食品安全与包装材料的阻隔性.ppt

Barrier Property of Flexible Packaging and Its Impact on Food Safety 软塑包装材料的阻隔性 与食品安全,Danbell Equipment May 2007,Functions for Modern Packaging 现代包装的功能,产品的容器 合理尺寸,形状 方便使用 产品安全的第一道防线 阻隔性 整体密封性 信息,市场功能 产品成份,使用说明 外观设计吸引顾客,包装是产品生产的一部分,Packaging Material and Food Safety 包装材料与食品安全,Compatibility of Packaging Material and Food Product. 包装材料与产品相容性 Migration of residual chemicals in polymer 残余化学物从包材致食品的迁移 Barrier Properties of Packaging Materials 包装材料的阻隔性 Package Integrity 包装的完整密封性,Compatibility 包装材料与产品相容性,食品是否与包材有化学或物理反应? 要求对包装材料的性能以及食品特性有透彻的了解 应用举例:袋装美式火腿官司,Migration 残余化学物从包材致食品的迁移,美国FDA 规定: 与食品直接接触的包材: 禁止含有致癌物或者可疑致癌物 非致癌化学物或添加剂含量 最终迁移致食品的量必须低于0.5 ppb (g/ kg) (Methods and approaches used by FDA to evaluate the safety of food packaging materials /Plastic/Laws/Food-Packaging-Safety-FDAJul97.htm),Barrier Properties 阻隔性在包装中的重要性,满足产品保质保鲜的需要,保证预期的货架寿命 保证食品卫生安全,减少因食品变质而引起公众疾病的危险 常规检测: 高分子材料透氧率,透湿率 应用举例:袋装美式火腿官司,Package Integrity 包装的完整密封性,由劣质热封接缝, 针孔等造成的包装泄漏, 不仅降低了产品的货架寿命, 也对消费者的健康带来损害. 要求: 对终极成型包装在实际应用条件下进一步测试,确证包装的阻隔性,物理性能在加工物流和销售环节中未受损坏 应用举例:婴儿奶粉软包装;瓶装酸奶,材料的阻隔性与渗透 渗透-肉眼看不见的过程,所有的塑料都有渗透性,Permeation is impacted by 影响阻隔性的因素 ,Environment: 环境 temperature 温度 relative humidity 湿度 Material itself: 材料本身 Fickian behavior or Non-Fickian 线性或非线性材料 Material Properties 结晶度,分子间吸引力,添加剂,样品厚度,影响阻隔性的因素 - 温度,温度每升高1C, 渗透率增加 5 to 7% -同样材料的渗透率在热带地区与寒带地区会不一样,影响阻隔性的因素 - 湿度,- 某些材料的阻隔性在潮湿环境与干燥环境会不一样,EVOH,Driving Force, or Concentration Effect 渗透物的推动力或浓度对不同材料的影响的影响,F(x) = -D(dc/dx) For Fickian materials (or those that obey Ficks Law), permeation is linear with concentration for all concentration ranges. 渗透率与渗透物浓度成正比 (Ficken材料) 渗透率与渗透物浓度关系非线性(non-fickian材料),Factors influencing permeation and transport properties 影响渗透和传递的材料因素,Effect of the actual chemical substituent on the polymer backbone The degree of packing, crystallinity, and orientation of the molecular chains. The susceptibility to moisture and other possible interactants with the chains. The nature of the polymer surface contacting the permeant. Additives used in manufacturing or modifying the polymer. Thickness, multiple layers 高分子的立体结构,结晶度,链取向,亲水性,表面性能,添加物,厚度,多层结构等都对渗透和传递有影响,高分子主链上的取代基大=阻隔性高,* cc-mil/100 in2-day-atm,结晶度高 = 阻隔性高,Close packing and/or high crystallinity results in low free volume and better barrier. Orientation results in better barrier by creating a more tortuous diffusion path.,* cc-mil/100 in2-day-atm,The susceptibility to moisture and other possible interactants with the chains 对水的敏感性,水汽影响含氢键的极性高分子 (Nylon,材料EVOH) 水汽不影响无氢键的极性高分子(PET),Nylon 6,SELAR,Nylon MXD6,30% EVOH,SELAR OH Plus,44% EVOH,Additives used in manufacturing or modifying the polymer 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变化, 通常阻隔性变差 例外,纳米复合材料,Thickness (厚度),Typically the transmission rate is inversely proportional to the thickness of the material thickness permeation rate 厚度上升，渗透下降,阻隔性测试方法比较,透氧 压差法 等压法（库仑电量法） 透湿 杯式法 电解法 传感器法（湿度传感器、红外传感器）,透氧率的检测方法和标准,压差法,可以测定多种气体 测试条件难以控制 相对湿度 饱和盐溶液 真空室 与实际应用环境不同 改变材料本身的性能结构 裂纹 针孔 材料变薄 透气面积增大 局限性 不能检测包装件 精度低1.0ml/24h.1atm 或 0.5ml/24h.1atm 偏差大，高达15% - 20% 不可溯源,库仑电量法,只测试氧气，排除干扰，测试精度非常高 0.005cc/m2/24h.1atm，灵敏度是传统仪器的近百倍。 真正的绝对值传感器，无需校准 精确控制测试条件 温度、相对湿度、时间等 不改变材料本身性能 材料两侧气压相等 可检测薄膜和包装件 除薄膜外，还可以测量瓶子，袋子等 重复性好 可NIST溯源,透湿率的检测方法和标准,杯式法/称重法,优点 操作简单、实验成本低、硬件要求低、仪器设备价格低廉 缺点 操作人员因素（计算和设定）、重复性差、可靠性差（温度和相对湿度控制）、测量时间长、精度低 适用范围 低阻隔性材料 ISO国际标准已经淘汰这个方法,电解法,需要先用吸湿剂来吸收水蒸气，再通过电极电解水蒸气，再根据电解电流来判断。这样对水蒸气进行了二次处理过程，吸湿剂的效率、电极的损耗都会影响测试的精度，累积误差大。 电解槽需要定期再生，可能还需要寄回原厂，费时费力。,湿度传感器法,结构简单，设备价格相对较低 传感器本身局限性，检测精度一般只能到0.1% 湿度传感器的输出受温度波动影响很大 未被国际标准广泛采用（适用标准少）,红外法,红外传感器，被公认为世界上最精确的透湿测试方法 在测试过程中，只是检测红外能量的损失，水蒸气不经过任何处理，不存在其它误差因素的干扰。 精确控制温度和相对湿度 双压力法生成相对湿度条件，安全无腐蚀性 测量时间短 精度高，0.005 100 g/m2/day 干扰因素少 可靠性高 重复性好，可NIST溯源,Case Studies- Food Safety Application 阻隔性与食品安全应用举例,食品变质的原因与阻隔材料选择?,氧化 解决办法-氧气阻隔材料, 例如 PET, PVDC, Nylon, EVOH 受潮,发霉 . 解决办法-水汽阻隔材料,例如 PP, PE 氧化,受潮 解决办法-复合材料, 例如 PP/PET/PE, PET/Al/PE 上述, 以及芳香味遗失 解决办法- -复合材料, 例如 PP/Nylon/Al/PE 其它方法 包装内加除氧剂,除湿剂;真空包装,充氮包装,气调包装,应用举例: 袋装美式火腿官司,某肉食品加工厂生产袋装美式火腿 选择高阻隔材料塑料袋 投放市场后在保质期内产品变质严重 期间包装袋本身也出现层间薄离现象 因损失严重, 厂家投诉塑料袋供应商,应用举例: 袋装美式火腿官司,被包装产品: 美式火腿- 为使肉质鲜嫩, 加工时添加水溶液,故产品含水量高. 包装后, 袋中RH =75% 包装袋材料: Nylon/PE 复合层 透氧率: 0.05 cc /(bag*24hr), (在4C及0%RH 测试) 0.4 cc /(bag*24hr), (在4C及75%RH 测试),应用举例: 袋装美式火腿官司,失败原因分析: 对材料性能缺乏了解 -Nylon本身在0%RH 是很好的氧阻隔材料,但在高湿度下阻隔性变差 没有考虑材料与产品的相容性 -与产品直接接触的Nylon层受高湿度影响而溶胀, 进而阻隔性下降并出现层间剥离的自然现象. 对产品本身属性的忽视 -选材时没有考虑实际应用中产品的湿度问题 只对0%RH 的OTR 测试, 作出错误决定.,应用举例: 袋装美式火腿官司,薄膜测试与包装体测试,大多数新产品的研发只测试薄膜而不进行包装件测试。 下面用一个例子来说明整体包装件测试的重要性,应用举例:婴儿奶粉包装材料的选择,奶粉厂要把奶粉的罐装包装改成袋包装 因为奶粉遇氧气或遇水汽都容易变质, 必须采用高性能的复合阻隔材料,应用举例:婴儿奶粉包装材料的选择,待选材料薄膜样品实际测得值,包装袋理论估算值,应用举例:婴儿奶粉包装材料的选择 包装整体测定,Assembled samples,应用举例:婴儿奶粉包装材料的选择 包装整体测定,包装袋实际测得值,包装袋实际测得值与实际值比较,观察袋子的内部所发现的次点,“半穿透”裂缝和“半穿透”针孔发生在主要阻隔层(Al层)折痕处-加工过程原因,应用举例: 酸奶瓶子WVTR测试举例,瓶子WVTR测试结果比较,瓶盖填片材料的差异可造成从瓶盖处不同程度的渗透和微量漏气.,土豆片软包装袋的困惑,土豆片-某食品公司新产品之一,冲氮渡铝膜软包装 未过保质期, 但客户发现土豆片已出现异味,已明显地变质. 厂家在装袋前测定空袋子,各项指标合格.,这是什么回事?,我们的观察方法,把产品取出,把袋子剪开 关掉日光灯,在黑暗中开一小台灯 把展开的袋子对着光源., twinkle, twinkle, little stars ,运输过程中土豆片对袋子损坏,我们的建议,对装有硬质食品的软包装袋, 其合格与否应考核更严格的指标 用如下仪器对包装材料进行揉搓扭曲处理后再测定阻隔性是否合格,成型包装体测定的重要性,当选定了材料后，对成型包装体的测定是很重要的 只有通过测定才能知道整体的阻隔性是否受到因为加工过程, 运输中不恰当“磨损”的影响 由测试结果对包装加工过程进行调整 从而能保证产品在保质期内的安全,应用举例:华夫饼干包装袋 - 环境温度,湿度对选材的影响,软塑包装材料保证食品安全的要素,了解食品特性, 了解包装材料性能, 论证材料的安全性以及与产品相容性 用实验测试手段, 在实际应用条件下对包装材料的阻隔性进行评估,合理选材 对终极成型包装在实际应用条件下进一步测试,确证包装的阻隔性,物理性能在加工,物流和销售环节中未受损坏,一些特殊包装,为了进一步延长保质期, 可设计一些特殊包装: 包装内加除氧剂,除湿剂 真空包装 充氮气包装 气调包装,新型气调性包装,新鲜肉类包装- 新型气调性包装, 充有一定含量CO2, 及少量CO PAC CHECK Model 333便携式三用顶空分析仪 CO