吳瑞平

(合肥通用機械研究院,合肥 230031)

貼體包裝技術及應用

吳瑞平

(合肥通用機械研究院,合肥 230031)

本文論述了貼體包裝技術原理、應用及發(fā)展,特別是在食品真空貼體包裝方面的應用。關鍵字:貼體包裝;真空貼體包裝;食品真空貼體包裝;應用

1 貼體包裝技術原理及應用

1.1 技術原理

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,其應用歷史長,適用范圍廣,目前在國際上一直廣為流行。

貼體包裝的工藝過程為: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 應用

貼體包裝主要應用的產(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多年來在食品行業(yè)也廣泛應用,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,而且保質期長,食用方便。

2 貼體包裝特點

1)無需任何模具,可將產(chǎn)品一次密封包裝成型,經(jīng)濟、高效;2)可對不同大小、不同形狀的產(chǎn)品進行單獨或組合包裝,方便、靈活;3)包裝產(chǎn)品清晰可見,立體感強,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,可降低倉貯、運輸成本。

貼體包裝食品除具備以上特點外還有以下優(yōu)越性:

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

3 貼體包裝的技術發(fā)展進程

貼體包裝于上世紀60年代在歐洲、美國、日本等地區(qū)和國家興起,隨后在世界其他地區(qū)逐漸得到推廣應用,我國于80年代末引入該項包裝技術,對于改善國內(nèi)商品包裝狀況發(fā)揮了重要作用。

貼體包裝的應用,必須有相應的包裝設備及包裝材料與之配套方可實現(xiàn),歐美、日本等發(fā)達國家歷經(jīng)40余年的發(fā)展,在貼體包裝機及專用包裝材料兩方面均取得較大進展,隨著應用領域的擴大,貼體包裝機和包裝材料的技術品種、規(guī)格已日趨完善和成熟。國內(nèi)經(jīng)過30年的發(fā)展在此行業(yè)已形成一批設備專業(yè)制造廠家,貼體專用包裝材料的研發(fā)也受到廣泛關注。

4 分類、結構組成及基本技術要求

4.1 分類

目前貼體包裝機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和包裝物為食品的真空貼體包裝機。

由于包裝對象的不同,兩類包裝機的結構也各不相同,各有特點,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中按自動化程度、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外形圖

4.2 結構組成、包裝工藝過程及技術要求

4.2.1 一般貼體包裝機(即非食品類貼體包裝機)

用于包裝小五金等物品的一般貼體包裝機其外形如圖2,主要由以下幾部分組成:

該類貼體包裝機的包裝工藝過程(見圖3):

圖3 非食品類一般貼體包裝機工藝過程

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)啟動真空裝置,在真空負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,取出包裝成品并進行分切。

現(xiàn)對該類機型的主要結構作如下說明,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式即可前后移動,而瞬熱式加熱均勻,迅速高效,加熱時間可控。

(2)真空裝置

真空裝置由真空泵、真空室及相應連接管路組成,真空室為一密閉腔室,上部作為工作臺用。工作時,包裝底板置于工作臺上,由于底板具有透氣功能,當真空泵開啟抽真空時,覆蓋物品的貼體膜與底板間形成負壓,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,其性能應達到抽力大、噪聲低、適于長時間連續(xù)工作的要求。

真空裝置抽真空時間及加熱裝置的加熱時間均應可調(diào)可控,其調(diào)整應根據(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構兩部分。夾持機構由上下2個長方形膜框絞接而成,上膜框可繞絞鏈開閉,當薄膜送入上下膜框之間后,將上膜框閉合,此時薄膜被上下膜框夾緊并由夾鉤固定,結構示意圖如圖4。

圖4 薄膜夾持裝置結構示意圖

夾持機構可上下移動,使薄膜接近或遠離加熱裝置,以便軟化薄膜或進行真空貼體包裝。其上升或下降均應有安全保護,以保證人身及設備安全。

(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,即由多個滾筒并列構成。根據(jù)物流需要有左進右出及右進左出二種輸送方式。

(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,有關參數(shù)及時序確定后,機器便按其自動完成。

4.2.2 食品真空貼體包裝機

按自動化程度,食品真空貼體包裝機可分為:手動單室式、手動雙室式以及自動連續(xù)式三種。產(chǎn)品規(guī)格:對手動式真空室尺寸,按其寬度、長度劃分;對自動式按最大托盤尺寸,即其寬度、長度區(qū)分。機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 手動單室貼體包裝機

(1)如圖6所示,該機主要結構包括

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)和機架。

(2)包裝工藝過程

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

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)上下工作室同時抽氣,此時受負壓作用上下室自動緊閉;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 手動單室貼體包裝機結構圖

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

以上包裝工藝過程如圖7所示,其包裝速度約為每分鐘6個循環(huán)。

圖7 手動單室式貼體包裝機包裝工藝過程

(3)主要結構簡介

1)下工作室

下工作室為本機核心部件,整個貼體包裝在此完成。為保證足夠的氣密性及機械強度,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食品進行貼體包裝,二室結合處有密封條密封。上工作室氣密性、機械強度、材料、加工等技術要求與下室相同。

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,以便上室抽氣時將薄膜上吸加熱,為防止薄膜加熱時與加熱板粘連,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,并可對拉出的薄膜進行展平、導向及切斷。

5)頂料裝置

頂料裝置由真空氣缸及托板構成,氣缸固定在下工作室底部,托板與氣缸活塞相連,活塞上下運動時托板隨之升降,從而將包裝成品頂出或將待包裝食品送入下工作室。

4.2.2.2 手動雙室式貼體包裝機

該機型有兩個下工作室,二者輪番交替工作,共用一個上工作室,工作效率較高,包裝速度約為每分鐘8個循環(huán),這是與手動單腔式不同之處。其結構組成及貼體包裝工藝過程與手動單室完全相同。

4.2.2.3 自動連續(xù)式貼體包裝機

自動連續(xù)式機型的工作原理如圖8。

圖8 自動連續(xù)式貼體包裝機工作原理圖

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送入真空室,上膜經(jīng)過加熱裝置時被加熱軟化,進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,包裝成品排出后進行分切。

該機型由于自動連續(xù)作業(yè),生產(chǎn)效率較高,每分鐘最高可達10～15個循環(huán)。

5 貼體包裝機包裝材料選擇

5.1 貼體包裝機包裝材料技術要求

要想得到預期的貼體包裝效果,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,對金屬制品還應具有防銹功能,對電路板等電子組件及電子元器件還應有抗靜電功能。

2)食品類產(chǎn)品真空貼體包裝

除必須達到上述一般要求外,還應具備以下條件:

①無毒、無污染、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)品時抗油性優(yōu)異;

④包裝產(chǎn)品需冷凍儲藏時,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到以下要求:

①具有較高的強度、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、無毒、衛(wèi)生;

③良好的透氣性,以便于通過完成抽真空吸氣實現(xiàn)貼體包裝;易于實現(xiàn)機械化、自動化包裝。

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 貼體包裝機包裝材料市場現(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題,提高了包裝質量;

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)來選定,拉伸比越大選用薄膜越厚;薄膜寬度按貼體包裝機工作室寬度選擇。

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,對于無粘合功能薄膜,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)品說明等標記的彩色圖案。為了便于抽真空吸氣,加工底板時在紙板上打有許多小孔。對無粘合功能薄膜,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)開發(fā)了多種食品專用真空貼體包裝薄膜,其針對性更強,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:對氧氣高阻隔性,可有效延長食品保質期;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,主要用于全自動連續(xù)式貼體包裝機;

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。

2)底板

底板應根據(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合片材(頂、底面為塑料、中間復以紙板或鋁箔);托盤式制成一定形狀的淺盤,盤的形狀對貼體質量影響較大,一般要使盤的四周與底面帶有平滑的圓弧過滑,以保證復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。

底板及淺盤材料應采用PS、PET以及無毒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,安徽當涂人,合肥通用機械研究院高級工程師,長期從事包裝機械的研發(fā),境內(nèi)外發(fā)表論文20余篇。