Что такое пленка EVOH и почему она используется в упаковке пищевых продуктов?

ЭВОН — сополимер этилена и винилового спирта — является одним из важнейших барьерных материалов в современной гибкой упаковке пищевых продуктов. Обычно он используется не как отдельная пленка, а как функциональный барьерный слой в многослойной пленочной структуре, где его исключительная способность блокировать передачу кислорода определяет срок хранения упаковки для чувствительных к кислороду пищевых продуктов. Понимание того, что делает ЭВОН, как он работает и в чем заключаются его ограничения, полезно для производителей продуктов питания, покупателей упаковки и всех, кто продает асептические пакеты или упаковку «мешок-в-коробке» для жидких продуктов.

Что такое ЭВОН?

ЭВОН представляет собой термопластичный полимер, получаемый путем омыления (химической конверсии) сополимера этилена и винилацетата. Полученный материал сочетает в себе компонент этилена, который обеспечивает технологичность и влагостойкость, с компонентом винилового спирта, который обеспечивает исключительные свойства барьера для кислорода. Соотношение этилена и винилового спирта в сополимере, выраженное в молярном проценте этилена, влияет на баланс между характеристиками барьерности по кислороду и чувствительностью к влаге: более низкое содержание этилена обеспечивает лучший барьер для кислорода, но более высокую чувствительность к влаге; более высокое содержание этилена снижает чувствительность к влаге, одновременно слегка снижая барьерные характеристики.

Коммерческие марки EVOH, используемые в упаковке пищевых продуктов, обычно имеют содержание этилена от 27 до 44 мольных процентов, при этом конкретная марка выбирается на основе требований обработки и баланса барьерных свойств и влагостойкости, необходимого для применения.

Почему эффективность кислородного барьера EVOH имеет значение

Кислород является основной причиной ухудшения качества большинства упакованных жидких пищевых продуктов. Во фруктовых соках и концентратах кислород вступает в реакцию с аскорбиновой кислотой (витамином С), антоцианами (цветовыми пигментами) и летучими ароматическими соединениями, вызывая потемнение, потерю витаминов и ухудшение вкуса. В вине кислород способствует окислению фенольных соединений и летучих эфиров, что приводит к потере свежефруктового характера и появлению неприятных привкусов. В пищевых маслах кислород вызывает окисление липидов — прогоркание. В молочных продуктах кислород способствует появлению неприятного привкуса и деградации витаминов.

Скорость, с которой кислород достигает продукта в запечатанной упаковке, измеряется скоростью передачи кислорода (OTR) упаковочного материала — количеством кислорода, которое проходит через определенную область материала в день в стандартизированных условиях. Более низкий OTR означает лучшую защиту от кислорода и более длительный срок хранения продукта.

Кислородные барьерные свойства EVOH значительно выше, чем у стандартных упаковочных полимеров:

EVOH в сухих условиях обеспечивает защиту от кислорода примерно в 100–10 000 раз лучше, чем стандартная полиэтиленовая пленка. Это означает, что упаковка со слоем EVOH может поддерживать обедненную кислородом среду внутри запечатанной упаковки в течение нескольких месяцев, защищая продукт от окислительной порчи на протяжении всего предполагаемого срока годности.

Критическое ограничение EVOH: чувствительность к влаге

Выдающиеся барьерные свойства EVOH в отношении кислородного барьера в сухих условиях значительно снижаются по мере увеличения влажности. Группы винилового спирта в EVOH, обеспечивающие барьерные свойства, гидрофильны — они поглощают воду из окружающей среды. По мере впитывания влаги слоем EVOH его кристаллическая структура нарушается, а проницаемость кислорода увеличивается. При высокой относительной влажности (80–100% относительной влажности) эффективность кислородного барьера EVOH может снизиться в 10–100 раз по сравнению с сухими условиями, в зависимости от конкретного сорта.

Именно эта чувствительность к влаге является причиной того, что EVOH редко используется в качестве поверхностного слоя в упаковке пищевых продуктов. Его необходимо позиционировать как средний слой в многослойной пленочной конструкции, защищенной с обеих сторон слоями влагостойкого полимера. Наружный и внутренний слои ПЭ, ПП или ПЭТ действуют как барьеры для влаги, которые защищают EVOH от влажности окружающей среды и от влаги в самом продукте, поддерживая слой EVOH в состоянии с низкой влажностью, при котором его барьерные свойства по отношению к кислороду максимальны.

Типичная структура многослойной пленки, содержащей EVOH, для асептической упаковки пищевых продуктов: ПЭ/клей/EVOH/клей/ПЭ. Слои полиэтилена обеспечивают защиту среднего слоя из EVOH от влаги, термосвариваемость (внутренний полиэтилен) и структурную целостность. EVOH обеспечивает кислородный барьер. Клеевые связующие слои связывают несовместимые слои полиэтилена и EVOH вместе, обеспечивая достаточную межслойную адгезию для предотвращения расслоения во время обработки и использования.

EVOH по сравнению с алюминиевой фольгой в производстве асептических пакетов

Для асептических пакетов и упаковки типа «пакет-в-коробке» выбор между многослойной пленкой, содержащей EVOH, и ламинатом из алюминиевой фольги предполагает компромисс между барьерными характеристиками, прозрачностью и стоимостью:

Алюминиевая фольга ламинат

Алюминиевая фольга толщиной 9 микрон обеспечивает практически нулевое OTR и нулевое пропускание света — самые высокие барьерные характеристики. Он непроницаем для кислорода и света, что делает его стандартом для самых требовательных к сроку хранения продуктов: концентраты соков, томатные продукты и другие пищевые продукты с высокой чувствительностью к кислороду, требующие срока годности при комнатной температуре от 12 до 24 месяцев. Недостаток заключается в том, что алюминиевая фольга делает пакет непрозрачным (продукт невозможно увидеть сквозь упаковку), увеличивает вес и стоимость материала по сравнению с конструкциями, состоящими только из пленки, а также создает проблемы с переработкой.

Металлизированный ПЭТ (ПЭТ с алюминиевым покрытием)

В металлизированном ПЭТ используется очень тонкий слой алюминия (приблизительно 0,02–0,05 микрона), осаждаемый из паровой фазы на поверхность пленки ПЭТ. Он обеспечивает высокие барьерные характеристики значительно лучше, чем стандартный полиэтилен или ПЭТ, хотя и не приближается к почти нулевому OTR толстой алюминиевой фольги. Металлизированный ПЭТ легче, экономичнее и более гибок, чем ламинат из фольги, что делает его пригодным для изготовления высокобарьерных асептических пакетов, где не требуется абсолютный нулевой OTR. Он непрозрачен (алюминиевый слой блокирует свет), но обеспечивает хороший барьер для широкого спектра применений в упаковке пищевых продуктов.

Композитная пленка EVOH

EVOH в многослойной структуре PE/EVOH/PE или PET/EVOH/PE обеспечивает превосходный кислородный барьер при более низкой стоимости материала, чем конструкции на основе алюминия, и, что особенно важно, сохраняет прозрачность пленки, если внешние слои прозрачны. Для применений, где важна видимость продукта (упаковка, обращенная к потребителю, где прозрачность является преимуществом, некоторые области применения соков и напитков), композитные пленки EVOH позволяют создавать прозрачную или полупрозрачную упаковку с высокими барьерными свойствами для кислорода. Компромисс заключается в том, что EVOH не обеспечивает световой барьер — светочувствительные продукты по-прежнему требуют непрозрачного внешнего слоя или вторичной упаковки для защиты от света.

Комбинированный металлизированный композит EVOH

В пленочных конструкциях с высочайшими характеристиками для асептических пакетов сочетаются металлизированный ПЭТ или EVOH с дополнительными барьерными слоями, что обеспечивает как кислородный, так и световой барьер, а структура легче, чем у ламината из твердой фольги. Это «сверхвысокобарьерные» конструкции, используемые для продуктов с наиболее строгими требованиями к сроку годности и там, где абсолютный нулевой OTR толстой фольги недостижим с помощью альтернативных пленок. В высокобарьерных и сверхвысокобарьерных асептических пакетах Ruijin Xinchen используются конструкции из этих комбинированных материалов.

EVOH в асептических пакетах: примеры применения

Многослойные пленки на основе EVOH используются в ассортименте жидких пищевых продуктов, расфасованных в асептические пакеты:

• Фруктовые соки и концентраты овощных соков: Защита от витамина С и антоцианов требует высокого кислородного барьера. Пакеты из композитного материала EVOH или ламинированные пакеты из алюминиевой фольги сохраняют качество концентрата сока в течение 12 месяцев при температуре окружающей среды.
• Упаковка вина (формат BIB): Высокобарьерные пакеты из EVOH или металлизированного ПЭТ для вина в упаковке Bag-in-Box сохраняют свежесть вина как до открытия (защита от окисления на складе), так и после открытия (ограничение окисления, вызванного проникновением, в течение 4–6 недель периода розлива).
• Молочные продукты (обработанные УВТ): В асептических пакетах для ультрапастеризованного молока, сливок и жидких молочных продуктов используются композитные пленки EVOH, которые обеспечивают кислородный барьер без непрозрачности фольги, обеспечивая видимость продукта в некоторых форматах, ориентированных на потребителя.
• Пищевое масло: Окисление масла (прогоркание) происходит под действием кислорода и ускоряется под действием света. В высокобарьерных асептических пакетах для пищевого масла используются непрозрачные структуры — металлизированные композиты ПЭТ/EVOH или ламинаты из алюминиевой фольги — которые обеспечивают пропускание как кислорода, так и света.
• Экстракты трав и пищевые добавки: Для дорогостоящих жидких ингредиентов, требующих длительного срока хранения при комнатной температуре без холодовой цепи, используются асептические пакеты со сверхвысокими барьерными свойствами, где стоимость барьерной пленки оправдана стоимостью продукта и требованиями к сроку годности.

Часто задаваемые вопросы

Безопасна ли еда EVOH?

EVOH одобрен для применения в контакте с пищевыми продуктами на всех основных регулирующих рынках. В США EVOH внесен в список FDA 21 CFR 177.1360 как непрямая пищевая добавка для использования в изделиях, контактирующих с пищевыми продуктами. В ЕС EVOH включен в положительный список мономеров согласно Регламенту (ЕС) 10/2011 о пластиковых материалах и изделиях, предназначенных для контакта с пищевыми продуктами. EVOH обеспечивает минимальную миграцию в пищевые продукты — полимер очень стабилен при нормальных условиях контакта с пищевыми продуктами — и не вызывает проблем с безопасностью пищевых продуктов при использовании в пределах параметров, указанных в применимых правилах контакта с пищевыми продуктами.

Можно ли переработать пленку EVOH?

Многослойные пленки, содержащие EVOH как правило, не подлежат вторичной переработке с помощью стандартных потоков переработки пластика из одного материала, поскольку различные полимерные слои нелегко разделить. Это признанное ограничение многослойных барьерных пленок и активная область развития упаковочной промышленности. Барьерные пленки из мономатериала, обеспечивающие адекватные барьерные характеристики по кислороду за счет одного совместимого семейства полимеров (полностью полиэтиленовые или полностью полипропиленовые структуры с модифицированными барьерными слоями), разрабатываются как пригодные для вторичной переработки альтернативы многослойным пленкам из EVOH, хотя они еще не соответствуют барьерным характеристикам EVOH для требовательных применений. Для дорогостоящих пищевых продуктов, где для предотвращения порчи необходимы барьерные свойства EVOH, экологический баланс предотвращения пищевых отходов (которые оказывают гораздо большее воздействие на окружающую среду, чем сама упаковка) обычно отдает предпочтение барьерной пленке EVOH по сравнению с альтернативами, пригодными для вторичной переработки, которые допускают порчу продукта.

В чем разница между ЭВС и ПВДХ (Саран) в качестве кислородных барьеров?

оба EVOH и ПВДХ (поливинилиденхлорид) представляют собой высокоэффективные кислородонепроницаемые материалы, используемые в упаковке пищевых продуктов. ЭВС обеспечивает лучшие барьерные свойства для кислорода, чем ПВДХ, в сухих условиях, более экологически приемлем (ПВДХ содержит хлор и создает нормативные проблемы для утилизации при сжигании) и обычно предпочтителен для разработки новых упаковочных материалов. ПВДХ имеет меньшую чувствительность к влаге, чем EVOH — его барьерные свойства более стабильны при повышенной влажности, что дает ему преимущество в условиях высокой влажности. На практике EVOH с соответствующими влагозащитными наружными слоями из полиэтилена в значительной степени заменил ПВДХ в асептической упаковке пищевых продуктов.

Влияет ли толщина слоя EVOH на барьерные характеристики?

Да. Толщина слоя EVOH в структуре многослойной пленки напрямую влияет OTR — более толстые слои EVOH обеспечивают лучший кислородный барьер. Однако при превышении определенного порога толщины (обычно от 3 до 5 микрон в соэкструдированной структуре) постепенное улучшение барьера на каждый дополнительный микрон EVOH уменьшается, и другие факторы — последовательность обработки пленки, качество клеевого слоя, общая толщина пленки — становятся более значимыми. В большинстве соэкструдированных пленок для упаковки пищевых продуктов используются слои EVOH толщиной от 3 до 8 микрон при общей толщине пленки в диапазоне от 70 до 200 микрон. Содержание EVOH составляет от 2 до 10% от общей толщины пленки, но отвечает за большую часть барьерных свойств для кислорода.

Высокий барьер Асептические пакеты с EVOH от Жуйджин Синьчэнь

Компания Ruijin Xinchen Technology Co., Ltd. производит асептические пакеты и упаковку типа «мешок в коробке», используя стандартные барьерные, высокобарьерные и сверхвысокобарьерные пленки, включающие комбинации металлизированного ПЭТ, композита EVOH, ламината из чистой алюминиевой фольги и полиэтиленовой пленки. Одноступенчатая производственная линия, охватывающая формование клапанов, выдувание пленки, ламинирование и изготовление пакетов на сертифицированном QS предприятии Национального высокотехнологичного предприятия в Жуйцзине, Цзянси, Китай. Диапазон емкости от 1 до 220 л для продуктов питания, напитков, молочных продуктов, пищевого масла и специальных жидкостей.

Свяжитесь с нами, чтобы обсудить требования к характеристикам барьера для вашего продукта, запросить данные OTR пленки, а также получить образцы и цены.

Сопутствующие товары: Асептические пакеты | Bag-in-Box (высокобарьерный композит EVOH с алюминиевым покрытием) | Клапаны и крышки выпускных отверстий