包装产品的质量变化与控制.ppt

包装质量变化与控制 产品包装保质期贮运环境及其试验方法包装产品质量变化与控制特殊处理对包装材料与容器影响 一 包装防护 包装基本功能定量容纳 防护防护功能的类型 护内 功能内容物的防护 护外 功能内容物以及包装件 包装废弃物可能产生的外界环境影响的防护 防护对象自然环境 客观条件因素造成影响的防护 人为因素造成影响的防护 流通环境与包装件之间的关系 产品质量随流通时间的变化 包装防护 包装防护要素物态稳定性防护 针对产品或内容物物理性质的稳定性保护及相关的环境防护 化学稳定性防护 针对产品或内容物化学性质的稳定性保护及相关的环境防护 生理生化稳定性防护 针对有生命的和有机物类的产品或内容物维持其生命或生理生化性质正常的稳定性保护及相关的环境防护 结构稳定性保护 对于产品或内容物的包装来说 机械结构的稳定保护有着极其重要的意义 物流过程外部环境条件又特别复杂 影响甚大 因此形成了独立的机械结构稳定性保护及其相关的环境防护 综合稳定性保护 在上述4种类型中 基于其中一类领域的原因而造成另一类领域的后果 深入理解 任何其它目的功能的实现 均不能破坏或过分削弱包装的基本功能 没有最好的包装 只有合理的包装 注意包装设计应用的条件 边界谁能列举出自然界的完美包装 鸡蛋 完美否 二 产品 包装 保质期 1 保质期含义指产品从生产 包装到在规定的条件下开始变成不合格品之间的时间 保证产品质量的日期 在此期间 产品完全适用于出售 并符合标签上或产品标准中所规定的质量 食品的保存期 指预示在任何标签上规定的条件下食品可以食用的最终日期 在此之后 该食品不再适于食用 功用消费者可以了解所购产品的质量状况 生产商可以指定正确的流通途径和销售模式 包装设计的基础我国对各大类食品的保质期已有具体的规定 产品 包装 保质期 我国对各大类食品的保质期已有具体的规定 奶粉铁罐装为12个月 5OOg塑料装为4个月 麦乳精铁罐为12个月 玻璃瓶为9个月 塑料袋装为3个月 糖果第一 第四季度生产的为3个月 第二 第三季度生产的为2个月 梅雨季节生产的为1个月 鱼类禽类罐头为24个月 水果蔬莱罐头为15个月 易拉罐 玻璃瓶装果汁 蔬菜汁饮料为6个月 酒类11一12度熟啤酒省优以上为4个月 普通为2个月 14度为3个月 10 5度熟啤酒为50天 葡萄酒 果酒为6个月 汽酒为3个月 瓶装黄酒为3个月 饮料果汁汽水 果味汽水 可乐汽水玻璃瓶装为3个月 罐装为6个月 饼干罐装为3个月 塑料袋装为2个月 散装为1个月 塑料袋方便面为3个月 夹心巧克力为3个月 纯巧克力为6个月 产品 包装 保质期 要求 生产商需对产品的保质期进行准确的试验测定 以保证产品在流通 销售等环节中质量的稳定 包装工艺保证主要对象 食品 药品 化工产品等 强制性产品对象特性 包装参与产品使用的全过程保质期确定复杂 随机性 研究甚少包装只是参与生产地到消费者之间的过程 主要研究试验对象 产品包装保质期 2 影响因素 1 产品特性产品受各种因素影响而变质的情况有极大的差别 产品可能产生的变质类型 决定了包装材料所必须提供的功能 产品的敏感性和包装 材料 的保护功能之间的配合 直接影响着包装有效期 食品 药品等产品是一个多元的 活跃的复杂体系 有关的微生物增殖 酶反应 物化变化等 化学组成 加工技术 为了延长保质期 会根据化学组成 添加一些防腐剂 抗氧化剂等 产品包装保质期 2 包装包装可以保护产品不受 减缓某种因素的影响而变质 主要影响因素 顺序排列 包装材料 产品用完全阻隔 近似 材料包装 则产品主要由于本身的化学变化 产品与材料作用而引起变质 产品用渗透性 透光材料包装 过程复杂 包装工艺生产控制包装结构生产 贮运 销售 使用适应性与保护性 特殊产品的保护 产品包装保质期 3 贮运条件产品流通中的主要问题产品属于何种类型的敏感产品产品通过流通网络所接触的一切环境条件 三者之间关系产品特性 内因贮运条件 外因包装 调节 限制 阻隔 产品包装保质期 3 确定合格品 保质期 的判别标准合格品的判别标准一般以产品中某种关键 特性成分为依据 任何产品的合格品判别标准都直接影响包装有效期的测定 判别标准说明有些产品的合格品判别标准有一条明确的界限 而有些产品则因变质情况比较复杂 难以确定一个临界点 如果产品有多个或互相影响的变质形式 则应确定一组合格品的判别标准 产品既要符合合格的标准化标准 又要能为顾客所接受 这是产品能在市场上打开销路的决定性因素 例如 软包装输液 输液灭菌后及存放3个月后细菌内毒素检查结果均呈阴性 按规定 如果每个输液容器在上述规定条件下的质量降低都不超过0 2 有效期内充满容器的水蒸汽渗透不超过5 则试验合格 产品包装保质期 技术要求 对品质变化进行客观的评价 包装对这种源自保质期要求的适应性 现有包装技术的限制性 片剂泡罩包装 PVC基材 铝箔 PVDC涂复解决方案必须符合法定的产品标准 说明品质的标准及其所衍生的要求会随着时间变化 影响因素 技术进步的客观标准情感标准 产品包装保质期 4 食品保质期特性 一般而言 食品由很多成分组成 其中的大部分成分化学稳定性相对较低 品质 定义决定产品性能的品质原则上说是基于产品的成分 品质Q可以描述为产品化学成分的函数 ci代表成分i在食品中的浓度 成分浓度随时间的变化允许的浓度变化的幅度不同种成分对产品品质的重要性可以差别巨大重要性和许可的浓度范围是由成分的化学结构来决定的 通过包装保持品质意味着把某一特定的浓度尽可能长地保持在一定的范围内 4 食品保质期 食品保质期 涵义产品最重要的品质特征可以保持的时间间隔的上限 说明 1 左边的直线代表无包装的情形 右边的直线代表理想包装的情形 2 Qmin代表可接受的最低品质 此时产品仍可保持足够的特定品质 讨论 1 两种不同原始品质的产品 1和2 品质随时间的损失 4 食品保质期 2 产品保质期与包装成本关系 3 产品保质期与包装产品的可靠性 安全性 关系 4 食品保质期 基本分析以温和方式加工的产品仍然保持着许多天然特性和化学不稳定的材料 与其他在苛刻条件下加工处理的食品相比 温和方式加工的产品需要更高的初始品质 在同样的理想包装下 高初始值的产品的品质也许会下降得更快 未包装的产品的品质随时间延长而下降得更快 对给定的产品而言 包装可以影响的区域是在开口三角形的面积范围内 4 食品保质期 基本结论 在一些情形下 与低初始品质长保质期的食品相比 高初始品质短保质期的食品可以采用差一点的包装材料 产品可能产生什么类型的变质现象 决定了包装材料所必须提供的功能 由此可见 产品的敏感性和包装材料的保护功能之间的配合 直接影响着包装有效期 4 食品保质期 保质期应用牛奶 对稳定性6 7天的高品质新鲜杀菌牛奶而言 以相对简单的聚乙烯覆盖的硬纸盒包装就足够了 对稳定性更长的低品质的无菌牛奶 则需要带有附加阻隔层的高级包装 长的保质期比高品质的产品更受欢迎的情形应急预备品的保存和供应边远地区的食品 其中一些地方的气温很高 在这些情况下 对包装的要求非常高 一般来说 由于更高的产品品质意识的兴起 今天的潮流是偏好于新鲜的可口商品而远离处理过的干品 4 食品保质期 简要总结 了解产品的特定敏感性与特性 是推导出必须的包装要求的前提 现代包装的重要要求 产品几项标准间的最优化 标准优化 保护功能 材料与加工中的能耗 回收处理 环境因素等 最优化一般意味着某种标准的安全边界的下限 确保产品的品质 保护消费者的安全将一直考虑 也是优化最重要的标准 要求 包装与产品必须相互协调 产品包装保质期 5 产品保质期的确定方法理论设计 预测技术基础 产品质量变化的机理与理论表征 外界因素的影响具体表征 包装工艺性能现有研究 产品湿度控制 产品氧化控制 产品色泽控制 微生物反应等 复杂性加速 模拟试验方法 产品包装保质期 说明 在研发新产品或对已有产品的配方或工艺改进的过程中 由于时间的限制 研发人员不可能对产品的保质期进行实际的测定 特别是那些经处理后不易滋生微生物产生腐败的食品 在这种情况下 研发人员为了较准确地预计产品的保质期 一般先通过查阅文献资料 寻找有相同化学变化的相关产品 借鉴其保质期数据 通过在短时间内加速破坏条件下得到的实验数据来外推估计可能的保质时间 在产品上市后 再继续通过实际货架条件下随机抽取样品的方式来验证保质期 另外也可以根据消费者的质量投诉来了解保质期的状况 缺陷 产品包装保质期 三 贮运环境及其试验 1 贮运环境固定 流通主要因素温度湿度气体成分辐照特殊工况综合效应 贮运环境及其试验 2 流通力学环境 1 振动特性a 振动频率谱振动频谱图反映了运输过程的频率分布及与其相关的加速度变化 公路 铁路运输振动频率谱特性 贮运环境及其试验 b 振动强度运输车辆的振动主要与下列因素有关 运输方式 水上运输的振动最小 铁路运输的振动较小 以公路运输的振动最大 采用铁路运输 垂直振动在0 1 0 6g之间 货车与货物发生共振时稍大 而采用公路运输 在路况不好的情况下 常会发生3g左右的振动 采用水上运输 振动0 1 0 15g 振动加速度很小 车型与车辆状况 樽谷 1975 研究了卡车的车轮数与车体垂直振动强度的关系 结论是 轮数少 也即车子小 自重轻的车子 振动强度高 摩托车 三轮车的振动加速度可达3 5g 贮运环境及其试验 车速及路面状况装载状况 贮运环境及其试验 2 流通环境的冲击特性装卸作业时的冲击据测定 人工装卸的跌落冲击加速度通常在10g左右 最高达100g 机械装卸中起重机作业时产生的冲击加速度通常在0 1 7 5g 叉车作业时产生冲击加速度通常在0 1 4 0g 运输过程的冲击汽车运输 严重的工况发生在汽车越过高障碍物将产生1 3g冲击加速度 火车运输 车轮滚过钢轨接缝时的垂直冲击 在挂车时产生的水平冲击加速度达2 4g 瞬间最高可能产生约18g的冲击加速度 空运与海运 空运冲击主要发生在飞机起降过程中 最大可达14g 海运中的冲击则与水域 风浪 船型 载重 气象条件有关 其冲击值相对较小 贮运环境及其试验 3 贮运试验 1 贮运环境参数化表征类型 等级 具体参数流通环境工程学 2 试验方法普通条件试验加速条件试验模拟技术 贮运环境及其试验 3 加速试验有效性 试验结果可比较性 可以通过实际的动力学研究进行 也可以通过对包装有效期的对比来进行 应该保证在普通条件和加速条件之间不存在突变现象 突变现象 产品的任何成分 一般是水和油脂 的熔融或凝结以及重结晶 包装发生突变 聚合物的玻璃化转变温度 活化能 因为某些反应在温度低于一定数值时不能发生 不应当将结果外推到低于这些温度的情况 由于试验是在所要求的时间达到之后才终止 因此在此之前 既不可能知道产品是否已经发生变质 也不可能知道包装材料的保护性能是否过高 贮运环境及其试验 运输加速试验贮存加速试验典型的外界环境条件为温度23 相对湿度为50 加速贮存条件有若干不同的情况 典型的是温度35 相对湿度为80 说明 促使产品加快变质的因素与引起产品变质的化学反应动力学因素有关 化学反应动力学因素又随产品的种类 变质的类型的不同而不同 因此 试图寻找所谓的标准的加速因素是没有意义的 贮运环境及其试验 加速试验举例 药物的稳定性及保质期预测新药的申请必须呈报有关稳定性的资料 并以此为根据建立药品的保质期 药物的稳定性涉及药物本身的性质 即原料药的质量和稳定性 制剂的稳定性 包装和存贮条件等 试验包括强光照射试验 高温试验和高湿度试验等三个方面 加速试验是在模拟上市药品包装条件下 于40 75 RH条件下三个月进行加速试验 如果各项质量指标无明显变化 则可据此订为 使用期暂定为二年 而室温留样考察法是指在室温自然条件下放置样品 定期分别于1 3 6 12 18 24个月 按月考察项目进行检测 与月结果对比以确定使用期限 贮运环境及其试验 稳定性加速试验基本原理 化学动力学原理一个是浓度化学反应速度的影响规律 也就是药物含量随时间变化的规律温度加速药物含量变化的规律 Arrhenius指数规律变温动力学方法 目前仍被认为最可靠的方法 贮运环境及其试验 贮运环境及其试验 4 模拟技术试验模拟运输 贮存环境数值模拟模拟是通过对产品及其包装的特性进行分析而实现的 即先对产品的变质模型中影响包装有效期的因素的变化情况进行分析综合 由于有关包装 产品和贮存条件的各个参数是独立引入的 因而只要引入新的参量 即可针对各种包装材料以及不同的贮存条件的影响作用进行试验 在不必重新进行产品试验的情况下 对可能采用的新型包装进行鉴定 贮运环境及其试验 数值模拟的关键数学模型的建立初始假设条件的主要依据计算机预测评估结果和实际贮存试验结果之间的差别 贮运环境及其试验 5 包装有效期试验环境实际上随着运输地点 运输方法 季节以及仓贮条件的不同而不同 因此用单一的贮存条件来考虑这些各种各样的条件是不可能的 敏感产品的制造必须规定一个用来确定包装有效期的试验标准 药品必须保证所包装的药品 在流通过程中处于最恶劣的情况下仍能保存完好 食品则往往要求按略次于最恶劣的环境下考虑包装 包装合格率 一般认为 在流通销售过程中 一定比例的产品保存完好即可 只要选定典型的流通模式 即可以得出这种模式的各种实用统计指数 包装费用 四 包装产品质量变化与控制 流通因子对产品质量的影响包装材料成分的迁移包装材料 容器特性的改善果蔬采后质量变化控制 包装产品质量变化与控制 1 流通因子对产品质量的影响 1 对包装材料 容器质量性能的影响运输力学因子的影响温度 湿度的影响包装材料基本物理性能强度 抗冲击性 拉伸率 成型性包装容器结构 力学 化学 压力特殊性能渗透性 迁移性 热合性材料与物料的相互作用 包装产品质量变化与控制 2 贮运环境条件引起的产品品质下降 功能失效运输力学因子的影响产品的直接破损 产品特征性质 性能改变加快 生理变化加剧 贮运环境因子的影响温度 湿度光照综合作用 包装产品质量变化与控制 湿气的影响物理变化物理化学变化微生物变化化学变化酶促变化腐蚀食品变质 包装产品质量变化与控制 食品包装的质量变化与控制 包装产品质量变化与控制 2 传质与迁移包装材料向产品的及相反方向的质量传递通过包装材料进出的分子扩散过程 2 传质与迁移 1 基础性现象 吸收 扩散 渗透 2 渗透 渗透物 气体 水蒸气或液体 穿过均一包装材料 不含裂缝 空穴 其他缺陷 的运动 后果 使产品组分增加或减少 或与渗透物发生不希望发生的化学反应 渗透作用可能严重影响物品的包装寿命 水和二氧化碳的损失 干燥物品湿度的增加或对氧敏感的物品的氧化都将影响物品的组分 从而影响物品寿命 渗透还可能产生其他作用 如大气中的污染物和挥发性组分进入气味敏感性食物中 可能产生难闻的气味 2 传质与迁移 3 包装材料成分的迁移定义 迁移 用于描述从包装材料向被包装物的传质过程 主要研究对象 聚合物单体 低聚体 共聚物 大分子降解产物等化学添加剂或助剂表面涂层 2 传质与迁移 4 评价食品包装材料的安全性FDA规定 一种食品接触物质 食品包装材料及器具包括在内 其所致累积饮食浓度低于0 5ppb 0 5 g kg 时 FDA认为其对人体是安全的 当其累积饮食浓度大于1ppb时 在其进入美国市场前必须同食品添加剂一样接受FDA法规的约束 欧盟在89 109 EEC中对食品接触材料作了总体要求 1 所有食品接触材料及器具必须依据GMP进行生产加工 2 对所有食品接触材料及器具必须实行标签制度 3 一些特殊指令的规定 在90 128 EEC及其修订文件中规定了在欧盟范围内获准授权使用于食品接触材料的物质 2 传质与迁移 我国 近几年才开始关注食品的安全问题 在用于食品的塑料包装材料的安全性评价方面严重不足 实验数据的积累 实验分析的仪器 评价的手段和相关的法规都不够完善 制定了国家标准 食品用包装材料及其制品的浸泡试验方法通则 1998 但是标准中只是对一些毒性很大的物质作出了限制 远远达不到食品包装安全的要求 2 传质与迁移 FDA食品包装材料使用申请内容添加剂 聚合物的特性包含添加剂 聚合物的名称和所有相关的信息 除了包括物质的化学特性和组成 它的物理 化学和生物特性 以及描述化合物最低含量的说明书外 还必须提供必须限制的反应副产物和其他杂质的特性 使用必须提供添加剂的最大使用水平和可以使用它的食品接触制品 迁移和分析方法请求应当提供估计添加剂日吸收量 即消费者吸收 的充分信息 通过设计和模拟食品加工 储存的时间和温度条件 得到在每天饮食中的日摄入量的估计值 提交的迁移数据必须反映含有添加剂的食品包装会遭受的最苛刻的温度 时间条件 应当精心设计迁移实验 以反映食品包装的预计用途 2 传质与迁移 基本机理 塑料组分 有机物 的迁移能力主要对应于这些有机物的挥发性或相对分子质量 以及聚合物的基本扩散能力 对于给定的塑料 这意味着迁移质的运动随相对分子质量的增加而下降 对于给定的分子 这意味着它在不同聚合物中的运动性依赖于聚合物的弹性或热塑性 一旦分子运动并到达塑料和食物的界面 向食品中的传质程度依赖于食品的黏度 此外 它的脂肪含量也非常关键 由于大部分塑料成分的疏水性大于亲水性 迁移随脂肪含量的增长而强烈增加 2 传质与迁移 对食品包装成分吸收的估计计算吸收量是为了确定估计的日摄人量 EDI 把特定迁移质的EDI与可接受的日摄入量 ADD 进行比较 迁移试验及分析方法鉴别食品包装材料中哪些物质可能是迁移物或污染物质 确定食品包装材料或包装食品中残留单体及添加剂的量 确定食品包装材料中污染物迁移进入食品的影响因素 评估由于使用包装使食品摄入污染物的最大可能量 试验分析的主要步骤包括 试验准备 包括模拟液的选择 试样浸泡 萃取 提纯 分析鉴定 对真实的食品做迁移测试分析往往很难 实际中 我们用食品模拟物来代替食品做迁移试验 2 传质与迁移 目前控制迁移量的主要技术手段研制低浓度 食品级化学添加剂或助剂控制原料的来源 提高回收材料 容器的质量增强材料极性 氢键结合或增加结晶度将降低链段的运动能力并且减小自由体积 从而提高聚合物分子的阻隔性能 3 包装材料 容器特性的改善 1 包装材料 容器表面涂料制罐头黑铁皮 薄锡层 以便于侧缝的焊接 防止罐的外表面受腐蚀 无锡铁皮也有一层薄的铬酸盐 磷酸盐或铝的涂层 以防止其外表面受到腐蚀 玻璃容器 在退火之前涂一层薄的涂料 热端涂覆 和在刚退火之后涂一层薄涂料 冷端涂覆 纸盒和纸标签 涂上清漆和罩光漆 以获得光泽的外观并增加它们的抗擦伤能力 多层纸袋及瓦楞纸箱 涂蜡及特殊材料 以增加阻隔及摩擦系数 使之在托盘上装运时能维持成一个整体 纤维 表面处理可以形成共价和离子交联对塑料容器 特别是聚烯烃类容器 的粘合力 火焰 电晕放电 气体等离子子体工艺来处理容器 3 包装材料 容器特性的改善 2 聚烯烃阻隔性的改善聚烯烃对水蒸气的阻隔性较好 但对诸如氧气和非极性碳氢化合物等气化物的阻隔性较差 表面氟化在非极性聚合物上产生一层非常薄的极化表面 从而减小非极性碳氢化合物对容器壁的透过率 后处理 反应箱制造之中处理 吹塑气体表面磺化用三氧化硫和惰性气体的混合物对高密度聚乙烯容器进行后处理的工艺 极性的硫酸基团与聚乙烯表面发生键合 接着用氨和氢氧化钠将这些基团中和 3 包装材料 容器特性的改善 3 改善材料 容器的阻隔特性 其厚度一般为10 4 10 8m 蒸镀金属 可减少所有气体和蒸气的透过率 蒸镀金属还可形成能导电的表面层 以便于接地来消除静电 其他的阻隔材料则只能对气体和蒸气有选择地阻隔 一般称作PVDC的偏二氯乙烯共聚物 虽然可以阻隔水蒸气和其他很多气体和蒸气 但主要还是用作隔氧涂层 硝化纤维素涂料则常用在纤维素材料上 以减少其水蒸气的透过率 3 包装材料 容器特性的改善 4 食品容器内壁涂料内壁涂料类型防腐蚀涂料 耐酸 耐油 耐碱 特殊涂料 防粘高温固化成膜涂料环氧酚醛涂料 环氧与酚醛树脂的共聚物 具有抗酸 抗硫特性 酚醛树脂和环氧涂膜中游离酚和甲醛残留量均应控制在0 1mg L以下 脱膜涂料 食品罐头内壁脱膜涂料是以乙撑二硬脂酰胺为脱膜剂 喷涂在普通环氧酚醛类食品罐头内壁涂料的表面 残留量均应控制在0 1mg L以下 3 包装材料 容器特性的改善 高温固化成膜涂料 续 水基改性环氧涂料 水基改性环氧涂料以环氧树脂 苯乙烯为主要原料 配以一定的助剂 有机硅防粘涂料 有机硅防粘涂料是以合经基的聚甲基硅氧烷或聚甲基苯基硅氧烷为主要原料 配以一定的助剂 喷涂在铝板 镀锡铁板等食品加工设备的金属表面 蒸发残渣应控制在30mg L以下 有机氟涂料 以氟乙烯 四氟乙烯 六氟丙烯为主要原料聚合而成 并配以一定助剂 喷涂在铝材 铁板等金属表面 铬和氟的适移量应分别控制在0 01mg L和0 2mg L以下 聚四氟乙烯在280 时会发生裂解 产生挥发性很强的有毒氟化物 4 果蔬采后质量变化控制 果蔬采后质量变化周围环境中的理化因素和产品自身的生命活动引起的物理 化学和生理生化变化造成的品质下降 微生物引起的腐烂变质 机械损伤果蔬采后质量控制基础控制呼吸代谢强度 控制水分的散失 控制微生物的侵蚀 机械损伤的形成与控制 4 果蔬采后质量变化控制 目前采用 研究中的技术措施保鲜贮藏技术CA 化学药剂处理 低温冷藏 涂膜保鲜 临界低温高湿保鲜 臭氧气调