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1、例2：饮品包装保护与包装工艺设计1奶粉包装保护的基本要求与包装方案设计1.1 奶粉包装保护的基本要求1.1.1奶粉特点奶粉是目前中国市场上最主要的固态奶制品，它虽然是干燥制品，储藏性能优于液态奶，但也属于易变质食品，因此，奶粉包装是保持奶粉品质的重要手段。相对于液态奶制品来说，奶粉的包装品种较少，主要是金属容器(高档包装)和塑料复合袋，以及最近新出的纸盒包装。奶粉的制作过程：生鲜牛奶运到工厂后，检测人员首先要对奶源进行检测，只有检测合格的牛奶才能通过全密闭的不锈钢管道进到净乳机中，进行第一步加工。净乳机利用离心力原理，对牛奶中的杂质进行分离，以达到净化牛奶的目的。经过净化的鲜奶被迅速冷却到25
2、后，进到储奶仓。之后，储奶仓内的牛奶会通过管道进到配料舱内。工作人员根据不同奶粉的标准要求进行配料。配料完毕的牛奶还要经过1215MPa大气压的高压均脂泵进行均脂处理。经过消毒、灭菌处理后的牛奶会在真空状态下进行浓缩。再经过二次附聚的喷粉加工，牛奶就变成了粉状。但这样的奶粉还不能出厂，还需流化床将奶粉中较细小颗粒聚积成较大颗粒，以便消费者用水一冲，就可以充分溶解。制成的奶粉随后通过真空包装机在没有污染的环境下罐装进铁听和袋子里。这样奶粉才完成了整个生产工艺。在整个生产过程中，工人基本不与产品直接接触。奶粉制品富含蛋白质、脂肪等各种营养物质，如全脂乳粉的乳脂肪含量可达26左右，所以易受日光、氯气
3、等作用而变化。此外，由于乳粉颗粒的多孔性，其表面积很大，吸潮性强，一旦受潮就会结块引起细菌的繁殖，当与其他物品混库存放时，如果包装的气密性不好，则很容易吸收其他物品的异味而影响本身的气味。在紫外线的照射下，奶粉等制品还会发生分解，所以对乳粉制品的称量、包装操作和包装容器的种类都必须充分注意，主要是防止受潮、氧化、阻止细菌的繁殖，避免紫外线的照射。奶粉经常出现的变质包括：（1）脂肪酸败味：这主要是奶粉加工时杀菌不彻底，牛乳中的脂酶水解乳粉中脂肪所致。防止办法是在生产时提高杀菌温度，如超高温杀菌，目前奶粉多采用此种杀菌工艺，故此缺陷现已很少。（2）脂肪氧化味：这主要是奶粉中的不饱和脂肪酸氧化所致，
4、主要影响因素是氧、光线、重金属(尤其是铜)、酶和酸度引起，故奶粉贮存时应避光、热，密封，不和金属器皿直接接触。（3）陈腐气味和褐变：这是奶粉受潮所致。故奶粉贮存时应防止受潮，开启食用后应尽可能挤出空气扎紧，以免水分进入。奶粉吸潮后除上述不良反应外，还会结块，影响其冲调性和溶解度。（4）细菌性变质：奶粉在正常含水量时，细菌不会繁殖，反而会随时间的延长而下降(537贮存)。但如含水量超过5%，细菌会生长而引起奶粉变质，故奶粉开启后不宜放置时间过长，以免受潮变质。图1 奶粉生产工艺流程1.1.2奶粉包装保护的基本要求（1）防污染。奶粉营养丰富，是微生物理想的培养基，如果包装不好，极易受到微生物污染变
5、质；（2）防受潮。由于奶粉颗粒的多孔性，其表面积很大，吸潮性强，一旦受潮就会结块引起细菌的繁殖；（3）保护奶粉的营养成分和组织状态。奶粉的乳脂肪是乳制品独特的风味来源，而且含量高，如全脂奶粉中脂肪可达26左右，所以易受日光、氧气等作用而变化、变味。此外，当与其他物品混库存放时，如果包装的密封性不好，则很容易吸收其他物品的异味而影响奶粉本身的气味。在紫外线的照射下奶粉产品还会发生分解。因此，奶粉的包装必须考虑到防止受潮、氧化、阻止细菌的繁殖以及避免紫外线的照射等因素。1.1.3现有奶粉包装的形式奶粉的包装品种较少，主要是金属容器(高档包装)和塑料复合袋，以及最近新出的纸盒包装。奶粉塑料复合包装袋
6、按结构形式可分为透明复合包装袋、铝箔复合包装袋和真空镀铝复合包装袋等。普通的BOPPPE透明塑料复合包装袋由于奶粉保质期较短已经逐步被市场淘汰，而铝箔复合包装袋由于成本相对较高，所占的市场份额也不大；真空镀铝复合包装袋因其优越的性能。低廉的成本而成为袋装奶粉包装的主流形式。但是塑料膜隔热、隔光性能差，奶粉容易变质，只能满足短期储藏的需要；而且塑料薄膜脆而易折，容易造成破损。金属罐包装以其更好的密闭性、阻隔性和外表美观的特点被大多数奶粉生产厂家用作高档次的奶粉包装形式。其具有档次高、使用方便、保质期长（2年以上）等优点。三片罐包装一般都采用真空充氮包装。但是充氮包装的产品到了高原地区，由于高原空
7、气稀薄，气压小，内外压力失衡，容易导致铝箔被内压冲破。可以通过改进铝箔设计，很好的解决这一难题。最近美国惠氏公司在华全面推出盒装奶粉，主攻中档价格奶粉市场。纸盒包装具备安全卫生、成本低等优点。但包装工艺尚不成熟。1.2奶粉保护方案设计1.2.1奶粉销售包装定位奶粉包装主要有以下几种形式：复合塑料膜包装、金属罐包装和纸盒包装。金属罐包装以其良好的密闭性、阻隔性和外表美观的特点被大多数奶粉生产厂家用作高档次的奶粉包装形式，并大多数用于婴幼儿奶粉包装。进口奶粉包装内容较进口奶粉丰富得多，有重要声明、注意事项、喂哺表、奶具消毒方法、营养成分表、生产日期、保质日期、厂址等各种材料，同时为产品配备了专用量
8、匙。1.2.2奶粉的保护包装方案干燥的奶粉，其含水率相当低，而且金属罐的透湿率为零，因此其是不容易发生水解酸败的。则听装奶粉最重要的是避免与氧气接触，防止氧化，保护奶粉的营养成分和组成状态。目前通过改变包装内气氛来延长产品保存期的办法有脱氧剂封存包装、真空包装和充气包装。脱氧包装、充气包装和真空包装的比较如下表所示。表1 脱氧包装、充气包装和真空包装的比较项目脱氧包装真空包装充气包装原理化学除氧抽真空除氧将包装内空气置换为有利于产品保存的气体除氧率几乎达到100%除氧不完全除氧率低，通常剩余2%4%的氧操作及所用设备无须特殊设备，操作简便设备昂贵设备复杂，工作量大，效率低缺点吸氧产生负压，不能
9、抑制厌氧菌和酵母菌的生长不适宜于真空状态下易破碎、易变形产品的包装多孔性物质内部的气体不易被置换据此拟定以下三种包装保护方案包装保护方案添加抗氧化剂：抗氧化剂NDGA 的最适宜用量相当于奶粉中卵磷脂含量的0.001一0.01。它可选用甲硫基丁氨酸、抗坏血酸和柠檬酸等酸类作为增效剂。当奶粉的pH 值为6.5 时，抗氧化效果最好。不过，这类增效剂当奶粉贮存九个月以后，其作用会逐渐地减弱。同时抗氧化剂对奶粉的包装容器提出了严格的要求，应该尽量避免产品直接与金属接触，哪怕是由于金属容器内表面涂层不完善，也会促进产品的氧化酸败。考虑到奶粉是用铁听装，金属容器内表面涂层的不完善会影响储存期，同时奶粉的消费
10、者大多数为婴幼儿，应尽量少添加化学物质。因此不选用此包装保护方案。包装保护方案真空包装：将奶粉装入气密性包装容器，然后抽去容器内部的空气，造成一定的真空度，再进行密封封口。一般来说，将奶粉进行真空包装时，真空度越高，包装效果越好，保质期也越长。马口铁罐密封非充氮包装保存期为1年。此听装奶粉的储存期要求18个月，因此不选用此包装保护方案。包装保护方案真空充氮包装：奶粉装入金属罐，抽真空后再充入保护性气体氮气，然后将包装密封。充氮包装是使用半自动或全自动的真空充氮封罐机，在称量装填之后抽成真空以排除奶粉及罐内的空气，然后立即充以纯度为99以上的氮气再进行密封。这是目前奶粉密封包装最好的方法之一。表
11、说明了充氮包装对奶粉储存期的影响。同时实验表明，充氮包装的全脂乳粉在24下保存时，贮藏9个月后，其风味基本不变；而不充氮包装的全脂乳粉，贮藏4个月后，其风味就会发生变化，质量明显下降。全脂乳粉采用500g铁罐充氮密封包装，保藏期可达35年。一般情况下，马口铁罐密封充氮包装保存期为2年。表2 干燥奶粉处理方法对其质量的影响 热处理规范贮存温度（）包装方法保持时间（天）贮存时间延长百分率温度时间（分）真空法脱氧法798571858530102030202030373737含空气含空气充氮充氮充氮255126130847532516818118013831.033.039.0118.084.0奶粉要
12、求的保质期为18个月，因此保护方法选用真空充氮包装1.3奶粉包装保存期的计算实验表明，听装奶粉充以纯度为99以上的氮气再进行密封包装，保存期可达2年。2奶粉包装保护的结构设计与设计计算2.1销售包装容器的设计与设计计算2.1.1包装容器类型听装奶粉的包装材料为镀锡薄钢板，俗称马口铁。马口铁主要由钢基材、锡铁合金层、锡层、氧化膜和油膜组成，其各层的主要成分、厚度范围及性能特点如下表。听装奶粉选用三片罐。表3 镀锡薄钢板（马口铁）结构名称 厚度范围 主要成分 性能特点 热浸镀锡板 电镀锡板 热浸镀锡板 电镀锡板 油膜 20mg/m2 25mg/m2 棕榈油 棉籽油或癸二酸二辛酯 润滑和防锈 氧化膜
13、 35mg/cm2 （单面） 13mg/m2 （单面） 氧化亚锡 氧化亚锡 氧化锡 氧化铬 金属铬 电镀锡板表面钝化膜是经化学处理生成的，具有防锈、防变色和防硫化斑作用 锡层 22.444.8g/m2 5.622.4g/m2 纯锡 纯锡 美观、易焊、耐腐蚀，且无毒害 锡铁合金层 5g/m2 小于1g/m2 锡铁合金结晶 锡铁合金结晶 耐腐蚀，如过厚加工性和可焊性不良 钢基板 制罐用 0.2-0.3mm 制罐用 0.20.3mm 低碳钢 低碳钢 加工性能良好，制罐后具有必要的强度 图2 马口铁截面示意图1钢基板 2锡铁合金层 3锡层 4氧化膜2.1.2包装容器尺寸小容器密封包装的规格有454克、
14、500克、1135克、2270克四种。市面上销售的听装奶粉的规格一般为900克。此听装奶粉的规格为1200克，查相关标准，奶粉密度约为0.5g/cm3,则奶粉的体积为V=1200g/（0.5g/cm3）=2400cm3表4 奶粉用圆形罐的公称直径公称直径mm73 83 99 127 153 165 189 被包装物的填装率为85%95%，则奶粉罐容积为2526ml2824ml，市面销售900克罐装奶粉罐体直径为127mm，则1200克奶粉罐公称直径选153mm。设罐高为H，则有H*（D/2）2=25262824cm3解得， H=13.815.3 取H1=15 cm查表，罐内径为153.2 mm
15、，罐底尺寸D1=153.4+18.0=171.4 mm罐底和上缘部分高度均为3.3 mm，盖上塑料盖后高度增加约5 mm，则H=150+2*3.3+5=161.6 mm 2.1.3包装容器结构设计 现有包装容器存在问题：（1）国产奶粉多为杠杆开启罐，开启需借助特殊工具，不方便；（2）非易拉式铝箔封口的听装奶粉开启方法为：开罐前应检查开启工具是否完好无损，是否洁净；3开启后，应该将所有的铝箔撕干净，不要残留在罐上。正确的开启方法是：使用完整无损且锋利的剪刀或割刀，开封前，用干净的无纤维纸或布不重复轻轻擦拭刀刃表面，观察无纤维纸是否有金属屑和刀刃是否有毛边或凹痕。开罐时，请用割刀或剪刀在铝箔中部不重复轻轻划开，用
