牛奶包装及包装材料的分析应用

河南科技大学课程设计1牛奶包装及包装材料分析及研究一、 产品现状及包装要求1. 牛奶简介牛奶是牛乳的俗称。牛奶，最古老的天然饮料之一，顾名思义是从雌性奶牛身上所挤出来的。在不同国家，牛奶也分有不同的等级，目前最普遍的是全脂、低脂及脱脂牛奶。目前市面上牛奶的添加物也相当多，如高钙低脂牛奶，就强调其中增添了钙质。牛奶含有丰富的矿物质、钙、磷、铁、锌、铜、锰、钼的含量都很多。最难得的是，牛奶是人体钙的最佳来源，而且钙磷比例非常适当，利于钙的吸收。种类复杂，至少有 100 多种，主要成份有水、脂肪、磷脂、蛋白质、乳糖、无机盐等。每 100 克牛奶所含营养素如下：热量(54.00 千卡) 、蛋白质(3.00 克) 、脂肪(3.20 克) 、碳水化合物(3.40克) 、维生素 A(24.00 微克) 、硫胺素(0.03 毫克) 、核黄素(0.14 毫克) 、尼克酸(0.10 毫克) 、维生素 C(1.00 毫克) 、维生素 E(0.21 毫克) 、钙(104.00毫克) 、磷(73.00 毫克) 、钠(37.20 毫克) 、镁(11.00 毫克) 、铁(0.30 毫克) 、锌(0.42 毫克) 、硒(1.94 微克) 、铜(0.02 毫克) 、锰(0.03 毫克) 、钾(109.00 毫克) 、胆固醇(15.00 毫克) 。一般牛奶的主要化学成分含量如下：牛奶牛奶(15 张)水分：87.5%脂肪：3.5-4.2%蛋白质：2.8-3.4%乳糖：4.6-4.8%无机盐：0.7%左右牛奶中的无机盐也称矿物质。牛奶中含有 Ca2+、Mg2+、K+、Fe3+等阳离子和PO43-、SO42-、等阴离子；此外还有微量元素 I、Cu、Zn 等。大自然中的钙是以化合态存在的，只有被动、植物吸收后形成具有生物活性的钙，才能更好地被人体所吸收利用。牛奶中含有丰富的活性钙，是人类最好的钙源之一，1 升新鲜牛奶所含活性钙约 1250 毫克，居众多食物之首，约是大米的 101 倍、瘦牛肉的 75河南科技大学课程设计2倍、瘦猪肉的 110 倍，它不但含量高，而且其中的乳糖能促进人体肠壁对钙的吸收，吸收率高达 98%，从而调节体内钙的代谢，维持血清钙浓度，增进骨骼的钙化。吸收好对于补钙是尤其关键的。故“牛奶能补钙”这一说法是有其科学道理的。牛乳的化学组成，因牛的种类、年龄、饲养方法、采乳时间， 生活及健康状况、气温等不同而各异。每 100 g 牛乳含硫胺素 0 .04 mg , 核黄素 0 .13 mg , 尼克酸 0 .2 mg , 抗坏血酸 1 mg , 维生素 A140 IU。牛乳中的蛋白质主要是含磷蛋白质，也含白蛋白及球蛋白。此三种蛋白质都含全部必需氨基酸。牛乳的脂肪主要是棕榈酸、硬脂酸的甘油酯，也含少量低级脂肪酸如丁酸、己酸、辛酸等。此外，还含少量卵磷脂、胆甾醇、色素等。目前市场上的牛奶及其制品主要可分为：纯牛奶、乳饮料、酸牛奶、消毒牛奶。纯牛奶：是采用 100%优质生鲜牛乳为原料，经过二次超高温灭菌或瞬间超高温灭菌精致而成，纯牛奶爽口而不粘口。 乳饮料：市场上常见的各种花色牛奶饮品和乳酸菌饮料，都属于乳饮料，其中只含不超过 50%比例的牛奶，且里面也加入了一些香料、食用香精等经调制而成。酸牛奶：在加工过程中添加了发酵剂而制成的乳制品，呈低粘度的均匀状态。酸奶按照生产时所用原料的不同，一般可分为纯酸奶、调味酸奶、果料酸奶。需在 26下保存，保质期比较短，一般是 620 天。 消毒牛奶：用优质生鲜牛乳为原料，经均质处理，并采用瞬间超高温灭菌后制成的。利乐消毒奶常温保存 30 天，用巴士杀菌方法制成的消毒牛奶，如一般的塑胶包消毒鲜奶，常温保存 36 天。2. 牛奶的包装要求为了适应牛奶高速自动灌装机的要求，牛奶包装膜在生产时必须满足以下几方面的性能要求：(1). 滑爽性能薄膜的内外表面应当具有良好的滑爽性，以确保其在高速自动灌装机上能够顺利地进行。因此，薄膜的内外表面摩擦系数一般要求在 0.2-0.4 之间，且外/外摩擦系数内/内摩擦系数。薄膜的滑爽性主要是由原料中和外添加滑爽剂来实现的。滑爽剂通常是油酸酰胺或芥酸酰胺，或高分子无机合成物。它与高分子的聚乙烯只是物理混合，不能很好地相容，分子热运动使其逐渐向表面迁移，聚积成均匀的薄层，能够显著地降低薄膜的摩擦系数，使薄膜具有良好的滑爽效果。但牛奶膜的滑爽剂添加量必须严格控制，在能保证自动灌装的前提下不能过多，过多的滑爽剂迁移到薄膜表面会影响到薄膜的印刷适性，降低油墨的附着牢度和热封强度。要根据设备、生产工艺、灌装要求、外界环境、内容物和保质期要求河南科技大学课程设计3等调整滑爽剂用量，建议原料 PE 采用不含滑爽剂的粒子。另外，滑爽剂的种类选择非常重要，这将影响到奶膜的异味问题。(2). 拉伸性能由于在灌装过程中塑料薄膜要受到来自自动灌装机的机械拉力的作用，要求薄膜必须具有足够的拉伸强度，防止在自动灌装机拉力作用下变形或被拉断。在薄膜配方中可选用拉伸强度较好的 LLDPE 或者 HDPE 来提升拉伸强度。(3). 热封性能薄膜自动包装最担心的就是漏封、虚封、粘刀等导致破袋问题，灌装速度越快热封要求越高。优良的热封性能应包括：高的热封强度，保证封口在运输过程中不会破损；高的热粘强度，保证薄膜在热切断灌装时封口的完好性；宽的热封温度范围，保证因外界因素引起的一定温度范围内正常封合；良好的封断性，保证薄膜在热切断时，能够顺利切断无拉丝粘刀现象；一定的封口抗污染性，保证封口在有夹杂物时仍具有一定的热封强度。在薄膜配方中添加一定比例的 LLDPE和 MLLDPE 对提高热封性能有较大帮助，但含量过高会影响切断效果。(4). 表面润湿张力薄膜的内外表面应当具有良好的滑爽性，以确保其在高速自动灌装机上能够顺利地进行。因此，薄膜的内外表面摩擦系数一般要求在 0.2-0.4 之间，且外/ 外摩擦系数内 /内摩擦系数。薄膜的滑爽性主要是由原料中和外添加滑爽剂来实现的。滑爽剂通常是油酸酰胺或芥酸酰胺，或高分子无机合成物。它与高分子的聚乙烯只是物理混合，不能很好地相容，分子热运动使其逐渐向表面迁移，聚积成均匀的薄层，能够显著地降低薄膜的摩擦系数，使薄膜具有良好的滑爽效果。但牛奶膜的滑爽剂添加量必须严格控制，在能保证自动灌装的前提下不能过多，过多的滑爽剂迁移到薄膜表面会影响到薄膜的印刷适性，降低油墨的附着牢度和热封强度。要根据设备、生产工艺、灌装要求、外界环境、内容物和保质期要求等调整滑爽剂用量，建议原料 PE 采用不含滑爽剂的粒子。另外，滑爽剂的种类选择非常重要，这将影响到奶膜的异味问题。(5). 阻隔性能要求包装材料具有阻氧、阻光、防潮、保香、防异味功能，要根据不同的内容物、保质期、生产设备、贮存条件等选择阻隔材料。一方面要保证外部环境中细菌、尘埃、气体、光、水份等不能进入包装袋中；另一方面是要求包装材料本身稳定性好，不吸收异味，小分子难迁移；还有是保证牛奶中所含水份、油脂、芳香成分、对产品质量必不可少的成分等不向外渗透，从而达到包装食品不变质的目的。(6). 对油墨性能的要求牛奶包装膜通常采用表印方式进行印刷，除了具有表印油墨的一般技术要求，如粘结力，耐磨性和抗刮性，作为液态奶包装，则必须能够耐受巴氏杀菌或双氧河南科技大学课程设计4水杀菌以及水煮处理要求，要求油墨还必须具有耐氧化性，抗水性，耐热和耐冷冻性能，以保障薄膜在生产、流通、运输、储存等环节中不会发生油墨脱落、发花、凝结等现象。(7). 在高温下的稳定性包装袋的稳定性直接影响到乳品的安全性和卫生性。由于包装材料、配方、结构、加工助剂、生产工艺、环境条件等的原因，导致包装袋中活性成分的分解、迁移、吸附甚至与内容物发生化学反应，进而影响乳品质量，如异味，奶香味丧失，分层，组织结构变化等，严重的甚至会引起人体副作用；或者是包装袋在一定温度水或牛奶中浸泡发生分层、收缩、脱色、粘连等现象。夏季高温长时间存放尤其要注意。二、牛奶的包装现状牛奶中最常见的是液态奶，乳品行业中液态奶的发展特别引人注目，并已成为市场较大和增长较快的品种。液态奶制品包括纯鲜奶、超高温杀菌奶和果味奶等，当然液态奶的发展是离不开包装技术的进步和创新的。1. 牛奶的玻璃瓶装牛奶的玻璃瓶包装玻璃瓶主要用于巴氏杀菌奶、调味奶和酸奶包装。玻璃瓶是传统的包装形式，符合环保要求，能重复使用，并且成本低。进入 21 世纪，随着人们对环境保护和再生资源的高度重视，有些企业仍用玻璃瓶包装巴氏杀菌奶，但这种玻璃瓶在河南科技大学课程设计5保持原有优良性能基础上具有持久的抗菌、抑菌作用，不但增加了耐冲击强度，而且重量向轻量化方向发展，造型更趋时尚流行。作为酸奶包装更具优势。玻璃瓶的密封效果及较其他包装都要好，该包装的酸奶口感，风味都较其他包装产品要好得多，是酸奶类产品的最佳包装。玻璃瓶装适合装上新鲜牛奶,由于不含防腐剂,饮用时间不超过 72 小时,而且容易打碎,所以在生产地附近的市场销售,其他瓶装牛奶一般加上适量防腐剂,适合运输到较远的市场销售,保存期较久.同时,玻璃瓶装牛奶可以在回收循环使用,比较环保,相对成本不用加上包装成本,所以同量包装的销售价比其他纸盒包装的比较便宜.其他包装的就不能再回收使用,不够环保。玻璃瓶，是用沙子、纯碱、石灰石做成的。这些材料不可再利用，但是储量丰富。制造玻璃牛奶瓶需要加热至超过 1482 摄氏度（2700 华氏度），能耗特别大。另外，玻璃瓶比较重，半加仑牛奶，玻璃瓶的重量就占去了总重的 1/3。不过，玻璃瓶可以被重新利用。对玻璃瓶进行杀菌、重新灌装所用到的能量远远低于制造塑料瓶、纸盒所耗费的能量。优点:优良的气体和液体的阻隔性、耐热性和化学稳定性；此外，价格便宜，生产工艺简单，能多次回收复用，能够制成多种多样的美观造型等优点。几年来，已研制出高强度轻量玻璃容器。 缺点：包装材料质量大、易破碎的缺点。运输不方便且运费较高，破损率高，增加了洗瓶和消费成本。2. 牛奶的利乐包装“利乐包”最主要的成分是纸板，纸板由原生的长纤维制成，这些纤维有些经过漂白有些未经过漂白，为了增加纸板的厚度，纸板生产过程中通常添加部分化学热磨浆（CTMP)，为了使纸板表面光滑便于印刷，纸板的外面还有一层薄涂层。“利乐包”由纸板、聚乙烯和铝箔登六层材料复合而成。河南科技大学课程设计6近几年，以利乐包为代表的高档牛奶包装在南方增长迅速；而北方和中西部地区则以经济型牛奶包装为主；因此以塑料袋包装为代表的低档包装占这个地区整个液态奶市场的 70，但利乐公司生产的无菌枕和无菌塑料袋在北方市场正快速增长，说明高品质包装正日益受到市场欢迎。 目前发达国家已普遍采用上述利乐无菌包装技术进行鲜奶包装，使得鲜奶的常温保质期可达 45 天。该技术是将优质鲜奶经过高达 135 的超高温瞬间灭菌，然后在密封无菌条件下，用 6层纸铝塑复合无菌包装材料灌装、封合而成，所有影响牛奶变质的病菌、微生物都不会与其接触，牛奶在不需加入防腐剂情况下能在常温下保存一个多月。利乐包在保护功能和满足情感需求之间找到了很好的平衡点。与塑料瓶、玻璃瓶相比，砖型和枕型的利乐包，容积率相对较大，而且这种包装形状更易于装箱、运输和存储。如果从技术角度来看，利乐包是由纸、铝、塑组成的六层复合纸包装，能够有效阻隔空气和光线，而这些正是容易让牛奶和饮料变质的杀手。因此，小小利乐包，让牛奶和饮料的消费更加方便而安全、而且保质期更长，实现了较高的包装效率。 当然，利乐包也完全做到了“朴实有华”。首先，它的形状简约而大气，外层纸片可以根据不同产品的诉求，方便地印刷不同的设计，或鲜艳、或清新、或卡通，完全可以因产品而异，因消费者而异。优点：常温贮藏，保质期长，隔绝光，外观印刷便利，材料比较环保。缺点：抗压性能差，容易破损，设备要求较高，成本高，环境因素考虑。3. 牛奶的复合塑料的包装牛奶的复合塑料包装现在市场上用无菌复合塑膜袋包装的超高温灭菌奶很多，这种包装占据了主要的中低端消费市场，一般有三层黑白膜包装袋，它的价格低，保质期 l2 个月；也有五层黑白膜包装袋，价格相对高些，保质期达 3 个月。具体采用何种材料要根据销售地区的气候条件和季节进行合理选择。无菌复合塑膜袋这种包装形式洁净卫生，经济实惠。河南科技大学课程设计7大部分塑料牛奶瓶是用高密度聚乙烯做成的，比较轻，运输成本低。半加仑（1.89 升）牛奶用到的塑料瓶才 4 盎司（约 113 克），占总重量的 5%。理论上，塑料瓶是可回收的。简易牛奶包装膜，一般为单层膜，它是由各种聚乙烯料添加一定比例的白色母料，经吹膜而成。牛奶包装黑白膜主要是采用三层或多层共挤方式，选用LDPE、LLDPE、EVOH、MLLDPE 等树脂，配合黑、白母料共挤吹制而成的高性能复合膜。 根据层数不同，基本可以分为单层包装膜、3 层共挤包装膜和 5 层共挤包装膜。根据液态奶的消毒方式不同，又分为超高温灭菌包装、巴氏杀菌包装和普通杀菌包装等。简易牛奶包装膜，一般为单层膜，它是由各种聚乙烯料添加一定比例的白色母料，经吹膜而成。牛奶包装黑白膜主要是采用三层或多层共挤方式，选用LDPE、LLDPE、EVOH 等树脂，配合黑、白母料共挤吹制而成的高性能复合膜。优点：价格低廉、避光、运输方便、存储空间小。缺点：饮用、携带不方便、外观陈旧。三、 牛奶的包装改进通过对市场的调查和研究，关于利乐盒型的吸管的放置有些缺陷。吸管长度的限制，导致吸管只能沿对角线方式粘在包装的正面，带来的缺陷就是大大影响了包装的美观性。我决定摒弃传统吸管的饮用方式，在利乐包顶部加一个盖子，如果想喝牛奶的话，即可打开盖子饮用，如果喝不完，还可以拧紧盖子，密封牛奶，这种方式会大大减少喝不完的牛奶变质的情况的发生，方便贮藏。对于牛奶的部分玻璃瓶装。金属瓶盖与牛奶长时间接触，难免发生瓶盖内部锈蚀的情况，如果发生这种情况，这就会大大影响牛奶的风味及质量和企业效益，导致消费者对该种牛奶的投诉出现为了避免这种情况，我觉得使用塑料的瓶盖。现在生产的塑料瓶盖安全无害，既能跟瓶身紧密扣紧，牛奶不会外漏，也有很强的机械性能，不会在运输中发生破损。并且生产成本会提高很多。另外对于透明的玻璃瓶装，我觉得应该在透明的块玻璃瓶装外贴上标签。因为紫外线可以穿透玻璃瓶和塑料瓶，破坏牛奶中的维生素 A 和 D 以及核黄素，这会破坏牛奶的营养价值。另一方面，贴上标签的牛奶有一种品牌效应和宣传效应，现在的企业都讲究品牌，随着人们生活质量的提高，对品牌的关注会越来越多 。宣传效应做得好也会为产品增加销量跟知名度。对于牛奶的常温保存问题。河南科技大学课程设计8要解决牛奶的常温保存问题，除了选用阻透性好、隔光性能强的包装材料外，关键是要减少或避免牛奶在包装时的二次污染。无菌灌装技术的出现解决了这个问题。牛奶经过超高温瞬时灭菌机杀菌消毒后，直接通过管道进行无菌灌装机灌装，整个过程都是在密封状态下进行的。无菌灌装的消毒牛奶用多层复合材料制成的包装袋（盒）包装，这种复合材料的构成 PE/PET/AL/PE/纸/PE。用这种包装材料和自动灌装机配套使用，在灌装流水线上完成，能够减少污染的机会。无菌灌装的消毒奶在常温下可以储存半年到 1 年。无菌灌装的优点就在于能够保持饮料食品特有的天然风味，达到了原汁原味，在不使用防腐剂的情况下，能够让产品有更好的保鲜度和更长的保存