貼體包裝技術(shù)及應(yīng)用

吳瑞平

(合肥通用機(jī)械研究院,合肥 230031)

貼體包裝技術(shù)及應(yīng)用

吳瑞平

(合肥通用機(jī)械研究院,合肥 230031)

本文論述了貼體包裝技術(shù)原理、應(yīng)用及發(fā)展,特別是在食品真空貼體包裝方面的應(yīng)用。關(guān)鍵字:貼體包裝;真空貼體包裝;食品真空貼體包裝;應(yīng)用

1 貼體包裝技術(shù)原理及應(yīng)用

1.1 技術(shù)原理

貼體包裝(Skin Packaging)又叫真空貼體包裝(Vacuum Skin Packaging-VSP)是一種新穎的商品包裝技術(shù),其應(yīng)用歷史長(zhǎng),適用范圍廣,目前在國(guó)際上一直廣為流行。

貼體包裝的工藝過(guò)程為:將被包產(chǎn)品置于專用的底板(紙板或塑料片材)上,使覆蓋產(chǎn)品的特制貼體塑料薄膜在加熱和抽真空作用下緊貼產(chǎn)品表面,并與底板封合。經(jīng)貼體包裝的產(chǎn)品,既受到良好的保護(hù)又展示了其自然形態(tài)及外觀,圖1為真空貼體包裝示意圖。

圖1 真空貼體包裝示意圖

1.2 應(yīng)用

貼體包裝主要應(yīng)用的產(chǎn)品有:五金、工量具、餐刀、文具、玩具、陶瓷玻璃制品、工藝品、醫(yī)療器械、電子元器件及電路板等,特別值得一提的是近10多年來(lái)在食品行業(yè)也廣泛應(yīng)用,如新鮮肉類、魚類、水產(chǎn)品(蚌類、蝦、牡蠣等)、熟肉制品、腌臘制品、切片香腸以及壽司等,這些食品經(jīng)貼體包裝后不僅展示性好,而且保質(zhì)期長(zhǎng),食用方便。

2 貼體包裝特點(diǎn)

1)無(wú)需任何模具,可將產(chǎn)品一次密封包裝成型,經(jīng)濟(jì)、高效;2)可對(duì)不同大小、不同形狀的產(chǎn)品進(jìn)行單獨(dú)或組合包裝,方便、靈活;3)包裝產(chǎn)品清晰可見(jiàn),立體感強(qiáng),展示性好;4)產(chǎn)品緊密固定于薄膜和底板之間,防震、防潮、防塵效果好;5)與其他包裝相比,由于產(chǎn)品緊貼薄膜,包裝體積較小,可降低倉(cāng)貯、運(yùn)輸成本。

貼體包裝食品除具備以上特點(diǎn)外還有以下優(yōu)越性:

1)包裝內(nèi)殘氧較低,比真空包裝貨架期長(zhǎng);2)透明貼體薄膜緊貼食品,保持并突顯其自然外觀,可增強(qiáng)購(gòu)買欲;3)貼體膜緊貼食品,汁液無(wú)法滲出,可減少細(xì)菌繁殖;4)對(duì)軟食品保護(hù)性好,不致受壓變形,切片食品如火腿片、肉腸片等打開(kāi)包裝后不粘連,便于食用。

3 貼體包裝的技術(shù)發(fā)展進(jìn)程

貼體包裝于上世紀(jì)60年代在歐洲、美國(guó)、日本等地區(qū)和國(guó)家興起,隨后在世界其他地區(qū)逐漸得到推廣應(yīng)用,我國(guó)于80年代末引入該項(xiàng)包裝技術(shù),對(duì)于改善國(guó)內(nèi)商品包裝狀況發(fā)揮了重要作用。

貼體包裝的應(yīng)用,必須有相應(yīng)的包裝設(shè)備及包裝材料與之配套方可實(shí)現(xiàn),歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家歷經(jīng)40余年的發(fā)展,在貼體包裝機(jī)及專用包裝材料兩方面均取得較大進(jìn)展,隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大,貼體包裝機(jī)和包裝材料的技術(shù)品種、規(guī)格已日趨完善和成熟。國(guó)內(nèi)經(jīng)過(guò)30年的發(fā)展在此行業(yè)已形成一批設(shè)備專業(yè)制造廠家,貼體專用包裝材料的研發(fā)也受到廣泛關(guān)注。

4 分類、結(jié)構(gòu)組成及基本技術(shù)要求

4.1 分類

目前貼體包裝機(jī)按其包裝物品的不同,基本可分為兩大類,即包裝物為小五金制品的貼體包裝機(jī)和包裝物為食品的真空貼體包裝機(jī)。

由于包裝對(duì)象的不同,兩類包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)也各不相同,各有特點(diǎn),但基本工作原理是一樣的。在非食品類及食品類貼體包裝機(jī)中按自動(dòng)化程度、功能多少以及規(guī)格大小還可有不同品種及規(guī)格的產(chǎn)品。

圖2 非食品類一般貼體包裝機(jī)外形圖

4.2 結(jié)構(gòu)組成、包裝工藝過(guò)程及技術(shù)要求

4.2.1 一般貼體包裝機(jī)(即非食品類貼體包裝機(jī))

用于包裝小五金等物品的一般貼體包裝機(jī)其外形如圖2,主要由以下幾部分組成:

該類貼體包裝機(jī)的包裝工藝過(guò)程(見(jiàn)圖3):

圖3 非食品類一般貼體包裝機(jī)工藝過(guò)程

1)將貼體薄膜從膜卷中拉出經(jīng)夾持器(膜框)固定,隨后夾持器上升,薄膜由加熱裝置加熱;與此同時(shí)將包裝物置于包裝底板上,并送入真空室頂部的工作底盤內(nèi);2)當(dāng)薄膜經(jīng)加熱軟化后夾持器下降,將其覆蓋在待包裝物上;3)啟動(dòng)真空裝置,在真空負(fù)壓作用下薄膜緊貼包裝物表面,并與底板相粘,形成密封包裝;4)貼體薄膜吸附到位后,夾持器打開(kāi),取出包裝成品并進(jìn)行分切。

現(xiàn)對(duì)該類機(jī)型的主要結(jié)構(gòu)作如下說(shuō)明,供選型參考:

(1)加熱裝置

該裝置供加熱貼體膜用,經(jīng)加熱后薄膜軟化,便于貼體成形并易與底板相粘。目前熱源提供方式一般有3種:電加熱、遠(yuǎn)紅外線加熱及晶體輻射加熱。

加熱裝置的加熱方式有常熱式及瞬熱式兩種,前者能耗較大,但加熱快,功效高;后者節(jié)能。為提高加熱效果,常熱式的加熱裝置一般做成移動(dòng)式即可前后移動(dòng),而瞬熱式加熱均勻,迅速高效,加熱時(shí)間可控。

(2)真空裝置

真空裝置由真空泵、真空室及相應(yīng)連接管路組成,真空室為一密閉腔室,上部作為工作臺(tái)用。工作時(shí),包裝底板置于工作臺(tái)上,由于底板具有透氣功能,當(dāng)真空泵開(kāi)啟抽真空時(shí),覆蓋物品的貼體膜與底板間形成負(fù)壓,使薄膜緊貼物品表面并與底板牢牢粘合。真空泵為該裝置的核心部件,其性能應(yīng)達(dá)到抽力大、噪聲低、適于長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作的要求。

真空裝置抽真空時(shí)間及加熱裝置的加熱時(shí)間均應(yīng)可調(diào)可控,其調(diào)整應(yīng)根據(jù)薄膜厚度、底板透氣性、包裝物高度及外界環(huán)境溫度等決定之。表1可供調(diào)整參考。

表1 抽真空及加熱時(shí)間參考值

(3)薄膜供給及夾持裝置

此裝置包括卷膜支架和薄膜夾持機(jī)構(gòu)兩部分。夾持機(jī)構(gòu)由上下2個(gè)長(zhǎng)方形膜框絞接而成,上膜框可繞絞鏈開(kāi)閉,當(dāng)薄膜送入上下膜框之間后,將上膜框閉合,此時(shí)薄膜被上下膜框夾緊并由夾鉤固定,結(jié)構(gòu)示意圖如圖4。

圖4 薄膜夾持裝置結(jié)構(gòu)示意圖

夾持機(jī)構(gòu)可上下移動(dòng),使薄膜接近或遠(yuǎn)離加熱裝置,以便軟化薄膜或進(jìn)行真空貼體包裝。其上升或下降均應(yīng)有安全保護(hù),以保證人身及設(shè)備安全。

(4)輸送裝置

置于底板上的待包裝物的送入及包裝成品的輸出均由該裝置完成,一般為滾筒式,即由多個(gè)滾筒并列構(gòu)成。根據(jù)物流需要有左進(jìn)右出及右進(jìn)左出二種輸送方式。

(5)電控裝置

膜框升降、薄膜加熱、真空室抽真空等控制均由電控裝置完成,有關(guān)參數(shù)及時(shí)序確定后,機(jī)器便按其自動(dòng)完成。

4.2.2 食品真空貼體包裝機(jī)

按自動(dòng)化程度,食品真空貼體包裝機(jī)可分為:手動(dòng)單室式、手動(dòng)雙室式以及自動(dòng)連續(xù)式三種。產(chǎn)品規(guī)格:對(duì)手動(dòng)式真空室尺寸,按其寬度、長(zhǎng)度劃分;對(duì)自動(dòng)式按最大托盤尺寸,即其寬度、長(zhǎng)度區(qū)分。機(jī)器三種型式的外形如圖5中a、b、c所示。

圖5 三種型式外形圖

4.2.2.1 手動(dòng)單室貼體包裝機(jī)

(1)如圖6所示,該機(jī)主要結(jié)構(gòu)包括

下工作室、上工作室、加熱裝置、供膜裝置、頂料裝置、真空系統(tǒng)、電控系統(tǒng)和機(jī)架。

(2)包裝工藝過(guò)程

1)接通電源后,加熱裝置開(kāi)始加熱,直至設(shè)定溫度;將盛有包裝物的托盤裝入托盤架中,一并送入下工作室預(yù)料裝置平臺(tái)上。

2)按下氣缸按鈕,頂料托板下降,托盤架隨之落入下工作室內(nèi);將薄膜從供膜裝置中拉出覆蓋于下工作室頂面。

3)將上工作室下壓,直至與下工作室密合,隨之上工作室先行短暫抽氣,以便將薄膜上吸與加熱裝置中加熱板靠近,使之加熱軟化。

4)上下工作室同時(shí)抽氣,此時(shí)受負(fù)壓作用上下室自動(dòng)緊閉;此后上工作室先停止抽氣,下工作室繼續(xù)抽氣,位于其中的托盤架內(nèi)的薄膜便緊貼包裝物表面及托盤內(nèi)壁完成貼體包裝。

圖6 手動(dòng)單室貼體包裝機(jī)結(jié)構(gòu)圖

5)上工作室放氣,上工作室自動(dòng)開(kāi)啟,頂料裝置托板上升,將托盤架連同包裝產(chǎn)品頂出,經(jīng)人工或機(jī)械分切,至此完成了一個(gè)工作循環(huán)。

以上包裝工藝過(guò)程如圖7所示,其包裝速度約為每分鐘6個(gè)循環(huán)。

圖7 手動(dòng)單室式貼體包裝機(jī)包裝工藝過(guò)程

(3)主要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

1)下工作室

下工作室為本機(jī)核心部件,整個(gè)貼體包裝在此完成。為保證足夠的氣密性及機(jī)械強(qiáng)度,一般由鋁合金精密鑄造而成,其上表面需精加工并保證一定平面度要求。

2)上工作室

上下工作室閉合后形成一密封空間對(duì)食品進(jìn)行貼體包裝,二室結(jié)合處有密封條密封。上工作室氣密性、機(jī)械強(qiáng)度、材料、加工等技術(shù)要求與下室相同。

3)加熱裝置

該裝置有蛇形電加熱、加熱板以及熱電偶構(gòu)成,并安裝在上工作室腔內(nèi),加熱板周圍與上工作室接觸處由密封條密封,加熱板平面上均勻分布多排小孔,以便上室抽氣時(shí)將薄膜上吸加熱,為防止薄膜加熱時(shí)與加熱板粘連,加熱板表面涂有防粘涂層。

4)供膜裝置

本裝置用于放置卷筒薄膜,并可對(duì)拉出的薄膜進(jìn)行展平、導(dǎo)向及切斷。

5)頂料裝置

頂料裝置由真空氣缸及托板構(gòu)成,氣缸固定在下工作室底部,托板與氣缸活塞相連,活塞上下運(yùn)動(dòng)時(shí)托板隨之升降,從而將包裝成品頂出或?qū)⒋b食品送入下工作室。

4.2.2.2 手動(dòng)雙室式貼體包裝機(jī)

該機(jī)型有兩個(gè)下工作室,二者輪番交替工作,共用一個(gè)上工作室,工作效率較高,包裝速度約為每分鐘8個(gè)循環(huán),這是與手動(dòng)單腔式不同之處。其結(jié)構(gòu)組成及貼體包裝工藝過(guò)程與手動(dòng)單室完全相同。

4.2.2.3 自動(dòng)連續(xù)式貼體包裝機(jī)

自動(dòng)連續(xù)式機(jī)型的工作原理如圖8。

圖8 自動(dòng)連續(xù)式貼體包裝機(jī)工作原理圖

從卷筒膜拉出的貼體薄膜及塑料片材底托由輸送帶同步步進(jìn)送入真空室,上膜經(jīng)過(guò)加熱裝置時(shí)被加熱軟化,進(jìn)入真空室后覆蓋在位于底托上的食品表面,在真空作用下,上膜隨即緊貼食品,并與底托周邊粘合,包裝成品排出后進(jìn)行分切。

該機(jī)型由于自動(dòng)連續(xù)作業(yè),生產(chǎn)效率較高,每分鐘最高可達(dá)10～15個(gè)循環(huán)。

5 貼體包裝機(jī)包裝材料選擇

5.1 貼體包裝機(jī)包裝材料技術(shù)要求

要想得到預(yù)期的貼體包裝效果,充分體現(xiàn)貼體包裝的優(yōu)越性,合理選擇包裝材料至關(guān)重要。用于貼體包裝的材料有二類,即貼體包裝薄膜和底板,它們必須符合一定的技術(shù)要求。

(1)貼體薄膜的一般要求

1)熱塑性好,加熱后易于軟化;

2)延伸性好,具有一定延伸率;

3)抗刺穿、抗撕裂性優(yōu)異,韌性好;

4)透明度高;

5)熱封性好,與底板易于粘合。

(2)貼體薄膜的特殊要求

1)非食品類的一般貼體包裝

除滿足上述一般要求外,對(duì)金屬制品還應(yīng)具有防銹功能,對(duì)電路板等電子組件及電子元器件還應(yīng)有抗靜電功能。

2)食品類產(chǎn)品真空貼體包裝

除必須達(dá)到上述一般要求外,還應(yīng)具備以下條件:

①無(wú)毒、無(wú)污染、在包裝內(nèi)不散發(fā)有害氣味,符合食品衛(wèi)生要求;

②對(duì)氣體/水蒸汽/香味阻隔性能優(yōu)異,有些食品還需要一定的透氣性;

③包裝肉類產(chǎn)品時(shí)抗油性優(yōu)異;

④包裝產(chǎn)品需冷凍儲(chǔ)藏時(shí),耐低溫性良好。

(3)底板的要求

1)非食品類一般貼體包裝

該類包裝的底板由紙板制成,由于它起著托附產(chǎn)品及貼體包裝雙重作用故必須達(dá)到以下要求:

①具有較高的強(qiáng)度、挺度、硬度,一定的耐壓、耐刺穿、緩沖性,可折疊性;

②重量輕、易印刷、無(wú)毒、衛(wèi)生;

③良好的透氣性,以便于通過(guò)完成抽真空吸氣實(shí)現(xiàn)貼體包裝;易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化包裝。

2)食品類產(chǎn)品真空貼體包裝

該類包裝的底板與上述一般貼體包裝底板采用的材料有所不同,一般有二類,一是平板式底托,由塑料片材或紙塑復(fù)合材料制成,二是托盤,由塑料制成的具有一定形狀的淺盤。

5.2 貼體包裝機(jī)包裝材料市場(chǎng)現(xiàn)狀及選擇

(1)非食品類一般貼體包裝

1)貼體薄膜

適合該類產(chǎn)品包裝的貼體薄膜有:

①熱粘性復(fù)合塑料薄膜,該薄膜的一面涂有受熱后才有粘性的材料;

②沙林貼體薄膜(Surlyn薄膜),該膜綜合性能好,且具有自粘性,軟化溫度低;

③自粘性薄膜(SE薄膜),可直接與底板粘合;

④聚氯乙烯貼體膜(PVC)聚乙烯貼體膜(PE)、聚酯貼體膜(PET);

⑤ATW沙林貼體薄膜(NS薄膜),可有效避免與光滑產(chǎn)品表面之間存在氣泡的問(wèn)題,提高了包裝質(zhì)量;

⑥具有特殊功能的薄膜,如防銹貼體膜(SR薄膜)、抗靜電膜(ST薄膜)等。

以上薄膜的厚度、寬度、顏色等廠家均可按需要生產(chǎn)。一般采用厚度為0.1～0.25mm,薄膜厚度主要根據(jù)被包物的拉伸比(即深度/直徑)來(lái)選定,拉伸比越大選用薄膜越厚;薄膜寬度按貼體包裝機(jī)工作室寬度選擇。

2)底板

適合該類產(chǎn)品包裝的底板有:

①透氣紙板。為了確保與貼體膜的牢固粘合,對(duì)于無(wú)粘合功能薄膜,紙板上還必須涂以貼體專用膠水;

②瓦楞紙板。為提高性能,一般在其一面貼上一層白紙,另一面貼一層印有產(chǎn)品說(shuō)明等標(biāo)記的彩色圖案。為了便于抽真空吸氣,加工底板時(shí)在紙板上打有許多小孔。對(duì)無(wú)粘合功能薄膜,紙板上還須涂有一層貼體專用膠水;

③包裝紙卡。根據(jù)不同貼體薄膜,紙卡有涂膠和不涂膠二種。

(2)食品類真空貼體包裝

1)貼體薄膜

一般情況下,上述非食品類使用的貼體薄膜,原則上可以用于食品真空貼體包裝。但由于食品保鮮的特殊要求,一些企業(yè)開(kāi)發(fā)了多種食品專用真空貼體包裝薄膜,其針對(duì)性更強(qiáng),效果更好。

目前食品專用真空貼體包裝薄膜有:

①透氣膜:透氣度高、容易貼體成形,適合冷凍食品;

②阻氧膜:對(duì)氧氣高阻隔性,可有效延長(zhǎng)食品保質(zhì)期;成形性好,能保持柔軟食品的完整外形;

③多層共擠電子交聯(lián)薄膜:阻隔性能好、適合新鮮冷藏食品,主要用于全自動(dòng)連續(xù)式貼體包裝機(jī);

上述薄膜均采用特殊配方和工藝制成,透明度極佳,加熱后軟化性能好,拉伸性和抗刺穿性優(yōu)異。阻隔膜對(duì)氣體、水蒸汽、香味阻隔性極高,食品包裝后不僅展示性極佳,保鮮期和貨架壽命也得以延長(zhǎng)。

2)底板

底板應(yīng)根據(jù)被包食品的外形、大小及類別定制,有平板式及托盤式,平板式材料為塑料片材或紙塑復(fù)合片材(頂、底面為塑料、中間復(fù)以紙板或鋁箔);托盤式制成一定形狀的淺盤,盤的形狀對(duì)貼體質(zhì)量影響較大,一般要使盤的四周與底面帶有平滑的圓弧過(guò)滑,以保證復(fù)蓋其上的貼體膜與底盤四周牢固粘合,也使被包食品呈現(xiàn)自然外觀。

底板及淺盤材料應(yīng)采用PS、PET以及無(wú)毒PVC等,以便貼體膜與平板或淺盤整體粘附,保證一定的密封強(qiáng)度,且易于剝離。

[1]B.P.F.Day.UK.Chilled food packaging[Z].Campden and Chorleywood Food Research Association,2002,Sec ed:135-152.

[2]Multivac Sepp Haggenmuller GmbH and Co.KG.Multivac food packaging[J/OL].Woodhead Publishing Limited,2009.

[3]Koch Equipment LLC.Brochures[J/OL].Woodhead Publishing Limited,2009.

Sk in Packag ing Technology and Applica tion

WU Rui-p ing
(Hefei GeneralMachinery Research Institute,Hefei230031,China)

This paper introduces theory and app lication and developmentof skin packaging,particularly in vacuum skin packaging fo r food.

skin packaging;vacuum skin packaging;vacuum skin packaging for food;app lication

book=65,ebook=70

TB489

A

1005-1295(2010)04-0065-05

10.3969/j.issn.1005-1295.2010.04.015

2010-04-26;

2010-05-28

吳瑞平,男,安徽當(dāng)涂人,合肥通用機(jī)械研究院高級(jí)工程師,長(zhǎng)期從事包裝機(jī)械的研發(fā),境內(nèi)外發(fā)表論文20余篇。