第五章_包装工艺与技术(1)

1第四章包装技术与工艺2包装材料与包装容器统称为包装品，它与产品“结合”在一起构成包装件，而这种结合的过程叫做包装工艺过程。工艺是人类在生产劳动中积累起来并经过总结的操作技术经验，包装技术与工艺（包装工艺学）主要是研究包装工艺过程中具有共同性的规律，它是包装工程的重要基础之一。3包装工艺学所要解决的问题有三个：第一，保证实现包装的功能。第二，提高劳动生产率。第三，提高包装经济效益。简单地说，研究包装工艺的目的就是要得到优质、高产、经济的包装件。4包装技术（工艺）是指实现包装功能的技术方法，大体上包括两大类：专用包装技术（达到保护目的的技术方法）通用包装技术（实现包装操作的技术方法）。本课程将简要介绍生产中常用的包装技术方法。5第一节专用包装技术防霉腐包装技术防潮包装技术无菌包装技术与工艺防氧包装技术防锈包装技术缓冲包装技术（运输包装）防静电包装技术保鲜包装技术限于篇幅，本课程主要介绍三种典型的包装技术。6一、防霉腐包装技术被包装物的霉变和腐败简称为霉腐。防霉腐包装技术就是在充分了解霉腐微生物的营养特性和生活习性的情况下，采取相应的措施使被包装物品处在能抑制霉腐微生物滋长的特定条件下，延长被包装物品质量保持期限。7产生霉腐的原因：某种物品发生霉腐，首先是因为该物品感染上了霉腐微生物，这是物品霉腐的必要条件之一。其次是因为该物品含有霉腐微生物生长繁殖所需的营养物质，这些营养物质能提供给霉腐微生物所需的生长条件（包括碳源、氮源、水、无机盐、能量等）。第三是有适合霉腐微生物生长繁殖的环境条件，如温度、湿度、空气等，这是物品霉腐的外界因素。防霉腐包装技术就是从技术上杜绝上述三个产生霉腐的源头。8（一）化学药剂防霉腐包装技术是指使用防霉防腐化学药剂将待包装物品、包装材料进行适当处理的包装技术。防霉防腐剂的杀菌机理：使菌体蛋白质凝固、沉淀、变性；用防霉防腐剂与菌体酶系统结合，影响菌体代谢；用防霉防腐剂降低菌体表面张力，增加细胞膜的通透性而发生细胞破裂或溶解。9（二）气相防霉腐包装技术是指使用具有挥发性的防霉防腐剂，利用其挥发产生的气体直接与霉腐微生物接触，达到杀死、抑制其生长，防止商品霉腐的目的。气相防霉腐剂有多聚甲醛防霉腐剂和用于日用工业品的环氧乙烷防霉腐剂。10（三）气调防霉腐包装技术气调防霉腐包装就是在密封包装的条件下，通过改变包装内空气组成成分，以降低氧的浓度，造成低氧环境来抑制霉腐微生物的生命活动与生物性商品的呼吸强度，从而达到对被包装商品防霉腐的目的。这也是气调防霉腐包装的原理。气调防霉腐包装所充的气体主要是二氧化碳和氮气。11（四）干燥防霉腐包装技术微生物生活环境缺乏水分即造成干燥，在干燥的条件下，霉菌不能繁殖，商品也不会腐烂。干燥防霉腐包装技术是通过降低密封包装内的水分与商品本身的含水，使霉腐微生物得不到生长繁殖所需水分来达到防霉腐目的。可通过在密封的包装内置放一定量的干燥剂来吸收包装内的水分，使内装商品的含水量降到其允许含水量以下。12（五）电离辐射防霉腐包装技术能量通过空间传递称为辐射，射线使被照射的物质产生电离作用，称为电离辐射。电离辐射的直接作用是当辐射线通过微生物时能使微生物内部成分分解而引起诱变或死亡。电离辐射防霉腐包装目前主要应用β射线与γ射线，商品包装经过电离辐射后即完成清毒灭菌，配合冷藏，能延长保存期。13（六）紫外线、微波、远红外线和高频电场处理紫外线是日光杀菌的主要因素。但其穿透力很弱，所以只能杀死商品表面的霉腐微生物。此外，含有脂肪或蛋白质的食品不宜用紫外线照射杀菌。紫外线一般用来处理包装容器（或材料）以及非食品类的被包装物品。14微波的杀菌机理是微生物吸收微波能量后，一方面转变为热量而杀菌，另一方面菌体的水分和脂肪等物质受到微波的作用，其分子间发生振动摩擦而使细胞内部受损而产生热能，促使菌体死亡。微波产生的热能在内部，所以热能利用率高，加热时间短，加热均匀。远红外线的作用与微波相似。高频电场的杀菌机理是含水分高的商品和微生物能“吸收”高频电能转变为热能而杀菌。只要商品和商品上的微生物有足够的水分，同时又有一定强度的高频电场，消毒瞬间即可完成。15二、无菌包装技术与工艺（一）无菌包装工艺的定义无菌包装是灭菌包装的一种类型。经过灭菌的食品（饮料、奶制品）在无菌环境中包装，封闭在经过杀菌的容器中，以期在不加防腐剂、不经冷藏条件下得到较长的货架寿命。也可以简单的说，无菌包装是先灭菌后包装，非无菌包装是先包装后灭菌或者只包装不灭菌。16（二）无菌包装工艺的特点（1）食品经过短时间高温灭菌或巴氏灭菌，不会破坏食品的营养成分，对食品的质量没有影响。（2）包装后食品可以在常温下进行保存和运输，降低了流通成本，而且延长了食品的保存寿命；（3）无菌包装对包装材料的限制小，能使用多种包装材料。17无菌包装的缺点：（1）很难用于流动性差的高粘度包装物品；（2）设备复杂，规模较大，造价高，因此起始成本高；（3）对操作管理要求十分严格，一旦发生污染，整批产品就要全部报废。18（三）无菌包装的灭菌方法一条完整的无菌包装生产线包括物料（食品）杀菌系统，无菌包装机，包装材料或包装物的供应及杀菌系统，自动清洗系统，设备预杀菌系统，无菌环境保持系统及自动控制系统等。物料杀菌到目前为止主要采用热力杀菌。根据物料的粘度、热敏性能及生产规模可分别采用板式，管式（盘管式或列管式），刮板式或混合式换热器。包装材料或包装容器的杀菌：是无菌冷灌装生产工艺中最关键的一步，目前主要采用化学药物杀菌，但杀菌后要彻底清洗及干燥，把化学残留物减至最低限度（1PPM）。19克朗斯无菌灌装简介20三、缓冲及防震（运输包装）技术（一）定义包装件在运输流通过程中，要经历运输、装卸、搬运和仓储等环节，在这些环节中可能因冲击和震动对产品带来危害。缓冲及防震包装就是就是要确保产品在运输过程中不致因冲击和震动而破损，从而产生经济和功能上的损失。运输包装（又称包装动力学，因其主要研究的是包装力学问题而得名）就是一门研究商品包装在动态载荷下的运动规律、损坏形式及其保护的科学。运输包装的研究，为揭示商品包装在流通环境中运动规律，合理进行包装结构设计、保护商品、减少包装损失提供理论依据，是包装工程学科的一个重要组成部分。2122（二）产品的脆值1.产品脆值脆值的含义是产品经受振动和冲击时用以表示其强度的定量指标。此值表示产品对外力的承受能力，一般用重力加速度的倍数G来表示。G值愈大，表示产品对外力的承受能力愈强，在设计防振包装时，可以选择刚度大些的材料；反之，则意味着产品对外力的承受能力愈差。因此，在不影响产品性能的条件下，提高产品的脆值，可以简化防振包装，节约缓冲材料，减少劳动量，降低包装成本。目前，常以产品破损前的临界加速度与g（重力加速度）的比值Gc作为产品的脆值。232.破损的定义破损是指产品物理的或功能的损伤，一般认为，由于运输、装卸和贮存不当而使产品丧失了合格品质量指标之一的就叫破损。由于损坏的性质和程度的不同，破损可分为以下三种：(1)失效。又叫严重破损，指产品已经丧失使用功能而且不可逆转，其不可恢复；(2)失灵。这是轻微破损，指产品功能虽已丧失，但可以恢复。(3)商业性破损。主要指不影响产品使用功能而仅在外观上造成的破损。虽可使用，但商品的价值降低了。24我们注意到，不同的产品表现出不同的破损特性：乒乓球落在水泥地面会弹跳，而玻璃杯却破碎了；同样一只玻璃杯，跌落高度不同破损结果不同；同样的跌落高度，空载的杯和满载的杯，破损情况也不相同；同样是空载，跌落姿态不一样，结果又不相同；有缓冲防护和没有缓冲防护，破损结果也不相同。25这些例子可以说明：包装产品的破损，一方面受其固有属性(材质、结构、比重等)的支配，一方面又受外部环境、工况的影响。包装产品这种受内外因素影响而产生破损的特性，称为产品的易损性；脆值是定量描述这种特性的量值，所以脆值又称作易损度。263．许用脆值许用脆值的定义是：根据产品的脆值，考虑到产品的价值、强度偏差、重要程度等而规定的产品的许用最大加速度值，以[G]表示。我们有：[G]＝Gc/nnln称为安全系数。安全系数的选择涉及到正确处理安全性与经济性的关系。274．最大加速度产品在受到任何冲击(比如跌落)时，不论冲击强弱，在整个冲击过程中，都有一个最大加速度。最大加速度依赖于h。h相同时，传递到产品上的最大加速度还与所选的缓冲材料的力学特性有关。因此，最大加速度不是常数。以Gm来代表最大加速度与g的比值。Gm决定于冲击速度、缓冲材料和产品重量等。而Gc决定于产品，产品一定，在同一方向上的脆值一般相同。缓冲包装设计中要求：Gm≤[G]＝Gc/n28（三）缓冲系数及基本缓冲包装形式若定义：C=σ/EC为缓冲系数，其中σ为应力，E为材料变形时吸收的能量；而最大应力σm＝WGm/A；其中W为产品质量，A为缓冲承载面积，G为加速度；则有缓冲材料的厚度计算公式：T＝CH/Gm式中H－跌落高度，Gm－产品的脆值（易损度）这是进行缓冲计算的两个基本公式。29常见的缓冲包装形式30缓冲包装的种类(1)全面缓冲包装全面缓冲包装是在内装物和外包装之间全部用缓冲材料填满固定，对产品进行全面保护的方法。(2)部分缓冲包装对于整体性好的产品和有内包装的产品，只需在产品或内包装的拐角或局部地方使用缓冲材料进行衬垫，而无衬垫处无需缓冲材料，这种方法叫做部分缓冲包装。它既能得到较好的效果，又能降低包装成本，适合于包装大批量成批生产的产品，如电冰箱、电视机、洗衣机、热水器等家电产品，精密仪器、仪表等，应用非常广泛。(3)悬浮式缓冲包装这是将产品或内装物用弹簧悬挂于刚性外包装容器中，包装物呈现悬浮状，不与四壁接触，弹簧起着阻尼器的作用。这种包装方法适用于缓冲要求较高的产品，如精密仪器、仪表、机电设备等。31（四）缓冲材料的性能评价冲击能量的吸收性振动能量的吸收性回弹性蠕变性温度稳定性湿度稳定性耐破损性化学稳定性物理相容性32（五）缓冲包装的五步设计方法确定产品的流通条件（冲击振动情况）确定产品的力学特性（G值及其他特性）选择缓冲材料（选材，缓冲系数C及其特性曲线）缓冲衬垫的设计（厚度H、面积A及结构，校核）包装材料试验（在规定条件下进行试验）（六）防振包装设计防振设计的目的：调节包装件的固有频率，并且通过选择恰当的阻尼材料，把包装系统对振动的传递率控制在预定的范围内。防振设计的原理：通过改变衬垫的材质、密度和几何尺寸来控制包装系统的振动传递率，避免发生共振。34思考题试从本章第一部分的叙述中总结出包装技术的一般方法。