高溫介質性測試沿用1998版的規定。而耐熱性是2008版標準中的一個亮點指標,要求將復合膜制成200mm×120mm的小袋,充入袋容積的1/2~2/3的水后進行排氣密封,置入具有反壓裝置的高壓蒸煮鍋,按不同類型的最高使用溫度加熱殺菌,減壓冷卻至室溫取出,再次檢測復合膜層間剝離力和熱封強度,以確保蒸煮后無破袋風險。這一新增測試項目雖然增加了測試工作強度,但對蒸煮袋的下游企業卻更具現實指導意義。

          以蒸煮袋為代表的軟罐頭憑借其重量輕、體積小、導熱快、殺菌時間短以及可較好地保持內容物的色香味等優點,逐漸取代了部分鐵罐和玻璃罐。但由于其包裝材料的眾多性能受制袋、殺菌等工序的影響較大,存在潛在的破袋風險。因此與蒸煮袋相關的上下游企業應該建立以試驗為指導,以抽檢為保障的產品質量控制體系,從根本上杜絕破袋事故的發生


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