食用鹽結塊原理及不同材質(zhì)外包裝抗結塊能力差異性分析

徐麗蕊

(陜西工業(yè)職業(yè)技術學院,陜西 咸陽 712000)

傳統(tǒng)的食用鹽產(chǎn)業(yè)大多以亞鐵氰化鉀或十八伯胺醋酸等作為抗結劑提升食用鹽的抗結塊能力。在嚴格的添加標準下,這些抗結劑很大程度上提升了食用鹽的正常食用壽命。然而,隨著我國社會經(jīng)濟不斷發(fā)展,部分消費者開始要求食用鹽中盡量少添加抗結劑甚至不添加抗結劑。盡管目前已知的食用鹽抗結劑在合理使用標準下不會對人體產(chǎn)生負面影響,但面對消費市場的這些新的消費需求,有必要通過其他更為環(huán)保、健康的手段實現(xiàn)食用鹽抗結塊能力的提升[1-3]。文章從最基本的產(chǎn)品外包裝入手,對幾種不同材質(zhì)食用鹽外包裝影響食用鹽抗結塊能力的差異性進行分析,詳細對比了氧化膜、鍍鋁膜、鋁箔膜等材質(zhì),認為鍍鋁膜外包裝的食用鹽抗結塊能力最為優(yōu)異,其次為氧化膜包裝袋,而鋁箔膜包裝袋食用鹽的抗結塊能力最差。

1 食用鹽結塊原理及影響因素分析

1.1 食用鹽結塊原理

1.1.1 氯化鈉晶胞結構

氯化鈉是食用鹽的最主要成分,具有較強的吸附能力[4-5]。以配位數(shù)為6的氯化鈉晶胞為例。圖1為氯化鈉晶胞一般結構。

圖1 氯化鈉晶胞結構Fig.1 Crystal cell structure of NaCl

該晶胞中的陰離子與陽離子之間緊密接觸,但是陰離子之間接觸不良,晶胞內(nèi)陰陽離子接觸而陰陰離子之間不接觸,因此,晶胞結構存在較大的靜電吸引力,而靜電排斥力較小。因此,氯化鈉晶胞本身具有一定的表面吸附能力[6-8]。

1.1.2 結塊原理

導致食用鹽出現(xiàn)結塊現(xiàn)象的根本原因包括吸附、解吸、吸濕、放濕等。圖2為食用鹽一般結塊過程。

圖2 食用鹽一般結塊過程Fig.2 The general caking process of salt

晶胞結構的特殊性導致食用鹽中的氯化鈉成分會吸收其所處環(huán)境附近的水蒸氣[9]。當食用鹽處于大氣環(huán)境下時,空氣中的水分會被晶體表面吸附。由于自然環(huán)境大多處于不穩(wěn)定變化過程中,當溫度由高轉低或者濕度由大變小時,氯化鈉晶胞吸附的H2O量逐漸增多。當吸附量達到一定程度以后會在食用鹽中形成水的凝結,進而形成附著液。當食用鹽中的附著液含量逐漸提升時,食用鹽中的氯化鈉等成分會出現(xiàn)溶解,此時形成吸濕效應。

當食用鹽所處的外環(huán)境溫度由低變高或濕度由大變小時,食用鹽中的H2O分子運動速度會由慢變快,在分子熱運動的作用下的H2O分子會逐漸從氯化鈉晶體上逐漸脫離,最終回到外環(huán)境中。這一過程也被稱為放濕。

在吸濕、放濕的共同作用下,食用鹽中的氯化鈉、氯化鎂等成分會逐漸形成團結現(xiàn)象,吸濕、放濕的時間越長、頻率越高,則食用鹽形成團結的效果會越明顯,結塊的緊密程度也會越高。

1.2 食用鹽結塊影響因素

導致食用鹽出現(xiàn)結塊現(xiàn)象的主要因素有很多,常見的因素包括:鹽的粒徑、堆放高度、雜質(zhì)成分等。

1.2.1 溫濕度

溫濕度是影響食用鹽結塊狀態(tài)最直觀的因素[10]。一方面,氯化鈉的臨界濕度為75%,一旦食用鹽所處環(huán)境的相對濕度超過這一臨界值時,則食用鹽中的氯化鈉等成分會完成圖2所示的水分吸收,形成吸濕、潮解最終形成飽和鹽水,當相對濕度下降后又會出現(xiàn)放濕,反復作用下形成硬塊狀的鹽塊。另一方面,食用鹽在高溫或溫度波動情況明顯的環(huán)境下更容易因為水分子的熱運動而形成結塊。

1.2.2 鹽的粒徑

食用鹽的鹽粒徑是影響食用鹽形成結塊的另一重要因素。通常情況下,鹽的粒徑越小則越容易形成固結。這是因為鹽的粒徑越小則其單位重量的表面積越大,而表面積越大則其與空氣中水分的接觸面積越大,越容易吸附空氣中的H2O分子[11]。同時,如果是某些大粒徑食用鹽中含有部分小粒徑食用鹽,則由于小粒徑食用鹽反復出現(xiàn)吸濕、放濕,大粒徑食用鹽也會彼此互相粘接,最終形成固結。據(jù)李娜等[11]研究顯示,對于粒度低于0.074 mm的細鹽粒,即使添加某些抗固結劑也無法徹底解決這類食用鹽的結塊問題。

1.2.3 堆積量

通常情況下,食用鹽堆積量越大,則處于堆積下部分的鹽受到的壓力越大。當這些鹽在出現(xiàn)吸濕、放濕的過程中受到上部分食用鹽的擠壓時,會形成更為緊密、結實的鹽塊。堆積時間越長則形成的結塊問題越嚴重。

1.2.4 雜質(zhì)成分

食用鹽中除氯化鈉等有效成分外,大多還含有氯化鈣、硫酸鈉及氯化鎂等雜質(zhì)。這些雜質(zhì)相對于氯化鈉而言更容易與空氣中的水分發(fā)生吸濕效應導致溶解。一旦雜質(zhì)形成溶解,則會加快食用鹽中氯化鈉成分的溶解、結塊等。

2 不同材質(zhì)食用鹽外包裝抗結塊能力差異性

2.1 常見食用鹽外包裝

目前常見的食用鹽外包裝材質(zhì)主要有氧化膜、鍍鋁膜、鋁箔膜等。

2.1.1 氧化膜

氧化膜是最常見的食用鹽外包裝材質(zhì)。大多數(shù)氧化膜的主要成分為聚乙烯,屬熱塑性樹脂材料。這種氧化膜無毒、無臭,手感略顯蠟狀,具有很好的化學穩(wěn)定性[12]。還有部分食用鹽使用的氧化膜成分較為復雜,利用聚乙烯為最內(nèi)層,中間為聚乙烯粘合劑層,最外層為白牛皮紙。這種氧化膜外包裝手感更為柔韌,包裝效果也更為精致,但成本較高。因此,文章主要分析一般的聚乙烯材質(zhì)氧化膜食用鹽包裝。氧化膜食用鹽外包裝具有化學性能穩(wěn)定、應用成本低、易成型等基本優(yōu)勢,是當前最為常見的食用鹽外包裝材料。

2.1.2 鍍鋁膜

鍍鋁膜同樣也是較為常見的食用鹽外包裝材質(zhì)。鍍鋁膜外包裝中的鍍鋁膜是一種通過真空鍍鋁工藝將一層薄薄的鋁原子堆積到優(yōu)良流延CPP薄膜上而形成的阻隔性薄膜[13]。以鍍鋁膜加工而成的食用鹽外包裝的邊部熱封可能受到熱封時間、熱封溫度、熱封壓力等方面的影響,大多情況下需要設計粘條以增強其密封性。鍍鋁膜材質(zhì)相比于一般聚乙烯材質(zhì)生產(chǎn)成本更高,因此多見于一些高檔食用鹽、禮品食用鹽包裝。

2.1.3 鋁箔膜

食用鹽外包裝所使用的鋁箔膜大多為鋁箔復合膜。這類包裝材質(zhì)以鋁、塑進行復合加工,將高純度的鋁經(jīng)過多次壓延形成的極薄形式的薄片,再將這種薄片與塑料進行粘接,使最終的食用鹽外包裝既保留了鋁箔膜機械性好、阻隔性好及保香性特質(zhì),又改善了一般鋁箔膜不耐撕裂等問題,增強了包裝材質(zhì)的物理穩(wěn)定性。鋁箔膜是這三種包裝中生產(chǎn)成本最高,其應用范圍也最小,只能見于某些高檔食用鹽外包裝。

2.2 不同材質(zhì)食用鹽外包裝抗結塊能力差異性

食用鹽外包裝不會影響食用鹽的粒徑及其雜質(zhì)成分[14]。因此,文章在對比不同材質(zhì)食用鹽外包裝抗結塊能力差異性時,主要從密封效果、堆積壓力、溫度控制三個視角進行。

2.2.1 密封效果視角

三種食用鹽外包裝的密封方式存在一定差異,密封效果也各不相同。

氧化膜食用鹽外包裝大多為熱封式密封,即以熱封密封機在一定溫度下對氧化膜進行加熱使包裝材質(zhì)融化后連接在一起。這種密封方式能夠使食用鹽達到極為理想的密封效果,但缺點是容易在密封處形成包裝破損,在運輸、倉儲等場景下出現(xiàn)空隙。同時,在外包裝打開后,如果沒有便攜式密封機則氧化膜包裝無法直接進行二次密封,容易導致食用鹽暴露于自然環(huán)境下。

鍍鋁膜材質(zhì)的食用鹽包裝通常采用熱封密封與密封條密封兩種方式進行結合的形式進行密封。這種密封方式除能夠保證運輸、倉儲過程中食用鹽包裝不會出現(xiàn)空隙外,還能在消費者打開外包裝后利用密封條進行二次密封,從而盡可能降低食用鹽出現(xiàn)結塊的風險。

鋁箔膜材質(zhì)的食用鹽包裝通常以熱封形式進行密封,同樣面臨氧化膜包裝不能二次密封的問題。氧化膜還可以利用便攜式熱封機進行密封,而鋁箔膜材質(zhì)食用鹽包裝大部分情況下為一次性用品,一旦外包裝破損則只能采用物理彎折形式進行二次密封,這種密封方式顯然無法與氧化膜二次熱封或鍍鋁膜密封條密封相比。

綜合來看,三種材質(zhì)的食用鹽外包裝在包裝不發(fā)生破損情況下對空氣的隔絕效果均較為類似,但是如果拆封后進行二次密封時,氧化膜包裝需要便攜式熱封機,鍍鋁膜依賴密封條,鍍鋁膜需要以物理彎折形式進行密封,三種材質(zhì)各有利弊。

2.2.2 堆積壓力視角

如上文所述,堆積量同樣可以顯著影響食用鹽的結塊效應。在這三種食用鹽外包裝中,氧化膜材質(zhì)最為柔軟,鍍鋁膜略好,鋁箔膜最佳。在相同或類似的堆積條件下,鋁箔膜能夠為食用鹽提供最好的支撐效應,保護包裝內(nèi)的食用鹽不會受到嚴重擠壓。而氧化膜材質(zhì)不能為食用鹽提供足夠的支撐,在長時間堆積過程中內(nèi)部食用鹽成分更容易因為壓力作用而加劇結塊效應。

2.2.3 溫度視角

在外包裝密封條件均為最優(yōu)情況下,三種包裝內(nèi)部的食用鹽濕度都不會發(fā)生明顯變化。因此,影響食用鹽結塊效應的主要因素在于食用鹽所處環(huán)境的溫度及溫度變化情況[15-16]。氧化膜對溫度及溫度變化的敏感性最高,一般情況下外界溫度的變化情況可以非常直觀地通過氧化膜影響其包裝內(nèi)的食用鹽;鋁箔膜對溫度變化的敏感性略低于氧化膜,包裝內(nèi)食用鹽通常不會受到溫度變化的顯著影響;鍍鋁膜對溫度變化最為遲鈍,以鍍鋁膜為食用鹽外包裝可以最大程度保證內(nèi)部食用鹽成分不會因為溫度的變化而形成內(nèi)部水分子過于劇烈的分子熱運動,可以有效實現(xiàn)食用鹽的抗結塊。

3 結語

綜上所述,文章綜合性分析了食用鹽結塊的基本原理及其影響因素,以氧化膜、鍍鋁膜、鋁箔膜三種常見食用鹽包裝材質(zhì)進行對比,分析了不同材質(zhì)食用鹽外包裝的抗結塊能力差異。文章認為這三種常見外包裝分別具有各自優(yōu)勢,氧化膜密封工藝簡單、生產(chǎn)成本低,鍍鋁膜隔熱效果最好,鋁箔膜抗壓能力最好等。在實際的食用鹽外包裝選材環(huán)節(jié),廠家需要根據(jù)自身產(chǎn)品定位、價格等進行靈活選擇。