国家发布了与食品直接接触的或预期与食品接触的食品包装容器及材料的分类(详见GB/T 23509—2009《食品包装容器及材料 分类》),包括塑料包装容器及材料、纸包装容器及材料、玻璃包装容器、陶瓷包装容器、金属容器及材料、复合容器及材料、其他容器。由于焙烤食品的成分组成、软硬、脆度、形状、大小等不同,种类很多,应根据各自的不同特性,选择合适的包装形式和材料。焙烤食品主要采用的包装形式和包装材料见表6-4。
表6-4 焙烤食品主要采用的包装形式和包装材料
包装材料有很多种,主要有三类。
(3)塑料等化学合成材料。
关于包装材料的论述很多,这里主要介绍广泛用于焙烤食品散体包装和内包装的塑料类和纸类包装材料。
塑料类包装材料是一种热塑性物质,具有耐热性差、能燃烧、能透过气体、耐光性差等缺点,与其他包装材料相比,具有质量轻、强度大、透明性好、成型加工容易等优点,是现在主要使用的一大类包装材料,主要特点见表6-5。
表6-5 主要塑料类包装材料的特点
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注:O为拉伸。
表6-5所示塑料类包装材料的性质是按焙烤食品包装的适应性来划分的,说明用来包装焙烤食品的优缺点。赛璐玢类不能说是一种塑料,但因与塑料应用的目的相同而被广泛使用,所以列入上表。另外,为了比较起见,金属材料的铝箔/聚乙烯也一起列入。表中所列只是各种材料的特性,后边要讲的复合材料、涂膜等,材料性能将有很大改善。下面对上表做一些补充说明。
1. 聚乙烯
乙烯聚合时的方式不同,可以得到三种性质不同的聚乙烯,分别为低密度(高压法)聚乙烯、中密度(中压法)聚乙烯和高密度(低压法)聚乙烯。中密度聚乙烯的性质和高密度聚乙烯相近,低密度聚乙烯软,高密度聚乙烯硬度大。如表6-5所示,聚乙烯通气性好,耐油性差,不适于含油量高或长期保存的焙烤食品包装。
2. 聚丙烯
因为透气性大,多用于生鲜蔬菜、水果等的包装。
生产时根据可塑剂添加量的不同,分为软质(主要用于薄膜)和硬质(主要用于成型容器)。由硬质聚氯乙烯制成的容器能用于糖果等的颗粒包装。需要注意的是软质薄膜因含有较多的可塑剂,不适合食品包装。
4. 聚偏二氯乙烯
真正的聚偏二氯乙烯是氯乙烯、偏二氯乙烯的共聚混合物,含有10%~20%的聚氯乙烯。聚偏二氯乙烯具有接近焙烤食品包装的理想性能,但热封性差,可采用高频封口法、脉冲热黏合封口等方法封口。另外,家庭用的萨纶座套也是聚偏二氯乙烯的一种。
5. 维尼纶
维尼纶又称聚乙烯醇缩纤维,本质上是亲水性高分子,所以水蒸气透过率高,耐油性和气体阻隔性好,最适合含油量高的焙烤食品包装。
6. 乙烯-乙烯醇共聚物
乙烯和醋酸乙烯共聚,然后碱化醋酸基,形成乙烯和聚乙烯醇的共聚物(EVOH),多用于阻隔性要求高的基材,很少单独使用。
7. 拉伸膜
在制塑料薄膜时,同时进行纵向或横向拉伸,分子排列会更加整齐,稳定程度和强度等显著增加。纵向或横向一个方向拉伸的称单向拉伸;纵向和横向两个方向都拉伸的则称双向拉伸。特别是尼龙、聚丙烯和聚氯乙烯薄膜等拉伸后效果比较明显,拉伸后的薄膜很难破裂,但是一旦破裂就会形成裂缝,反而更容易断裂。拉伸薄膜在常温下比较稳定,但加热到一定温度,有序的分子排列会被打乱而收缩。利用拉伸薄膜的这一特性,包装焙烤食品时,如果进行热封口,薄膜就会收缩,可以得到紧贴内容物的包装。拉伸用符号O表示,未拉伸用符号C表示,如拉伸聚丙烯表示为OPP、拉伸聚氯乙烯表示为OPVC等。
8. 铝箔
铝箔的厚度为20~350μm,具有美丽的光泽,能完全防潮,不仅有良好的保香性、阻热性和阻光性,而且印刷和着色也容易,在很多焙烤食品包装中应用。但是其材质很薄,容易出现小孔,折面易破,没有热封口性。为了克服这些缺点,常与聚乙烯复合、用聚氯乙烯涂层等。另外,还有铝蒸气镀膜,铝在高真空度下加热蒸发,铝蒸气以薄膜的形式冷凝在各种塑料薄膜上。铝箔和作为基材的塑料薄膜能相互克服缺点发挥优点,制成各种阻隔性好的蒸气镀膜。
9. 赛璐玢
赛璐玢又称玻璃纸,是一种透明度高、有光泽的再生纤维素薄膜,是英文cellophane的译音。它是供商品包装的一种纸张,即属于包装用纸。玻璃纸的定量一般是30~60g/m2。有平板纸和卷筒纸两种。通常是无色、透明、光滑的薄页,无孔眼,不透气,不透油,不透水;有一定挺度;具有较好的拉伸强度、光泽性和印刷适性,也可被染成各种颜色。玻璃纸是再生纤维素,它的分子基团之间的空隙存在着一种奇妙的透气性,这对商品的保护、保鲜有利。不耐火却耐热,可在190℃的高温下不变形,可用在食品包装中与食品一起进行高温消毒。此外,由于玻璃纸的原料源于天然,因此具有易分解性,对环境影响较小。另外有在单面或双面涂布聚偏二氯乙烯等聚合物制成的 “防潮玻璃纸”,其具有更好的耐水、耐油和阻气性。
(一)涂层
普通赛璐玢的特性见表6-5,可见有许多缺点。为了克服这些缺点,在赛璐玢的一面或两面涂上各种树脂状的聚合物液体,这种方法称为涂层。普通赛璐玢经涂层后可制成防潮赛璐玢,如表6-6所示。
表6-6 防潮赛璐玢的种类
表6-6中三类赛璐玢统称防潮赛璐玢,经涂膜后增强了赛璐玢原有的优点,如赋予了防潮性、气体阻隔性和耐水性,也提高了耐油性。特别是K类气体阻隔性非常好,也有热封性,常用于包装水分含量低的焙烤食品。涂层技术不只应用在赛璐玢上,在纸质材料、塑料薄膜(聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚酯等)等材料上也广泛应用。例如,采用聚偏二氯乙烯涂膜能提高材料的透湿度,聚偏二氯乙烯(PVDC)涂膜对透湿度的改善效果见表6-7。
表6-7 PVDC涂膜对透湿度的改善效果
注:K为PVDC涂膜的缩写。条件为温度40℃,相对湿度90%。透湿度是全部换算成厚25μm的数值。
(二)复合
食品对包装材料的性能要求很高,单一包装材料无论是纸、赛璐玢、塑料膜、铝箔等,都很难达到满意的效果。将各种包装材料采用不同方法黏合,进行复合加工,能克服各种单一材料的缺点,发扬优点,可以大幅度改善包装材料的性能,如表6-5中的AL/PE就是一例。再如赛璐玢/聚乙烯复合膜,玻璃纸缺乏耐湿性,而聚乙烯缺乏耐油性,制成复合膜后,不仅克服了各自的缺点,而且复合膜具有玻璃纸良好的印刷性能和聚乙烯的强度及热封性等。表6-8所示为复合膜对透湿度的改善效果。另外,并不只有单层复合和双层复合,3层和3层以上的复合也很普遍。热塑性好的聚乙烯多作为复合膜的基材。
表6-8 复合膜对透湿度的改善效果
注:条件为温度40℃,相对湿度90%。括号内数字为厚度。
焙烤食品工业竞争激烈,保持产品的高品质和维持其新鲜美味是很必要的。包装的主要目的是对产品特性的各种保护,只有包装的阻隔性好才能与外界环境隔开起到保护作用,所以最重要的是包装材料的阻隔性。表6-9介绍了几种高阻隔性的复合膜。
表6-9 几种高阻隔性的复合膜
注:K为PVDC涂膜的缩写;O为拉伸;*为依铝箔的针孔不同而异;1atm=1.01×105Pa。(www.xing528.com)
现在,焙烤食品要求对环境中的氧气、水蒸气、光线、香气、热等阻隔性比过去更高的包装材料。作为包装材料,对气体(特别是氧气)和光线的阻隔性是其必不可少的特性,对其他方面的阻隔性根据不同焙烤食品的特性而异。例如,水分含量低的焙烤食品对包装材料的水蒸气阻隔性要求高;需要低温流通的焙烤食品对包装材料的阻热性要求高;需要防止香味逸失的焙烤食品对包装材料的挥发性香气物质阻隔性要求高等。不同焙烤食品对包装的要求不同,下面论述根据焙烤食品特性而要求的包装。
(一)防潮包装
以阻隔湿气为目标的包装称防潮包装,纸、赛璐玢达不到这一要求。采用防潮赛璐玢或聚乙烯、聚丙烯等塑料薄膜单体材料包装,能取得一定的防潮效果。如果是短期流通的商品,可以只采用这些单体材料包装。但是容易吸湿的、水分含量低的焙烤食品,要经历长期流通,所以需要材料有高度的防潮性。如果用表6-8提到的防潮性好的塑料膜复合,能使水蒸气透过率显著降低。所以,经常使用OPP、PVDC、KOP等作为防潮包装用的复合材料。铝箔复合膜、铝蒸气镀膜等虽然也具有很好的防潮效果,但不透明,消费者不能看到内容物。最近,开始出现使用镀SiOx膜作为新的防潮包装材料。防潮包装中如果加入用透气性薄膜包装的干燥剂(主要是硅胶),防潮效果会更好。
(二)气体阻隔包装
对于含油量高的焙烤食品,需要使用防潮包装和气体阻隔包装。对于水分活度(Aw ) >0.65的焙烤食品,引起食品发霉的主要是好氧微生物,为防止好氧微生物的增殖,也需要气体阻隔包装。另外,为了防止香味成分的逸失或从周围环境吸收异味而降低产品的品质,气体阻隔包装也很必要。香味成分的透过率随香味物质的不同而存在差别,如果只想用气体阻隔性的大小来判断,必须事先做试验。再者香味逸失多伴有吸湿发生,同时需要防湿包装。
前面提到的PE、PP气体阻隔性差,比较适合透气包装。气体阻隔性比较好的主要有聚酯(PET)、尼龙(N,ON)、拉伸维尼纶(OV)等,特别是聚偏二氯乙烯(PVPC)和乙烯乙醇共聚物(EVAL)薄膜气体阻隔效果更好。气体阻隔包装显然不能只采用聚乙烯(PE),如果用聚乙烯(PE)与这些气体阻隔性高的薄膜复合,能够使透湿性和氧气的透过性降低到很小。表6-9所示为几种气体阻隔性高的包装材料,如表所示,铝箔复合膜的效果较好,但铝箔太薄,会受小孔隙(针孔)的影响,降低气体阻隔效果。使用阻隔性好的包装材料,配合采用真空包装或者充氮、二氧化碳等惰性气体包装,能使包装内环境中氧气非常稀薄。真空包装需要增加抽真空设备,既容易损伤食品,又易使包装与内容物紧贴,外观上也不好看。充气包装的产品外形不变化,几乎不需要特殊设备,只需要把O2换为CO2的置换剂(也称保鲜剂,主成分为L-抗坏血酸),如果再加上脱氧剂(铁类粉末制剂)密封包装,几乎能够除去包装内的所有氧气。所以,采用充气包装较好。另外,采用气体阻隔包装对防止油的酸败、微生物的增殖、生物害虫的侵入等的效果有显著提高。
(三)光阻隔包装
透明薄膜紫外线透过率高,会导致油脂酸败、变色、腐败等一系列品质恶化现象发生。图6-1所示为小西饼中油脂的酸败。
图6-1 小西饼中油脂的酸败
(普通含气包装材料为OPP/CPP;充N2包装材料为PVDC/KOP/PE;照射方法为荧光灯照射。)
如图所示,即使采用充N2包装,由于光照,小西饼中的油脂也会发生显著酸败。相反,如果避光保存,普通含气包装对酸败也有相当的抵抗能力。可见,光阻隔包装对保持焙烤食品的品质是多么重要。过去大多采用红色赛璐玢、铝箔等来阻隔光线,但是用铝箔不能让消费者看到内容物。现在普遍采用吸收紫外线的有机化合物、超微粉碎氧化钛或超微粉碎氧化铁等防紫外线涂膜,这些似乎能有效地阻隔紫外线。但是有机类紫外线吸收剂是否会向包装食品内转移仍存在争议;氧化铁一般为红褐色,不能制成无色的包装;氧化钛也会稍稍产生薄雾层,这些特性又是阻隔光线所必要的。而聚酯薄膜(PET)与其他塑料薄膜不同,能透过可见光,紫外线几乎全被吸收,可以灵活运用这一特性进行气体阻隔包装。
(四)耐油包装
含油量高的焙烤食品有时会发生所含油脂通过包装材料渗透到包装外侧的现象,这不仅会导致商品外观变差和商品价值降低,而且渗出的油脂也会迅速酸败,发出酸败臭,造成内容物的污染。一般来说,透气性好的包装材料耐油性也好,所以聚偏二氯乙烯(PVDC)、拉伸维尼纶(OV)或者它们的复合膜比较适合耐油包装。
(五)杀菌包装
如果将焙烤食品装入能杀菌的塑料薄膜在75℃加热,除芽孢杆菌(Bacillus)以外的腐败菌、病原菌可被杀死,能够延长保存期。但是残存的芽孢杆菌大部分是好氧性细菌,只要有空气就会开始增殖。为了防止这一点,同时使用上边介绍的气体阻隔性好的薄膜和脱氧剂能取得比较好的效果。
杀菌包装一般使用耐热性高的拉伸聚丙烯(OPP)、聚酯(PET)、聚偏二氯乙烯(PVDC)以及这些材料的复合膜等。含水量比较高的焙烤食品包装后可采用微波加热,进行2~5 min的短时间杀菌处理,但是辐射温度不能超过90℃,也不能使用金属包装材料。从安全性上考虑,推荐加入有抑菌效果的乙醇蒸气发生剂,用沸石等作为载体使其吸收乙醇,这样产生的乙醇蒸气充满顶部空隙,能够使货架期比原来延长5~10倍。当然,包装材料上不能出现小孔。乙醇的用量要根据包入焙烤食品的量和顶部空隙的体积来决定。乙醇不能过剩,否则会产生乙醇臭,造成风味降低。如果同时使用脱氧剂,效果会更好。
(六)无菌包装
无菌包装是从成型用的塑料加热熔化制作膜开始,包装杀菌后的食品,用铝箔复合膜封口,这些操作都在无菌环境内进行,可以完全杜绝微生物污染,产品在常温流通中可长时间保持较高品质。无菌包装正逐渐在焙烤食品行业中应用。
近年来,无菌包装在研发和应用方面都发展得极为迅速,各种无菌包装的食品在世界各国的市场上十分流行。采用无菌包装的食品营养损失小,风味色泽基本不变,无需冷藏便可长期储存,这些优点越来越受到广大厂家和消费者的喜爱,是未来食品包装发展的必然趋势。无菌包装技术最主要的三个核心环节就在于包装材料、包装内容物和包装环境及设备的无菌化。对于包装材料的无菌化而言,近年来,随着塑料工业的发展,又产生很多新型的包装材料,如多层铝箔、纸及塑胶的复合材料、聚乙烯(PE)、聚酯(PET)等,因此决定了其灭菌方式的多元化。目前商业化无菌包装系统的包装材料灭菌方法主要有四种:①加热法;②紫外线照射法;③化学药剂处理法;④放射线杀菌法。各种杀菌方法各有其特点,针对不同材料和条件可选择合适的灭菌方法。各种杀菌方法也可结合使用,如H2 O2和紫外线并用、紫外线和乙醇或柠檬酸并用,可使杀菌效果叠加。对于包装内容物的无菌化,目前食品的无菌化方法包括加热、微波处理、紫外线照射、超高压处理等。其中,加热法是最经济和应用最多的方法,国际上常用的为超高温瞬时杀菌(UHT)和巴氏杀菌。对于包装环境的无菌化而言,非常重要的一个条件就是包装的工作空间无菌,以此避免不洁空气对产品的二次污染。通常会采用空气净化技术把空气中的含尘量控制在一定范围内,然后进行杀菌处理,从而得到的无菌空间为无菌室。通常会把无菌包装系统中充填灌装部分的工作室设计为无菌室,并且会注入惰性气体使其压力大于外界压力以阻止外界空气进入,从而有效防止微生物污染。目前,包装机大多采用H2 O2灭菌,然后用无菌热风干燥。由于系统无菌化程度要求高,因此作业生产线实行自动控制并定期检查、清洗、灭菌。无菌包装的应用范围也越来越广泛,因此食品的无菌包装将具有很大的潜在市场,发展前景也十分广阔。
(七)防生物害虫包装
饼干、巧克力点心和含有花生仁、杏仁等的糕点,大多会出现意外的生物害虫侵入。生物害虫有的是在生产过程中混入到食品中的,但大多是在流通过程中咬破包装材料而侵入的。特别是含巧克力、干果等香味的焙烤食品容易吸引生物害虫。所以包装此类食品时,很有必要选用香味难以逸出、气体阻隔性好的包装材料。害虫咬破包装材料的能力大得惊人,80μm厚的聚乙烯(PE)能够被咬破,所以要选用厚40μm以上强度大的聚丙烯(PP)、聚酯(PET)等包装材料。使用铝箔材料时,生物害虫也可以从折痕、包装角的裂缝、小孔等处侵入。彻底防止生物害虫侵入比较困难,这就要求经常检查生物害虫侵入的途径。
纸是我国古代四大发明之一,是中国为世界文明所做的伟大贡献。作为食品包装材料的纸质制品,有如下特点:①体积质量轻;②有良好的印刷性能;③折叠性能良好,有一定强度,容易加工成纸袋、纸类容器等产品;④透气性好;⑤价格便宜等。但是如果作为散体包装和内包装的材料,纸在耐潮性、透明性、气体阻隔性和热封性等方面明显不足,为了提高这些方面的性能,普遍使用与其他包装材料复合的加工纸。纸的加工性能很好,既可以用药品、树脂作为涂膜,也能黏合其他材料制成复合纸,这是纸的一大特点。
目前有2000多种纸质材料,在食品包装领域应用的纸质材料可以分为三类。①纸:单位面积的密度在7~150g/m2;②纸板:单位面积的密度在150~200g/m2;③硬纸板和瓦楞纸板。焙烤食品包装所用的纸质材料可大体分为三类:包装纸、薄叶纸和纸板。这三类纸质材料的原料纸和加工纸见表6-10。
表6-10 焙烤食品包装使用的纸类
(一)牛皮纸及其加工纸
牛皮纸是由牛皮纸浆制法(硫酸盐纸浆制法)加工出的强韧纸,主要作为包装纸,也是制造大大小小袋形容器的材料,漂白后可制成上等优质纸和中等优质纸。牛皮纸和聚乙烯(PE)的加工纸防水性特别好,可用作小麦粉、砂糖等的包装袋。
(二)玻璃纸及其加工纸
玻璃纸由高度分解的纸浆加工而成,是有玻璃样光泽的半透明纸,有相当的耐水性和一定程度的防潮性和拉伸性,黏合性优于聚乙烯(PE)薄膜,但是柔软性、透明度、强度、防潮性不如聚乙烯(PE),具有脆、揉曲性差的缺点。在玻璃纸浆中加入硫酸制成仿羊皮纸,耐水性、耐油性很好,增大了物理强度,回弹性和伸缩性也比其他纸好。如果玻璃纸浆通过石蜡池再经挤压、冷却而制得蜡纸,价格低,拉伸性好,也能热封口。另外,玻璃纸和聚乙烯(PE)复合后的加工纸可用作包装低水分含量焙烤食品的分隔用纸、西式糕点的底部衬纸等,和铝箔复合后的加工纸可用于口香糖等糖果类的包装。
(三)白纸板及其加工纸
表面涂上白色颜料的纸板称白纸板,是焙烤食品包装纸箱用的重要纸板。白纸板中的马尼拉纸板是比较高级的一种,常用于制作散体包装的小纸箱。加工白纸板由于表面涂有清漆、聚乙烯树脂涂膜等而赋予良好的光泽和防湿性。涂膜不仅能改善赛璐玢的性能,对纸质材料性能的改良也有很重要的作用,见表6-11。
表6-11 涂膜对纸质材料性能的改良
另外,为了赋予白纸板高度的防潮性和柔软性,对其进行涂塑加工。由白纸板加工出的折叠箱、黏合箱在焙烤食品包装中广泛应用,可以进行漂亮的多色印刷,堆积、码放都很方便,而且还有质量轻的优点,但是有体积大、易损坏、看不到内容物等缺点。
(四)瓦楞纸及其加工纸
瓦楞纸是由中间波形的瓦楞,单面或双面与箱板纸黏合而成,这种结构比单单由几层纸黏合的纸板、纸箱等要强韧,有适当的厚度,且轻而具有缓冲性。瓦楞纸板的基本组成部分是瓦楞纸。一层瓦楞纸和一层箱板纸黏合,就成为单面瓦楞纸板;一层瓦楞纸的两面各与一层箱板纸黏合,就成为双面瓦楞纸板;二层瓦楞纸与三层箱板纸黏合,就成为双瓦楞纸板;三层瓦楞纸与四层箱板纸黏合,就成为三瓦楞纸板。瓦楞纸板的构造见图6-2。
图6-2 瓦愣纸板构造
单面瓦楞纸板在焙烤食品的包装中作为包装物的固定和缓冲材料,也作为缓冲分隔广泛应用。双面瓦楞纸板大多作为外包装的包装材料,也可作为内包装的包装材料。双瓦楞纸板作为过重、易破损产品外包装的包装材料而使用。另外如果涂上石蜡等其他药品,能制作具有防水、防湿特性的耐水瓦楞纸板,可用于水分含量高的糕点和冷点心等的包装。
(五)其他类似纸制品材料
1. 可食性薄膜
糯米纸、直链淀粉薄膜、聚麦芽三糖薄膜等用来包装黏性大的糕点,可带着包装直接吃,不至于污染手。前两种属淀粉类,后者是由微生物产生的一种多糖。
2. 化学纤维纸
化学纤维纸是将醋酸纤维、聚乙烯乙醇、聚酰胺等化学纤维细细切断,添加黏合剂溶液,采用如同湿式造纸方法制作的 “纸”,是一种不织的布。一般强度大,耐水性、耐药性好,透气性也好,漂亮的化学纤维纸比较适合高级糕点的包装,发挥其高雅的特性。
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