Jak zaprojektować warstwę barierową papierowych pudełek na żywność, aby zapewnić odporność na olej, wilgoć i świeżość dla różnych rodzajów żywności

Pudełka papierowe na żywność stanowią główny trend w opakowaniach do żywności, a ich podstawowa konkurencyjność leży w technologii barierowej. Warstwy barierowe muszą być dostosowane do właściwości fizycznych i chemicznych różnych produktów spożywczych, aby zapewnić bezpieczeństwo żywności, przedłużyć okres przydatności do spożycia i zachować smak. Wymaga to zaawansowanej materiałoznawstwa, procesów powlekania i specjalistycznych wskaźników testowych (takich jak wartości MVTR, OTR i Cobba).

Wyzwanie „bariera olejowa” dla żywności o wysokiej zawartości tłuszczu: badanie migracji oleju

Żywność o wysokiej zawartości tłuszczu, taka jak pizza, smażony kurczak, ciasta i produkty mięsne zawierające tłuszcz zwierzęcy, stanowią główne wyzwanie dla pudeł papierowych: właściwości barierowe dla oleju. Oleje charakteryzują się dużą szybkością migracji i mogą szybko przenikać do zwykłej tektury, powodując zmiękczenie opakowań i wyciekanie plam, co poważnie wpływa na wygląd i wytrzymałość konstrukcyjną.

1. Fluorowane alternatywy chemiczne (bez PFAS)

Tradycyjnym rozwiązaniem jest zastosowanie powłok PFAS (substancji perfluoroalkilowych i polifluoroalkilowych), które dzięki doskonałym właściwościom powierzchniowym o niskim zużyciu energii skutecznie opierają się penetracji oleju. Jednak ze względu na coraz bardziej rygorystyczne przepisy dotyczące ochrony środowiska i bezpieczeństwa żywności, rynek zmierza w kierunku technologii barier olejowych niezawierających PFAS.

Powłoki polimerowe na bazie wody: Wykorzystując specjalnie modyfikowane emulsje polimerów na bazie wody, powłoki te fizycznie blokują olej i smar, tworząc gęstą strukturę filmu o niskiej porowatości. Powłoki te są kompatybilne z istniejącym sprzętem do druku fleksograficznego lub wklęsłego, umożliwiając powlekanie o wysokiej precyzji.

Powłoki na bazie naturalnego wosku: Jako system dyspersyjny należy stosować modyfikowany biowosk (taki jak wosk sojowy lub wosk pszczeli). Hydrofobowość wosków zapewnia podstawową wodoodporność i olejoodporność, szczególnie w zastosowaniach o niskiej i średniej zawartości oleju. Wykazują także doskonałą zdolność do ponownego roztwarzania, dzięki czemu nadają się do recyklingu.

Profesjonalne wskaźniki: Skuteczność blokowania oleju ocenia się przede wszystkim za pomocą testu zestawu. Wyściółki do wysokiej jakości kartonów na żywność muszą osiągać poziomy zestawu 8–12.

Wymagania dotyczące zabezpieczenia przed wilgocią dla żywności zawierającej wilgoć/o wysokiej zawartości wilgoci: kontrola wartości WVTR i COBB

Żywność zawierająca wilgoć/o dużej zawartości wilgoci, taka jak mrożonki, świeże sałatki, chłodzone produkty mleczne i kubki na gorące napoje na wynos, wymagają kartonów charakteryzujących się doskonałą odpornością na wilgoć i ciecze.

1. Tradycyjna powłoka PE i przyjazne dla środowiska alternatywy

Powłoka polietylenowa (PE): Jest to obecnie najczęściej stosowana warstwa barierowa dla wilgoci. Osiąga się to poprzez ścisłe przyleganie folii PE do tektury w technologii laminowania ekstruzyjnego. PE ma wyjątkowo niski współczynnik przenikania pary wodnej (MVTR), skutecznie zapobiegając przenikaniu pary wodnej, utrzymując integralność strukturalną tektury i zapobiegając zapadaniu się pudełka w wyniku absorpcji wilgoci. Jednakże możliwość recyklingu PE pozostaje kontrowersyjna.

Powłoka PLA/PHA: Aby sprostać trendowi kompostowalności, jako alternatywy PE pojawiły się materiały pochodzenia biologicznego, takie jak kwas polimlekowy (PLA) i polihydroksyalkaniany (PHA). Materiały te ulegają biodegradacji w pewnych warunkach, oferując jednocześnie właściwości barierowe dla wilgoci podobne do PE. Należy jednak zauważyć, że PLA generalnie wymaga warunków kompostowania przemysłowego.

Wskaźniki zawodowe:

WVTR (Współczynnik przenikania pary wodnej): Mierzy szybkość, z jaką para wodna przenika przez warstwę barierową, zwykle wyrażana w g/(m²/24h). Opakowania na mrożonki wymagają wyjątkowo niskiego WVTR, aby zapobiec oparzeniom zamrażarki.

COBB (Współczynnik absorpcji wody): Wartość ta mierzy zdolność tektury do wchłaniania wody w określonym czasie i jest bezpośrednim wskaźnikiem jej wodoodporności powierzchniowej.

Strategie bariery tlenowej dla żywności wymagającej długotrwałej świeżości: bariery OTR i gaz

W przypadku ziaren kawy, orzechów, suszonych zup i niektórych gotowych potraw podatnych na utlenianie i utratę smaku, oprócz podstawowej odporności na wilgoć i olej, kluczowe znaczenie mają właściwości barierowe dla tlenu. Jest to bezpośrednio związane z zachowaniem smaku i składników odżywczych.

1. Wysokowydajne polimery barierowe i laminaty wielowarstwowe

EVOH/PVDC: Kopolimer etylenu i alkoholu winylowego (EVOH) i polichlorek winylidenu (PVDC) są uznawane w branży za wysokowydajne materiały stanowiące barierę dla tlenu. EVOH zapewnia doskonałe właściwości barierowe dla tlenu i jest kluczową warstwą w wielu wysokiej klasy opakowaniach kompozytowych na bazie papieru, takich jak Tetra Pak. Jednakże materiały te często wymagają konstrukcji wielowarstwowej lub laminowania folią aluminiową, aby sprostać wyzwaniom związanym z ponownym roztwarzaniem.

Powłoka PVA/kaolin: Ten system powłokowy łączy alkohol poliwinylowy (PVA) z minerałem nieorganicznym (takim jak kaolin klasy nano lub celuloza mikrofibrylowana (MFC)). PVA wykazuje doskonałe właściwości barierowe OTR (szybkość transmisji tlenu) w suchych warunkach i jest rozpuszczalny w wodzie, co ułatwia ponowne roztwarzanie. Wilgoć ma jednak wpływ na właściwości barierowe PVA, co wymaga zastosowania dodatkowej warstwy barierowej dla wilgoci, aby zapewnić stabilne działanie.

Wskaźniki zawodowe:

OTR (Szybkość transmisji tlenu): Mierzy szybkość, z jaką tlen przenika przez warstwę barierową, zwykle wyrażaną w cm3/(m²⋅24h⋅atm). Im niższa wartość, tym lepsza bariera tlenowa i dłuższy okres przydatności do spożycia.