Il film composito di plastica è un materiale di imballaggio comunemente utilizzato per imballaggi resistenti alla sterilizzazione in autoclave. La sterilizzazione in autoclave e la sterilizzazione a caldo sono processi importanti per il confezionamento di alimenti sterilizzati ad alta temperatura. Tuttavia, le proprietà fisiche dei film compositi di plastica sono soggette a decadimento termico dopo il riscaldamento, con conseguente produzione di materiali di imballaggio non idonei. Questo articolo analizza i problemi comuni dopo la cottura dei sacchetti sterilizzati ad alta temperatura e ne presenta i metodi di verifica delle prestazioni fisiche, nella speranza di fornire indicazioni utili per la produzione effettiva.
Le buste per il confezionamento in sterilizzazione ad alta temperatura sono un tipo di imballaggio comunemente utilizzato per carne, prodotti a base di soia e altri prodotti alimentari pronti. Generalmente vengono confezionate sottovuoto e possono essere conservate a temperatura ambiente dopo essere state riscaldate e sterilizzate ad alta temperatura (100~135 °C). Gli alimenti confezionati in sterilizzazione ad alta temperatura sono facili da trasportare, pronti da consumare dopo l'apertura della busta, igienici e pratici, e mantengono inalterato il sapore del cibo, il che li rende molto apprezzati dai consumatori. A seconda del processo di sterilizzazione e dei materiali di confezionamento, la durata di conservazione dei prodotti in sterilizzazione ad alta temperatura varia da sei mesi a due anni.
Il processo di confezionamento degli alimenti in autoclave comprende la creazione del sacchetto, l'insacchettamento, il sottovuoto, la termosaldatura, l'ispezione, la sterilizzazione mediante cottura e riscaldamento, l'essiccazione e il raffreddamento e il confezionamento. La sterilizzazione mediante cottura e riscaldamento è il processo centrale dell'intero processo. Tuttavia, quando si confezionano sacchetti realizzati in materiali polimerici (plastiche), il movimento delle catene molecolari si intensifica dopo il riscaldamento e le proprietà fisiche del materiale sono soggette ad attenuazione termica. Questo articolo analizza i problemi comuni dopo la cottura dei sacchetti in autoclave ad alta temperatura e presenta i relativi metodi di verifica delle prestazioni fisiche.
1. Analisi dei problemi comuni con i sacchetti di imballaggio resistenti alla sterilizzazione
Gli alimenti sottoposti a sterilizzazione in autoclave ad alta temperatura vengono confezionati, quindi riscaldati e sterilizzati insieme ai materiali di confezionamento. Per ottenere elevate proprietà fisiche e buone proprietà barriera, gli imballaggi resistenti all'autoclave sono realizzati con una varietà di materiali di base. I materiali comunemente utilizzati includono PA, PET, AL e CPP. Le strutture più comunemente utilizzate presentano due strati di film compositi, con i seguenti esempi (BOPA/CPP, PET/CPP), film compositi a tre strati (come PA/AL/CPP, PET/PA/CPP) e film compositi a quattro strati (come PET/PA/AL/CPP). Nella produzione effettiva, i problemi di qualità più comuni sono pieghe, sacchetti rotti, perdite d'aria e odori dopo la cottura:
1) Esistono generalmente tre tipi di grinze nei sacchetti per imballaggio: grinze orizzontali, verticali o irregolari sul materiale di base dell'imballaggio; grinze e crepe su ciascun strato composito e scarsa planarità; restringimento del materiale di base dell'imballaggio e restringimento dello strato composito e di altri strati compositi separati, a strisce. I sacchetti rotti si dividono in due tipi: rottura diretta e grinze e successiva rottura.
2) La delaminazione si riferisce al fenomeno per cui gli strati compositi dei materiali di imballaggio si separano l'uno dall'altro. Una leggera delaminazione si manifesta con rigonfiamenti a strisce nelle parti sollecitate dell'imballaggio, e la resistenza al distacco si riduce, potendo persino essere delicatamente strappata manualmente. Nei casi più gravi, lo strato composito dell'imballaggio si separa in un'ampia area dopo la cottura. In caso di delaminazione, il rafforzamento sinergico delle proprietà fisiche tra gli strati compositi del materiale di imballaggio scompare, e le proprietà fisiche e di barriera diminuiscono significativamente, rendendo impossibile soddisfare i requisiti di durata di conservazione, causando spesso maggiori perdite per l'azienda.
3) Una leggera perdita d'aria ha generalmente un periodo di incubazione relativamente lungo e non è facile da rilevare durante la cottura. Durante la circolazione e la conservazione del prodotto, il grado di vuoto diminuisce e nella confezione si forma aria evidente. Pertanto, questo problema di qualità spesso riguarda un gran numero di prodotti. I prodotti sterilizzati hanno un impatto maggiore. La comparsa di perdite d'aria è strettamente correlata alla scarsa termosaldatura e alla scarsa resistenza alla perforazione del sacchetto retort.
4). Anche l'odore dopo la cottura è un problema di qualità comune. L'odore particolare che si manifesta dopo la cottura è dovuto a residui eccessivi di solvente nei materiali di imballaggio o alla scelta impropria del materiale. Se si utilizza la pellicola in PE come strato sigillante interno dei sacchetti per cottura ad alta temperatura (oltre i 120°C), la pellicola in PE tende a sviluppare odori ad alte temperature. Pertanto, l'RCPP viene generalmente scelto come strato interno dei sacchetti per cottura ad alta temperatura.
2. Metodi di prova per le proprietà fisiche degli imballaggi resistenti alla sterilizzazione
I fattori che determinano problemi di qualità negli imballaggi resistenti alla sterilizzazione in autoclave sono relativamente complessi e coinvolgono molti aspetti, come le materie prime dello strato composito, gli adesivi, gli inchiostri, il controllo del processo di produzione dei compositi e dei sacchetti e i processi di sterilizzazione in autoclave. Per garantire la qualità dell'imballaggio e la durata di conservazione degli alimenti, è necessario condurre test di resistenza alla cottura sui materiali di imballaggio.
La norma nazionale applicabile ai sacchetti per imballaggio resistenti alla sterilizzazione è GB/T10004-2008 "Film composito di plastica per imballaggio, laminazione a secco di sacchetti, laminazione per estrusione", che si basa su JIS Z 1707-1997 "Principi generali dei film di plastica per imballaggio alimentare" formulato per sostituire GB/T 10004-1998 "Film e sacchetti compositi resistenti alla sterilizzazione" e GB/T10005-1998 "Film e sacchetti compositi in polipropilene biorientato/polietilene a bassa densità". GB/T 10004-2008 include varie proprietà fisiche e indicatori di residui di solvente per film e sacchetti per imballaggio resistenti alla sterilizzazione e richiede che i sacchetti per imballaggio resistenti alla sterilizzazione siano testati per la resistenza ad alte temperature. Il metodo consiste nel riempire i sacchetti per imballaggio resistenti alla sterilizzazione con acido acetico al 4%, solfuro di sodio all'1%, cloruro di sodio al 5% e olio vegetale, quindi espellere e sigillare, riscaldare e pressurizzare in una pentola ad alta pressione a 121 °C per 40 minuti e raffreddare mantenendo invariata la pressione. Vengono quindi testati l'aspetto, la resistenza alla trazione, l'allungamento, la forza di pelatura e la resistenza alla termosaldatura, utilizzando la velocità di decadimento per valutarli. La formula è la seguente:
R=（AB）/A×100
Nella formula, R è il tasso di declino (%) degli articoli testati, A è il valore medio degli articoli testati prima del test del mezzo resistente alle alte temperature; B è il valore medio degli articoli testati dopo il test del mezzo resistente alle alte temperature. I requisiti prestazionali sono: "Dopo il test di resistenza dielettrica ad alta temperatura, i prodotti con una temperatura di servizio di 80 °C o superiore non devono presentare delaminazioni, danni, deformazioni evidenti all'interno o all'esterno del sacchetto e una diminuzione della forza di pelatura, della forza di strappo, della deformazione nominale a rottura e della resistenza alla termosaldatura. Il tasso deve essere ≤30%".
3. Test delle proprietà fisiche dei sacchetti di imballaggio resistenti alla sterilizzazione
Il test effettivo sulla macchina è il metodo più attendibile per valutare le prestazioni complessive dell'imballaggio resistente alla sterilizzazione in autoclave. Tuttavia, questo metodo non solo richiede molto tempo, ma è anche limitato dal piano di produzione e dal numero di test. Presenta scarsa operatività, elevati sprechi e costi elevati. Attraverso il test di sterilizzazione in autoclave, che rileva proprietà fisiche come la resistenza alla trazione, la resistenza al distacco e la resistenza della termosaldatura prima e dopo la sterilizzazione, è possibile valutare in modo completo la qualità della resistenza del sacchetto alla sterilizzazione in autoclave. I test di cottura utilizzano generalmente due tipi di contenuto reale e materiali simulati. Il test di cottura con contenuto reale può essere il più vicino possibile alla situazione di produzione effettiva e può impedire efficacemente l'ingresso di imballaggi non qualificati nella linea di produzione in lotti. Per le fabbriche di materiali di imballaggio, i simulanti vengono utilizzati per testare la resistenza dei materiali di imballaggio durante il processo di produzione e prima dello stoccaggio. Testare le prestazioni di cottura è più pratico e operativo. L'autore introduce il metodo di prova delle prestazioni fisiche dei sacchetti per imballaggio resistenti alla sterilizzazione in autoclave, riempiendoli con liquidi simulati per alimenti di tre diversi produttori ed eseguendo rispettivamente test di cottura a vapore e di bollitura. Il processo di test è il seguente:
1) Prova di cucina
Strumenti: pentola di cottura ad alta temperatura e contropressione sicura e intelligente, tester di tenuta termica HST-H3
Fasi del test: Versare con cautela acido acetico al 4% nel sacchetto per sterilizzazione fino a due terzi del volume. Fare attenzione a non contaminare la saldatura, per non comprometterne la tenuta. Dopo il riempimento, sigillare i sacchetti di cottura con HST-H3 e preparare un totale di 12 campioni. Durante la sigillatura, l'aria contenuta nel sacchetto deve essere espulsa il più possibile per evitare che l'espansione dell'aria durante la cottura influisca sui risultati del test.
Posizionare il campione sigillato nella pentola di cottura per iniziare il test. Impostare la temperatura di cottura a 121 °C, il tempo di cottura a 40 minuti, cuocere a vapore 6 campioni e far bollire 6 campioni. Durante il test di cottura, prestare molta attenzione alle variazioni di pressione e temperatura dell'aria nella pentola di cottura per assicurarsi che temperatura e pressione si mantengano entro l'intervallo impostato.
Una volta completato il test, lasciare raffreddare a temperatura ambiente, estrarre il prodotto e osservare se sono presenti sacchetti rotti, pieghe, delaminazioni, ecc. Dopo il test, le superfici dei campioni da 1# e 2# erano lisce dopo la cottura e non si sono verificate delaminazioni. La superficie del campione da 3# non era molto liscia dopo la cottura e i bordi presentavano deformazioni di varia entità.
2) Confronto delle proprietà di trazione
Prelevare i sacchetti di imballaggio prima e dopo la cottura, ritagliare 5 campioni rettangolari di 15 mm x 150 mm in direzione trasversale e 150 mm in direzione longitudinale e condizionarli per 4 ore in un ambiente di 23 ± 2 °C e 50 ± 10% RH. La macchina per prove di trazione elettronica intelligente XLW (PC) è stata utilizzata per testare la forza di rottura e l'allungamento a rottura a una velocità di 200 mm/min.
3) Prova di pelatura
Secondo il metodo A della norma GB 8808-1988 "Metodo di prova di pelatura per materiali plastici compositi morbidi", tagliare un campione con una larghezza di 15±0,1 mm e una lunghezza di 150 mm. Prelevare 5 campioni in direzione orizzontale e 5 in direzione verticale. Pre-pellare lo strato composito lungo la direzione longitudinale del campione, caricarlo nella macchina di prova di trazione elettronica intelligente XLW (PC) e testare la forza di pelatura a 300 mm/min.
4). Test di resistenza alla saldatura a caldo
Secondo GB/T 2358-1998 "Metodo di prova per la resistenza alla termosaldatura di sacchetti per imballaggio in pellicola di plastica", tagliare un campione largo 15 mm nella parte di termosaldatura del campione, aprirlo di 180° e fissare entrambe le estremità del campione sulla macchina intelligente XLW (PC). Su una macchina per prove di trazione elettronica, il carico massimo viene testato a una velocità di 300 mm/min e la velocità di caduta viene calcolata utilizzando la formula dielettrica di resistenza alle alte temperature in GB/T 10004-2008.
Riassumere
Gli alimenti confezionati resistenti alla sterilizzazione in autoclave sono sempre più apprezzati dai consumatori per la loro praticità di consumo e conservazione. Per preservare efficacemente la qualità del contenuto e prevenirne il deterioramento, ogni fase del processo di produzione dei sacchetti sterilizzati ad alta temperatura deve essere rigorosamente monitorata e ragionevolmente controllata.
1. I sacchetti per cottura resistenti alle alte temperature devono essere realizzati con materiali appropriati in base al contenuto e al processo di produzione. Ad esempio, il CPP viene generalmente scelto come strato sigillante interno dei sacchetti per cottura resistenti alle alte temperature; quando si utilizzano sacchetti contenenti strati di AL per confezionare prodotti acidi e alcalini, è necessario aggiungere uno strato composito di PA tra AL e CPP per aumentare la resistenza alla permeabilità agli acidi e agli alcali; la termoretrazione di ogni strato composito deve essere costante o simile per evitare deformazioni o addirittura delaminazione del materiale dopo la cottura a causa di una scarsa corrispondenza delle proprietà di termoretrazione.
2. Controllare con attenzione il processo di composizione. I sacchetti per sterilizzazione ad alta temperatura utilizzano principalmente il metodo di miscelazione a secco. Nel processo di produzione del film per sterilizzazione, è necessario selezionare l'adesivo appropriato e un buon processo di incollaggio, nonché controllare con attenzione le condizioni di polimerizzazione per garantire che l'agente principale dell'adesivo e l'agente polimerizzante reagiscano completamente.
3. La resistenza al calore medio è il processo più impegnativo nel processo di confezionamento dei sacchetti per sterilizzazione ad alta temperatura. Al fine di ridurre il verificarsi di problemi di qualità del lotto, i sacchetti per sterilizzazione ad alta temperatura devono essere testati e ispezionati in autoclave in base alle reali condizioni di produzione prima dell'uso e durante la produzione. Verificare se l'aspetto della confezione dopo la cottura è piatto, rugoso, con bolle, deformato, se sono presenti delaminazioni o perdite, se il tasso di deterioramento delle proprietà fisiche (proprietà di trazione, resistenza al distacco, resistenza alla termosaldatura) soddisfa i requisiti, ecc.
Data di pubblicazione: 18-01-2024
