Предотвращение передачи запаха в небольших упаковках: материалы и процесс

Перенос запаха — один из самых недооцененных недостатков качества упаковки малого формата. Пакетик кофе, который вбирает в себя рыбные нотки, пакетик протеинового порошка, пахнущий печатной краской, или упаковка специй, загрязняющая соседние продукты на полке — эти неудачи имеют общую причину: выбранная упаковочная пленка не может адекватно удерживать летучие молекулы, движущиеся в любом направлении. Решение проблемы требует решения как материалов, так и процесса, потому что даже технически превосходная пленка будет способствовать миграции запаха, если ламинирование, герметизация или отверждение чернил плохо контролируются.

Почему маленькие упаковки особенно уязвимы

Размер упаковки и характеристики запаха обратно пропорциональны. В небольшом мешочке есть высокое соотношение площади поверхности к объему Это означает, что большая часть продукта находится в непосредственной близости от стенки пленки. Даже низкий уровень проникновения летучих соединений, измеряемый в нанограммах на квадратный сантиметр, становится органолептически значимым, когда свободное пространство ограничено.

В небольшом гибком пакете одновременно действуют три пути миграции:

• Проникновение через пленочную стенку — летучие молекулы растворяются на внешней поверхности пленки, диффундируют через полимерную матрицу и десорбируются на внутренней поверхности в свободное пространство.
• Остаточные газы — растворители и мономеры, попавшие в слои краски или клеевые линии, медленно высвобождаются внутрь упаковки после запечатывания.
• Скальпинг — пленка поглощает ароматические соединения из самого продукта, лишая его предполагаемого ароматического профиля до того, как он достигнет потребителя.

Эффективное управление запахом должно блокировать все три пути, а не только самый очевидный.

Пленочные материалы: соответствие барьерной химии потребностям продукта

Ни одна смола не может решить каждую проблему запаха. Следующие материалы являются основными инструментами, доступными инженерам по упаковке, каждый из которых имеет свои преимущества и ограничения:

EVOH (Этиленвиниловый спирт)

EVOH обеспечивает исключительную устойчивость к кислороду и ароматическим летучим соединениям благодаря своей плотно упорядоченной кристаллической структуре с водородными связями. В сухих условиях он превосходит почти любой другой гибкий полимер с точки зрения газонепроницаемости. Его ограничением является чувствительность к влаге: во влажной среде молекулы воды разрушают сеть водородных связей и ухудшают характеристики барьера. По этой причине EVOH всегда находится между влагостойкими слоями — обычно PA (нейлон) снаружи и PE на уплотнительной поверхности — в соэкструдированной или ламинированной структуре. Этот многоуровневый подход, распространенный в вакуумные упаковочные пленки для свежего мяса, морепродуктов и сыра надежно удерживает ароматы продуктов, предотвращая проникновение посторонних запахов.

Металлизированные пленки (ВМПЭТ, ВМКПП)

Алюминий, нанесенный в вакууме на подложку из ПЭТ или CPP, создает почти непроницаемый неорганический слой с превосходными ароматическими и газобарьерными свойствами. VMPET с толщиной осаждения, эквивалентной OTR ниже 1 см³/м²·день·бар, считается эффективно непроницаемым для запаха для большинства применений. Металлизированные пленки – это значительно дешевле, чем ламинаты из алюминиевой фольги и широко используются для упаковок для закусок, пакетиков для кофе и пакетов с сухим порошком, где требуются как полная непрозрачность, так и высокая барьерность.

Полиамид (ПА/Нейлон)

Ориентированный нейлон (БОПА) обеспечивает хорошую устойчивость к проколам, превосходные характеристики при изгибе и трещинам, а также умеренный барьер для кислорода и ароматов. Это стандартный компонент в ламинированных конструкциях для мяса и морепродуктов, где необходимы как устойчивость к физическому воздействию, так и газовый барьер. Сам по себе ПА не может сравниться по эффективности блокирования запахов с EVOH или металлизированными пленками; он наиболее эффективен в качестве структурного слоя внутри композита.

Пленки с покрытием ПВДХ (КПЭТ, ОПП с сарановым покрытием)

Покрытия из поливинилиденхлорида на подложках из ПЭТ или ОПП обеспечивают превосходную защиту от газа, влаги и пара в одноэтапном процессе нанесения покрытия. КПЕТ, в частности, является хорошим выбором для галантерейные и сильноароматические продукты например, пакетики со специями и ароматизаторами, где защита соседних продуктов от загрязнения запахами так же важна, как и сохранение собственного ароматического профиля продукта.

В таблице ниже кратко сравниваются основные эксплуатационные характеристики этих материалов:

Средства управления процессом, определяющие реальную эффективность запахов

Определение правильной структуры пленки необходимо, но недостаточно. Технологические решения на каждом этапе процесса переработки и наполнения напрямую определяют, реализуется ли барьер на практике.

Остатки чернил и растворителей клея

Остаточные растворители красок для глубокой печати и клеев для сухого ламинирования являются одной из основных причин жалоб на неприятный запах в гибкой упаковке. Особую проблему представляют этилацетат, толуол и бутилацетат: они достаточно летучи, чтобы мигрировать через швы и проникать в свободное пространство после запечатывания упаковки. Отраслевые ориентиры обычно нацелены общее количество остаточных растворителей ниже 5 мг/м² , при этом концентрация отдельных растворителей, таких как толуол, не превышает 1 мг/м². Достижение этих уровней требует адекватной туннельной сушки после каждого прохода печати, контролируемого натяжения намотки, чтобы обеспечить выделение остаточных газов, и достаточного времени отверждения после ламинирования, прежде чем катушка будет разрезана и запечатана.

Целостность ламинирования

Расслоение — даже на микроскопическом уровне вдоль края уплотнения — создает непреднамеренные каналы проникновения, которые полностью обходят барьерный слой. Испытание на прочность соединения (обычно усилие отрыва в Н/15 мм) следует проводить не только на свежих рулонах, но и после термического старения, чтобы имитировать хранение на складе. Соединение, которое проходит в свежем виде, но разрушается при 40 °C и относительной влажности 75 % через две недели. указывает на проблему совместимости клейкой пленки, которая проявится в виде неприятных запахов в полевых условиях.

Качество термосварки

Уплотнение является наиболее частым местом утечки запаха в небольшом пакете. Недостаточная температура уплотнения, давление или время выдержки приводят к образованию микроканалов, невидимых невооруженным глазом, но обнаруживаемых с помощью газохроматографического анализа свободного пространства. Загрязнение уплотнительной поверхности — пылью продукта, конденсатом или противозапотевающими покрытиями — также нарушает целостность. Качество уплотнения должно быть проверено с использованием сочетания испытаний на разрыв, испытания на проникновение красителя и, где это возможно, систем онлайн-визуального контроля, способных обнаруживать отклонение ширины уплотнения на ±0,3 мм.

Выбор подложки пленки для печати

Выбор носителя для печати влияет на уровень остаточного растворителя не всегда интуитивно понятным образом. БОПП поглощает растворитель легче, чем ПЭТ или нейлон, а это означает, что структура внешнего слоя БОПП требует более длительных периодов сушки для достижения эквивалентных остаточных уровней. Для структур, сочетающих внешний БОПП-слой с высокобарьерным внутренним слоем, остаточным растворителям некуда мигрировать во время отверждения — они концентрируются на границе раздела и в конечном итоге диффундируют внутрь. Замена внешнего слоя на ПЭТ в чувствительных к запаху продуктах часто решает проблему стойкого неприятного запаха, не требуя изменения характеристик барьерного слоя.

Протоколы испытаний для проверки сдерживания запаха перед запуском

Характеристики запаха должны быть проверены с помощью структурированной программы испытаний, прежде чем структура упаковки будет одобрена для производства. Следующие методы охватывают основные виды отказов:

• Анализ методом парофазной ГХ-МС — идентифицирует и количественно определяет отдельные летучие соединения внутри герметичной упаковки, как в результате внешнего проникновения, так и в результате внутреннего выделения газов. Это золотой стандарт диагностики источника жалоб на запах.
• Сенсорная панельная оценка — обученные эксперты оценивают порог запаха открытых упаковок в контролируемых условиях. Требуется для применений, контактирующих с пищевыми продуктами, где необходимо продемонстрировать соответствие нормативным требованиям Регламента ЕС 10/2011 или FDA 21 CFR.
• Измерение OTR и WVTR — скорость проникновения кислорода и скорость проникновения водяного пара, измеренные в соответствии с ASTM F1927 и ASTM F1249 соответственно, предоставляют фундаментальные данные о проницаемости, необходимые для моделирования показателей срока годности.
• Миграционное тестирование — ускоренные испытания при хранении при повышенной температуре и влажности подтверждают, что летучие соединения не мигрируют из компонентов пленки в продукт в количествах, которые могут повлиять на вкус или безопасность.
• Моделирование перекрестного загрязнения — продукты из соседних артикулов хранятся вместе в реалистичных розничных условиях, чтобы количественно оценить риск распространения запаха через внешнюю поверхность упаковки.

Проведение этих испытаний на этапе проявки пленки, а не после того, как инструменты вырезаны и началось производство, является наиболее экономичным способом избежать жалоб на местах. Наш решения для упаковочной пленки разработаны с учетом этих требований по проверке, встроенных в процесс квалификации материалов, предоставляя клиентам данные OTR, WVTR и остаточных растворителей, необходимые для ускорения утверждения.