Як выбраць матэрыялы для высокатэмпературных рэтортных плёнак? Поўнае кіраўніцтва па ўстойлівасці да рэторт, тэмпературных стандартах і выбары матэрыялаў
У харчовай прамысловасці для ўпакоўкі, у тым ліку гатовых да ўжывання страў, мясных кансерваў, дзіцячага харчавання і гатовых страў, высокатэмпературная ўпакоўка... рэторт-пакеты шырока выкарыстоўваюцца дзякуючы сваёй зручнасці і працягламу тэрміну захоўвання. Аднак у рэальнай вытворчасці такія праблемы, як адслаенне плёнкі, пашкоджанне ўпакоўкі і страта бар'ерных уласцівасцей пасля высокатэмпературнай стэрылізацыі, застаюцца сярод найбольш распаўсюджаных праблем якасці, пра якія паведамляюць вытворцы прадуктаў харчавання.
Плёнка можа адпавядаць усім патрабаванням да эксплуатацыйных характарыстык пры нармальных тэмпературных умовах, але адразу ж разбурацца ў стэрылізацыйнай камеры рэторты. Гэта ключавая тэхнічная праблема, якую неабходна вырашыць пры выбары матэрыялаў для высокатэмпературных рэтортныя плёнкі.
1. Тэмпературныя класы для высокатэмпературнай апрацоўкі ў рэторце: спачатку вызначце неабходны ўзровень цеплаўстойлівасці
«Высокатэмпературная рэторта» не адносіцца да адной фіксаванай тэмпературы. Розныя харчовыя прадукты патрабуюць розных умоў стэрылізацыі. Згодна з агульнапрынятымі галіновымі класіфікацыямі, высокатэмпературная рэтортныя плёнкізвычайна падзяляюцца на тры ўзроўні цеплаўстойлівасці:
Гэтая катэгорыя ў асноўным выкарыстоўваецца для пастэрызацыі і стэрылізацыі на вадзяной лазні, напрыклад, некаторых марынаваных гародніны, соусаў і нізкатэмпературных мясных прадуктаў.
Для гэтых мэтаў у якасці тэрмагерметычнага пласта можна выкарыстоўваць мадыфікаваны HDPE або спецыяльна распрацаваныя тэрмаўстойлівыя маркі PE. Структура ўпакоўкі адносна простая.
Гэта найбольш распаўсюджаны стан рэторты, які шырока выкарыстоўваецца для мясных прадуктаў, дзіцячага харчавання і гатовых да ўжывання страў.
Пакавальны матэрыял павінен вытрымліваць тэмпературу 121°C і ціск 0,2–0,25 МПа на працягу 30–90 хвілін без разбурэння ўпакоўкі, расслаення або пашкоджання герметычнасці.
Гэтая ўмова ўяўляе сабой базавы стандарт праектавання для большасці высокатэмпературных рэтортныя плёнкіАсноўным выбарам для тэрмагерметызацыйнага пласта з'яўляецца CPP (літы поліпрапілен).
Гэта прымяненне прызначана для прадуктаў, якія патрабуюць больш інтэнсіўнай стэрылізацыі, асабліва прадуктаў з высокім утрыманнем тлушчу і бялку, такіх як некаторыя мясныя кансервы і корм для хатніх жывёл.
Пакавальны матэрыял павінен вытрымліваць тэмпературу 135°C або вышэй пры павышаным ціску. Патрабуюцца спецыяльныя гатункі нейлону і высокатэмпературнага CPP, што прад'яўляе надзвычай высокія патрабаванні да выбару матэрыялу і канструкцыйнага праектавання.
Розныя тэмпературы стэрылізацыі патрабуюць розных камбінацый матэрыялаў. Калі ў рэторце пры тэмпературы 121°C выкарыстоўваецца плёнка для тэрмагерметызацыі, прызначаная толькі для 100°C, непазбежныя парушэнні герметычнасці, дэфармацыя плаўлення і значнае павелічэнне частаты ўцечак з упакоўкі.
2. Прынцып выбару асноўнага матэрыялу: цеплаўстойлівасць — галоўная патрабаванне
Найбольшая розніца паміж высокатэмпературнымі рэторт-плёнкамі і звычайнымі вакуумныя упаковачныя плёнкі заключаецца ў тым, што ўсе матэрыялы, звязаныя з тэрмічнай герметызацыяй і ламінаваннем, павінны мець дастатковую цеплаўстойлівасць.
CPP (літы поліпрапілен) — гэта стандартны матэрыял для тэрмазаваркі рэторт-пакетаў, якія патрабуюць тэмпературы 121°C або вышэй.
CPP мае тэмпературу плаўлення прыблізна 160–165°C. Падчас стэрылізацыі ў рэторце пры тэмпературы 121°C ён застаецца структурна стабільным і захоўвае цэласнасць герметычнасці, забяспечваючы надзейную працу ўпакоўкі.
У адрозненне ад гэтага, звычайныя LDPE і LLDPE, тэмпературы плаўлення якіх звычайна знаходзяцца ў дыяпазоне 110–125°C, размякчаюцца і дэфармуюцца падчас апрацоўкі ў рэторце пры тэмпературы 121°C. Таму іх нельга выкарыстоўваць у якасці тэрмазварачных слаёў для прымянення ў рэтортах пры тэмпературы 121°C або вышэй.
Аднак мадыфікаваны HDPE з тэмпературай плаўлення прыблізна 130–137°C усё яшчэ можа выкарыстоўвацца пры пэўных умовах.
Для выкарыстання ў рэтортах пры звышвысокіх тэмпературах патрабуюцца спецыяльна распрацаваныя высокатэмпературныя маркі CPP.
Для рэторт-пакетыПатрабуючы высокіх паказчыкаў кіслароднага бар'ера, EVOH (супалімер этыленвінілавага спірту) з'яўляецца адным з найбольш распаўсюджаных бар'ерных матэрыялаў.
Аднак варта адзначыць, што бар'ерныя характарыстыкі EVOH значна зніжаюцца ва ўмовах высокай тэмпературы і высокай вільготнасці.
Звычайна ёсць два рашэнні:
- Размясціце пласт EVOH паміж пластамі PA і выкарыстоўвайце здольнасць PA паглынаць вільгаць, каб забяспечыць ахоўны буферны эфект для EVOH.
- Замест гэтага выкарыстоўвайце бар'ерны пласт з пакрыццём PVDC, бо вільготнасць менш залежыць ад прадукцыйнасці бар'ера PVDC.
ПЭТ (поліэстэр) мае выдатную цеплаўстойлівасць і высокую калянасць, што робіць яго адным з найбольш часта выкарыстоўваных вонкавых слаёў для рэторт-пакетаў з тэмпературай 121°C.
Для прадуктаў, якія патрабуюць больш высокай трываласці на праколы, такіх як упакоўка мяса з косткай, у вонкавую структуру можа быць уключаны дадатковы пласт ПА для павышэння механічнай трываласці.
Пры выбары матэрыялаў для рэторт-ўпакоўкі часта не ўлічваецца розніца паміж тэхналогіяй шматслаёвай сумеснай экструзіі і тэхналогіяй сухога ламінавання.
Для рэторт-пакетаў, вырабленых сухім ламінаваннем, патрабуюцца поліўрэтанавыя клеі, устойлівыя да высокіх тэмператур. Аднак гэты працэс можа быць звязаны з патэнцыйнымі рызыкамі, звязанымі з міграцыяй першасных араматычных амінаў (PAA). Акрамя таго, клеі могуць старэць пры працяглым уздзеянні высокай тэмпературы і высокай вільготнасці, што можа прывесці да расслаення.
Наадварот, шматслаёвыя сумесна экструдаваныя рэторт-плёнкі не патрабуюць клеяў. Рызыка міграцыі поліацэтылену (ПАА) і старэння клею выключаецца ў крыніцы.
Пласты злучаюцца шляхам расплаву, што забяспечвае больш надзейную міжслаёвую адгезію ва ўмовах рэторты вышэй за 121°C.
Гэта адна з ключавых пераваг тэхналогіі сумеснай экструзіі пры ўпакоўцы ў рэторт-формах пры высокай тэмпературы.
3. Структурная канструкцыя: тыповыя рашэнні для высокатэмпературных рэтортных плёнак
Зыходзячы з розных тэмператур стэрылізацыі і характарыстык прадукту, ніжэй прыведзены некалькі найбольш распаўсюджаных структурных канструкцый для высокатэмпературных рэтортных плёнак.
Тыповыя структуры:
- ПЭТ/ПА/ЦПП (трохслаёвая структура)
- ПЭТ/ПА/ЭВАХ/ПА/ЦПП (пяціслаёвая або сяміслаёвая сумесна экструдаваная структура)
Знешні пласт ПЭТ забяспечвае награвальную ўстойлівасць і калянасць. Сярэдні пласт ПА забяспечвае ўстойлівасць да праколаў і выдатную даўгавечнасць у рэторце, а ўнутраны пласт ЦПП забяспечвае тэрмагерметызацыю.
Гэтая структура можа захоўваць выдатную цэласнасць падчас стэрылізацыі пры тэмпературы 121°C, забяспечваючы пры гэтым добрую празрыстасць, што робіць яе прыдатнай для прэміяльнай упакоўкі гатовых да ўжывання прадуктаў харчавання, дзе важная бачнасць прадукту.
Тыповыя структуры:
- ПЭТ/АЛ/ПА/КПП
- ПЭТ/АЛ/КПП
Дадаўшы пласт алюмініевай фальгі, можна значна палепшыць кіслародны бар'ер і вільгаценепранікальнасць.
Гэтыя канструкцыі шырока выкарыстоўваюцца для прадуктаў з надзвычай высокімі патрабаваннямі да тэрміну захоўвання, такіх як мясныя кансервы і прадукты харчавання для ваеннага прызначэння.
Аднак канструкцыі з алюмініевай фальгі непразрыстыя і іх цяжка перапрацоўваць. У адпаведнасці з Рэгламентам ЕС аб упакоўцы і адходах упакоўкі (PPWR) яны могуць сутыкнуцца з усё большым ціскам на адпаведнасць патрабаванням.
Таму вытворцам рэкамендуецца па магчымасці надаваць прыярытэт ацэнцы цалкам пластыкавых высокабар'ерных альтэрнатыў.
Тыповая структура:
- ПЭТ/ПА/ХПП (з выкарыстаннем высокатэмпературных марак)
Звышвысокатэмпературная рэтортная апрацоўка прад'яўляе надзвычай высокія патрабаванні да цеплаўстойлівасці матэрыялу і трываласці міжслаёвага злучэння.
Неабходна выбіраць спецыяльныя маркі нейлону, прызначаныя для выкарыстання ў рэтортах пры тэмпературы 135°C і высокатэмпературных матэрыялаў CPP. Акрамя таго, канструкцыя павінна прайсці больш строгія выпрабаванні на ўстойлівасць да цеплавых удараў, каб забяспечыць надзейнасць упакоўкі.
4. Кантроль працэсу: «Заключны крок» для прадухілення адмовы рэторт-пакета
Нават пры правільным спалучэнні матэрыялаў, для гарантыі эфектыўнасці ўпакоўкі патрабуецца строгі кантроль працэсу.
Пры высокай тэмпературы 121°C і высокай вільготнасці недастатковая міжслаёвая адгезія можа прывесці да аддзялення розных слаёў плёнкі, што прывядзе да іх расслаення.
Згодна са стандартам GB/T 10004-2008, трываласць на адслойванне да і пасля апрацоўкі ў рэторце звычайна павінна быць не менш за 3,0 Н/15 мм.
Для канструкцый, якія змяшчаюць алюмініевую фальгу, звычайна ўжываюцца больш высокія патрабаванні да трываласці на адслойванне.
Зварны пласт высокатэмпературных рэторт-пакетаў звычайна вырабляецца з CPP, які мае адносна высокую тэмпературу пачатку зваркі (прыблізна 160–200°C) і вузейшае акно зваркі.
Падчас вырабу пакетаў неабходна дакладна кантраляваць тэмпературу і ціск запячатвання, каб забяспечыць поўнае плаўленне і злучэнне на паверхні зваркі, пазбягаючы пры гэтым празмернага ўздзеяння цяпла, якое можа прывесці да охрупнення шва.
Для рэторт-пакеты вырабляюцца метадам сухога ламінавання, працэс зацвярдзення з'яўляецца найважнейшым этапам вытворчасці.
Недастатковая тэмпература або час зацвярдзення могуць прывесці да няпоўнага зшывання клею, што прывядзе да расслаення падчас стэрылізацыі ў рэторце.
Звычайна рэкамендуецца вытрымліваць зацвярдзенне пры тэмпературы 50–60°C на працягу 48–72 гадзін, хоць дакладныя параметры залежаць ад канкрэтнай клеевай сістэмы.
У адрозненне ад гэтага, шматслаёвыя сумесна экструдаваныя рэторт-плёнкіфармуюцца як інтэграваная структура без клею.
Гэта выключае рызыку расслаення, выкліканага няпоўным зацвярдзеннем клею падчас самога вытворчага працэсу.
5. Часта задаваныя пытанні аб высокатэмпературных рэтортных плёнках
Адказ:
Звычайна гэта прыкмета таго, што пласт тэрмагерметызацыі не мае дастатковай цеплаўстойлівасці.
Калі тэмпература герметызацыі набліжаецца да тэмпературы плаўлення герметызацыйнага матэрыялу або перавышае яе, смала ў зоне герметызацыі можа празмерна расплавіцца і ўтварыць ліпкія ніткі.
Для рэторт-пакетаў з тэмпературай 121°C у якасці герметычнага пласта варта выкарыстоўваць CPP (тэмпература плаўлення прыблізна 160–165°C) замест LLDPE (тэмпература плаўлення прыблізна 120–125°C).
Акрамя таго, празмерна высокія тэмпературы герметызацыі таксама могуць выклікаць падобныя праблемы.
Рэкамендуецца вызначыць аптымальныя параметры герметызацыі з дапамогай выпрабаванняў крывой тэрмічнай зваркі.
Тэхналогія шматслаёвай сумеснай экструзіі дазваляе дакладна кантраляваць таўшчыню герметызацыйнага пласта, забяспечваючы баланс паміж трываласцю герметызацыі і сумяшчальнасцю з упаковачнай машынай.
Адказ:
Кіслародны бар'ер EVOH вельмі адчувальны да вільготнасці.
Падчас апрацоўкі ў рэторце пры высокай тэмпературы 121°C ва ўмовах высокай вільготнасці пласт EVOH паглынае ваду, што прыводзіць да значнага зніжэння эфектыўнасці кіслароднага бар'ера.
Ёсць два распаўсюджаныя рашэнні:
- Размясціце пласты PA з абодвух бакоў пласта EVOH. Здольнасць PA паглынаць вільгаць стварае буферны эфект і памяншае прамое ўздзеянне вільгаці на EVOH.
- Заменіце EVOH на PVDC у якасці бар'ернага пласта. На характарыстыкі бар'ернага пласта PVDC менш уплывае вільготнасць.
Варта адзначыць, што пасля апрацоўкі ў рэторце EVOH можа часткова аднавіць свае кіслародныя бар'ерныя ўласцівасці ў сухіх умовах. Ступень аднаўлення залежыць ад канструкцыі і эфектыўнасці ахоўных слаёў PA.
Адказ:
Найбольш надзейны метад — запытаць у пастаўшчыка справаздачу аб выпрабаваннях рэторты ў трэцяга боку.
У справаздачы павінна быць выразна пазначана:
- Умовы выпрабаванняў (тэмпература, ціск і час)
- Вынікі выпрабаванняў (змены знешняга выгляду, трываласць на адслойванне, трываласць на тэрмічнае зварванне, змены хуткасці перадачы кіслароду і г.д.)
- Ужытыя стандарты тэсціравання
Згодна з метадам выпрабаванняў у рэторце, апісаным у GB/T 10004-2008, гатовыя пакеты павінны быць запоўнены рэальнымі вырабамі або імітацыйнымі матэрыяламі і падвергнуты выпрабаванням на стэрылізацыю ў рэтортнай камеры пры тэмпературы 121°C.
Затым упакоўку варта ацаніць на прадмет:
- Расслаенне
- Зморшчванне
- Пашкоджанне пасылкі
- Змены ў бар'ернай прадукцыйнасці да і пасля стэрылізацыі
Для ўнутранай праверкі якасці вытворцам таксама рэкамендуецца праводзіць падобныя валідацыйныя выпрабаванні.
Выснова
Выбар матэрыялу для высокатэмпературныя рэтортныя плёнкіпа сутнасці, гэта сістэматычны інжынерны працэс, арыентаваны на кіраванне цеплаўстойлівасцю.
Ад выбару CPP у якасці герметычнага пласта да выкарыстання слаёў PA для ўстойлівасці да праколаў і структурнай падтрымкі, а таксама абароны бар'ернага пласта EVOH ва ўмовах высокай тэмпературы і высокай вільготнасці, кожны пласт і кожны выбар матэрыялу непасрэдна вызначаюць прадукцыйнасць і надзейнасць рэторт-пакетаў унутры стэрылізацыйных камер.
Выбар правільных матэрыялаў і распрацоўка адпаведнай шматслаёвай структуры з'яўляюцца ключавымі фактарамі для дасягнення ўпакоўкі для рэторт-ўпакоўкі, якая вытрымлівае высокія тэмпературы без уцечак, расслаення або разбурэння бар'ера.
