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耐高溫包裝如何適應(yīng)121℃高溫蒸煮工藝？
高溫蒸煮袋是一種食品殺菌包裝，廣泛用于肉類、豆制品、部分醫(yī)療用品及醫(yī)藥針劑的消毒處理，近年來此工藝也逐步用于熟板栗、谷漿飲料、嬰兒果蔬泥等食品的殺菌處理。高溫蒸煮殺菌溫度范圍一般在121-135℃之間，目前也有滿足145℃超高溫殺菌的軟包裝材料的研究。研究資料顯示在145℃條件下，只要保持3min左右的處理時間，能把最耐熱的芽孢肉毒桿菌類有害病菌徹底殺滅，隨此而產(chǎn)生的復(fù)合軟包裝材料也得到了廣泛地應(yīng)用。根據(jù)包裝內(nèi)容物的消毒殺菌條件，本文重點討論耐121℃高溫的包裝袋結(jié)構(gòu)設(shè)計及加工工藝如何適應(yīng)高溫蒸煮的要求。
復(fù)合軟包裝材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計要滿足高溫殺菌的工藝要求，通常要考慮多方面的因素，除了包材在生產(chǎn)工序中保證自身的功能外，還要更多地考慮內(nèi)容物的要求，同時兼顧殺菌處理的工藝條件、流通倉儲條件和銷售使用環(huán)節(jié)對包材性能的影響，下面就逐項探討。
一、蒸煮殺菌目的及蒸煮包裝袋分類
殺菌的目的主要有兩個：
1、對有害細菌消滅徹底，滿足無菌的要求，如醫(yī)療用品的滅菌處理。
2、通過徹底滅菌后，在少加甚至不加防腐劑的情況下能抑制細菌滋生，延長內(nèi)容物的保質(zhì)期，使內(nèi)容物在常溫下能較長久的保持原來設(shè)計的風(fēng)味，如各種食品類高溫蒸煮產(chǎn)品。
耐高溫殺菌處理包裝袋按當(dāng)前國際上比較認可的分類如下：
1、可耐121℃的蒸煮袋，耐高溫時間30-60min不等。
2、可耐135℃的蒸煮袋，耐溫時間15-30min不等。
3、可耐145℃的超高溫蒸煮袋，目前為最高級別的蒸煮袋，耐溫時間5min以下。
現(xiàn)在國內(nèi)市場上普遍使用的是可耐121℃的高溫蒸煮袋，一般固態(tài)物質(zhì)比如肉類高溫蒸煮包裝還要滿足抽真空的要求。
二、高溫蒸煮袋對薄膜基材及化工材料要求
生產(chǎn)高溫蒸煮袋用的薄膜基材是滿足蒸煮條件的基礎(chǔ)，通常要根據(jù)高溫蒸煮袋的蒸煮條件和內(nèi)容物的特點來確定選用哪些基材、什么規(guī)格、組合順序，要用哪種類型油墨和膠水等。常用的薄膜基材有：BOPET 、B0PA、HDPE、RCPP、AL、共擠EVOH、共擠PVDC、共擠PE等；目前也有新型五層以上共擠膜如：PP／AC／EV0H／AC／PP、PP／AC／PA／EV0H／PA／AC／PP等；另外還有共聚尼龍MXD6、陶瓷蒸鍍膜如SiOxPET12um，多層共擠膜和陶瓷蒸鍍膜因技術(shù)工藝和價格因素的限制，當(dāng)前在高溫蒸煮袋上的應(yīng)用還不多見。
根據(jù)表層（或承印層）、阻隔層、熱封層的順序，可以組合復(fù)合包材的結(jié)構(gòu)，也有單層材料既做承印層也做阻隔層，所以包裝袋可以根據(jù)需要設(shè)計為兩層、三層、四層或更多層，比如:BOPET//RCPP、BOPA//RCPP 、BOPET//BOPA//RCPP、BOPET//A1//RCPP、BOPET//A1//BOPA//RCPP等。對于基材厚度通常選擇為：BOPET12um，BOPA15um， AL7um或AL9um，RCPP50um、RCPP70um、RCPP80um、RCPP100um等,對于阻隔層通常選擇BOPA和AL，根據(jù)實際需要也有選擇BOPA25um和AL12um的情況，大容量和特殊要求的高溫蒸煮袋所選擇的RCPP厚度也有超過100um的。液體包裝袋為克服RCPP不耐跌落的缺陷，一般會在膜內(nèi)添加助劑來增強其抗跌落性能。
高溫蒸煮包材選用的化工材料主要指油墨、膠水和溶劑。普通油墨不具耐高溫性，蒸煮后會離層，有些顏色會變化，耐高溫蒸煮油墨應(yīng)該是以雙組分反應(yīng)型聚氨酯為連結(jié)料的油墨，它的印刷附著牢度好，經(jīng)交聯(lián)固化反應(yīng)后，能耐高溫蒸煮，與膠水之間能形成很牢固的粘結(jié)力。同時，對于大面積的專色和白色圖案，還要選擇配套的油墨固化劑。選用油墨時要特別注意區(qū)分普通油墨、耐100℃以下水煮型油墨和耐121℃以上高溫蒸煮型油墨，以免誤用。膠水要選用耐高溫蒸煮級別的，通常認為至少是滿足121℃以上蒸煮要求，復(fù)合后必須具有很好的粘結(jié)牢度、高溫抗介質(zhì)性和耐熱性，目前最常用的是雙組分聚氨酯膠水。選用溶劑要和油墨、膠水能很好搭配，可滿足工藝要求，但不能影響油墨、膠水的耐高溫蒸煮性能。
三、高溫蒸煮袋對生產(chǎn)工藝的要求
為控制好高溫蒸煮產(chǎn)品的質(zhì)量，除了普通產(chǎn)品的生產(chǎn)要求之外，還要對個別地方提出特別要求，為清晰簡化，這里只簡單列出各工序的幾點注意事項。
1、印刷工序
實際生產(chǎn)中印刷工藝要注意的問題：
（1）高溫蒸煮袋的印刷基材最常用的是BOPET12um和BOPA15um兩種，選用基材的級別要高，質(zhì)量要有保證，包括電暈值達到52達因以上，并且電暈均勻；厚度均勻無荷葉邊、無異物污染等。高溫蒸煮的BOPA15um（包括復(fù)合用的）不同于普通袋，最好選用同步拉伸的，以此來保證各個方向同性，固定的縱向拉伸比和特殊的機械性能。
（2）根據(jù)油墨生產(chǎn)廠家的技術(shù)資料選用油墨，至少選用"R"級別油墨，高溫蒸煮油墨不同廠家的不可混用，與油墨配套使用的混合溶劑比例必須合適，并且有效成分的純度要達到99%以上。為達到衛(wèi)生要求，注意溶劑和油墨中均不含苯、甲苯、二甲苯、酮類或其它高沸點溶劑。要根據(jù)承印材料的特性和復(fù)合膜結(jié)構(gòu)選定適合的油墨，比如選用BOPA為承印層，個別顏色的油墨在蒸煮狀態(tài)下顏料可能會在BOPA上滲透，同樣對于只有承印層和熱封層兩層結(jié)構(gòu)的蒸煮袋，油墨也有在RCPP上滲透的可能，從而帶來對內(nèi)容物污染的風(fēng)險。
（3）需要大面積使用的專色和白色油墨要添加1%-3%的油墨固化劑，一定要根據(jù)油墨廠家提供的技術(shù)資料來確定添加量，不可過多或過少。墨盤中收回的剩余油墨，不論存放了多長時間，均不可再用于高溫蒸煮產(chǎn)品的印刷。
（4）使印刷料溶劑殘留量最低化，油墨附著牢度良好，一定要選定標(biāo)準的生產(chǎn)工藝參數(shù)，比如烘箱溫度、風(fēng)量和機器速度等，對于添加了油墨固化劑的大面積油墨，其烘箱溫度要比其他油墨高10-15℃。
（5）印后的BOPA膜一定要用有AL箔的復(fù)合膜包裹嚴實，防止受潮收縮和性能改變。
（6）添加了油墨固化劑的印刷料最好要復(fù)卷一遍，存放時間不要超過三天，即三天內(nèi)至少把印刷層復(fù)合完成。
2、復(fù)合工序
目前，高溫蒸煮袋主要使用干復(fù)工藝，此工序控制得如何是高溫蒸煮袋成敗的關(guān)鍵，生產(chǎn)中要注意以下問題：
（1）高溫蒸煮膠水的使用一定要按廠家的說明，比如配比、熟化的溫度和時間等，稀釋用的醋酸乙酯溶劑的純度要達到99%以上。
（2）各層材料的厚度要均勻，厚度偏差不超過7%，使用AL箔的產(chǎn)品，除了它的機械性能參數(shù)滿足外，AL箔表面要干燥，潔凈度一定要達到A級標(biāo)準，即用蒸餾水檢查時，要全部能被浸潤，并且針孔數(shù)要越少越好，使用前的存放時間不宜超過三個月。為增強復(fù)合牢度，復(fù)合在中間的BOPA要為雙面電暈，且電暈值均不低于50達因。
（3）膠水涂布要均勻，根據(jù)不同廠家和不同型號膠水的特性，干基量一般要在3.5-4.8g/m2,達到最低涂布量標(biāo)準的情況下，以左、中、右位置的涂布偏差不可超過0.3g/m2為基準。固化劑要按要求添加，如果干復(fù)的車間環(huán)境濕度超過了80%，要適當(dāng)增加固化劑的添加量，一般在原來的基礎(chǔ)上增加5%-10%，如果產(chǎn)品印刷圖案有較多的黃色、白色等淺色區(qū)域，生產(chǎn)時涂布量要比深色圖案設(shè)計增加0.3g/m2左右的涂布量，以防止蒸煮后出現(xiàn)明顯斑點。
（4）確定合適的機器加工工藝參數(shù)，特別是三節(jié)的烘箱溫度比生產(chǎn)普通產(chǎn)品都要高5-10℃，復(fù)合加熱輥溫度在70-80℃，復(fù)合壓力比同規(guī)格普通產(chǎn)品增加0.1-0.2MPa，根據(jù)機器性能機速控制在120m/min以下。收卷的初始張力和錐度的選擇根據(jù)材料類型和規(guī)格來確定，以收卷松緊度適中，卷膜不起皺為基準。
（5）熟化必須按不同型號的膠水要按廠家的使用要求去做，溫度和時間不可偏離要求太多，溫度偏差要在5℃以內(nèi)，時間偏差不可超過4小時，熟化時間不夠和超長均不可取。
（6）熟化后的材料要在室溫下正常冷卻12小時以上才可以分切制袋。
（7）復(fù)合高溫蒸煮膠水的選用必須與油墨和薄膜很好搭配，如果搭配不當(dāng)，會出現(xiàn)高溫蒸煮后離層的現(xiàn)象，所以批量生產(chǎn)之前，必須做好樣品試驗。
（8）根據(jù)膠水的特點可選擇每復(fù)合一層熟化12-24h，最后一層完成后再按膠水要求的熟化時間完成最終熟化。也可以多層一次性復(fù)合完成后進熟化室，按膠水要求的熟化時間完成最終熟化。分層熟化的優(yōu)點是質(zhì)量穩(wěn)定，減少復(fù)合起皺的影響；一次性完成的好處是生產(chǎn)效率高，且便于管理，但有起皺的質(zhì)量隱患。
3、制袋工序
一般來講制袋是高溫蒸煮袋的最后工序，要嚴格地控制和把關(guān)，否則會功虧一簣。制袋時要注意的問題如下：
（1）批量制袋之前，要做樣品試驗，確定了加工工藝參數(shù)，包括各段熱封刀的溫度、壓力和機器速度等，并且這些參數(shù)能保證蒸煮前后的熱封強度均能達到標(biāo)準。裝入等容量的內(nèi)容物在高溫蒸煮試驗機中做耐介質(zhì)的試驗，以此來確定材料結(jié)構(gòu)的符合性。
（2）保證制袋前的卷膜已充分冷卻，并且各層間的復(fù)合強度，卷膜的溶劑殘留等經(jīng)檢測后均已達標(biāo)，做了首件檢查項目的確認。
（3）制袋時熱封邊寬度不低于5mm。另外，為保證熱封合區(qū)域平整美觀，冷卻模具要保證足夠低的溫度，一般要在25℃以下。
（4）制袋過程中卷膜的適應(yīng)性評估要做充分，保證每次生產(chǎn)時走膜順暢，熱封狀況良好，制袋質(zhì)量穩(wěn)定。特別是RCPP做熱封層，容易造成袋子開口性不好，要防止開口不良造成袋子板結(jié)。
（5）因高溫蒸煮材料和工藝的特殊性，制袋過程中對高溫蒸煮產(chǎn)品的抽檢比例要適當(dāng)增加，以便能及早發(fā)現(xiàn)過程中的質(zhì)量異常，蒸煮試驗以一個生產(chǎn)班次做一次為宜，試驗方法要正確，模擬客戶的使用條件，即包入等容量同性質(zhì)的內(nèi)容物，按客戶的滅菌條件（主要是蒸煮溫度、時間、壓力，比如條件參數(shù)為121℃ 、40min、0.2-0.24MPa）進行耐高溫蒸煮性的檢測。
（6）根據(jù)袋子的尺寸和重量選擇合適的包裝數(shù)量，注意防護，防止對袋子機械損傷。
以上為制袋工序要注意的問題點，目前市場上也有高溫蒸煮型接吸管的直立袋和風(fēng)琴袋，控制的重點為管的材料要與袋子熱封層的材料配套，保證良好的封合效果，蒸煮后和使用過程中不至于滲漏。另外就是管和蓋的搭配，能保證蒸煮前后的密封性，根據(jù)材料的伸縮變化，要保證蒸煮后的開啟力矩不能變化太大，以保證開啟順暢但又能密封良好。
生產(chǎn)過程中，各個控制項目要按要求檢驗，這是驗證質(zhì)量是否符合標(biāo)準的基本措施，所以從原材料到成品完成整個過程，檢驗要嚴格進行，特別是驗證袋子功能的耐高溫蒸煮檢驗不可有絲毫馬虎。
四、高溫蒸煮袋如何適應(yīng)內(nèi)容物包裝及滅菌工藝的要求
高溫蒸煮袋最終要經(jīng)受住內(nèi)容物的包裝工藝及后續(xù)的滅菌工藝的考驗，所以這個條件對其影響很大。最終包裝和滅菌處理完成的成品，必須是袋面平整，包材本身無收縮起皺、起泡、無離層、無滲漏等現(xiàn)象。下面是要注意的重點：
1、根據(jù)內(nèi)容物的形態(tài)和性質(zhì)選用合適的材料和結(jié)構(gòu)，如固態(tài)、液態(tài)或固液混合態(tài)要選用不同的材料結(jié)構(gòu)，有骨頭、有刺的肉類內(nèi)容物高溫蒸煮前后均不能扎破袋子。如果內(nèi)容物的酸堿性有差別，也要根據(jù)需要調(diào)整袋子材料結(jié)構(gòu)和材料規(guī)格。
2、食品企業(yè)在批量使用蒸煮袋前，要對蒸煮袋性能通過模擬試驗來確認。因為內(nèi)容物的理化特性影響，在高溫下可能發(fā)生變化而產(chǎn)生新物質(zhì)，有可能在蒸煮袋層層之間滲透從而引起蒸煮袋包裝性能的下降。
3、選擇合適的包裝封口溫度使封口牢固，防止蒸煮過程中此處漏料，在冷卻過程中防止冷卻水中的細菌滲入污染。
4、如果不是抽真空包裝，要注意控制包裝內(nèi)殘留的氣體量，能做到比例適中，殘留量基本一致，不然在蒸煮過程即使有反壓，殘留氣體量多的袋子也會脹破。
5、確定穩(wěn)定的高溫滅菌工藝條件，比如按標(biāo)準蒸煮條件為121℃耐溫40min，制作蒸煮袋的各類材料在達到121℃時已到所能承受的極限，如果溫度和時間過多超出這個工藝條件，較難保證蒸煮袋的某些性能不受破壞，如淺色油墨變色，復(fù)合強度嚴重衰減，熱封強度降低等。
6、注意材料變化對包裝物的影響，比如蒸煮后的RCPP變硬，材料中的添加劑析出等，評估蒸煮后和蒸煮前的物理性能變化的影響，還要注意對內(nèi)容物衛(wèi)生性的影響。
7、防止倉儲和運輸過程中發(fā)生的破包漏氣，尤其是抽真空的蒸煮袋。一般蒸煮后的RCPP會變硬，抽真空的折痕處易發(fā)生漏氣問題，這需要從選材和工藝上加以解決。
8、對于高溫蒸煮袋包裝的產(chǎn)品忌粗暴搬運、裝卸，同時貯存于清潔、干燥、通風(fēng)、陰涼的地方，不可靠熱源太近，這樣可以盡可能保證包裝袋和內(nèi)容物的理化性能穩(wěn)定。在貯藏和銷售過程中發(fā)現(xiàn)脹包和滲漏的產(chǎn)品禁止出售和食用。如果在銷售環(huán)節(jié)出現(xiàn)較多不良狀況，將嚴重影響產(chǎn)品的形象，甚至有可能會毀滅一個品牌，使用高溫蒸煮袋的企業(yè)要做好充分評估。
9、經(jīng)過高溫蒸煮的內(nèi)容物和袋子要確定合理的保質(zhì)期，如熟肉制品具有豐富的蛋白質(zhì)，微生物十分容易繁殖，而且肉制品中的脂肪在貯存中易氧化變質(zhì)，一般保質(zhì)期都在一年以內(nèi)，即使有AL膜的結(jié)構(gòu)也不宜超過24個月。況且，經(jīng)過高溫蒸煮時，包材中某些添加劑在高溫條件下會加快游離到表面，如塑料薄膜中添加的開口劑、抗靜電劑、爽滑劑等會慢慢滲出，同時有慢慢污染食品的風(fēng)險，并且塑料產(chǎn)品都會有逐步老化的過程，會不斷影響袋子性能，因此不宜長時間存放。
盡管根據(jù)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，理論上可以根據(jù)其透濕、透氧數(shù)據(jù)和老化時間來計算內(nèi)容物保質(zhì)期，理論保質(zhì)期可以是兩年甚至五年以上，但實際應(yīng)用中不確定因素太多，鑒于復(fù)合材料本身的特點及內(nèi)容物性質(zhì)的不確定性，保質(zhì)期不能只依賴包材的透濕、透氧數(shù)據(jù)和密封性來判定，因此高溫蒸煮食品確定兩年以上的保質(zhì)期是缺乏事實依據(jù)的。
10、不可忽視特殊要求，如500ml以上風(fēng)琴邊封高溫蒸煮輸液袋客戶標(biāo)準要求必須滿足1.8m高自然跌落無破袋的情況，這時就不能按國家標(biāo)準來生搬硬套，只有通過增加材料厚度或在熱封層添加抗跌破的助劑來滿足這種要求。
以上分析了高溫蒸煮袋在生產(chǎn)和使用過程中要注意的問題，不同于普通袋的地方在于：高溫蒸煮袋不但在蒸煮前要滿足標(biāo)準，蒸煮后和保質(zhì)期內(nèi)也要在外觀、功能和衛(wèi)生性等方面滿足使用的要求，這個實際要求甚至?xí)h遠高于高溫蒸煮袋的某項國家標(biāo)準。
五、高溫蒸煮包材結(jié)構(gòu)設(shè)計需要綜合考慮
包材是否滿足要求，包材使用者和生產(chǎn)者都非常關(guān)注。尤其是使用者，一定要考慮包裝的內(nèi)容物是哪一種性質(zhì)的物品，包裝的容量是多少，包裝好后要經(jīng)受什么樣的蒸煮滅菌條件，保存在什么樣的環(huán)境中，要求多長的保質(zhì)期等。不同內(nèi)容物的要求，對蒸煮袋質(zhì)量的要求就不同，對材料結(jié)構(gòu)的組合、膠粘劑和油墨的選擇也不同，生產(chǎn)工藝控制也會有差異，同樣也就會有成本的不同。
確定使用哪種結(jié)構(gòu)之前，一定要做充分的評估，比如同樣是150g容量、同樣規(guī)格尺寸的高溫蒸煮板栗復(fù)合直立袋，其結(jié)構(gòu)可以是PET12um//AL7um//RCPP70um，也可以是PET12um //AL7um //BOPA15um//CPP70um，究竟選用哪一種，要根據(jù)使用者的具體要求來確定，選擇有BOPA15 um的結(jié)構(gòu)，袋子會有較好的封合強度，有較好的耐穿刺、耐擠壓、防滲漏和抗跌破的性能，同時阻隔性能更強一些，適合長途運輸、多次搬運周轉(zhuǎn)和遠距離銷售（如出口到國外）。如果以上兩種結(jié)構(gòu)都能滿足其功能要求，價格可能就是要考慮的重點了，肯定會取消BOPA15um的使用。
另外，有印刷的高溫蒸煮袋，盡量不要選擇PET //RCPP或BOPA//RCPP兩層結(jié)構(gòu)，因在高溫蒸煮狀態(tài)下油墨顏料會在RCPP內(nèi)加速滲透，會對內(nèi)容物造成污染，為防止此風(fēng)險，就需要在RCPP前加一層適當(dāng)厚度的AL箔。確定結(jié)構(gòu)后，就需要生產(chǎn)者嚴格選材，嚴格按工藝要求生產(chǎn)，保證高溫蒸煮袋的安全使用是生產(chǎn)者和使用者雙方的共同責(zé)任。
來源中夏軟包裝
