Food Industry subjects | Higher education » Juhász Réka - Csomagolóanyagok vizsgálata

BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM Biokémiai és Élelmiszertechnológiai Tanszék Élelmiszeranalitikai laborgyakorlat (BMEVEBEU410) No 10 CSOMAGOLÓANYAGOK VIZSGÁLATA 2005./2006 I félév Juhász Réka Tel. 463-14-22 E-mail: juhasz@mail.bmehu 1. ELMÉLETI BEVEZETŐ A csomagolás fontos segítség a mezőgazdasági és ipari termékek tárolásában, raktározásában és szállításában. Az élelmiszerek csomagolásának elsődleges célja, hogy védelmet nyújtson a szennyeződéstől, óvja az élelmiszert a tápérték és minőségcsökkentő hatásoktól. Egyúttal a csomagolóanyag hordozza a fogyasztó védelmét szolgáló, élelmiszerbiztonsági szempontból meghatározó fontosságú információkat, a fogyasztó számára fontos minőségi paramétereket, valamint a felhasználás módjára vonatkozó esetleges javaslatokat. A termékek csomagolását az Magyarországon az Élelmiszertörvény és az Élelmiszerkönyv előírásainak megfelelően

kell kialakítani. Az élelmiszercsomagolás legfontosabb céljai: 1. A fogyasztó számára a minőség megőrzése 2. A gyors, önkiszolgáló forgalom lehetőségének biztosítása 3. A minőség állandóságának, nagyobb távolságokra biztonságosan szállíthatóságának megvalósítása 4. A raktározhatóság biztosítása Az élelmiszercsomagolás funkciói: a, higiénikus forgalomba hozatal b, kis egységekre bontás, a tárolás és forgalomba hozatal megkönnyítésére c, azonosítás lehetősége a minőség, eredet stb. megállapítására d, felvilágosítás, tájékoztatás az összetételre vonatkozóan e, tetszetősség a vásárlókedv fokozására f, biztonságos szállíthatóság lehetővé tétele 1 A csomagolószereknek – szerepük szerint – három nagy csoportját különböztetjük meg: csomagolóeszközök, csomagolóanyagok és járulékos anyagok. Az élelmiszeripar rendkívül bőséges termékválasztékának megfelelően termékei

csomagolására felhasználja az ismert csomagolóanyagok szinte teljes választékát. A legfontosabb csomagolóanyagok: 1. műanyag: fólia, granulátum, lakk, kész műanyag recipiens 2. papír számtalan változatban és célra (tasak, pohár, doboz, karton, dob) 3. fém konzervdoboz, üvegzáró fémeszközök, tubus, fólia 4. üveg öblösüveg, palack, fiola 5. fa (erősen csökkenő mértékben) dugó, láda, hordó, díszdoboz Tágabb értelemben a csomagolóanyagok jelentős része kombinált: fémlapkával zárt öblösüveg, parafa dugóval zárt üvegpalack stb. Szűkebb értelemben a fogalom a kombinált csomagolási anyagokat jelenti: pl. paraffinált papír Előfordulhat többszörös kombináció is: folyadékok aszeptikus csomagolására alkalmazott többrétegű papír, műanyag és fémfólia. A csomagolóanyagok jelentős részét a felhasználó gyár vásárolja, itt elegendő az átvételi paraméterek vizsgálata. Más csomagolóanyagokat a felhasználó

élelmiszerüzem maga állít elő (pl. műanyag flakon) Tekintve, hogy az élelmiszeripari termékek előállítási költsége, illetve fogyasztói ára a csomagolás költségeit is magában foglalja, a megfelelő csomagolóanyag kiválasztása és a csomagolás megtervezése során a gazdaságossági szempontokat is figyelembe kell venni. Az élelmiszerek csomagolására használt hajlékony burkolóanyagok az élelmiszerekkel közvetlenül érintkeznek. Az élelmiszerek burkoló csomagolásra szolgáló anyagok a fogyasztó tájékoztatásán kívül fontos védelmi funkciót is ellátnak. Ezért adott élelmiszer burkoló csomagolására csak olyan burkolóanyag használható, amelynek megvannak a védelmi funkció kielégítésére alkalmas tulajdonságaik.(fény-, gáz-, gőz-, poráteresztés) Fontos követelmény továbbá, hogy a burkolóanyagok az élelmiszert ne szennyezzék, vagyis összetevőik ne legyenek mérgező vagy egészségkárosító hatásúak, illetve a

csomagolt termékbe ne juthassanak át. Különösen a lágyítók és antioxidánsok hajlamosak átoldódásra zsírtartalmú élelmiszerek esetében. A szabványok előírják, hogy az élelmiszeripari célra felhasznált burkolóanyagok milyen komponenseket és milyen maximális mennyiségben tartalmazhatnak. A burkolóanyag vizsgálatokat a következő csoportokba oszthatjuk: - a burkolóanyag azonosítása - geometriai jellemzők meghatározása - áteresztőképesség vizsgálata - kioldódó komponensek vizsgálata 2 2. VIZSGÁLATI MÓDSZEREK A gyakorlat célja: A gyakorlat során a műanyag burkolóanyagok csomagolóeszközök vizsgálatai módszereivel ismerkedünk meg. és a belőlük készült 1. A BURKOLÓANYAG AZONOSÍTÁSA A burkolóanyagok azonosítása rendszerint néhány egyszerű vizsgálati módszerrel, illetve égetési próbával elvégezhető. Néhány fontosabb burkolóanyag esetében az 1 Táblázat megadja néhány égetési próba és egyszerűbb

vizsgálati módszer eredményét, amely elég az azonosításhoz. 2. A BURKOLÓANYAG VASTAGSÁGA A burkolóanyagok vastagsága a felhasználhatóságot lényegesen befolyásolja, a vastagság ingadozása a gyártási eljárás hibáira mutathat rá. A burkolóanyag vastagságát mérhetjük mikrométercsavarral, vagy a sűrűsége alapján: meghatározott felületű fólia tömegmérésével. A gyakorlat során mikrométercsavarral a burkolóanyag 20x20 cm-es mintáján 10 különböző ponton határozzuk meg a vastagságot és minden ponton két leolvasást végzünk. Vigyázunk, hogy a mikrométercsavar szorítása minden esetben azonos legyen. Tíz párhuzamos mérés eltéréséből a mérés pontosságára jellemző szórást (S) számítjuk. Ha a 20 mérési adat átlagértéktől való eltérését számoljuk, az így kapott szórás (Sö) a mérésingadozás és a mérési hiba értékét egyaránt tartalmazza. A méretingadozásra jellemző szórást a két szórás

figyelembevételével a következő összefüggésből számítjuk: Sm2 = Sö2 – S2 ahol Sm = a méretingadozásból eredő szórás. A burkolóanyag vastagságának jellemzésére x és Sm értékét adjuk meg, a mérés pontossága S értékével jellemezhető. A mérési hibát a következő képlet alapján számíthatjuk ki: t⋅s Hiba = n n = mérések száma s = szórás t = Student-féle t-eloszlás paramétere 3. A BURKOLÓANYAG ÁTERESZTŐKÉPESSÉGE A burkolóanyagok alkalmasságának elbírálásában a nedvesség-, gáz-, fény-, és az aroma-áteresztő képesség a legfontosabb. A gyakorlat során a kapott minta vízgőz- illetve aromaáteresztő-képességét vizsgáljuk. 3 A) Vízgőzáteresztő-képesség meghatározása A burkolóanyagok vízgőzáteresztőképességének meghatározására a gravimetriás eljárás terjedt el. A mintából sablon segítségével 60 mm átmérőjű körlapot vágunk ki és az 1. ábrán bemutatott, 10 cm3 desztillált vizet

tartalmazó edény csapzsírral vékonyan bevont szájára helyezzük, majd a leszorítófedéllel rászorítjuk. Ezután az edény tömegét analitikai mérlegen 0,1 mg pontossággal meghatározzuk (m1), és 50°C-os szárítószekrénybe helyezzük, amelyben kalcium-klorid segítségével 0% relatív 1. ábra páratartalmú légteret állítottunk be. Egy Edény vízgőz áteresztés meghatározásához óra (t) múlva az edény tömegét ismét meghatározzuk (m2) és a vízgőzáteresztő képességet (ÁK) a következő képlettel számoljuk: ÁK = ÁK=áteresztő képesség (m1 − m2 ) * 24h p * A (t − t 0 )   g   2  nap ⋅ m ⋅ bar  m1 = edény kezdeti tömege [g] m2 = edény tömege t idő múlva [g] p = telített vízgőz nyomása 50°C-on p = 92,51 torr = 0,121724 bar A = minta felülete A = 19,63 cm2 = 0,001963 m2 t = mérés időtartama [h] t0 = áttörési idő [h] B) Aromaáteresztő-képesség meghatározása A burkolóanyagok

aromaáteresztő-képességének meghatározása komplex feladat, mivel a legtöbb élelmiszer-aroma igen sok komponensből áll és ezek egymás áthaladását befolyásolhatják. Némely komponens az eredeti aromában is csak igen kis koncentrációban van, így érthető, hogy az áteresztett csekély mennyiség meghatározása igen nagy módszertani problémákat vet fel. Az aromaáteresztő-képesség félkvantitatív becslésére érzékszervi módszert használhatunk. Burkolóanyagok áteresztőképességének összehasonlítására adott aromakomponens áteresztési kinetikájának vizsgálatával kaphatunk felvilágosítást. 4 Szenzorikus módszer: A vizsgálathoz a csomagolandó élelmiszert használhatjuk, ha azonban aromája gyenge, vagy nem jellegzetes, akkor célszerű könnyen adagolható, intenzív illatú és jellegzetes aromájú terméket felhasználni. Javasolható vanilin, ánizs, szegfűszeg, bors vagy hagyma. Figyelembe kell venni, hogy ebben az esetben

eredményeink csak tájékoztató jellegűek lesznek. A mintákból 5,5x5,5 cm-es párnácskákat készítünk. A lezárás hegesztéssel, illetve, ha a burkolóanyag nem hegeszthető, akkor cellux ragasztóval végezhető el. Minden párnácskába azonos mennyiséget (pl. 4 szem szegfűszeget) mérünk az aromaforrásból A lezárt csomagokat 250 cm3 térfogatú csiszolatos porüvegbe tesszük. A porüvegeket 1 órára 50°C-os szárítószekrénybe helyezzük. Miután kivettük, szaglás alapján megállapítjuk a szagerősség sorrendjét. A kapott rangsorszámokból átlagértéket számolunk és kiszámoljuk a rangszámok szórását is. A szag erőssége arányos a rangsorszámmal Gázkromatográfia Az aromaáteresztő képesség statikus mérésére a 2.ábrán bemutatott edény szolgál Az edény alsó felében helyezzük el az aromaanyag forrását, amely az aromaanyag számára a vizsgálati hőmérsékleten telített légteret (donor tér) biztosít az edény alsó

felében. Gumigyűrűvel és csapzsírral tömítve a két tér között helyezkedik el a burkolóanyag. A felső fogadótér tetjén gumilapka van, amelyen keresztül a légtér aliquot része kiszívható és a gázkromatográfba vihető. Az aromakomponenseket elválasztjuk és koncentrációjukat mennyiségileg meghatározzuk.A áteresztőképességet a következő összefüggéssel számíthatjuk: A= C0 V ln R ⋅ F ⋅ T ⋅ t C0 − C [ A = áteresztőképesség mol ⋅ m −2 ⋅ s −1 ⋅ Pa −1 ] V = fogadótér térfogata [m3] F = áteresztő felület [m2] T = hőmérséklet [K] [ R = gázállandó J ⋅ mol −1 ⋅ K −1 t = diffúziós idő [s] 2. ábra Edény aromaáteresztés meghatározására ] [ C0 = telített légtér koncentrációja mol ⋅ m −3 ] [ C = a t időpontban mért légtér-koncentráció mol ⋅ m −3 ] 5 4. KIOLDÓDÓ KOMPONENSEK VIZSGÁLATA A burkolóanyag és az élelmiszer között alapvetően kétféle kölcsönhatás léphet

fel: 1. az élelmiszerből aroma vagy egyéb komponensek oldódhatnak át a burkolóanyagba, miáltal jelentősen csökkenhet az élelmiszer minősége, élvezeti értéke 2. A burkolóanyagból szennyező anyagok (pl lágyító) oldódhatnak át az élelmiszerbe A burkolóanyagok élelmiszer-szennyező hatásának vizsgálatára leggyakrabban az oldási próbákat használják. A burkolóanyagot éterrel, benzollal vagy egyéb, az alapanyagot nem oldó apoláros oldószerrel, illetve vízzel, sóoldatokkal vagy alkohololdatokkal extrahálják, és az alkalmasságra a kioldódott anyagok mennyiségéből következtetnek. A kioldódott anyagok monomermaradványok, oligomerek, lágyítók, antioxidánasok vagy egyéb, feldolgozást elősegítő adalékanyagok lehetnek. Sok vegyülettípus súlyos mérgezést okozhat, ezért élelmiszeripari burkolóanyagként való felhasználásuk tilos. A kioldási próbák során gyakran a kioldódott komponensek gravimetriás meghatározását

végzik el, legtöbbször azonban szükséges lehet az egyes komponensek azonosítására és mennyiségük meghatározására is. Idegen szagkomponensek: gyakran elegendő annak megállapítása, hogy a burkolóanyagnak van-e valamilyen idegen szaga. Erre az alaposan összegyűrt, megdörzsölt burkolóanyag megszagolása is elegendő lehet. Lágyítótartalom kimutatása és meghatározása éteres kioldás után vékonyréteg kromatográfiás módszerrel lehetséges. Felhasznált irodalom: Dr. Telegdy Kováts László, Szilasné Kelemen Magda Élelmiszerek burkoló csomagolása Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1962. Dr. Sebők András Élelmiszerbiztonság, minőségbiztosítás Műegyetemi Kiadó, Budapest, 1997. 6 Lágy maradandóan rugalmas, törik törési nyom nincs szétszalad. enyhén részint szétszalad metapad kézzel nem szakítható, alig nyúlik Hajtogatás Elektrosztatikus viselk. dörzsölésre Szakítási, nyújtási próba Vízcsepp próba nem pozitív

kissé lassabban tűnik el sima, enyhén sima, tapad enyhén tapad feltöltődik pozitív pillanatszerű en eltűnik Bellstein próba Bepárásodás rálehelésre Tapintás erősen savas sósav szag paraffinszag erősen savas sósav szag nem nedvesít gömbbé áll össze nyúlik, egyenesen szakad nem nedvesít, gömbbé áll össze gumiszerűen nyúlikcakkos szakítási profil feltöltődik nem maradó élnyom nincs maradó élnyom feltöltődik nem nyúlik, egyenesen szakad gömbbé áll össze maradó élnyom zsírostapintás celofánszerű ú, hangosan fogás, tapad, zörög zörög sima, zsíros tapintású megolvad, bomlik sárgás szín semleges édeskés szag, fehér gőz negatív nem párásodik csepeg vízbe cseppentve izzik és tovább ég meggyújtva tovább ég, sárga láng, erősen kormozó Polisztirol negatív nem párásodik paraffinszag megolvad nem világító kékes láng nem sistereg hasonló a polietilénhez Polipropilén negatív erősen

párásodik megolvad színtelen bomlik sárgás bomlik sötétbarna Izzítási próba (lassú hevítés kémcsőben) Keletkezett gőzök kémhatása, szaga folyamatos lecseppenés vízben viaszszerű lemezzé áll össze meggyújtva tovább ég láng magja kékes színű Polietilén kormozó láng nem csepeg, fekete maradék lángban ég, azon kívül elalszik, sárga láng, kékessárg erősen a láng, kormozó, esetleg nem csepeg, világító, lángban ég, azon kívül elalszik, Kemény PVC fekete maradék Égetési próba Próba Anyag erősen lúgos szúrós, égettszaruszag negatív pillanatszerűen eltűnik megolvad, bomlik cseppen (barna) meggyújtva tovább ég kékessárga széllel folyamatosan Supronyl (nem feszített) feltöltődik nem nedvesít gömbbé áll össze sima profilú szakítási felület nem kézzel nem szakítható kissé elterül és tapad jól látható törés rugalmasabb sima, tapadó hangosan zörög enyhébben zörög erősen

lúgos szúrós, égettszaruszag negatív pillanatszerűen eltűnik megolvad, bomlik cseppen (barna) meggyújtva tovább ég kékessárga széllel folyamatosan Poliamid Rilsan (feszített) bomlik, elszenesedik meggyújtva tovább ég világos lánggal Regenerált cellulóz (celofán) látható élnyom nem törik be nem nedvesít vizet felveszi, gömbbé áll puhul, duzzad össze kézzel nem könnyen szakítható szakítható,egy enes szakítási felületek feltöltődik nem maradó élnyom tapadó sima merev, zörgő, zörög pattogó hang semleges égettpapírsza g negatív negatív pillanatszerűe nem n eltűnik párásodik megolvad, bomlik kissé sárgás semleges édeskés szag narancssárga láng erősen kormozó vízbe csepegve viaszos lemezzé dermed Poliészter erősen feltöltődik kézzel nem szakítható, nem nyúlik nem nedvesít gömbbé áll össze maradó élnyom, de nem törik el enyhén tapad pozitív nem párásodik erősen hevítve megfeketedik

(üveg vörös izzáskor) erősen savas fojtó kénsavszag meggyújtva nem ég tovább nem cseppen el lángba tartva világos lánggal ég Teflon 7 MELLÉKLET A polietilén: a legegyszerűbb szerkezetű szintetikus polimer. Az etilén polimerizálására alkalmas eljárások a gyártási nyomás nagyságában és a katalizátor minőségében különböznek egymástól. A különböző eljárással készült hártyák természetesen a szerkezetüknek megfelelően egymástól eltérő tulajdonságúak. A polietilén hártyák színtelenek, íztelenek és szagtalanok; mérgező anyagtól mentesek, kémiai hatásoknak, oldószereknek 60°C-ig ellenállnak. Fizikai tulajdonságaik is jók: nyújthatók, de nem rugalmasak, hajlíthatók és különösen nagy a szakítószilárdságuk. A hártyák nem higroszkóposak, nem érzékenyek a légköri nedvesség változásaira. A vízgőzt nem eresztik át, gázellenállásuk közepes A polietilén fóliák inert, nem ragadó, jól

hajlítható, tartós burkolóanyagok. Az élelmiszeriparban és .kereskedelemben nagy a jelentőségük, mert lélegző csomagolásra alkalmasak és hőkezeléssel (hegesztéssel) zárhatók. Alkalmazásuk hátrányai a következők: nem átlátszóak csak áttetszőek, viszont csak a látható fényt szűrik, az ultraibolya és az infravörös sugárzást átengedik. Jelentős mértékben átengedik az illóolajokat és illékony szerves anyagokat (aroma). A besugárzás esetleges hátrányos hatásának csökkentése érdekében gyakran adalékolnak hozzá az élelmiszerekre káros antioxidánsokat. A polietilén hártyák nem gyúlékonyak, de meggyújtva könnyen elégnek Könnyen tapadnak össze, ez gépi feldolgozásukat megnehezíti. A nyomdafestékek tapadását csak különböző előkezelésekkel érhetjük el. PVC (poli-vinilklorid): Az acetilénből és sósavból előállított vinilklorid monomer könnyen polimerizálódik. A PVC élelmiszeripari felhasználására két

lehetőség van: a lágyítómentes feldolgozás és a kopolimerizáció. A lágyítómentes kemény hártyát extrudálással, majd hidegen húzással készítik. Íz- és szagmentesek, átlátszóak (bár színezhetők) Vízzel, tengervízzel, gázokkal, folyadékokkal, zsírokkal, olajokkal szemben ellenállók: a legtöbb zamatanyagot visszatartják. Hegesztéssel zárhatók, eredményesen nyomtathatók. Szakítószilárdsága meglepően nagy, húzószilárdsága azonban kicsi. A PVC élelmiszercsomagolási felhasználásának másik lehetősége, hogy egyéb vinilszármazékkal kopolimerizálják és hártya alakjában dolgozzák fel. A kopolimerizálással a hártya hajlékonysága nő, olvadáspontja csökken Feldolgozhatósága javul anélkül, hogy vegyszerállósága csökkenne. A teflon (politetrafluoretilén) csak 320°C felett lágyul, eddig a hőmérsékletig nem oldódik, és nem duzzad semmiféle oldószerben. Korróziónak, oxidációnak, savnak jól ellenáll: csak az

olvasztott fémek és a fluor támadják meg magas hőmérsékleten. Mechanikai sajátságai közül kiemelhető a húzószilárdsága. Mindenféle igénybevételnek ellenáll, így védőhatása igen jelentős. A polipropilénnek jelentős (100°C feletti) a hőtűrése, tehát sterilezhető. Magas hőmérsékleten is alaktartó, jó húzószilárdsággal jellemezhető. Kiválóan ellenáll a kémiai hatásoknak, vizet és vízgőzt nem ereszti át, olívaolajat biztosan zár. Hegesztőpálcával kifogástalanul zárható. A polisztirol a vinilszármazékok közé tartozik. Benzolból és etilénből dehidrogénezéssel vagy klórozással előállított monomerből aránylag könnyen polimerizálható. Sajátságai a polimerizáció fokával függnek össze. Szerkezete amorf, nyújtás hatására makromolekulái kiegyenesednek, s szilárdsága ilyenkor a nyújtás irányában jelentősen megnő. Alacsony olvadáspontja és törékenysége miatt burkolóhártyaként ritkán

használják, bár íztelen és szagtalan, alaktartó, sőt bizonyos szaganyagokra szelektív: visszatartja pl. a hagyma, és a pörkölt kávé szagát, viszont az illatszerek és menta szagát átereszti. Élelmiszerek csomagolására inkább dobozok alakjában használják. 8 A poliészterek többértékű alkoholból és több-bázisú savakból kondenzációval keletkező nagymolekulájú anyagok. Hártyákat a glükol- és tereftálsav-poliészterekből készítenek Átlátszó és áttetsző minőségben készíthető, alaktartók és szilárdak. szakítószilárdságuk az átlagacélénak 1/3aVékonyságuk akár 6µm is lehet Vízgőzáteresztésük közepes, gázáteresztő-képességük jelentéktelen, kémiai ellenállásuk igen jó. Kiválóan hajtogathatóak, hajlékonyak Hőimpulzussal jól zárhatók. A poliészterek egyik legismertebb típusa a polietilén-tereftalát (PET), amely a .törhetetlen műanyag palackok alapanyaga. A PET tereftálsav és etilénglikol

polikondenzációjával állítható elő. A poliészterek közeli rokonai a poliamidok, amelyek kiindulási vegyületei a diaminok és di- vagy aminokarbonsavak. Adipinsavas hexametiléndiaminból különböző kombinációkban pl kaprolaktám felhasználásával áttetsző, kiváló mechanikai sajátságú, csaknem oldhatatlan hártyák állíthatók elő. Vízálló, káros oldhatóanyagokat nem tartalmaz, tehát higiéniai szempontból is kifogástalan. Hőálló, hajlékony, kopásálló, jó szakítószilárdsággal rendelkezik Olvadáspontja magas, de hőimpulzussal zárható, mélynyomással nyomtatható. A celofán (regenerált cellulóz) gyártásához először fából vagy egyéb cellulóztartalmú nyersanyagokból tiszta cellulózt készítenek. A hártyaképződéhez a cellulózt oldani kell; ehhez a cellulózmolekula bizonyos mértékű lebontására, eltördelésére van szükség. A legtöbb regenerált cellulózhártya (celofán) viszkóz eljárással készül. A

celofánt lapok, tekercsek és varratnélküli tömlők alakjában hozzák forgalomba. A hártyák higroszkóposak, víztartalmukat a levegő nedvességtartalma szerint változtatják; ez pedig hajlékonyságukat is megváltoztatja. A száraz cellulózhártya mechanikai igénybevételre erős, szakítószilárdsága tekintélyes. A cellulózhártyák gázáteresztő-képessége a nedvességtartalomtól függ: a száraz hártya oxigént, illetve levegőt alig enged át, a nedves permeabilitása fokozott. A celofán vízgőzvisszatartó-képessége kicsi Olajokat, zsírokat visszatart, a legtöbb szerves oldószernek ellenáll, csak erős ásványi savak és alkáliák támadják meg. Az egyszerű cellulózhártyákra a szöveg jól nyomtatható, a hártyák aránylag sok egyszerű összetételű anyaggal ragaszthatók. A celofánhártyákból készített zacskók, tasakok kedvelt élelmiszer burkolóanyagok, mert jól felhasználhatóak minden olyan esetben, amikor rövid időtartamra

higiénikus védelem szükséges. 9