食品包装设计说明书.doc

果冻包装设计说明书（设计单位：食科院； 委托人：食品科学与工程学院杨富民教授）u 一、选题背景儿童的健康成长关系着整个社会的未来和发展，尤其在我国独生子女的家庭日益增多， 儿童的健康发展就越发显得重要。然而， 不幸的是, 近几年来却有多起儿童误服成人药品事件儿童食品包装袋内干燥剂伤人事件、果冻引起儿童窒息事件、安徽阜阳的毒奶粉事件、玩具伤人事件等等。在这些惨痛的事件背后，我们发现大部分都与产品包装的不合理或不规范有关。为了避免此类悲剧事件的再次发生有必要对产品包装中的儿童安全问题进行系统分析并找出相应的解决办法。u 二、果冻的制作及特点果冻因其色泽鲜艳、口感好、风味独特儿深受广大少年儿童的喜爱，成为许多孩子们离不开的零食。根据果冻的内容物，可分为果味型、果汁型、果肉型、含乳型和其它型果冻。果味型果冻是指果汁含量低于15%的果冻；果汁型果冻是指果汁含量不低于15%的果冻；果肉型果冻指含有不低于15%天然水果碎块或天然果粒的果冻。u 2.1 果冻的制作从其配料看，果冻也可以提供一些人体必需营养素。果冻的主要原料是卡拉胶、甘露胶、葡萄糖浆、柠檬酸、山梨酸钾等，其中卡拉胶是海藻类植物，甘露胶是天然植物多糖，这两种胶是水溶性膳食纤维，膳食纤维是当代世界的第七营养素，有促进胃肠蠕动、防止便秘、稳定血糖平衡、降低血压胆固醇含量等重要功能。水果型果冻含有果汁果肉等可以提供一些水果营养成分。果冻制作的工艺流程为：（1）将砂糖和果冻粉混合均匀后制成糖粉备用；（2）水与葡萄糖浆混合加热至60，加入糖粉持续搅拌；（3）90时加入用水泡好的奶粉，沸腾10min加入山梨酸钾停止加热；（4）温度升至75时，加入溶解好的柠檬酸、色素、香精；（5）出锅时用100目的滤网过滤掉未完全溶解的果冻粉及砂糖中的杂质；（6）趁热灌装封口，应在封口后1h内杀菌，初温不低于45；（7）杀菌时温度控制在80-85。u 2.2 果冻型果冻的特点与其他种类的食品相比，果汁型果冻含有丰富而且对人体有益的营养物质；含有较多的维生素和矿物质；含有一些其他食品较匮乏的对人体健康十分有益的特殊化学成分。u 2.2.1 酸性果冻型果冻基本上都含有不同程度的的有机酸，主要是有机酸和柠檬酸，还有一些果汁中含酒石酸。有机酸是决定果冻的口味的重要成分。u 2.2.2 酶果汁中都包含酶，酶对果冻的质量和加工工艺有直接影响，其中主要是果胶酶。在做柑橘果汁型果冻时就要将果胶酶破坏，以免使果冻混浊。u 2.2.3 维生素新鲜水果中含丰富的维生素，对人体的健康有益，因此在加工过程中要保护维生素，比如在灌装时加入一定量的亚硫酸盐以保护维生素C。u 三、 影响果汁型果冻质量的因素果汁型果冻的pH一般在4.5以下，正常情况下，不会有细菌生成，其变质的主要原因是酵母菌和霉菌引起的，在室温条件下，果汁会因酒精发酵而变质，继而会因在表面上的酵母菌或者霉菌的繁殖造成酒精和水果酸氧化。一般情况下，影响果汁型果冻质量的主要因素有氧气，酶促反应，化学反应和微生物等。u 3.1. 氧气氧气是果汁变质的物质基础。酶反应，维生素的氧化均需要氧的参加，大部分微生物的生长繁殖也和氧的存在有关。在果汁的榨取、罐装过程中会混入大量的氧气。因此，在果冻封装时应采取相应的脱氧处理。u 3.2 酶促反应在果汁加工过程中，果蔬组织遭到破坏，各种酶将从细胞中溢出，酶促反应立即加速，其中主要的是多酚氧化酶、抗坏血酸氧化酶、过氧化物酶和多酚氧化酶等。水果典型芳香成分主要是脂类物质，在酶的作用下，脂类芳香物就被分解从而使果冻风味改变。因此，在制作果汁型果冻原料时必须采用相应的灭酶处理，从而使果冻保质期更加长久。u 3.3 微生物微生物是影响果汁型果冻的重要因素，果汁型果冻的破坏方式有三种，即长霉、发酵、二氧化碳的酸败。这主要是在果汁型果冻加工过程中污染霉菌所致。一般情况下，微生物引起的酸败，可以采用严格的高温杀菌处理来避免。u 3.4 其他因素除了上述因素外，光照，温度，含水量等也常常影响果冻的质量。如在加工时受到人造光源会使其中的一些维生素破坏。果冻会引起温度升高而加速变质。u 四、果汁型果冻包装的要求u 4.1 果冻包装要求为了保证果汁型果冻的质量和卫生安全，延长果汁型果冻的保质期，包装材料应当满足无毒无味的要求，并且有良好的阻气阻氧性，遮光性，耐腐蚀性。具体而言，果汁型果冻的包装材料和容器应满足下列要求：（1） 材料和容器本身无毒，无味，并与内容物接触后不产生有害物质。（2） 有良好的阻隔性能，密封性能，以防止氧气渗入而发生氧化作用，对果汁型果冻造成不良影响。（3） 材料的透湿性要小，以避免果汁型果冻中水分透过容器薄膜，或者外界环境的水分进入容器发生交换，对果汁型果冻的质量和风味造成影响。（4） 要能阻隔光线的透过，以避免破坏果汁型果冻的质量和风味。（5） 要有良好的耐腐蚀性，尤其是耐酸性，以保证果汁型果冻中的某些成分不与酸发生反应而变质或者产生有害物质。（6） 要有一定的机械强度，良好的加工包装操作性能，以适应生产的需要和包装装潢印刷的需要。u 4.2 果汁型果冻褪色和褐变的原因大部分果汁型果冻存在不同程度的褪色和褐变现象，影响外观和货架期。引起褐变的因素主要有三个方面：（1）加工时存在客观热褪色；（2）产品储存过程中光照引起光化学反应导致褪色；（3）氧化褪色或褐变。u 五 目前市场上的果冻包装形状u 5.1 条形果冻的包装条型果冻包装膜采用PE/EVA/EVOH/EVA/PS封口膜，阻隔性好，热封性能好，保护果冻卫生安全。同时条型果冻为塑料软包装产品，果冻为流动性，从而保护了小孩和老人的安全。u 5.2 杯形果冻的包装u 六 设计思路我们知道传统的杯形果冻包装安全性不是很好，经常听到有老人和小孩因为食用果冻而噎死的报道。故本次设计采用的果冻杯杯体中设有分隔层，将一个整块的果冻分隔开，从而保证果冻的安全性；我们采用的果冻包装容器是由一个杯体及外表面印有图案、商标和产品说明的封口胶片构成，该封口胶片与杯体顶端以热压粘合，而封闭的杯体顶端有一圈向上略起的凸缘，该凸缘的顶端为圆弧形，封口胶片与该杯体顶端凸缘粘合时，二者在粘合处为线状，既能提高容器的密封效果，保护果冻不变质，又很容易将封口胶片撕开食用；整个果冻撕开时分为四份食用方便安全。u 七 包装设计u 7.1 选材依据此次设计包装材料选择塑料，因为塑料在果冻生产中一直占主导地位，塑料杯装果冻大约占市场总量的80%。且塑料包装有较多优势，如大多数塑料具有化学稳定性，易于密封，气密性好，透明，可以从外面观察到盛装物的情况；耐热性强，有利于高温杀菌；印刷性好；有一定的机械强度，能承受内压与运输过程中外力的作用；原料分布广，价格低廉等优点。u 7.2 选材和设计方案u 7.2.1 结构化设计u 7.2.1.1 计算理论透过率假设每杯装200g果冻，杯型面积为0.002，货架寿命为180天，含水量为50%，当含水量达到32%时果冻变质。杯型包装容器的理论透湿率为0.2g/(24h)。u 7.2.1.2 材料选择外层：选择OPP，即单向拉伸的聚丙烯，抗拉强度、透明度、阻隔性能高，作为外包装印刷性能好，美观。厚度分别为20um、15um和10um，对应的透湿率分别为0.02g/(24h)、0.03g/(24h)、0.04g/(24h)；透气率分别为2-4 cm/（24h)。中间层：选择PVDC，具有高阻隔性，即阻光、阻气、阻湿、阻油性能好；化学稳定性好，不受酸、碱及有机溶剂的侵蚀；能耐100温度的杀菌。厚度分别为30um、25um和20um，对应的透湿率依次为0.1g/(24h)、0.12g/(24h)、0.14g/(24h)；透气率分别为20-25cm/（24h)。内层：选择HDPE，无毒无味，耐油，耐化学性能好，具有热封性和粘合性；半透明，有柔软性。厚度依次为50um、40um和30um，对应的透湿率依次为0.084g/(24h)、0.086g/(24h)、0.098g/(24h)；透气率分别为16-20 cm/（24h)。u 7.2.1.3 正交试验以材料品种为因素，各材料的厚度为水平，正交设计因素水平表见表一：表一 正交设计因素水平表因素ABCD水平OPPPVDCHDPE空白120um30um50um空白215um25um40um空白310um20um30um空白正交试验设计表见表二：表二 正交试验设计表实验组处理组合ABCD111112122231333421235223162312731328321393321u 7.2.1.4 理论值与正交最优组合比较正交试验结果见表三：处理号ABCD透湿率OPPPVDCHDPE空列111110.204212220.226313330.256421230.214522310.248623120.244731320.238832130.244933210.278K0.6860.6560.6920.730 K0.7060.7190.6840.708K0.760 0.7780.7420.714K0.2280.2180.2300.243K0.2350.2930.2280.236K0.2530.2590.2470.238R0.0250.0750.0170.007u 7.2.1.5 正交结果及结构化通用结构式正交试验结果表明：选材从外到里依次为20umOPP、30umPVDC和50umHDPE时透湿率为0.204 g/(24h)，从外到里依次为15umOPP、30umPVDC和40umHDPE时透湿率为0.214 g/(24h)，外到里依次为20umOPP、,25umPVDC和40umHDPE时透湿率为0.226 g/(24h)，从外到里依次为10umOPP、30umPVDC和30umHDPE时透湿率为0.238 g/(24h)，此时存在的偏差在10%-20%范围内，可通过调整面积达到要求；其中从外到里依次为20umOPP、30umPVDC和50umHDPE的组合最接近要求。本次设计的结构通用式为OPP（20um ）/PVDC（30um）/HDPE（50um），透湿率为0.204 g/(24h)，透气率为40 cm/（24h)。正交实验结果还表明：外层、中间层及里层均对包装材料的透湿率有显著作用，其中中间层PVDC对包装材料透湿率的影响作用最大，其次为外层OPP，里层HDPE对包装材料的透湿率影响最大。u 7.2.1.6 包装尺寸（1） 内部尺寸：果冻内装物的最大尺寸分别为：直径Dmax=50mm，对于杯状塑料，在直径方向上内尺寸修订系数k值一般为1-3mm，口直径D=51mm，制作直径为51mm的半圆形杯状物。（2） 制造尺寸：由上一步结果，内容物体积V=1/2(3.14*51*51*51*4/3)=3182783；且经过测量的m=200g，所已经正交试验结果得塑料的厚度为0.1mm，由内吃醋计算制造尺寸时修正系数为1mm，所以制造尺寸为D=51+1+0.1mm=52.1mm。（3） 外部尺寸：根据以上计算修正系数k=1，得外部直径D=52.1+1=53.1mm。u 7.2.1.7 结构示意图u 八 经济核算 HDPE：HDPE透明优质膜的市场价格为65.00元/Kg，密度为0.94-0.96g/cm；可以估算出每立方厘米的HDPE薄膜的价格为0.00065元。PVDC：食品包装的PVDC树脂的市场价格为23.00/Kg，密度为1.6-1.7g/cm；可以估算出每立方厘米的PVDC树脂薄膜的价格为0.000391元。OPP：食用热封膜的市场价格为24.50元/Kg，相对密度为0.92-0.96g/cm；可以估算出每立方厘米OPP薄膜的价格为0.0002352元。本次设计中一个果冻杯状包装的面积为0.002，所需HDPE为0.002100000.00065=0.013元；所