คุณลักษณะสำคัญของบรรจุภัณฑ์พลาสติกสำหรับอาหารแช่แข็งที่เชื่อถือได้

วัสดุพลาสติกสำหรับอาหารแช่แข็ง: โซลูชัน PP, PET และ PE

พลาสติกที่ใช้ทั่วไปในบรรจุภัณฑ์อาหารแช่แข็ง: โพลีเอทิลีน, โพลีโพรพิลีน และ PET

ชนิดของพลาสติกที่ใช้ในการบรรจุภัณฑ์อาหารแช่แข็งมีความสำคัญอย่างมากต่อความสามารถในการรักษารูปร่างของบรรจุภัณฑ์และรักษาความปลอดภัยของเนื้อหาภายใน ผู้ผลิตส่วนใหญ่เลือกใช้ PE, PP หรือ PET เพราะแต่ละชนิดมีคุณสมบัติเด่นเฉพาะตัว ตัวอย่างเช่น PP มีความทนทานต่อความร้อนได้ดีเยี่ยม ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเราจึงพบเห็นมันบ่อยในอาหารสำเร็จรูปที่พร้อมเข้าไมโครเวฟจากร้านขายของชำ ส่วน PET นั้นมีข้อดีเรื่องความโปร่งใสและความแข็งแรงที่ดี ทำให้เป็นที่นิยมใช้กับผลิตภัณฑ์อย่างถ้วยผลไม้ หรือสินค้าเบเกอรี่ที่ห่อด้วยพลาสติกใส อีกชนิดหนึ่งคือ LDPE ซึ่งให้ความสมดุลที่ดีระหว่างความยืดหยุ่นที่เพียงพอสำหรับการใช้งานในแบบซอง และยังสามารถกันความชื้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตามงานวิจัยล่าสุดที่เผยแพร่เมื่อปีที่แล้ว ภาชนะ PP สามารถทนอุณหภูมิได้ต่ำถึงประมาณลบ 40 องศาเซลเซียสโดยไม่แตกหัก สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากบรรจุภัณฑ์จำเป็นต้องคงสภาพสมบูรณ์ตลอดหลายรอบการแช่แข็งและละลายโดยไม่กระทบต่อสิ่งที่อยู่ภายใน

การปฏิบัติตามข้อกำหนดขององค์การอาหารและยา (FDA) และความปลอดภัยของพลาสติกที่ใช้กับอาหาร

เมื่อพูดถึงพลาสติกที่ปลอดภัยสำหรับอาหาร พลาสติกเหล่านั้นจำเป็นต้องผ่านการทดสอบอย่างเข้มงวดจากองค์การอาหารและยา (FDA) เกี่ยวกับสารเคมีที่อาจรั่วซึมออกมา และความสามารถในการทนต่อความร้อน ส่วนใหญ่ผู้ผลิตในปัจจุบันเลือกใช้พอลิโพรพิลีน (PP) และพอลิเอทิลีน เทเรฟทาเลต (PET) สำหรับบรรจุภัณฑ์อาหารแช่แข็ง เพราะสอดคล้องกับแนวทางของ FDA ปี ค.ศ. 2023 PP มีปฏิกิริยากับอาหารที่มีความเป็นกรดหรือมีไขมันต่ำขณะเก็บรักษา ซึ่งเป็นข่าวดีในการรักษาคุณภาพและรสชาติของอาหาร ส่วน PET มีพื้นผิวเรียบทำให้แบคทีเรียเกาะติดได้ยาก ตามการตรวจสอบล่าสุดโดย FDA ในปี ค.ศ. 2023 การใช้ฟิล์ม PE แบบหลายชั้นสามารถลดปัญหาการเคลื่อนตัวของสารเติมแต่งได้ประมาณสองในสาม เมื่อเทียบกับตัวเลือกแบบชั้นเดียวทั่วไป

โครงสร้าง LDPE และ PPPE แบบหลายชั้น: การสร้างสมดุลระหว่างความยืดหยุ่นและความแข็งแรงของการปิดผนึก

ฟิล์ม PPPE ที่ผลิตจากโพลีโพรพิลีนและโพลีเอทิลีนผสมผสานคุณสมบัติที่ดีที่สุดของวัสดุทั้งสองชนิด เนื้อ PP ที่แข็งแรงช่วยป้องกันไม่ให้วัสดุแตกหัก ขณะที่ส่วน LDPE ที่ยืดหยุ่นได้ช่วยให้บรรจุภัณฑ์ยืดออกได้โดยไม่ฉีกขาด แม้อุณหภูมิจะลดลงต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง การทดสอบแสดงให้เห็นว่า ฟิล์มหลายชั้นเหล่านี้สามารถทนต่อการถูกเจาะได้ดีกว่าฟิล์มชนิดเดียวทั่วไปประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ ในสภาวะการเก็บรักษาในอุณหภูมิต่ำ เมื่ออาหารขยายตัวขณะถูกแช่แข็ง ชั้น LDPE จะยืดตัวเพื่อรองรับการขยายตัวนี้ ในขณะที่ชั้น PP ยังคงความแข็งแรง ทำให้บรรจุภัณฑ์ไม่ยุบตัวเมื่อถูกจัดเรียงซ้อนกันสูงในคลังสินค้า ผู้ผลิตในปัจจุบันใช้วิธีการรีดขึ้นรูปแบบโคเอ็กซ์ทรูชั่นพิเศษ เพื่อเพิ่มชั้นกันออกซิเจน เช่น EVOH เข้าไปในโครงสร้างของฟิล์มโดยตรง สิ่งที่ยอดเยี่ยมคือ กระบวนการนี้ไม่ได้ทำให้การรีไซเคิลยากขึ้น ซึ่งกำลังกลายเป็นสิ่งสำคัญมากขึ้นสำหรับธุรกิจที่ต้องการลดปริมาณของเสีย

ประสิทธิภาพที่อุณหภูมิต่ำและความต้านทานต่อความเย็น

รักษาความสมบูรณ์ตลอดรอบการแช่แข็ง การจัดเก็บ และการละลาย

บรรจุภัณฑ์อาหารแช่แข็งที่ทำจากพลาสติกต้องเผชิญกับความเครียดจำนวนมากเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง เมื่อวัสดุเหล่านี้เปลี่ยนจากสภาพการเก็บรักษาที่เย็นจัด (-18 องศาเซลเซียส) ไปยังอุณหภูมิห้อง (ประมาณ 4 องศาเซลเซียส) วัสดุจะขยายตัวและหดตัวโดยเฉลี่ยประมาณ 3 เปอร์เซ็นต์ ตามผลการวิจัยล่าสุดที่เผยแพร่เมื่อปีที่แล้วเกี่ยวกับสมรรถนะของพอลิเมอร์ เพื่อแก้ไขปัญหานี้ บริษัทต่างๆ มักใช้วัสดุ เช่น ไอโซแทคติก โพลีโพรพิลีน และพอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง ซึ่งช่วยป้องกันไม่ให้วัสดุเปลี่ยนรูปร่างมากเกินไป พลาสติกชนิดใหม่เหล่านี้ทำให้ถุงและภาชนะสามารถคงสภาพการปิดผนึกได้แม้จะผ่านกระบวนการแช่แข็งและละลายซ้ำหลายสิบครั้ง ส่วนใหญ่ผู้ผลิตจะมองหาวัสดุที่ดูดซับความชื้นไม่เกินครึ่งเปอร์เซ็นต์ เพราะความชื้นส่วนเกินอาจทำให้เกิดผลึกน้ำแข็งเล็กๆ ที่ตะเข็บของบรรจุภัณฑ์ ซึ่งอาจทำให้เกิดการรั่วหรือฉีกขาดได้

การป้องกันความเปราะ: ความต้านทานทางกลของฟิล์มพลาสติกที่อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์องศา

พอลิเอทิลีนชนิดพิเศษที่ถูกปรับปรุงด้วยสารเติมแต่งแบบคริโอเจนิก ยังคงความยืดหยุ่นได้ต่ำสุดถึง -40°C และมีความแข็งแรงดึงได้ 8.9 นิวตัน/มม.² ในสภาพแวดล้อมที่เย็น ซึ่งสูงกว่า LDPE มาตรฐานถึง 40% โครงสร้างโมเลกุลแบบข้ามเชื่อมในฟิล์มหลายชั้น ช่วยป้องกันการแตกร้าวจากแรงเครียดระหว่างการจัดการทางกล แม้ภายใต้แรงอัด 15 กิโลนิวตัน/ม² ในการจัดเก็บในชั้นแช่แข็งแบบเรียงซ้อนกัน

มาตรฐานการทดสอบอุตสาหกรรมสำหรับความต้านทานการแตกร้าวจากความเย็นในบรรจุภัณฑ์พลาสติกสำหรับอาหารแช่แข็ง

ขั้นตอนหลักที่ควรปฏิบัติรวมถึง:

การตรวจสอบจากบุคคลที่สามแสดงให้เห็นว่า 92% ของบรรจุภัณฑ์ที่เป็นไปตามข้อกำหนดของ FDA ปัจจุบันเกินมาตรฐานเหล่านี้แล้ว โดยใช้เทคโนโลยีสารช่วยผลึกขั้นสูง

ความทนทานและการป้องกันระหว่างการแช่แข็งและการจัดจำหน่าย

ความต้านทานต่อแรงกระแทกและแรงเจาะในสภาวะแช่แข็งลึกและการขนส่ง

บรรจุภัณฑ์อาหารแช่แข็งที่ทำจากพลาสติกจำเป็นต้องทนต่อการกระทำต่าง ๆ อย่างรุนแรงตลอดห่วงโซ่อุปทาน โดยไม่ให้อุณหภูมิสูงเกิน -18 องศาเซลเซียส วัสดุโพลีเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE) และโพลีโพรพิลีน (PP) มีความโดดเด่นเนื่องจากสามารถต้านทานการแตกร้าวได้แม้ในอุณหภูมิที่ต่ำมาก อุตสาหกรรมมีการทดสอบโดยจำลองสถานการณ์ที่เกิดขึ้นจริงเมื่อบรรจุภัณฑ์กระทบพื้นที่อุณหภูมิเย็นจัดถึง -40 องศา ตามมาตรฐานบรรจุภัณฑ์แช่แข็งของปี 2022 เมื่อผู้ผลิตนำวัสดุเหล่านี้มารวมกันในโครงสร้างหลายชั้น จะเกิดปรากฏการณ์ที่น่าสนใจขึ้น ความเสี่ยงจากการถูกเจาะทะลุลดลงประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ในระหว่างกระบวนการวางพาเลทซ้อนกัน การทดสอบการตกจากที่สูงภายใต้สภาวะควบคุมยืนยันถึงผลดังกล่าว แสดงให้เห็นว่าบรรจุภัณฑ์เหล่านี้สามารถทนต่อสภาพแวดล้อมที่คล้ายคลึงกับที่พนักงานคลังสินค้าพบเจอในแต่ละวันได้อย่างไร

เทคโนโลยีฟิล์มลามิเนตและฟิล์มโคเอ็กซ์ทรูดเพื่อความทนทานที่ดีขึ้น

วิธีการร่วมอัดขึ้นรูป (co-extrusion) ใช้การประสานไนลอนเข้ากับชั้นเอทิลีน ไวนิล แอลกอฮอล์ (EVOH) เพื่อผลิตฟิล์มยืดหยุ่นได้ แม้ในอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง ตัวอย่างเช่น ฟิล์มเจ็ดชั้นเหล่านี้สามารถเพิ่มความแข็งแรงต่อแรงดึงได้ประมาณ 25 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับตัวเลือกฟิล์มชั้นเดียวทั่วไป ซึ่งหมายความว่ามีปัญหาการแยกตัวของตะเข็บลดลงในสายการบรรจุภัณฑ์อัตโนมัติ สิ่งที่น่าสนใจคือ พัฒนาการใหม่ๆ ในเทคโนโลยีฟิล์มกันซึมนั้น เริ่มมีการใช้วัสดุรีไซเคิลเข้ามาด้วย ขณะที่ยังคงความสามารถในการทนต่อสภาพอากาศหนาวได้ดีเหมือนเดิม สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างมากสำหรับบริษัทที่พยายามทำให้กระบวนการดำเนินงานเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม แต่ยังคงต้องการประสิทธิภาพที่เชื่อถือได้จากโซลูชันบรรจุภัณฑ์ของตนในสภาวะฤดูหนาว

ความแข็งแรงในการเรียงซ้อนและการดูดซับแรงกระแทกในสภาพแวดล้อมด้านค้าปลีกและโลจิสติกส์

ลวดลายร่องแนวตั้งบนภาชนะขึ้นรูปความร้อนเหล่านี้ช่วยเพิ่มความสามารถในการต้านทานแรงอัดได้ประมาณ 30 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งหมายความว่าภาชนะจะคงความมั่นคงแม้จะถูกจัดเรียงซ้อนกันหลายพาเลทภายในช่องแช่แข็ง ขณะนี้การออกแบบที่พร้อมสำหรับการจัดวางขายในร้านค้าหลายแบบมาพร้อมฐาน PET ที่ดูดซับแรงกระแทก ซึ่งผ่านการทดสอบอย่างเข้มงวดแล้ว ฐานเหล่านี้สามารถรองรับน้ำหนักที่ซ้อนกันได้สูงถึง 200 ปอนด์ ซึ่งมากกว่าน้ำหนักกล่องพิซซ่าแช่แข็งทั่วไปประมาณห้าเท่า นอกจากนี้ ภาชนะเหล่านี้ยังทำงานร่วมกับระบบบรรจุภัณฑ์บรรยากาศปรับเปลี่ยน หรือที่เรียกว่า MAP ในอุตสาหกรรมได้อย่างมีประสิทธิภาพ ความเข้ากันได้นี้ช่วยป้องกันการเปลี่ยนรูปร่างที่อาจเกิดขึ้นจากการเปิดและปิดประตูซ้ำๆ บ่อยครั้งในสภาพแวดล้อมของตู้แช่แข็งเชิงพาณิชย์

คุณสมบัติเป็นเกราะกันความชื้นและก๊าซ เพื่อยืดอายุการเก็บรักษา

บรรจุภัณฑ์พลาสติกสำหรับอาหารแช่แข็งที่มีประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีชั้นกันที่ทันสมัย เพื่อต่อต้านสองภัยคุกคามหลัก ได้แก่ การซึมผ่านของออกซิเจน (0.5–3.0 ลบ.ซม./ตร.ม./วัน) และการแทรกซึมของความชื้น (1–10 กรัม/ตร.ม./วัน) ปัจจัยเหล่านี้ร่วมกันก่อให้เกิดกรณีอาหารเสียจากช่องแช่แข็งถึง 83% โดยเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของไขมันและการเกิดผลึกน้ำแข็ง ตามการศึกษาด้านการถนอมอาหารในปี 2023

การป้องกันการซึมผ่านของออกซิเจนและไอน้ำเพื่อลดการเสียหายจากช่องแช่แข็ง

ผู้ผลิตชั้นนำใช้เรซินเอทิลีน ไวนิล แอลกอฮอล์ (EVOH) ที่มีอัตราการซึมผ่านของออกซิเจนต่ำกว่า 0.1 ลบ.ซม./ตร.ม./วัน ซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่าฟิล์มพอลิเอทิลีนทั่วไปถึง 150 เท่า ขณะที่ชั้นเคลือบอะลูมิเนียมแบบเมทัลไลซ์ ช่วยลดการซึมผ่านของไอน้ำลงเหลือ <1.0 กรัม/ตร.ม./วัน และสะท้อนความร้อนจากภายนอกระหว่างการเปลี่ยนแปลงช่วงการจัดเก็บ

วัสดุกันสนิมสูง: ฟิล์ม EVOH และฟิล์มเมทัลไลซ์ในบรรจุภัณฑ์พลาสติกสำหรับอาหารแช่แข็ง

โครงสร้างผลึกของ EVOH สามารถป้องกันโมเลกุลออกซิเจนได้มีประสิทธิภาพมากกว่าไนโตรเจนถึงสามเท่า ซึ่งมีความสำคัญต่อการรักษาไขมันไม่อิ่มตัวในเนื้อสัตว์และอาหารทะเลแช่แข็ง เมื่อรวมกับชั้นยึดติดแบบไนลอนในโครงสร้างร่วมอัดขึ้นรูปหลายชั้น วัสดุเหล่านี้ยังคงประสิทธิภาพในการเป็นชั้นกันแม้หลังผ่านกระบวนการละลายและแช่แข็งซ้ำถึง 18 รอบ

การยืดอายุการเก็บรักษา: ข้อมูลแสดงให้เห็นว่าความสดใหม่เพิ่มขึ้นได้สูงสุดถึง 40% โดยใช้ชั้นกันหลายชั้น

การทดสอบที่ดำเนินการโดยห้องปฏิบัติการอิสระแสดงให้เห็นว่า วัสดุคอมโพสิตแบบเจ็ดชั้นที่ทำจากพอลิโพรพิลีน/อีวีโอเอช/ไนลอนสามารถยืดอายุการเก็บรักษาสินค้าบนชั้นวางของได้นานขึ้นประมาณ 36 ถึง 42 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับถุงบรรจุภัณฑ์ชนิดวัสดุเดี่ยวทั่วไป เกิดขึ้นได้อย่างไร? เนื่องจากแต่ละชั้นทำงานร่วมกันในลักษณะที่น่าสนใจ อีวีโอเอช (EVOH) มีประสิทธิภาพในการป้องกันออกซิเจนได้ดีมาก ในขณะที่ส่วนของพอลิโพรพิลีนช่วยกันความชื้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยมีอัตราการซึมผ่านอยู่ที่ประมาณ 0.5 กรัมต่อไมล์ (mil) ต่อพื้นที่ 100 ตารางนิ้ว ภายใน 24 ชั่วโมง เมื่อรวมคุณสมบัติเหล่านี้เข้าด้วยกัน จึงสร้างสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมในการรักษาความสดของผักแช่แข็ง และรักษาคุณภาพของอาหารสำเร็จรูปที่ผู้บริโภครักไว้ได้

พลาสติกแพ็คเกจอาหารแช่แข็ง

การปิดผนึกแน่นสนิทและการนำกลับมาใช้ใหม่ได้ในบรรจุภัณฑ์พลาสติกสำหรับอาหารแช่แข็งยุคใหม่

การปิดผนึกที่เชื่อถือได้ในสภาพแวดล้อมเย็น: การปิดผนึกด้วยความร้อน เทียบกับ การปิดผนึกแบบสุญญากาศ

วิธีการปิดผนึกด้วยความร้อนทำงานโดยการใช้อุณหภูมิสูงกว่า 120 องศาเซลเซียส เพื่อหลอมชั้นพลาสติกให้ติดกัน ส่งผลให้ได้รอยปิดผนึกที่สามารถต้านทานการสัมผัสกับออกซิเจนได้แม้จะเก็บไว้ที่อุณหภูมิต่ำถึงลบ 40 องศา เมื่อพูดถึงการบรรจุภัณฑ์แบบสุญญากาศ เทคนิคนี้โดยทั่วไปจะขจัดอากาศภายในบรรจุภัณฑ์ออกไปประมาณ 95 เปอร์เซ็นต์ หรือเกือบทั้งหมด ก่อนปิดผนึก ซึ่งช่วยลดปัญหาอาหารไหม้จากช่องแช่แข็ง (freezer burns) ลงได้ประมาณสองในสามเมื่อเทียบกับสินค้าที่ไม่ได้ปิดผนึกเลย โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอาหารแช่แข็ง จะมีสิ่งที่เรียกว่า การบรรจุภัณฑ์ด้วยบรรยากาศปรับเปลี่ยน หรือ MAP (Modified Atmosphere Packaging) ซึ่งเป็นการยกระดับกระบวนการนี้ไปอีกขั้น โดยการปรับส่วนผสมของก๊าซภายในภาชนะปิดผนึกด้วยความร้อนที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ ผู้ผลิตสามารถยืดอายุความสดของผลิตภัณฑ์ในช่องแช่แข็งให้ยาวนานขึ้นเป็นสองเท่า โดยไม่ทำให้คุณภาพลดลง

นวัตกรรมฝาปิดกันรั่ว: ซิปปิดผนึกพร้อมซีลกันความชื้น

การออกแบบซิปแบบใหม่รวมซิลิโคนจีสเก็ตและกลไกการล็อกคู่เพื่อป้องกันการซึมผ่านของความชื้นในสภาพแวดล้อมที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วจากการแช่แข็งและการละลาย ตัวล็อกเหล่านี้สามารถใช้งานซ้ำได้มากกว่า 20 ครั้งโดยไม่สูญเสียความแข็งแรงของแรงดึง ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับสินค้าแช่แข็งจำนวนมากที่ต้องสัมผัสและเคลื่อนย้ายบ่อยๆ กาวที่ทนต่อความเย็นในซีลแบบเปิดได้ง่ายมีค่าความดันระเบิดสูงกว่าตัวเลือกทั่วไปถึง 30%

แนวโน้มด้านความยั่งยืน: วัสดุชนิดเดียวที่รีไซเคิลได้และการถกเถียงเกี่ยวกับวัสดุย่อยสลายได้

บริษัทต่างๆ ในภาคอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์มีแนวโน้มลดการใช้วัสดุซับซ้อน และหันไปใช้วัสดุที่ทำจากโพลีเอทิลีน (PE) และโพลีโพรพิลีน (PP) ที่เรียบง่ายมากขึ้น วัสดุชนิดเดียวเหล่านี้สามารถรีไซเคิลได้ทั้งหมด โดยไม่กระทบต่อความสามารถในการปกป้องสินค้าภายใน ตามรายงานการศึกษาเมื่อปีที่แล้ว การเปลี่ยนมาใช้วัสดุชนิดเดียว (mono-materials) ช่วยลดการใช้พลังงานลงได้ประมาณหนึ่งในสี่ เมื่อเทียบกับบรรจุภัณฑ์แบบหลายชั้นทั่วไป ฟิล์ม PLA ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพกำลังเป็นที่พูดถึงกันอย่างแพร่หลายในช่วงนี้ แต่มีปัญหาเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง การทดสอบพบว่าตัวอย่างประมาณแปดในสิบตัวจะแตกร้าวเมื่ออยู่ภายใต้แรงกดดันที่อุณหภูมิลบสิบห้าองศาเซลเซียส ปัญหานี้ทำให้ผู้ผลิตเริ่มทดลองใช้วัสดุผสมระหว่างชั้นแป้งพืชกับสารเติมแต่งพิเศษที่ช่วยป้องกันการแตกร้าวในสภาวะการเก็บเย็น