果凍包裝設計說明書（設計單位：食科院； 委托人：食品科學與工程學院楊富民教授）u 一、選題背景兒童的健康成長關系著整個社會的未來和發展，尤其在我國獨生子女的家庭日益增多， 兒童的健康發展就越發顯得重要。然而， 不幸的是, 近幾年來卻有多起兒童誤服成人藥品事件兒童食品包裝袋內干燥劑傷人事件、果凍引起兒童窒息事件、安徽阜陽的毒奶粉事件、玩具傷人事件等等。在這些慘痛的事件背后，我們發現大部分都與產品包裝的不合理或不規范有關。為了避免此類悲劇事件的再次發生有必要對產品包裝中的兒童安全問題進行系統分析并找出相應的解決辦法。u 二、果凍的制作及特點果凍因其色澤鮮艷、口感好、風味獨特兒深受廣大少年兒童的喜愛，成為許多孩子們離不開的零食。根據果凍的內容物，可分為果味型、果汁型、果肉型、含乳型和其它型果凍。果味型果凍是指果汁含量低于15%的果凍；果汁型果凍是指果汁含量不低于15%的果凍；果肉型果凍指含有不低于15%天然水果碎塊或天然果粒的果凍。u 2.1 果凍的制作從其配料看，果凍也可以提供一些人體必需營養素。果凍的主要原料是卡拉膠、甘露膠、葡萄糖漿、檸檬酸、山梨酸鉀等，其中卡拉膠是海藻類植物，甘露膠是天然植物多糖，這兩種膠是水溶性膳食纖維，膳食纖維是當代世界的第七營養素，有促進胃腸蠕動、防止便秘、穩定血糖平衡、降低血壓膽固醇含量等重要功能。水果型果凍含有果汁果肉等可以提供一些水果營養成分。果凍制作的工藝流程為：（1）將砂糖和果凍粉混合均勻后制成糖粉備用；（2）水與葡萄糖漿混合加熱至60，加入糖粉持續攪拌；（3）90時加入用水泡好的奶粉，沸騰10min加入山梨酸鉀停止加熱；（4）溫度升至75時，加入溶解好的檸檬酸、色素、香精；（5）出鍋時用100目的濾網過濾掉未完全溶解的果凍粉及砂糖中的雜質；（6）趁熱灌裝封口，應在封口后1h內殺菌，初溫不低于45；（7）殺菌時溫度控制在80-85。u 2.2 果凍型果凍的特點與其他種類的食品相比，果汁型果凍含有豐富而且對人體有益的營養物質；含有較多的維生素和礦物質；含有一些其他食品較匱乏的對人體健康十分有益的特殊化學成分。u 2.2.1 酸性果凍型果凍基本上都含有不同程度的的有機酸，主要是有機酸和檸檬酸，還有一些果汁中含酒石酸。有機酸是決定果凍的口味的重要成分。u 2.2.2 酶果汁中都包含酶，酶對果凍的質量和加工工藝有直接影響，其中主要是果膠酶。在做柑橘果汁型果凍時就要將果膠酶破壞，以免使果凍混濁。u 2.2.3 維生素新鮮水果中含豐富的維生素，對人體的健康有益，因此在加工過程中要保護維生素，比如在灌裝時加入一定量的亞硫酸鹽以保護維生素C。u 三、 影響果汁型果凍質量的因素果汁型果凍的pH一般在4.5以下，正常情況下，不會有細菌生成，其變質的主要原因是酵母菌和霉菌引起的，在室溫條件下，果汁會因酒精發酵而變質，繼而會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。一般情況下，影響果汁型果凍質量的主要因素有氧氣，酶促反應，化學反應和微生物等。u 3.1. 氧氣氧氣是果汁變質的物質基礎。酶反應，維生素的氧化均需要氧的參加，大部分微生物的生長繁殖也和氧的存在有關。在果汁的榨取、罐裝過程中會混入大量的氧氣。因此，在果凍封裝時應采取相應的脫氧處理。u 3.2 酶促反應在果汁加工過程中，果蔬組織遭到破壞，各種酶將從細胞中溢出，酶促反應立即加速，其中主要的是多酚氧化酶、抗壞血酸氧化酶、過氧化物酶和多酚氧化酶等。水果典型芳香成分主要是脂類物質，在酶的作用下，脂類芳香物就被分解從而使果凍風味改變。因此，在制作果汁型果凍原料時必須采用相應的滅酶處理，從而使果凍保質期更加長久。u 3.3 微生物微生物是影響果汁型果凍的重要因素，果汁型果凍的破壞方式有三種，即長霉、發酵、二氧化碳的酸敗。這主要是在果汁型果凍加工過程中污染霉菌所致。一般情況下，微生物引起的酸敗，可以采用嚴格的高溫殺菌處理來避免。u 3.4 其他因素除了上述因素外，光照，溫度，含水量等也常常影響果凍的質量。如在加工時受到人造光源會使其中的一些維生素破壞。果凍會引起溫度升高而加速變質。u 四、果汁型果凍包裝的要求u 4.1 果凍包裝要求為了保證果汁型果凍的質量和衛生安全，延長果汁型果凍的保質期，包裝材料應當滿足無毒無味的要求，并且有良好的阻氣阻氧性，遮光性，耐腐蝕性。具體而言，果汁型果凍的包裝材料和容器應滿足下列要求：（1） 材料和容器本身無毒，無味，并與內容物接觸后不產生有害物質。（2） 有良好的阻隔性能，密封性能，以防止氧氣滲入而發生氧化作用，對果汁型果凍造成不良影響。（3） 材料的透濕性要小，以避免果汁型果凍中水分透過容器薄膜，或者外界環境的水分進入容器發生交換，對果汁型果凍的質量和風味造成影響。（4） 要能阻隔光線的透過，以避免破壞果汁型果凍的質量和風味。（5） 要有良好的耐腐蝕性，尤其是耐酸性，以保證果汁型果凍中的某些成分不與酸發生反應而變質或者產生有害物質。（6） 要有一定的機械強度，良好的加工包裝操作性能，以適應生產的需要和包裝裝潢印刷的需要。u 4.2 果汁型果凍褪色和褐變的原因大部分果汁型果凍存在不同程度的褪色和褐變現象，影響外觀和貨架期。引起褐變的因素主要有三個方面：（1）加工時存在客觀熱褪色；（2）產品儲存過程中光照引起光化學反應導致褪色；（3）氧化褪色或褐變。u 五 目前市場上的果凍包裝形狀u 5.1 條形果凍的包裝條型果凍包裝膜采用PE/EVA/EVOH/EVA/PS封口膜，阻隔性好，熱封性能好，保護果凍衛生安全。同時條型果凍為塑料軟包裝產品，果凍為流動性，從而保護了小孩和老人的安全。u 5.2 杯形果凍的包裝u 六 設計思路我們知道傳統的杯形果凍包裝安全性不是很好，經常聽到有老人和小孩因為食用果凍而噎死的報道。故本次設計采用的果凍杯杯體中設有分隔層，將一個整塊的果凍分隔開，從而保證果凍的安全性；我們采用的果凍包裝容器是由一個杯體及外表面印有圖案、商標和產品說明的封口膠片構成，該封口膠片與杯體頂端以熱壓粘合，而封閉的杯體頂端有一圈向上略起的凸緣，該凸緣的頂端為圓弧形，封口膠片與該杯體頂端凸緣粘合時，二者在粘合處為線狀，既能提高容器的密封效果，保護果凍不變質，又很容易將封口膠片撕開食用；整個果凍撕開時分為四份食用方便安全。u 七 包裝設計u 7.1 選材依據此次設計包裝材料選擇塑料，因為塑料在果凍生產中一直占主導地位，塑料杯裝果凍大約占市場總量的80%。且塑料包裝有較多優勢，如大多數塑料具有化學穩定性，易于密封，氣密性好，透明，可以從外面觀察到盛裝物的情況；耐熱性強，有利于高溫殺菌；印刷性好；有一定的機械強度，能承受內壓與運輸過程中外力的作用；原料分布廣，價格低廉等優點。u 7.2 選材和設計方案u 7.2.1 結構化設計u 7.2.1.1 計算理論透過率假設每杯裝200g果凍，杯型面積為0.002，貨架壽命為180天，含水量為50%，當含水量達到32%時果凍變質。杯型包裝容器的理論透濕率為0.2g/(24h)。u 7.2.1.2 材料選擇外層：選擇OPP，即單向拉伸的聚丙烯，抗拉強度、透明度、阻隔性能高，作為外包裝印刷性能好，美觀。厚度分別為20um、15um和10um，對應的透濕率分別為0.02g/(24h)、0.03g/(24h)、0.04g/(24h)；透氣率分別為2-4 cm/（24h)。中間層：選擇PVDC，具有高阻隔性，即阻光、阻氣、阻濕、阻油性能好；化學穩定性好，不受酸、堿及有機溶劑的侵蝕；能耐100溫度的殺菌。厚度分別為30um、25um和20um，對應的透濕率依次為0.1g/(24h)、0.12g/(24h)、0.14g/(24h)；透氣率分別為20-25cm/（24h)。內層：選擇HDPE，無毒無味，耐油，耐化學性能好，具有熱封性和粘合性；半透明，有柔軟性。厚度依次為50um、40um和30um，對應的透濕率依次為0.084g/(24h)、0.086g/(24h)、0.098g/(24h)；透氣率分別為16-20 cm/（24h)。u 7.2.1.3 正交試驗以材料品種為因素，各材料的厚度為水平，正交設計因素水平表見表一：表一 正交設計因素水平表因素ABCD水平OPPPVDCHDPE空白120um30um50um空白215um25um40um空白310um20um30um空白正交試驗設計表見表二：表二 正交試驗設計表實驗組處理組合ABCD111112122231333421235223162312731328321393321u 7.2.1.4 理論值與正交最優組合比較正交試驗結果見表三：處理號ABCD透濕率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 正交結果及結構化通用結構式正交試驗結果表明：選材從外到里依次為20umOPP、30umPVDC和50umHDPE時透濕率為0.204 g/(24h)，從外到里依次為15umOPP、30umPVDC和40umHDPE時透濕率為0.214 g/(24h)，外到里依次為20umOPP、,25umPVDC和40umHDPE時透濕率為0.226 g/(24h)，從外到里依次為10umOPP、30umPVDC和30umHDPE時透濕率為0.238 g/(24h)，此時存在的偏差在10%-20%范圍內，可通過調整面積達到要求；其中從外到里依次為20umOPP、30umPVDC和50umHDPE的組合最接近要求。本次設計的結構通用式為OPP（20um ）/PVDC（30um）/HDPE（50um），透濕率為0.204 g/(24h)，透氣率為40 cm/（24h)。正交實驗結果還表明：外層、中間層及里層均對包裝材料的透濕率有顯著作用，其中中間層PVDC對包裝材料透濕率的影響作用最大，其次為外層OPP，里層HDPE對包裝材料的透濕率影響最大。u 7.2.1.6 包裝尺寸（1） 內部尺寸：果凍內裝物的最大尺寸分別為：直徑Dmax=50mm，對于杯狀塑料，在直徑方向上內尺寸修訂系數k值一般為1-3mm，口直徑D=51mm，制作直徑為51mm的半圓形杯狀物。（2） 制造尺寸：由上一步結果，內容物體積V=1/2(3.14*51*51*51*4/3)=3182783；且經過測量的m=200g，所已經正交試驗結果得塑料的厚度為0.1mm，由內吃醋計算制造尺寸時修正系數為1mm，所以制造尺寸為D=51+1+0.1mm=52.1mm。（3） 外部尺寸：根據以上計算修正系數k=1，得外部直徑D=52.1+1=53.1mm。u 7.2.1.7 結構示意圖u 八 經濟核算 HDPE：HDPE透明優質膜的市場價格為65.00元/Kg，密度為0.94-0.96g/cm；可以估算出每立方厘米的HDPE薄膜的價格為0.00065元。PVDC：食品包裝的PVDC樹脂的市場價格為23.00/Kg，密度為1.6-1.7g/cm；可以估算出每立方厘米的PVDC樹脂薄膜的價格為0.000391元。OPP：食用熱封膜的市場價格為24.50元/Kg，相對密度為0.92-0.96g/cm；可以估算出每立方厘米OPP薄膜的價格為0.0002352元。本次設計中一個果凍杯狀包裝的面積為0.002，所需HDPE為0.002100000.00065=0.013元；所