食品包装容器是指与食品直接接触的包装容器,即内包装容器。食品包装的作用在于保藏食品,防止外界物理、
化学和微生物的影响,保持食品质量,延长食品的贮藏期。食品包装容器的研究范畴包括食品包装材料、食品包装机械和食品包装技术。食品包装容器通常应具有一定的强度,可靠的密封性,良好的外观,适合食品充填机械生产,便利消费者使用等。
历史与发展
食品包装容器的历史悠久,
中原地区古代以竹、木、陶瓷、植物茎叶、动物皮和内脏等为原料制造包装容器。西方国家也有类似的传统,如古希腊人用木桶盛
葡萄酒,古罗马人用羊胃制袋盛装牛乳和干酪。近代食品包装容器的发展得益于玻璃瓶罐头和马口铁罐头的出现,这标志着近代食品包装的起步。现代食品包装容器主要包括纸容器、金属容器、玻璃容器和塑料容器,传统的食品包装容器则有木制容器、布制容器、陶瓷器具等。
材料与制作
包装材料
古代
古代人们主要以竹、木、陶瓷、植物茎叶、动物皮和内脏等为原料制造包装容器。
中原地区以陶瓷器具酿酒和贮藏食品已有约4000年历史。希腊人在公元前1000多年就用木桶盛
葡萄酒。罗马人在公元前 750年曾用羊胃制袋盛装牛乳和干酪。近代的食品包装容器通常认为是由于玻璃瓶罐头和马口铁罐头的出现,揭开了近代食品包装的序幕。现代食品包装容器主要类型有纸容器、金属容器、玻璃容器和塑料容器,传统的食品包装容器主要有木制容器、布制容器、陶瓷器具等。
近代
随着包装材料、包装机械和包装技术的不断进步,各种包装食品大量出现,如瓶装食品、罐装食品、蒸煮(袋)食品、冷冻食品、无菌化包装食品等。具代表性的包装食品所用包装材料如表所示。
制罐材料
镀锡薄板
镀锡薄板是用低碳钢用冷轧、退火、平整、镀锡、软熔、钝化和涂油等工序制成。调整钢锭中某些元素的含量,或适当改变上述某些工艺参数,即可制成不同耐蚀特点或适应不同制罐方式的镀锡薄板。其典型断面结构见图1。钢基板表面清洁,软熔温度时间适当,即可获得锡铁界面合金层致密的高耐蚀性薄板(常称K板)。调整退火温度时间,即可得到不同调质度(硬度)的产品。低调质度(T-52)适于深冲制罐,较高调质度(T-61)的薄板应用厚度可以更薄 (~0.2mm)。经两次冷轧的薄板,常用厚度为0.18~0.14mm,其强度(调质度)会更高。
镀铬薄板
为了节省锡资源,60年代制罐业逐渐大量采用镀铬薄板,80年代起又开发了各种低锡薄板。这些薄板都是在原有钢基上,改变镀层制成的。前者镀以35~100mg/m2的
铬;后者则是或改变镀锡工艺,或预镀极薄的镍或铬,总之使表面镀层薄而致密。这些新型薄板都有较好的制罐特性,也能满足高速电焊的要求。
铝薄板
60年代后大量用于制罐的铝薄板,主要是铝锰和铝镁系
合金铝。它也是经冷轧、退火、平整和钝化等工序制得。其特点是有更好的压延性和拉伸性。
涂料
罐壁内外涂料
食品及饮料采用金属罐时,通常在罐壁内外涂装有机保护涂料。内壁涂料用以防止内容物对罐壁的腐蚀,避免金属离子溶出,保护内容物在贮藏期内的质量。涂膜常需具备优良的抗蚀性、附着性、耐机械加工性、耐热杀菌性以及符合
毒理学卫生规定等。外壁涂料用以防止罐外生锈,保护印刷膜,增加美观,提高商品价值。要求涂膜具有良好的光泽、硬度、附着性、保色性以及耐蒸煮性等。
内壁涂料主要类型
内壁涂料主要类型有:①油
没药树涂料。通常是由
干性油(如桐油、亚麻油等)与树脂(如油溶性
PF等)按一定比例在高温下反应制备。油树脂涂料是最早(1903)使用的罐内涂料,当时为解决红色水果退色问题,开始采用天然树脂和干性油制备油树脂涂料,俗称卫生罐涂料(R-涂料)。1921年在卫生罐涂料中加入
氧化锌解决了
玉蜀黍属罐头变黑问题,该涂料被称为C-磁漆。油树脂涂料由于制备工艺简易,价格较低,涂膜有良 好的抗蚀性及附着性,故沿用至今。缺点是耐
焊锡热较差,易给食品带来异味。油
没药树清漆(卫生罐涂料)可用于水果、蔬菜和果汁饮料罐内;加有氧化锌的C-磁漆可用于肉、禽、海产、玉米、
石刁柏等含硫食品罐内。②
环氧酚醛涂料。是由
ep与
PF(如
苯酚甲醛树脂、双酚甲醛树脂、多羟
甲基酚丙烯醚树脂等)按一定比例配制而成。这类涂料性能比较全面,特别是附着力、柔韧性、抗蚀性较好,故可用作食品罐头内壁的通用涂料,如用于水果、蔬菜、肉类、婴儿食品、番茄制品等。若在环氧-酚醛涂料中加入
氧化锌或
铝粉,还可用于鱼、肉等含硫食品。③
乙烯基涂料。是以
氯乙烯共聚物(如氯乙烯-
乙酸乙烯类共聚物)和(或)
聚氯乙稀没药树为主要成分的涂料。有溶液型与有机溶胶型两类。乙烯基涂料最初用于解决啤酒罐中因微量铁、锡离子的溶入引起啤酒变浊和风味变坏问题。该涂膜致密性、柔韧性好,无色、无异味,缺点是对金属的附着性和热稳定性较差,通常仅作为面涂料使用。目前主要用于啤酒和
软性饮料罐内。此外,罐头内壁涂料还有丙烯酸涂料、醇酸涂料、
酚醛涂料、
双酚酸涂料、
环氧氨基涂料、
聚丁二烯涂料等。
外壁涂料
外壁涂料一般分5类:①印铁底漆。无色透明,以增强马口铁与涂料的粘接作用。分低温底漆(如醇酸型)和高温底漆(如环氧氨基型)。②白可丁。是罩在底漆上的白色涂料,起遮盖金属以利于下步油墨印刷的作用。有醇酸型、聚脂型、
丙烯酸型等。③罩光油。罐外印铁的最后一道工序用,起保护印刷图案、提高光泽度的作用。分低温光油,如酯胶、
环氧酯、半
干性油醇酸氨基等;高温光油,如
椰子油醇酸氨基、无油醇酸氨基、
环氧氨基、
丙烯酸酯等。印刷图案及商标用的彩色油墨,属于印铁油墨。通常是在印涂底漆和白可丁以后,根据图案套色要求,分数次印刷,最后印涂罩光油。④罐外防锈涂料。用于罐底、罐盖和不要求彩印的罐身,起防锈和增加美观的作用。有环氧酯型、油
没药树型、热固性环氧型等。⑤外壁接缝涂料。
用于补涂罐身
焊锡部位,避免生锈。涂料要求快干,常利用焊锡余热固化,有环氧-
聚酰胺型、
聚烯烃型等。
结构与形式
食品罐、饮料罐按罐型结构可分为二片罐和三片罐。二片罐系指罐身罐底为一片,罐盖为一片;三片罐则由罐身、罐底、罐盖三片组成。二片罐形式有冲拔罐(罐高小于直径)、多级冲拔罐(简称DR罐,经二次以上冲拔,罐高相当于直径)和冲拔拉伸罐(简称DI罐,经多次冲拔和薄壁拉伸,罐高大于直径,罐身壁厚小于罐底壁厚)。三片罐形式有圆罐和异形罐(如椭圆罐、方罐、
梯形罐、马蹄形罐等)。三片罐按其罐身接缝方式可分为锡焊罐、电阻焊罐和粘接罐;按罐内壁情况可分为素铁罐(以镀锡薄板制罐,内壁无涂料)、涂料罐、部分涂料罐(通常是罐身涂有条状涂料)和高锡带罐(简称HTF罐,是在罐内沿接缝处渗有一条纯锡带的全涂料罐)。二片罐和三片罐的罐盖均有普通盖和易开盖两种。易开罐是在盖的外表面冲压刻痕并铆上拉环或按扣,开启时可沿刻痕将盖拉开或按开。各种罐盖罐底的边沿均需涂密封胶,即封口胶(如由
天然橡胶或合成橡胶配制的氨胶),经
烘焙或常温下熟化。罐盖、罐底和罐身的结合,是在封罐机上经滚轮挤压形成二重卷边而达到密封。
锡焊罐是传统的三片罐
锡焊罐是传统的三片罐,它是将镀锡薄板(涂料铁或素铁)按罐身尺寸切板,经切角、端折、成圆、钩合、踏平、
焊锡、翻边后制成罐身,再与罐底封合。这种制罐方法目前最高速度约为40罐/分。电阻焊罐是三片罐生产的一个重大革新,它是在焊机上利用频率为50~300Hz的大电流(~5000A),通过焊轮和辅助铜线在罐身搭接部位产生1000℃左右的高温,并经挤压实现重结晶而完成焊接,故焊接强度可超过薄板本身的强度,而焊缝宽仅0.3~0.6mm,商业上称超维玛焊。与锡焊罐比较,电阻焊罐的优点是生产速度高(100~600罐/分),节省板材,可消除
焊锡中有毒铅渗入食品,并可适用于镀铬薄板。冲拔拉伸罐(DI罐)是当今二片罐的主流,罐身由卷状镀锡薄板或铝板经冲杯、深冲、罐形彩印、罐内喷涂涂料等生产工序制造。在高速冲压过程中,罐壁经拉伸,壁厚仅0.12mm,目前制罐速度可达1200罐/分。
应用
食品罐、饮料罐的形式多样,可根据产品特性进行选用。通常,大多数水果、蔬菜及
肉类罐头可采用涂料马口铁罐;浅色水果常采用素铁罐;某些有特殊要求的食品如磨菇、
石刁柏、番茄制品等,可采用高锡带罐或部分涂料罐;粘接罐则用于包装干性食品;冲拔罐常用于水产品和某些肉类食品;带易开盖的冲拔拉伸罐(DI罐)用于包装啤酒和
软性饮料。此外,铝管、锡管一般用于包装
果酱、
果冻、鱼糊、肉糊等。
趋势
玻璃容器的主要发展趋向:一是薄壁、轻量和强化;二是开发利用先进的瓶口密封技术,研究新型瓶盖内外涂料及密封材料;三是研究
微波加热玻璃瓶食品的技术。由于玻璃容器具有卫生、美观的特点,在当前食品卫生法规日益严格的情况下,玻璃容器已引起消费者的极大兴趣,具有广阔的发展前景。
塑料容器
历史
塑料容器的历史不长,但具有加工简便、美观、价廉等特点,因而发展迅速。自20世纪初合成纤维
没药树类材料用于食品包装业以来,相继出现了
聚氯乙稀、
聚苯乙烯、
聚酰胺、
聚偏二氯乙烯、
聚乙烯、聚酯、
聚丙烯等,以及它们与纸、铝箔等构成的
复合材料,这些材料逐渐广泛地用于软包装
塑料袋类和半刚性、刚性的塑料杯、瓶、浅盘类。目前塑料容器在欧美、
日本等经济发达国家中已占整个包装容器的15~20%。
类型
塑料容器是以合成树脂为基本原料,品种繁多,主要有以下3种类型。
①单层塑料薄膜袋:常用的塑料品种有
高压聚乙烯(即低密度聚乙烯)、低压聚乙烯(即
中压聚乙烯)、聚丙烯、聚偏二氯乙烯等。高压聚乙烯薄膜的隔水性、柔软性和耐低温性能较好,并具有较大的
氧气和
二氧化碳气透过性,因而适用于包装易吸潮的固体食品、液体食品和冷冻食品,特别适用于新鲜蔬菜、水果等包装而能维持其“生理呼吸”过程,且保持水分不致干缩变质。但高压聚乙烯耐热性差,不能经受热杀菌温度,而且不耐油,强度低,因而在应用上有一定限制。低压聚乙烯能耐100℃以上的热杀菌温度,耐油脂,因而应用范围比
高压聚乙烯大。
聚丙烯薄膜具有优良的气体和水汽隔绝性,耐油脂,透明度高,表面光滑,能耐100℃以上的热杀菌温度,同时可制成较薄的定向包装薄膜而有较高的强度,但耐低温性较差,所以可用于除冷冻食品外的其他食品的包装。
聚偏二氯乙烯一般制成
双轴定向薄膜,具有较大的热收缩性和优良的气体隔绝性,具有透明度高、弹性好、强度高、耐油脂等性能,适用于真空包装、热收缩包装和冷冻食品包装。
②复合薄膜袋:由不同种类的塑料薄膜或由塑料薄膜与纸、铝箔等层压加工制得。按用途及要求可制成二层、三层或多层的各类复合薄膜袋。如
聚乙烯聚酯、玻璃纸-聚偏二氯乙烯、聚乙烯-纸、聚酯-铝箔-
聚烯烃、聚乙烯-铝箔-纸-聚乙烯-
聚酰胺等薄膜袋。一般采用热层压、涂塑、粘合、共挤出等方法加工制取,层与层之间需用特殊的粘合剂。复合薄膜袋典型代表之一是用于耐高温杀菌的蒸煮袋。它具有优良的隔绝性,能长期保藏食品不变质,有
软罐头之称。所用
复合材料以聚酯-铝箔-聚烯烃为基础。复合薄膜袋还可应用于无菌包装工艺,采用复合材料顺利地实现容器成型、食品充填和封口的全自动线生产过程。近期出现的箱中袋、桶中袋是
英国首先开发的无菌包装容器,用于酒类、果汁、
番茄酱等液态及糊状食品的包装。包装袋由塑料与铝箔的复合薄膜制成,容积有5、20、200、220、1000升。在无菌条件下灌装以后,放入瓦楞纸箱(5~200升袋)或木箱(1000升袋)中,称为箱中袋;若放入铁桶中(220升),则称为桶中袋。其共同特点是便于贮存和运输。
③由单层或
复合材料经吹塑、抽真空、挤出、注射等成型方法制成的塑料瓶、杯、浅盘等塑料容器:适应于多种饮料、快餐食品及冷冻食品的包装。如用于饮料的聚酯瓶、
聚氯乙稀瓶和
聚丙烯瓶,具有透明美观、轻便强韧的特点;用于快餐食品的聚丙烯盘,有耐热杀菌温度的特点,可盛装
果酱、水果和蔬菜类食品进行热杀菌;
聚烯烃塑料杯则广泛用于冷冻食品的包装。
由于塑料工业的发展,各类薄膜和复合材料的涌现,以及塑料本身具有耐腐蚀、质轻、价廉等特点,加之真空包装、充气包装、脱氧包装、无菌包装等新包装技术和包装机械的出现,使塑料包装得到迅速发展,占据了金属和玻璃容器的部分市场。塑料容器在整个食品包装材料中的比例正在逐年增加。当前,厚度约为0.2mm的复合塑料薄板已经问世。它易于冲压,又能像金属薄板一样进行二重卷封制罐,是很有前途的新型材料。继续研究开发适用于无菌包装、高温杀菌和
微波加热的新型塑料容器,乃是塑料容器发展的一个重要方向。
其他容器
除上述4大类食品包装容器外其他类型容器主要有:①木制容器,如木桶可用贮酒。②布制容器,如布袋、麻袋,可用于包装食糖、食盐、粮食等。③陶瓷容器,如瓦缸、瓦坛、瓦罐、瓷瓶等,可用于装酒、醋、
酱油、
酱菜等。