蒸煮袋破袋問題分析及解決方案

摘要：以蒸煮袋為代表的軟罐頭憑借其重量輕、體積小、導熱快、殺菌時間短、可較好的保持內容物的色香味因而逐漸取代部分鐵罐和玻璃罐，但由於其包裝材料的眾多性能受制袋、殺菌等工序的影響較大，因而存在潛在的破袋風險。本文就破袋問題進行了細致分析並提出幾點解決性方案。

關鍵詞：蒸煮袋、破袋、熱封、剝離、拉力機

作者：濟南蘭光機電技術有限公司

　　19世紀初期，漂泊海上的船員由於長期吃不到新鮮果蔬，嚴重影響了身體健康，在君主拿破侖的重金懸賞下，法國人阿貝爾發明了一種可長期貯藏果蔬的方法，這就是今天我們熟知的罐頭工藝。經過二百多年的改進和發展，罐頭制作工藝愈發純熟，其包裝也從玻璃瓶擴展到金屬罐、軟罐等多種形式。雖然前二者具有極好的密封性、阻濕性和保香性，但由於其熱傳導速率慢、空間佔用率高等影響生產和運輸效率的缺陷，逐漸被軟罐包裝所替代。

　　所謂軟罐包裝，是指采用聚酯、鋁箔、聚烯烴等材料復合而成的多層復合薄膜用粘合劑熱合後切制為一定尺寸的軟質包裝容器，用於肉食、果蔬包裝，一般以蒸煮袋最為典型。常見蒸煮袋制作材料包括PET、鋁箔、BOPA、CPP等，這些材料在機械性能（拉伸、剝離、耐沖擊性能等）、物理性能（阻濕、阻氧、耐寒耐熱等）方面各有優劣，因而在生產中會根據內容物的種類和要求采用兩層、三層或多層復合結構，以獲得最佳性能。此類包裝壁薄，熱傳導性能佳，短時間內即可達到滅菌標准，節約能源。由於袋裝佔用空間少，易攜帶，運輸和貯存費用可大大降低，因而深受企業和消費者的喜愛。

　　然而在實際生產應用中，蒸煮袋同樣存在一定的缺陷，其中“破袋”是最為困擾生產者的問題之一。深入分析蒸煮袋的破袋原因，首先從蒸煮食品的生產工藝入手。常規蒸煮袋裝食品采用以下生產流程：原料驗收→加工處理→裝袋→抽真空→熱熔封口→檢驗→加熱殺菌→冷卻→乾燥包裝，其中破袋現象多出現於加熱殺菌和冷卻環節。由於裝袋環節為防止封口污染對熱封質量的影響而要求填充物量低於袋體容量以及抽真空環節袋內無法達到絕對真空狀態，這兩種情形將會導致蒸煮袋內殘存一定的氣體量。當真空處理後的蒸煮袋進行高溫加熱時，袋內容物的水分蒸發形成水蒸氣與袋內殘存的氣體共同受熱膨脹，壓力驟昇，當其超過蒸煮袋所能承受的最大壓力時，袋體薄弱部位會首先發生破裂。另外，在冷卻環節，也存在破袋風險。當冷卻水進入蒸煮鍋瞬間，袋外壓力驟降，但由於袋內容物不可能同步冷卻導致內外壓力相差數倍，必然引起破袋事故。目前業界一般采用反壓的方法來控制蒸煮袋的破袋率，即殺菌和冷卻環節利用壓縮空氣向鍋內加壓，來平衡袋內壓力，減少破袋的幾率。但是，這僅是從工藝流程上得到的解決辦法，若蒸煮袋本身存在質量問題，那麼上述方法就顯得捨本逐末，失去實際意義。

　　經過多次試驗，發現蒸煮袋的破袋多發於以下幾個部位：從熱封封邊處破裂；從熱封邊內側破裂；由於熱封層與外層脫層導致從熱封邊內側內層破裂。

　　1、熱封封邊處破裂。目前蒸煮袋普遍采用三邊封制成平袋或自立袋的形式，由食品企業灌裝後進行最後一邊的封合，因此在分析熱封邊破裂的原因時，要區分破裂源。對於制袋環節的封邊破裂，主要是由於熱封工藝的不合理而導致封邊熱封質量不達標。熱封工藝是指利用高溫熱封刀對封口部位的上下薄膜施加預定的壓力並保持一段時間，使之變為熔融粘流狀態並粘合，經過冷卻後具備一定的強度。該工藝的影響因素很多，熱封溫度、壓力和時間相輔相成影響最大，其中溫度起主導作用。熱封溫度一般在薄膜的熔融溫度和分解溫度之間，蒸煮袋主要采用CPP膜或HDPE膜為熱封層，其熔點較高，熱封溫度可設180℃-230℃之間，若溫度過低，即使壓力再大、時間再長，也無法使薄膜達到熔融自粘狀態。反之，易使封口部位的膜材在壓力的作用下熔融擠出，降低了熱封部位的厚度和熱封強度。除了依據薄膜自身的屬性設定熱封溫度，復合層數越少，復合厚度越薄，封刀的溫度就要適度降低。薄膜熔融後，在粘流面上施加的壓力大小亦會對熔融材料的封合產生極大影響。需要注意的是，封刀落下的時候要保證面向內容物的封邊內側壓力略小於外側，這樣避免熔接時內側部位厚度減少，降低封邊的熱封強度。對於灌裝封口環節的封邊破裂，除了同樣存在熱封工藝的問題，充填食物時的不規范操作易造成待封口部位的污染，影響封口強度。

　　2、熱封邊內側破裂。這種情況指的是封邊部位沒有發生破裂，但封邊根部薄膜卻發生拉伸斷裂現象，其原因同樣在於制袋的熱封環節，熱封溫度、壓力設置過大，制袋速率偏慢等綜合作用導致封口邊緣內層薄膜被壓制過薄，抗拉強度減弱，耐壓能力顯著降低。

　　3、熱封層與其外層脫層，蒸煮袋從熱封邊內側內層破裂。復合膜層間脫離，會極大破壞復合膜整體的抗拉強度，造成袋體易破裂，要解決這一問題，必須了解造成復合膜脫層的主要因素。以CPP等薄膜（熱封層）——膠黏劑——鋁箔——膠黏劑——PET等材料構成的三層復合蒸煮袋為例，脫層現象可能發生在任兩種材料之間，輕微時表現為復合膜在受力部位呈條紋狀脫離，嚴重時蒸煮後呈大面積自然脫離。造成這種現象主要有以下幾點：⑴膠黏劑的耐濕熱粘結強度不夠；⑵膠黏劑中固化劑與主劑的比例不當；⑶膠黏劑涂布量不足；⑷熟化時間不足、熟化溫度偏低；⑸內層薄膜自身熱收縮率偏大；⑹薄膜與膠黏劑配伍性不符。據粘附理論，當膠黏劑與被粘物表面張力相等且極性相同，界面粘附力最強，因此需要合理選配與膜材相適應的膠黏劑。

　　以上分析凸顯了蒸煮袋封邊的熱封質量、復合膜的剝離性是造成蒸煮袋破袋的主要因素，那麼如何控制復合膜質量和蒸煮袋的熱封效果？GB/T 10004-2008 《包裝用塑料復合膜、袋乾法復合、擠出復合》標准是針對蒸煮膜/袋的最新質量和測試標准，它根據產品使用溫度把蒸煮袋分為普通級（80℃以下，含80℃）、水煮級（80℃~100℃，含100℃）、半高溫蒸煮級（100℃~121℃，含121℃）和高溫蒸煮級（121℃~145℃，含145℃）四類，並對蒸煮膜/袋的質量要求和試驗方法做了具體規定。接下來筆者結合此標准提出幾點解決性方案。

1、熱封質量

　　不同膜材、不同結構的復合膜，其熱封參數也不一樣，建議首先采用熱封試驗儀模擬生產線封邊工藝，通過試驗多組熱封溫度、時間和壓力參數進行復合膜封合獲得初步的蒸煮袋試樣。熱封試驗儀是一種由空氣驅動系統、熱封裝置、溫度系統、壓力系統和時間系統共同組成的儀器，取復合膜置於上下封頭中，待封頭達到預期溫度後，儀器根據預先設定的參數自動調節減壓閥使氣缸達到預期的熱封壓力，由單片機系統進行計時、控制電磁閥的換向，從而控制上下熱封頭上下移動，夾緊試樣完成封合。

　　接下來對蒸煮袋試樣進行熱封強度測試以判斷試驗熱封參數的合理性，選取最佳參數組合，作為生產線封邊的依據。通常材料的熱封強度根據檢測方法大致可分為拉伸熱封強度和膨脹熱封強度，即《包裝用塑料復合膜、袋乾法復合、擠出復合》標准所規定熱合強度和耐壓強度。拉伸熱封強度，是包裝材料在受力方向一致、力值均勻的情況下熱封處抵抗分離的能力，特別適用於評價軟包裝袋的開口性，一般采用拉力機測試。首先分別在蒸煮袋的四面封邊部位呈垂直方向上任取寬(15±0.1)mm，展開長度(100±1)mm的試樣10條，以熱封部位為中心打開呈180°。把試樣兩端夾在XLW(PC)智能電子拉力試驗機的上下夾具上，夾具間距離為50mm，夾持時要注意保持試樣軸線與上下夾具中心線重合。以(300±20)mm/min的速率分離上下夾具，讀取試樣斷裂時的最大力值。最終取10個試樣的算術平均值作為該部位的拉伸熱封強度，並且需要達到以下標准：

蒸煮膜/袋拉伸熱封強度要求

單位：N/15mm

　　膨脹熱封強度測試是評判袋體對袋內氣壓增大的承受能力的有效方法之一，需要借助泄漏與密封強度測試儀，向封裝後的蒸煮袋內加壓，通過壓力的增大觀察蒸煮袋的變形情況，記錄蒸煮袋破裂的時間和最大破裂力，同時可以檢測出整個袋體強度最差的部位（不僅限於熱封部位），為蒸煮袋的反壓操作提供數據支持。

2、復合膜剝離性能

　　要使蒸煮袋復合膜具有合理的剝離力，可從以下方面著手改進：（1）一般選擇符合蒸煮要求的雙組份聚氨酯膠，高溫蒸煮環境要使用專用的耐高溫蒸煮膠；（2）建議電暈處理強度要達到42達因/厘米以上(CPP材料39達因/厘米以上)，涂膠量要達到4.5~5g/m²(乾)。最好使用80~90線/英寸的涂膠網線輥。這樣可以確保在合適的涂膠液粘度下有較高的涂膠量。而且在復合前需檢查涂膠輥的清潔程度，以確保有一個良好的涂布狀態。烘箱要通風好，環境清潔。（3）蒸煮袋內層薄膜要具有穩定的熱收縮率和良好的耐溫性、耐油性，防止內容物油脂滲入膠層，造成復合膜分離。（4）合適的熟化時間和溫度，使膠黏劑反應徹底，保證復合質量。（5）對復合膜抽樣進行剝離力檢測。首先沿樣品膜寬度方向均勻裁取寬15±0．1mm，長200 mm的縱、橫試樣各5條，並沿長度方向將復合膜與基材預剝50mm，將剝離部分的兩端分別加於XLW(PC)智能電子拉力試驗機上下夾具上，使未剝開部分與拉伸方向呈T型，如圖（1），以300±50mm/min的速度分離上下夾具，從而獲得剝離力平均值。最終5條試樣剝離力的算術平均值要符合以下要求：

蒸煮膜/袋剝離力要求

單位：N/15mm

圖1、試樣加持圖示

3、耐熱性及耐高溫介質性

　　2008版《包裝用塑料復合膜、袋乾法復合、擠出復合》標准較1998版突出的不同點在於對蒸煮袋的耐熱性及耐高溫介質性做出了各自獨立的試驗要求。耐高溫介質性測試沿用98版規定，在此不多贅述。耐熱性是本版標准中的一個亮點指標，要求將復合膜制成200mm*120mm的小袋，充入袋容積的1/2~2/3的水後排氣密封好，置入具有反壓裝置的高壓蒸煮鍋，按不同類型的最高使用溫度加熱殺菌，減壓冷卻至室溫取出，再次檢測復合膜層間剝離力和熱封強度，以確保蒸煮後無破袋風險。這一新增測試項目雖然增加了測試工作強度，但對蒸煮袋的下游企業卻更具現實指導意義。

　　以蒸煮袋為代表的軟罐頭憑借其重量輕、體積小、導熱快、殺菌時間短、可較好的保持內容物的色香味因而逐漸取代部分鐵罐和玻璃罐，但由於其包裝材料的眾多性能受制袋、殺菌等工序的影響較大，因而存在潛在的破袋風險。作為蒸煮袋相關的上下游企業，應該建立以試驗為指導，以抽檢為保障的產品質量控制體系，從根本上杜絕破袋事故的發生。