nghiệp thực phẩm 5.1.1 Nguyên liệu chính
Nguyên liệu sản xuất thủy tinh (thủy tinh silicat) là các hợp chất vô cơ từ quặng thiên nhiên: các oxit kim loại lưỡng tính, oxit kiềm và oxit kiềm thổ (thành phần này có thể tồn tại với lượng nhỏ).
5.1.2 Nguyên liệu phụ
Nguyên liệu phụ: hỗ trợ kỹ thuật chế tạo các hợp chất vô cơ được dung ở lượng nhỏ hoặc rất nhỏ để khử bọt, khử màu, nhuộm màu, làm đục thủy tinh hoặc rút ngắn quá trình nấu.
- 35 -
Chất nhuộm màu thủy tinh gồm chất nhuộm màu phân tử hoặc nhuộm màu khuếch tán. Chất nhuộm màu phân tử sẽ khơng gây thay đổi tính chất của thủy tinh, cho màu ổn định và trong suốt, đối với tất cả các quá trình gia nhiệt sử dụng thủy tinh. Chất nhuộm màu dạng keo khuếch tán sẽ cho thủy tinh có màu thay đổi theo sự gia nhiệt (sau q trình chế tạo), thủy tinh có màu đục cũng thay đổi tùy theo độ phân tán, kích thước hạt keo, màu, chế độ gia công thủy tinh
Bảng 5.1 Các chất nhuộm màu thủy tinh
Chất nhuộm màu phân tử Màu sắc thủy tinh
Mn (Mn2O3) Tím
Co Xanh dương
Cr (Cr2O3, K2Cr2O7) Lục vàng
Ni Không rõ ràng, tùy hàm lượng và thành phần thủy tinh (cho màu khói, tím đỏ)
Fe2+ Vàng rơm
Fe3+ Xanh lá cây
Cu Xanh da trời
Chất nhuộm màu dạng keo khuếch tán Màu sắc thủy tinh
Selen Đỏ, hồng
Au Hồng ngọc đến đỏ
Ag (AgNO3) Vàng
Cu (Cu2O) Đỏ, Xanh da trời(mơi trường oxy hóa)
Trong thực tế người ta hay dùng các nguyên liệu như cát, đá vôi, sođa, sunfat, borat, hoặc các oxit tinh khiết, hoặc phế liệu thủy tinh để nấu thủy tinh silicat dùng trong công nghiệp thực phẩm.
- 36 -
5.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất thủy tinh
Hình 5.2 Qui trình chung sản xuất bao bì thủy tinh
573oC – 870oC – 1470oC Xử lý chất phụ gia Phụ gia Nấu Tạo hình Phủ nóng Ủ sản phẩm Sản phẩm 700 ÷ 800o C SnO2 Cát Rửa cát, chà xát Sấy khơ 105 ÷110oC Cát có kích thước to Nung cát
Phân loại kích thước hạt
Phân ly điện từ Sắt kim loại và oxit sắt
700 ÷800o
- 37 -
5.3 Tính chất vật lý của bao bì thủy tinh
5.3.1 Độ bền cơ
Độ bền cơ học của thủy tinh được quyết định từ thành phần nguyên liệu, công nghệ chế tạo, cấu tạo hình dạng bao bì.
5.3.2 Độ bền nhiệt
Khi chai lọ được rót dung dịch nóng thì thành trong sẽ dãn nở tạo ứng lực vịng (ứng lực nén) chạy suốt chiều cao của thân trụ bên trong. Tương ứng, ở thành ngoài chai, khi chưa cân bằng nhiệt với thành trong, thì sẽ xuất hiện ứng lực kéo. Nếu nhiệt độ dung dịch và bao bì khơng chênh quá 70oC thì ứng lực kéo ở thành ngồi và ứng lực nén ở thành trong cũng không chênh nhiều một cách đột ngột, không gây vỡ chai. Trường hợp rót dung dịch lạnh cũng tương tự như trường hợp trên.
5.3.3 Tính chất quang học
Đặc tính quang học của thủy tinh được thể hiện ở khả năng hấp thụ ánh sang và phản xạ ánh sáng. Tính chất hấp thụ cịn phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng. Thủy tinh silicat có khả năng hấp thụ tia có λ≈150nm và tia có λ≈600nm
5.3.4 Độ bền hóa học
Độ bền hóa học là khả năng chống ăn mịn hóa học của mơi trường tiếp xúc với thủy tinh. Độ bền hóa học của thủy tinh tùy thuộc thành phần nguyên liệu ban đầu và điều kiện của môi trường tiếp xúc với thủy tinh.
Môi trường nước và axit: Mơi trường này có tính ăn mịn thủy tinh. Sự ăn mịn này
tạo cho thủy tinh có bề mặt nhám, bị lõm thành những vết li ti, mất vẻ sáng bong, ảnh hưởng đến tính chất quang học. Axit flourhydric HF ăn mòn thủy tinh rất mạnh.
Môi trường kiềm: Môi trường kiềm ăn mòn thủy tinh nhanh chóng hơn so với mơi trường axit..
- 38 -
Thủy tinh có thành phần như: TiO2, Cr2O, Al2O3 thì bền trong mơi trường axit cũng như trong môi trường kiềm. Nhiệt độ mơi trường ăn mịn càng cao thì thủy tinh bị ăn mịn càng nhanh hơn, nếu bề mặt thủy tinh có vết trầy sước thì cũng tạo điều kiện ăn mịn dễ dàng.
Câu hỏi ôn tập Chương 5
1 Hãy nêu các nguồn nguyên liệu chính và phụ để làm thủy tinh? 2. Hãy nêu các tính chất đặc trưng, ưu khuyết điểm của bao bì thủy tinh
3. Sinh viên hãy thảo luận các loại sản phẩm có bao bì thủy tinh và nhận xét dựa trên tính chất đặc trưng của thủy tinh?
- 39 -
Chương 6 BAO BÌ KIM LOẠI
Giới thiệu:
Mục tiêu: Trình bày các kiến thức cơ bản về bao bì kim loại 6.1 Giới thiệu
Bao bì kim loại chứa đựng bảo quản thực phẩm trong khoảng thời gian rất dài nhằm phục vụ nhu cầu ăn liền cho những vùng xa, nơi mà không thể cung cấp, không thu hoạch được thực phẩm tươi sống.
Ngành kỹ thuật bao bì kim loại ra đời và phát triển mạnh nhờ vào sự phát triển của ngành luyện kim và cơ khí chế tạo máy, đã chế tạo ra vật liệu kim loại tính năng cao và thiết bị đóng bao bì để cho ra các loại bao bì thực phẩm thích hợp.
Đồ hộp thực phẩm được sản xuất nhằm giải quyết vấn đề thời vụ, tránh ứ đọng và nhằm cung cấp thực phẩm ăn liền có thể được vận chuyển đi nơi xa, có thời gian bảo quản lâu dài.
6.2 Tính chất chung của bao bì kim loại
Nhẹ, thuận lợi cho vận chuyển.
Đảm bảo độ kín vì thân nắp đáy đều có thể làm cùng một loại vật liệu nên bao bì khơng bị lão hóa nhanh theo thời gian.
Chống ánh sáng thường cũng như tia cực tím tác động vào thực phẩm
Bao bì kim loại có tính chịu nhiệt độ cao và khả năng truyền nhiệt cao, do đó thực phẩm các loại có thể được đóng hộp, thanh trùng hoặc tiệt trùng với chế độ thích hợp đảm bảo an tồn vệ sinh.
Bao bì kim loại có bề mặt tráng thiếc tạo ánh sáng bóng, có thể được in và tráng lớp vecni bảo vệ lớp in không bị trầy sước.
- 40 -
6.3 Phân loại bao bì kim loại
6.3.1 Phân loại theo vật liệu bao bì:
- Bao bì kim loại thép tráng thiếc (sắt tây): Có thành phần chính là sắt, và các phi kim, kim loại khác như Cacbon ≤2,14%, Mn ≤0,8%, Si≤0,4%, S≤0,05%
- Bao bì kim loại nhơm: Nhơm làm bao bì có độ tinh khiết 99%, và những thành phần kim loại khác có lẫn trong nhơm như Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Zn, Ti,..
- Các màng kim loại
Màng kim loại dùng trong thực phẩm quan trọng nhất là nhôm tinh khiết. Chúng được dùng ở độ dày 6,25x10-3 mm đến 1,52x10-1 mm. Bề dày của màng nhôm ảnh hưởng đến khả năng bảo quản của nó. Các màng có độ dày thấp, có lỗ nhỏ làm cho khí và hơi khuếch tán qua. Theo Cooke, màng dày 3,8x10-2
mm khơng thấm hơi nước. Các màng mỏng hơn có thể cải thiện tính thấm bằng cách liên kết với một hay nhiều lớp plastic Các màng kim loại khác nhơm rất ít được sử dụng.
6.3.2 Phân loại theo công nghệ chế tạo lon
6.3.2.1 Lon hai mảnh
Lon hai mảnh gồm thân dính liền với đáy, nắp rời được ghép mí với thân. Lon hai mảnh chỉ có một đường ghép mí giữa thân và nắp.
Vật liệu chế tạo lon hai mảnh phải mềm dẻo, đó chính là nhơm (Al); cũng có thể dùng vật liệu thép có độ mềm dẻo cao. Hộp, lon hai mảnh được chế tạo theo công nghệ kéo vuốt tạo nên thân rất mỏng so với bề dày đáy, nên có thể dễ bị đâm thủng, hoặc dễ bị biến dạng do va chạm. Lon hai mảnh là loại thích hợp chứa các loại thực phẩm có tạo áp suất đối kháng bên trong như là sản phẩm nước giải khát có gas (khí CO2)
6.3.2.2 Lon ba mảnh
Công nghệ chế tạo lon ba mảnh được áp dụng cho nguyên liệu thép. Lon ba mảnh gồm thân, đáy và nắp. Thân hộp được chế tạo từ một miếng thép chữ nhật, cuộn lại
- 41 -
thành thình trụ và được hàn mí thân; nắp và đáy được chế tạo riêng, được ghép mí với thân (nắp được ghép mí với thân sau khi rót thực phẩm).
Hình 6.1 Lon hai mảnh và lon ba mảnh
Qui trình chế tạo lon và chiết rót sản phẩm
Hình 6.2 Sơ đồ chế tạo lon và chiết rót thực phẩm tạo sản phẩm thực phẩm tạo sản phẩm
Thép
Cuộn tạo dạng ống Hàn tạo thân
Loe miệng, tạo gân
Ghép đáy Phủ vecni Sấy lon Chuyển đến NM SX TP Vệ sinh BB TP Nắp lon Chiết rót thực phẩm
- 42 -
6.4 Vecni bảo vệ lớp thiếc
Vecni bảo vệ lớp thiếc, phủ bên trong cũng như bên ngoài lon ba mảnh hoặc hai mảnh, thuộc loại nhựa nhiệt rắn. Sau khi được đun nóng chảy để phun lên bề mặt lon thì vecni được sấy khô và trở nên cứng, rắn chắc. Lớp vecni tráng bề mặt bên trong lon nhằm bảo vệ lon khơng bị ăn mịn bởi môi trường thực phẩm chứa đựng bên trong lon; lớp vecni tráng mặt ngoài lon nhằm bảo vệ lớp sơn ở mặt ngồi khơng bị trầy sước.
Lớp vecni tráng bên trong lon phải đảm bảo:
Không gây mùi lạ cho thực phẩm, không gây biến màu thực phẩm được chứa đựng.
Khơng bong tróc khi va chạm cơ học.
Khơng bị phá hủy bởi các q trình đun nóng, thanh trùng. Có độ mềm dẻo cao để trải đều khắp bề mặt được phủ.
Độ dày của lớp vecni phải đồng đều, không để lộ thiếc qua những lỗ, những vết, sẽ gây ăn mòn thiếc và lớp thép một cách dễ dàng
Bảng 6.1 Các loại vecni hữu cơ sử dụng cho thực phẩm
Tên vecni Loại thực phẩm sử dụng
Fruit – enamel Trái cây cần bảo vệ khỏi muối kim loại C – enamel Bắp, đậu, và các sản phẩm chứa lưu huỳnh Citrus – enamel Sản phẩm họ cam và concentrat
Sea food – enamel Cá và thịt Meat – enamel Thịt
Milk – enamel Sữa, trứng và các sản phẩm từ sữa Beverage can
enamel Nước rau quả, trái cây ăn mịn cao, nước khơng CO2 Beer – enamel Beer và nước uống carbonat hóa
- 43 -
Các loại thép nền được chế tạo theo yêu cầu của từng loại thực phẩm khác nhau chủ yếu phân biệt theo độ acid của thực phẩm và các đặc điểm khác.
Loại L và MS: là loại thép chịu ăn mòn khá nhất trong việc sử dụng đối với các thực phẩm acid như nước táo, nước trái cây chua,…
Loại MR: thích hợp đối với các sản phẩm ít ăn mịn như đậu, nho, đào, thit,.. Loại MC: được sử dụng cho các sản phẩm khơng ăn mịn như soup khơ, bắp,… Loại beer and stock: dùng chứa nước giải khát
Câu hỏi ơn tập Chương 6
1. Hãy nêu các tính chất đặc trưng và ưu khuyết điểm của bao bì kim loại? 2. Trình bày cách phân biệt các loại lon kim loại?
3. Sinh viên hãy thảo luận các sản phẩm sử dụng bao bì kim loai dựa trên tính chất đặc trưng của từng loại lon?
- 44 -
Chương 7 BAO BÌ PLASTIC
Giới thiệu:
Mục tiêu: Trình bày các kiến thức cơ bản về bao bì plastic
7.1 Đặc điểm chung của plastic
7.1.1 Tiến trình sản xuất
Nguyên liệu sản xuất plastic là nguồn hydrocarbon từ dầu hỏa, được tách trong quá trình lọc dầu. Từ dầu hỏa người ta cắt đứt phân tử ở dạng hơi tạo thành những chất trung gian của dầu hỏa. Đó là những monomer nền của các sản phẩm plastic. Tiếp theo những monomer này được biến đổi dưới điều kiện áp suất, nhiệt độ, chất xúc tác thành những chất trùng hợp (polymer) hay trùng ngưng (polycondensate). Những sản phẩm sẵn sàng để sử dụng này được biến đổi hình dạng bằng sự gia nhiệt, làm nguội để có được sản phẩm cuối cùng.
Cơng nghệ chế tạo plastic cùng với công nghệ bao bì plastic phát triển rất đa dạng, phong phú về chủng loại; bao bì đạt tính năng cao trong chứa đựng, bảo quản các loại thực phẩm.
Hiện nay, bao bì plastic chứa đựng thực phẩm thường là bao bì một lớp nhưng cấu tạo bởi sự ghép hai hay ba loại vật liệu plastic lại với nhau để bổ sung tính năng tạo nên bao bì hồn thiện, đáp ứng u cầu của loại thực phẩm chứa đựng. Bao bì plastic khơng được tái sử dụng trong sản xuất thực phẩm; sau một lần chứa đựng thực phẩm, có thể được tái sinh tùy theo loại plastic.
Những vật liệu plastic có nguồn gốc từ phản ứng trùng hợp thì có thể tái sinh dễ dàng hơn những loại có nguồn gốc từ phản ứng trùng ngưng.
Plastic dùng làm bao bì thực phẩm thuộc loại nhựa nhiệt dẻo, có tính chảy dẻo thuận nghịch ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ phá hủy, khi nhiệt độ càng cao thì càng trở nên mềm dẻo (nhiệt độ chưa đến điểm phá hủy cấu trúc), khi nhiệt độ hạ xuống thì vẫn trở lại đặc tính ban đầu.
- 45 - Homopolyme: Cấu tạo từ một loại monomer Copolyme: Cấu tạo từ hai loại monomer. Terpolyme: Cấu tạo từ ba loại monomer
Ở nhiệt độ thường plastic có thể đồng thời tồn tại ở cả hai trạng thái là kết tinh và vơ định hình.
* Trạng thái kết tinh: Các mạch polymer sắp xếp song song, có sự định hướng rõ rệt, giữa các mạch polyme song song hình thành các liên kết ngang tạo nên mạng lưới có sắp xếp trật tự làm cho cấu trúc của khối polyme bền vững. Trường hợp các mạng lưới polyme có cấu tạo dạng xoắn càng làm tăng tính chống thấm khí hơi, tính bền cơ, bền hóa của plastic
* Trạng thái vơ định hình: Các mạch polyme khơng sắp xếp song song theo
trật tự, khơng có sự sắp xếp định hướng, vì vậy cũng khơng sinh ra các liên kết ngang nối kết giữa các mạch polyme. Sự tồn tại nhiều vùng trạng thái vơ định hình sẽ làm giảm tính chống thấm khí, hơi, chất béo của plastic.
- 46 -
7.1.2 Các chất phụ gia phổ biến trong bao bì plastic
Bảng 7.1 Các chất thêm phổ biến được sử dụng trong các sản phẩm plastic Loại chất Loại chất
thêm Hiệu ứng Chất thêm Chất plastic
Lượng dùng Hóa dẽo Làm mềm, tránh dễ bể Phtalate phosphates, adipates, sebacate, stearate, glycols PVC mềm, Cellulosic <50% 10 – 20%
Ổn định Chống lại sự lão hóa do nhiệt và tia UV
Muối chì, muối Ba, Ca, Sn, stearate, dầu đậu nành, epoxyde
Vinylic <5%
Chống oxi hóa
Chống sự oxi hóa của UV, O2, O3, chất oxi hóa khác
Amine thơm; chất dẫn
xuất phenol Polyoléfines styreniques <5%
Chất màu Tạo vẻ đẹp
Chất màu khoáng (oxit kim loại Cd, Cr, Fe, Mb, Ti,..)
Màu hữu cơ (diazoic,
đen Cacbon, phtalocyanine Tất cả <1% Anti – UV Làm chậm giảm cấp do ánh sáng Benzophenones, benzotriazotes, salisilat hữu cơ
Khử mùi Phá hay thay đổi mùi Alamask
Tensoactif Nhũ tương hóa, phân tán, thấm ướt Các anionic (akyl sulfate) Chất nở Tạo cấu trúc xốp Pentanes, bicarbonat natri, dichloro- fluoromethane Bọt PSE Bọt PU
- 47 - Chất bóng Dễ đổ khuôn, bề mặt trơn và bóng Stearate de butyle Acides palmitic và stearic Oleamin Erucylamines PS PVC PE PP Tách khuôn Làm dễ tách khuôn Sáp, parafines, stearates. Aerosol silicone và fluore Tất cả Nguồn: Phan Thị Thanh Quế, 2007, BG Bao bì thực phẩm, ĐH Cần Thơ
7.2 Các loại plastic thường làm bao bì thực phẩm
7.2.1 Polyethylene – PE
7.2.1.1 Đặc điểm chung
PE được phân làm ba nhóm chính theo khối lượng riêng như sau: LDPE: 0,91÷ 0,925 g/cm3
MDPE: 0,926 ÷ 0,94 g/cm3
HDPE: 0,941 ÷ 0,965 g/cm3
Plastic PE được sử dụng với tỷ lệ cao nhất so với tổng lượng plastic được sử dụng hàng năm
7.2.1.2 Tính chất
Bảng 7.2 Ưu khuyết điểm của bao bì PE
Ưu điểm Nhược điểm
LDPE
Mềm, khơng bể, trơ hóa học (ngay cả với HF), không thấm nước, hơi mờ, giá thấp
Cháy, kém chịu nhiệt, có tính thấm khí oxi, cacbonic, oxi hóa mạnh với UV ngoại trừ khi màu đen, bị hư hỏng bởi gặm nhấm (ngoại trừ loại đặc biệt)
Chịu xoắn kém HDPE
Phẩm chất như trên.Chịu nhiệt