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    1. 『包裝頭條』

      發布時間:2018-10-29 02:15          

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      包裝頭條:

      TOP?1 ?食品包裝技術的最新研究進展

      TOP?2 ?蔬菜保鮮包裝技術的研究進展

      TOP?3 ?可重復使用包裝技術在家電產品物流循環模式上應用的研究

      TOP?4 ?自動包裝技術在包裝印刷行業中的作用分析

      TOP?5 ?軟包裝復合膜熱封原理及影響因素分析

      TOP1

      食品包裝技術的最新研究進展

      食品包裝是食品的重要組成部分, 具有保護食品不受外來生物、化學和物理因素的破環, 維持食品質量穩定的特點。隨著消費者安全意識和政府監管力度的加強, 食品包裝安全亦被提升到同等監管高度。為滿足可持續發展戰略要求, 開發新型、綠色、安全的多功能食品包裝及材料, 是將來食品包裝發展的方向。

      1\食品包裝的新型設計

      食品包裝的主要功能是保護商品, 因此在包裝設計時要具有安全性和保護性, 同時要便于生產和運輸, 利于銷售, 還應體現出產品的文化價值和藝術特性。在食品包裝設計中, 所選用的材料也要符合產品的需求, 滿足可持續發展的理念。包裝材料要有適當的阻隔性, 足夠的機械強度, 良好的化學穩定性, 耐高溫及光學性能等。除此之外, 食品包裝還要具有多功能性 (阻濕、防水、殺菌、防腐、耐油、耐酸等) , 以滿足各種食品的包裝要求。

      活性包裝和智能包裝是兩類新型的包裝形式, 它們可使食品包裝具有傳統包裝無法獲得的功能特性, 并滿足消費者對食品質量和安全的要求, 這是未來食品包裝設計的新理念, 也是食品包裝的發展趨勢。

      1.1 活性包裝和智能包裝

      根據Actipak的定義, 活性包裝是通過改變包裝食品環境條件來延長貨架期或者改善安全性和感官特性, 同時保持食品的品質不變;智能包裝是通過監測包裝食品的環境條件, 提供在運輸和儲藏期間包裝食品品質的信息, 這兩類包裝的特點如表1所示。上世紀70年代, 活性包裝首先被引入日本市場, 并在日本得到穩步的發展, 需求量逐年遞增。近些年在歐美市場也備受重視。有數據顯示, 在美國活性包裝和智能包裝的年需求增長率為8.3%, 預計2013年的產值可達到19億美元, 其中食品和飲料兩大產業對活性包裝及智能包裝的需求量最大?;钚园b和智能包裝將具有巨大的市場潛力。

      1.1.1 氧氣吸附型包裝

      多數情況下, 氧氣會使食品品質降低, 油脂發生酸敗, 微生物生長繁殖, 加速食物的腐敗變質。Zerdin等研究結果表明氧氣可使橘汁發生明顯的褐變現象。食品包裝中的氧氣主要是通過抽真空或氣調包裝的方式清除, 但是這樣的物理方法只能清除包裝中90%~95%的氧氣, 其余的氧氣要通過氧吸附劑清除。氧氣吸附型的活性包裝主要是通過在包裝材料中添加或在包裝內放置可與氧氣發生氧化還原反應的化學物質、氧化酶等催化劑, 這些物質主要有鐵粉、維生素C、生物酶、不飽和脂肪酸等, 其中含鐵的氧氣吸附劑可使食品包裝內部的O2含量降低到0.01%, 遠低于氣調包裝所達到的氧氣殘留量 (0.3%~3.0%) 。表2列出近年來氧吸附劑研究的新成果。

      表1 活性包裝與智能包裝的特點

      表2 氧清除劑最新研究成果

      1.1.2 二氧化碳氣體釋放/吸附型包裝

      一般情況下, 鮮活食品, 如鮮肉、草莓、奶酪、禽肉等需要在二氧化碳濃度較高 (10%~80%) 的條件下貯藏, 以減緩生物化學反應, 并抑制微生物的活性, 防止細菌生長。將碳酸氫鈉與亞硫酸脫氧劑混合, 制成小袋置于食品包裝內, 可以產生二氧化碳氣體, 使包裝內形成高濃度二氧化碳的條件。Hansen等研究以碳酸氫鈉制成的二氧化碳氣體的釋放劑對新鮮鮭魚進行保鮮, 并建立二氧化碳釋放量與鮭魚片的表面積及質量關系的數學模型, 結果顯示碳酸氫鈉可使新鮮鮭魚的保鮮期達到17 d。此外, 在0.1℃的氣調包裝中, 以碳酸氫鈉和檸檬酸為原料制成的二氧化碳釋放劑, 可使超冷凍處理的鮭魚保質期延長至28 d。

      在貯存水果時, 二氧化碳的濃度過高, 會使水果進入糖酵解階段, 造成有害物質的積累, 降低水果品質, 因此, 在食品包裝內還需控制二氧化碳的濃度。降低二氧化碳的濃度可以通過物理吸附的方法實現, 如使用沸石或活性炭等物質, 也可以使用氫氧化鈉、氫氧化鎂等化學試劑與二氧化碳發生化學反應生成碳酸鹽, 或采用物理吸附和化學反應相結合的方法達到減少包裝材料中的二氧化碳氣體的目的。Aday等用過碳酸鈉、碳酸鈉、氯化鈉和膨潤土制成了EMCO二氧化碳吸附劑, 并研究了EMCO在活性包裝中對草莓品質的影響, 結果表明EMCO的配比為過碳酸鈉50%、碳酸鈉20%、氯化鈉14%、膨潤土16%時, 可延緩草莓的糖代謝作用, 有效地保持草莓的品質, 將其保質期延長到4周。

      1.1.3 濕度控制型包裝

      濕度控制型包裝主要用于兩大類食品, 分別是干燥易碎的食品和鮮活食品。前者, 如餅干等在高水分活度條件下會受潮軟化;后者在儲運過程中會發生呼吸作用而產生冷凝水, 若冷凝水凝結在食品的表面, 食品中水溶性的營養物質溶出, 滋生大量微生物;若冷凝水與包裝材料接觸, 會影響到材料的外觀, 因此有必要控制包裝內的水分活度和濕度。干燥劑可以吸收包裝內多余的水分, 維持相對濕度。常用的干燥劑有硅膠、氧化鈣、糖類、蒙脫土、聚丙二醇等。Azevedo等采用單體格子設計法優化了以氧化鈣、氯化鈣和山梨醇為原料的干燥劑, 結果表明3種物質中氯化鈣的水吸收能力最強, 最優組合 (氧化鈣50%、氯化鈣26%、山梨醇24%) 的干燥劑持水力可達0.813 g/g, 可用于平菇的保鮮包裝。傳統的濕度控制型包裝是將干燥劑分裝后置于包裝容器中。目前的新技術是將干燥劑添加到高分子材料中, 通過擠壓成型將干燥劑鑲嵌到包裝材料內, 此種方法可將包裝袋內的水分活度降低到0.7。日本研制的可以控制包裝內相對濕度的外包裝材料, 是由外部的阻水層、內部的透水層及中間夾著的葡萄糖漿組成。當包裝內的相對活度較高, 水分可以通過內部的透水層進入葡萄糖漿內;當內部的相對活性較低時, 水分會以蒸汽的形式返回到包裝內部。

      1.1.4 抗菌型包裝

      延長食品保質期, 提高食品品質是包裝行業努力的方向。近年來, 歐美等發達國家正在大力的研究和開發抗菌型包裝材料和系統??咕突钚园b主要通過以下幾類方式實現: (1) 在包裝中放置含有揮發性抗菌劑的小袋; (2) 直接在高分子聚合物中添加揮發性或非揮發性的抗菌劑; (3) 在高分子聚合物的表面涂抹一層抗菌劑; (4) 采用離子或共價的方法將抗菌劑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列出包裝材料中常用的抗菌劑, 它們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裝材料中使用。研究表明, 百里香酚在支鏈淀粉膜中可明顯抑制金黃色葡萄球菌的生長, 將該涂膜用于水果的保鮮, 在4℃條件下橘子和蘋果分別保藏7 d和14 d后, 表面沒有可見的微生物生長。銀離子是最常用的抗菌劑, 它主要對有機物敏感, 可破壞微生物的細胞壁, 使酶失活。Martínez-Abad等證明在EVOH膜中添加銀離子可抑制肉制品中李斯特菌的活性, 但是在使用過程中, 銀離子易發生緩慢遷移而擴散到食品中, 引起安全問題, 因此使用時必須符合食品添加劑的使用標準。

      表3 抗菌型包裝中常用的抗菌劑及

      1.1.5 乙烯吸收型包裝

      乙烯作為植物激素, 是植物的代謝產物, 可加速果蔬的呼吸作用, 引起果實的成熟及進一步的衰老。目前, 高錳酸鉀常作為乙烯的清除劑, 可將乙烯氧化成CO2和H2O, 并且對食品不造成影響。然而高錳酸鉀有毒, 不能直接添加到包裝中接觸食品, 因此常將其置于小袋內使用。近年來, 有研究成功地將沸石粘土的微細顆粒分散到包裝膜中吸附乙烯, 但這會影響包裝的透光性, 而且也不能完全達到吸附包裝內的乙烯的目的。另有研究表明活性炭等具有吸附功能的物質也可以吸附乙烯氣體。

      1.1.6 時間-溫度指示型包裝

      時間-溫度指示型包裝是一種智能包裝, 通過時間溫度積累效應指示食品的溫度變化歷程和剩余貨架信息。商業上已應用的有VISAB指示劑、Life Lines指示劑及3M Monitor Mark指示劑。VISAB是以酶和底物反應為指示器, Life Lines是建立在聚合反應基礎上的指示產品, Monitor Mark則是利用酯質的擴散速度與溫度的關系設計的時間-溫度型指示器。除以上的可視指示劑外, 還有一種新型的無線射頻識別標簽 (RFID) , 也被稱作智能標簽, 它是通過無線電波獲取標簽中的產品信息數據, 并將數據傳輸到電腦中進行分析判斷。在產品運輸中, RFID承載著商品的全部信息, 可自動識別產品的變化情況。

      1.1.7 其他類型

      除了以上幾種常見的活性包裝和智能包裝外, 還有為滿足食品的特殊包裝要求而專門設計的包裝形式, 具體如表4和表5所示。

      表4 其他類型的活性包裝

      表5 智能包裝的包裝類型

      表5 智能包裝的包裝類型

      近年來, 為了提高食品安全, 減少環境污染, 利用天然高分子材料作為原材料制備環境友好型、可生物降解的新型包裝材料越來越受到人們的重視。預計將來, 可循環再利用的環保型包裝材料將成為包裝行業發展的主要趨勢, 綠色包裝材料和納米包裝材料將獲得大力開發和發展。

      2、綠色包裝材料

      包裝行業的污染主要是包裝材料廢棄物的污染, 綠色包裝材料的研發是解決包裝污染的關鍵。綠色包裝材料主要有兩大類:可降解包裝材料和可食性包裝材料。聚羥基脂肪酸酯 (PHA) 是研究較多的生物降解材料, 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) 在生物醫學、食品包裝及其他領域被廣泛的應用, 并且PLA膜具有良好的阻隔氧氣和水蒸氣的特性。Bang等采用溶膠凝膠法將PLA與二氧化硅共混, 制備出具有致密網絡結構、環境友好、透明的包裝薄膜??墒承园b材料主要以蛋白質、多糖、植物纖維素及脂類等可被人體消化吸收的天然物質為基材, 通過各物質分子間的相互作用, 形成具有多孔網絡結構的包裝材料。然而, 由于天然材料對水分較為敏感, 所以可食性包裝材料的阻水性較差。通常在成膜過程中添加脂類等物質來提高可食性包裝膜的阻水性能。脂類物質可在包裝膜內形成層狀結構或插層結構, 使可食性包裝膜的阻水性能提高10~1 000倍。

      近年來, 可食性及可降解性包裝材料的研究較為廣泛, 相關文獻資料較多, 如Jimenez等系統地闡述了淀粉基可食性、可降解包裝材料的成膜特性, 制備方法及其物理化學性能。

      2.1 納米材料在食品包裝中的應用

      物質在納米范圍具有新的界面現象, 從而獲得特殊的功能, 如表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應等。添加納米材料的包裝材料會在熱力學、光學、電學、力學和化學方面有顯著提高??墒承院涂山到獠牧嫌捎谧陨淼奶烊惶匦? 限制了其在包裝材料中應用, 如淀粉是良好的熱塑性包裝材料, 但是它對水分敏感并且機械性能差。納米材料常作為填充劑添加到包裝材料中, 以彌補可食性和可降解包裝材料自身功能的缺陷。在食品包裝中常用的納米材料見表6。

      表6 食品包裝中常用的納米材料

      3、食品包裝安全問題及解決建議

      3.1 食品包裝中的污染物

      食品包裝中有毒、有害物質的殘留會產生食品污染并導致中毒。蘭州的“毒奶粉”中不僅含有三聚氰胺, 還含有殘留超標的甲苯、二甲苯等物質, 其包裝袋抽檢不合格率高達50%。目前, 導致食品包裝污染的原因主要有包裝材料使用不當, 生產工藝不符合標準, 加工助劑違規添加, 印刷中大量使用含苯類物質的油墨以及監管體制和手段落后等。這些諸多問題最終導致包裝材料不符合食品包裝要求, 引發食品污染。表7列出各種包裝材料中可能存在的有毒、有害物質。

      表7 食品包裝材料中可能污染物質

      包裝材料中有毒、有害的化學物質遷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兩種:一種是有毒、有害物質直接遷移到食品當中, 這屬于物理性遷移;另一種是包裝材料與食品接觸后發生降解, 而產生毒害物質, 這屬于化學遷移, 如聚碳酸酯 (PC) 材料與食品中的胺類物質接觸時可發生胺解, 從而釋放出具有干擾人體內分泌的雙酚A物質。研究表明PC材料中的雙酚A污染食品時, 由物理性遷移導致的污染量較少, 主要是由于PC材料降解而產生的污染。表8所示食品包裝中常見的污染遷移及檢測方法。

      有毒、有害物質的遷移主要受食品模擬物、遷移時間和溫度等因素的影響。由于食品本身的成分較復雜, 有些物質成分對污染物的遷移量會有微量的影響, 所以需要選擇簡單、合理的食物模擬物用于遷移試驗。根據歐共體的標準規定, 基于食品自身特性的不同, 可選用蒸餾水、3%的醋酸、15%乙醇和精餾橄欖油作為食品的模擬物。時間和溫度也是影響化學物質遷移的重要因素, 經研究證實短時高溫浸泡與長時低溫浸泡的效果相同。除此之外, 微波加熱、高壓處理和γ射線等都會加速有害物質的遷移速度。Rivas-Ca觡edo等]發現經高壓處理后, 塑料中的直鏈烷烴和苯化合物會發生大量的遷移。LLDPE薄膜經γ射線輻照后, 薄膜中的抗氧化劑發生遷移, 并且遷移量隨著輻射劑量的增大而增大。

      3.2 物質遷移的作用機理

      化學物質從包裝材料中擴散遷移到食品中的過程, 大多是基于Fick第二擴散定律, 主要是分成3個連續的過程, 分別為化學物質在包裝材料中擴散, 化學物質在包裝材料與食品接觸處的溶解, 化學物質溶入食品, 即分為擴散、溶解和遷移3個過程, 并且物質的遷移發生在包裝材料厚度的方向。Reynier等根據分子官能團將化學物的分子結構分成柔性部分和剛性部分, 其中柔性部分包括長的烷基鏈和線性分子, 而剛性部分則包括芳基、支鏈為小分子的鏈段、雜環和球型結構, 并且柔性部分在包裝材料中的遷移是蠕動性的, 剛性部分是跳躍式的。如果分子結構中包括這兩種形式的分子結構, 則其遷移是蠕動和跳躍式相結合。

      表8 污染物在食品包裝中的遷移

      影響化學物質遷移的主要因素是化學物質的擴散系數D和分配系數K, 其中擴散系數主要受到分子質量、結晶度、粒子大小、粒子形狀、玻璃化換轉化溫度、環境溫度等因素的影響, 而影響分配系數的因素有物質的極性、氫鍵、溫度、化學結構和粒子的大小) 。Silva等研究了時間對DPBD (1, 4-二苯基-1, 3-丁二烯, 一種塑料阻燃劑) 和三氯生 (一種食品包裝用抗菌劑) 在豬肉中遷移系數的影響, 結果顯示在高溫條件下兩種化學物質的遷移系數明顯高于低溫條件下的遷移系數, 并且它們在豬肉中的遷移速度比在整個包裝體系中的遷移速度快。

      3.3 建議

      食品包裝材料中有毒、有害物質大部分來源于生產時的加工助劑。為解決食品包裝的安全問題, 除了加強監管部門的監督力度、建立健全相應的政策法規外, 還應該避免或減少使用加工助劑, 大力開發具有低滲出、低遷移、低毒或無毒、結構穩定的加工助劑。Sanches-Silva等研究了6種光引發劑在食品模擬物中的遷移情況, 結果表明同一光引發劑在不同的食品模擬物中的遷移量不同。因此, 在化學物質遷移檢測方面, 應對食品模擬物的適應性、穩定性和食品模擬體系做進一步探索和試驗, 為獲得高效、準確的實驗結果提供適合的試驗環境, 同時還要加強檢測方法的開發。由于化學物質從包裝材料中遷移到食品中的過程復雜, 遷移試驗耗時且成本較高, 所以要對食品做詳細的分類, 選擇合適的食品模擬物, 并且具體問題具體分析, 在此基礎上建立遷移預測模型。包裝材料本身也可影響化學物質的遷移, 因此應選擇天然、無毒的包裝基材, 且包裝材料應性質穩定、結構致密, 這也可以進一步降低有毒、有害物質的遷移活動。Nerín等研究了多層結構對29種物質遷移的影響, 以GC-MS為檢測方法, Tenax為食品模擬物。研究結果表明大多數的物質不發生遷移, 只有3種物質發生遷移現象, 并且其遷移量均低于特殊遷移極限 (SML) 。由此說明包裝材料自身的結構影響污染物的遷移。

      4、結論

      總之, 食品包裝工業正在發生變革, 正朝著高技術、多功能、環?;姆较虬l展, 并且不斷涌現出新的包裝形式, 如活性包裝、智能包裝、無菌包裝等, 使食品的質量和安全性得以提高。今后, 活性包裝和綠色包裝材料的開發和應用是未來食品包裝發展的重點。在包裝設計時要有集成化的設計理念, 將幾種包裝技術和功能集于一體, 降低有毒、有害加工助劑的使用, 減少有毒、有害物質的遷移, 從而使食品包裝達到最佳的效果。除提高包裝技術外, 還需考慮環境保護和可持續發展等因素, 因此應加大力度發展可食性和可降解性包裝材料。只有這樣, 食品包裝才有更廣闊的發展前景。

      TOP?2

      蔬菜保鮮包裝技術的研究進展

      新鮮蔬菜中含有較為豐富的營養物質,是人們生活中不可缺少的食物。但蔬菜屬于易腐農產品,受到氣體、濕度、溫度、微生物以及機械傷害的影響,容易水分蒸發、滋生病害、品質下降、衰老劣變,給貯藏流通過程帶來一定的難題。合理的保鮮包裝能夠使蔬菜在貯運中保持良好的狀態。本文從6 個方面綜述了蔬菜保鮮包裝技術,以期為解決蔬菜貯運保鮮包裝的相關難題提供參考。

      1 控制氣體保鮮包裝

      1.1 氣調包裝

      氣調包裝(modified atmosphere packaging/controlled atmosphere packaging,MAP/CAP)是指通過控制包裝內氣體組分含量,達到有利于果蔬保鮮環境、保持微弱有氧呼吸的氣調平衡。蔬菜常用氣調包裝有4 類:自發氣調薄膜包裝(modified atmosphere packaging,MAP)、充注混合氣體薄膜包裝、高氧自發氣調薄膜包裝(high oxygen modified atmosphere packaging,HOMAP)和活性包裝(active packaging,AP)。

      1.1.1 自發氣調薄膜包裝

      MAP是指蔬菜在密封環境內通過自身呼吸作用形成適宜的氣體環境,達到自發性氣調目的。蔬菜貯運過程中蔬菜易腐爛、衰老。MAP在密封包裝袋內創造出低氧和一定體積分數CO2的微環境,抑制了蔬菜的呼吸及部分微生物的生長,減緩了蔬菜在貯藏中的損耗,使用簡便、成本低廉、保鮮效果好。蔬菜的自發氣調薄膜主要分為常規保鮮膜、新型保鮮膜和復合膜。常規保鮮膜包括聚乙烯(polyethylene,PE)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)、聚丙烯(polypropylene,PP)、硅橡膠膜。新型保鮮膜包括微孔薄膜、高CO2/O2透氣比保鮮膜。PE膜和PVC膜應用最為廣泛,能有效延長蔬菜貯藏期,饒先軍將厚度0.06 mm的PE袋或密閉塑料箱作為結球生菜自發氣調的裝置,有效地延緩了結球生菜的衰老。由于近年來鮮切菜的發展,PP膜的應用會逐漸增加。在商業應用中,PVC薄膜和一定面積的硅橡膠膜熱合而成的硅窗氣調包裝對蒜薹保鮮效果最好。李鐵華等發現硅窗氣調包裝比普通氣調包裝袋能更好保持茶樹菇品質。但硅窗袋制作成本較高,隨著保鮮膜制孔技術的不斷發展,硅窗袋將逐漸被微孔袋所取代,微孔保鮮膜在未來的應用中會越來越廣泛。含有聚乳酸(polylactic acid,PLA)的微孔薄膜不僅透氣性好,而且能隔離氣味,有利于保護環境。高CO2/O2透氣比保鮮膜與常規保鮮膜完全不同,具有透氣性高、CO2/O2滲透系數比極高(350∶1)的特點。復合膜也是薄膜包裝的一種發展趨勢,保鮮效果好,且可降解。王羽等發明了一種由乙烯-乙烯醇共聚物(ethylene-vinyl alcohol copolymer,EVOH)與聚酰胺(polyamide,PA)共混擠出成膜后,再與PE復合而成的新型高阻隔薄膜,被稱為EHA/PE膜,鮮切萵筍在這種高阻隔薄膜的包裝下進行自發氣調,阻止氧氣進入,防止萵筍的褐變。PLA/聚對苯二甲酸-己二酸-丁二酯生物降解復合膜在洋蔥、番茄保鮮上都具有良好的效果。

      MAP在部分蔬菜應用中具有局限性,原因如下:1)包裝袋內O2和CO2難以維持穩定,蔬菜種類繁多,部分蔬菜自發氣調效果并不明顯;2)傳統氣調易造成有害的厭氧條件(O2體積分數小于2%,CO2體積分數大于20%),有的蔬菜對CO2比較敏感,易發生腐爛;3)使用普通自發氣調薄膜后,一次性塑料包裝易帶來“白色污染”問題。鑒于以上問題,人們著重研究充注混合氣體薄膜包裝、HOMAP和AP內的氣體組成,也更加關注生物可降解性能的包裝材料。

      1.1.2 充注混合氣體薄膜包裝

      充注混合氣體薄膜包裝是指應根據蔬菜自身的性能特點,選擇2 種或2 種以上的混合氣體充注包裝袋內,來調節蔬菜貯藏中的氣體成分組成。相比MAP,充注混合氣體薄膜包裝內充入可允許的最低O2體積分數和最高CO2體積分數,N2起填充作用,形成一種更適合蔬菜保鮮的微環境,以有效抑制蔬菜的生理活動及降低其消耗,延長蔬菜貯藏期。周春梅研究了當初始氣體O2、CO2、N2的體積比為0.4∶13.0∶86.6時,比其他處理組(O2、CO2、N2的體積比為0.4∶7.0∶92.6)及對照組(空氣)能更有效推遲白玉菇呼吸高峰。Fernández-León等發現西蘭花貯藏在1~2 ℃、相對濕度85%~90%條件下,充注體積分數分別為10% O2和5% CO2?的氣調貯藏比初始氣體為空氣的氣調更能保持西蘭花的外觀品質, 貯藏9 d仍具有較高的商品價值。董玉玲發現體積分數15% O2和體積分數51% CO2混合氣調包裝更有利于鮮切馬鈴薯品質的保持,不利于發生無氧呼吸產生酒精及發生褐變,這與在混合氣調包裝中加入適量的氧氣密不可分。D’Aquino等研究發現在20 ℃、相對濕度低于90%條件下,充注3 kPa CO2和12 kPa O2混合氣體,可延緩櫻桃番茄的整體質量,減少腐爛。

      1.1.3 高氧自發氣調薄膜包裝

      HOMAP是指包裝中O2的體積分數為21%~100%的薄膜包裝。傳統的MAP內O2體積分數偏低、CO2體積分數偏高,導致蔬菜進行無氧呼吸,產生的乙醛和乙醇等異味物質累積并滋生細菌,使蔬菜產生毒害并影響其品質。而HOMAP能降低蔬菜的呼吸作用,抑制細菌和真菌的繁殖,降低腐爛率,并減緩了組織褐變。Jacxsens等認為比起低氧氣調包裝,高氧氣調包裝能有效抑制蘑菇多酚氧化酶活力的升高,降低褐變率。梁小玲使用25 mg/mL抗壞血酸、7.85 mg/mL乳酸鈣和80%(體積分數)O2,以及40℃熱處理20 min結合體積分數92% O2這2 種方式處理鮮切土豆后,發現鮮切土豆在4 ℃條件下,14 d內都能保持較好品質。Ghidelli等也發現HOMAP能很好地保持鮮切茄子的感官品質。

      1.1.4 活性包裝

      AP是指在包裝材料或包裝系統內添加氣體(乙烯、CO2)吸收劑、釋放劑(如SO2、ClO2等抑菌氣體)、精油或者其他材料,改變包裝內的環境條件,延緩衰老,保持蔬菜的營養風味。乙烯促進果實的成熟,包裝膜中或者包裝袋內加入降低乙烯含量的物質,比如乙烯抑制劑、乙烯吸收劑、乙烯去除劑,能夠延緩蔬菜的衰老。使用3 μL/L的乙烯抑制劑1-甲基環丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)處理油菜,放置在高濕冰箱中,發現處理組油菜比對照組具有更好的外觀和風味。與單獨使用PP袋自發氣調的處理相比,乙烯吸收劑和自發氣調包裝處理的番茄,總酚和抗壞血酸含量較高??茖W家分離出一種“NH-10菌株”,能夠制成除去乙烯的物質(NH-T),對番茄、辣椒變色和質地變軟有明顯抑制作用。利用60Co-γ射線輻照使TiO2改性后制成的制成Ag-TiO2/活性炭纖維光催化薄膜能顯著加快乙烯降解速率。蔬菜密封包裝內的CO2累積,會對蔬菜造成傷害,發生質變。在包裝內加入CO2去除劑,比如Ca(OH)2、NaOH、KOH、CaO等,可降低包裝內的CO2含量。近年來,精油也被廣泛應用到薄膜制作中,用來改善包裝內的氣體環境,EVOH中添加精油制成的活性保鮮包裝薄膜能抑制圣女果的呼吸,延長其貨架期。在商業應用中,紙包裝制品公司設計出了不同功能的墊片,在制造吸收性墊片過程中添加了能產生CO2、吸收O2、吸收異味或產生香味等的成分,以此改善果蔬貯運、銷售過程中袋內的微環境。

      1.2 減壓保鮮

      減壓保鮮,又稱低壓保鮮、真空保鮮,是一種降低貯藏環境的氣體分壓、營造低氧環境的蔬菜保鮮包裝技術,是貯藏保鮮技術中新的研究領域。英、美、德、法等一些發達國家普遍采用減壓保鮮新技術,并使用標準規格的低壓集裝箱用于蔬菜的長途運輸中。減壓貯藏能夠延緩蔬菜的成熟和衰老。真空度0.06 MPa的減壓包裝(厚度0.07 mm PE袋)處理杏鮑菇,能延長其在2~4 ℃低溫條件下的貯藏期。蘆筍在室溫條件下僅能貯藏6 d,冷藏條件貯藏期為25 d,而低壓條件下貯藏期可長達50 d,因此低壓貯藏推遲了蘆筍的衰老過程。番茄在43.6 kPa低壓貯藏下,貯藏效果和抗氧化性能明顯優于常壓貯藏的對照處理組。50 kPa低壓條件下貯藏,竹筍的乙烯生成量下降,木質化進程延緩。

      1.3 可食性保鮮膜

      可食性保鮮膜(edible packaging films,EPF)是指采用噴霧、涂刷或浸漬方法將天然可食性材料(如多糖、蛋白質及脂類)形成的復合膜覆蓋于蔬菜表面,形成一層密封保護薄膜,阻擋氧氣的進入,延緩蔬菜衰老,起到保鮮作用,可同蔬菜一起食用。EPF具有可降解、無污染,且能調節包裝體系內的O2、CO2、水分等比例的特點,在添加某些抗菌劑后更能起到抑菌效果,是一種極具開發潛力的食品包裝材料。如在保鮮上,用ClO2浸泡櫻桃番茄之后再涂抹殼聚糖,不僅能延長其貯藏期,且能有效降低腐爛率。

      很多學者研究EPF取得了顯著的成果,但他們發現單獨使用1 種天然可食性材料存在不足,比如多糖膜阻濕性能差;蛋白質膜抗水能力差;脂類可食性膜會產生蠟質口感。復合膜(如多糖-脂類膜、蛋白質-脂類膜等)改善單一膜的特性是當前的發展趨勢,通過加入不同比例的天然可食性材料來調節膜的透水性、機械強度、阻氣性、抗水性等。與海帶多糖膜相比,海帶多糖復合膜(20 mg/mL海帶多糖、4 mg/mL殼聚糖、2 mg/mL魔芋葡甘聚糖)更能降低辣椒的質量損失率和腐爛率,有助于保持較高的葉綠素和VC含量,對辣椒的保鮮效果較好。大豆分離蛋白質和半胱氨酸復合可食性膜能夠控制鮮切茄子的組織褐變。

      1.4 瓦楞紙箱

      保鮮瓦楞紙箱具有廣闊的發展空間,已成為蔬菜保鮮包裝的主要研究方向之一。在紙箱的內表面加入鍍鋁保鮮膜或在造紙階段混入能吸附乙烯氣體的多孔質粉末(如SiO2納米粉劑),不僅能吸收乙烯,防止水分蒸發,而且能反射輻射線,防止箱內溫度升高,從而保持蔬菜的鮮度。

      2 控濕保鮮包裝

      控濕保鮮包裝是指通過控制包裝內的濕度,保持蔬菜外觀品質的一種保鮮包裝??貪癖ur包裝的類型、性能及應用情況如表1所示。

      表1 控濕保鮮包裝的類型、性能及應用

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

      3、抗菌保鮮包裝

      抗菌保鮮包裝是指在蔬菜的貯運過程中使用抗菌保鮮膜或抗菌活性包裝,起到抗菌作用的一種保鮮包裝方式。

      3.1 抗菌保鮮膜

      抗菌保鮮膜是指在保鮮膜中添加抗菌劑,通過抗菌劑的緩釋和光催化等作用達到抗菌、保鮮目的的一種功能薄膜??咕ひ蚱涓咝?、穩定、安全等獨特的優點,越來越受到重視,在食品包裝和保鮮方面有廣闊的應用前景并產生巨大的經濟效益。Appendini等提出抗菌膜制作的主要方式是將抗菌物質直接混合添加在包裝膜里或者是涂鍍在包裝材料上,其中抗菌物質包括無機抗菌劑和天然抗菌劑。無機抗菌劑大致分為金屬離子抗菌劑和以TiO2為代表的光催化抗菌劑兩大類。金屬離子抗菌劑主要是利用Ag、Cu、Zn等金屬本身所具有的抗菌能力,通過物理吸附或離子交換等方法,將帶抗菌能力的金屬固定于沸石、硅膠等多孔材料的表面或孔道內,然后將其加入到制品中獲得具有抗菌性的材料。例如利用帶有抗菌性的銀沸石制成的薄膜能夠在一定程度上抑制細菌的增殖,起到保鮮作用。國家農產品保鮮工程技術研究中心研制的PE/Ag防霉保鮮膜對灰霉菌有很明顯的抑制作用。近年來,以TiO2為代表的光催化抗菌劑得到了廣泛應用。在光催化作用下,TiO2將吸附在表面的OH-和H2O氧化為羥自由基,羥自由基可與蛋白質、酶類及核酸等生物大分子反應起到殺菌作用,該類抗菌劑的耐熱性比無機金屬抗菌劑高。使用TiO2/SiO2復合光催化材料膜包裝西紅柿,能夠顯著延長其貨架期。

      天然抗菌劑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)和殼聚糖等。添加天然抗菌劑成分也是抗菌保鮮膜的一大特點,Wang Chanchan等采用內表面涂覆法,制備天然高分子殼聚糖與PP無紡布的復合膜,結果只有較少的細菌吸附在PP膜上,表明PP膜在經過殼聚糖改性后,能抵制蛋白質的吸附和細菌的黏附,抗污染能力明顯增強。天然抗菌劑中PLA是唯一具有優良抑菌及抗霉特性的生物可降解塑料,其復合材料PLA/聚己內酯/麝香草酚(PLA/polycaprolactone/thymol,PLA/PCL/TH)薄膜不僅抑制辣椒微生物繁殖,更能延長辣椒的保鮮期。

      3.2 抗菌活性包裝

      包裝小袋和吸水墊中加入抑菌物質(如乙醇、精油、ClO2等)是目前抗菌活性包裝的一種趨勢。魏華利用干式復合法制備了一種可以智能控制釋放SO2殺菌劑的3 層復合包裝薄膜,可使SO2的釋放量既滿足殺菌保鮮的要求,而且不會對人體造成傷害,具有很高的實用價值。質量分數1%的丁香精油和質量分數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機物的氧化,具有良好的保鮮效果。在商業應用中,紙包裝制品公司最新設計的墊片中含有纖維素或者超高吸收性的聚合物材料,同樣具有抗菌功能。

      4、控溫保鮮包裝

      蔬菜作為易腐農產品,在配送流通過程中應保持低溫狀態。目前的常用方法是用制冷設備創造低溫貯藏環境,在蔬菜保鮮包裝上包括蓄冷包裝和保溫包裝。

      4.1 蓄冷包裝

      蔬菜在配送過程中多使用方便、快捷的蓄冷式配送。饒先軍在研究結球生菜的冷鏈保鮮技術中總結出,運輸時間在12 h內,使用保溫箱包裝運輸,運輸時間在24 h內,使用保溫箱加蓄冷劑包裝運輸,運輸時間超過1 d,最好采用冷藏車運輸以保證結球生菜的品質。蓄冷劑研發也屬于蔬菜保鮮包裝的研究方向之一。高斯研究了低溫蓄冷劑的制備方法,通過聚乙烯醇、戊二醛在酸的作用下交聯制備水凝膠型蓄冷劑,確定在0~-5 ℃范圍采用氯化鈉做降溫劑,在-5~-10 ℃范圍采用氯化鉀做降溫劑。

      4.2 保溫包裝

      蔬菜在低溫貯藏流通過程中,較多使用具有隔熱功能的瓦楞紙箱、打孔聚氨酯(polyurethane,PU)泡沫箱、塑料周轉箱。隔熱瓦楞紙箱是在傳統箱內、外包裝材上進行復合樹脂和鋁蒸鍍膜,或在紙芯中加入發泡樹脂,使其具有優良的隔熱性,防止在流通途中蔬菜自身溫度升高。劉翠娜研究將厚5 mm真空絕熱板與厚20 mm PU發泡組合而成的復合保溫材料應用于箱體底部,可大大提高保溫性。塑料保溫箱內外表面均為PP材質,中間是厚30 mm的PU發泡材料,箱蓋為硅膠條密封,可安置冰盒,外界溫度30 ℃下,箱內溫度可在24 h內維持2~8 ℃。另一種保溫箱的內外表面均為材料高密度聚乙烯(high-density polyethylene,HDPE),中間是35 mm厚的PU發泡材料,箱蓋發泡硅膠條密封,支持GSP溫度儀,保溫(40 ℃左右)時間為8~10 h;冷藏(2~8 ℃)時間為20 h以上。有研究學者對溫度控制包裝進行預測,蔬菜保溫箱可發展為絕緣材料和自熱自冷罐。

      5、減損保鮮包裝

      蔬菜運輸過程中為避免機械損傷,通過擺放方式和采用緩沖材料進行減損包裝。蔬菜從下到上整齊排列,不易滾動,可以減少蔬菜運輸期間的碰撞。塊莖類蔬菜可放置在凹坑的特殊抗壓墊中定位包裝,降低損傷。葉菜類蔬菜可采用微孔袋加打孔紙箱包裝。緩沖材料主要包括紙板、泡沫、塑料、植物纖維、珍珠棉等。在原板中加入功能型薄膜或長纖維無紡布等,使用這種托盤除了能夠防止蔬菜被損壞外,還具有一定的隔熱性。在運輸過程中注重包裝質控的同時,也應避免野蠻裝卸,減少人為引起的損傷。

      6、智能保鮮包裝

      蔬菜智能保鮮包裝是以生物傳感器、無線射頻等手段探測、識別和記錄蔬菜溫度、成熟度等指標,達到監控蔬菜及其貯藏環境變化的目的。蔬菜智能保鮮包裝在國外商超中應用較為廣泛。法國的“不二價”超市連鎖店在許多新鮮食品上使用一種被稱為“時間溫度指示(time temperature indicating,TTI)”的包裝技術,該技術能測量、記錄食品從生產到銷售中溫度隨時間的變化歷程,可以顯示食品在某一溫度下已存放的時間。智能包裝遇菌變色報警,能夠檢測并告知消費者蔬菜的污染。傳感器供應商Infratab推出了一種傳感器標簽,可監測易腐食物。該標簽可通過帶有近距離通信(near field communication,NFC)功能的智能手機進行讀取,稱為“Freshtime NFC”標簽,起到“新鮮保證”的提示作用,以數字形式顯示食物的新鮮度。

      7、結束語

      蔬菜保鮮薄膜包裝中氣調包裝或者抗菌薄膜大多是以PE、PVC等材料為基材,因使用廢棄后不能完全降解能導致“白色污染”。為解決蔬菜保鮮包裝帶來的“白色污染”問題,天然化合物、生物可降解包裝材料、復合型的可食性保鮮膜等環保型蔬菜保鮮包裝的研發與應用日趨廣泛。

      蔬菜保鮮包裝技術的深度挖掘和綜合利用成為研究熱點。越來越多的人對如上所述的單一蔬菜保鮮包裝技術進行深度挖掘,開拓更新的技術手段。比如蔬菜高氧氣調保鮮技術的研究尚淺,還停留在抑制微生物繁殖、減少褐變及降低呼吸作用等階段;因此可依據不同蔬菜的呼吸及生理特性,探索其適宜的高氧濃度臨界值,將會是未來蔬菜保鮮包裝的研究熱點。另外,可以利用數學建模方法來進行各種蔬菜貯藏條件的設計,比如在氣調系統方面,可以利用蔬菜生理過程之間的相互作用,設計相應的包裝和環境條件,從而提高新鮮或鮮切蔬菜的貯藏期;通過模擬蔬菜蒸騰和水分演化,并提供包裝內變化的最新信息,能夠為控制水分蒸發提供新策略。智能包裝作為食品包裝的創新包裝,使蔬菜保鮮包裝更加趨于智能化。在智能包裝方面,低成本、高智能的綜合性技術手段的運用將成為趨勢,如進一步基于印刷電子、碳納米技術、硅光子學和生物技術開發新的傳感器可以成為其技術的研究熱點;再者,計算機斷層掃描或激光掃描等技術必將帶領蔬菜智能保鮮包裝進入新時代。

      在各方面進行深入研究雖然能夠在一定程度提高蔬菜的保鮮效果,但單一的保鮮技術均有各自的缺陷,研究人員將多種單一技術相結合并綜合應用,例如臭氧、可食性膜和氣調包裝在蔬菜上的綜合利用。張洪磊等提出了充氣保鮮包裝技術結合冰溫技術在蔬菜保鮮應用的可行性,這2 種技術的結合將提高蔬菜的保鮮效果。綜上所述,綜合保鮮包裝技術具有廣闊的應用前景,找到某種蔬菜較好的保鮮包裝工藝可為延長其貯藏壽命、保持蔬菜良好的食用品質提供更大的可能性。

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      可重復使用包裝技術在家電產品物流循環模式上應用的研究

      家電產品物流及包裝應用的現狀

      家電產品物流主要是從生產廠商運輸到物流服務商的CDC(中央配送中心)倉儲、經過干線運輸、RDC(區域配送中心)分撥、到達經銷商倉庫,最終銷售后配送到用戶的全過程。

      整個物流過程中,家電產品是隨包裝箱整體進行流轉的。目前通用做法:包裝箱由生產廠商采購紙箱,在生產線下線后直接裝箱,或安排包裝廠負責大型包裝的實施,所有包裝均是一次性使用,紙箱(或木箱等)不再進行回收。包裝成本包括在家電產品本身的成本中,由生產廠商負擔;物流服務商負責家電產品外包裝的完好及完整,交貨后也不再負責包裝箱的回收及重復再利用。

      包裝箱在運輸過程沒有損壞,最終在用戶拆箱后直接扔掉,在各個流通環節的銜接中,包裝箱隨產品順序流通,相對獨立,沒有回收過程(除因產品質量或銷售問題發生的退換貨情況)。

      從產品保障本身出發,生產廠商要求用戶保留包裝箱直至驗收產品無質量問題即確認收貨,從生產廠商角度,包裝箱屬于易耗品范疇,一次性采購后不再對包裝進行處理;從物流運輸商角度,包裝是輔助保護產品的手段,而包裝箱也不在物流運輸商的回收范圍;從經銷商角度,包裝是家電產品的外觀,包裝箱沒有回收的流程;從具體的配送人員,或因車輛(沒有多余的空間存儲)、線路(循環送貨)、配送時間(用戶要求的送貨時間,以及拆箱時間)、費用成本(增加人工操作帶來的成本)等因素也不會對包裝進行回收再利用。最終家電產品的包裝箱從物流環節結束到用戶手中后,即完成了生命周期,進行廢品處理。

      可重復使用包裝及循環模式研究的意義

      可重用使用包裝定義為:被構想和設計為在其壽命周期內,在一個重復使用系統內完成最小數量的重復使用或重復循環的包裝或包裝組件。包括了包裝箱,內包裝防護材料,包裝配套部件,包裝標識,循環使用標記等內容。

      物流周轉箱簡稱為物流箱或周轉箱,可適用于物流中的運輸、配送、儲存、流通加工等環節。周轉箱可與多種物流容器和工具配合,用于配送中心倉庫、運輸車輛、流轉等多種場合。周轉箱的使用一定程度上解決了包裝重復浪費的情況,既可以提升物流管理水平,也可以借助可重復使用包裝技術解決包裝問題,可以有效的實現物流容器的通用化、一體化管理,是生產及流通企業進行現代化物流管理的必備品,需要從生產及物流環節延伸到最終用戶的回收環節,把生產、物流、銷售關聯起來才可以形成完整的循環模式。

      物流運作效率是推進周轉箱的標準化和社會化應用中一個不可忽視的重要環節。周轉箱應用水平是現代物流展開的重要標志,周轉箱化作業提高了包裝及物流操作效率。目前我國物流行業的物料搬運費所占產品總本錢的比例高達40%左右,與周轉箱應用水平較低有極大關系。從實際情況分析,我國絕大多數周轉箱都沒有構成一個順暢合理的周轉流通機制,周轉箱的運用范圍僅限于倉庫內部和運輸環節之間的搬運作業,即便是從事物流效勞的企業,周轉箱也僅限于企業內部周轉。由于產品從消費商、分銷商、批發商到最終用戶的供應鏈過程中要改換數次周轉箱來完成運輸和存儲,經過多次倒換周轉箱,極大地降低了運作效率,使產品附加成本增加。

      大量的包裝廢棄物,加重對環境的污染,包裝廢棄物在重量上已占城市垃圾的三分之一,而在體積上更是達到了二分之一之多??芍貜褪褂冒b技術及物流包裝循環模式對于我國降低包裝廢棄物,減少包裝原材料的使用,降低綜合物流成本,做到綠色環保,節約經濟資源具有十分重要的意義。因此建立包裝循環使用體系,合理規劃循環路徑、發揮物流在生產廠商、經銷商及最終用戶直接的紐帶作用、健全回收再利用的渠道、展開試點工作等措施,來促進可重復使用包裝在家電產品物流的應用。

      現有物流單向模式分析

      現有物流流程和家電銷售流程是分開獨立運營的。物流流程為單向流動。物流服務商負責CDC(中央配送中心)庫存和干線運輸及地區RDC(區域配送中心)倉庫管理工作,從RDC出庫后的產品由經銷商負責本地(城鎮范圍)配送至最終消費者客戶,如圖1所示。

      圖1 現有物流流程和家電銷售流程圖

      物流循環模式分析

      物流服務商在操作家電產品物流項目上,改進生產廠商的產品包裝及倉儲和運輸等物流環節,構建循環模式,是一種創新性的思路。

      可重復使用包裝技術及包裝箱應用在家電產品的物流運輸配送方面,最為有效的改進是將原有一次性包裝容器(紙箱及重復利用的托盤),改進為可循環使用的周轉箱,包裝設計工作重點是根據客戶的產品特點,結合產品倉儲和運輸過程中采用的尺寸要求及防護要求,包裝操作設計合理尺寸及組合模數的包裝數量,加以實施包裝方案。

      可重復使用包裝需要重點考慮耐用性、安全性、易拆卸性等設計要點,包裝在完成到達用戶后,需要充分利用運輸工具的空間進行存放及回收,?提高運輸效率,那么就要求在保證包裝相對完整性的前提下進行折疊,拼拆等便于操作的方式,也可以應用周轉箱取代大量使用的包裝箱,疊放。

      采用周轉箱后,通過分析,總體降低包裝和物流成本。達到優化物流運輸及配送環節,也能夠使生產廠商,經銷商同物流服務商之間形成有效的信息溝通渠道,提供效率,降低庫存,精細化管理。

      改進方式:物流服務商將家電銷售環節的物流回收工作納入物流服務范圍,建立循環使用周轉箱的物流新模式,如圖2所示。

      圖2 家電產品物流循環模式圖

      對于家電產品生產廠商及經銷商銷售后的家電產品,改變目前通用的經銷商負責配送的方式,由物流服務商提供城市配送送到最終客戶,同時將包裝箱回收。

      物流服務商負責跟蹤周轉箱的使用情況,并和家電產品生產廠商建立周轉箱的信息協調機制,掌握周轉箱的動態信息;由物流服務商進行專門回收工作,統一將使用后的周轉箱運抵各地RDC倉庫,并統一運回CDC(位于生產廠商周邊,用于存放回收的包裝箱及包裝材料),再送回生產廠商的包裝線邊,實現周轉箱是循環使用。

      TOP?4??

      自動包裝技術在包裝印刷行業中的作用分析

      改革開放30年以來,我國印刷行業告別了鉛與火,迎來光與電的技術革命,現在正一步一步地向數字化時代邁進。2009年8月國務院頒布了《文化產業振興規劃》,將印刷業與文化創意、出版發行等8大產業列為今后國家重點發展的重要產業,進一步明確了印刷業在國民經濟和社會發展中的重要地位。

      隨著新生代勞動力逐漸成為社會主要勞動力來源,中國制造加工業也逐漸告別了廉價勞動力時代,很多歐美加工企業甚至已經向東南亞等地尋求新的廉價勞動力市場。暫且不談《勞動法》中的相關規定,現實已經擺在了企業的面前,那就是人力成本越來越高了,如何降低成本保證企業的經營效益成為關鍵。對印刷企業而言,印刷、包裝等都工作都需要大量的勞動力來完成,而印刷機械若能在數控領域獲得突破性發展,減少人力成本,將為不少印刷企業帶來福祉。

      國內印機制造水平與國際水平之間的差距,總離不開圍繞速度及穩定性方面的話題,印機專家韓曉良先生曾表示,目前國內印機制造商還要加大對數控技術的研究及應用,才能獲得更好的發展。

      韓曉良認為,在保證機械產品安全、環保的前提下,設備的高生產率、高質量是人們一直在追求的目標,但隨著我國印機制造業國際化步伐的加快,國內印機制造商在數控領域的發展卻遲遲沒有突破。而在數字化、自動化領域需要有所突破,他認為現在數字直接制版、短版印刷的市場需求較大,國外印機制造商在這方面也一直領先于國內印機制造水平,只有把自身的技術水平不斷地跟進國際步伐,這樣才能走出國門,邁向世界。

      自動化水平在制造工業中不斷提高,應用范圍正在拓展。包裝行業中自動化操作正在改變著包裝過程的動作方式和包裝容器及材料的加工方法。實現自動控制的包裝系統能夠極大地提高生產效率和產品質量,顯著消除包裝工序及印刷貼標等造成的誤差,有效減輕職工的勞動強度并降低能源和資源的消耗。

      一、自動包裝的作用

      具有革命意義的自動化改變著包裝的制造方法及其產品的傳輸方式。設計、安裝的自動控制包裝系統,無論從提高產品質量和生產效率方面,還是從消除加工誤差和減輕勞動強度方面,都表現出十分明顯的作用。尤其是對食品、飲料、藥品、電子等行業而言,都是至關重要的。自動裝置和系統工程方面的技術正在進一步深化,并得到更廣泛的應用。

      機器人學(robotics)已經改變了人機的共存方式。自動包裝的關鍵在于依據生產加工或包裝過程,設計出一個能夠得以實現自動控制的結構方案。顯然,自動裝置(機械手或機器人)的選擇取決于這一過程的需求及特性。依據定義,一個自動裝置即是能通過自動控制或遙控方法完成任務的一臺機器或一個機構。它可以是簡單的,例如,從一個位置移向另一位置的一種單軸結構的氣動壓力聯動裝置;也可以是復雜的,例如,具有六軸結構的能動外科手術的機器人。包裝過程的各個項目選擇以及各類工業自動化機構,可以在一個具體工作場所的空間范圍內,使每一個設計方案完成一項任務。

      目前,自動裝置的結構型式是多種多樣的。例如,可以滿足某一項具體操作的需求。工業機械手的結構特點都處在單軸與六軸之間。根據這種軸結構的性能,機械手“臂”的設計在運動可控程序下,操作一個端部操作器或臂端工具。軸的數量代表了機械手臂的“自由度”。另外,還有輔助臂。例如,傳送帶的軸等,但它們通常不是以機械方式與機械手主臂相聯結的。對于不同機械手形式,一般都是根據其“x”、“y”、“z”三個主軸組成的坐標系來分類的。大多數機械屬于下述五種基本類型之~:笛卡爾或直角坐標系、圓柱面坐標系、旋轉式或鉸鏈式坐標系、球面或極坐標系和柔選工組合型機械手(scara)。

      二、自動功能的外部設備

      一個完整的自動化結構方案由很多部件組成,其中,端臂操作工具、材料運送裝置和識別/驗證系統是主要組成部分。

      1、臂端操作工具

      機械手就是利用與其端部聯接的裝置從一個位置移到另一位置的一種工具。臂端操作工具,即端部操作器,是用來抓取產品、定向移動和感受性能參數的一個部件。在包裝應用中,端部操作器通常設計成能直接使用的真空套、夾緊爪或兩者結合的型式。它們的結構方案可以從單一型的真空套到系列型真空套或夾緊爪的排列式結構等。

      2、材料輸送裝置

      材料運送及處理裝置是在傳動和制造過程中,為產品的輸送、儲運和控制時自動移動所需要的某些類型的設備。其中包括動力傳送帶、單軌吊車、自動導向車和機械手等。在包裝過程中,需要考慮材料運送處理的因素有:產品形狀、重量及材料性質;在運輸、包裹及裝載期間產品的運速、距離和方向;與其他裝置進行聯接時所需控制水平以及如果需要時允許重新形成構件的機動靈活性。一種典型的材料運送及處理系統包括:帶型輸入傳送器、貼標機、條碼閱讀器、自動裝置和輸出傳送器。一個用戶圖形界面提供了描繪出托盤堆碼形式的容易操作的平臺。根據控制生產的工件數量,機械手抓取、定向移動和安放(堆碼)每個包裝容器(箱、盒、桶和罐等)在正確的托盤位置上。

      3、識別及驗證系統

      識別、驗證和精確跟蹤產品的能力已經成為整個包裝系統不可缺少的環節。識別方法可以使用傳統的條碼到無線電射頻(rf)傳感器,它們能夠跟蹤托盤或全部產品。聯機的條碼印刷及驗證也是必要的。能夠提供有效可靠手段,確保產品質量的可視技術(vision technology)可用于包裝的很多場合,例如,產品的檢測和定向、充填水平及計數、光學貼標、文字識別、貼標文案驗證、標貼記錄以及全部文字和圖形的驗證(離開生產線)等。條碼系統通過產品型式、日期/區碼和制造廠名為印前或聯機的印刷工序識別產品。條碼掃描儀和視頻識別系統記錄并驗證產品標貼以確保識別的完整性。一種典型的可視條碼檢測能力可以確認每個條碼對應于每種產品。

      三、自動包裝的過程

      實現包裝自動化,首要和最重要的一步就是定義過程。一項優質的工作項目是根據過程的特點,而不是根據自動化設備來確定最終設計方案。在定義這一過程時,需要考慮的三項關鍵因素是產品及包裝結構形式、生產總量和勞力人力因素。

      1、產品/包裝結構形式

      產品/包裝的結構設計直接影響到所需自動操作器和材料運送處理的形式。產品/包裝的結構尺寸、形狀、材料和重量將決定端部操作器的結構設計方案和自動器有效載荷的需求。具有復雜形狀特征的包裝件結構設計,如橢圓形包裝容器比標準的圓形或方形包裝件具有更困難的定向問題。增加系統復雜性的定向需求,應在加工實施以前進行仔細研究和分析。在進行充填箱盒的情況下,機械手端部自動操作器一般都提供一種工序,即能夠抓住足量的產品,一次性充填一個完整的箱盒。這樣,使得自動操作器的移動距離盡可能減少并保持傳送帶或生產線上的產品連續行進。

      2、產品生產通過量

      促進包裝自動化設計的主要動力在于產品生產總的通過量。生產線的速度越快,應用自動抓手和分類裝置有助于降低自動器的工作負荷,而跟隨包裝件的標準自動器可能會越少。生產線速度不但影響到處理產品的自動化裝置,對貼標操作和可視檢驗也有影響。為了達到有效可視檢測技術,必須表明幾項相關問題。其中包括:零件圖形一致性、檢測可重復性、傳遞速度一致性(例如生產線的波動情況)、需要完成檢測的數量和合適的軟件程序等。這些因素突出地影響到一個可視系統的形式和成本。按一般規則,如需檢測的數量越多,視頻運轉速度就越快,這樣就會導致更復雜更昂貴的結構方案。當視頻裝置與自動機構組合成一體后,整個自動器就能連續一致地并以可重復方式實現包裝件的定向和展現。

      3、勞力或人力因素

      自動化包裝設備的運行是管理、工程和生產各部門之間不斷有效的合作、交流、互動創造的成果。所有相關人員及技術部門必須集合在一個緊密團結的集體中——這個集體按照制訂的工作過程共同行動一一以同一目標為動力、以戰略方式體現出一種凝聚力。

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      軟包裝復合膜熱封原理及影響因素分析

      隨著軟包裝技術的不斷成熟與革新,軟包裝也隨之悄然出現在食品、醫療、日化等眾多產品的包裝舞臺上。特別是前些年隨著國際油價的一路走高而帶來的日化原材料價格的上漲,出于降低成本的考慮,不少日化企業已開始考慮產品的軟包裝化。例如,軟包裝帶嘴自立袋除了具有瓶、桶包裝可方便開啟并多次密封的優點外,還具有包裝材料消耗少,印刷裝潢水平高,包裝物倉儲、運輸成本低、垃圾處理量小等優勢,被譽為環保型包裝。據統計,與同容量的瓶、桶相比,帶嘴包裝袋的原材料消耗可降低30%以上,包裝物倉儲運輸成本下降60%以上,垃圾處理量下降50%以上。因此,軟包裝自立袋的應用正越來越廣泛。

      隨著軟包裝的廣泛應用,作為軟包裝企業,深入了解復合膜的熱封原理、失效模式及影響因素,有助于更好地控制工藝,從而保證產品質量。

      圖1 市場常見塑料軟包裝產品

      一、熱封的物理模型

      熱封是包裝過程中最重要的步驟之一。熱封步驟對包裝完整性以及包裝性能非常關鍵。熱封優良與否對優化高速成型-灌裝-封口一體化包裝線的產量也十分重要。

      通常的熱封模型是將兩個結晶薄膜放在一起,并在壓力下將表面緊密地接觸。一般由熱封棒或熱阻線提供熱量使表面熔融,熔融的兩個表面“變濕”糾纏在一起,最后冷卻使交界面重新結晶。一般來說,界面處大量糾纏在一起的分子使交界面表現為類似于單層結構(簡單的變厚)。上述整個過程的時間小于一秒,但是它卻受熱封溫度、時間和壓力等因素的影響,如圖2所示。

      該熱封原理應用于所有聚烯烴材料。薄膜結構可以用多種方式得到,如吹膜、流延、擠出涂覆或者復合。

      圖2 熱封過程示意圖

      二、熱封失效模式

      圖3 熱封測試中的失效模式

      熱封失效一般有三種模式:1)剝離;2)撕裂(薄膜自身破裂);3)復合膜與導嘴之間的分離。熱封失敗可以迅速表現出結構中的“連接弱點”,如圖3。

      剝離通常是由于熱封過程中擴散不充分導致。這可能是由于加熱不充分(設置溫度過低或控制問題),或者熱封前內層膜表面的交聯(由于處理或擠出過程中的氧化等)。

      撕裂是最常見的熱封失效現象。熱封中薄膜的破裂表示最大熱封強度。它由薄膜自身的拉伸強度來定義,通常當薄膜屈服變形時即被認為失效。

      三、熱封影響因素分析

      1、熱封溫度預測

      乙烯聚合物及共聚物系列的熱封溫度能夠非常準確地預測。

      熱起封溫度或最低熱封溫度表示熱封開始發生時的溫度,該溫度下一般熱封強度低且熱封區域容易剝離。隨著熱封溫度升高,熱封強度穩定在一定數值,一些文獻將達到熱封強度平臺時的溫度稱為熱起封溫度。盡管這不是技術上的最低熱封溫度,但是這是達到預期的熱封性能的實際最低溫度。

      對于77%的聚合物來說,熱起封溫度或最低熱封溫度通常是其成為無定形、非結晶或熔融狀態時的溫度。

      對于包裝行業來說,更重要的是預測熱封平臺起始溫度。通常在包裝工業中將熱封燙條的溫度調到比熱起封溫度高5~10℃,以控制波動。圖4是自立袋和導嘴各自的熱封曲線,這也是設計熱封溫度參數的依據之一。

      a)?自立袋

      b)導嘴

      圖4 熱封曲線

      包裝工業一般認為熱封“撕裂失效”是在理想或密封狀態的失效行為。該失效情況認為兩個熱封層完全的熔融或者充分相互擴散以形成一個完整的單層,此時“連接弱點”變為薄膜本身的屈服強度。

      2、熱封時間

      有研究者利用有限元分析法準確地預測熱封表現。為了測試該模型,在兩個熱封薄膜(聚乙烯)的交界處放置微型熱電偶,被測量的界面溫度是時間的函數,利用電熱板或熱封棒提供熱封能量。實驗所得數據與利用密度、比熱、熱導、線性膨脹系數、彈性模量以及熱傳導系數等參數理論模擬所得溫度進行比較,如圖5。

      實際上,數學模型預測的結果與實驗數據十分符合。曲線中明顯的小振蕩是高于熔融溫度以后,薄膜的熔化潛熱以及薄膜的體積厚度所致。數據顯示對于典型的薄膜(50μm或者更薄),熱封處界面熱封棒0.5s的停留時間已足夠使溫度達到設定溫度的95%。

      圖5 界面溫度與熱封時間關系的有限元分析

      3、熱封壓力的重要性

      4、影響熱封的其他因素

      (1)添加劑的影響

      (2)電暈處理

      (3)生產過程中油墨和其它產品的影響

      四、結論

      熱封是對需要密封的表面加熱,從而使熔融的聚合物相容擴散并重結晶的過程。該過程可以通過薄膜的應力和熱封材料的熔融特征進行預測。熱封溫度比熱封材料的最終熔點稍高,熱封強度即薄膜的屈服應力。

      作為衡量軟包裝復合膜(袋)質量的重要性能——“熱封”性能,其在生產加工過程中受熱封溫度、熱封時間、熱封壓力等眾多因素的影響,軟包裝及上下游行業在了解熱封模型及失效模式的基礎上,可以更好地控制和監測包裝產品的質量。

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