货架期及包装材料阻隔性

1、高分子教研室高分子教研室Beijing, ChinaSeptember 23, 2008J. Georgia Gumocon Packaging Barrier Property and Products Shelf Life 包装包装材料的阻隔性及产品的材料的阻隔性及产品的货架期货架期Importance of Finished Package Evaluation-Food Packaging Application 测试整体包装的意义测试整体包装的意义-食品包装案例分析食品包装案例分析 Conduct Successful Permeation Testing Service-Exper

2、ience of MOCON Permeation Testing Labs MOCON阻隔阻隔包装实验室经验包装实验室经验Part I:Packaging Barrier Property and Products Shelf Life 包装包装材料的阻隔性及材料的阻隔性及产品的产品的货架期货架期 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阻隔性测试-从传统包装到现代包装：传统包装材料举例:玻璃瓶 , 金属罐 -不渗透材料,绝对高阻隔或者是纸包装材料- 无阻

3、隔性现代包装材料举例:塑料袋塑料瓶 多层复合膜制成的容器 -这些都是可渗透材料,有不同阻隔性,所以有必要测试阻隔性 渗透渗透泄漏泄漏来自周围环境中来自周围环境中的的氧气氧气货架期货架期包装过程中包装过程中自带的残留氧气自带的残留氧气氧气氧气产品自带的产品自带的残留氧气残留氧气气调气调包装包装 针孔缝隙氧气以渗透渗透方式进入包装氧气以泄漏泄漏方式(针孔/接缝)进入包装食食品品包包装装阻阻氧化 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

4、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-化学阻隔化学阻隔,复合材料复合材料, 例如 PP/Nylon/Al/PE受光催化氧化变质解决办法解决办法-光阻隔材料光阻隔材料,例如渡金属材料Metalized PET其它方法其它方法包装内加除氧剂,除湿剂;真空包装,冲氮包装,气调包装EVOHPVDCPolyamidesPolyesterSAN, PAN (SiO2)xMetallized Polyester 气调保鲜包装气调保鲜包装(MAP)高透氧新鲜蔬菜包装(带微型针孔)带排气阀的咖啡包装新鲜猪肉气调包装(CO2和O2等气体) 加有除氧

5、剂的食品包装PEIonomersPPPVdCCOCsLCPsBOPPPVdC coated OPET or BOPPPolyamidesMetallized AluminumPVdCEVOHIonomersEVOHHDPEPolyamidesPolypropylene Aluminum Metallized OPET and OPP Aromatic PolyamidesOTR of low barr23C, 0%RHOTR of high bar23C, 0% RHPermeation atmdaymmilcc2daymcc2Permeation rate渗透系数常用单位Transmissi

6、on rate渗透率常用单位渗透的溶解-扩散机理：气体在其高浓度的一侧吸附于薄膜表面， 在高分子薄膜体内扩散, 最后于其低浓度的薄膜一侧脱附而挥发.Permeation is impac 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 PropertiesMaterial Properties结晶度,分子间吸引力,添加剂,样品厚度温度每升高1C, 渗透率增加 5 to 7%-同样材料的渗透率在热带地区与

7、寒带地区会不一样 - 某些材料的阻隔性在潮湿环境与干燥环境会不一样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) 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)

8、Additives used in manufacturing or mer (添加物用于高分子的加工和改性)PVCPoly (vinyl chloride)Material statePure, rigidPVCPlasticized,soft PVCO2 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Thickn 通常情况下, 对于单层结构的薄膜:厚度上升 (x), 渗透下降 (1/x)厚度上升 (x), 达平衡态花更长时间 (x2)渗透渗透泄漏泄漏来自周围环境中来自周围环境中的的氧

9、气氧气货架期货架期包装过程中包装过程中自带的残留氧气自带的残留氧气氧气氧气产品自带的产品自带的残留氧气残留氧气气调气调包装包装 针孔缝隙包包装装中中或或产产品品自自带带的的包装顶空中的残留氧气包装顶空中的残留氧气真空包装(VP)气调保鲜包装(MAP)控制气氛包装(CAP) 溶解于包装体或产品中氧气溶解于包装体或产品中氧气上述方法, 并加入除氧剂“Modified atmosphere packaging (MAP) isa form of packaging that involves theremoval of air from the package and itsreplacement

10、with a single gas or mixtureof gases.”Principles and Applications of Modified AtmospherePackaging of Foods, 2nd Edition- Edited by B.A. BlackistoneMAP/MAP (Modified Atmosphere Packaging)食品气调保鲜包装食品气调保鲜包装 用于延长食品货架期的方法. 采用气调保鲜气体按食品特性配比混合,对包装中的空气进行置换. CAP (Controlled Atmosphere Packaging) 控制气氛控制气氛包装包装 与

11、MAP 类似但更注意”控制”. 例如, 加入吸附剂或单向阀将咖啡产生的CO2排除掉; 用高透氧塑料薄膜(并刺有定量针孔)以维持新鲜果蔬需氧呼吸作用 Primary Gases usGas Flushing: Oxygen Carbon Dioxide Nitrogen Ambient air is 21% oxygen, 78%nitrogen and less than 0.1% carbondioxide. 降低 O2 含量延长保质期 (shelf life)-抑制大多数厌氧菌的作用,保持鲜肉色泽某些产品需要 O2-维持新鲜果蔬需氧呼吸保持鲜度的作用 气调包装常用气体- Carb 酸性,直

12、接抗菌作用 抑制嗜氧菌 高度溶解抑制蔬菜水果的呼吸作用 防止包装塌陷抑制嗜氧微生物防止包装塌陷 廉价在美国,CO 被批准注册用于新鲜肉品采用很低浓度 0.4%以保持鲜肉色泽Primary Gases usGas Flushing: Oxygen Carbon Dioxide Nitrogen Ambient air is 21% oxygen, 78%nitrogen and less than 0.1% carbondioxide.Where - MAP Food Targe标市场 肉类,家禽 鱼类 新鲜切割蔬菜 乳制品 饮料 熟食品,即食食品 烘焙糕点 干货食品缝隙泄漏缝隙泄漏通常发生在包

13、装接缝处缝隙泄漏长度等于接缝宽度针孔泄漏针孔泄漏通常发生在包装的平面壁上针孔长度等于包装材料厚度 Quality Assuran HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Point ) ISO 9001 需要考察的四大指标: 1. Film faults 2. Headspace gas composition 3. Seal strength 4. Temperature薄膜渗透率测试薄膜渗透率测试: OTR WVTR CO2TR薄膜厚度薄膜厚度 Film gauging GSA (Gas Stream Analyzer) On-Line Ga

14、s Analysis O2, CO2, O2/CO2 PAC CHECK Series Bench top, Hand Held O2/CO2, O2/CO/CO2 PAC CHECK 800 SERIESSeal Stre Leak Detection Instruments SKYE Model 2000a PAC CHECK 800 SERIES 2500 SLTester/Leak Detection System PAC GUARD Model 400 - Non-DestructiveLeak Detection SystemSHELF-LIFE货架期WATER VAPOR水汽 FLAVORS AND AROMAS风味及香气MICROBIALACTIVITY微生物活动LIGHT光OXY