『包装头条』

发布时间:2018-10-29 02:15          

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包装头条:

TOP 1  食品包装技术的最新研究进展

TOP 2  蔬菜保鲜包装技术的研究进展

TOP 3  可重复使用包装技术在家电产品物流循环模式上应用的研究

TOP 4  自动包装技术在包装印刷行业中的作用分析

TOP 5  软包装复合膜热封原理及影响因素分析

TOP1

食品包装技术的最新研究进展

食品包装是食品的重要组成部分, 具有保护食品不受外来生物、化学和物理因素的破环, 维持食品质量稳定的特点。随着消费者安全意识和政府监管力度的加强, 食品包装安全亦被提升到同等监管高度。为满足可持续发展战略要求, 开发新型、绿色、安全的多功能食品包装及材料, 是将来食品包装发展的方向。

1\食品包装的新型设计

食品包装的主要功能是保护商品, 因此在包装设计时要具有安全性和保护性, 同时要便于生产和运输, 利于销售, 还应体现出产品的文化价值和艺术特性。在食品包装设计中, 所选用的材料也要符合产品的需求, 满足可持续发展的理念。包装材料要有适当的阻隔性, 足够的机械强度, 良好的化学稳定性, 耐高温及光学性能等。除此之外, 食品包装还要具有多功能性 (阻湿、防水、杀菌、防腐、耐油、耐酸等) , 以满足各种食品的包装要求。

活性包装和智能包装是两类新型的包装形式, 它们可使食品包装具有传统包装无法获得的功能特性, 并满足消费者对食品质量和安全的要求, 这是未来食品包装设计的新理念, 也是食品包装的发展趋势。

1.1 活性包装和智能包装

根据Actipak的定义, 活性包装是通过改变包装食品环境条件来延长货架期或者改善安全性和感官特性, 同时保持食品的品质不变;智能包装是通过监测包装食品的环境条件, 提供在运输和储藏期间包装食品品质的信息, 这两类包装的特点如表1所示。上世纪70年代, 活性包装首先被引入日本市场, 并在日本得到稳步的发展, 需求量逐年递增。近些年在欧美市场也备受重视。有数据显示, 在美国活性包装和智能包装的年需求增长率为8.3%, 预计2013年的产值可达到19亿美元, 其中食品和饮料两大产业对活性包装及智能包装的需求量最大。活性包装和智能包装将具有巨大的市场潜力。

1.1.1 氧气吸附型包装

多数情况下, 氧气会使食品品质降低, 油脂发生酸败, 微生物生长繁殖, 加速食物的腐败变质。Zerdin等研究结果表明氧气可使橘汁发生明显的褐变现象。食品包装中的氧气主要是通过抽真空或气调包装的方式清除, 但是这样的物理方法只能清除包装中90%~95%的氧气, 其余的氧气要通过氧吸附剂清除。氧气吸附型的活性包装主要是通过在包装材料中添加或在包装内放置可与氧气发生氧化还原反应的化学物质、氧化酶等催化剂, 这些物质主要有铁粉、维生素C、生物酶、不饱和脂肪酸等, 其中含铁的氧气吸附剂可使食品包装内部的O2含量降低到0.01%, 远低于气调包装所达到的氧气残留量 (0.3%~3.0%) 。表2列出近年来氧吸附剂研究的新成果。

表1 活性包装与智能包装的特点

表2 氧清除剂最新研究成果

1.1.2 二氧化碳气体释放/吸附型包装

一般情况下, 鲜活食品, 如鲜肉、草莓、奶酪、禽肉等需要在二氧化碳浓度较高 (10%~80%) 的条件下贮藏, 以减缓生物化学反应, 并抑制微生物的活性, 防止细菌生长。将碳酸氢钠与亚硫酸脱氧剂混合, 制成小袋置于食品包装内, 可以产生二氧化碳气体, 使包装内形成高浓度二氧化碳的条件。Hansen等研究以碳酸氢钠制成的二氧化碳气体的释放剂对新鲜鲑鱼进行保鲜, 并建立二氧化碳释放量与鲑鱼片的表面积及质量关系的数学模型, 结果显示碳酸氢钠可使新鲜鲑鱼的保鲜期达到17 d。此外, 在0.1℃的气调包装中, 以碳酸氢钠和柠檬酸为原料制成的二氧化碳释放剂, 可使超冷冻处理的鲑鱼保质期延长至28 d。

在贮存水果时, 二氧化碳的浓度过高, 会使水果进入糖酵解阶段, 造成有害物质的积累, 降低水果品质, 因此, 在食品包装内还需控制二氧化碳的浓度。降低二氧化碳的浓度可以通过物理吸附的方法实现, 如使用沸石或活性炭等物质, 也可以使用氢氧化钠、氢氧化镁等化学试剂与二氧化碳发生化学反应生成碳酸盐, 或采用物理吸附和化学反应相结合的方法达到减少包装材料中的二氧化碳气体的目的。Aday等用过碳酸钠、碳酸钠、氯化钠和膨润土制成了EMCO二氧化碳吸附剂, 并研究了EMCO在活性包装中对草莓品质的影响, 结果表明EMCO的配比为过碳酸钠50%、碳酸钠20%、氯化钠14%、膨润土16%时, 可延缓草莓的糖代谢作用, 有效地保持草莓的品质, 将其保质期延长到4周。

1.1.3 湿度控制型包装

湿度控制型包装主要用于两大类食品, 分别是干燥易碎的食品和鲜活食品。前者, 如饼干等在高水分活度条件下会受潮软化;后者在储运过程中会发生呼吸作用而产生冷凝水, 若冷凝水凝结在食品的表面, 食品中水溶性的营养物质溶出, 滋生大量微生物;若冷凝水与包装材料接触, 会影响到材料的外观, 因此有必要控制包装内的水分活度和湿度。干燥剂可以吸收包装内多余的水分, 维持相对湿度。常用的干燥剂有硅胶、氧化钙、糖类、蒙脱土、聚丙二醇等。Azevedo等采用单体格子设计法优化了以氧化钙、氯化钙和山梨醇为原料的干燥剂, 结果表明3种物质中氯化钙的水吸收能力最强, 最优组合 (氧化钙50%、氯化钙26%、山梨醇24%) 的干燥剂持水力可达0.813 g/g, 可用于平菇的保鲜包装。传统的湿度控制型包装是将干燥剂分装后置于包装容器中。目前的新技术是将干燥剂添加到高分子材料中, 通过挤压成型将干燥剂镶嵌到包装材料内, 此种方法可将包装袋内的水分活度降低到0.7。日本研制的可以控制包装内相对湿度的外包装材料, 是由外部的阻水层、内部的透水层及中间夹着的葡萄糖浆组成。当包装内的相对活度较高, 水分可以通过内部的透水层进入葡萄糖浆内;当内部的相对活性较低时, 水分会以蒸汽的形式返回到包装内部。

1.1.4 抗菌型包装

延长食品保质期, 提高食品品质是包装行业努力的方向。近年来, 欧美等发达国家正在大力的研究和开发抗菌型包装材料和系统。抗菌型活性包装主要通过以下几类方式实现: (1) 在包装中放置含有挥发性抗菌剂的小袋; (2) 直接在高分子聚合物中添加挥发性或非挥发性的抗菌剂; (3) 在高分子聚合物的表面涂抹一层抗菌剂; (4) 采用离子或共价的方法将抗菌剂固定在聚合物的表面; (5) 采用本身具有抗菌特性的高分子聚合物。表3列出包装材料中常用的抗菌剂, 它们可直接添加到高分子聚合物中使用, 其中生物酶常被固定在聚合物的表面或以固定化酶的形式在包装材料中使用。研究表明, 百里香酚在支链淀粉膜中可明显抑制金黄色葡萄球菌的生长, 将该涂膜用于水果的保鲜, 在4℃条件下橘子和苹果分别保藏7 d和14 d后, 表面没有可见的微生物生长。银离子是最常用的抗菌剂, 它主要对有机物敏感, 可破坏微生物的细胞壁, 使酶失活。Martínez-Abad等证明在EVOH膜中添加银离子可抑制肉制品中李斯特菌的活性, 但是在使用过程中, 银离子易发生缓慢迁移而扩散到食品中, 引起安全问题, 因此使用时必须符合食品添加剂的使用标准。

表3 抗菌型包装中常用的抗菌剂及

1.1.5 乙烯吸收型包装

乙烯作为植物激素, 是植物的代谢产物, 可加速果蔬的呼吸作用, 引起果实的成熟及进一步的衰老。目前, 高锰酸钾常作为乙烯的清除剂, 可将乙烯氧化成CO2和H2O, 并且对食品不造成影响。然而高锰酸钾有毒, 不能直接添加到包装中接触食品, 因此常将其置于小袋内使用。近年来, 有研究成功地将沸石粘土的微细颗粒分散到包装膜中吸附乙烯, 但这会影响包装的透光性, 而且也不能完全达到吸附包装内的乙烯的目的。另有研究表明活性炭等具有吸附功能的物质也可以吸附乙烯气体。

1.1.6 时间-温度指示型包装

时间-温度指示型包装是一种智能包装, 通过时间温度积累效应指示食品的温度变化历程和剩余货架信息。商业上已应用的有VISAB指示剂、Life Lines指示剂及3M Monitor Mark指示剂。VISAB是以酶和底物反应为指示器, Life Lines是建立在聚合反应基础上的指示产品, Monitor Mark则是利用酯质的扩散速度与温度的关系设计的时间-温度型指示器。除以上的可视指示剂外, 还有一种新型的无线射频识别标签 (RFID) , 也被称作智能标签, 它是通过无线电波获取标签中的产品信息数据, 并将数据传输到电脑中进行分析判断。在产品运输中, RFID承载着商品的全部信息, 可自动识别产品的变化情况。

1.1.7 其他类型

除了以上几种常见的活性包装和智能包装外, 还有为满足食品的特殊包装要求而专门设计的包装形式, 具体如表4和表5所示。

表4 其他类型的活性包装

表5 智能包装的包装类型

表5 智能包装的包装类型

近年来, 为了提高食品安全, 减少环境污染, 利用天然高分子材料作为原材料制备环境友好型、可生物降解的新型包装材料越来越受到人们的重视。预计将来, 可循环再利用的环保型包装材料将成为包装行业发展的主要趋势, 绿色包装材料和纳米包装材料将获得大力开发和发展。

2、绿色包装材料

包装行业的污染主要是包装材料废弃物的污染, 绿色包装材料的研发是解决包装污染的关键。绿色包装材料主要有两大类:可降解包装材料和可食性包装材料。聚羟基脂肪酸酯 (PHA) 是研究较多的生物降解材料, 由于它具有生物可降解性和生物相容性, 因此有可能取代非降解的高分子材料。聚乳酸 (PLA) 在生物医学、食品包装及其他领域被广泛的应用, 并且PLA膜具有良好的阻隔氧气和水蒸气的特性。Bang等采用溶胶凝胶法将PLA与二氧化硅共混, 制备出具有致密网络结构、环境友好、透明的包装薄膜。可食性包装材料主要以蛋白质、多糖、植物纤维素及脂类等可被人体消化吸收的天然物质为基材, 通过各物质分子间的相互作用, 形成具有多孔网络结构的包装材料。然而, 由于天然材料对水分较为敏感, 所以可食性包装材料的阻水性较差。通常在成膜过程中添加脂类等物质来提高可食性包装膜的阻水性能。脂类物质可在包装膜内形成层状结构或插层结构, 使可食性包装膜的阻水性能提高10~1 000倍。

近年来, 可食性及可降解性包装材料的研究较为广泛, 相关文献资料较多, 如Jimenez等系统地阐述了淀粉基可食性、可降解包装材料的成膜特性, 制备方法及其物理化学性能。

2.1 纳米材料在食品包装中的应用

物质在纳米范围具有新的界面现象, 从而获得特殊的功能, 如表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等。添加纳米材料的包装材料会在热力学、光学、电学、力学和化学方面有显著提高。可食性和可降解材料由于自身的天然特性, 限制了其在包装材料中应用, 如淀粉是良好的热塑性包装材料, 但是它对水分敏感并且机械性能差。纳米材料常作为填充剂添加到包装材料中, 以弥补可食性和可降解包装材料自身功能的缺陷。在食品包装中常用的纳米材料见表6。

表6 食品包装中常用的纳米材料

3、食品包装安全问题及解决建议

3.1 食品包装中的污染物

食品包装中有毒、有害物质的残留会产生食品污染并导致中毒。兰州的“毒奶粉”中不仅含有三聚氰胺, 还含有残留超标的甲苯、二甲苯等物质, 其包装袋抽检不合格率高达50%。目前, 导致食品包装污染的原因主要有包装材料使用不当, 生产工艺不符合标准, 加工助剂违规添加, 印刷中大量使用含苯类物质的油墨以及监管体制和手段落后等。这些诸多问题最终导致包装材料不符合食品包装要求, 引发食品污染。表7列出各种包装材料中可能存在的有毒、有害物质。

表7 食品包装材料中可能污染物质

包装材料中有毒、有害的化学物质迁移是引起食品污染的重要原因之一, 其污染食品的方式主要有两种:一种是有毒、有害物质直接迁移到食品当中, 这属于物理性迁移;另一种是包装材料与食品接触后发生降解, 而产生毒害物质, 这属于化学迁移, 如聚碳酸酯 (PC) 材料与食品中的胺类物质接触时可发生胺解, 从而释放出具有干扰人体内分泌的双酚A物质。研究表明PC材料中的双酚A污染食品时, 由物理性迁移导致的污染量较少, 主要是由于PC材料降解而产生的污染。表8所示食品包装中常见的污染迁移及检测方法。

有毒、有害物质的迁移主要受食品模拟物、迁移时间和温度等因素的影响。由于食品本身的成分较复杂, 有些物质成分对污染物的迁移量会有微量的影响, 所以需要选择简单、合理的食物模拟物用于迁移试验。根据欧共体的标准规定, 基于食品自身特性的不同, 可选用蒸馏水、3%的醋酸、15%乙醇和精馏橄榄油作为食品的模拟物。时间和温度也是影响化学物质迁移的重要因素, 经研究证实短时高温浸泡与长时低温浸泡的效果相同。除此之外, 微波加热、高压处理和γ射线等都会加速有害物质的迁移速度。Rivas-Ca觡edo等]发现经高压处理后, 塑料中的直链烷烃和苯化合物会发生大量的迁移。LLDPE薄膜经γ射线辐照后, 薄膜中的抗氧化剂发生迁移, 并且迁移量随着辐射剂量的增大而增大。

3.2 物质迁移的作用机理

化学物质从包装材料中扩散迁移到食品中的过程, 大多是基于Fick第二扩散定律, 主要是分成3个连续的过程, 分别为化学物质在包装材料中扩散, 化学物质在包装材料与食品接触处的溶解, 化学物质溶入食品, 即分为扩散、溶解和迁移3个过程, 并且物质的迁移发生在包装材料厚度的方向。Reynier等根据分子官能团将化学物的分子结构分成柔性部分和刚性部分, 其中柔性部分包括长的烷基链和线性分子, 而刚性部分则包括芳基、支链为小分子的链段、杂环和球型结构, 并且柔性部分在包装材料中的迁移是蠕动性的, 刚性部分是跳跃式的。如果分子结构中包括这两种形式的分子结构, 则其迁移是蠕动和跳跃式相结合。

表8 污染物在食品包装中的迁移

影响化学物质迁移的主要因素是化学物质的扩散系数D和分配系数K, 其中扩散系数主要受到分子质量、结晶度、粒子大小、粒子形状、玻璃化换转化温度、环境温度等因素的影响, 而影响分配系数的因素有物质的极性、氢键、温度、化学结构和粒子的大小) 。Silva等研究了时间对DPBD (1, 4-二苯基-1, 3-丁二烯, 一种塑料阻燃剂) 和三氯生 (一种食品包装用抗菌剂) 在猪肉中迁移系数的影响, 结果显示在高温条件下两种化学物质的迁移系数明显高于低温条件下的迁移系数, 并且它们在猪肉中的迁移速度比在整个包装体系中的迁移速度快。

3.3 建议

食品包装材料中有毒、有害物质大部分来源于生产时的加工助剂。为解决食品包装的安全问题, 除了加强监管部门的监督力度、建立健全相应的政策法规外, 还应该避免或减少使用加工助剂, 大力开发具有低渗出、低迁移、低毒或无毒、结构稳定的加工助剂。Sanches-Silva等研究了6种光引发剂在食品模拟物中的迁移情况, 结果表明同一光引发剂在不同的食品模拟物中的迁移量不同。因此, 在化学物质迁移检测方面, 应对食品模拟物的适应性、稳定性和食品模拟体系做进一步探索和试验, 为获得高效、准确的实验结果提供适合的试验环境, 同时还要加强检测方法的开发。由于化学物质从包装材料中迁移到食品中的过程复杂, 迁移试验耗时且成本较高, 所以要对食品做详细的分类, 选择合适的食品模拟物, 并且具体问题具体分析, 在此基础上建立迁移预测模型。包装材料本身也可影响化学物质的迁移, 因此应选择天然、无毒的包装基材, 且包装材料应性质稳定、结构致密, 这也可以进一步降低有毒、有害物质的迁移活动。Nerín等研究了多层结构对29种物质迁移的影响, 以GC-MS为检测方法, Tenax为食品模拟物。研究结果表明大多数的物质不发生迁移, 只有3种物质发生迁移现象, 并且其迁移量均低于特殊迁移极限 (SML) 。由此说明包装材料自身的结构影响污染物的迁移。

4、结论

总之, 食品包装工业正在发生变革, 正朝着高技术、多功能、环保化的方向发展, 并且不断涌现出新的包装形式, 如活性包装、智能包装、无菌包装等, 使食品的质量和安全性得以提高。今后, 活性包装和绿色包装材料的开发和应用是未来食品包装发展的重点。在包装设计时要有集成化的设计理念, 将几种包装技术和功能集于一体, 降低有毒、有害加工助剂的使用, 减少有毒、有害物质的迁移, 从而使食品包装达到最佳的效果。除提高包装技术外, 还需考虑环境保护和可持续发展等因素, 因此应加大力度发展可食性和可降解性包装材料。只有这样, 食品包装才有更广阔的发展前景。

TOP 2

蔬菜保鲜包装技术的研究进展

新鲜蔬菜中含有较为丰富的营养物质,是人们生活中不可缺少的食物。但蔬菜属于易腐农产品,受到气体、湿度、温度、微生物以及机械伤害的影响,容易水分蒸发、滋生病害、品质下降、衰老劣变,给贮藏流通过程带来一定的难题。合理的保鲜包装能够使蔬菜在贮运中保持良好的状态。本文从6 个方面综述了蔬菜保鲜包装技术,以期为解决蔬菜贮运保鲜包装的相关难题提供参考。

1 控制气体保鲜包装

1.1 气调包装

气调包装(modified atmosphere packaging/controlled atmosphere packaging,MAP/CAP)是指通过控制包装内气体组分含量,达到有利于果蔬保鲜环境、保持微弱有氧呼吸的气调平衡。蔬菜常用气调包装有4 类:自发气调薄膜包装(modified atmosphere packaging,MAP)、充注混合气体薄膜包装、高氧自发气调薄膜包装(high oxygen modified atmosphere packaging,HOMAP)和活性包装(active packaging,AP)。

1.1.1 自发气调薄膜包装

MAP是指蔬菜在密封环境内通过自身呼吸作用形成适宜的气体环境,达到自发性气调目的。蔬菜贮运过程中蔬菜易腐烂、衰老。MAP在密封包装袋内创造出低氧和一定体积分数CO2的微环境,抑制了蔬菜的呼吸及部分微生物的生长,减缓了蔬菜在贮藏中的损耗,使用简便、成本低廉、保鲜效果好。蔬菜的自发气调薄膜主要分为常规保鲜膜、新型保鲜膜和复合膜。常规保鲜膜包括聚乙烯(polyethylene,PE)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)、聚丙烯(polypropylene,PP)、硅橡胶膜。新型保鲜膜包括微孔薄膜、高CO2/O2透气比保鲜膜。PE膜和PVC膜应用最为广泛,能有效延长蔬菜贮藏期,饶先军将厚度0.06 mm的PE袋或密闭塑料箱作为结球生菜自发气调的装置,有效地延缓了结球生菜的衰老。由于近年来鲜切菜的发展,PP膜的应用会逐渐增加。在商业应用中,PVC薄膜和一定面积的硅橡胶膜热合而成的硅窗气调包装对蒜薹保鲜效果最好。李铁华等发现硅窗气调包装比普通气调包装袋能更好保持茶树菇品质。但硅窗袋制作成本较高,随着保鲜膜制孔技术的不断发展,硅窗袋将逐渐被微孔袋所取代,微孔保鲜膜在未来的应用中会越来越广泛。含有聚乳酸(polylactic acid,PLA)的微孔薄膜不仅透气性好,而且能隔离气味,有利于保护环境。高CO2/O2透气比保鲜膜与常规保鲜膜完全不同,具有透气性高、CO2/O2渗透系数比极高(350∶1)的特点。复合膜也是薄膜包装的一种发展趋势,保鲜效果好,且可降解。王羽等发明了一种由乙烯-乙烯醇共聚物(ethylene-vinyl alcohol copolymer,EVOH)与聚酰胺(polyamide,PA)共混挤出成膜后,再与PE复合而成的新型高阻隔薄膜,被称为EHA/PE膜,鲜切莴笋在这种高阻隔薄膜的包装下进行自发气调,阻止氧气进入,防止莴笋的褐变。PLA/聚对苯二甲酸-己二酸-丁二酯生物降解复合膜在洋葱、番茄保鲜上都具有良好的效果。

MAP在部分蔬菜应用中具有局限性,原因如下:1)包装袋内O2和CO2难以维持稳定,蔬菜种类繁多,部分蔬菜自发气调效果并不明显;2)传统气调易造成有害的厌氧条件(O2体积分数小于2%,CO2体积分数大于20%),有的蔬菜对CO2比较敏感,易发生腐烂;3)使用普通自发气调薄膜后,一次性塑料包装易带来“白色污染”问题。鉴于以上问题,人们着重研究充注混合气体薄膜包装、HOMAP和AP内的气体组成,也更加关注生物可降解性能的包装材料。

1.1.2 充注混合气体薄膜包装

充注混合气体薄膜包装是指应根据蔬菜自身的性能特点,选择2 种或2 种以上的混合气体充注包装袋内,来调节蔬菜贮藏中的气体成分组成。相比MAP,充注混合气体薄膜包装内充入可允许的最低O2体积分数和最高CO2体积分数,N2起填充作用,形成一种更适合蔬菜保鲜的微环境,以有效抑制蔬菜的生理活动及降低其消耗,延长蔬菜贮藏期。周春梅研究了当初始气体O2、CO2、N2的体积比为0.4∶13.0∶86.6时,比其他处理组(O2、CO2、N2的体积比为0.4∶7.0∶92.6)及对照组(空气)能更有效推迟白玉菇呼吸高峰。Fernández-León等发现西兰花贮藏在1~2 ℃、相对湿度85%~90%条件下,充注体积分数分别为10% O2和5% CO2 的气调贮藏比初始气体为空气的气调更能保持西兰花的外观品质, 贮藏9 d仍具有较高的商品价值。董玉玲发现体积分数15% O2和体积分数51% CO2混合气调包装更有利于鲜切马铃薯品质的保持,不利于发生无氧呼吸产生酒精及发生褐变,这与在混合气调包装中加入适量的氧气密不可分。D’Aquino等研究发现在20 ℃、相对湿度低于90%条件下,充注3 kPa CO2和12 kPa O2混合气体,可延缓樱桃番茄的整体质量,减少腐烂。

1.1.3 高氧自发气调薄膜包装

HOMAP是指包装中O2的体积分数为21%~100%的薄膜包装。传统的MAP内O2体积分数偏低、CO2体积分数偏高,导致蔬菜进行无氧呼吸,产生的乙醛和乙醇等异味物质累积并滋生细菌,使蔬菜产生毒害并影响其品质。而HOMAP能降低蔬菜的呼吸作用,抑制细菌和真菌的繁殖,降低腐烂率,并减缓了组织褐变。Jacxsens等认为比起低氧气调包装,高氧气调包装能有效抑制蘑菇多酚氧化酶活力的升高,降低褐变率。梁小玲使用25 mg/mL抗坏血酸、7.85 mg/mL乳酸钙和80%(体积分数)O2,以及40℃热处理20 min结合体积分数92% O2这2 种方式处理鲜切土豆后,发现鲜切土豆在4 ℃条件下,14 d内都能保持较好品质。Ghidelli等也发现HOMAP能很好地保持鲜切茄子的感官品质。

1.1.4 活性包装

AP是指在包装材料或包装系统内添加气体(乙烯、CO2)吸收剂、释放剂(如SO2、ClO2等抑菌气体)、精油或者其他材料,改变包装内的环境条件,延缓衰老,保持蔬菜的营养风味。乙烯促进果实的成熟,包装膜中或者包装袋内加入降低乙烯含量的物质,比如乙烯抑制剂、乙烯吸收剂、乙烯去除剂,能够延缓蔬菜的衰老。使用3 μL/L的乙烯抑制剂1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)处理油菜,放置在高湿冰箱中,发现处理组油菜比对照组具有更好的外观和风味。与单独使用PP袋自发气调的处理相比,乙烯吸收剂和自发气调包装处理的番茄,总酚和抗坏血酸含量较高。科学家分离出一种“NH-10菌株”,能够制成除去乙烯的物质(NH-T),对番茄、辣椒变色和质地变软有明显抑制作用。利用60Co-γ射线辐照使TiO2改性后制成的制成Ag-TiO2/活性炭纤维光催化薄膜能显著加快乙烯降解速率。蔬菜密封包装内的CO2累积,会对蔬菜造成伤害,发生质变。在包装内加入CO2去除剂,比如Ca(OH)2、NaOH、KOH、CaO等,可降低包装内的CO2含量。近年来,精油也被广泛应用到薄膜制作中,用来改善包装内的气体环境,EVOH中添加精油制成的活性保鲜包装薄膜能抑制圣女果的呼吸,延长其货架期。在商业应用中,纸包装制品公司设计出了不同功能的垫片,在制造吸收性垫片过程中添加了能产生CO2、吸收O2、吸收异味或产生香味等的成分,以此改善果蔬贮运、销售过程中袋内的微环境。

1.2 减压保鲜

减压保鲜,又称低压保鲜、真空保鲜,是一种降低贮藏环境的气体分压、营造低氧环境的蔬菜保鲜包装技术,是贮藏保鲜技术中新的研究领域。英、美、德、法等一些发达国家普遍采用减压保鲜新技术,并使用标准规格的低压集装箱用于蔬菜的长途运输中。减压贮藏能够延缓蔬菜的成熟和衰老。真空度0.06 MPa的减压包装(厚度0.07 mm PE袋)处理杏鲍菇,能延长其在2~4 ℃低温条件下的贮藏期。芦笋在室温条件下仅能贮藏6 d,冷藏条件贮藏期为25 d,而低压条件下贮藏期可长达50 d,因此低压贮藏推迟了芦笋的衰老过程。番茄在43.6 kPa低压贮藏下,贮藏效果和抗氧化性能明显优于常压贮藏的对照处理组。50 kPa低压条件下贮藏,竹笋的乙烯生成量下降,木质化进程延缓。

1.3 可食性保鲜膜

可食性保鲜膜(edible packaging films,EPF)是指采用喷雾、涂刷或浸渍方法将天然可食性材料(如多糖、蛋白质及脂类)形成的复合膜覆盖于蔬菜表面,形成一层密封保护薄膜,阻挡氧气的进入,延缓蔬菜衰老,起到保鲜作用,可同蔬菜一起食用。EPF具有可降解、无污染,且能调节包装体系内的O2、CO2、水分等比例的特点,在添加某些抗菌剂后更能起到抑菌效果,是一种极具开发潜力的食品包装材料。如在保鲜上,用ClO2浸泡樱桃番茄之后再涂抹壳聚糖,不仅能延长其贮藏期,且能有效降低腐烂率。

很多学者研究EPF取得了显著的成果,但他们发现单独使用1 种天然可食性材料存在不足,比如多糖膜阻湿性能差;蛋白质膜抗水能力差;脂类可食性膜会产生蜡质口感。复合膜(如多糖-脂类膜、蛋白质-脂类膜等)改善单一膜的特性是当前的发展趋势,通过加入不同比例的天然可食性材料来调节膜的透水性、机械强度、阻气性、抗水性等。与海带多糖膜相比,海带多糖复合膜(20 mg/mL海带多糖、4 mg/mL壳聚糖、2 mg/mL魔芋葡甘聚糖)更能降低辣椒的质量损失率和腐烂率,有助于保持较高的叶绿素和VC含量,对辣椒的保鲜效果较好。大豆分离蛋白质和半胱氨酸复合可食性膜能够控制鲜切茄子的组织褐变。

1.4 瓦楞纸箱

保鲜瓦楞纸箱具有广阔的发展空间,已成为蔬菜保鲜包装的主要研究方向之一。在纸箱的内表面加入镀铝保鲜膜或在造纸阶段混入能吸附乙烯气体的多孔质粉末(如SiO2纳米粉剂),不仅能吸收乙烯,防止水分蒸发,而且能反射辐射线,防止箱内温度升高,从而保持蔬菜的鲜度。

2 控湿保鲜包装

控湿保鲜包装是指通过控制包装内的湿度,保持蔬菜外观品质的一种保鲜包装。控湿保鲜包装的类型、性能及应用情况如表1所示。

表1 控湿保鲜包装的类型、性能及应用

Table 1 Humidity-controlled packaging types and their characteristics and applications

3、抗菌保鲜包装

抗菌保鲜包装是指在蔬菜的贮运过程中使用抗菌保鲜膜或抗菌活性包装,起到抗菌作用的一种保鲜包装方式。

3.1 抗菌保鲜膜

抗菌保鲜膜是指在保鲜膜中添加抗菌剂,通过抗菌剂的缓释和光催化等作用达到抗菌、保鲜目的的一种功能薄膜。抗菌膜因其高效、稳定、安全等独特的优点,越来越受到重视,在食品包装和保鲜方面有广阔的应用前景并产生巨大的经济效益。Appendini等提出抗菌膜制作的主要方式是将抗菌物质直接混合添加在包装膜里或者是涂镀在包装材料上,其中抗菌物质包括无机抗菌剂和天然抗菌剂。无机抗菌剂大致分为金属离子抗菌剂和以TiO2为代表的光催化抗菌剂两大类。金属离子抗菌剂主要是利用Ag、Cu、Zn等金属本身所具有的抗菌能力,通过物理吸附或离子交换等方法,将带抗菌能力的金属固定于沸石、硅胶等多孔材料的表面或孔道内,然后将其加入到制品中获得具有抗菌性的材料。例如利用带有抗菌性的银沸石制成的薄膜能够在一定程度上抑制细菌的增殖,起到保鲜作用。国家农产品保鲜工程技术研究中心研制的PE/Ag防霉保鲜膜对灰霉菌有很明显的抑制作用。近年来,以TiO2为代表的光催化抗菌剂得到了广泛应用。在光催化作用下,TiO2将吸附在表面的OH-和H2O氧化为羟自由基,羟自由基可与蛋白质、酶类及核酸等生物大分子反应起到杀菌作用,该类抗菌剂的耐热性比无机金属抗菌剂高。使用TiO2/SiO2复合光催化材料膜包装西红柿,能够显著延长其货架期。

天然抗菌剂主要包括天然植物提取物(肉桂醛)、香料提取物(百里酚、百里香素)和壳聚糖等。添加天然抗菌剂成分也是抗菌保鲜膜的一大特点,Wang Chanchan等采用内表面涂覆法,制备天然高分子壳聚糖与PP无纺布的复合膜,结果只有较少的细菌吸附在PP膜上,表明PP膜在经过壳聚糖改性后,能抵制蛋白质的吸附和细菌的黏附,抗污染能力明显增强。天然抗菌剂中PLA是唯一具有优良抑菌及抗霉特性的生物可降解塑料,其复合材料PLA/聚己内酯/麝香草酚(PLA/polycaprolactone/thymol,PLA/PCL/TH)薄膜不仅抑制辣椒微生物繁殖,更能延长辣椒的保鲜期。

3.2 抗菌活性包装

包装小袋和吸水垫中加入抑菌物质(如乙醇、精油、ClO2等)是目前抗菌活性包装的一种趋势。魏华利用干式复合法制备了一种可以智能控制释放SO2杀菌剂的3 层复合包装薄膜,可使SO2的释放量既满足杀菌保鲜的要求,而且不会对人体造成伤害,具有很高的实用价值。质量分数1%的丁香精油和质量分数1%的葡萄籽精油的活性薄膜可抑制圣女果中的微生物繁殖和有机物的氧化,具有良好的保鲜效果。在商业应用中,纸包装制品公司最新设计的垫片中含有纤维素或者超高吸收性的聚合物材料,同样具有抗菌功能。

4、控温保鲜包装

蔬菜作为易腐农产品,在配送流通过程中应保持低温状态。目前的常用方法是用制冷设备创造低温贮藏环境,在蔬菜保鲜包装上包括蓄冷包装和保温包装。

4.1 蓄冷包装

蔬菜在配送过程中多使用方便、快捷的蓄冷式配送。饶先军在研究结球生菜的冷链保鲜技术中总结出,运输时间在12 h内,使用保温箱包装运输,运输时间在24 h内,使用保温箱加蓄冷剂包装运输,运输时间超过1 d,最好采用冷藏车运输以保证结球生菜的品质。蓄冷剂研发也属于蔬菜保鲜包装的研究方向之一。高斯研究了低温蓄冷剂的制备方法,通过聚乙烯醇、戊二醛在酸的作用下交联制备水凝胶型蓄冷剂,确定在0~-5 ℃范围采用氯化钠做降温剂,在-5~-10 ℃范围采用氯化钾做降温剂。

4.2 保温包装

蔬菜在低温贮藏流通过程中,较多使用具有隔热功能的瓦楞纸箱、打孔聚氨酯(polyurethane,PU)泡沫箱、塑料周转箱。隔热瓦楞纸箱是在传统箱内、外包装材上进行复合树脂和铝蒸镀膜,或在纸芯中加入发泡树脂,使其具有优良的隔热性,防止在流通途中蔬菜自身温度升高。刘翠娜研究将厚5 mm真空绝热板与厚20 mm PU发泡组合而成的复合保温材料应用于箱体底部,可大大提高保温性。塑料保温箱内外表面均为PP材质,中间是厚30 mm的PU发泡材料,箱盖为硅胶条密封,可安置冰盒,外界温度30 ℃下,箱内温度可在24 h内维持2~8 ℃。另一种保温箱的内外表面均为材料高密度聚乙烯(high-density polyethylene,HDPE),中间是35 mm厚的PU发泡材料,箱盖发泡硅胶条密封,支持GSP温度仪,保温(40 ℃左右)时间为8~10 h;冷藏(2~8 ℃)时间为20 h以上。有研究学者对温度控制包装进行预测,蔬菜保温箱可发展为绝缘材料和自热自冷罐。

5、减损保鲜包装

蔬菜运输过程中为避免机械损伤,通过摆放方式和采用缓冲材料进行减损包装。蔬菜从下到上整齐排列,不易滚动,可以减少蔬菜运输期间的碰撞。块茎类蔬菜可放置在凹坑的特殊抗压垫中定位包装,降低损伤。叶菜类蔬菜可采用微孔袋加打孔纸箱包装。缓冲材料主要包括纸板、泡沫、塑料、植物纤维、珍珠棉等。在原板中加入功能型薄膜或长纤维无纺布等,使用这种托盘除了能够防止蔬菜被损坏外,还具有一定的隔热性。在运输过程中注重包装质控的同时,也应避免野蛮装卸,减少人为引起的损伤。

6、智能保鲜包装

蔬菜智能保鲜包装是以生物传感器、无线射频等手段探测、识别和记录蔬菜温度、成熟度等指标,达到监控蔬菜及其贮藏环境变化的目的。蔬菜智能保鲜包装在国外商超中应用较为广泛。法国的“不二价”超市连锁店在许多新鲜食品上使用一种被称为“时间温度指示(time temperature indicating,TTI)”的包装技术,该技术能测量、记录食品从生产到销售中温度随时间的变化历程,可以显示食品在某一温度下已存放的时间。智能包装遇菌变色报警,能够检测并告知消费者蔬菜的污染。传感器供应商Infratab推出了一种传感器标签,可监测易腐食物。该标签可通过带有近距离通信(near field communication,NFC)功能的智能手机进行读取,称为“Freshtime NFC”标签,起到“新鲜保证”的提示作用,以数字形式显示食物的新鲜度。

7、结束语

蔬菜保鲜薄膜包装中气调包装或者抗菌薄膜大多是以PE、PVC等材料为基材,因使用废弃后不能完全降解能导致“白色污染”。为解决蔬菜保鲜包装带来的“白色污染”问题,天然化合物、生物可降解包装材料、复合型的可食性保鲜膜等环保型蔬菜保鲜包装的研发与应用日趋广泛。

蔬菜保鲜包装技术的深度挖掘和综合利用成为研究热点。越来越多的人对如上所述的单一蔬菜保鲜包装技术进行深度挖掘,开拓更新的技术手段。比如蔬菜高氧气调保鲜技术的研究尚浅,还停留在抑制微生物繁殖、减少褐变及降低呼吸作用等阶段;因此可依据不同蔬菜的呼吸及生理特性,探索其适宜的高氧浓度临界值,将会是未来蔬菜保鲜包装的研究热点。另外,可以利用数学建模方法来进行各种蔬菜贮藏条件的设计,比如在气调系统方面,可以利用蔬菜生理过程之间的相互作用,设计相应的包装和环境条件,从而提高新鲜或鲜切蔬菜的贮藏期;通过模拟蔬菜蒸腾和水分演化,并提供包装内变化的最新信息,能够为控制水分蒸发提供新策略。智能包装作为食品包装的创新包装,使蔬菜保鲜包装更加趋于智能化。在智能包装方面,低成本、高智能的综合性技术手段的运用将成为趋势,如进一步基于印刷电子、碳纳米技术、硅光子学和生物技术开发新的传感器可以成为其技术的研究热点;再者,计算机断层扫描或激光扫描等技术必将带领蔬菜智能保鲜包装进入新时代。

在各方面进行深入研究虽然能够在一定程度提高蔬菜的保鲜效果,但单一的保鲜技术均有各自的缺陷,研究人员将多种单一技术相结合并综合应用,例如臭氧、可食性膜和气调包装在蔬菜上的综合利用。张洪磊等提出了充气保鲜包装技术结合冰温技术在蔬菜保鲜应用的可行性,这2 种技术的结合将提高蔬菜的保鲜效果。综上所述,综合保鲜包装技术具有广阔的应用前景,找到某种蔬菜较好的保鲜包装工艺可为延长其贮藏寿命、保持蔬菜良好的食用品质提供更大的可能性。

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可重复使用包装技术在家电产品物流循环模式上应用的研究

家电产品物流及包装应用的现状

家电产品物流主要是从生产厂商运输到物流服务商的CDC(中央配送中心)仓储、经过干线运输、RDC(区域配送中心)分拨、到达经销商仓库,最终销售后配送到用户的全过程。

整个物流过程中,家电产品是随包装箱整体进行流转的。目前通用做法:包装箱由生产厂商采购纸箱,在生产线下线后直接装箱,或安排包装厂负责大型包装的实施,所有包装均是一次性使用,纸箱(或木箱等)不再进行回收。包装成本包括在家电产品本身的成本中,由生产厂商负担;物流服务商负责家电产品外包装的完好及完整,交货后也不再负责包装箱的回收及重复再利用。

包装箱在运输过程没有损坏,最终在用户拆箱后直接扔掉,在各个流通环节的衔接中,包装箱随产品顺序流通,相对独立,没有回收过程(除因产品质量或销售问题发生的退换货情况)。

从产品保障本身出发,生产厂商要求用户保留包装箱直至验收产品无质量问题即确认收货,从生产厂商角度,包装箱属于易耗品范畴,一次性采购后不再对包装进行处理;从物流运输商角度,包装是辅助保护产品的手段,而包装箱也不在物流运输商的回收范围;从经销商角度,包装是家电产品的外观,包装箱没有回收的流程;从具体的配送人员,或因车辆(没有多余的空间存储)、线路(循环送货)、配送时间(用户要求的送货时间,以及拆箱时间)、费用成本(增加人工操作带来的成本)等因素也不会对包装进行回收再利用。最终家电产品的包装箱从物流环节结束到用户手中后,即完成了生命周期,进行废品处理。

可重复使用包装及循环模式研究的意义

可重用使用包装定义为:被构想和设计为在其寿命周期内,在一个重复使用系统内完成最小数量的重复使用或重复循环的包装或包装组件。包括了包装箱,内包装防护材料,包装配套部件,包装标识,循环使用标记等内容。

物流周转箱简称为物流箱或周转箱,可适用于物流中的运输、配送、储存、流通加工等环节。周转箱可与多种物流容器和工具配合,用于配送中心仓库、运输车辆、流转等多种场合。周转箱的使用一定程度上解决了包装重复浪费的情况,既可以提升物流管理水平,也可以借助可重复使用包装技术解决包装问题,可以有效的实现物流容器的通用化、一体化管理,是生产及流通企业进行现代化物流管理的必备品,需要从生产及物流环节延伸到最终用户的回收环节,把生产、物流、销售关联起来才可以形成完整的循环模式。

物流运作效率是推进周转箱的标准化和社会化应用中一个不可忽视的重要环节。周转箱应用水平是现代物流展开的重要标志,周转箱化作业提高了包装及物流操作效率。目前我国物流行业的物料搬运费所占产品总本钱的比例高达40%左右,与周转箱应用水平较低有极大关系。从实际情况分析,我国绝大多数周转箱都没有构成一个顺畅合理的周转流通机制,周转箱的运用范围仅限于仓库内部和运输环节之间的搬运作业,即便是从事物流效劳的企业,周转箱也仅限于企业内部周转。由于产品从消费商、分销商、批发商到最终用户的供应链过程中要改换数次周转箱来完成运输和存储,经过多次倒换周转箱,极大地降低了运作效率,使产品附加成本增加。

大量的包装废弃物,加重对环境的污染,包装废弃物在重量上已占城市垃圾的三分之一,而在体积上更是达到了二分之一之多。可重复使用包装技术及物流包装循环模式对于我国降低包装废弃物,减少包装原材料的使用,降低综合物流成本,做到绿色环保,节约经济资源具有十分重要的意义。因此建立包装循环使用体系,合理规划循环路径、发挥物流在生产厂商、经销商及最终用户直接的纽带作用、健全回收再利用的渠道、展开试点工作等措施,来促进可重复使用包装在家电产品物流的应用。

现有物流单向模式分析

现有物流流程和家电销售流程是分开独立运营的。物流流程为单向流动。物流服务商负责CDC(中央配送中心)库存和干线运输及地区RDC(区域配送中心)仓库管理工作,从RDC出库后的产品由经销商负责本地(城镇范围)配送至最终消费者客户,如图1所示。

图1 现有物流流程和家电销售流程图

物流循环模式分析

物流服务商在操作家电产品物流项目上,改进生产厂商的产品包装及仓储和运输等物流环节,构建循环模式,是一种创新性的思路。

可重复使用包装技术及包装箱应用在家电产品的物流运输配送方面,最为有效的改进是将原有一次性包装容器(纸箱及重复利用的托盘),改进为可循环使用的周转箱,包装设计工作重点是根据客户的产品特点,结合产品仓储和运输过程中采用的尺寸要求及防护要求,包装操作设计合理尺寸及组合模数的包装数量,加以实施包装方案。

可重复使用包装需要重点考虑耐用性、安全性、易拆卸性等设计要点,包装在完成到达用户后,需要充分利用运输工具的空间进行存放及回收, 提高运输效率,那么就要求在保证包装相对完整性的前提下进行折叠,拼拆等便于操作的方式,也可以应用周转箱取代大量使用的包装箱,叠放。

采用周转箱后,通过分析,总体降低包装和物流成本。达到优化物流运输及配送环节,也能够使生产厂商,经销商同物流服务商之间形成有效的信息沟通渠道,提供效率,降低库存,精细化管理。

改进方式:物流服务商将家电销售环节的物流回收工作纳入物流服务范围,建立循环使用周转箱的物流新模式,如图2所示。

图2 家电产品物流循环模式图

对于家电产品生产厂商及经销商销售后的家电产品,改变目前通用的经销商负责配送的方式,由物流服务商提供城市配送送到最终客户,同时将包装箱回收。

物流服务商负责跟踪周转箱的使用情况,并和家电产品生产厂商建立周转箱的信息协调机制,掌握周转箱的动态信息;由物流服务商进行专门回收工作,统一将使用后的周转箱运抵各地RDC仓库,并统一运回CDC(位于生产厂商周边,用于存放回收的包装箱及包装材料),再送回生产厂商的包装线边,实现周转箱是循环使用。

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自动包装技术在包装印刷行业中的作用分析

改革开放30年以来,我国印刷行业告别了铅与火,迎来光与电的技术革命,现在正一步一步地向数字化时代迈进。2009年8月国务院颁布了《文化产业振兴规划》,将印刷业与文化创意、出版发行等8大产业列为今后国家重点发展的重要产业,进一步明确了印刷业在国民经济和社会发展中的重要地位。

随着新生代劳动力逐渐成为社会主要劳动力来源,中国制造加工业也逐渐告别了廉价劳动力时代,很多欧美加工企业甚至已经向东南亚等地寻求新的廉价劳动力市场。暂且不谈《劳动法》中的相关规定,现实已经摆在了企业的面前,那就是人力成本越来越高了,如何降低成本保证企业的经营效益成为关键。对印刷企业而言,印刷、包装等都工作都需要大量的劳动力来完成,而印刷机械若能在数控领域获得突破性发展,减少人力成本,将为不少印刷企业带来福祉。

国内印机制造水平与国际水平之间的差距,总离不开围绕速度及稳定性方面的话题,印机专家韩晓良先生曾表示,目前国内印机制造商还要加大对数控技术的研究及应用,才能获得更好的发展。

韩晓良认为,在保证机械产品安全、环保的前提下,设备的高生产率、高质量是人们一直在追求的目标,但随着我国印机制造业国际化步伐的加快,国内印机制造商在数控领域的发展却迟迟没有突破。而在数字化、自动化领域需要有所突破,他认为现在数字直接制版、短版印刷的市场需求较大,国外印机制造商在这方面也一直领先于国内印机制造水平,只有把自身的技术水平不断地跟进国际步伐,这样才能走出国门,迈向世界。

自动化水平在制造工业中不断提高,应用范围正在拓展。包装行业中自动化操作正在改变着包装过程的动作方式和包装容器及材料的加工方法。实现自动控制的包装系统能够极大地提高生产效率和产品质量,显着消除包装工序及印刷贴标等造成的误差,有效减轻职工的劳动强度并降低能源和资源的消耗。

一、自动包装的作用

具有革命意义的自动化改变着包装的制造方法及其产品的传输方式。设计、安装的自动控制包装系统,无论从提高产品质量和生产效率方面,还是从消除加工误差和减轻劳动强度方面,都表现出十分明显的作用。尤其是对食品、饮料、药品、电子等行业而言,都是至关重要的。自动装置和系统工程方面的技术正在进一步深化,并得到更广泛的应用。

机器人学(robotics)已经改变了人机的共存方式。自动包装的关键在于依据生产加工或包装过程,设计出一个能够得以实现自动控制的结构方案。显然,自动装置(机械手或机器人)的选择取决于这一过程的需求及特性。依据定义,一个自动装置即是能通过自动控制或遥控方法完成任务的一台机器或一个机构。它可以是简单的,例如,从一个位置移向另一位置的一种单轴结构的气动压力联动装置;也可以是复杂的,例如,具有六轴结构的能动外科手术的机器人。包装过程的各个项目选择以及各类工业自动化机构,可以在一个具体工作场所的空间范围内,使每一个设计方案完成一项任务。

目前,自动装置的结构型式是多种多样的。例如,可以满足某一项具体操作的需求。工业机械手的结构特点都处在单轴与六轴之间。根据这种轴结构的性能,机械手“臂”的设计在运动可控程序下,操作一个端部操作器或臂端工具。轴的数量代表了机械手臂的“自由度”。另外,还有辅助臂。例如,传送带的轴等,但它们通常不是以机械方式与机械手主臂相联结的。对于不同机械手形式,一般都是根据其“x”、“y”、“z”三个主轴组成的坐标系来分类的。大多数机械属于下述五种基本类型之~:笛卡尔或直角坐标系、圆柱面坐标系、旋转式或铰链式坐标系、球面或极坐标系和柔选工组合型机械手(scara)。

二、自动功能的外部设备

一个完整的自动化结构方案由很多部件组成,其中,端臂操作工具、材料运送装置和识别/验证系统是主要组成部分。

1、臂端操作工具

机械手就是利用与其端部联接的装置从一个位置移到另一位置的一种工具。臂端操作工具,即端部操作器,是用来抓取产品、定向移动和感受性能参数的一个部件。在包装应用中,端部操作器通常设计成能直接使用的真空套、夹紧爪或两者结合的型式。它们的结构方案可以从单一型的真空套到系列型真空套或夹紧爪的排列式结构等。

2、材料输送装置

材料运送及处理装置是在传动和制造过程中,为产品的输送、储运和控制时自动移动所需要的某些类型的设备。其中包括动力传送带、单轨吊车、自动导向车和机械手等。在包装过程中,需要考虑材料运送处理的因素有:产品形状、重量及材料性质;在运输、包裹及装载期间产品的运速、距离和方向;与其他装置进行联接时所需控制水平以及如果需要时允许重新形成构件的机动灵活性。一种典型的材料运送及处理系统包括:带型输入传送器、贴标机、条码阅读器、自动装置和输出传送器。一个用户图形界面提供了描绘出托盘堆码形式的容易操作的平台。根据控制生产的工件数量,机械手抓取、定向移动和安放(堆码)每个包装容器(箱、盒、桶和罐等)在正确的托盘位置上。

3、识别及验证系统

识别、验证和精确跟踪产品的能力已经成为整个包装系统不可缺少的环节。识别方法可以使用传统的条码到无线电射频(rf)传感器,它们能够跟踪托盘或全部产品。联机的条码印刷及验证也是必要的。能够提供有效可靠手段,确保产品质量的可视技术(vision technology)可用于包装的很多场合,例如,产品的检测和定向、充填水平及计数、光学贴标、文字识别、贴标文案验证、标贴记录以及全部文字和图形的验证(离开生产线)等。条码系统通过产品型式、日期/区码和制造厂名为印前或联机的印刷工序识别产品。条码扫描仪和视频识别系统记录并验证产品标贴以确保识别的完整性。一种典型的可视条码检测能力可以确认每个条码对应于每种产品。

三、自动包装的过程

实现包装自动化,首要和最重要的一步就是定义过程。一项优质的工作项目是根据过程的特点,而不是根据自动化设备来确定最终设计方案。在定义这一过程时,需要考虑的三项关键因素是产品及包装结构形式、生产总量和劳力人力因素。

1、产品/包装结构形式

产品/包装的结构设计直接影响到所需自动操作器和材料运送处理的形式。产品/包装的结构尺寸、形状、材料和重量将决定端部操作器的结构设计方案和自动器有效载荷的需求。具有复杂形状特征的包装件结构设计,如椭圆形包装容器比标准的圆形或方形包装件具有更困难的定向问题。增加系统复杂性的定向需求,应在加工实施以前进行仔细研究和分析。在进行充填箱盒的情况下,机械手端部自动操作器一般都提供一种工序,即能够抓住足量的产品,一次性充填一个完整的箱盒。这样,使得自动操作器的移动距离尽可能减少并保持传送带或生产线上的产品连续行进。

2、产品生产通过量

促进包装自动化设计的主要动力在于产品生产总的通过量。生产线的速度越快,应用自动抓手和分类装置有助于降低自动器的工作负荷,而跟随包装件的标准自动器可能会越少。生产线速度不但影响到处理产品的自动化装置,对贴标操作和可视检验也有影响。为了达到有效可视检测技术,必须表明几项相关问题。其中包括:零件图形一致性、检测可重复性、传递速度一致性(例如生产线的波动情况)、需要完成检测的数量和合适的软件程序等。这些因素突出地影响到一个可视系统的形式和成本。按一般规则,如需检测的数量越多,视频运转速度就越快,这样就会导致更复杂更昂贵的结构方案。当视频装置与自动机构组合成一体后,整个自动器就能连续一致地并以可重复方式实现包装件的定向和展现。

3、劳力或人力因素

自动化包装设备的运行是管理、工程和生产各部门之间不断有效的合作、交流、互动创造的成果。所有相关人员及技术部门必须集合在一个紧密团结的集体中——这个集体按照制订的工作过程共同行动一一以同一目标为动力、以战略方式体现出一种凝聚力。

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软包装复合膜热封原理及影响因素分析

随着软包装技术的不断成熟与革新,软包装也随之悄然出现在食品、医疗、日化等众多产品的包装舞台上。特别是前些年随着国际油价的一路走高而带来的日化原材料价格的上涨,出于降低成本的考虑,不少日化企业已开始考虑产品的软包装化。例如,软包装带嘴自立袋除了具有瓶、桶包装可方便开启并多次密封的优点外,还具有包装材料消耗少,印刷装潢水平高,包装物仓储、运输成本低、垃圾处理量小等优势,被誉为环保型包装。据统计,与同容量的瓶、桶相比,带嘴包装袋的原材料消耗可降低30%以上,包装物仓储运输成本下降60%以上,垃圾处理量下降50%以上。因此,软包装自立袋的应用正越来越广泛。

随着软包装的广泛应用,作为软包装企业,深入了解复合膜的热封原理、失效模式及影响因素,有助于更好地控制工艺,从而保证产品质量。

图1 市场常见塑料软包装产品

一、热封的物理模型

热封是包装过程中最重要的步骤之一。热封步骤对包装完整性以及包装性能非常关键。热封优良与否对优化高速成型-灌装-封口一体化包装线的产量也十分重要。

通常的热封模型是将两个结晶薄膜放在一起,并在压力下将表面紧密地接触。一般由热封棒或热阻线提供热量使表面熔融,熔融的两个表面“变湿”纠缠在一起,最后冷却使交界面重新结晶。一般来说,界面处大量纠缠在一起的分子使交界面表现为类似于单层结构(简单的变厚)。上述整个过程的时间小于一秒,但是它却受热封温度、时间和压力等因素的影响,如图2所示。

该热封原理应用于所有聚烯烃材料。薄膜结构可以用多种方式得到,如吹膜、流延、挤出涂覆或者复合。

图2 热封过程示意图

二、热封失效模式

图3 热封测试中的失效模式

热封失效一般有三种模式:1)剥离;2)撕裂(薄膜自身破裂);3)复合膜与导嘴之间的分离。热封失败可以迅速表现出结构中的“连接弱点”,如图3。

剥离通常是由于热封过程中扩散不充分导致。这可能是由于加热不充分(设置温度过低或控制问题),或者热封前内层膜表面的交联(由于处理或挤出过程中的氧化等)。

撕裂是最常见的热封失效现象。热封中薄膜的破裂表示最大热封强度。它由薄膜自身的拉伸强度来定义,通常当薄膜屈服变形时即被认为失效。

三、热封影响因素分析

1、热封温度预测

乙烯聚合物及共聚物系列的热封温度能够非常准确地预测。

热起封温度或最低热封温度表示热封开始发生时的温度,该温度下一般热封强度低且热封区域容易剥离。随着热封温度升高,热封强度稳定在一定数值,一些文献将达到热封强度平台时的温度称为热起封温度。尽管这不是技术上的最低热封温度,但是这是达到预期的热封性能的实际最低温度。

对于77%的聚合物来说,热起封温度或最低热封温度通常是其成为无定形、非结晶或熔融状态时的温度。

对于包装行业来说,更重要的是预测热封平台起始温度。通常在包装工业中将热封烫条的温度调到比热起封温度高5~10℃,以控制波动。图4是自立袋和导嘴各自的热封曲线,这也是设计热封温度参数的依据之一。

a) 自立袋

b)导嘴

图4 热封曲线

包装工业一般认为热封“撕裂失效”是在理想或密封状态的失效行为。该失效情况认为两个热封层完全的熔融或者充分相互扩散以形成一个完整的单层,此时“连接弱点”变为薄膜本身的屈服强度。

2、热封时间

有研究者利用有限元分析法准确地预测热封表现。为了测试该模型,在两个热封薄膜(聚乙烯)的交界处放置微型热电偶,被测量的界面温度是时间的函数,利用电热板或热封棒提供热封能量。实验所得数据与利用密度、比热、热导、线性膨胀系数、弹性模量以及热传导系数等参数理论模拟所得温度进行比较,如图5。

实际上,数学模型预测的结果与实验数据十分符合。曲线中明显的小振荡是高于熔融温度以后,薄膜的熔化潜热以及薄膜的体积厚度所致。数据显示对于典型的薄膜(50μm或者更薄),热封处界面热封棒0.5s的停留时间已足够使温度达到设定温度的95%。

图5 界面温度与热封时间关系的有限元分析

3、热封压力的重要性

4、影响热封的其他因素

(1)添加剂的影响

(2)电晕处理

(3)生产过程中油墨和其它产品的影响

四、结论

热封是对需要密封的表面加热,从而使熔融的聚合物相容扩散并重结晶的过程。该过程可以通过薄膜的应力和热封材料的熔融特征进行预测。热封温度比热封材料的最终熔点稍高,热封强度即薄膜的屈服应力。

作为衡量软包装复合膜(袋)质量的重要性能——“热封”性能,其在生产加工过程中受热封温度、热封时间、热封压力等众多因素的影响,软包装及上下游行业在了解热封模型及失效模式的基础上,可以更好地控制和监测包装产品的质量。

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