Transmission properties of high barrier coated paperboard packages

Abstract

High barrier materiaaleilla pyritään pidentämään pakattujen elintarvikkeiden hyllyikää. Barrierin tärkein tehtävä on elintarvikkeen suojaaminen hapelta ja kosteudelta. Alumiinin käyttöä barriermateriaalina pyritään vähentämään korvaamalla alumiini polymeereillä, jotka täyttävät elintarvikkeiden asettamat korkeat säilyvyysvaatimukset. Etyylivinyylialkoholin (EVOH) hapenläpäisevyys on kuivissa olosuhteissa alhaisin kaupallisista muovilaaduista. EVOH tarjoaa myös erinomaisen suojan muita kaasuja, rasvoja, hajuja ja aromeja vastaan ja sitä on helppo prosessoida. Polyamideilla on erinomainen kaasutiiveys sekä hyvä lujuus ja sitkeys. Eri muovilaatuja sekoittamalla voidaan vähentää hapenläpäisyä ja parantaa prosessointia. Polyolefiineja käytetään yleisesti päällystysmateriaaleina, koska ne suojaavat tuotetta erinomaisesti kosteudelta. Hapenläpäisyllä tarkoitetaan hapen kulkeutumista materiaalin läpi joko permeaation kautta tai reikien ja vuotojen läpi. Kaasun permeoitumiseen materiaalin läpi vaikuttavat materiaalin vapaa tilavuus, kiteisyysaste, orientaatio, substituointi, suhteellinen kosteus, lämpötila, barrierkerroksen paksuus, paine-ero ja permeoituvan molekyylin ominaisuudet. Kokeellisessa osassa analysoitiin ja vertailtiin kartonkipohjaisia mehutölkkejä, joissa käytettävät high barrier materiaalit olivat EVOH ja PA. Kartonkipohjaisia alumiinitölkkejä käytettiin referenssinä. Pakkausten hapenläpäisevyysmittauksissa saatiin samasta näytteestä toistettavia tuloksia, vaikka vuotomittauksissa saadut tulokset eivät olleet vertailukelpoisia hapenläpäisytulosten kanssa. Tölkkien valmistus vaikutti oleellisesti pakkausten tiiveysominaisuuksiin. Hapenläpäisy vuotojen ja reikien läpi oli merkittävämpää kuin hapenläpäisy materiaalin läpi. Pakkausten tiiveysominaisuuksia analysoitiin mittaamalla appelsiinimehun askorbiini-happopitoisuus. Askorbiinihapon hajoaminen mitattiin koetölkkeihin pakatusta appelsiinimehusta, ja lämpötilan, valon ja hapen vaikutusta askorbiinihapon hajoamiseen tutkittiin 12 viikon ajan. Lämpötilalla oli suurin vaikutus askorbiinihapon hajoamiseen huolimatta käytetystä pakkausmateriaalista.

High barrier materials are applied to lengthen the useful shelf life of a packaged food product. One of the primary concerns is the protection of food from oxygen and moisture. There is a growing general demand to eliminate the use of aluminum in packaging. Plastic materials, which perform even better with demanding products than aluminum based packages, have been developed. Ethylene vinyl alcohol copolymers (EVOH) offer superior barrier properties to gases, oils, odors and aromas together with excellent processability and high clarity. When the EVOH layer is exposed to moisture, the oxygen transmission rate increases. Polyamides PA provide excellent barrier properties and are less sensitive to moisture than EVOH. Polymer blending can improve processability, barrier properties and reduce costs. Polyolefins are used as coating materials due to their very good barrier properties against moisture. The transmission rate is the total gas transport through the material, both by permeation and by leakage through pin holes and cracks. The factors influencing the gas permeation include free volume, crystallinity, substitution, relative humidity, temperature, film thickness, pressure and the properties of the permeating molecule. The experimental part concerned analysis and comparison of paperboard cartons with PA and EVOH as the high barrier materials. The aluminum cartons were used as references. When measuring the oxygen transmission rates of the packages, reproducible results were obtained using the same sample, although the results obtained using the hydrogen leak detector and the oxygen transmission rate measurements were not comparable. The converting process of the board material and the sealing process had a strong impact on the carton integrity, since the oxygen transmission through the leaks contributed to a much higher degree to the overall transmission rate than the oxygen transmission through the material. Because ascorbic acid degrades rapidly, the quantitative analysis of ascorbic acid was used to predict the shelf life of packaged orange juice. The influence of temperature, light and oxygen on the ascorbic acid degradation was studied for 12 weeks. Temperature had the most important effect on the degradation of ascorbic acid regardless of the carton material.