食品安全与包装材料的阻隔性

BarrierPropertyofFlexiblePackagingandItsImpactonFoodSafety软塑包装材料的阻隔性与食品安全DanbellEquipmentMay2007FunctionsforModernPackaging现代包装的功能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阻隔性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PackagingMaterialandFoodSafety包装材料与食品安全CompatibilityofPackagingMaterialandFoodProduct.包装材料与产品相容性Migrationofresidualchemicalsinpolymer残余化学物从包材致食品的迁移BarrierPropertiesofPackagingMaterials包装材料的阻隔性PackageIntegrity包装的完整密封性Compatibility包装材料与产品相容性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Migration残余化学物从包材致食品的迁移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0.5ppb(μg/kg)(MethodsandapproachesusedbyFDAtoevaluatethesafetyoffoodpackagingmaterials)BarrierProperties阻隔性在包装中的重要性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,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PackageIntegrity包装的完整密封性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;瓶装酸奶材料的阻隔性与渗透渗透------肉眼看不见的过程所有的塑料都有渗透性Permeationisimpactedby……影响阻隔性的因素……Environment:环境temperature温度relativehumidity湿度Materialitself:材料本身FickianbehaviororNon-Fickian线性或非线性材料MaterialProperties结晶度,分子间吸引力,添加剂,样品厚度影响阻隔性的因素-----温度温度每升高1C,渗透率增加5to7%-----同样材料的渗透率在热带地区与寒带地区会不一样Temperature(C)PermeationRate(g/m2-day)影响阻隔性的因素----湿度-----某些材料的阻隔性在潮湿环境与干燥环境会不一样EVOHDrivingForce,orConcentrationEffect渗透物的推动力或浓度对不同材料的影响的影响F(x)=-D(dc/dx)ForFickianmaterials(orthosethatobeyFick’sLaw),permeationislinearwithconcentrationforallconcentrationranges.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)Factorsinfluencingpermeationandtransportproperties影响渗透和传递的材料因素EffectoftheactualchemicalsubstituentonthepolymerbackboneThedegreeofpacking,crystallinity,andorientationofthemolecularchains.Thesusceptibilitytomoistureandotherpossibleinteractantswiththechains.Thenatureofthepolymersurfacecontactingthepermeant.Additivesusedinmanufacturingormodifyingthepolymer.Thickness,multiplelayers[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……]POLYMERSTRUCTUREOXYGENPERMEATION*COMMENTSPolyethylene480Lowpolarity,verylittlecohesionbetweenchainsPolypropylene150Chainsarealittlestiffer,butverylittlecohesionorattractionPoly(methylmethacrylate)17Chainsaremuchstifferduetosterichindrances;polarityresultsinchain-to-chainattractionsuperiortohydrocarbonpolymersPoly(vinylchloride)8Chain-to-chainattractionveryhighduetochlorineelectrons;movementofchainsrestricted高分子主链上的取代基大=阻隔性高H2CCHCOOCH3H2CCHClH2CCHCH3H2CCH2*cc-mil/100in2-day-atm结晶度高=阻隔性高Closepackingand/orhighcrystallinityresultsinlowfreevolumeandbetterbarrier.Orientationresultsinbetterbarrierbycreatingamoretortuousdiffusionpath.POLYMERMORPHOLOGYO2PERMEATION*COMMENTSPET(poly(ethyleneterephlate))10%crystalline10.0PET50%crystalline5.0HighercrystallinityreducestheavailablesitesforpermeationPET50%crystallineandoriented3.0Crystallinityandorientationproducesmoretortuouspathforpermeation*cc-mil/100in2-day-atmThesusceptibilitytomoistureandotherpossibleinteractantswiththechains对水的敏感性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(PET)0.0010.010.1110050100RH(%)OTR(cc/100in2-day)Nylon6SELARNylonMXD630%EVOHSELAROHPlus44%EVOHAdditivesusedinmanufacturingormodifyingthepolymer添加物用于高分子的加工和改性PVCPoly(vinylchloride)MaterialstatePure,rigidPVCPlasticized,softPVCO2Permeationrate(cc-mil/100in2-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Thickness(厚度)Typicallythetransmissionrateisinverselyproportionaltothethicknessofthematerialthicknesspermeationrate厚度上升，渗透下降阻隔性测试方法比较透氧压差法等压法（库仑电量法）透湿杯式法电解法传感器法（湿度传感器、红外传感器）透氧率的检测方法和标准方法标准压差法ISO15105-1:2003(E)DIN53536ASTM1434-82电量法(库仑电量法)(MOCON专利）ISO15105-2:2003(E)ASTMD3985ASTMF-1927DIN53380JISK-7126ISO14663-2ASTMF-1307packages压差法可以测定多种气体测试条件难以控制相对湿度饱和盐溶液真空室与实际应用环境不同改变材料本身的性能结构裂纹针孔材料变薄透气面积增大局限性不能检测包装件精度低1.0ml/24h.1atm或0.5ml/24h.1atm偏差大，高达15%-20%不可溯源库仑电量法只测试氧气，排除干扰，测试精度非常高0.005cc/m2/24h.1atm，灵敏度是传统仪器的近百倍。真正的绝对值传感器，无需校准精确控制测试条件温度、相对湿度、时间等不改变材料本身性能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重复性好可NIST溯源透湿率的检测方法和标准方法标准杯式法/重量法ASTME-96TAPPIT-464JISZ-0208传感器法湿度传感器法ISO15106-1:2003(E)红外传感器法(MOCON专利）ISO15106-2:2003(E)ASTMF-1249TAPPIT-557JISK-7129电解传感器法ISO15106-3:2003(E)杯式法/称重法优点–操作简单、实验成本低、硬件要求低、仪器设备价格低廉缺点–操作人员因素（计算和设定）、重复性差、可靠性差（温度和相对湿度控制）、测量时间长、精度低适用范围–低阻隔性材料ISO国际标准已经淘汰这个方法电解法需要先用吸湿剂来吸收水蒸气，再通过电极电解水蒸气，再根据电解电流来判断。这样对水蒸气进行了二次处理过程，吸湿剂的效率、电极的损耗都会影响测试的精度，累积误差大。电解槽需要定期再生，可能还需要寄回原厂，费时费力。湿度传感器法结构简单，设备价格相对较低传感器本身局限性，检测精度一般只能到0.1%湿度传感器的输出受温度波动影响很大未被国际标准广泛采用（适用标准少）红外法红外传感器，被公认为世界上最精确的透湿测试方法在测试过程中，只是检测红外能量的损失，水蒸气不经过任何处理，不存在其它误差因素的干扰。精确控制温度和相对湿度双压力法生成相对湿度条件，安全无腐蚀性测量时间短精度高，0.005–100g/m2/day干扰因素少可靠性高重复性好，可NIST溯源CaseStudies---FoodSafetyApplication阻隔性与食品安全应用举例食品变质的原因与阻隔材料选择?氧化……解决办法-----氧气阻隔材料,例如PET,PVDC,Nylon,EVOH受潮,发霉…….解决办法-----水汽阻隔材料,例如PP,PE氧化,受潮……解决办法-----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--------复合材料,例如PP/Nylon/Al/PE其它方法包装内加除氧剂,除湿剂;真空包装,充氮包装,气调包装应用举例:袋装美式火腿官司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…应用举例:袋装美式火腿官司被包装产品:美式火腿------