Lecture Syskevasia a 2009 - chemeng.ntua.gr Syskevasia a 2009.pdf ·...

1

1

1

ΣΥΣΚΕΥΑΣΙΑΤΡΟΦΙΜΩΝ

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Σχολή Χηµικών ΜηχανικώνΕργαστήριο Χηµείας και Τεχνολογίας Τροφίµων

2

2Βασικές λειτουργίες συσκευασίας στο τρόφιµο: • Προστασία σε προκαθορισµένο βαθµό για τον αναµενόµενοχρόνο ζωής.• Σήµανση και διαφήµισηΗ προστασία του τροφίµου είναι πρωταρχικής σηµασίας, όπως καιη προσέλκυση του καταναλωτή και η αναγνώριση της ταυτότηταςτου προϊόντος για τις πωλήσεις, και παίζουν καθοριστικό ρόλοστην επιλογή και το σχεδιασµό της συσκευασίας.

Η συσκευασία εξυπηρετεί και την διακίνηση και αποθήκευση των τροφίµων µέσω τηςτοποθέτησης της επιθυµητής ποσότητας σε ένα περιέκτη (άµεση συσκευασία) και τηςσυγκέντρωσης περισσότερων µονάδων περιεκτών σε ένα σύνολο (εξωτερική συσκευασία), ώστε να διευκολύνεται η µεταφορά και η αποθήκευσή τους:υγρά τρόφιµα συσκευάζονται σε φιάλες, τοποθετούνται σε κιβώτια που µπορούν εύκολα νασυγκεντρωθούν σε παλέτες. Συχνά χρησιµοποιείται, για λόγους προώθησης στην αγορά καιενδιάµεση συσκευασία, π.χ. συσκευασία µικρού αριθµού µονάδων περιεκτών µε φύλλοπλαστικού.

2

3

3

Η συσκευασία µπορεί επίσης:

• να λειτουργήσει ως βοηθητικό µέσο µιας διεργασίας. Για παράδειγµα ταµεταλλικά δοχεία που χρησιµοποιούνται σε θερµικές κατεργασίες τροφίµωνεξασφαλίζουν όχι µόνο την προστασία τους, αλλά, µε τη σταθερότητα τωνδιαστάσεων τους, διατηρούν το περιεχόµενο τρόφιµο σε ορισµένο σχήµα και θέσηκαι επιτρέπουν τον υπολογισµό της διείσδυσης θερµότητας.

• να παρέχει ευκολία χρήσης στον καταναλωτή. Συχνά ο ίδιος ο περιέκτηςχρησιµοποιείται ως σκεύος από το οποίο καταναλώνουµε το τρόφιµο, π.χ. φιάλεςή µεταλλικά κουτιά µπίρας και αναψυκτικών. Ο σωστός σχεδιασµός τηςσυσκευασίας διευκολύνει τους χειρισµούς του καταναλωτή και τον προστατεύειαπό πιθανούς τραυµατισµούς.

4

4

Το κόστος των ίδιων των υλικών συσκευασίας, της µεταφοράς τους στη µονάδασυσκευσίας των τροφίµων, των µηχανηµάτων συσκευασίας κ.λ.π. αυξάνει τηντελική τιµή του τροφίµου που φθάνει στον καταναλωτή. Επί πλέον δεν πρέπει ναπαραβλέπεται το κόστος που επιβαρύνει το κοινωνικό σύνολο: κόστοςσυγκέντρωσης των απορριµάτων (χρησιµοποιηµένων υλικών συσκευασίας), κόστος διαχείρησης των απορριµάτων και πρόληψης της οικολογικήςεπιβάρυνσης.

Παρ’ όλα αυτά η συσκευασία, αν χρησιµοποιηθεί σωστά, µπορεί να επιφέρειοικονοµικό όφελος επειδή µειώνει τις απώλειες και τις φθορές των τροφίµων, παρεµποδίζει τη µόλυνση, διευκολύνει τη µεταφορά και µειώνει το εργατικόκόστος. Παράλληλα προστατεύοντας το τρόφιµο µέχρι την κατανάλωσή του, µειώνει τον όγκο των απορριµάτων που δηµιουργούν τα ίδια τα ακατάλληλα γιακατανάλωση τρόφιµα.

3

5

5

ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ

ΚΙΝΗΤΙΚΗΚΙΝΗΤΙΚΗ ΥΠΟΒΑΘΜΙΣΗΣΥΠΟΒΑΘΜΙΣΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣΠΟΙΟΤΗΤΑΣ

Ci = παράµετροι σύστασης (αντιδρώντα συστατικά, ανόργανοικαταλύτες, ένζυµα, παρεµποδιστές, ph, ενεργότητα νερού, µικροβιακήχλωρίδα)

Ej = παράµετροι περιβάλλοντος (θερµοκρασία, σχετική υγρασία, ολική πίεση, µερική πίεση περιβαλλόντων αερίων, φως, µηχανικέςκαταπονήσεις)

k: ρυθµός αντίδρασης

[ ] ( ) ( )jiji E,CkE,CFdtQd

==

6

6Παράγοντες περιβάλλοντος που επιδρούν στην ποιότητα του τροφίµου κατά την αποθήκευση

Θερµική αγωγιµότητα, Πορώδες, Ικανότητα ανάκλασης

Θερµοκρασία

Μηχανικές ιδιότητεςΜηχανική καταπόνησηΜηχανική φθορά

Ύπαρξη ακατάλληλωνπροσθέτων ή συστατικών στησυσκευασία, ∆ιαπερατότητααπό χηµικά

Επικίνδυνες ουσίες στοπεριβάλλον ή στη συσκευασία

Επιµόλυνση από χηµικέςουσίες

Πορώδες, ακεραιότητασυσκευασίας, διατρησιµότητααπό έντοµα

Μικροοργανισµοί και έντοµααπό το περιβάλλον

Μικροβιολογικές µεταβολές, επιµόλυνση από βιολογικούςπαράγοντες

∆ιαπερατότητα από φωςΦωςΦυσιολογικές µεταβολές(αναπνοή)

∆ιαπερατότητα απόυδρατµούς, ακεραιότητασυσκευασίας

Υγρασία, Ενεργότητα νερούΦυσικές µεταβολές(πρόσληψη-απώλειαυγρασίας, κρυσταλλώσεις)

∆ιαπερατότητα από αέρια, ακεραιότητα συσκευασίας,

Ο2, CO2, Ν2Χηµικές Μεταβολές(οξειδώσεις, καταστροφήβιταµινών κ.λ.π.)

Σχετιζόµενη ιδιότητατης συσκευασίας

Περιβαλλοντικόςπαράγοντας

Επιπτώσεις στοτρόφιµο

4

7

7

Μηχανική καταπόνηση

Η µηχανική καταπόνηση προκαλεί µηχανικές φθορές στα τρόφιµα, οι οποίες τακαθιστούν πιο ευάλωτα στην προσβολή από µικροοργανισµούς. Η ικανότητα τουυλικού συσκευασίας να προστατεύσει το τρόφιµο εξαρτάται από τις µηχανικέςαντοχές αυτού (αντοχή σε κρούση, συµπίεση, διάτµηση κ.λ.π.). Επίσης οιµηχανικές αντοχές καθορίζουν και τη διατήρηση της ακεραιότητας τηςσυσκευασίας απέναντι σε µηχανικές καταπονήσεις, που είναι απαραίτητη για ναµην προσβληθεί το τρόφιµο από εξωτερικούς παράγοντες. Εκτός από τις αντοχέςπου αναφέρθηκαν, άλλες, όπως η αντοχή σε εφελκυσµό, είναι επίσης σηµαντικέςστην κατασκευή των δοχείων συσκευασίας.

8

8

Οξυγόνο και άλλα αέριαΤο οξυγόνο συµµετέχει σε ορισµένες αντιδράσεις που υποβαθµίζουν την ποιότητα τωντροφίµων, όπως η οξείδωση των λιπαρών, οξειδώσεις βιταµινών, οξειδώσεις χρωστικώνκ.λ.π. Ο ρυθµός αυτών των δράσεων εξαρτάται από τη συγκέντρωση του οξυγόνου στοτρόφιµο, η οποία µε τη σειρά της εξαρτάται από τη µερική πίεση του οξυγόνου στον αέραπου περιβάλλει το τρόφιµο. Άλλη δράση στην οποία συµµετέχει το οξυγόνο είναι η αναπνοήφρούτων και λαχανικών. Η επιβράδυνση της αναπνοής είναι επιθυµητή για την παράτασητου χρόνου ζωής των προϊόντων και µπορεί να επιτευχθεί µε µείωση της συγκέντρωσης τουοξυγόνου. Πολύ χαµηλή συγκέντρωση όµως οδηγεί σε αναερόβια αναπνοή και γρήγορηαλλοίωση. Η χρήση υλικών συσκευασίας µε διαφορετική διαπερατότητα σε οξυγόνο βοηθάστον έλεγχο όλων των δράσεων που αναφέρθηκαν.Εκτός του οξυγόνου µπορεί να ενδιαφέρει η διαπερατότητα της συσκευασίας σε διοξείδιοτου άνθρακα και άζωτο, ιδιαίτερα στις συσκευασίες φρέσκων φρούτων και λαχανικών καιστις συσκευασίες σε τροποποιηµένη ατµόσφαιρα. Σε τρόφιµα πλούσια σε πτητικά αρωµατικά συστατικά απαιτείται συσκευασία µη περατήαπό αυτά ώστε να διατηρηθεί το άρωµα του προϊόντος. Επίσης η συσκευασία πρέπει ναπροστατεύει το τρόφιµο από την πρόσληψη οσµών από το περιβάλλον.

5

9

9

Ενεργότητα νερού- Υγρασία

Ο ρόλος του νερού στην ανάπτυξη ανεπιθύµητων δράσεων στα τρόφιµαεκφράζεται ποσοτικά µε την ενεργότητα νερού. Επί πλέον η µεταβολή τηςενεργότητας νερού µπορεί να επιφέρει ανεπιθύµητες µεταβολές της υφής (απώλειατραγανότητας) κρυσταλλώσεις, συσσωµατώσεις. Η υγρασία του τροφίµουεξαρτάται από την υγρασία του περιβάλλοντος αέρα, εποµένως η διατήρησησταθερής υγρασίας σε συσκευασµένο τρόφιµο προϋποθέτει τη χαµηλήδιαπερατότητα από υδρατµούς του υλικού συσκευασίας. Σε ορισµένα προϊόντα, όπως στα φρέσκα φρούτα και λαχανικά που αναπνέουν, είναι επιθυµητή η αποµάκρυνση των παραγόµενων υδρατµών από το περιβάλλοντης συσκευασίας ώστε να µην υπάρχει τοπική συµπύκνωσή τους. Σε αυτές τιςπεριπτώσεις απαιτούνται υλικά συσκευασίας διαπερατά από τους υδρατµούς.

10

10

Η περιεχόµενη υγρασία και η ενεργότητα του νερού στα τρόφιµα είναι οιαµέσως πιο σηµαντικοί περιβαλλοντικοί παράγοντες µετά τηθερµοκρασία που επιδρούν στο ρυθµό των αντιδράσεων πουκαθορίζουν την ποιοτική υποβάθµιση του τροφίµου. Η ενεργότητα τουνερού είναι ένα µέτρο της διαθεσιµότητας του νερού στα διάφορατρόφιµα. ∆ηλαδή περιγράφει το πόσο ισχυρά συγκρατείται µέσα στοτρόφιµο και σε ποιό ποσοστό είναι διαθέσιµο να συµπεριφερθεί ωςδιαλύτης ή να λάβει µέρος σε χηµικές δράσεις. Ως κρίσιµα όρια του aw λαµβάνονται εκείνα πάνω απο τα οποία παρατηρούνται ανεπιθύµητεςµεταβολές στα τρόφιµα σε σχέση µε την ασφάλεια και τη ποιότητατους. Ο έλεγχος του aw αποτελεί βασικό παράγοντα για τη διατήρησητων ξηρών και µέσης υγρασίας τροφίµων (IMF).

EEΠΙ∆ΡΑΣΗΠΙ∆ΡΑΣΗ ΤΗΣΤΗΣ ΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑΣΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑΣ ΝΕΡΟΥΝΕΡΟΥ


6

11

11

EEΠΙ∆ΡΑΣΗΠΙ∆ΡΑΣΗ ΤΗΣΤΗΣ ΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑΣΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑΣ ΝΕΡΟΥΝΕΡΟΥFOOD STABILITY MAP


12

12

EEΠΙ∆ΡΑΣΗΠΙ∆ΡΑΣΗ ΤΗΣΤΗΣ ΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑΣΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑΣ ΝΕΡΟΥΝΕΡΟΥΑυξανοµένης της τιµής aw πάνω απο την τιµή που αντιστοιχεί στο µονοµοριακόστρώµα νερού έχουµε την εκθετική αύξηση του ρυθµού πολλών αντιδράσεωνπου επιδρούν στη διατηρησιµότητα των τροφίµων. Εµπειρικά στην περιοχή τιµώνaw ( 0,2 - 0,9 ) έχουµε σε πολλές αντιδράσεις διπλασιασµό του ρυθµούαντίδρασης για κάθε αύξηση της ενεργότητας κατά 0,1.Οι περισσότερες αντιδράσεις παρουσιάζουν ελάχιστους ρυθµούς ακριβώς στο όριο τουµονοµοριακού στρώµατος, ενώ ειδικά η οξείδωση των λιπαρών παρουσιάζει ελάχιστο ρυθµό στηπεριοχή του µονοµοριακού στρώµατος και αυξανόµενους ρυθµούς τόσο πρίν όσο και µετά αποαυτό.

Έχουν διατυπωθεί διάφορες προσεγγίσεις εξήγησης της επίδρασης τηςενεργότητας νερού aw στη διατηρησιµότητα των τροφίµων. Η περιεχόµενηυγρασία και η ενεργότητα του νερού µπορούν να επιδράσουν στις κινητικέςπαραµέτρους των συναρτήσεων ποιότητας (kA, EA), στις συγκεντρώσεις τωναντιδρώντων σωµάτων και σε µερικές περιπτώσεις ακόµα και στη φαινόµενητάξη αντίδρασης, m.

7

13

13

Φως

Το φως καταλύει και επιταχύνει διάφορες ανεπιθύµητες αντιδράσεις στα τρόφιµα. Γιαπαράδειγµα την οξείδωση των λιπαρών που οδηγεί σε οξειδωτικό ταγγισµό, την οξείδωσητου γάλακτος προς σχηµατισµό δύσοσµων µερκαπτανών, τις αντιδράσεις αλλοίωσηςδιαφόρων χρωστικών ουσιών, τις αντιδράσεις ορισµένων βιταµινών (ριβοφλαβίνη, βιταµίνηC) που οδηγούν σε απώλεια της αξίας τους, κ.λ.π. Η καταλυτική επίδραση του φωτός είναι γενικά εντονότερη όσο χαµηλότερο το µήκοςκύµατος της ακτινοβολίας, δηλ. στην περιοχή του υπεριώδους και στα χαµηλότερα µήκηκύµατος του ορατού φάσµατος. Οι επί µέρους αντιδράσεις υποβάθµισης των τροφίµων, παρ’ όλα αυτά, µπορεί να εµφανίζουν βέλτιστο σε ορισµένο µήκος κύµατος. Ειδικά ηπαρουσία φωτοευαισθητοποιητών, όπως ριβοφλαβίνης, β-καροτενίου, βιταµίνης Α, ήυπεροξειδίων µπορεί να αυξήσει σηµαντικά το φάσµα της δραστικής ακτινοβολίας. Επίσηςη κατεργασία του τροφίµου µπορεί να επηρεάσει την ευαισθησία σε διάφορα µήκη κύµατος, π.χ. κρέας συντηρηµένο µε νιτρώδη χάνει το φυσικό του χρώµα γρήγορα µε έκθεση σεορατό ή υπεριώδες φώς, ενώ το νωπό κρέας µόνο στο υπεριώδες.

14

14Εκτός του µήκους κύµατος η ένταση της ακτινοβολίας και η διάρκεια της έκθεσης είναισηµαντικές. Η διείσδυση της ακτινοβολίας στο τρόφιµο εξαρτάται από το ίδιο το τρόφιµο καιακολουθεί την εκθετική σχέση (νόµος Beer-Lambert):

όπου Ix ένταση του φωτός σε βάθος του τροφίµου (Cd)Io ένταση του φωτός στην επιφάνεια του τροφίµου (Cd)k χαρακτηριστική σταθερά απορρόφησης του τροφίµου σε ορισµένο µήκος κύµατος (m-1) Μεγαλύτερη διείσδυση παρουσιάζει η ακτινοβολία µεγαλύτερου µήκους κύµατος. Σταστερεά τρόφιµα η µικρή διείσδυση της ακτινοβολίας τα προστατεύει σε µεγάλο βαθµό απότις ανεπιθύµητες φωτοκαταλυόµενες αντιδράσεις. Αντίθετα στα υγρά τρόφιµα, ακόµη και εάνη διείσδυση είναι µικρή η διάχυση των αντιδρώντων συστατικών προς την επιφάνεια καιτων σχηµατιζόµενων από τη φωτοκατάλυση ελεύθερων ριζών προς το εσωτερικό οδηγεί σεσηµαντική υποβάθµιση.Η διαπερατότητα του υλικού συσκευασίας από το φως καθορίζει την ένταση του φωτόςστην επιφάνεια του τροφίµου και εποµένως µπορεί να χρησιµοποιηθεί για τον έλεγχο τωνφωτοκαταλυόµενων δράσεων.

I I ex okx= −

8

15

15Τύποι και υλικά συσκευασίας τροφίµωνΗ προστασία που προσφέρεται στο τρόφιµο από τη συσκευασία εξαρτάται από τηφύση του υλικού συσκευασίας και από τον τύπο κατασκευής του περιέκτη. Οισυσκευασίες των τροφίµων διακρίνονται σε δύο βασικές κατηγορίες ανάλογα µετην εξυπηρέτηση της πώλησης και διακίνησης του τροφίµου:Α. Συσκευασίες λιανικής πώλησης που έρχονται απ’ ευθείας σε επαφή µε τοτρόφιµο, αναγράφουν στοιχεία που προσδιορίζουν και διαφηµίζουν τοπεριεχόµενο και προστατεύουν το τρόφιµο στα σηµεία λιανικής πώλησης και στηναποθήκευση στο σπίτι.Β. Συσκευασίες που χρησιµοποιούνται για τη µεταφορά και τη διανοµή τωντροφίµων και οι οποίες µπορεί να έρχονται σε άµεση επαφή µε το τρόφιµο, περιέχοντας µεγάλες ποσότητες τροφίµου χύµα, π.χ. σάκοι, βαρέλια κ.λ.π. ή ναπεριέχουν µονάδες συσκευασµένων τροφίµων, π.χ. κιβώτια.

Από την άποψη προστασίας του τροφίµου ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι συσκευασίες τηςπρώτης κατηγορίας και εκείνες από τη δεύτερη κατηγορία που έρχονται σε άµεση επαφή µε τοτρόφιµο. Εκτός της απαίτησης προστασίας αυτές οι συσκευασίες πρέπει να είναι αδρανείς απέναντιτου τροφίµου και να µη µολύνουν οι ίδιες το τρόφιµο.Η συσκευασία µπορεί να είναι ήδη προσχηµατισµένη (π.χ. γυάλινα και µεταλλικά δοχεία) ή νασχηµατίζεται στη γραµµή συσκευασίας πριν από το γέµισµα (π.χ. χαρτονένια κουτιά, πλαστικάσακίδια).

16

16

Μία άλλη ταξινόµηση των συσκευασιών αφορά στον τύπο του περιέκτη καισυγκεκριµένα το εάν έχει ορισµένο σχήµα και την ικανότητά του να αλλάζει σχήµαόταν πιεστεί µε τα χέρια:

Α. ∆ύσκαµπτες (rigid) και ηµίσκληρες (semi-rigid) συσκευασίες που έχουνορισµένο σχήµα. Από αυτές οι ηµίσκληρες µπορούν να παραµορφωθούν ότανπιεστούν µε τα χέρια (χαρτονένια κουτιά, ορισµένα πλαστικά δοχεία) ενώ οιδύσκαµπτες διατηρούν το σχήµα τους (γυάλινα και µεταλλικά δοχεία).Β. Εύκαµπτες (flexible) που δεν έχουν ορισµένο σχήµα και κατασκευάζονταιαπό φύλλο εύκαµπτου υλικούΚαι στις δύο κατηγορίες µπορεί να χρησιµοποιηθούν διάφορα υλικά όσον αφοράστη φύση του υλικού.

9

17

17

ΥΛΙΚΑ ΣΥΣΚΕΥΑΣΙΑΣ:

Χαρτί για εύκαµπτη συσκευασίαΧαρτόνι για δύσκαµπους περιέκτεςΜεταλλικά δοχείαΜεταλλικά φύλλα για εύκαµπτη συσκευασίαΓυάλινα δοχείαΠλαστικές µεµβράνεςΠλαστικοί περιέκτες δύσκαµπτοιΞύλινοι περιέκτες

18

18

Χαρτί-ΧαρτόνιΤο χαρτί ή χαρτόνι και τα υλικά συσκευασίας που έχουν ως βάση αυτά αποτελούν µεγάλο ποσοσοστότων υλικών συσκευασίας. Οι κύριες αιτίες είναι το χαµηλό κόστος, η διαθεσιµότητα, η εύκοληδιαµόρφωση και η χαµηλή ρύπανση, λόγω αποικοδόµησης.Οι ιδιότητες του χαρτιού, ως υλικού συσκευασίας, µπορούν να µεταβληθούν πολύ ανάλογα µε τηδιεργασία παραγωγής, την προσθήκη ουσιών βελτίωσης στην κατασκευή του φύλλου, ή τηνεπίστρωση των φύλλων µε κηρούς, άσφαλτο, πλαστικά κ.λ.π. Το απλό χαρτί (χωρίς βελτιωτικά και επιστρώσεις) που χρησιµοποιείται για εύκαµπτη συσκευασίαέχει γενικά µικρή µηχανική αντοχή και µεγάλη διαπερατότητα από υδρατµούς και αέρια. Οι πιοσηµαντικοί τύποι αυτού του χαρτιού είναι: Χαρτί Kraft: παρουσιάζει βελτιωµένη µηχανική αντοχή.Λαδόχαρτο και περγαµηνό χαρτί: έχει µικρούς πόρους λόγω πυκνού πλέγµατος ινών κυτταρίνης καιεποµένως µικρή διαπερατότητα από λιπαρά.Τσιγαρόχαρτο: µαλακό χαρτί µε µεγάλους πόρους και µικρό βάρος ανά επιφάνεια που µπορεί ναπροστατεύσει από τριβέςΧαρτί κρέπ: παρουσιάζει µεγάλη ικανότητα επιµήκυνσης και είναι κατάλληλο για περιτυλίξειςΧαρτί µε πρόσθετες ουσίες µπορεί να παρουσιάσει πολύ βελτιωµένες ιδιότητες. Ένας σηµαντικόςτύπος αυτού του χαρτιού είναι το:Αδιαβροχοποιηµένο χαρτί (wet-strength paper): παρασκευάζεται µε προσθήκη ρητινών ουρίας-φορµαλδεϋδης ή µελαµίνης-φορµαλδεϋδης στο χαρτοπολτό, οπότε τα παραγόµενα προϊόντασυµπύκνωσης που δηµιουργούνται κατά την ξήρανση του χαρτιού, είναι αδιάλυτα στο νερό καιαυξάνουν πολύ την αντοχή του χαρτιού όταν απορροφήσει υγρασία.

10

19

19

Τα επικαλυµµένα χαρτιά (coated papers) παρασκευάζονται µε επικάλυψη τουφύλλου µε διάφορα υλικά µέσω διαβίβασής του σε λουτρό τηγµένου υλικού ή αιωρήµατοςτου υλικού, ή µέσω εξώθησης του υλικού µε εκβολέα. Οι κυριότεροι τύποι επικαλυµµένωνχαρτιών είναι:Χαρτί µε επικάλυψη κηρού: παρασκευάζεται µε εµβάπτιση σε λουτρό τηγµένης παραφίνηςκαι παρουσιάζει µειωµένη διαπερατότητα νερού και υδρατµών.Χαρτί µε επικάλυψη ασφάλτου: Η επικάλυψη γίνεται στη µία πλευρά του φύλλου µε ρολόηµιεµβαπτισµένο σε λουτρό ασφάλτου και δύο επικαλυµµένα φύλλα πιέζονται ανάµεσα σεπεριστρεφόµενους κυλίνδρους, για τη δηµιουργία ενός σύνθετου φύλλου µε την επικάλυψηστο εσωτερικό. Το σύνθετο φύλλο έχει πολύ µειωµένη διαπερατότητα σε νερό καιυδρατµούς και χρησιµοποιείται για την κατασκευή σάκων ιδιαίτερα για θαλάσσια µεταφορά.Χαρτί µε επικάλυψη πολυεθυλενίου (PE): Το PE είναι το ευρύτερα χρησιµοποιούµενοπλαστικό για την επικάλυψη χαρτιού. Η επικάλυψη γίνεται µε µεµβράνη PE πουσχηµατίζεται από εκβολέα και τα δύο υλικά συµπιέζονται ανάµεσα σε κυλίνδρους. Τοεπικαλυµµένο φύλλο έχει πολύ µικρή διαπερατότηττα νερού και υδρατµών και σχετικάµικρή διαπερατότητα λιπαρών. Επίσης έχει την ικανότητα θερµοσυρραφής.Χαρτί µε επικάλυψη πολυβινυλιδενοχλωριδίου (PVdC): Η επικάλυψη γίνεται απο λουτρόαιωρήµατος PVdC. Το φύλλο παρουσιάζει ανάλογες ιδιότητες µε εκείνο του PE.

20

20

Το χαρτόνι διαφέρει από το χαρτί ως προς το βάρος ανά µονάδα επιφάνειας. ∆ιεθνώς ως χαρτόνι χαρακτηρίζεται το προϊόν βάρους µεγαλύτερου των 250 g/m2, ενώ τοµικρότερου βάρους χαρακτηρίζεται ως χαρτί. Το πάχος του χαρτονιού είναι µεγαλύτερο από0.30 mm. Υπάρχουν τρεις τύποι χαρτονιού που διαφέρουν ως προς την πρώτη ύληκατασκευής:Chipboard: Χαρτόνι που παράγεται από ανακυκλωµένο χαρτί, έχει σκούρο χρώµα, µικρήµηχανική αντοχή και δεν χρησιµοποιείται για άµεση επαφή µε το τρόφιµο.Duplex board: Χαρτόνι που παράγεται από µίγµα ηµιλευκασµένου χηµικού και µηχανικούπολτού ή πολτού από ανακύκλωση και επικαλύπτεται και από τις δύο πλευρές µε χηµικόπολτό. Μπορεί να χρησιµοποιηθεί σε ορισµένες περιπτώσεις σε επαφή µε τα τρόφιµα. Solid white board: Χαρτόνι που παράγεται από λευκασµένο χηµικό πολτό καιχρησιµοποιείται σε άµεση επαφή µε τα τρόφιµα.Για υγρά ή λιπαρά τρόφιµα και γενικά για προϊόντα που απαιτούν ειδική προστασίαχρησιµοποιούνται χαρτόνια επικαλυµµένα µε κηρούς, PE ή PVdC ή πολυστρωµατικά φύλλα(laminates) µε χαρτόνι, PE και φύλλο αλουµινίου.

11

21

21

Τα χαρτονένια κουτιά κατασκευάζονται από συµπαγές ηµίσκληρο χαρτόνι ήπολυστρωµατικό φύλλο. Τα χαρτοκιβώτια που χρησιµοποιούνται για χονδρικήσυσκευασία και για µεταφορά προϊόντων (π.χ. φρούτα) κατασκευάζονται απόσυµπαγές χαρτόνι ή από κυµατοειδές χαρτόνι. Το κυµατοειδές χαρτόνι αποτελείται εσωτερικά από ένα ή περισσότερα στρώµατακυµατοειδούς χαρτιού και εξωτερικά από επίπεδα χαρτόνια.Η κυµάτωση συνεισφέρει στην απόσβεση των κρούσεων και οι µηχανικές αντοχέςαυτών των χαρτονιών εξαρτώνται τόσο από τον τύπο της κυµάτωσης (πλάτος καιαριθµός κυµατώσεων ανά τρέχον µέτρο χαρτιού), όσο και από τον αριθµό και τιςπυκνότητες των εσωτερικών και εξωτερικών στρωµάτων (τρίφυλλο, πεντάφυλλο, επτάφυλλο).

22

22

12

23

23

Γυαλί

Τα γυάλινα δοχεία από τα σπουδαιότερα µέσα συσκευασίας. Από φυσική άποψη το γυαλί χαρακτηρίζεται ως ένα υπόψυκτο υγρό πολύ υψηλούιξώδους. Από χηµική άποψη είναι µίγµα ανόργανων οξειδίων ποικίλων αναλογιών. Το κύριο συστατικό είναι το SiO2 (70-75%) ακολουθούµενο από τα Na2O και CaO (6-13%, το κάθε ένα). Άλλα οξείδια, Al2O3, BaO, MgO, προστίθενται σε πολύµικρότερες αναλογίες, Για τον χρωµατισµό του γυαλιού προστίθενται διάφοραοξείδια µετάλλων, όπως χρωµίου και σιδήρου (πράσινες φιάλες), ή οξείδιασιδήρου, θείου και άνθρακας (φαιοκίτρινες φιάλες).

24

24

Τα κύρια πλεονεκτήµατα των γυάλινων δοχείων συσκευασίας είναι:

Αδιαπερατότητα: Το γυαλί αποτελεί εξαίρετο φραγµό στερεών, υγρών και αερίων καιεποµένως είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για τη συσκευασία αεριούχων ποτών, ενώ προσφέρειπολύ καλή προστασία σε όλα τα τρόφιµα.Αδράνεια: Το γυαλί δεν αντιδρά µε τα συστατικά του τροφίµου και παραµένει χηµικάσταθερό.∆ιαφάνεια: Η διαφάνεια του γυαλιού επιτρέπει την καλή ορατότητα του περιεχοµένου καισυντελεί στην ελκυστική εµφάνιση.Χρώµα: Το γυαλί µπορεί να χρωµατισθεί για τον περιορισµό της διαπερατότητας τηςυπεριώδους κυρίως ακτινοβολίας, που επιταχύνει δράσεις υποβάθµισης ποιότητας σεορισµένα τρόφιµα.∆υνατότητα κατασκευής περιεκτών διαφόρων σχηµάτων: Με χρήση κατάλληλωντεχνικών το γυαλί µπορεί να διαµορφωθεί σε διάφορους περιέκτες. Γενικά διακρίνονται σεφιάλες (µεγάλο ύψος προς διάµετρο) και βάζα (ύψος παραπλήσιο της διαµέτρου). Το σχήµατου περιέκτη σχεδιάζεται µε διάφορα κριτήρια, αλλά ένα βασικό είναι η ελκυστικότητα τηςεµφάνισης.

13

25

25

∆υνατότητα ανακύκλωσης και επαναπλήρωσης: Το γυάλινο δοχείο προσφέρει τηδυνατότητα καθαρισµού και επαναπλήρωσης. Η δυνατότητα αυτή µπορεί να αξιοποιηθείοικονοµικά σε προϊόντα ευρείας κατανάλωσης µε εκτεταµένο δίκτυο διανοµής καισυγκέντρωσης των άδειων περιεκτών. Κλασσικό παράδειγµα αποτελούν οι φιάλες τηςµπίρας και οι φιάλες αναψυκτικών µε µέσο όρο επαναπλήρωσης 20 και 35 φορές, αντίστοιχα. Για προϊόντα µικρότερης κατανάλωσης ή εκείνα που διατίθενται σε εκτεταµένεςγεωγραφικές περιοχές χρησιµοποιούνται περιέκτες µιας χρήσης, οι οποίοι µπορούν ναανακυκλωθούν επιστρεφόµενοι στα εργοστάσια παραγωγής γυαλιού.∆υνατότητα θερµικής κατεργασίας: Τα τρόφιµα συσκευασµένα σε γυάλινα δοχεία µπορούννα υποστούν θερµική κατεργασία παστερίωσης ή αποστείρωσης. Για την αποφυγήπροβληµάτων που µπορεί να δηµιουργηθούν από υπερπίεση στο εσωτερικό των δοχείωνπρέπει ο κενός χώρος κατά το κλείσιµο να είναι µεγαλύτερος του 6% του συνολικού όγκου(στους 55°C).

Εκτός των πλεονεκτηµάτων που αναφέρθηκαν πρέπει να προστεθεί ότι οι καταναλωτές έχουν συνδέσειτη γυάλινη συσκευασία µε την καλύτερη ποιότητα του προϊόντος. Έτσι υπάρχει µεγαλύτερη αποδοχήτης γυάλινης συσκευασίας έναντι οποιασδήποτε άλλης σε προϊόντα υψηλής τιµής.

26

26Τα κυριότερα µειονεκτήµατα των γυάλινων δοχείων είναι:

Ευθραυστότητα: Τα γυάλινα δοχεία έχουν τη µέγιστη αντοχή αµέσως µετά την κατασκευήτους, αλλά η επαφή µεταξύ τους ή µε άλλα αντικείµενα δηµιουργεί µικροσκοπικές ρωγµέςστην επιφάνεια που µειώνουν σηµαντικά την αντοχή. Η θραύση των γυάλινων δοχείωνοφείλεται σε κρούση, συµπίεση, εσωτερική πίεση ή απότοµη µεταβολή της θερµοκρασίας(θερµικό σοκ). Η αντοχή σε κρούση συµπίεση και εσωτερική πίεση είναι µεγαλύτερη όσοπιο οµοιόµορφη είναι η κατανοµή του γυαλιού στο δοχείο, λιγότερα τα ελαττώµατα ή ασθενήσηµεία στην κατασκευή και µικρότερες οι βλάβες λόγω επαφής µε διάφορα αντικείµενα. Τοπάχος του δοχείου αυξάνει την αντοχή σε εσωτερική πίεση αλλά µειώνει την αντοχή σεκρούση, όπως και την αντοχή σε απότοµη µεταβολή της θερµοκρασίας. Τα κοινά γυαλιά δεναντέχουν σε απότοµες µεταβολές της θερµοκρασίας σε αντίθεση µε τα γυαλιά pyrex πουπεριέχουν µεγάλη ποσότητα βορίου. Βελτίωση της αντοχής σε κρούση και περιορισµός τωνεπιφανειακών βλαβών που συνεπάγεται βελτίωση και των άλλων αντοχών επιτυγχάνεταιµε επικάλυψη µε διάφορα επιχρίσµατα.Μεγάλο βάρος ανά επιφάνεια: Το βάρος της γυάλινης συσκευασίας αυξάνει σηµαντικά τοκόστος µεταφοράς των προϊόντων. Τα δοχεία µε λεπτότερα τοιχώµατα έχουν µικρότερεςµηχανικές αντοχές, αν και τα τελευταία χρόνια οι τεχνολογικές βελτιώσεις στην κατασκευήτους έχουν επιτύχει την οµοιόµορφη κατανοµή του γυαλιού και τη διατήρηση τωνµηχανικών αντοχών µε σηµαντική µείωση του βάρους.

14

27

27

Οι γυάλινοι περιέκτες µορφοποιούνται µε πίεση σε καλούπια (βάζα) ή µεεµφύσηση (φιάλες) και µεταφέρονται έτοιµοι στη βιοµηχανία συσκευασίας. Ταπώµατά τους κατασκευάζονται από λευκοσίδηρο ή κοινό σίδηρο, αλουµίνιο, φελλόή πλαστικά. ∆ιακρίνονται σε πώµατα πιέσεως, τα οποία χρησιµοποιούνται όταν ηπίεση στο εσωτερικό των φιαλών είναι µεγαλύτερη της ατµοσφαιρικής, πώµατακενού που χρησιµοποιούνται σε βάζα που σφραγίζονται υπό µειωµένη πίεση καισυνήθως υφίστανται θερµική επεξεργασία, και κοινά πώµατα.

28

28

15

29

29ΜέταλλαΜεταλλικά δοχείαΗ συσκευασία τροφίµων σε µεταλλικά δοχεία άρχισε το 19ο αιώνα µε την ανάπτυξη τηςκονσερβοποιίας και έκτοτε διαδόθηκε ευρύτατα. Αυτή η διάδοση οφείλεται στα σηµαντικά πλεονεκτήµατα των µεταλλικών δοχείων, όπως:

• µηχανική αντοχή που διευκολύνει τη διακίνηση

• δυνατότητα ερµητικού κλεισίµατος που εξασφαλίζει την προστασία του τροφίµου •αδιαπερατότητα από αέρια υγρασία και φως

• αντοχή σε ψηλές θερµοκρασίες που επιτρέπει την χρήση τους σε θερµικές κατεργασίες

• σχετικά χαµηλή τοξικότητα

• εύκολη µορφοποίηση και δυνατότητα κατασκευής διαφόρων σχηµάτων

• καλή εµφάνιση λόγω της δυνατότητας βερνικώµατος και διακόσµησης της επιφάνειας

• ευχέρια γεµίσµατος και κλεισίµατος µε µηχανικά µέσα

• σχετικά χαµηλό βάρος

30

30

ΥΛΙΚΑΤα υλικά που χρησιµοποιούνται στην κατασκευή των δοχείων είναι: ο επικασσιτερωµένοςχάλυβας ή λευκοσίδηρος, ο επιχρωµιωµένος χάλυβας και το αλουµίνιο.ΛευκοσίδηροςΟ λευκοσίδηρος είναι το ευρύτερα χρησιµοποιούµενο υλικό µε µεγάλη διαφορά από τα άλλαδύο. Ο χάλυβας που χρησιµοποιείται για την κατασκευή των φύλλων έχει µικρήπεριεκτικότητα σε άνθρακα και η σύνθεσή του έχει σηµαντική επίδραση στην αντοχή σεδιάβρωση και στις µηχανικές ιδιότητες του λευκοσιδήρου. Για την κατασκευή δοχείωνκονσερβών χρησιµοποιούνται κυρίως τρεις τύποι χάλυβα: Ο τύπος L είναι υψηλής καθαρότητας και παρουσιάζει µεγάλη αντοχή σε διάβρωση γι αυτόχρησιµοποιείται για έντονα διαβρωτικά προϊόντα. Τα µέγιστα επιτρεπτά όρια συστατικώνστον τύπο L είναι C: 0.13%, Mg: 0.60%, P: 0.15%, S: 0.05%, Si: 0.010% και Cu: 0.06%. Ηαντίσταση σε διάβρωση εξαρτάται και από τον τύπο του τροφίµου. Για παράδειγµα σεαεριούχα ποτά η αναλογία Cu/S καθορίζει την αντίσταση σε διάβρωση.Ο τύπος MR είναι λιγότερο καθαρός και η αντοχή του στη διάβρωση είναι µέτρια γι’ αυτόχρησιµοποιείται σε λιγότερο διαβρωτικά τρόφιµα. Είναι ο ευρύτερα χρησιµοποιούµενοςχάλυβας στην κονσερβοποιία.Ο τύπος MC είναι παρόµοιος µε τον MR, αλλά έχει µεγαλύτερη περιεκτικότητα σε φωσφόροπου του προσδίδει µεγαλύτερη µηχανική αντοχή και δυσκαµψία.

16

31

31

Η επικασσιτέρωση των φύλλων του χάλυβα αυξάνει την αντοχή σε διάβρωση. Γίνεταιηλεκτρολυτικά και στις δύο επιφάνειες του φύλλου και το σχηµατιζόµενο στρώµα έχει πάχος0.4-2.5 µm (2.8-17 g/m2). Η επικάλυψη στην εξωτερική επιφάνεια µπορεί να έχει το ίδιοπάχος ή να είναι λεπτότερη από την επικάλυψη στην εσωτερική επιφάνεια. Εκτός της επικασσιτέρωσης το φύλλο του λευκοσιδήρου προστατεύεται επί πλέον µε δύοεπιφανειακές κατεργασίες, την αδρανοποίηση και τη λίπανση. Η αδρανοποίηση σταθεροποιεί την επιφάνεια του κασσιτέρου µέσω του ελέγχου τουσχηµατισµού των φυσικών οξειδίων. Γίνεται µε ηλεκτρολυτική απόθεση ενός λεπτότατουστρώµατος χρωµικών ή φωσφορικών αλάτων. Η λίπανση γίνεται µε πολύ µικρή ποσότητα λιπαντικού και προστατεύει το φύλλο απόεκδορές, ενώ παράλληλα διευκολύνει τη µορφοποίηση. Η τοµή του τελικού φύλλου δίνεταιστο σχήµαΜία νεότερη εξέλιξη στα φύλλα του λευκοσιδήρου είναι η κατασκευή λεπτότερων φύλλωνδιπλής εξέλασης (DR, double reduced). Με την τεχνική αυτή το φύλλο έχει µεγαλύτερηµηχανική αντοχή και είναι πιο δύσκαµπτο, έτσι µπορεί να χρησιµοποιηθεί λεπτότερο φύλλογια την κατασκευή του δοχείου. Τα κοινά φύλλα λευκοσιδήρου έχουν πάχος 0.18-0.33 mm, ενώ τα φύλλα διπλής εξέλασης 0.15-0.17 mm. Τα φύλλα αυτά χρησιµοποιήθηκαν αρχικά σεαεριούχα ποτά αλλά σήµερα επεκτείνονται και σε άλλα κονσερβοποιηµένα προϊόντα.

32

32

Επιχρωµιωµένος χάλυβας (TFS)

Ο επιχρωµιωµένος χάλυβας καλείται και χάλυβας ελεύθερος κασσιτέρου (tin free steel, TFS). Κατασκευάζεται όπως ακριβώς και ο λευκοσίδηρος, αλλά µεηλεκτρολυτική επικάλυψη µε χρώµιο. Η αδρανοποίηση γίνεται µε σχηµατισµόλεπτότατου στρώµατος οξειδίου του χρωµίου. Η τοµή του δίνεται στο σχήµαΤο κύριο πλεονέκτηµα του TFS είναι η χαµηλότερη τιµή. Παρουσιάζει όµωςµικρότερη αντίσταση σε διάβρωση από ότι ο λευκοσίδηρος, µεγαλύτερη δυσκολίαστη διαµόρφωση δοχείων και αδυναµία κασσιτεροκόλλησης στις ραφές. Ηστεγανότητα στη ραφή των δοχείων γίνεται µε ηλεκτροκόλληση ή µε οργανικέςκόλλες. Λόγω της µικρής αντοχής σε διάβρωση τα δοχεία από TFS επικαλύπτονταιπάντα µε βερνίκι. Η επιφάνειά τους δέχεται καλύτερα τα βερνίκια και τα µελάνιαεκτύπωσης και το υψηλότερο σηµείο τήξης επιτρέπει τη στερεοποίηση τωνβερνικιών σε ψηλότερη θερµοκρασία και µικρότερο χρόνο απ’ ότι ο λευκοσίδηρος.

17

33

33

34

34ΑλουµίνιοΤο αλουµίνιο είναι ελαφρύτερο, λιγότερο σκληρό και περισσότερο εύκαµπτο από τα άλλα δύο υλικά. Tοκαθαρό αλουµίνιο είναι πολύ ευλύγιστο και µαλακό και είναι κατάλληλο για την παραγωγή λεπτώνφύλλων. Για την παρασκευή δύσκαµπτων περιεκτών χρησιµοποιούνται κράµατά του µε διάφοραστοιχεία, κυρίως µε µαγνήσιο και µαγγάνιο. Η προσθήκη αυτών των µετάλλων, ιδιαίτερα του µαγνησίουαυξάνει σηµαντικά τη µηχανική αντοχή του υλικού αλλά µειώνει την αντίστασή του σε διάβρωση. Το αλουµίνιο εµφανίζει ικανοποιητική αντίσταση στην ατµοσφαιρική διάβρωση, λόγω του σχηµατισµούεπιφανειακού προστατευτικού στρώµατος οξειδίου του αργιλίου. Άλλα πλεονεκτήµατά του, εκτός τουότι είναι ελαφρύ, εύκαµπτο και εποµένως εύκολα διαµορφώσιµο, είναι η µεγαλύτερη θερµικήαγωγιµότητα από το λευκοσίδηρο και η αδράνειά του σε προϊόντα που περιέχουν θείο. Επίσηςχαράσσεται εύκολα και µπορεί να χρησιµοποιηθεί σε κονσέρβες µε εύκολο άνοιγµα.Τα κύρια µειονεκτήµατά του είναι η ακριβή τιµή, η µικρότερη µηχανική αντοχή, η γρηγορότερηδιάβρωση από υδαρή προϊόντα και η αντίδρασή του µε ορισµένα προϊόντα στα οποία προκαλείαποχρωµατισµό. Για το λόγο αυτό τα δοχεία από αλουµίνιο προστατεύονται συνήθως µε κατάλληλοβερνίκι. Χρησιµοποιούνται ευρύτατα στη συσκευασία µπίρας και αναψυκτικών (στην Ελλάδα αποτελούν τοαποκλειστικό µεταλλικό κουτί συσκευασίας αυτών των προϊόντων) σε συσκευασία θαλασσινών καιπροϊόντων κρέατος. Επίσης ως πώµατα εύκολου ανοίγµατος σε δοχεία από λευκοσίδηρο. Τα δοχείααυτά έχουν χρησιµοποιηθεί για συσκευασία µπίρας και χυµών φρούτων χωρίς να εµφανίζεταιηλεκτρολυτική δράση του άκρου από αλουµίνιο και του κορµού από λευκοσίδηρο. Αντίθετα έντονηηλεκτρολυτική δράση και γρήγορη διάτρηση του δοχείου παρατηρείται στην περίπτωση συσκευασίαςπροϊόντων που περιέχουν χλωριούχο νάτριο. Το αλουµίνιο χρησιµοποιείται και στην κατασκευήσωληναρίων που περιέχουν τρόφιµα.

18

35

35Κατασκευή µεταλλικών δοχείωνΤα µεταλλικά δοχεία διακρίνονται σε δοχεία τριών τεµαχίων και δοχεία δύοτεµαχίων.Τα δοχεία τριών τεµαχίων αποτελούνται από ένα ορθογώνιο φύλλο το οποίοσχηµατίζει το πλευρικό τοίχωµα που κλείνει µε διπλή πλάγια ραφή, τον πυθµέναπου στερεώνεται στο πλευρικό τοίχωµα µε διπλή ραφή στο εργοστάσιοκατασκευής του δοχείου και το πώµα που στερεώνεται µε τον ίδιο τρόπο στοκονσερβοποιείο (σχήµα 1). Η πλάγια ραφή συγκολλάται µε κασσιτεροκόλληση µε κράµα Pb, Sn, Bi (soldering), ή µε ηλεκτροσυγκόλληση (welding). Η ηλεκτροσυγκόλληση είναι νεότερη τεχνική, δίνει ισχυρότερη ραφή και έχει τα πλεονεκτήµατα της απουσίας µολύβδου πουείναι ιδιαίτερα τοξικό στοιχείο, της οικονοµίας µετάλλου, της καλύτερης εµφάνισης, της δυνατότητας επικάλυψης µε βερνίκι και τυπώµατος της ραφής. Ηηλεκτροσυγκόλληση γίνεται µε διαβίβαση ηλεκτρικού ρεύµατος σε δύο κυλινδρικάηλεκτρόδια που προκαλεί σύντηξη των δύο άκρων του µεταλλικού φύλλου ενώταυτόχρονα αυτά πιέζονται από τα ηλεκτρόδια ώστε να συγκολληθούν. Ηεπικάλυψη των δύο άκρων του φύλλου µπορεί να περιορίζεται σε πλάτος από 2-3 mm µέχρι και 0.4 mm (σχήµα 2). Η ηλεκτροσυγκόλληση µπορεί να εφαρµοσθεί καισε δοχεία από TFS στα οποία δεν είναι δυνατή η κασσιτεροσυγκόλληση.

36

36

19

37

37

38

38

Το δοχείο δύο τεµαχίων αποτελείται από ενιαίο κορµό και πυθµένα στον οποίοστερεώνεται το καπάκι µετά το γέµισµα του δοχείου στο κονσερβοποιείο. Το ενιαίοσώµα του δοχείου σχηµατίζεται από ένα µεταλλικό δίσκο ακολουθώντας δύοτεχνικές. Στην τεχνική DRD (draw and redraw) σχηµατίζεται αβαθές κύπελλο πουδιαµορφώνεται από διαδοχικές πρέσσες σε δοχείο µε ίδιο πάχος τοιχώµατος καιπυθµένα που συµπίπτει µε το πάχος του αρχικού µεταλλικού δίσκου (σχήµα 1). Στην τεχνική DWI (drawn and wall ironed) σχηµατίζεται πάλι αβαθές κύπελλο τουοποίου τα τοιχώµατα “σιδερώνονται” περνώντας από διαδοχικά περιστρεφόµεναράουλα µειούµενης διαµέτρου ώστε το τελικό τους πάχος είναι περίπου το 1/3 τουαρχικού και το ύψος του δοχείου υπερδιπλάσιο της διαµέτρου (σχήµα 2). Τα δοχείαDWI είναι τα ψηλότερα δοχεία που χρησιµοποιούνται στη µπίρα και τα αναψυκτικά, ενώ τα DRD είναι σχετικά αβαθή και χρησιµοποιούνται σε διάφορα τρόφιµα. Ητεχνική DRD µπορεί να χρησιµοποιηθεί για διαµόρφωση δοχείων από όλα ταυλικά, ενώ η τεχνική DWI µόνο από λευκοσίδηρο και αλουµίνιο. Το υλικό µπορεί ναείναι ήδη λακαρισµένο στα DRD, αντίθετα η τεχνική DWI προκαλεί ρωγµές στοβερνίκι και εποµένως η επικάλυψη πρέπει να γίνει µετά.

20

39

39

40

40

21

41

41

Ανεξάρτητα της τεχνικής διαµόρφωσης τα δοχεία δύο τεµαχίων παρουσιάζουνορισµένα πλεονεκτήµατα:Έχουν µόνο µία διπλή ραφή εποµένως είναι ευκολότερο να διασφαλισθεί ηακεραιότητα της συσκευασίας. Η επικάλυψη µε βερνίκι και η προστασία από αυτόείναι πιο αποτελεσµατική. Η ραφή προκαλεί µια ανώµαλη επιφάνεια που δενεπικαλύπτεται εύκολα.Γίνεται οικονοµία υλικού, ιδιαίτερα σε σχέση µε τη διπλή ραφή µεκασσιτεροσυγκόλληση.Εφ’ όσον λείπει η ανωµαλία στην επιφάνεια που δηµιουργεί η ραφή, η διακόσµησηκαι εκτύπωση του δοχείου είναι πιο εύκολη και δηµιουργείται πολύ καλύτεροαισθητικό αποτέλεσµα.

42

42∆ιάβρωση-Επικάλυψη µεταλλικών δοχείων

Με την πάροδο του χρόνου το εσωτερικό των δοχείων διαβρώνεται και διαλύεται µέταλλοστο τρόφιµο µε τη µορφή άλατος ή επικάθεται ως υµένιο στα τοιχώµατα του δοχείου σεµορφή οξειδίου ή υδροξειδίου που µπορεί να υποστεί περαιτέρω οξείδωση. Σταλευκοσιδηρά δοχεία διαλύεται συνήθως πρώτα ο κασσίτερος που αποτελεί την εξωτερικήεπίστρωση του φύλλου µε ρυθµό που εξαρτάται από τη διαβρωτικότητα του τροφίµου, τοντύπο του λευκοσιδήρου και τη θερµοκρασία αποθήκευσης. Στην επιφάνεια του επικασσιτερωµένου φύλλου υπάρχουν πόροι και πιθανώς εκδορές πουέχουν δηµιουργηθεί κατά την κατασκευή των δοχείων. Έτσι υπάρχουν µικρές περιοχέςεκτεθειµένου κράµατος κασσιτέρου-σιδήρου ή και σιδήρου. Όταν λοιπόν ο λευκοσίδηροςέρθει σε επαφή µε το προϊόν δηµιουργείται γαλβανικό στοιχείο µεταξύ κασσιτέρου σιδήρου, µε τον σίδηρο να είναι ανοδικός ως προς τον κασσίτερο και να οξειδώνεται και διαλύεταιαυτός επειδή είναι ηλεκτροθετικότερος. Αυτό συµβαίνει κατά τη διάβρωση στην εξωτερικήεπιφάνεια του δοχείου και στο εσωτερικό του όταν είναι συσκευασµένα προϊόντα, όπωςαλκοολούχα ποτά που δεν περιέχουν οξέα ή διαλύµατα που δεν περιέχουν συστατικά µε ταοποία να αντιδρά ο κασσίτερος. Η διάβρωση αυτή ονοµάζεται διάβρωση µε βελονισµό καικαταλήγει σε τρύπηµα του δοχείου και επιµόλυνση του προϊόντος (σχήµα 3 δ-στ).

22

43

43

44

44Αντίθετα όταν το προϊόν περιέχει περιέχει οργανικά οξέα ή αµινοξέα, όπως συµβαίνει µε ταπερισσότερα τρόφιµα, µε τα οποία ο κασσίτερος µπορεί να σχηµατίσει σταθερά σύµπλοκα, συµβαίνει αναστροφή της πολικότητας και εποµένως οξειδώνεται και διαλύεται κατάπροτίµηση ο κασσίτερος, ενώ προστατεύεται ο σίδηρος. Αυτή είναι η πιο συνηθισµένηπερίπτωση διάβρωσης στο εσωτερικό του δοχείου. Εάν η διάβρωση προχωρήσει πολύεκτίθεται µεγάλη επιφάνεια σιδήρου, η προστασία από τον κασσίτερο δεν είναι πλέονεπαρκής και αρχίζει να διαλύεται και σίδηρος .Οι αναγωγικές δράσεις που συµβαίνουν στα πρώτα στάδια της διάβρωσης είναι η αναγωγήνιτρικών, θείου κ.λ.π. Το οξυγόνο που πιθανώς είναι διαλυµένο στο τρόφιµο ή που υπάρχει στον κενό χώρο, στοάνω µέρος της κονσέρβας προκαλεί έντονη διάβρωση και τη δηµιουργία συχνά µιαςγραµµής στη διαχωριστική επιφάνεια τροφίµου/κενού χώρου όπου έχει αποκαλυφθεί οχάλυβας. Εάν το συµπύκνωµα που σχηµατίζεται στον κενό χώρο µετά τη θερµικήεπεξεργασία είναι ελαφρά όξινο µπορεί να σχηµατισθεί και σκουριά. Τα προβλήµατα αυτάµπορούν να αποφευχθούν µε καλή απαέρωση πριν το κλείσιµο του δοχείου καιαποµάκρυνση του αέρα από τους ιστούς του τροφίµου µε ζεµάτισµα.Η διάβρωση επιταχύνεται από το θείο που υπάρχει στα τρόφιµα (π.χ. σε θειούχα αµινοξέα). Το θείο αντιδρά γρήγορα µε το σίδηρο προς σχηµατισµό θειούχου σιδήρου που προκαλείµαύρες κηλίδες στα τρόφιµα.

23

45

45

Τα νιτρικά ιόντα που περιέχονται σε τρόφιµα (προερχόµενα από λίπανση) είναιέντονα οξειδωτικά σε pH<6 και προκαλούν διάλυση του στρώµατος τουκασσιτέρου πάρα πολύ γρήγορα.Αφού εξαντληθούν οι αποπολωτές η µόνη αντίδραση που συµβαίνει είναι ηαναγωγή υδρογονοκατιόντων και η παραγωγή υρδογόνου. Εάν η µεταλλικήκονσέρβα διογκωθεί από την πίεση του εκλυόµενου υδρογόνου το περιεχόµενο σεµεταλλοϊόντα έχει περάσει τα επιτρεπόµενα όρια και επί πλέον είναι αδύνατο ναπωληθεί. Τα επιχρωµιωµένα δοχεία υφίστανται ευκολότερα διάβρωση από τα λευκοσιδηρά, ενώ τα αλουµινένια έχουν αντοχή σε διάβρωση η οποία όµως µειώνεται ότανχρησιµοποιούνται κράµατα ιδιαίτερα µε προσθήκη Mg για την αύξηση τηςµηχανικής αντοχής.

46

46Για προστασία του τροφίµου από διάλυση των µετάλλων της κονσέρβας και αντίστροφα γίνεταιεπικάλυψη. Η επικάλυψη γίνεται σε όλα τα επιχρωµιωµένα και αλουµινένια δοχεία, ενώ δεν γίνεταιπάντα στα λευκοσιδηρά. Εντούτοις και στα λευκοσιδηρά εφαρµόζεται επικάλυψη όταν υπάρχεικίνδυνος σχηµατισµού µαύρων κηλίδων. Τα επικαλυπτικά που χρησιµοποιούνται ανήκουν στουςακόλουθους βασικούς τύπους:ολεορητίνες, φαινολικά, βινυλικά και εποξειδικές ρητίνες= σµάλτα (enamels) ή βερνίκια (lacquers).

Οι ολεορητίνες είναι τα πιο κοινά επικαλυπτικά. Ο τύπος “R” είναι ο κοινός τύπος, ενώ ο τύπος “C”περιέχει 15% ZnO που αντιδρά µε τα σουλφίδια και προστατεύει από τις αµαυρώσεις.Τα φαινολικά επικαλυπτικά είναι λιγότερο διαπερατά και ανθεκτικότερα σε χηµικά από τις ολεορητίνεςκαι δεν µαλακώνουν από τα λίπη. Είναι όµως λιγότερο εύκαµπτα και δίνουν οσµή σε ορισµένα τρόφιµα. Χρησιµοποιούνται κυρίως για θαλασσινά, κρέας, ζωοτροφές και γενικά προϊόντα πλούσια σε λιπαράΟι εποξειδικές ρητίνες εµφανίζουν αντοχή σε υψηλές θερµοκρασίες, είναι εύκαµπτες και δενπροσδίδουν οσµή στα τρόφιµα.Τα βινυλικά είναι σκληρά και άοσµα, µε ιδιαίτερα υψηλή αντοχή σε όξινα προϊόντα. Επειδή έχουνµικρή αντοχή σε ατµό δεν µπορούν να χρησιµοποιηθούν µόνα τους ως επικαλυπτικά σε προϊόντα πουυποβάλλονται σε θερµική κατεργασία ανώτερης θερµοκρασίας από τους 95°C και συνήθωςεπιστρώνονται σε άλλο επικαλυπτικό, όπως ολεορητίνες ή φαινολικά ή χρησιµοποιούνται γιαπρόσθετη επικάλυψη στη ραφή.Εκτός των παραπάνω τύπων χρησιµοποιούνται και τροποποιηµένα επικαλυπτικά που προκύπτουναπό συνδυασµούς των παραπάνω.

24

47

47

Η επικάλυψη γίνεται πριν τη διαµόρφωση του δοχείου στα δοχεία τριών τεµαχίων και σταδοχεία DRD, και µετά τη διαµόρφωση στα δοχεία DWI, επειδή το επικαλυπτικό σπάει κατάτη διαµόρφωση. Στη ραφή δηµιουργείται ανώµαλη επιφάνεια και ασυνέχεια της επικάλυψης, από την οποία συχνά αρχίζει η διάβρωση του δοχείου. Έτσι συνήθως γίνεται πρόσθετηεπικάλυψη για προστασία.Η διάβρωση στα λακαρισµένα κουτιά αρχίζει από πόρους και σκασίµατα τουεπικαλυπτικού. Ο κασσίτερος διαλύεται αρχικά στους πόρους. Εάν συνεχίσει να διαλύεται οκασσίτερος έναντι του σιδήρου παρατηρείται τοπική αποφλοίωση του επικαλυπτικού, γρήγορη τοπική απώλεια της προστατευτικής επιφάνειας του κασσιτέρου και προσβολήτου σιδήρου ταχύτερη από ότι στα αλακάριστα δοχεία. Εάν διαλύεται ο σίδηρος έναντι τουκασσιτέρου µπορεί και πάλι γρήγορα να παρατηρηθεί διάτρηση του δοχείου. Στο σχήµαφαίνονται οι δύο τύποι της διάβρωσης σε λακαρισµένα δοχεία. Τα προβλήµατα διάβρωσηςλύνονται µε αύξηση του πάχους του επικαλυπτικού σε όξινα προϊόντα (µέχρι 12 µm) επιλογή κατάλληλου ανθεκτικού επικαλυπτικού και καλή επικάλυψη της ραφής (συχνάδιπλή).

48

48

25

49

49

Πλαστικά

Τα πλαστικά υλικά συσκευασίας είναι πολυµερή υλικά διαφόρου χηµικήςσύστασης, δοµής και φυσικών ιδιοτήτων. Σε αυτά ταξινοµούνται και τα φυσικάπολυµερή, όπως τα φύλλα αναγεννηµένης κυτταρίνης (σελοφάν), τα πολυµερή µεβάση το άµυλο, τις πρωτεΐνες κ.λ.π. Στη συσκευασία τροφίµων χρησιµοποιούνται δύσκαµπτοι πλαστικοί περιέκτες καιεύκαµπτες πλαστικές µεµβράνες. Ορισµένα πολυµερή υλικά χρησιµοποιούνται καιγια τις δύο κατηγορίες περιεκτών, αλλά στις εύκαµπτες συσκευασίεςχρησιµοποιούνται πολύ περισσότερα είδη από ότι στις δύσκαµπτες.

50

50

Saran PVC-PVdC

PVdC πολυβινυλιδενοχλωρίδιο

PVC πολυβινυλοχλωρίδιο

PVAl πολυβινυλική αλκόλη

PS πολυστυρένιο

PP πολυπροπυλένιο

PETP πολυαιθυλενοτερεφθαλικός εστέρας

PET πολυεστέρας

OPS προσανατολισµένο πολυστυρένιο

OPP προσανατολισµένο πολυπροπυλένιο

Nylon πολυαµίδιο

MXXT σελοφάν επικαλυµένο µε PVdC στις δύο πλευρέςPVC πολυβινυλοχλωρίδιο

MXDT σελοφάν επικαλυµένο µε PVdC στη µία πλευράPS πολυστυρένιο

MS σελοφάν επικαλυµένο µε νιτροκυτταρίνηPP πολυπροπυλένιο

LDPE πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότηταςPETP πολυαιθυλενοτερεφθαλικός εστέρας

HDPE πολυαιθυλένιο χαµηλής πυκνότηταςLDPE πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας

EVAl αιθυλένιο-βινυλική αλκόληHDPE πολυαιθυλένιο χαµηλής πυκνότητας

ΕVA αιθυλένιο-οξεικός βινυλεστέραςCellulose acetate οξεική κυτταρίνη

ABS ακρυλινιτρίλιο-βουταδιένιο-στυρένιοABS ακρυλινιτρίλιο-βουταδιένιο-στυρένιο

Εύκαµπτοι περιέκτες∆ύσκαµπτοι περιέκτες

26

51

51

Πολυολεφίνες

Ως υλικά συσκευασίας χρησιµοποιούνται το πολυαιθυλένιο (-CH2-CH2-)n και τοπολυπροπυλένιο (-CH2-CHCH3-)n. To πολυαιθυλένιο είναι το ευρύτερα χρησιµοποιούµενοαπό όλα τα πλαστικά υλικά συσκευασίας για τα τρόφιµα. ∆ιακρίνεται σε πολυαιθυλένιοχαµηλής πυκνότητας (LDPE) και πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας (HDPE) ανάλογα µε τηνύπαρξη διακλαδώσεων µεταξύ των µακροµοριακών αλυσίδων. Και τα δύο υλικάχρησιµοποιούνται στην κατασκευή δύσκαπτων περιεκτών και σε µορφή µεµβράνης γιαεύκαµπτες συσκευασίες.Το πολυαιθυλένιο χαµηλής πυκνότητας είναι εύκαµπτο, έχει µεγάλη αντοχή σε κρούση, ενώµαλακώνει σε θερµοκρασία >100°C. Η διαπερατότητά του σε υδρατµούς είναι µικρή, αλλά ηδιαπερατότητα σε αέρια µεγάλη. Είναι ανθεκτικό σε οξέα, βάσεις και διαλύµατα αλάτων, απορροφά όµως πτητικά συστατικά από ορισµένα συσκευασµένα τρόφιµα και είναιακατάλληλο για τη συσκευασία χυµών και παρόµοιων τροφίµων.

52

52Το πολυαιθυλένιο υψηλής πυκνότητας έχει πέντε φορές µικρότερη διαπερατότητασε υδρατµούς και αέρια από το LDPE, παρουσιάζει θερµική σταθερότητα µέχριτους 120°C, αλλά έχει µικρότερη αντοχή σε κρούση. Οι λοιπές ιδιότητες του είναιπαρόµοιες µε το LDPE.Οι µεµβράνες πολυαιθυλενίου παρέχουν δυνατότητα θερµικής συγκόλλησης καισυνδυάζονται άριστα µε άλλα υλικά, όπως το χαρτί και το αλουµινόφυλλο για τηνπαραγωγή σύνθετων πολυστρωµατικών υλικών. Το πολυπροπυλένιο (PP) χρησιµοποιείται επίσης σε εύκαµτες και δύσκαµτεςσυσκευασίες. Παρουσιάζει στεγανότητα ενδιάµεση των LDPE και HDPE, πολύχαµηλή διαπερατότητα από λίπη, θερµική σταθερότητα έως τους 140°-150°C, αλλάµικρότερη αντοχή σε κρούση. Η αντοχή του σε αντιδραστήρια είναι παρόµοια µετων πολυαιθυλενίων. Βασικό πλεονέκτηµά του είναι η καλή εµφάνιση πουοφείλεται στη στιλπνότητα και τη διαύγεια καθώς και η αντοχή του στο τσάκισµα. Σε µορφή µεµβρανών χρησιµοποιείται συχνά µετά από διεργασίαπροσανατολισµού (OPP, oriented poly-propylene) για βελτίωση των αντοχών καιτης εµφάνισης και παρουσιάζει µέτρια δυνατότητα θερµοσυγκόλλησης.

27

53

53

Πολυβινυλοπαράγωγα

Τα πολυβινυλοπαράγωγα έχουν το γενικό τύπο (-CH2-CXY-)n όπου τα Χ και Y είναιείτε άτοµα υδρογόνου είτε άλλοι υποκαταστάτες, όπως χλώριο, βενζολικόςδακτύλιος, υδροξύλιο κ.λ.π. Οι ιδιότητες των πολυβινυλοπαραγώγων εξαρτώνταιαπό τη φύση του υποκαταστάτη, τη διαµόρφωση των οµάδων στην αλυσίδα, τοµοριακό βάρος του πολυµερούς, την κρυσταλλικότητα και τον προσανατολισµό. Επίσης οι ιδιότητες εξαρτώνται από την προσθήκη πλαστικοποιητή, οπότεαυξάνεται η διαπερατότητα και η διαλυτότητα του πλαστικού. Γενικά η ύπαρξηπολικών υποκαταστατών αυξάνει τη διαπερατότητα από υδρατµούς και πολικάµόρια. Η µηχανική αντοχή, η αντοχή σε υψηλές θερµοκρασίες και σε προσβολήαπό χηµικά και η στεγανότητα αυξάνονται µε το βαθµό κρυσταλλικότητας.

54

54ΠολυβινυλοπαράγωγαΠολυστυρένιο (PS) (-CH2-CH- o -)n : Είναι διαυγές, σκληρό και εύθραυστο, µε µικρήστεγανότητα σε υδρατµούς και µέση σε αέρια και θερµοκρασία ευπλαστότητας 90-95°C. Ηαντοχή του δύσκαµπτου διαυγούς υλικού µπορεί να βελτιωθεί µε προσθήκηπολυβουταδιενίου, χάνεται όµως η διαύγειά του. Οι µεµβράνες πολυστυρενίουχρησιµοποιούνται σε απλή µορφή ή κατόπιν προσανατολισµού σε ορισµένη θερµοκρασία(ΟPS).Πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC) (-CH2-CHCl -)n: Είναι σκληρό και εύθραυστο υλικό, µε τηνπροσθήκη όµως πλαστικοποιητών γίνεται µαλακό και εύκαµπτο και µπορεί ναχρησιµοποιηθεί στην κατασκευή ηµίσκληρων περιεκτών ή µεµβρανών. Το µηπλαστικοποιηµένο υλικό παρουσιάζει εξαιρετική αντοχή στα λιπαρά. Η διαπερατότητα τουστους υδρατµούς είναι µεγαλύτερη των πολυολεφινών, σε αέρια όµως πολύ µικρή. Οιλεπτές µεµβράνες έχουν µεγάλη διαύγεια και µεγάλη διαπερατότητα σε αέρια. Το PVCγίνεται εύπλαστο σε χαµηλή θερµοκρασία (82°C) και αρχίζει να αποικοδοµείται σε λίγοψηλότερη, ενώ προσβάλλεται και από το ηλιακό φως. Γι’ αυτό προστίθενταισταθεροποιητές. Οι πλαστικοποιητές και οι σταθεροποιητές είναι ουσίες τοξικές πουµεταναστεύουν στα τρόφιµα και εποµένως είναι απαραίτητος ο έλεγχος της καταλληλότηταςτης συσκευασίας για χρήση σε τρόφιµα.

28

55

55

ΠολυβινυλοπαράγωγαΠολυβινυλιδενοχλωρίδιο (PVdC) (-CH2-CCl2-)n: Χρησιµοποιείται σε µορφή µεµβρανών, σε συνδυασµό συνήθως µε άλλα υλικά, λόγω της εξαιρετικής στεγανότητας πουπαρουσιάζει και της άριστης θερµοσυγκόλλησης. Είναι κατάλληλο, όπως και το PVC γιασυρρικνούµενο περιτύλιγµα. Συµπολυµερές βινυλοχλωριδίου-βινυλιδενοχλωριδίου, γνωστόως Saran, χρησιµοποιείται για την κατασκευή µεµβανών µε πολύ µικρή διαπερατότητα σεαέρια και υδρατµούς. Πολυβινυλική αλκοόλη (PVAl) (-CH2-CHOH-)n: Χρησιµοποιείται ως µεµβράνη. Τοσυµπολυµερές αιθυλενίου-βινυλικής αλκοόλης (EVAl) έχει πολύ µικρή διαπερατότητα σεαέρια αλλά µεγάλη ευαισθησία σε υδρατµούς. Για το λόγο αυτό χρησιµοποιείται στοεσωτερικό σύνθετων πολυστρωµατικών υλικών.Οξεικός πολυβινυλεστέρας (-CH2-CHOCOCH3-)n: Mορφοποιείται ως εύκαµπτη µεµβράνη. Επίσης µε µορφή µεµβράνης χρησιµοποιείται και συµπολυµερές βινυλοχλωριδίου-οξεικούβινυλεστέρα.

56

56

Πολυεστέρες

Οι πολυεστέρες (PET) έχουν το γενικό τύπο HO(-CO-R-CO-O-R΄-O-)nH. Ο πολυεστέραςπου χρησιµοποιείται συνήθως στη συσκευασία τροφίµων είναι ο πολυαιθυλενο-τερεφθαλικός (PETP). Έχει άριστη διαφάνεια, καλές µηχανικές αντοχές, ελάχιστηδιαπερατότητα υδρατµών και αερίων, αντοχή σε οξέα, βάσεις, λιπαρά και διαλύτες καισταθερότητα σε υψηλές θερµοκρασίες. Οι φιάλες από PETP αντέχουν σε πίεση µέχρι 4 atm και δεν µαλακώνουν µέχρι τους 250°C. Οι µεµβράνες διατηρούν επίσης τις ιδιότητέςτους σε υψηλές θερµοκρασίες και µπορούν να χρησιµοποιηθούν στη συσκευασίατροφίµων που πρέπει να θερµανθούν συσκευασµένα πριν την κατανάλωση. Ταπλεονεκτήµατα του PETP οδηγούν σε συνεχή διεύρυνση της χρήσης τους παρ’ όλο τοµεγάλο κόστος. Στις εύκαµπτες συσκευασίες εκτός του PETP χρησιµοποιείται και οπολυβουτυλενο-τερεφθαλικός εστέρας (PBTP).

29

57

57Πολυακρυλικά

Οι κύριοι εκπρόσωποι αυτής της κατηγορίας είναι ο πολυµεθακρυλικός εστέρας (-CH2-CCH3COOCH3-)n, το πολυακρυλονιτρίλιο (-CH2-CHCΝ-)n και το συµπολυµερέςακρυλονιτριλίου-µεθακρυλικού εστέρα (Barex). Έχουν καλές µηχανικές και χηµικέςιδιότητες και πολύ µικρή διαπερατότητα σε αέρια. Ο πολυµεθακρυλικός εστέρας είναιπολύ ακριβό υλικό και γι’ αυτό χρησιµοποιείται ελάχιστα στη συσκευασία τροφίµων. Τοπολυακριλονιτρίλιο έχει απαγορευθεί για χρήση στα τρόφιµα λόγω µετανάστευσης τουµονοµερούς ακρυλονιτριλίου που είναι καρκινογόνο. Το συµπολυµερές Barexαναπτύχθηκε αρχικά για την κατασκευή φιαλών συσκευασίας αεριούχων αναψυκτικών, αλλά έχει και αυτού απαγορευθεί η χρήση στις ΗΠΑ. Ένα άλλο συµπολυµερές µε εξ ίσου καλές ιδιότητες, είναι το συµπολυµερέςακρυλινιτριλίου-βουταδιενίου-στυρενίου (ABS) το οποίο χρησιµοποιείται στην κατασκευήηµίσκληρων περιεκτών και του οποίου η χρήση επιτρέπεται στις ΗΠΑ µε την προϋπόθεσηότι η µεταφερόµενη ποσότητα ακρυλονιτριλίου στο τρόφιµο δεν υπερβαίνει τα 50 ppb. Παρόµοιες απαγορεύσεις δεν ισχύουν στην ΕΕ. Ανάλογες ιδιότητες και χρήσεις έχει και τοσυµπολυµερές στυρενίου-ακρυλονιτριλίου (SAN).

58

58

Τα πολυαµίδια που χρησιµοποιούνται στη συσκευασία τροφίµων είναι τα:nylon 6 (-ΝΗ-(CH2)5-CO-)nnylon 6.6 (-ΝΗ-(CH2)6-NH-CO-(CH2)4-CO-)nnylon 11 (-ΝΗ-(CH2)10-CO-)nΧρησιµοποιούνται σε µορφή µεµβρανών και έχουν µικρή διαπερατότητα σε αέρια, καλέςµηχανικές αντοχές και αντοχή σε λιπαρά, αλλά η ιδιαίτερα σηµαντική ιδιότητά τους είναι ηαντοχή σε υψηλή θερµοκρασία (µέχρι 250°C) που επιτρέπει τη χρήση τους σεσυσκευασία τροφίµων που πρόκειται να ψηθούν συσκευασµένα. Τα πολυαµίδια είναιευαίσθητα στην υγρασία και διαπερατά από υδρατµούς γι’ αυτό χρησιµοποιούνται κυρίωςσε πολυστρωµατικά υλικά µε πολυαιθυλένιο.

30

59

59Αναγεννηµένη κυτταρίνη (σελοφάν)Η αναγεννηµένη κυτταρίνη ανοίκει στα φυσικά πολυµερή. Είναι λεπτή διαφανήςµεµβράνη, µε µικρή διαπερατότητα σε αέρια, αλλά µεγάλη ευαισθησία και διαπερατότητασε υδρατµούς, καθώς και αδυναµία θερµοσυγκόλλησης. Τα µειονεκτήµατα αυτά µπορούννα υπερνικηθούν µε διάφορες επικαλύψεις. Σελοφάν επικαλυµµένο µε νιτροκυτταρίνη(MS) έχει µικρή διαπερατότητα σε υδρατµούς και επικαλυµµένο µε PVdC (MXDT, MXXT) ακόµα µικρότερη, ενώ παράλληλα επιδέχονται θερµοσυγκόλληση. Άλλα επικαλυπτικάπου χρησιµοποιούνται είναι το Saran και το LDPE. Μη επικαλυµµένες µεµβάνεςχρησιµοποιούνται σε προϊόντα που είναι απαραίτητη η διέλευση υγρασίας για νααποφευχθεί η ανάπτυξη µυκήτων, ενώ επικαλυµµένες µεµβράνες για υγροσκοπικάπροϊόντα. Οξεική κυτταρίνηΠαρουσιάζει εξαιρετική διαφάνεια και εµφάνιση και χρησιµοποιείται σε δύσκαµπτουςπεριέκτες ή σε εύκαµπτες συσκευασίες σαν απλή µεµβράνη ή σε πολυστρωµατικά υλικά. Είναι ευαίσθητη στην υγρασία και δεν θερµοσυγκολλάται. Έχει µέση διαπερατότητα σεαέρια και υδρατµούς και γι’ αυτό χρησιµοποιείται σε προϊόντα που αναπνέουν, όπωςφρούτα.

60

60

Μορφοποίηση και κατεργασίες πλαστικών υλικών συσκευασίας

Οι δύσκαµπτοι πλαστικοί περιέκτες µορφοποιούνται µε έγχυση σε καλούπι (διαφόρωνµορφών δοχεία) ή µε εµφύσηση σε συνδυσµό µε έγχυση ή εξώθηση (φιάλες). Ηδιαδικασία της εκτατικής εµφύσησης που βρίσκει µεγάλη εφαρµογή στην παραγωγήφιαλών από PET φαίνεται στο σχήµα 5.10. Αντί για απλή εξώθηση µπορεί ναχρησιµοποιηθεί συνεξώθηση δύο ή περισσότερων υλικών οπότε η παραγόµενη φιάληεµφανίζει το συνδυασµό των ιδιοτήτων αυτών. Κεσεδάκια, δίσκοι και ρηχοί περιέκτεςσχηµατίζονται επίσης µε θερµοµορφοποίηση. Μορφοποίηση µε συµπίεσηχρησιµοποιείται στην κατασκευή πωµάτων από θερµοσκληρόµενα υλικά.

31

61

61

62

62

Οι µεµβράνες για τις εύκαµπτες συσκευασίες παράγονται µε εξώθηση µέσω λεπτήςσχισµής ή συµπίεση ανάµεσα σε περιστρεφόµενους κυλίνδρους. Στο σχήµα 5.11 παρουσιάζονται τα βασικά στοιχεία ενός εκβολέα για την παραγωγή επίπεδης µεµβράνης, ενώ στο σχήµα 5.12 η παραγωγή µεµβράνης σε σχήµα κυλίνδρου για κατασκευήεύκαµπτων σακιδίων. Συχνά για την παρασκευή µεµβρανών προστίθεται στην πρώτη ύληπλαστικοποιητής. Τα µόρια του πλαστικοποιητή διεισδύουν µεταξύ των αλυσίδων τουπολυµερούς και αυξάνουν τις αποστάσεις µεταξύ τους κάνοντας τις µεµβράνες πιοµαλακές και εύκαµπτες. Επίσης µπορούν να προστεθούν σταθεροποιητές, αντιοξειδωτικά, λιπαντικά κ.ά. όπως και στους δύσκαµπτους περιέκτες.

32

63

63

Μετά τη µορφοποίση των φύλλων του πλαστικού µπορούν να γίνουν ορισµένεςκατεργασίες, όπως η κατεργασία του προσανατολισµού (orientation) που επιτυγχάνειαύξηση της µηχανικής αντοχής, της διαφάνειας και της σκληρότητας και µείωση τηςδιαπερατότητας των µεµβρανών κατά 10-50%. Η µεγαλύτερη ποσότητα τουπροσανατολισµένου πολυµερούς που παράγεται είναι το προσανατολισµένοπολυπροπυλένιο (OPP), ενώ επίσης γίνεται προσανατολισµός σε µεµβράνες PE, PET, nylon και Saran.

Μια άλλη κατεργασία είναι η επιµετάλλωση της µεµβράνης µε αλουµίνιο. Ηεπικάλυψη γίνεται σε υψηλό κενό και επιτυγχάνεται µείωση της διαπερατότητας αερίωνκαι υδρατµών. Οι µεµβράνες µε βάση την κυτταρίνη και το PP είναι τα κύρια υλικά σταοποία γίνεται επιµετάλλωση. Επιµεταλλωµένες µεµβράνες χρησιµοποιούνται στησυσκευασία snacks και γενικώς προϊόντων που έχουν ανάγκη υψηλής προστασίας απόοξείδωση, προσρόφηση υγρασίας και απώλεια αρωµατικών.

64

64

Βιοδιασπώµενα και βρώσιµα υλικά

Σχετικά πρόσφατα αναπτύσσεται µεγάλο ενδιαφέρον για την παραγωγή βιαδιασπώµενων καιβρώσιµων υλικών συσκευασίας. Τα κύρια βιοδιασπώµενα και βρώσιµα υλικά και οι βασικές τουςιδιότητες δίνονται στον πίνακα 5.3.Το ενδιαφέρον για βιοδιασπώµενα υλικά προκύπτει από την ανάγκη προστασίας τουπεριβάλλοντος. Στόχος πολλών είναι να αντικαταστήσουν τα συνθετικά µη-βιοδιασπώµενα υλικάσε ορισµένες εφαρµογές πρέπει να τηρούν τους ίδιους κανόνες ασφαλείας για επαφή µε τατρόφιµα, όπως τα άλλα υλικά. Επί πλέον τα βιοδιασπώµενα υλικά πρέπει να παραµένουν σταθεράστη διάρκεια ζωής (αποθήκευσης) του τροφίµου και να διασπώνται στη συνέχεια. Για να συµβείαυτό πρέπει κατά την αποθήκευση των τροφίµων να αποφεύγονται οι συνθήκες που προκαλούν τηβιοδιάσπαση του υλικού και να ρυθµίζονται στη συνέχεια για βιοδιάσπαση στον προβλεπόµενοχρόνο. Αυτό σηµαίνει πρακτικά ότι τα βιοδιασπώµενα υλικά πρέπει να αποθηκεύονται σε ξηρούςχώρους και να χρησιµοποιούνται στη συσκευασία τροφίµων χαµηλής υγρασίας για µεγάλα χρονικάδιαστήµατα, ενώ ο χρόνος αποθήκευσης είναι πολύ περιορισµένος προκειµένου για συσκευασίατροφίµων µε υψηλότερα ποσοστά υγρασίας, ή για αποθήκευση σε σχετικά υγρούς χώρους.

33

65

65

Πολυστρωµατικά υλικά (laminates)

Τα εύκαµπτα υλικά συσκευασίας έχουν διαφορετικές ιδιότητες διαπερατότητας, αντοχήςσε υγρασία και θερµοκρασία, διαφάνεια και µηχανική αντοχή. Έτσι η χρήση ενός µόνουλικού συχνά δεν καλύπτει τις απαιτήσεις συσκευασίας ενός προϊόντος. Αντίθετασυνδυασµοί κατάλληλων υλικών µπορούν να δώσουν άριστα αποτελέσµατα. Γιαπαράδειγµα πολλές πλαστικές µεµβράνες παρουσιάζουν αυξηµένη διαπερατότητα σεαέρια ή υδρατµούς, αν όµως συνδυαστούν µε αλουµινόφυλλο το σύνθετο φύλλο πουπροκύπτει αποτελεί πολύ καλό φραγµό. Από την άλλη πλευρά το αλουµινόφυλλοχρησιµοποιείται σε όσο το δυνατό µικρότερο πάχος για µείωση του κόστους τηςσυσκευασίας, παρουσιάζοντας έτσι µειωµένη µηχανική αντοχή. Ο συνδυασµός του µεφύλλο χαρτιού ή πλαστικό δίνει σύνθετο φύλλο ικανοποιητικής µηχανικής αντοχής. Ταυλικά που παρασκευάζονται από συνδυασµούς διαφόρων φύλλων εύκαµπτων υλικώνλέγονται πολυστρωµατικά υλικά (laminates). Στο εµπόριο κυκλοφορούν συνδυασµοίµέχρι και οκτώ εύκαµπτων υλικών.

66

66Η επιλογή του καταλληλότερου συνδυασµού για την παρασκευή ενόςπολυστρωµατικού φύλλου εξαρτάται από τις ιδιότητες του προϊόντος πουπρόκειται να συσκευασθεί, τις απαιτήσεις προστασίας και χρόνουσυντήρησης και τις ιδιότητες των µεµονωµένων εύκαµπτων υλικών. Για παράδειγµα στη χάρτινη συσκευασία πορτοκαλοχυµού τοπολυστρωµατικό φύλλο περιλαµβάνει από έξω προς τα µέσα τα εξήςυλικά:

• Φύλλο πολυαιθυλενίου (για προστασία από την υγρασία)

• Φύλλο κατεργασµένου χαρτιού (για µηχανική αντοχή)

• Στρώµα πολυαιθυλενίου (για συγκόλληση του χαρτιού µε το αλουµίνιο)

• Φύλλο αλουµινίου (για ελάχιστη διαπερατότητα αερίων)

• ∆ύο φύλλα πολυαιθυλενίου (για προστασία αλουµινόφυλλου καιθερµική συγκόλληση).

34

67

67

Χαρτίa, αλουµινόφυλλο, κυτταρίνηa, nylon, PETΙκανότητα χρήσης σε υψηλέςθερµοκρασίεςa: ξηρή θέρµανση

Χαρτί, αλουµινόφυλλο, PET, PE, EVA, OPS, ιονοµερή, OPP, µη πλαστικοποιηµένο PVC, PVdC, nylon

Ικανότητα χρήσης σε χαµηλέςθερµοκρασίες (-40°C και κάτω)

Αλουµινόφυλλο, κυτταρίνες, PVdC, nylon, PET, PVAl, EVAl

Φραγή σε οξυγόνο

Αλουµινόφυλλο, LDPE, HDPE, PVdC, Επικαλυµµένοσελλοφάν, PP

Φραγή σε υδρατµούς

Αλουµινόφυλλο, χαρτί, επιµεταλλωµένες µεµβράνεςΦραγή στο φως

LDPE, EVA, ιονοµερή, PVdC, επικαλυµµένο σελοφάν, επικαλυµµένο OPP, PVC

Ικανότητα θερµοσυγκόλλησης

Χαρτί, κυτταρίνες, nylon, PET, αλουµινόφυλλο, OPP, PS, PE

Καλή εκτύπωση

Αλουµινόφυλλο, χαρτίΕυκολία στο δίπλωµα

Ιονοµερή, nylon, PET, BarexΑντοχή σε διάτρηση

Χαρτί, µη πλαστικοποιηµένο PVC, αφρώδες PS, nylon11, Barex, ABS, PS

∆υσκαµψία

PVC, PE, Saran, PP, EVAΑντοχή στο σχίσιµο

ΟPP, µη πλαστικοποιηµένο PVC, PET, κυτταρίνες, προσανατολισµένο nylon

Αντοχή σε εφελκυσµό

Υλικά που παρέχουν αυτή την ιδιότηταΙδιότητα

68

68Η παρασκευή τους γίνεται µε λαµινάρισµα µε κόλλα ανάµεσα στα δύο φύλλα, ή µε θέρµανση του ενός από ταδύο φύλλα (προκειµένου για φύλλα πλαστικού), ή λαµινάρισµα µε εξώθηση πλαστικού υλικού ανάµεσα σε δύοφύλλα άλλων υλικών, ή συνεξώθηση διαφόρων υλικών στην ίδια µήτρα. Επίσης πολυστρωµατικά θεωρούνται ταυλικά στα οποία γίνεται επικάλυψη µέσω εξώθησης ή εµβάπτισης σε κατάλληλο λουτρό επικαλυπτικού (π.χ. χαρτί επικαλυµµένο µε πολυαιθυλένιο ή κηρό) καθώς και οι επιµεταλλωµένες πλαστικές µεµβράνες.

Πιθανοί τρόποι συνδυασµού υλικών σε πολυστρωµατικό φύλλο. 1: φύλλο υλικού a, 2: εκβολέας υλικού b, 3: φύλλο υλικού c, 4, 6: εκβολείς υλικών d και e, 5: σύστηµα για τη συνένωση των µεµβρανών d και e, 7: φύλλουλικού f, 8: πολυστρωµατικό φύλλο οκτώ συστατικών.

35

69

69

∆ιαπερατότητα υλικών συσκευασίας σε αέρια και H2O

Η προστασία των συσκευασµένων τροφίµων από απώλεια ή πρόσληψη υγρασίας, αερίων και πτητικών ουσιών από το περιβάλλον εξαρτάται από την ακεραιότητα τηςσυσκευασίας, συµπεριλαµβανοµένων των ραφών και συγκολλήσεων και από τηδιαπερατότητα του ίδιου του υλικού συσκευασίας. Τα αέρια και οι ατµοί µπορούν ναδιέλθουν από µακροσκοπικούς ή µικροσκοπικούς πόρους, οπές και ρωγµές του υλικού, ήνα διαχυθούν µε ένα µοριακό µηχανισµό γνωστό ως “ενεργοποιηµένη διάχυση”(activated diffusion). Στην ενεργοποιηµένη διάχυση τα αέρια και οι ατµοί θεωρείται ότι διαλύονταιστη µία επιφάνεια του υλικού συσκευασίας, διαχέονται δια µέσου του υλικού λόγωδιαφοράς συγκέντρωσης και επανεξατµίζονται στην άλλη επιφάνεια του υλικού.

70

70Για διάχυση προς µία κατεύθυνση, δια µέσου του φύλλου ενός υλικού, ισχύει ο νόµος του Fick:

όπου J ρυθµός µεταφοράς αερίου ή ατµού (moles/s)D συντελεστής διάχυσης του αερίου ή ατµού στο υλικό (cm2/s)A επιφάνεια διάχυσης (cm2)c συγκέντρωση του αερίου ή ατµού στο υλικό σε απόσταση (moles/cm3)x απόσταση µέσα στο φύλλο στην κατεύθυνση της διάχυσης (cm)Για σταθερό συντελεστή διάχυσης και µόνιµες συνθήκες η εξίσωση (5.2) γίνεται:

όπου c1, c2 οι συγκεντρώσεις στις δύο επιφάνειες του φύλλου και ∆x το πάχος του.Οι συγκεντρώσεις c1 και c2 µπορούν να εκφρασθούν συναρτήσει των µερικών πιέσεων του αερίουή ατµού στο χώρο που βρίσκεται σε επαφή µε κάθε επιφάνεια. Για µικρές συγκεντρώσεις ισχύει ονόµος του Henry:

J DAdcdx

= −

J DAc cx

=−1 2

∆

c Sp=

36

71

71

Αντικατάσταση της εξίσωσης δίνει:

Το γινόµενο DxS είναι γνωστό ως ο συντελεστής διαπερατότητας P (permeability coefficient) τουυλικού και αντικαθιστώντας το στην εξίσωση γίνεται:

Ο συντελεστής διαπερατότητας εκφράζει το ποσό του αερίου ή ατµού που µπορεί να περάσει διαµέσου της µονάδας πάχους του φύλλου του υλικού ανά µονάδα χρόνου και επιφάνειας όταν ηδιαφορά πίεσης στις δύο πλευρές του φύλλου είναι µονάδα. Εποµένως έχει διαστάσεις:

P= (ποσότητα αερίου)(πάχος)/(επιφάνεια)(χρόνος)(διαφορά πίεσης)

J DSAp px

=−1 2

∆

J PAp px

=−1 2

∆

72

72

∆εν υπάρχει µία γενικά αποδεκτή µονάδα για το συντελεστής διαπερατότητας καισυναντώνται πολλές διαφορετικές µονάδες στη βιβλιογραφία. Από την ASTM έχειυιοθετηθεί η µονάδα barrer=10-10[cm3(ΚΣ) cm cm-2 s-1 (cmHg)-1]. Συχνά χρησιµοποιείταιµια παρόµοια µονάδα µε έκφραση του πάχους του φύλλου σε mm: [cm3(ΚΣ) mm cm-2 s-1

(cmHg) -1]. Επίσης αντί του συντελεστής διαπερατότητας χρησιµοποιείται και ο λόγοςP/∆x που καλείται διαπέραση (permeance).

37

73

73

Στην περίπτωση της διάχυσης υδρατµών οι µερικές πιέσεις στην εξίσωση µπορούν ναεκφρασθούν συναρτήσει των σχετικών υγρασιών βάσει της εξίσωσης:

όπου pw η µερική πίεση των υδρατµών στον αέρα (atm)po η τάση ατµών του νερού στη θερµοκρασία του αέρα (atm)Εποµένως για τη διάχυση υδρατµών η εξίσωση γίνεται:

Ιδιαίτερα για τη διάχυση υδρατµών χρησιµοποιείται συχνά αντί του συντελεστήδιαπερατότητας η µονάδα WVP (water vapor permeability) που ορίζεται συνήθως σεποσότητα (g) νερού ανά ηµέρα και ανά επιφάνεια υλικού (1 m2 ή 100 in2) για πάχοςυλικού και θερµοκρασία που δηλώνεται και σχετική υγρασία στη µία πλευρά του φύλλουπερίπου 0% και στην άλλη 95%.

RHppwo= 100

JPxAp

RH RHo=−

∆1 2

100

74

74

∆ιαπερατότητα υλικών συσκευασίας σε αέρια

Οι εξισώσεις µπορούν να χρησιµοποιηθούν µε ικανοποιητική ακρίβεια για τονυπολογισµό του ρυθµού διάχυσης αερίων και υδρατµών σε µόνιµες συνθήκες εφ’ όσον οσυντελεστής διαπερατότητας είναι σταθερός και ανεξάρτητος της συγκέντρωσης τωναερίων ή υδρατµών. Αυτό ισχύει για αέρια όπως το Ο2, Ν2, Η2, CO2.

∆εν ισχύει όµως στην περίπτωση που παρατηρείται σηµαντική αλληλεπίδραση µεταξύτου υλικού συσκευασίας και της διαχεόµενης ουσίας, όπως µεταξύ των υδρατµών καιδιάφορων µεµβρανών, ή µεταξύ µεταξύ οργανικών διαλυτών και πολυµερών υλικών.

38

75

75

Yπάρχουν πολύ µεγάλες διαφορές στο συντελεστή διαπερατότητας του κάθε αερίου µεταξύ των πολυµερών υλικών. Αντίθετα οιλόγοι των συντελεστών διαπερατότητας P(Ο2)/P(Ν2) και P(CO2)/ P(Ο2) έχουν παραπλήσιες τιµές για όλα τα υλικά. Συγκεκριµένα το Ο2 διαχέεται 3-5 φορές ταχύτερα από το Ν2 και το CO2 4-8 φορές ταχύτερα από το Ο2. ∆εδοµένου ότι το CO2 είναι το µεγαλύτερο από τα τρία µόρια αναµένεται ο συντελεστής διάχυσης αυτού (D) να είναι ο µικρότερος, το οποίο και ισχύει. Ο συντελεστής διαπερατότητάς του (P) όµως, είναι ο µεγαλύτερος γιατί η διαλυτότητά του στα πολυµερή (S) είναι πολύµεγαλύτερη από τα άλλα δύο αέρια.

5.55.60.0290.00530.00094PVdC

7.04.40.150.0220.005PET

4.23.80.160.0380.01Nylon 6

8.03.88.81.100.29PS

8.72.86.80.780.28Οξεική κυτταρίνη

8.33.01.00.120.04PVC(µηπλαστικοποιηµένο)

4.0-9.22.30-PP

3.33.93.51.060.27HDPE

6.42.935.25.501.90LDPE

P(CO2)/P(O2)P(O2)/P(N2)P σε CO2P σε Ο2P σε Ν2Πολυµερές

P PERTop

= −exp( )

76

76

∆ιαπερατότητα υδρατµών

Στην περίπτωση διάχυσης υδρατµών από υδρόφιλα πολυµερή παρουσιάζονταισηµαντικές αποκλίσεις από την ιδανική συµπεριφορά των σταθερών αερίων. Οιαποκλίσεις οφείλονται στο ότι ο συντελεστής διαπερατότητας εξαρτάται από τησυγκέντρωση του νερού στο φύλλο του πολυµερούς και η µεταβολή του µε τηθερµοκρασία είναι συνήθως πιο πολύπλοκη από αυτή που περιγράφεται µε την εξίσωσηArrhenius. Αντίθετα στα µη υδρόφιλα υλικά, τα οποία δεν εµφανίζουν αλληλεπίδραση µετους υδρατµούς, ο συντελεστής διαπερατότητας ακολουθεί την εξίσωση Arrhenius

39

77

77

0.8 x10-4-4.3 x10-41.5-8Saran/Σελοφάν

1.7 x10-4-1.7 x10-33.1-31NC/Σελοφάν

1.7 x10-2-8.4 x10-2310-1550Σελοφάν

1.3 x10-2-1.8 x10-2250-340Nylon 6

1.2 x10-2215EVAl

0.7 x10-3-1.3 x10-313-25PET

5.9 x10-3-8.6 x10-3110-160PS

0.8 x10-4-4.3 x10-41.5-8Saran

4.3 x10-4-6.7 x10-38-125PVC

1.6 x10-4-3.2 x10-43-6PP

2.7 x10-4-3.4 x10-45-8HDPE

0.7x10-3-1.3x10-313-25LDPE

P(g cm m-2 (24h)-1 (mmHg)-1)

WVP για φύλλο πάχους 25µm (gm-2 (24h)-1)

Υλικό

78

78

JP Ax

p pti i= −

Σ∆

( )1 2

Jx P x P x P

A p pt = + +−

1

1 1 2 2 3 31 4∆ ∆ ∆/ / /

( )

Jx P x P x P

Ap H Ht

o=+ +

−11001 1 2 2 3 3

1 4

∆ ∆ ∆∆ ∆

/ / /( )

40

79

79Χυµός ευαίσθητος στην απορρόφηση O2, συσκευάζεται σε φιάλες PET 1L, πάχους 0.035 cm. Η επιφάνεια τηςφιάλης είναι 580 cm2. Να υπολογισθεί η διάρκεια ζωής του χυµού στους 30°C αν υποτεθεί ότι το προϊόν είναι µηαποδεκτό όταν η συγκέντρωση του O2 υπερβεί τα 5 ppm. Η αρχική συγκέντρωση Ο2 στο χυµό είναι 0 ppm. Πόσο θα αυξηθεί η διάρκεια ζωής εάν χρησιµοποιηθεί επικάλυψη PVdC πάχους 100 µm στις φιάλες.

ΛύσηΟ ρυθµός διαπερατότητας του Ο2 προς το εσωτερικό της φιάλης µπορεί να υπολογισθεί από την εξίσωση

µε δεδοµένα:Ρ = 0.022 barrers, συντελεστής διαπερατότητας ΡΕΤ σε Ο2 στους 30°C από Πίνακα

όπου 1 barrer=10-10[cm3(ΚΣ) cm cm-2 s-1 (cmHg)-1]

Α = 580 cm2

p1 = 0.21x76 cm Hg, πίεση του Ο2 στην ατµόσφαιρα

p2 = 0, πίεση του Ο2 στο εσωτερικό της φιάλης (κατά προσέγγιση σταθερή µέχρι της συγκέντρωσης των 5 ppm, λόγω και της µεγάλης διαλυτότητας του Ο2 στο χυµό)

∆x = 0.035 cm

J PAp px

=−1 2

∆

80

80Εποµένως

J=0.022x10-10[cm3(ΚΣ) cm cm-2 s-1 (cmHg)-1] x 580 cm2 x 0.21x76 cm Hg / 0.035 cm = =5818.5 x10-10cm3(ΚΣ) s-1

= 20.95 x10-4 cm3(ΚΣ) h-1 x 32 g/22400 cm3(ΚΣ) == 2.99 x10-6 g h-1

Υποθέτοντας ότι όλο το Ο2 διαλύεται στο χυµό και ότι η πυκνότητα του χυµού είναι περίπου ίση µε 1 g/cm3, στησυσκευασία του 1L περιέχονται 1000 g χυµού στον οποίο θα διαλύεται το διαχεόµενο Ο2. Ο ρυθµός αύξησηςτης συγκέντρωσης Ο2 στο χυµό θα είναι:2.99 x10-6 g h-1 /1000 g = 2.99 x10-3 ppm h-1

Η διάρκεια ζωής του χυµού, µε όριο αποδοχής τα 5 ppm υπολογίζεται ως:5 ppm/2.99 x10-3 ppm h-1 = 1666 h = 69 ηµέρεςΕάν χρησιµοποιηθεί επικάλυψη PVdC ο συντελεστής διαπερατότητας του σύνθετου υλικού θα υπολογισθεί

Αντικαθιστώντας στην εξίσωση

προκύπτει τελικώςJ = 1.36 x10-6 g h-1

και διάρκεια ζωής 152 ηµέρες

Px

x P x Ptt=

+=

++

=∆

∆ ∆1 1 2 2

0 035 0 0100 035 0 022 0 010 0 0053

0 0129/ /

. .. / . . / .

.

J PAp px

=−1 2

∆

41

81

81

5.55.60.0290.00530.00094PVdC

7.04.40.150.0220.005PET

4.23.80.160.0380.01Nylon 6

8.03.88.81.100.29PS

8.72.86.80.780.28Οξεική κυτταρίνη

8.33.01.00.120.04PVC(µη πλαστικοποιηµένο)

4.0-9.22.30-PP

3.33.93.51.060.27HDPE

6.42.935.25.501.90LDPE

P(CO2)/P(O2)P(O2)/P(N2)P σε CO2P σε Ο2P σε Ν2Πολυµερές

82

82Να υπολογισθεί η διάρκεια ζωής του προϊόντος σε φιάλες χωρίς επικάλυψη στους 4°C

ΛύσηΥπολογίζουµε το συντελεστή διαπερατότητας του ΡΕΤ στους 4°C µε βάση την εξίσωσηArrhenius µε ενέργεια ενεργοποίησης Ep = 6.5 kcal/mole R = 1.987 cal/mole K, Τ1 = 277 Κ, Τ2 =303 Κ.

Αντικαθιστώντας στην εξίσωση

προκύπτει τελικώςJ = 1.088 x10-6 g h-1

και διάρκεια ζωής 190 ηµέρες

PP

ER

T T

P

p1

21 2

3

1

1 16 5 10

1 9871 277 1 303 0 3630

0 3630 0 022 0 008

= − − = −×

− = ⇒

= × =

exp[ ( / / )] exp[.

.( / / )] .

. . . barrers

J PAp px

=−1 2

∆

42

83

83

Τσιπς πατάτας συσκευάζονται σε σακίδια PP πάχους 25 µm και επιφάνειας 600 cm2. Ηαρχική υγρασία του προϊόντος είναι 2.5% σε ξηρή βάση και η αντίστοιχηενεργότητα νερού 0.02. Τα αποτελέσµατα οργανοληπτικής µελέτης έδειξαν ότι το προϊόν χάνει τηντραγανότητά του και είναι µη αποδεκτό όταν η υγρασία του υπερβεί το 3.6% σεξηρή βάση. Η ισόθερµη ρόφησης στην περιοχή τιµών υγρασίας που µας ενδιαφέρει µπορεί ναπροσεγγισθεί από την ευθεία: w=0.125aw+ 0.0175, όπου w εκφράζεται σε g/gξηρού. Κάθε σακίδιο περιέχει 250 g προϊόντος κατά τη συσκευασία. Να υπολογισθεί ηµεταβολή της υγρασίας του προϊόντος µε το χρόνο αποθήκευσης στους 25°C καιRH=90% και η διάρκεια ζωής αυτού.Ο συντελεστής διαπερατότητας του PP από υδρατµούς στις συνθήκεςαποθήκευσης είναι 1.6x10-4 g cm m-2 (24h)-1 (mmHg) -1

84

84

Η σχετική υγρασία στο εσωτερικό της συσκευασίας µεταβάλλεται, καθώς µεταφέρονταιυδρατµοί δια µέσου του σακιδίου και συνδέεται µε την ενεργότητα νερού µέσω τηςσχέσης:

Ο ρυθµός µεταφοράς υδρατµών εποµένως µπορεί να εκφρασθεί ως:

Εάν υποθέσουµε ότι όλη η µάζα των υδρατµών απορροφάται από το προϊόν τότε ορυθµός αύξησης της υγρασίας του ισούται µε το ρυθµό διάχυσης των υδρατµών:

RH aw2 100/ =

JPxAp

RHaow= −

∆( )100

mdwdt

JPxAp

RHa

dwdt

Pm x

ApRH

a

dwRH

a

Pm x

Ap dt

so

ws

ow

ww

w

s

ot

IT

= = − ⇒ = − ⇒

−=∫ ∫

∆ ∆

∆

( ) ( )100 100

1000

43

85

85Η ενεργότητα νερού συνδέεται µε την υγρασία του προϊόντος µέσω των εξισώσεων πουεκφράζουν την ισόθερµη ρόφησης αυτού (εξισώσεις ΒΕΤ και GAB). Στην περίπτωση πουθεωρήσουµε την απλοποιηµένη γραµµική εξάρτηση της υγρασίας από την ενεργότηταπου µας δίνεται

Οπότε µε αντικατάσταση και ολοκλήρωση προκύπτει:

a ww = −( . ) / .0175 0125

dwRH w

Pm x

Ap dt

RHw

RHw

Pm x

Ap t

RHw

RHw

Pm x

Ap t

wRH RH

w

w

s

ot

ITs

o

ITs

o

IT

1000175

0125

0125 0125100

0175 0125100

0175

0125100

0175 0125100

01750125

0125100

0175 0125100

0175

0−−

= ⇒

+ − − + −

= ⇒

+ − = + −

−

⇒

= + − + −

∫ ∫..

. ln( . . ) ln( . . )

. . . . exp.

. . . .

∆

∆

∆

wPm x

Ap tITs

o

−

exp

.0125 ∆

86

86Η τελευταία εξίσωση µας δίνει τη µεταβολή της υγρασίας του τροφίµου µε το χρόνοαποθήκευσης. Με βάση τα δεδοµέναRH = 90wIT = 0.025 g/g ξηρούP = 1.6x10-4 g cm m-2 (24h) -1 (mmHg) -1

ms = 250x0.975 g A = 600x10-4 m2

∆x = 25x10-4 cmpo = 23.72 mmHg (στους 25°C)η εξίσωση γίνεται:

όπου t σε ηµέρεςΗ διάρκεια ζωής του προϊόντος µπορεί να υπολογισθεί από την παραπάνω εξίσωση µε w= 0.036 g/g ξηρού

w t= − −0 2875 0 2625 0 003. . exp( . )

t = − − =ln[( . . ) / . ] / ( . )0 2875 0 036 0 2625 0 003 14

Lecture Syskevasia a 2009 - chemeng.ntua.gr Syskevasia a 2009.pdf ·...

Documents

Transcript of Lecture Syskevasia a 2009 - chemeng.ntua.gr Syskevasia a 2009.pdf ·...