Das Berstproblem bei Hochtemperatur-Retortbeuteln – vollständig gelöst!

[Kernpunkte] Hochtemperatur-Retortbeutel sind ein High-End-Produkt der flexiblen Verpackung. Einerseits sind die Gewinne hoch: Der Gewinn je Beutel beträgt ein Mehrfaches dessen, was mit gewöhnlichen Beuteln derselben Spezifikation erzielt werden kann. Andererseits sind die Risiken hoch: Es treten zahlreiche Probleme wie Verfärbungen, verringerte Abziehfestigkeit, das Platzen des Beutels und Ähnliches auf. In leichteren Fällen nehmen die nachgelagerten Hersteller die Ware zurück und die Aufträge gehen verloren; in schwereren Fällen muss eine hohe Entschädigung gezahlt werden, die den Inhalt der nachgelagerten Produkte während der Lagerung abdeckt.

Nun wird das häufig auftretende Berstproblem analysiert.

1. Zunächst wird der kochende Beutel analysiert: Wasser wird wie vorgegeben in den Beutel eingefüllt, die Luft wird abgesaugt und der Beutel wird versiegelt.

Nach sorgfältiger Beobachtung wurde festgestellt, dass die Luft nicht vollständig abgesaugt worden war. Der Erhitzungsprozess bis 100 °C ist im Folgenden dargestellt: Die versiegelte Glaskugel veranschaulicht den geschlossenen Beutel; es ist zu erkennen, dass sich der kochende Beutel beim Erhitzen normal ausdehnt.

Der Grund wird wie folgt analysiert: Wenn der Beutel bei Raumtemperatur mit Wasser befüllt und versiegelt wird, sind der Innendruck und der Außendruck des Beutels zu diesem Zeitpunkt ausgeglichen. Beim Erhitzen von Raumtemperatur auf 98 °C dehnen sich das flüssige Wasser selbst und die Luft im Beutel aus. Ein Teil des dabei entstehenden Wasserdampfs nimmt ebenfalls einen Teil des Raums ein, was zu einer Ausdehnung führt.

Zu diesem Zeitpunkt steigt der Druck im Beutel. Um die oben genannte Schlussfolgerung zu stützen, führten wir mit dem Positivdruckprüfgerät ZY-1 und dem Wasserbad DK-98-1A von Beijing Landmark einen qualitativen Test durch. Während des Erhitzens stieg der Druck im Beutel tatsächlich an, und der Grad des Anstiegs hing vom Verhältnis des befüllten Musters und der Restluft zum maximalen Volumen des Beutels sowie von der Menge der Restluft ab. Je höher das Verhältnis der Wasserfüllung zum Beutel, desto höher ist der Druck; je mehr Restluft vorhanden ist, desto höher ist der Druck.

Das Bersten des Beutels wird unter dieser Hitzeeinwirkung durch das Kriechverhalten des Polymermaterials an der Siegelung verursacht, das dem Druck nicht standhalten kann; diese Festigkeit bezeichnen wir als Heißberstfestigkeit. Zum Vergleich der Kalt- und Heißberstfestigkeit haben wir das Positivdruckprüfgerät ZY-1 bei Raumtemperatur beziehungsweise 95 °C eingesetzt, um die Berstfestigkeit bei unterschiedlichen Temperaturen zu testen.

Eine Stichprobe von 20 Gruppen zeigte, dass sich die Berstfestigkeit ordnungsgemäß heißgesiegelter Beutel bei Raumtemperatur erheblich von der bei 95 °C unterscheidet; als Grund wurde eine Verringerung der Festigkeit beim Erhitzen festgestellt, eine in unserer Produktion normale Erscheinung.

Wenn der Beutel nicht ordnungsgemäß heißgesiegelt ist, ist seine Berstfestigkeit bei Raumtemperatur sehr gering und er ist ein fehlerhaftes Produkt in der Produktion; obwohl keine Flüssigkeit austritt, neigt er beim Erhitzen eher zum Platzen.

1. Problem bei Retortbeuteln: Bevor der Retortbeutel auf 100 °C erhitzt wird, treten dieselben Veränderungen auf wie bei Kochbeuteln.

Wir haben den Retortenbeutel bei einer Erwärmung auf über 100 °C untersucht. Da es derzeit in China kein Instrument gibt, mit dem der Retortenprozess beobachtet werden kann, und der Sensor des ZY-1-Positivdruckprüfgeräts nicht bis in die T-25C-Retorte mit Gegendruck hineinreichen kann, können wir lediglich vermuten, dass sich im Inneren der Retorte bei einer Erwärmung auf über 100 °C der Druck im Beutel stets höher befindet als der Druck außerhalb des Beutels (diese Vermutung ist derzeit nicht durch Fakten belegt; wir entwickeln eine Retorte mit einem transparenten Beobachtungsfenster, um dieses Problem zu lösen).

1. Kann das Platzen des Beutels vermieden werden?

Das Bersten von Beuteln tritt auf, wenn der Druck im Beutel höher ist als außen. Gibt es eine Möglichkeit, diese Situation zu vermeiden? Aus dem Kochprozess haben wir gelernt, dass das Bersten durch die Druckdifferenz verursacht wird, die entsteht, wenn der Innendruck hoch ist, während der Umgebungsdruck unverändert bleibt. Kann dies vermieden werden, wenn die Veränderungen der Umgebungsbedingungen synchronisiert werden?

Wir schlossen den Auslass der TS-25C-Gegendruckretorte, sodass bereits ab dem Zeitpunkt, an dem die Probe eingebracht wurde, eine geschlossene Umgebung bestand, und stellten die Temperatur für das Autoklavieren auf 115 °C ein (eine höhere Temperatur konnte aufgrund des Sicherheitsventils nicht eingestellt werden). Insgesamt wurden 30 Autoklavenbeutel getestet, und es wurde kein Bersten beobachtet. Es ist vorstellbar, dass dies einem Außendruck auf den Beutel ab Beginn des Erhitzens entspricht, der den Innen- und Außendruck ausgleicht, sodass es zu keinem Bersten kam.

1. Schlussfolgerung:

(1) Das Berstproblem von Hochtemperatur-Retortbeuteln ist tatsächlich ein Problem der Heißberstfestigkeit des Beutels, das im Allgemeinen durch Beschädigungen an der thermischen Siegelung verursacht wird.

(2) Wird im Voraus ein Außendruck auf den Retortbeutel ausgeübt und dieser relative Außendruck während des gesamten Erhitzungsprozesses aufrechterhalten, sollte es nicht zum Bersten kommen; dies erfordert jedoch eine hohe Druckbeständigkeit des Retortkörpers. Beispielsweise muss bei 135 °C die normale Betriebsdruckbeständigkeit von 2,2 kg auf 3,2 kg erhöht werden.

In diesem Zusammenhang hängt das Bersten des Beutels sowohl mit der Prüfmethode als auch mit dem Herstellungsverfahren zusammen. Die Verbesserung des Hochtemperatursterilisationsprozesses ist für die Reduzierung des Berstens von großer Bedeutung. Dieser Artikel soll einen bescheidenen Beitrag leisten, und wir hoffen, dass er dazu beitragen kann, die Verpackung für Lebensmittel weiter zu verbessern.