牛奶包裝及包裝材料的應(yīng)用

1、河南科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)牛奶包裝及包裝材料分析及研究一、 產(chǎn)品現(xiàn)狀及包裝要求1. 牛奶簡(jiǎn)介牛奶是牛乳的俗稱。牛奶，最古老的天然飲料之一，顧名思義是從雌性奶牛身上所擠出來(lái)的。在不同國(guó)家，牛奶也分有不同的等級(jí)，目前最普遍的是全脂、低脂及脫脂牛奶。目前市面上牛奶的添加物也相當(dāng)多，如高鈣低脂牛奶，就強(qiáng)調(diào)其中增添了鈣質(zhì)。牛奶含有豐富的礦物質(zhì)、鈣、磷、鐵、鋅、銅、錳、鉬的含量都很多。最難得的是，牛奶是人體鈣的最佳來(lái)源，而且鈣磷比例非常適當(dāng)，利于鈣的吸收。種類復(fù)雜，至少有100多種，主要成份有水、脂肪、磷脂、蛋白質(zhì)、乳糖、無(wú)機(jī)鹽等。每100克牛奶所含營(yíng)養(yǎng)素如下：熱量(54.00千卡) 、蛋白質(zhì)(3.00克) 、

2、脂肪(3.20克) 、碳水化合物(3.40克) 、維生素A(24.00微克) 、硫胺素(0.03毫克) 、核黃素(0.14毫克) 、尼克酸(0.10毫克) 、維生素C(1.00毫克) 、維生素E(0.21毫克) 、鈣(104.00毫克) 、磷(73.00毫克) 、鈉(37.20毫克) 、鎂(11.00毫克) 、鐵(0.30毫克) 、鋅(0.42毫克) 、硒(1.94微克) 、銅(0.02毫克) 、錳(0.03毫克) 、鉀(109.00毫克) 、膽固醇(15.00毫克) 。一般牛奶的主要化學(xué)成分含量如下：牛奶牛奶(15張)水分：87.5%脂肪：3.5-4.2%蛋白質(zhì)：2.8-3.4%乳糖：4.6

3、-4.8%無(wú)機(jī)鹽：0.7%左右牛奶中的無(wú)機(jī)鹽也稱礦物質(zhì)。牛奶中含有Ca2+、Mg2+、K+、Fe3+等陽(yáng)離子和PO43-、SO42-、等陰離子；此外還有微量元素I、Cu、Zn等。大自然中的鈣是以化合態(tài)存在的，只有被動(dòng)、植物吸收后形成具有生物活性的鈣，才能更好地被人體所吸收利用。牛奶中含有豐富的活性鈣，是人類最好的鈣源之一，1升新鮮牛奶所含活性鈣約1250毫克，居眾多食物之首，約是大米的101倍、瘦牛肉的75倍、瘦豬肉的110倍，它不但含量高，而且其中的乳糖能促進(jìn)人體腸壁對(duì)鈣的吸收，吸收率高達(dá)98%，從而調(diào)節(jié)體內(nèi)鈣的代謝，維持血清鈣濃度，增進(jìn)骨骼的鈣化。吸收好對(duì)于補(bǔ)鈣是尤其關(guān)鍵的。故“牛奶能補(bǔ)鈣

4、”這一說(shuō)法是有其科學(xué)道理的。牛乳的化學(xué)組成，因牛的種類、年齡、飼養(yǎng)方法、采乳時(shí)間， 生活及健康狀況、氣溫等不同而各異。每100 g 牛乳含硫胺素0 .04 mg , 核黃素0 .13 mg , 尼克酸0 .2 mg , 抗壞血酸1 mg , 維生素A140 IU。牛乳中的蛋白質(zhì)主要是含磷蛋白質(zhì)，也含白蛋白及球蛋白。此三種蛋白質(zhì)都含全部必需氨基酸。牛乳的脂肪主要是棕櫚酸、硬脂酸的甘油酯，也含少量低級(jí)脂肪酸如丁酸、己酸、辛酸等。此外，還含少量卵磷脂、膽甾醇、色素等。目前市場(chǎng)上的牛奶及其制品主要可分為：純牛奶、乳飲料、酸牛奶、消毒牛奶。純牛奶：是采用100%優(yōu)質(zhì)生鮮牛乳為原料，經(jīng)過(guò)二次超高溫滅菌或瞬

5、間超高溫滅菌精致而成，純牛奶爽口而不粘口。 乳飲料：市場(chǎng)上常見(jiàn)的各種花色牛奶飲品和乳酸菌飲料，都屬于乳飲料，其中只含不超過(guò)50%比例的牛奶，且里面也加入了一些香料、食用香精等經(jīng)調(diào)制而成。酸牛奶：在加工過(guò)程中添加了發(fā)酵劑而制成的乳制品，呈低粘度的均勻狀態(tài)。酸奶按照生產(chǎn)時(shí)所用原料的不同，一般可分為純酸奶、調(diào)味酸奶、果料酸奶。需在26下保存，保質(zhì)期比較短，一般是620天。 消毒牛奶：用優(yōu)質(zhì)生鮮牛乳為原料，經(jīng)均質(zhì)處理，并采用瞬間超高溫滅菌后制成的。利樂(lè)消毒奶常溫保存30天，用巴士殺菌方法制成的消毒牛奶，如一般的塑膠包消毒鮮奶，常溫保存36天。2. 牛奶的包裝要求為了適應(yīng)牛奶高速自動(dòng)灌裝機(jī)的要求，牛奶包

6、裝膜在生產(chǎn)時(shí)必須滿足以下幾方面的性能要求：(1). 滑爽性能薄膜的內(nèi)外表面應(yīng)當(dāng)具有良好的滑爽性，以確保其在高速自動(dòng)灌裝機(jī)上能夠順利地進(jìn)行。因此，薄膜的內(nèi)外表面摩擦系數(shù)一般要求在0.2-0.4之間，且外/外摩擦系數(shù)內(nèi)/內(nèi)摩擦系數(shù)。薄膜的滑爽性主要是由原料中和外添加滑爽劑來(lái)實(shí)現(xiàn)的?；瑒┩ǔＪ怯退狨０坊蚪嫠狨０罚蚋叻肿訜o(wú)機(jī)合成物。它與高分子的聚乙烯只是物理混合，不能很好地相容，分子熱運(yùn)動(dòng)使其逐漸向表面遷移，聚積成均勻的薄層，能夠顯著地降低薄膜的摩擦系數(shù)，使薄膜具有良好的滑爽效果。但牛奶膜的滑爽劑添加量必須嚴(yán)格控制，在能保證自動(dòng)灌裝的前提下不能過(guò)多，過(guò)多的滑爽劑遷移到薄膜表面會(huì)影響到薄膜的印刷適性

7、，降低油墨的附著牢度和熱封強(qiáng)度。要根據(jù)設(shè)備、生產(chǎn)工藝、灌裝要求、外界環(huán)境、內(nèi)容物和保質(zhì)期要求等調(diào)整滑爽劑用量，建議原料PE采用不含滑爽劑的粒子。另外，滑爽劑的種類選擇非常重要，這將影響到奶膜的異味問(wèn)題。(2). 拉伸性能由于在灌裝過(guò)程中塑料薄膜要受到來(lái)自自動(dòng)灌裝機(jī)的機(jī)械拉力的作用，要求薄膜必須具有足夠的拉伸強(qiáng)度，防止在自動(dòng)灌裝機(jī)拉力作用下變形或被拉斷。在薄膜配方中可選用拉伸強(qiáng)度較好的LLDPE或者HDPE來(lái)提升拉伸強(qiáng)度。(3). 熱封性能薄膜自動(dòng)包裝最擔(dān)心的就是漏封、虛封、粘刀等導(dǎo)致破袋問(wèn)題，灌裝速度越快熱封要求越高。優(yōu)良的熱封性能應(yīng)包括：高的熱封強(qiáng)度，保證封口在運(yùn)輸過(guò)程中不會(huì)破損；高的熱粘強(qiáng)

8、度，保證薄膜在熱切斷灌裝時(shí)封口的完好性；寬的熱封溫度范圍，保證因外界因素引起的一定溫度范圍內(nèi)正常封合；良好的封斷性，保證薄膜在熱切斷時(shí)，能夠順利切斷無(wú)拉絲粘刀現(xiàn)象；一定的封口抗污染性，保證封口在有夾雜物時(shí)仍具有一定的熱封強(qiáng)度。在薄膜配方中添加一定比例的LLDPE和MLLDPE對(duì)提高熱封性能有較大幫助，但含量過(guò)高會(huì)影響切斷效果。(4). 表面潤(rùn)濕張力薄膜的內(nèi)外表面應(yīng)當(dāng)具有良好的滑爽性，以確保其在高速自動(dòng)灌裝機(jī)上能夠順利地進(jìn)行。因此，薄膜的內(nèi)外表面摩擦系數(shù)一般要求在0.2-0.4之間，且外/外摩擦系數(shù)內(nèi)/內(nèi)摩擦系數(shù)。薄膜的滑爽性主要是由原料中和外添加滑爽劑來(lái)實(shí)現(xiàn)的?；瑒┩ǔＪ怯退狨０坊蚪嫠狨０罚?/p>

9、或高分子無(wú)機(jī)合成物。它與高分子的聚乙烯只是物理混合，不能很好地相容，分子熱運(yùn)動(dòng)使其逐漸向表面遷移，聚積成均勻的薄層，能夠顯著地降低薄膜的摩擦系數(shù)，使薄膜具有良好的滑爽效果。但牛奶膜的滑爽劑添加量必須嚴(yán)格控制，在能保證自動(dòng)灌裝的前提下不能過(guò)多，過(guò)多的滑爽劑遷移到薄膜表面會(huì)影響到薄膜的印刷適性，降低油墨的附著牢度和熱封強(qiáng)度。要根據(jù)設(shè)備、生產(chǎn)工藝、灌裝要求、外界環(huán)境、內(nèi)容物和保質(zhì)期要求等調(diào)整滑爽劑用量，建議原料PE采用不含滑爽劑的粒子。另外，滑爽劑的種類選擇非常重要，這將影響到奶膜的異味問(wèn)題。(5). 阻隔性能要求包裝材料具有阻氧、阻光、防潮、保香、防異味功能，要根據(jù)不同的內(nèi)容物、保質(zhì)期、生產(chǎn)設(shè)備、

10、貯存條件等選擇阻隔材料。一方面要保證外部環(huán)境中細(xì)菌、塵埃、氣體、光、水份等不能進(jìn)入包裝袋中；另一方面是要求包裝材料本身穩(wěn)定性好，不吸收異味，小分子難遷移；還有是保證牛奶中所含水份、油脂、芳香成分、對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量必不可少的成分等不向外滲透，從而達(dá)到包裝食品不變質(zhì)的目的。(6). 對(duì)油墨性能的要求牛奶包裝膜通常采用表印方式進(jìn)行印刷，除了具有表印油墨的一般技術(shù)要求，如粘結(jié)力，耐磨性和抗刮性，作為液態(tài)奶包裝，則必須能夠耐受巴氏殺菌或雙氧水殺菌以及水煮處理要求，要求油墨還必須具有耐氧化性，抗水性，耐熱和耐冷凍性能，以保障薄膜在生產(chǎn)、流通、運(yùn)輸、儲(chǔ)存等環(huán)節(jié)中不會(huì)發(fā)生油墨脫落、發(fā)花、凝結(jié)等現(xiàn)象。(7). 在高溫

11、下的穩(wěn)定性包裝袋的穩(wěn)定性直接影響到乳品的安全性和衛(wèi)生性。由于包裝材料、配方、結(jié)構(gòu)、加工助劑、生產(chǎn)工藝、環(huán)境條件等的原因，導(dǎo)致包裝袋中活性成分的分解、遷移、吸附甚至與內(nèi)容物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而影響乳品質(zhì)量，如異味，奶香味喪失，分層，組織結(jié)構(gòu)變化等，嚴(yán)重的甚至?xí)鹑梭w副作用；或者是包裝袋在一定溫度水或牛奶中浸泡發(fā)生分層、收縮、脫色、粘連等現(xiàn)象。夏季高溫長(zhǎng)時(shí)間存放尤其要注意。二、牛奶的包裝現(xiàn)狀牛奶中最常見(jiàn)的是液態(tài)奶，乳品行業(yè)中液態(tài)奶的發(fā)展特別引人注目，并已成為市場(chǎng)較大和增長(zhǎng)較快的品種。液態(tài)奶制品包括純鮮奶、超高溫殺菌奶和果味奶等，當(dāng)然液態(tài)奶的發(fā)展是離不開(kāi)包裝技術(shù)的進(jìn)步和創(chuàng)新的。1. 牛奶的玻璃瓶裝牛

12、奶的玻璃瓶包裝玻璃瓶主要用于巴氏殺菌奶、調(diào)味奶和酸奶包裝。玻璃瓶是傳統(tǒng)的包裝形式，符合環(huán)保要求，能重復(fù)使用，并且成本低。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)和再生資源的高度重視，有些企業(yè)仍用玻璃瓶包裝巴氏殺菌奶，但這種玻璃瓶在保持原有優(yōu)良性能基礎(chǔ)上具有持久的抗菌、抑菌作用，不但增加了耐沖擊強(qiáng)度，而且重量向輕量化方向發(fā)展，造型更趨時(shí)尚流行。作為酸奶包裝更具優(yōu)勢(shì)。玻璃瓶的密封效果及較其他包裝都要好，該包裝的酸奶口感，風(fēng)味都較其他包裝產(chǎn)品要好得多，是酸奶類產(chǎn)品的最佳包裝。玻璃瓶裝適合裝上新鮮牛奶,由于不含防腐劑,飲用時(shí)間不超過(guò)72小時(shí),而且容易打碎,所以在生產(chǎn)地附近的市場(chǎng)銷售,其他瓶裝牛奶一般加上適量防

13、腐劑,適合運(yùn)輸?shù)捷^遠(yuǎn)的市場(chǎng)銷售,保存期較久.同時(shí),玻璃瓶裝牛奶可以在回收循環(huán)使用,比較環(huán)保,相對(duì)成本不用加上包裝成本,所以同量包裝的銷售價(jià)比其他紙盒包裝的比較便宜.其他包裝的就不能再回收使用,不夠環(huán)保。玻璃瓶，是用沙子、純堿、石灰石做成的。這些材料不可再利用，但是儲(chǔ)量豐富。制造玻璃牛奶瓶需要加熱至超過(guò)1482攝氏度（2700華氏度），能耗特別大。另外，玻璃瓶比較重，半加侖牛奶，玻璃瓶的重量就占去了總重的1/3。不過(guò)，玻璃瓶可以被重新利用。對(duì)玻璃瓶進(jìn)行殺菌、重新灌裝所用到的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于制造塑料瓶、紙盒所耗費(fèi)的能量。優(yōu)點(diǎn):優(yōu)良的氣體和液體的阻隔性、耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性；此外，價(jià)格便宜，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，

14、能多次回收復(fù)用，能夠制成多種多樣的美觀造型等優(yōu)點(diǎn)。幾年來(lái)，已研制出高強(qiáng)度輕量玻璃容器。缺點(diǎn)：包裝材料質(zhì)量大、易破碎的缺點(diǎn)。運(yùn)輸不方便且運(yùn)費(fèi)較高，破損率高，增加了洗瓶和消費(fèi)成本。2. 牛奶的利樂(lè)包裝 “利樂(lè)包”最主要的成分是紙板，紙板由原生的長(zhǎng)纖維制成，這些纖維有些經(jīng)過(guò)漂白有些未經(jīng)過(guò)漂白，為了增加紙板的厚度，紙板生產(chǎn)過(guò)程中通常添加部分化學(xué)熱磨漿（CTMP)，為了使紙板表面光滑便于印刷，紙板的外面還有一層薄涂層?！袄麡?lè)包”由紙板、聚乙烯和鋁箔登六層材料復(fù)合而成。近幾年，以利樂(lè)包為代表的高檔牛奶包裝在南方增長(zhǎng)迅速；而北方和中西部地區(qū)則以經(jīng)濟(jì)型牛奶包裝為主；因此以塑料袋包裝為代表的低檔包裝占這個(gè)地區(qū)整

15、個(gè)液態(tài)奶市場(chǎng)的70，但利樂(lè)公司生產(chǎn)的無(wú)菌枕和無(wú)菌塑料袋在北方市場(chǎng)正快速增長(zhǎng)，說(shuō)明高品質(zhì)包裝正日益受到市場(chǎng)歡迎。 目前發(fā)達(dá)國(guó)家已普遍采用上述利樂(lè)無(wú)菌包裝技術(shù)進(jìn)行鮮奶包裝，使得鮮奶的常溫保質(zhì)期可達(dá)45天。該技術(shù)是將優(yōu)質(zhì)鮮奶經(jīng)過(guò)高達(dá)135 的超高溫瞬間滅菌，然后在密封無(wú)菌條件下，用6層紙鋁塑復(fù)合無(wú)菌包裝材料灌裝、封合而成，所有影響牛奶變質(zhì)的病菌、微生物都不會(huì)與其接觸，牛奶在不需加入防腐劑情況下能在常溫下保存一個(gè)多月。利樂(lè)包在保護(hù)功能和滿足情感需求之間找到了很好的平衡點(diǎn)。與塑料瓶、玻璃瓶相比，磚型和枕型的利樂(lè)包，容積率相對(duì)較大，而且這種包裝形狀更易于裝箱、運(yùn)輸和存儲(chǔ)。如果從技術(shù)角度來(lái)看，利樂(lè)包是由紙、

16、鋁、塑組成的六層復(fù)合紙包裝，能夠有效阻隔空氣和光線，而這些正是容易讓牛奶和飲料變質(zhì)的殺手。因此，小小利樂(lè)包，讓牛奶和飲料的消費(fèi)更加方便而安全、而且保質(zhì)期更長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了較高的包裝效率。 當(dāng)然，利樂(lè)包也完全做到了“樸實(shí)有華”。首先，它的形狀簡(jiǎn)約而大氣，外層紙片可以根據(jù)不同產(chǎn)品的訴求，方便地印刷不同的設(shè)計(jì)，或鮮艷、或清新、或卡通，完全可以因產(chǎn)品而異，因消費(fèi)者而異。優(yōu)點(diǎn)：常溫貯藏，保質(zhì)期長(zhǎng)，隔絕光，外觀印刷便利，材料比較環(huán)保。缺點(diǎn)：抗壓性能差，容易破損，設(shè)備要求較高，成本高，環(huán)境因素考慮。3. 牛奶的復(fù)合塑料的包裝牛奶的復(fù)合塑料包裝現(xiàn)在市場(chǎng)上用無(wú)菌復(fù)合塑膜袋包裝的超高溫滅菌奶很多，這種包裝占據(jù)了主要的中

17、低端消費(fèi)市場(chǎng)，一般有三層黑白膜包裝袋，它的價(jià)格低，保質(zhì)期l2個(gè)月；也有五層黑白膜包裝袋，價(jià)格相對(duì)高些，保質(zhì)期達(dá)3個(gè)月。具體采用何種材料要根據(jù)銷售地區(qū)的氣候條件和季節(jié)進(jìn)行合理選擇。無(wú)菌復(fù)合塑膜袋這種包裝形式潔凈衛(wèi)生，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。大部分塑料牛奶瓶是用高密度聚乙烯做成的，比較輕，運(yùn)輸成本低。半加侖（1.89升）牛奶用到的塑料瓶才4盎司（約113克），占總重量的5%。理論上，塑料瓶是可回收的。簡(jiǎn)易牛奶包裝膜，一般為單層膜，它是由各種聚乙烯料添加一定比例的白色母料，經(jīng)吹膜而成。牛奶包裝黑白膜主要是采用三層或多層共擠方式，選用LDPE、LLDPE、EVOH、MLLDPE等樹(shù)脂，配合黑、白母料共擠吹制而成的高

18、性能復(fù)合膜。根據(jù)層數(shù)不同，基本可以分為單層包裝膜、3層共擠包裝膜和5層共擠包裝膜。根據(jù)液態(tài)奶的消毒方式不同，又分為超高溫滅菌包裝、巴氏殺菌包裝和普通殺菌包裝等。簡(jiǎn)易牛奶包裝膜，一般為單層膜，它是由各種聚乙烯料添加一定比例的白色母料，經(jīng)吹膜而成。牛奶包裝黑白膜主要是采用三層或多層共擠方式，選用LDPE、LLDPE、EVOH等樹(shù)脂，配合黑、白母料共擠吹制而成的高性能復(fù)合膜。優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格低廉、避光、運(yùn)輸方便、存儲(chǔ)空間小。缺點(diǎn)：飲用、攜帶不方便、外觀陳舊。三、 牛奶的包裝改進(jìn)通過(guò)對(duì)市場(chǎng)的調(diào)查和研究，關(guān)于利樂(lè)盒型的吸管的放置有些缺陷。吸管長(zhǎng)度的限制，導(dǎo)致吸管只能沿對(duì)角線方式粘在包裝的正面，帶來(lái)的缺陷就是大

19、大影響了包裝的美觀性。我決定摒棄傳統(tǒng)吸管的飲用方式，在利樂(lè)包頂部加一個(gè)蓋子，如果想喝牛奶的話，即可打開(kāi)蓋子飲用，如果喝不完，還可以擰緊蓋子，密封牛奶，這種方式會(huì)大大減少喝不完的牛奶變質(zhì)的情況的發(fā)生，方便貯藏。對(duì)于牛奶的部分玻璃瓶裝。金屬瓶蓋與牛奶長(zhǎng)時(shí)間接觸，難免發(fā)生瓶蓋內(nèi)部銹蝕的情況，如果發(fā)生這種情況，這就會(huì)大大影響牛奶的風(fēng)味及質(zhì)量和企業(yè)效益，導(dǎo)致消費(fèi)者對(duì)該種牛奶的投訴出現(xiàn)為了避免這種情況，我覺(jué)得使用塑料的瓶蓋。現(xiàn)在生產(chǎn)的塑料瓶蓋安全無(wú)害，既能跟瓶身緊密扣緊，牛奶不會(huì)外漏，也有很強(qiáng)的機(jī)械性能，不會(huì)在運(yùn)輸中發(fā)生破損。并且生產(chǎn)成本會(huì)提高很多。另外對(duì)于透明的玻璃瓶裝，我覺(jué)得應(yīng)該在透明的塊玻璃瓶裝外貼

20、上標(biāo)簽。因?yàn)樽贤饩€可以穿透玻璃瓶和塑料瓶，破壞牛奶中的維生素A和D以及核黃素，這會(huì)破壞牛奶的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。另一方面，貼上標(biāo)簽的牛奶有一種品牌效應(yīng)和宣傳效應(yīng)，現(xiàn)在的企業(yè)都講究品牌，隨著人們生活質(zhì)量的提高，對(duì)品牌的關(guān)注會(huì)越來(lái)越多 。宣傳效應(yīng)做得好也會(huì)為產(chǎn)品增加銷量跟知名度。對(duì)于牛奶的常溫保存問(wèn)題。要解決牛奶的常溫保存問(wèn)題，除了選用阻透性好、隔光性能強(qiáng)的包裝材料外，關(guān)鍵是要減少或避免牛奶在包裝時(shí)的二次污染。無(wú)菌灌裝技術(shù)的出現(xiàn)解決了這個(gè)問(wèn)題。牛奶經(jīng)過(guò)超高溫瞬時(shí)滅菌機(jī)殺菌消毒后，直接通過(guò)管道進(jìn)行無(wú)菌灌裝機(jī)灌裝，整個(gè)過(guò)程都是在密封狀態(tài)下進(jìn)行的。無(wú)菌灌裝的消毒牛奶用多層復(fù)合材料制成的包裝袋（盒）包裝，這種復(fù)合材料的構(gòu)成PE/PET/AL/PE/紙/PE。用這種包裝材料和自動(dòng)灌裝機(jī)配套使用，在灌裝流水線上完成，能夠減少污染的機(jī)會(huì)。無(wú)菌灌裝的消毒奶在常溫下可以儲(chǔ)存半年到1年。無(wú)菌灌裝的優(yōu)點(diǎn)就在于能夠保持飲料食品特有的天然風(fēng)味，達(dá)到了原汁原味，在不使用防腐劑的情況下，能夠讓產(chǎn)品有更好的保鮮度和更長(zhǎng)的保存