软塑包装材料的阻隔性与食品安全课件

1、软塑包装材料的阻隔性与食品安全1 Barrier Property of Flexible Packaging Barrier Property of Flexible Packaging and Its Impact on Food Safetyand Its Impact on Food Safety 软塑包装材料的阻隔 性 与食品安全 Seminar in China Dec., 2006 Jiajian Georgia Gu 软塑包装材料的阻隔性与食品安全2 moconmocon Barrier Property of Packaging Materials Barrier Prope

2、rty of Packaging Materials -包装材料的阻隔性包装材料的阻隔性 Case Studies- Food Safety ApplicationCase Studies- Food Safety Application -包装与食品安全应用举例包装与食品安全应用举例 MOCONs New Technologies for Food MOCONs New Technologies for Food SafetySafety -MOCONMOCON最新技术在食品安全中应用最新技术在食品安全中应用 软塑包装材料的阻隔性与食品安全3 产品的容器 合理尺寸,形状 方便使用 产品安全的

3、第一道防线产品安全的第一道防线 阻隔性阻隔性, , 整体密封性整体密封性 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 软塑包装材料的阻隔性与食品安全4 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 软塑包装材

4、料的阻隔性与食品安全5 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 软塑包装材料的阻隔性与食品安全6 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 ) 软塑包装材料的阻隔性与食品安全7 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

5、,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 软塑包装材料的阻隔性与食品安全8 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 软塑包装材料的阻隔性与食品安全9 软塑包装材料的阻隔性与食品安全10 Environment: 环境 temperature 温度 relative humidity 湿度 Material itself: 材料

6、本身 Fickian behavior or Non-Fickian 线性或非线性材料 Material PropertiesMaterial Properties 结晶度,分子间吸引力,添加剂,样品厚度 软塑包装材料的阻隔性与食品安全11 温度每升高1, 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 软塑包装材料的阻隔性与食品安全12 - 某些材料的阻 隔性在潮湿环境与干 燥环境会不一样 软塑包装材料的阻隔性与食品安全13 F(x) = -D(dc/dx) For Fickian materials (or those that obey Ficks L

7、aw), 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) 软塑包装材料的阻隔性与食品安全14 Effect of the actual chemical substituent on the polymer backbone The degree of packing, crystallinity, and orientation of the molecular chains. The su

8、sceptibility 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 软塑包装材料的阻隔性与食品安全15 POLYMERSTRUCT

9、URE OXYGEN PERMEATION* COMMENTS Polyethylene480 Low polarity, very little cohesion between chains Polypropylene150 Chains are a little stiffer, but very little cohesion or attraction Poly(methyl methacrylate) 17 Chains are much stiffer due to steric hindrances; polarity results in chain-to-chain att

10、raction superior to hydrocarbon polymers Poly(vinyl chloride)8 Chain-to-chain attraction very high due to chlorine electrons; movement of chains restricted H2C CH CO OCH3 H2C CH Cl H2C CH CH3 H2CCH2 * cc-mil/100 in2-day-atm 软塑包装材料的阻隔性与食品安全16 Close packing and/or high crystallinity results in low fre

11、e volume and better barrier. Orientation results in better barrier by creating a more tortuous diffusion path. POLYMERMORPHOLOGY O2 PERMEATION* COMMENTS PET (poly(ethylene terephlate) 10% crystalline10.0 PET50% crystalline5.0 Higher crystallinity reduces the available sites for permeation PET 50% cr

12、ystalline and oriented 3.0 Crystallinity and orientation produces more tortuous path for permeation * cc-mil/100 in2-day-atm 软塑包装材料的阻隔性与食品安全17 水汽影响含氢键的极性高分子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水汽不影响无氢键的极性高分子(PET) 软塑包装材料的阻隔性与食品安全18 PVC Poly (vinyl chloride) Material state Pure, rigid PVC Plasti

13、cized, soft PVC O2 Permeation rate (cc-mil/100 in2-day-atm) 8150 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 软塑包装材料的阻隔性与食品安全19 Typically the transmission rate is inversely proportional to the thickness of the material thickness permeation rate 厚度上升，渗透下降 软塑包装材料的阻隔性与食品安全20 Case Studies- Food Safety Applicati

14、onCase Studies- Food Safety Application 阻隔性与食品安全应用举例阻隔性与食品安全应用举例 软塑包装材料的阻隔性与食品安全21 氧化 解决办法解决办法-氧气阻隔材料氧气阻隔材料, 例如 PET, PVDC, Nylon, EVOH 受潮,发霉 . 解决办法解决办法-水汽阻隔材料水汽阻隔材料,例如 PP, PE 氧化,受潮 解决办法解决办法-复合材料复合材料, 例如 PP/PET/PE, PET/Al/PE 上述, 以及芳香味遗失. 解决办法解决办法- -复合材料复合材料, 例如 PP/Nylon/Al/PE 其它方法其它方法 包装内加除氧剂,除湿剂;真空包

15、装,充氮包装,气调包装 软塑包装材料的阻隔性与食品安全22 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 软塑包装材料的阻隔性与食品安全23 被包装产品被包装产品: 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% 包装袋材料包装袋材料: Nylon/PE 复合层 透氧率透氧率: 0.05 cc /(bag*24hr), (在4C及0%RH 测试) 0.4 /(bag*24hr), (在4C及75%RH 测试) 储存环境：储存环境： 低温

16、冷藏0-4 软塑包装材料的阻隔性与食品安全24 失败原因分析失败原因分析: 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 包装使用条件的忽视 -选材时没有考虑实际应用中产品储存环境的湿 度问题 只对0%RH 的OTR 测试, 作出错误决定. 没有考虑材料的溶胀 -包装材料的Nylon层长期使用在高湿条件下, 由于水 的溶胀作用阻隔性下降，当溶胀作用过于强烈出现层间剥离 的现象. 软塑包装材料的阻隔性与食品安全25 解决方案解决方案: 选择类似PE/Nylon/PE 复合膜,降 低水汽对Nylon的直接影响 在实际使用条件(例如75%RH)下对薄

17、膜及成型袋子透氧率评估 软塑包装材料的阻隔性与食品安全26 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 软塑包装材料的阻隔性与食品安全27 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 软塑包装材料的阻隔性与食品安全28 样品编号 待选材料结构待选材料结构 1PET / Al / Nylon / LLDPE 2PET / Al / PE 3PET / Al / PETMET / PE 4PET / Al / Nylon / PE 5 PET / PE (extruded)/ Al /

18、PE(extruded)/PE 软塑包装材料的阻隔性与食品安全29 样品 编号 OTR (cc/ m2h- day) WVTR (g/ m2-day) 1 0.0050.005 2 0.0050.005 3 0.0050.005 4 0.0050.005 5 0.0050.005 软塑包装材料的阻隔性与食品安全30 样品 编号 OTR (cc/ pkg*day) WVTR (g/ pkg*day) 1 0.00040.0004 2 0.00040.0004 3 0.00040.0004 4 0.00040.0004 5 0.00040.0004 软塑包装材料的阻隔性与食品安全31 软塑包装材料

19、的阻隔性与食品安全32 软塑包装材料的阻隔性与食品安全33 样品编 号 OTR (cc/ pkg*day)WVTR (g/ pkg*day) 1 0.0110.0021 2 0.0320.0010 3 0.0400.0022 4 0.0360.0034 5 0.0520.0015 软塑包装材料的阻隔性与食品安全34 软塑包装材料的阻隔性与食品安全35 “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 软塑包装材料的阻隔性与食品安全36 软塑包装材料的阻隔性与食品安全37 Sample Name WVTR Transmission Rate (g/package-d

20、ay) W-10.00081 W-20.00089 W-30.00099 W-40.00092 W-50.0107 W-6 (plate epoxyed) 0.0003 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. 软塑包装材料的阻隔性与食品安全38 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. 这是什么回事这是什么回事? 软塑包装材料的阻隔性与食品安全39 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. 软塑包装材料的阻隔性与食品安全4

21、0 运输过程中土豆片对袋子损坏 软塑包装材料的阻隔性与食品安全41 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 软塑包装材料的阻隔性与食品安全42 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 软塑包装材料的阻隔性与食品安全43 材料A (很好) 材料B (好) 材料C (中等)测试条件 销往 北欧北欧 PASSPASSPASS15C, 30%RH 销往 南韩南韩 P

22、ASSPASSFAIL23C 50%RH 销往 泰国泰国 PASSFAILFAIL30C, 85%RH 软塑包装材料的阻隔性与食品安全44 1.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 2. 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 3. 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 软塑包装材料的阻隔性与食品安全45 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 冲氮气包装 气调包装 软塑包装材料的阻隔性与食品安全46 新鲜肉类包装新鲜肉

23、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 测量范围: 0.02% - 2% CO2测量范围: 0% - 100% O2测量范围: 0% - 100% Portable Accurate Results Easy - to - Use 软塑包装材料的阻隔性与食品安全47 真空包装 冲氮气包装 MOCON Pac Check Model 800 Series顶空分析仪顶空分析仪 检测包装袋内氧气含量的增加检测包装袋内氧气含量的增加,针孔大小与针孔大小与,内空间体积内空间体积 软塑包装材料的阻隔性与食品安全4

24、8 软塑包装材料的阻隔性与食品安全49 软塑包装材料的阻隔性与食品安全50 软塑包装材料的阻隔性与食品安全51 氧气阻隔性氧气阻隔性: Coulox 库仑电量传感器 水汽阻隔性水汽阻隔性: MOCON Infrared Sensor 红外压力调控传感器 软塑包装材料的阻隔性与食品安全52 3-D View of OXTRAN 2/21 OXTRAN 2/21透视图 (MOCON Coulox 氧气检测器), Coulox 产生的线 性信号遵守Faraday定律, 是种绝对值检测器, 无需做定 量标定 软塑包装材料的阻隔性与食品安全53 软塑包装材料的阻隔性与食品安全54 COULOMETRIC

25、=100% MOCON 的的OxTran 2/21 用的是用的是 唯一符合唯一符合ASTM D3985的库伦电量传感器的库伦电量传感器, 它测量的是它测量的是100%的的O2量量. 是绝对值传感器是绝对值传感器,无需标定无需标定,而且可而且可NIST溯源溯源 * Measurement, Instrumentation and Sensors Handbook, CRC Press, 1999. * Instrumental Methods of Analysis, Sixth Edition, Wadsworth Pub. Co. 1981. 软塑包装材料的阻隔性与食品安全55 还有一种属电

26、化学反应的 非库伦非库伦传感器传感器 (uses only a portion of the stream) MOCON Coulox Absolute sensor (100% efficient) O2 + N2 O2 + N2 N2 O2 + N2 透氧仪传感器比较透氧仪传感器比较 SENSOR SENSOR O2 4 e- O2 4 e- N2 软塑包装材料的阻隔性与食品安全56 一点法校正带来的问题 NIST Traceable Gasses (200 ppm +-10%) NIST Traceable Films MOCON仪器仪器 是绝对值传感器无需标定是绝对值传感器无需标定 而

27、 某些产品. 软塑包装材料的阻隔性与食品安全57 Salt solution 2-temperature 2-flow MOCON 双压力法双压力法生成生成RH RH Generation Methods 生成RH的几种方法 NIST Recommended! 软塑包装材料的阻隔性与食品安全58 Sensor Shelf-Life 仪器使用寿命比较仪器使用寿命比较 软塑包装材料的阻隔性与食品安全59 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2O2 O2 O2 Barometric Pressure Effects 大气压对测试结果影响大气压对测试结果影响 MOCON Exclusive! MOCON 大气压补偿大气压补偿 软塑包装材料的阻隔性与食品安全60 精确控制测试条件 温度、相对湿度等 不改变材料本身性能 等压法使材料两侧气压相等 可检测薄膜和包装件 除薄膜外，还可以测量瓶子，袋子等 只测试氧气，排除干扰，精度非常高 0.005cc/m2/24h.1atm 重复性好,可NIST 溯源 软塑包装材料的阻隔性与食品安全61 REGULATORY RECALL PRODUCT SPOILAGE 产品变质 退货退货 TAINTEDTAINTED COMPANYCOMPANY IMAGEIM