ΥΛΙΚΑ ΜΕ ΚΑΛΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΦΡΑΓΜΟΥ ΓΙΑ ΣΥΣΚΕΥΑΣΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Διονυσία Αραβοπούλου 09105024 Υπ. καθηγητής: κ.Πίσσης

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Ποιος χρειάζεται την συσκευασία; Τι είναι συσκευασία; - Λειτουργίες. Παράγοντες αλλοίωσης τροφίμων. Υλικά: Γυαλί, Μέταλλο, Χαρτί, Πλαστικό. Διαπερατότητα- Διάχυση. Βελτίωση ιδιοτήτων φραγμού με νανοεγκλείσματα. Φυλλόμορφοι πηλοί. Συσκευασία στο μέλλον. Βιβλιογραφία.

Ποιος χρειάζεται συσκευασία; Ο παραγωγός Η συσκευασία επιτρέπει την μεταφορά των προϊόντων στην αγορά αρκετό καιρό μετά την συγκομιδή. Ο έμπορος Προσυσκευασμένα τρόφιμα και προϊόντα. Ο καταναλωτής Η συσκευασία επιτρέπει την αγορά προϊόντων αξιόπιστης ποιότητας.

Τι είναι συσκευασία; Ο Διεθνής Οργανισμός Συσκευασίας ορίζει την συσκευασία σαν την εισαγωγή προϊόντων, τεμαχίων ή πακέτων σε μία κλειστή σακούλα, κιβώτιο, κονσέρβα, μπουκάλι, σωληνάριο ή κάθε άλλη μορφή περιέκτη με σκοπό την εκπλήρωση μίας ή περισσοτέρων από τις εξής λειτουργίες: προστασία και/ή συντήρηση, μεταφορά πληροφοριών στον καταναλωτή, πρακτικότητα και αποδοτικότητα. Εάν ο περιέκτης ικανοποιεί μία ή περισσότερες από τις παραπάνω λειτουργίες θεωρείται ότι είναι συσκευασία.

Παράγοντες αλλοίωσης τροφίμων και προστασία των τροφίμων Φως οξείδωση των λιπών, ελαίων και καταστροφή ορισμένων βιταμινών π.χ. αδιαφανείς συσκευασίες ή έγχρωμες για την μη διέλευση φωτός μικρού μήκους κύματος Θερμοκρασία επιτάχυνση χημικών αντιδράσεων, μείωση της θρεπτικής αξίας των τροφίμων π.χ. θερμική αντοχή σε μεταβολές θερμοκρασίας κυρίως σε τρόφιμα που θερμαίνονατι ή καταψύχονται συσκευασμένα Οξυγόνο οξείδωση συστατικών των λιπιδίων, απώλεια της ποιότητας πρωτεϊνών, αλλαγές στις χρωστικές των τροφίμων, καταστροφή βιταμινών. π.χ. oxygen scavenges: απορροφούν το οξυγόνο ( βασίζονται σε σκόνη σιδήρου) ή CO2 ( Ca(OH)2 )

Παράγοντες αλλοίωσης τροφίμων Υγρασία και αέρια περιβάλλοντος οξείδωση λιπών και ελαίων, αντίδραση μη ενζυμικού μαυρίσματος, αύξηση του ρυθμού ανάπτυξης των βακτηρίων. π.χ. κατά περίπτωση διαπερατή ή όχι η υγρασία (π.χ. καφές, σνακ) ή πτητικών ενώσεων υπεύθυνων για την ποιότητα του προϊόντος ( π.χ. καφές) Μικροοργανισμοί αλλοίωση ή δηλητηρίαση του τροφίμων. π.χ. αποστειρωμένες συσκευασίες Ένζυμα επίδραση στα θρεπτικά χαρακτηριστικά του τροφίμου.

Υλικά Συσκευασίας Γυαλί Μέταλλο Χαρτί Πλαστικό

Γυαλί. Φιάλες: στενόλαιμα γυάλινα δοχεία. Βάζα: πλατύλαιμα γυάλινα δοχεία.

Ιδιότητες γυαλιού (1). Διαφάνεια: χρωματιστά μπουκάλια με πρόσθετα χρωματισμού όπως μεταλλικά οξείδια, σουλφίδια και σεληνίδια για την μη διέλευση φωτός μικρού μήκους κύματος. Αντίσταση στην εσωτερική πίεση: ιδιαίτερα σημαντική στην συσκευασία προϊόντων όπως τα περιέχοντα CO2 ποτά (π.χ. μπύρα, αναψυκτικά) και τα αεροζόλ. καλύτερο σχήμα το σφαιρικό. Λόγω μη πρακτικότητας χρησιμοποιείται το κυλινδρικό. Χημική αδράνεια: δεν επηρεάζει και δεν επηρεάζεται από τα προϊόντα που περιέχει (εξαίρεση το HF) ρυθμός διάχυσης του CO2 είναι πρακτικά μηδέν.

Ιδιότητες γυαλιού (2) Κόστος: πρώτες ύλες :CaCO3, SiO2, Na2CO3( άνυδρο ανθρακικό νάτριο) και Al2O3 (οξείδιο του αργιλίου) χαμηλό Αδιαπερατότητα: πρακτικά μηδενικός ρυθμός διάχυσης CO2. Βασικότερο μειονέκτημα του γυαλιού ως υλικό συσκευασίας είναι το γεγονός ότι είναι εύθραυστο. για αύξηση της μηχανικής αντοχής κατασκευάζονται δοχεία με παχιά τοιχώματα κάτι που όμως αυξάνει το βάρος και οδηγεί πάλι σε μειονέκτημα

Μεταλλικά κυτία Υλικά: φύλλα χάλυβα επικασσιτερωμένος χάλυβας (λευκοσίδηρος) μείγματα μολύβδου – κασσίτερου γαλβανισμένα φύλλα χάλυβα ανοξείδωτος χάλυβας κράματα αλουμινίου αλουμίνιο

Πλεονεκτήματα-Μειονεκτήματα Μεγάλη προστασία: λόγω ερμητικού κλεισίματος προστατεύουν το τρόφιμο από μολύνσεις, μικροοργανισμούς, έντομα και τρωκτικά. Επίσης προστατεύουν από ανεπιθύμητη πρόσληψη οξυγόνου, αερίων, οσμών και από το φως. Δίνουν την ευχέρεια ταχείας διακίνησης. Ευχέρεια γεμίσματος και κλεισίματος με μηχανικά μέσα. Μεγάλο βάρος Αδυναμία επανακλεισίματος Προβλήματα από την απόρριψη τους

Κυτία από λευκοσίδηρο. Αδιαπερατός από αέρια, υδρατμούς, οσμές. Τύπου L (μικρή περιεκτικότητα μεταλλοειδών): χρήση πολύ διαβρωτικών προϊόντων όπως χυμός μήλων, κεράσια, μούρα, τουρσιά, δαμάσκηνα. Τύπου MR ( μεγαλύτερη περιεκτικότητα φωσφόρου και χαλκού): για μετρίως διαβρωτικά προϊόντα όπως ροδάκινα, βερίκοκα, αχλάδια, μήλα και εσπεριδοειδή. Τύπου MC ( ακόμα περισσότερος φώσφορος): για λίγο διαβρωτικά προϊόντα όπως μπιζέλια, κρέας, ψάρια. Επίσης για προϊόντα ελαφρώς διαβρωτικά αλλά με εσωτερική πίεση (π.χ. μπύρα)

Χαρτί. Τα περισσότερα χαρτιά που χρησιμοποιούνται στην συσκευασία τροφίμων παρασκευάζονται από ξύλο. Συχνά συνδυάζεται με φύλλα αλουμινίου για βελτίωση της αδιαπερατότητας στα αέρια και τους υδρατμούς, της αντοχής στο τρύπημα και το σκίσιμο, για την αδιαβροχοποίηση του από υγρασία και λίπη, για την επίτευξη καλύτερης εμφάνισης και ευκολότερης εκτύπωσης.

Τύποι χαρτιού. Χαρτί Kraft: Σπανίως χρησιμοποιείται σαν άμεση συσκευασία. Χαρτί αδιαπέραστο από λίπη: Αδιαπέραστο από λίπη εφόσον δεν έχει βραχεί. Χρησιμοποιείται για ψημένα τρόφιμα και λιπαρές τροφές. Περγαμηνό χαρτί: χαμηλό πορώδες και αδιαπερατότητα στα λίπη. Χρησιμοποιείται σαν διαχωριστικό κρεάτων ή γλυκισμάτων ή σαν περιτύλιγμα για βούτυρο, κρέας ή ψάρια. Χαρτί με αντοχή ακόμα και όταν βραχεί. Χαρτί αεροστεγούς συσκευασίας: Χρησιμοποιείται ως φόδρα σε σακούλες κιβώτια κ.α. για να εμποδίζει την δίοδο οσμών σε σαπούνια, επιδέσμους και λιπαρά τρόφιμα. Λεπτό απορροφητικό χαρτί: χρησιμοποιείται ως περιτύλιγμα για ασημικά σκεύη, κοσμήματα λουλούδια, πλεκτά κ.α. Επικαλλυμένα χαρτιά: Υπάρχουν χαρτιά επικαλλυμένα με κήρους που μπορούν να σφραγίσουν με θέρμανση και προσφέρουν μέτρια προστασία από το νερό και τους υδρατμούς. Επίσης υπάρχουν χαρτιά επικαλλυμένα με πλαστικά που παρουσιάζουν διάφορες επιθυμητές ιδιότητες (π.χ. αδιαπερατότητα σε υδρατμούς, αέρια, λίπη κ.λ.π. )ανάλογα με το χρησιμοποιούμενο πλαστικό.

Πλαστικό. Πλεονεκτήματα: Μικρό κόστος σε σχέση με άλλα υλικά Μεγάλο εύρος ιδιοτήτων Μεγάλα περιθώρια μορφοποίησης Μικρό βάρος συνδυασμένο με μεγάλη αντοχή Ευκολότερη διάθεση μετά την χρήση Θερμοσκληρυνόμενα: κυρίως φαινολοφορμαλδεΰδη, συνθετική ρητίνη ουρίας-φορμαλδεΰδης, πολυεστέρες. Θερμοπλαστικά: αποτελούν τα 2/3 των πολυμερών που χρησιμοποιούνται σήμερα.

Πλαστικό. Πολυολεφίνες Υποκατεστημένες ολεφίνες Συμπολυμερή του αιθυλενίου Πολυεστέρες Πολυανθρακικά Πολυαμίδια Ακρυλικά Οξεική κυτταρίνη Αναγεννημένη κυτταρίνη Φύλλα από αργίλιο Φύλλα από χάλυβα Βρώσιμες συσκευασίες Πολυστρωματικές συσκευασίες ( Laminates )

Πολυολεφίνες Πολυαιθυλένιο (PE): ( [-CH2-CH2-]n) : LDPE: Έχει χαμηλή διαπερατότητα στους υδρατμούς ενώ είναι υψηλότερη για τα αέρια. HDPE: Παρέχει εξαιρετική προστασία από την υγρασία ενώ η διαπερατότητα του στο οξυγόνο είναι πολύ μικρότερη από του LDPE. Πολυπροπυλένιο (PP): ( [-CH2-CHCH3-]n) Έχει χαμηλή διαπερατότητα σε υδρατμούς, μέση διαπερατότητα σε αέρια, καλή αντοχή σε λίπη και διαλύτες.

Υποκατεστημένες ολεφίνες. Πολυστυρένιο (PS): Καλός φραγμός για τα αέρια αλλά φτωχός για τους υδρατμούς. Σε αφρώδη ή διογκωμένη μορφή χρησιμοποιείται για την κατασκευή κυπέλλων για ζεστό καφέ καθώς και δίσκων για νωπό κρέας, νωπά φρούτα και λαχανικά. Πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC): ([-CH2-CHCl-]n) με χρήση πλαστικοποιητών γίνεται μαλακό και εύκαμπτο. Το μη πλαστικοποιημένο PVC είναι ανθεκτικό στα λίπη, τα έλαια. Έχει μεγαλύτερη διαπερατότητα στους υδρατμούς από του PE και του PP. Το πλαστικοποιημένο PVC χρησιμοποιείται για την κατασκευή φιαλών νερού, χυμών, φρούτων και βρώσιμων λαδιών και για την κατασκευή βάζων για την συσκευασία καφέ και σοκολατούχων ροφημάτων.

Πολυαμίδια - Νάυλον. Πολυαμίδια (PA): έχουν δεσμούς άνθρακα-καρβονυλίου-αζώτου-άνθρακα. Νάυλον: γενικά έχει υψηλή διαπερατότητα στους υδρατμούς. Το απορροφούμενο νερό έχει πλαστικοποιητική δράση που οδηγεί σε μείωση αντοχής σε εφελκυσμό και αύξηση αντοχής σε κρούση. Νάυλον επιστρωμένα με PVdC έχουν καλύτερες ιδιότητες φραγμού στο οξυγόνο, τους υδρατμούς και το υπεριώδες φως. Η διατήρηση των οσμών είναι εξαιρετική ενώ τα φιλμ είναι άγευστα, άοσμα και μη τοξικά.

Οξεική κυτταρίνη-Αναγεννημένη κυτταρίνη Οξεική κυτταρίνη: Οι μεμβράνες οξεικής κυτταρίνης είναι μετρίως διαπερατές από αέρια και υδρατμούς και γι’ αυτό χρησιμοποιούνται για την συσκευασία προϊόντων που «αναπνέουν» δηλαδή φρούτων και νωπών λαχανικών. Αναγεννημένη κυτταρίνη= Σελοφάν: Έχει καλές ιδιότητες φραγμού στα αέρια και τις οσμές ενώ έχει υψηλή διαπερατότητα στους υδρατμούς. Μεμβράνες μη αδιάβροχής κυτταρίνης : για προστασία τροφίμων από λιπαρά και σκόνη αλλά και διέλευση υγρασίας για να μην αναπτυχθούν μύκητες. Τέτοια τρόφιμα είναι τα κέικ, προϊόντα σοκολάτας και νωπά αλλαντικά. Μεμβράνες αδιάβροχης κυτταρίνης : προϊόντα όπως μπισκότα, ζάχαρη, γλυκίσματα, τσιπς. Σελοφάν χρώματος πορτοκαλί χρησιμοποιείται για συσκευασία τροφίμων πλούσια σε λιπαρά καθώς απορροφά το φως με μήκος κύματος μικρότερο των 540nm και αποτρέπει το τάγγισμα.

Laminates. Χρησιμοποιείται για την συσκευασία μεγάλης ποικιλίας τροφίμων όπως: Αφυδατωμένα και ξηρά τρόφιμα (στιγμιαίες σούπες σε σκόνη, ξηροί καρποί) Στερεά υψηλής υγρασίας (ψάρια, τυριά, κρέας) Υγρά τρόφιμα (γάλα, χυμοί φρούτων) π.χ. Στην χάρτινη ασηπτική συσκευασία του πορτοκαλοχυμού το laminate περιλαμβάνει τα εξής υλικά: φύλλο πολυαιθυλενίου, φύλλο κατεργασμένου χαρτιού, στρώμα πολυαιθυλενίου για συγκόλληση του χαρτιού με το αλουμίνιο, φύλλο αλουμινίου, δύο φύλλα πολυαιθυλενίου για την θερμική συγκόλληση.

Laminates Η επιλογή του καταλληλότερου συνδυασμού εύκαμπτων υλικών συσκευασίας για την κατασκευή ενός laminate εξαρτάται από : Τις ιδιότητες του τροφίμου που πρέπει να συσκευαστεί, Τις ιδιότητες των μεμονωμένων εύκαμπτων υλικών, Τον επιδιωκόμενο σκοπό π.χ. συγκεκριμένος χρόνος συντήρησης του τροφίμου.

Διαπερατότητα- Διάχυση Υπάρχουν δύο τρόποι με τους οποίους τα αέρια και οι υδρατμοί μπορούν να διαπεράσουν τα πολυμερή υλικά: Από πολύ μικρές ή και απειροελάχιστες οπές, ρωγμές και τριχοειδείς πόρους. Με ένα μοριακό μηχανισμό γνωστό σαν «ενεργοποιημένη διάχυση». Τα αέρια και οι ατμοί διαλύονται στην μια επιφάνεια, διαχέονται δια μέσου των μορίων του υλικού λόγω διαφοράς συγκέντρωσης και επανεξατμίζονται στην άλλη πλευρά.

Διάχυση Για την διάχυση ισχύει o νόμος του Fick :

Συντελεστής διαπερατότητας P. (1/ επιφάνεια)*(1/ διαφορά μερικών πιέσεων)

Παράγοντες χαμηλής διαπερατότητας. Μέτρια πολικότητα: όπως αυτή που προσφέρουν το χλώριο, το φθόριο, το νιτρίλιο. Αδράνεια ως προς την διαχεόμενη ουσία. Υψηλή κρυσταλλικότητα. Προσανατολισμός. Δεσμοί ή ελκτικές ομάδες μεταξύ μακρομοριακών αλυσίδων. Υψηλή θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης Tg

Παράγοντες επηρεασμού της διαπερατότητας Μεταβλητές του φιλμ: Εκτεθειμένη επιφάνεια Πάχος φιλμ Παράγοντες που επηρεάζουν το συντελεστή διάχυσης και την διαπερατότητα: Πίεση Θερμοκρασία Φύση υλικού Φύση αερίου

Αλλαγή ιδιοτήτων φραγμού με νανοστοιχεία. Τα νανοστοιχεία είναι ανόργανα εγκλείσματα στην δομή του πολυμερούς που μπορούν να μεταβάλλουν το φράγμα. Ανάμειξη φιλμ πολυολεφίνης και αδρανών ανόργανων εκδόχων μπορεί να μειώσει το ποσοστό μεταφοράς οξυγόνου σχεδόν 4 φορές από το απλό Nylon.

Εγκλείσματα φυλλόμορφων πηλών Εγκλείσματα φυλλόμορφων πηλών Αποτελούνται από φύλλα πάχους 1nm μεταξύ των οποίων παρεμβάλλονται κατιόντα τα οποία μπορούν να αντικα - τασταθούν με άλλα καθιστώντας τους πηλούς λιπόφιλους ( αναμίξιμους με πολυμερή).

Βελτίωση ιδιοτήτων φραγμού . Πολυλακτικό οξύ και φυλλόμορφοι πηλοί. ελεύθερη παράμετρος: μήκος/πάχος φύλλων

Γιατί νανοσύνθετοι φυλλόμορφοι πηλοί; αύξηση του μήκους της διαδρομής στο νανοσύνθετο, σε σχέση με το παραδοσιακό σύνθετο, για ίδιο κλάσμα εγκλείσματος, και τη μείωση, αντίστοιχα, του συντελεστή διάχυσης και της διαπερατότητας.

Συσκευασία στο μέλλον. Συσκευασίες που θα φέρουν στο εσωτερικό τους «ηλεκτρονική γλώσσα» η οποία θα δοκιμάζει πριν από τον καταναλωτή το περιεχόμενο, λ.χ. χυμό, προκειμένου να ελέγξει για το αν είναι αλλοιωμένο. Σε ανάπτυξη βρίσκονται επίσης συσκευασίες με πιο ελαφρά και εύκαμπτα υλικά που είναι ανθεκτικότερα στη ζέστη, στο φως και σε άλλες συνθήκες υπό τις οποίες μπορεί να αλλοιωθούν τα τρόφιμα. Συσκευασίες οι οποίες απορροφούν την υγρασία και το οξυγόνο, επιτρέποντας έτσι τη διατήρηση των τροφίμων για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα. Νανο-υλικά που θα επιτρέπουν στη συσκευασία να «επουλώνει» τις «πληγές» της, αν για παράδειγμα σκιστεί ή τρυπήσει. Νανομόρια με αντιμικροβιακές ιδιότητες και επιφάνειες που απωθούν τους παθογόνους οργανισμούς αναμένεται να έχουν επίσης ευρεία εφαρμογή στα υλικά συσκευασίας και στα μηχανήματα που χρησιμοποιούνται στις διαδικασίες παραγωγής τροφίμων.

Συμπεράσματα. Καταλήγουμε ότι κάθε υλικό συσκευασίας μεμονωμένα έχει τις δικές του ιδιότητες και χαρακτηριστικά. Παρόλα αυτά, μπορούμε να κατασκευάζουμε συσκευασίες με συνδυασμό διαφόρων επιθυμητών ιδιοτήτων, απλά συνδέοντας υλικά, υπό τη μορφή συγκολλημένων φύλλων – φιλμ, όπου το καθένα προσδίδει τις δικές του ιδιότητες. Με τον τρόπο αυτό το τελικό υλικό έχει το σύνολο των ιδιοτήτων των επιμέρους υλικών που συνέβαλλαν στην δημιουργία του. Για παράδειγμα σε ένα τρίφυλλο φιλμ, το εσωτερικό στρώμα μπορεί να είναι από πολυαιθυλένιο, που εμποδίζει την δίοδο της υγρασίας, το μεσαίο να είναι από αλουμίνιο, που εμποδίζει το φως και προσδίδει στεγανότητα και εμφάνιση και το εξωτερικό να είναι από σελοφάν, υλικό που είναι επιδεκτικό στην τυπογράφηση.

Βιβλιογραφία. Αθανασίου Μπουρνάκη, ‘’Συσκευασία τροφίμων- επίδραση χαρακτηριστικών διαπερατότητας στη διατηρησιμότητα’’, Αθήνα 1999 Arthur Hirsch, ‘’Flexible Food Packaging’’, Van Nostrand Reinhold 1991 Π.Πίσσης, ‘’Νανοσύνθετα υλικά’’, σημειώσεις μαθήματος ‘’Οργανικά Νανοϋλικά’’ Brody, Aaron L., ‘’ Nanocomposites raise barrier properties.’’, 2004 Βήμα 17/02/2008 www.wikipedia.org www.pac.gr www.google.com