冷冻食品包装材料的挑战与要求:常见材料及特点分析

日期: 2024-08-22 14:06:55|浏览: 425|编号: 61711

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冷冻食品是指由合格的食品原料经过适当的加工,在-30℃下快速冻结,包装后在-18℃或更低的温度下储存和流通的食品。由于整个过程都在低温冷链中保存,冷冻食品具有保质期长、不易腐败、食用方便等特点,但这也对包装材料提出了更大的挑战和更高的要求。

1.常见的冷冻食品包装材料

目前市场上常见的冷冻食品包装袋大多采用以下几种材质结构:

1. 宠物/聚乙烯

此结构在速冻食品包装中比较常见,防潮、耐寒、低温热封性能好,且成本相对较低。

2. 双向拉伸聚丙烯/聚乙烯、双向拉伸聚丙烯/氯化聚丙烯

该种结构防潮、耐寒,低温热封拉伸强度高,成本相对经济。其中BOPP/PE结构的包装袋外观手感优于PET/PE结构的包装袋,可提高产品的档次。

3. PET/VMPET/CPE、BOPP/VMPET/CPE

该类结构由于镀铝层的存在,表面印刷精美,但低温热封性能稍差,且成本较高,因此利用率较低。

4. NY/PE、PET/NY/LLDPE、PET/NY/AL/PE、NY/PE

此种包装耐冷冻、耐冲击,由于有NY层的存在,抗穿刺性好,但成本相对较高,一般用于包装有棱角或较重的产品。

另外还有简易PE袋,一般用作蔬菜、简单冷冻食品的外包装袋。

除了包装袋,部分冷冻食品还需要吸塑托盘,最常用的托盘材质是PP,食品级PP卫生性好,可在-30℃低温下使用,也有PET等其他材质。作为一般运输包装,瓦楞纸箱因其防震、抗压、成本优势,是冷冻食品运输包装的首选。

2.冷冻食品包装检测标准

合格的商品必须要有合格的包装,商检除了检测产品本身,还要检测包装,经检验合格后才能进入流通领域。

目前,我国尚无专门针对冷冻食品包装检测的国家标准,行业专家正积极联合冷冻食品生产企业推动行业标准的制定,因此冷冻食品生产企业在采购包装时,一定要符合相关包装材料的通用国家标准。

例如:

GB 9685-2008《食品容器、包装材料用添加剂卫生标准》规定了食品容器、包装材料用添加剂的卫生标准;

GB/T 10004-2008《包装用干法复合和共挤复合塑料复合薄膜、袋》规定了无纸基和铝箔的复合膜、袋和用干法复合、共挤复合工艺制成的塑料复合膜、袋的外观、物理指标,规定了复合袋、薄膜的残留溶剂含量;

GB 9688-1988《食品包装用聚丙烯成型品卫生标准》规定了食品用PP类成型包装的理化指标,可作为制定特定冷冻食品用PP泡罩托盘标准的依据;

GB/T 4857.3-4和GB/T 6545-1998《瓦楞纸板耐破强度的测定》分别给出了瓦楞纸箱堆码强度和耐破强度的要求。

另外,在实际操作中,冷冻食品生产企业还会根据实际需要制定一些适合自身情况的企业标准,例如对吸塑托盘、泡沫桶等成型产品的定量要求等。

3. 两大问题不容忽视

1. 食物干耗和“冻伤”现象

冻藏可以大大限制微生物的生长繁殖,降低食品腐败的速度,但对于有些冻藏工艺,随着冷冻时间的增加,食品的干燥、氧化会变得更加严重。

在冷冻柜内,温度和水蒸气分压的分布为:食品表面>周围空气>冷却器。一方面,食品表面的热量会传递给周围空气,进一步降低其自身的温度;另一方面,食品表面与周围空气之间的水蒸气分压差,会使食品表面的水和冰晶蒸发升华成水蒸气并汇入空气中。

此时,含有较多水蒸气的空气吸收热量,其密度减小,并向冷冻柜顶部移动;当其流经冷却器时,由于冷却器的温度极低,在此温度下的饱和水分压也很小。空气在被冷却的同时,水蒸气接触到冷却器表面,凝结成霜附着其上。冷却后的空气密度增大,于是又下沉并再次接触食物。这个过程会不断重复、循环,食物表面的水分就会不断流失,重量就会减轻。这种现象叫做“干失”。

随着干烧现象的持续,食品表面会逐渐变成多孔结构,与氧气的接触面积增大,加速食品脂肪和色素的氧化,导致表面变成褐色,蛋白质变性,这种现象称为“冻烧”。

由于水蒸气的转移和空气中氧气的氧化反应是造成上述现象的根本原因,因此作为冷冻食品与外界的阻隔层,其内包装所采用的塑料包装材料应具有良好的水蒸气、氧气阻隔性。

2、冻藏环境对包装材料机械强度的影响

众所周知,塑料长期暴露在低温下会变脆、易破碎,其物理性能会急剧下降,这体现了塑料材料在耐寒性差方面的弱点。通常用脆化温度来表示塑料的耐寒性。随着温度的降低,塑料由于其聚合物分子链的活性降低而变脆、易破碎。在规定的冲击强度下,50%的塑料会脆性失效。此时的温度就是脆化温度,这也是塑料材料正常使用温度下限。如果用于冷冻食品的包装材料耐寒性差,在后期的运输和装卸过程中,冷冻食品的尖锐突起很容易刺破包装,造成渗漏问题,加速食品的腐败。

在储运过程中,冷冻食品采用瓦楞纸箱包装,冷库温度一般设定在-24℃~-18℃。在冷库中,瓦楞纸箱会逐渐吸收环境中的水分,一般在4天后达到水分平衡。据相关文献报道,当瓦楞纸箱达到水分平衡时,其含水量会比干燥状态增加2%~3%。随着冷藏时间的增加,瓦楞纸箱的边压强度、抗压强度、粘合强度会逐渐下降,在4天后分别会下降31%、50%、21%。这意味着,进入冷库后,瓦楞纸箱的机械强度会受到一定影响,增加了后期出现塌箱问题的潜在风险。

冷冻食品从冷库运输到销售地点的过程中,会经过多次装卸作业。温差的不断变化使瓦楞纸箱周围空气中的水汽凝结在纸箱表面,纸箱含水量很快上升到19%左右,其边缘抗压强度将下降约23%~25%,此时瓦楞纸箱的机械强度进一步受损,增大了倒箱的概率。另外,在纸箱堆码过程中,上层纸箱会对下层纸箱施加持续的静压力,当纸箱因吸湿而抗压性能下降时,底层纸箱会首先变形、倒塌。据统计,因吸湿、堆码超高而导致纸箱倒塌所造成的经济损失约占流通过程中总损失的20%。

4.解决方案

为了尽量减少上述两个问题的发生频率,保证冷冻食品的安全,可以从以下几个方面入手。

1.选择高阻隔、高强度的内包装材料

包装材料的种类很多,性能各异,只有了解各种包装材料的物理性能,才能根据冷冻食品的防护要求合理选用材料,使之能够保持食品的风味和品质,体现产品的价值。

目前冷冻食品领域使用的塑料软包装主要分为三类:

第一类是单层包装袋,例如PE袋,这种包装袋的阻隔效果相对较差,常用于蔬菜包装等。

第二类是复合软塑包装袋,是利用粘合剂将两层或多层塑料薄膜材料粘合在一起的,如OPP/LLDPE、NY/LLDPE等,具有相对较好的防潮、耐寒、抗穿刺性能;

第三类是多层共挤软塑包装袋,将PA、PE、PP、PET、EVOH等不同功能的原料分别熔融挤出,在主模头处汇合,通过吹胀成型、冷却复合在一起。该类材料不使用胶粘剂,具有无污染、高阻隔、高强度、耐高低温等特点。

数据显示,在发达国家和地区,第三类包装的使用量约占冷冻食品包装总量的40%,而我国仅占6%左右,有待进一步推广。

随着科技的不断进步,新材料层出不穷,可食性包装膜就是其中的代表。它以可生物降解的多糖、蛋白质或脂质为基质,通过包裹、浸渍、涂覆或喷涂等方式,在冷冻食品表面形成一层由天然可食用物质通过分子间相互作用形成的保护膜,以控制水分的转移和氧气的渗透。这种薄膜具有明显的阻水性能,对气体渗透有很强的抵抗力。最重要的是它可以和冷冻食品一起食用,不会产生任何污染,应用前景广阔。

2.提高内包装材料的耐寒性能和机械强度

方法一:选择合理的复合或共挤原材料。

尼龙、LLDPE、EVA均具有优异的耐低温性能、抗撕裂性能和抗冲击性能,在复合或共挤工艺中添加这些原料,可有效提高包装材料的防水阻气性能和机械强度。

方法二:适当增加增塑剂的比例。

增塑剂主要作用是削弱聚合物分子间的二次键,从而增加聚合物分子链的活动性,降低结晶度,表现为聚合物的硬度和模量脆化温度降低,伸长率和柔韧性提高。

3.提高瓦楞纸箱的抗压强度

目前市场上运输冷冻食品基本都是采用开槽瓦楞纸箱,这种纸箱是由四块瓦楞纸板四边钉合而成,四片折盖在上下交叉折叠封口。通过文献分析和实验验证可以发现,纸箱倒塌经常发生在箱体结构中四块纸板垂直放置的位置,因此加强该部位的抗压强度可以有效提高纸箱整体的抗压强度。具体来说,首先可以在纸箱内壁四周增加环形内套,建议使用A级瓦楞纸板,其弹性和减震性好,可以防止冷冻食品的尖锐部分刺破受潮的纸板。其次可以采用嵌套式纸箱结构,这种纸箱通常由多块瓦楞纸板制成,其盒体与盒盖通过嵌套方式分离使用。试验表明,在同样的包装条件下,嵌套结构纸箱的抗压强度约为开槽结构纸箱的2倍。

4.加强包装测试

包装对于冷冻食品意义重大,因此国家制定了GB/-2009《冷冻食品物流包装、标志、运输和贮存》、SN/T0715-1997《出口冷冻食品商品运输包装检验规程》等相关标准和规定,通过设定包装材料性能的最低要求,确保从包装原材料供应、包装过程到包装效果全过程的质量。对此,企业应建立完善的包装品控实验室,配备三室集成块结构的氧气/水蒸气透过率测试仪、智能电子拉力试验机、纸箱抗压机等检测仪器,对冷冻包装材料进行阻隔性能、抗压性能、抗穿刺性能、抗撕裂性能、抗冲击性能等一系列检测。

综上所述,冷冻食品包装材料在应用过程中面临许多新需求、新问题,研究解决这些问题将对冷冻食品的储运质量大有裨益。此外,完善包装检测流程、建立各类包装材料的测试数据体系也将为今后的材料选择和质量控制提供研究依据。

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