Analiza Vijeka Trajnosti Proizvoda s Obzirom Na Propusnost Plinova i Aroma Unutar Ambalažnog Sistema

7/24/2019 Analiza Vijeka Trajnosti Proizvoda s Obzirom Na Propusnost Plinova i Aroma Unutar Ambalanog Sistema

1/32

UNIVERZITET U BIHAU

BIOTEHNIKI FAKULTET

ODSJEK: Prehrambeni

SJER: Prehrambena !ehn"#"$i%a

DIPLOSKI RADAna#i&a 'i%e(a !ra%n")!i *r"i&'"+a ) "b&ir"m na *r"*,)n")! *#in"'a i ar"ma,n,!ar amba#a-n"$ )i)!ema

Biha./ "(!"bar/ 01234 5ehi. Arne#a

21067B822


2/32

DOKUENTA9IJSKA KARTI9A

Univerzitet u Bihau Zavrni radBiotehniki fakultetBiha

Nauno podruje: Ambalaa i pakiranje hraneNauno polje: Prehrambena tehnoloija

!ehi Arnela"entor: vanr# prof#dr#Perviz $%man

&ad %adri:

Broj %trani'a: ()

Broj %lika: *

Broj literaturnih referen'i: +,

Broj tabela: )

-ezik rada: Bo%an%ki

.atum odbrane: ,(#+/#,/+0# #

1omi%ija za odbranu:

+# dr# %'# 2uzana -ahi3 vanr# prof#3 pred%jednik,# dr# %'# $%man Perviz3 vanr# prof#3 mentor i lan(# dr# %'# 4fet !ii vanr# prof#3 lan)# dr# %'# 5u%ein 6ili3 do'ent3 zamjen%ki lan

&ad je pohranjen u bibliote'i Biotehniko fakulteta u Bihau3 7rme i u Univerzitet%koj

bibliote'i u Bihau3 8r %lobode 9#


3/32

DO9UENTATION 9ARD

Univer%it of Biha ;inal 8he%i%Biotehni'al fa'ultBiha

2'ientifi' Area:Pa'kain and pa'kain of food2'ientifi' ;ield:;ood te'hnolo

!ehi Arnela2upervi%or: vanr# prof# dr# Perviz $%man

;inal


4/32

8ema rada je prihvaena na ?644 redovnoj %jedni'i Nauno @ na%tavno vijea Biotehniko

fakulteta Univerziteta u Bihau3 odranoj dana +0#/*#,/+0# #


5/32

SAETAK

U dananjim uvjetima3 bez ambalae i pakiranja namirni'a je nemoue zami%liti ivot%uvremeno ovjeka# Pakiranjem %e namirni'a titi od razliitih vanj%kih utje'aja3 a upakirananamirni'a di%tribuira do potroaa# Ambalani %i%tem je po%tao interalni dio prerade3

konzerviranja3 di%tribu'ije3 prodaje pa ak i nepo%redne pripreme namirni'a za konzumiranje#

2voj%tva namirni'e moue je %auvati pakiranjem i odabirom odovarajue ambalae3 avano%t ambalae %e oleda u tome da o njenoj kvaliteti ovi%i i kvaliteta otovo proizvoda3 akvaliteta je i%kljuivo odovorna za u%pjeh na tritu# $dabir odovarajue ambalae direktnoutjee na trajno%t upakirano %adraja#

Ambalani %i%tem ima funk'iju zatite upakirano %adraja i pri tome a titi u 'ijelom'iklu%u3 od trenutka pakiranja3 tijekom tran%porta3 %kladitenja i prodaje3 te do konaneupotrebe od %trane potroaa#

KLJUNE RIJEI:ambalaa3 pakiranje3 zatita3 trajno%t3 kvalitet#


6/32

ABSTRA9T

4n toda% 'ondition%3


7/32

Zahvala

Zahvaljujem se mentoru vanr. prof. dr. Osmanu Perviz, na pruenoj prilici izrade diplomskog

rada, te strunom vodstvu.

Takoer, veliko hvala prof. dr. uzani !ahi", na pruenoj prilici ue#"a u izradi nauno$

strunog rada u toku studija.

%eliko hvala roditeljima na lju&avi i podr#ci koju su mi pruali tokom studija, a takoer veliko

hvala i svim mojim prijateljima na nese&inoj podr#ci i razumijevanju.


8/32

SADRAJ

+# U6$.DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD#DD#+,# 8E$&4-214 .4$DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD#####D,

,#+# Propu%no%t plinovaDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD####,

,#,# Zatitna funk'ija ambalae od djelovanja ki%ikaDDDDDDDDDDD#D##)

,#(# 6eliine koje karakteriu propu%no%t plinova polimerno materijalaD#D####D##0

,#)# Propu%no%t aromaDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD##F

,#0# 4nterak'ija polimerG permeatDDDDDDDDDDDDDDDDDDD#####*

,#H# $vi%no%t kon'entra'ije i vremenaDDDDDDDDDDDDDDDD##D#+/

(# $.&EI46AN-E P&$PU2N$284DDDDDDDDDDDDDDDDDD#D#D+,

(#+# Propu%no%t vodene pareDDDDDDDDDDDDDDDDDDD#DD#+,

)# ANA>4ZA 64-E1A 8&A-N$284 P&$4Z6$.A 2 $BZ4&$" NA

P&$PU2N$28 P>4N$6A 4 A&$"ADDDDDDDDDDDDDDDDD#DD#+(

0# P$B$>-!AN-E BA&4-E&N45 26$-28A6A NA P>4N$6E 4 A&$"EDDD##D+9

H# ZA1>-UJA1DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD#D#,+

F# P$P42 2>41ADDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD##,,

9# P$P42 8ABE>ADDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD##,(

*# >48E&A8U&ADDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD,)


9/32

24 UVOD

Pakovanje je %a%tavni i zavrni dio %vake proizvodne linije i ima za 'ilj da omoui finalnomproizvodu %iurniju manipula'iju3 %kladitenje i tran%port do kup'a3 dok ambalaa inineodvojivi dio proizvoda i njena uloa je da uva proizvod kao i da a na najbolji nain

prezentuje kup'u#

.a bi %e proizvod zatitio tj# %iurno tran%portovao3 %kladitio i do%tavio do krajnje potroaaon mora da %e %tavi u odreKeni %ud3 omot3 odno%no3 ambalau# Ambalaa titi proizvod odraznih fizikoLmehanikih utje'aja3 hemij%kih3 mikrobiolokih i klimatolokih3 ali i%to takoambalaa titi i %poljanju %redinu3 odno%no ljude3 od tetnih utje'aja proizvoda# 8o je po%ebnovano za proizvode prehrambene indu%trije# $%im toa ambalaa ira i komer'ijalnu ulou i

poboljava prodaju proizvoda3 zbo ea je dizajn ambalae jedno od njenih najvanijih%voj%tava Me%to i vanije od %adrine#

Ambalaa ima etiri funk'ije koje %u meKu%obno ovi%ne i moraju biti meKu%obno u%klaKenekod kvalitetne ambalae3 a to %u:

+# zatitna3

,# %kladinoLtran%portna3

(# prodajna i

)# uporabna funk'ija#

Ambalaa za pakovanje i uvanje prehrambenih prozvoda mora da zadovolji %troe i%pe'ifine zahtjeve3 jer mora za krai ili dui vremen%ki period da ouva poetni kvalitet%vjee ili preraKene hrane# Pri tom3 mora da bude zdrav%tveno i%pravna kako ne bi dolo dokontamina'ije namirni'a %up%tan'ama iz ambalae i time do opa%no%ti po zdravlje potroaa#Zbo toa je odabir adekvatno ambalano materijala za odreKenu vr%tu namirni'a3 jedno odvodeih problema prehrambene indu%trije#

-edan od kljunih problema prehrambene indu%trije %e odno%i na propu%no%t plinova i aromaunutar ambalano %i%tema3 pri emu dolazi do promjena upakovano %adraja3 odno%no vijektrajno%ti takvo %adraja %e %manjuje a ujedno i kvalitet#

Propu%no%t ambalae prema plinovima je uvjetovana vr%tom i debljinom ambalanomaterijala# 2vaki ambalani materijal je defini%an bitnim barijernim karakteri%tikama za

plinove#

1


10/32

04 TEORIJSKI DIO

0424 Pr"*,)n")! *#in"'a

U nepropu%nu ambalau %e moe ubrojati %taklena3 metalna i neke vr%te ambalae od

kombiniranih ambalanih materijala# U %luaju %taklene ili metalne ambalae hermetino%t %epo%tie mehanikim putem Mkruni i vertikalni %poj3 poklopa'3 zatvara# Nepropu%no%tkombinirane ambalae %e moe pode%iti na temelju barijernih %voj%tava %vako %lojavie%lojnih polimernih odno%no kombiniranih ambalanih materijala# Zavarivanjemtermopla%tino %loja pomou topline3 o%tvaruje %e hermetino zatvaranje kod ambalae odvie%lojnih ambalanih materijala# 2ve o%tale vr%te ambalae %e mou %vr%tati u propu%neambalae# Pri tome3 ambalaa moe biti manje ili vie propu%na# U malo propu%nu ambalau%e ubraja pla%tina ambalaa i ambalaa od vie%lojnih pla%tinih i kombiniranih materijala#$%tale vr%te ambalae %u jako propu%ne za plinove Mkarton%ka3 papirna i tek%tilna ambalaa#

Tabe#a 24Podjela ambalae prema propu%no%ti za plinove

NEPROPUSNA ABALAA ALO PROPUSNAABALAA

JAKO PROPUSNAABALAA

L2taklena

L"etalna

L1ombinirana

LPla%tina ambalaa

LAmbalaa od vie%lojnihpla%tinih i kombiniranihmaterijala

L1arton%ka

LPapirna

L8ek%tilna

U 8abeli +# je data podjela ambalae prema propu%no%ti za plinove# Prema propu%no%ti za plinoveambalaa %e dijeli na nepropu%nu ambalau3 malo propu%nu ambalau i jako propu%nu ambalau#

lika '. taklena am&alaa

2


11/32

Prijeno% plinovitih komponenti kroz ambalani materijal %e odvija molekul%kom difuzijomMmolekule %e ibaju u%ljed radijenta kon'entra'ije i u izotropnim %i%temima pri kon%tantnom

priti%ku i temperaturi %e pokorava ;i'kovom zakonu#

Prema Prvom ;i'kovom zakonu3 koliina tvari Mram3 mol koja difundira u jedini'i vremena

kroz jedininu povrinu3 direktno je propor'ionalna radijentu kon'entra'ije M'3 a obrnutopropor'ionalna debljini djelomino propu%no ambalano materijala M?#

$va zakonito%t je izraena %ljedeom jednadbom:

-O L .

dje je . koefi'ijent difuzije ija vrijedno%t ovi%i o prirodi djelomino propu%no ambalanomaterijala3 vr%ti difundirajue plinovite tvari i temperaturi#

Na temelju ove jednadbe moue je izraunati kon'entra'iju difundirajue plinovite tvari ubilo kojoj taki po debljini djelomino propu%no ambalano materijala u odreKenomvremenu# $va tvrdnja vrijedi pod u%lovom da %e u %i%temu ne deavaju hemij%ke reak'ije Mkad%e radi o difuziji plinova kroz ambalani materijal ovaj u%lov je i%punjen#

4%to tako na o%novu ;i'kovo zakona je moue izraunati promjenu kon'entra'ijedifundirajue komponente ili njenu kon'entra'iju u ambalai u funk'iji vremena# 8o znai da

je moue izraunati koliinu plinovite komponente M3 koja difundira kroz membranudebljine ?3 povrine A3 za vrijeme t po jednadbi:

O .QAQt

lika (. )ijagram molekulske difuzije

0404 Za=!i!na >,n(?i%a amba#a-e "+ +%e#"'an%a (i)i(a

3

R'

R ?

'+L',

?


12/32

Prema hemij%kom %a%tavu namirni'e mou biti izrazito heteroene# U veoj ili manjoj mjeri unjihov %a%tav ulaze uljikohidrati3 proteini3 lipidi3 minerali3 vitamini3 aromatine tvari itd#

Neki od tih %a%tojaka lake podlijeu pro'e%ima ok%ida'ije# Po%ljedi'e ok%ida'ije %e moumanife%tirati na razne naine3 a najee %e to rei%trira promjenom3 odno%no pooranjem

boje3 oku%a ili miri%a# Praktino %ve ok%ida'ij%ke promjene %u uvjetovane izmjenom elektrona3a ak'eptor Mprimatelj elektrona u najveem broju %luajeva pred%tavlja molekul%ki ki%ik3 kaonormalni %a%tojak atmo%fere#

1ada bi bila rije o ki%iku poreno bi bilo %hvatanje da je on tetan u %vakom %luaju# Unekim %luajevima njeova pri%utno%t ili od%utno%t nema nikakvih po%ljedi'a# Pakiranje3naprimjer eera ili %oli moe %e prove%ti u pri%utno%ti ili od%utno%ti ki%ika3 a po%ljedi'e e uoba %luaja biti i%te3 odno%no ki%ik ne ok%idira ni %aharozu ni natrijevLklorid#

U 'ilju po%tizanja odreKenih pozitivnih uinaka mou %e rei%trirati %luajevi kada ambalaaupravo mora ili treba dozvoliti kontakt namirni'e %a ki%ikom# 8o je %luaj kod pakiranja%vjee ohlaKeno me%a3 dje ki%ik %udjeluje u ok%ida'iji miolobina do ok%imiolobina kojime%u daje poeljnu 'rvenoLruia%tu boju# -o izraeniji %luaj potrebe za ki%ikom pred%tavlja%vjee voe i povre# Naime3 u tim namirni'ama %e odvijaju %loene ok%idoLreduk'ij%kereak'ije3 ime %e odravaju ivotne funk'ije# Nedo%tatak ki%ika3 brzo bi doveo do pre%tankaivota biljne %tani'e i kvarenja3 odno%no propadanja takve namirni'e#

U %luaju kada ki%ik izaziva nepoeljne promjene na namirni'i3 moe %e po%taviti pitanje je limoue %prijeiti i u%poriti ove promjeneS Poznavanjem pro'e%a koji %e odvijaju i

poznavanjem uzronika tih pro'e%a3 %iurno je da je moue u odreKenoj mjeri utje'ati i na

ok%ida'ij%ke pro'e%e# 8o znai da %e Tborba protiv ok%ida'ij%kih reak'ija %vodi na Tborbuprotiv ki%ika# -edinu barijeru protiv ki%ika pred%tavlja upravo ambalaa# Ukoliko je ambalaanepropu%na na ki%ik3 ok%ida'ij%ke promjene pre%taju utrokom ki%ika3 otopljeno u %adraju3odno%no pri%utno ki%ika u upakiranom proizvodu#

Neke od mouno%ti zatite od ki%ika %u: dodatak antio%kidana%a3 pakiranje pod vakuumom ipakiranje u modifi'iranoj atmo%feri# U 'ilju elimini%anja zarobljeno ki%ika u pakovanju 3nekim namirni'ama %e dodaju antiok%idan%i3 %pojevi koji imaju vei afinitet prema ki%iku3 uu%poredbi %a komponentama pri%utnim u %amoj namirni'i# Pakiranje pod vakuumom

podrazumijeva po%tupak djelimino uklanjanja zraka iz ambalae3 a %amim tim i ki%ik#

Pakiranje u modifi'iranoj atmo%feri podrazumijeva uklanjanje zraka iz3 a zatim dodatakuljikovo diok%ida ili duika u ambalau %a %adrajem#

4


13/32

lika *. Pakiranje u modificiranoj atmosferi

04@4 Ve#iine ("%e (ara(!eri=, *r"*,)n")! *#in"'a *"#imern"$ ma!eri%a#a

1oliina M plinovite komponente koja e %e nai na %trani %a niom kon'entra'ijomdjelomino propu%ne polimerne membrane3 uvjetovana je ne %amo kon'entra'ijom3 odno%no

par'ijalnim tlakom3 neo i topljivou M2 te komponente u dotinoj membrani# Na temeljutoa3 %lijedi da e kon'entra'ija difundirajue komponente M'3 biti propor'ionalna produktu

par'ijalno tlaka Mp i topljivo%ti M2 te plinovite komponente u polimernoj membrani3 tj#:' O 2 Q p

Uvrtavanjem ovo izraza u jednadbu %lijedi:

O

Produkt .Q2 naziva %e koefi'ijentom permeabilno%ti MP:

5

.Q2QMp+Lp,AQt

?


14/32

PO

Prethodni izraz moe da %e pie u obliku:

P

t ?

4zraz PG? pred%tavlja permeabilno%t ili permean'u3 dok je AL povrina ambalano materijala3tL jedini'a vremena3 ?L debljina polimerno ambalano materijala obino +Vm3 WpL

primijenjena razlika priti%aka radi o%tvarenja poon%ke %ile da bi %e utvrdila propu%no%tobino + bar ili + "pa#

Permeabilno%t ili permean'a definira prijeno% permeata kroz jedininu povrinu materijala 3jedinine debljine3 uvjetovano jedininom razlikom priti%aka izmeKu dviju povrina unutardefiniranih u%lova temperature i relativne vlae % obe %trane povrine#

P

?

1oefi'ijent permeabilno%ti je produkt koefi'ijenta difuzije . i topljivo%ti 2:PO . Q 2

Brzina prijeno%a definira koliinu permeata koja prolazi kroz polimer u jedini'i vremena krozjedininu povrinu materijala unutar odreKenih uvjeta temperature i relativne vlae# 8impojmom najee %e izraava propu%no%t vodene pare ili oran%kih %pojeva# Bez obzira naliteraturne podatke koji %u dani kada mjerimo propu%no%t %amo to plina pri razli'i od + bara3realni %vijet %e razlikuje i %uoeni %mo %a %ljedeim %a%tavom atmo%fere:

N,LF9X tj# par'ijalni tlak je /3F* bara ili F*/// Pa3

$,L ,+ X tj# par'ijalni tlak je /3,+ bar ili ,+(// Pa

=$,L /3/( X tj# par'ijalni tlak /3///( bar ili (/ Pa

8o znai da u %tvarno%ti3 nakon odreKeno vremena3 u ambalai treba oekivati odreKenukoliinu plina koja odovara njeovom par'ijalnom tlaku#

1ao krajnji rezultat na%taje %voj%tvo djelomine propu%no%ti ambalano materijala za plinove

da %e atmo%fer%ki %a%tav u napunjenoj i zatvorenoj ambalai nakon dovoljno duo vremena

6

Q?

AQtMp+Lp,

= AMWp

AQtQWp=P'=


15/32

izjednai %a atmo%fer%kim %a%tavom3 odno%no tlak u ambalai %e izjednai %a tlakom okolneatmo%fere#

044 Pr"*,)n")! ar"maAmbalaa mora biti nepropu%na ili malo propu%na za aromatine tvari# 2vaka namirni'a uodreKenoj mjeri pred%tavlja izvor odreKenih hranjivih komponenti Muljikohidrati3 proteini3itd# 1ada je potroa u prili'i birati izmeKu dvije3 u ovom %mi%lu3 po %a%tavu3 identinenamirni'e3 vjerovatno e izabrati onu koja ima povoljnija %enzor%ka %voj%tva Mboja3 oku%3miri%# Upravo je ambalaa ta koja moe i treba %auvati dobra poetna %enzor%ka %voj%tvanamirni'e# $%jeaj oku%a i miri%a je rezultat meKu%obno djelovanja razliitih hemij%kihkomponenata koje ulaze u %a%tav namirni'e# 8reba oekivati da e bilo kakva kvalitativna ilikvantitativna promjena komponenti odovornih za oku%3 a naroito za miri%3 dove%ti do

pooranja kvalitete#

$vi%no o vr%ti primijenjeno ambalano materijala i naina zatvaranja3 tokom vremena3moe doi do ubljenja lako hlapivih %a%tojaka# Ako %e primijeni polimerni ambalanimaterijal aroma Tmoe kroz njea i%pariti ili je u odreKenoj mjeri moe ap%orbirati %amambalani materijal# U tim %luajevima3 namirni'a je manje kvalitetna ali je i daljeupotrebljiva# U nekim %luajevima3 ambalani materijal moe Totpu%titi neke %vojekomponente ili propu%titi %trane miri%e iz okoline# Poznato je da namirni'e boate ma%noamaMma%la'3 %ir3 mararin3 okolada3 me%o relativno lako ap%orbiraju %trane miri%e Mpetrolej3nafta3 miri% koji potjee od uelih ma%ti i ulja3 miri%i merkaptana i amina koji na%taju

mikrobiolokom razradnjom ribe#

lika +. rome

2 drue %trane namirni'e %iromane ma%noama M%vjee rezano voe3 %okovi od voa3 mlijeko3itd# relativno lako ap%orbiraju amonijak Mproblemi u hladnjaama3 %umporov diok%id ivodikov %ulfid Miz kontaminirane atmo%fere3 kao i fenolne %pojeve# U tim %luajevima3 ovi%no

7


16/32

o intenzitetu ap%orbirano miri%a3 takva namirni'a moe po%tati neupotrebljiva# "etalna i%taklena ambalaa nepropu%ne %u za aromatine tvari# U tu %e %kupinu ubrajaju i odreKenevr%te ambalae od kombiniranih ambalanih materijala3 naroito one % metalnim %lojem u%trukturi ambalano materijala# Normalno3 ambalaa mora biti hermetiki zatvorena da bi

bila nepropu%na za aromatine tvari# Ambalaa od papira i kartona je vrlo propu%na zaaromatine tvari3 dok kod polimerne i kombinirane bez metalno %loja propu%no%t ovi%i o vr%tii debljini primijenjenih polimernih materijala#

lika -. !a&uke u am&alai

Upakirani proizvod %e od aromatinih tvari iz okoline moe najbolje zatititi %kladitenjem3manipula'ijom3 tran%portom i prodajom u uvjetima koji i%kljuuju mouno%t direktno iliindirektno kontakta %a %tranim aromatinim tvarima# $d ubitaka tvari arome ambalaa %emoe zatititi jedino odovarajuom ambalaom# Neki autori %u i%traivali ponaanje tvariarome voa i povra kod razliitih %tepeni uparavanja i primjenjenih temperatura3 te %u na

o%novu rezultata %ve aromatine tvari voa i povra podijelili na:

aC #a(" h#a*#%i'e ("m*"nen!e ar"me:L imaju ni%ko vrelite3 te %e lako kvantitativno izdvajajuve kod ni%ko %tepena uparavanja od ,/X Maroma jabuke#

bC !e-e h#a*#%i'e ("m*"nen!e ar"me L imaju viu taku vrelita3 tee %e uparavaju3to %uvone arome koje i%pare kod )0L0/X Ltno %tepena uparavanja Marome kruke3 ljive3 dunje3'rne ribizle3roKa#

?C !e=(" h#a*#%i'e ("m*"nen!e ar"meL kvantitativno %e tee izdvajaju zbo vrlo vi%oko vrelita3

arome i%pare kod %tupnja uparavanja %oka od H0LF/X Marome mareli'e i bre%kve#

+C i&ra&i!"!e=("h#a*#%i'e 7arome koje potpuno i%pare kod 9/L90X %tupnja uparavanja %okaMkupina3 malina3 jaoda#

0434 In!era(?i%a *"#imer8*ermea!

Plinovi koji ne kondenziraju imaju relativno kon%tantan omjer permea'ije plinova unutar%erije polimera# $dno% permea'ije =$, i N, za razliite filmove varira za faktor ,3 dje

%tvarna pojedinana propu%no%t ova dva plina varira za faktor ,///# 4%to tako omjer za =$ ,i$,varira za faktor ,3H a pojedinane propu%no%ti za faktor +///# Bez obzira na tip materijala3propu%no%t ki%ika je etiri puta bra od N,3 dok je permea'ija =$,e%t puta bra od ki%ika i ,)puta bra od duika# "oe %e initi malo udno da molekula =$, koja je najvea odnavedenih molekula plinova3 ima najveu propu%no%t# $na u%tvari ima najmanji koefi'ijentdifuzije3 ali je koefi'ijent permea'ije najvei zbo toa to je njeov koefi'ijent topljivo%tinajvei# Po%toji miljenje da koefi'ijent permea'ije za pojedini %i%tem3 permeatGpolimer

pred%tavlja produkt faktora ; odreKen prirodom polimera i faktorom 73 odreKen prirodompermeata te interaktivnom funk'ijom 5# Prema tome %e koefi'ijent permea'ije polimera prema permeatu k moe izraziti kao:

PkO;Q7 Q5k8


17/32

Ukoliko %e uzme da je 5kjedinina vrijedno%t3 a odno%i koefi'ijenata permea'ije polimera prema permeatu k i j neka %u identini kao odno% izmeKu njihovih odovarajuih 7 faktora:

Pk 7

Pj 7j

Navedeni odno% bit e otovo neovi%an o prirodi permeata# Na identian %e nain mouizraziti koefi'ijenti permea'ije dva polimera i i permeata k:

Pk ;

Pk ;

lika . /igracija i permeacija komponenti kroz am&alau

044 O'i)n")! ("n?en!ra?i%e i 'remena

Zbo oraniene brzine difuzije otopljene tvari u polimeru3 po%toji interval prije po%tizanjaravnoteno %tanja# 2itua'ija %e u tom intervalu moe opi%ati druim ;i'kovim zakonom# U%luaju kada je kon%tanta difuzije neovi%na o kon'entra'iji3 dje je polimer u poetku%lobodan od plina3 a jedna povrina je izloena plinu pri priti%ku od p+3 %a kon'entra'ijom '+u povrin%kom %loju3 moe %e prikazati:

O

Prema tome3 koliina plina koja prolazi kroz permeat3 linearno %e poveava % vremenom3nakon to je po%tinuto ravnoteno %tanje# U linearnom dijelu krivulje ek%trapolira %e AB

prava' do O/3 dje je od%jeak tO>3 i tada iz jednadbe %lijedi:

.'+>

9

=

=

.'+

? (t )

?,

H.

?=

'+?

H

mL


18/32

lika 0. Tipina krivulja permeacije i time$lag vrijednosti

ili .O i >O

4z jedno ek%perimenta moue je tada doi do tri podatka# 1oefi'ijent permea'ije3 P3 dobija%e iz prorauna ravnoteno %tanja brzine permea'ije3 Gt Mnaib prav'a3 te njeovom%up%titu'ijom u jednadbi# 1oefi'ijent difuzije dobija %e iz podatka timeLla3 a koefi'ijenttopljivo%ti 2 rauna %e iz izraza PG.#

U uvjetima bubrenja polimera3 kao to je %luaj %a oran%kim parama i velikim molekulamaplina3 . i 2 po%taju ovi%ni o kon'entra'iji i vremenu# Budui da %e ti efekti ne mou povezati%a poda'ima timeLla i ravnotenim %tanjem3 neophodno je prouiti %orp'ij%ko ponaanje ufunk'iji vremena# $dreKivanjem ravnotene ma%e3 bilo pora%ta ili ubitka ma%e3 pri razliitimkon'entra'ijama para3 %orp'ij%ka izoterma %e moe predoiti %likom tipine %orp'ij%ke

izoterme#$penito3 moe %e napi%ati izraz:

"t

dje je "tkoliina %orbirane pare3 "tYje ravnotena %orbirana koliina 3 k je kon%tanta a n %emijenja ovi%no o nainu difuzije# U %luaju ;i'kove difuzije nO moue je odrediti . iz t/30

kada koliina ap%orbirane pare izno%i polovi'u od konane ap%orbirane vrijedno%ti uravnotenom %tanju za film debljine ?3 tj#:

10

Neravnoteno %tanje

A

B

&avnoteno %tanje

6rijemeGt >

?,

H>

?,

H.

"t

=n


19/32

.O

lika 1. Tipina sorpcijska izoterma za 2ickovu difuziju

Budui da po%toji znaajna razlika u %orp'iji oran%kih para i %orp'iji plinova u polimernimmembranama M%orp'ija oran%kih para dovodi do znatno vee kon'entra'ije permeanta u

polimeru3 treba uzeti u obzir i debljinu membrane#

@4 ODREIVANJE PROPUSNOSTI

"anometar%kom metodom MA28" . +)() iz naiba prav'a dobije %e podatak razlikepriti%ka u vremenu M[p>G[t koji %e moe uve%ti u izraz:

PO # # #

dje je 6> volumen elije Mdje je nii priti%ak3 ? je debljina filma3 8 je temperatura a A jepovrina filma#

@424 Pr"*,)n")! '"+ene *are

2tandardna metoda MA28" E*H obuhvata po%tavljanje odreKene koliine de%ikatoraManhidrid kal'ijeva klorida3 %ilikalel u aluminij%ku po%udu koja %e prekriva uzorkom

11

/ /)*(*?,

t0,5

0.

1.

"tG"t

t/30 \tG?

[p>

[t

6>

FH/

,F(

8

?

A


20/32

materijala koji %e te%tira i uvruje vo%kom# Po%uda %e po%tavlja u kontroliranu atmo%feru#&ei%trira %e pora%t ma%e % vremenom# 7rafikim prikazom trebao bi %e dobiti prava' buduida je [p kon%tantan tokom te%ta#

4z izraza:

]68&O O O

.a bi %e ]68& vrijedno%t izrazila kao permean'a MPG?3 vrijedno%t %e mora podijeliti %apokretakom %ilom [p#

4 ODREIVANJE VIJEKA TRAJNOSTI PROIZVODA S OBZIRO NAPROPUSNOST PLINOVA I AROA

Prim%er 24Potrebno je odrediti vijek trajno%ti proizvoda Mt%# Poznati %u nam %ljedei poda'i ovinu pakiranom u PE8 bo'u: propu%no%t ambalano materijala na: a ki%ik izno%i ,3,HQ+/ L+/

m> M28P 'mG'm, Q%Qbar i b %umporovLdiok%id ,3,0HQ+/L*m> M28P 'mG'm,Q%Qbar# Povrinabo'e je F,/ 'm,3 debljina /3/)H 'm3 i volumen je + ># 1on'entra'ija ki%ika u atmo%feri izno%i,+X3 te je priti%ak para ki%ika izvan bo'e /3,+Q+3/+( atmO/3,+F( bara# Pretpo%tavimo da je

priti%ak para ki%ika u bo'i nula# "ak%imalna koliina ki%ika koju vino moe ap%orbiratiMprema literaturnim poda'ima izno%i 0ppm M0mG> tj# 0Q+/ L( G># 6olumen bo'e je +> temak%imalna ap%orbirana koliina ki%ika izno%i 0Q+/L( G># 7u%toa ki%ika izno%i +3)(Q+/L(

Gm>3 iz ea %lijedi da je mak%imalna dozvoljena koliina ki%ika OM0Q+/L(GM+3)(Q+/L(O

(30m>#

a

M$,O(30 m>

?O/3/)H 'm

P M$,O,3,H Q+/L+/ m> M28P 'mG'm,Q%Qbar

AOF,/ 'm,

12

AQt

naib

povrina

vode

dan m,


21/32

[pO/3,+F( bar

t% MdaniOS

P

t%O

t%O )3HHQ+/H % O 0(3* dana

O+$"'"r: 8rajno%t proizvoda3 % obzirom na permea'iju $,3 izno%i 0) dana#

Pretpo%tavimo da je poetna kon'entra'ija 2$,u vinu +// ppm3 a od toa 0/ X u %lobodnomobliku# 4zraunato je Mliteraturni podatak da tlak para 2$,od 0/ ppm izno%i ,3,*009Q+/L0

bara#

O koliina 2$,koja prolazi kroz bo'u Mpermea'ija3 izraena je u 2$,po vina# Poetnavrijedno%t je 0/ ppm tj# 0/ mGk# Uzimamo da je u%toa vina identina u%toi vode tj# 0Q+/ L0G# Pretpo%tavimo da je vijek trajno%ti prihvatljiv kada %e izubi polovi'a koliine 2$ ,krozPE8 bo'u tj# ,30 Q+/L0 G# Ukoliko uzmemo da je u%toa vina 2$, ,3*(Q+/L( Gm>3 tadamak%imalna izubljena koliina 2$,izno%i M,30 Q+/L0GM,3*(Q+/L(O930Q+/L( m>G3 odno%no 930m> za volumen bo'e od +>#

b

M2$,O 930 m>

?O /3/)H 'm

P M2$,O ,3,0HQ+/L* m> M28P 'mG'm,Q%Qbar

AOF,/ 'm,

[pO ,3,*009Q+/L0bar

t% Mdani OS

13

t=

?Q A Q Mp+Lp,

Q?

PQAQ[p=

(30Q/3/)H

,3,HQ+/L+/QF,/Q/3,+F(

Q?=

930Q/3/)H


22/32

t%O

t%O +3/0Q+/+/%

t%O +3/0Q+/+/% 3 odno%no t%O ((( odine#

O+$"'"r: 8rajno%t proizvoda3 % obzirom na permea'iju 2$,3 izno%i ((( odine#

Za(#%,a(: Proizlazi da je permea'ija ki%ika3 iz atmo%fere u vino3 oraniavajui faktortrajno%ti vina u PE8 bo'ama# 4zraunati vijek trajanja od 0) dana je prekratak3 te bi bo'e

trebale biti prevuene %a barijernim materijalom na ki%ik poput P6=GP6.= kopolimera#Permea'ija 2$,kroz %tijenku PE8 bo'e nije oraniavajui faktor#

424 Pr"*,)n")! 'i=e)#"%nih ma!eri%a#a

6ie%lojni materijali %e mou razmatrati kao vei broj membrana u %eriji# Ako %e razmatrajutri %loja u %eriji3 onda ukupna debljina tada izno%i: ?8O?+^?,^?(# Ako %e uzme u obzirravnoteni protok Mfluk% plina3 brzina permea'ije kroz %vaki %loj mora biti kon%tantna3 tj8O+O,O(# 4%to tako e i povrina biti kon%tantna A8OA+OA,OA(3 te %e zamjenom u

jednadbi dobije izraz:

8 P+ P, P(

PreureKenjem ove jednadbe dobije %e:

8Q?8

i budui da je:

Mp+L p) O Mp+L p, ^ Mp,L p( ^ Mp(L p)

14

PQAQ[p ,3,0HQ+/L*QF,/Q,3,*009Q+/L0

t=

?

A+Mp+ L p, L?,

A,Mp, L p( L?(

A(Mp( L p)

tQA8QP8

O Mp+ L p) O [pi


23/32

proizlazi:

8Q?8 8

ili:

P8O

Prema tome3 ako %u poznate debljine pojedinih %lojeva i koefi'ijenti permea'ije3 te uzpretpo%tavku da %u koefi'ijenti permea'ije neovi%ni o priti%ku3 tada prethodna jednadba moepo%luiti za proraun koefi'ijenta permea'ije za bilo koji vie%lojni materijal# Ukoliko ni%u3tada e %e dobiti razliiti koefi'ijenti permea'ije3 ovi%no o poloaju %lojeva#

U prak%i %u polimerni materijali u pravilu izloeni vlanim uvjetima3 te e propu%no%t ki%ikakroz materijale poput etilenLvinil alkohola i poliamida ovi%iti o pri%utnoj vlazi# U tom %e%luaju prethodna jednadba ne moe izravno upotrijebiti3 budui da e P , Mkoefi'ijent

permea'ije %redinje %loja ovi%iti o pro%jenom par'ijalnom priti%ku u %redinjem %loju#

-ednadba kojom %e moe predvidjeti pro%jeni par'ijalni priti%ak u %redinjem %lojuvie%lojno materijala koji %adri %loj o%jetljiv na vlau moe %e opi%ati na %ljedei nain:

pretpo%tavimo da %e radi o tro%lojnom materijalu te da je propu%no%t na ki%ik %redinje %lojaovi%na o pri%utnoj vlazi te da %mjer protoka Mfluk% vodene pare ide od vanj%ko premaunutarnjem dijelu #

Budui da par'ijalni priti%ak vodene pare nee biti kon%tantan kroz vie%lojni materijal3potrebno je modifi'irati izraz M]68& tako da %adri razliku par'ijalno priti%ka i debljinematerijala:

]68&O

Budui da e A i t biti identini za %va tri %loja3 ravnotena ]68& vrijedno%t izmeKuvanj%ko i %redinje %loja %e moe izraziti jednadbom:

+ ,

15

tQA8QP8

=

tQA8

( ?+P+

+?,

P,

+?(

P(

?8

M?+GP+^M?,GP,^M?(GP(

AQ?Qt

[p

Mp+ L p, O

?,

Mp, L p(


24/32

2lino tome3 ravnotena ]68& vrijedno%t izmeKu %redinje i unutarnje %loja e biti:

, (

Pro%jeni par'ijalni priti%ak %redinje %loja Mp' e biti:

p'O

>inearno rjeenje prethodnih jednadbi za p, i p( i %up%titu'ija u jednadbu pro%jenopar'ijalno priti%ka %redinje %loja3 dovodi do prorauna pro%jeno par'ijalno priti%ka

%redinje %loja:

p' O

Poznavanjem p' ek%perimentalno %e moe odrediti koefi'ijent permea'ije P' %redinje %lojapri dotinoj vrijedno%ti par'ijalno priti%ka3 pa %e P8 jednadba moe i%kori%titi za proraunukupne permeabilno%ti vie%lojno materijala#

16

?+

?,

Mp,Lp( O

p, ^ p(

?(

,

Mp(Lp)

P+( + , )+P4( +?,,

?(

(

?,

,

?

+

,

(+ +

?(

(

?,

,

?+

+


25/32

34 POBOLJ5ANJE BARIJERNIH SVOJSTAVA NA PLINOVE I AROE

Barijerna %voj%tva na a%ove kod vie%lojnih polimernih materijala mou %e poboljati takoto e u %a%tav materijala ui %loj od ono pla%tomera3 koji ima dobre pomenute karakteri%tike#Pri u%lovima primjene ambalano materijala za pakovanje u atmo%feri vazduha3 ili podvakuumom i za pakovanje pod a%eptinim u%lovima3 ambalani materijal3 a %amim tim iodabrani barijerni pla%tomer3 moraju biti to manje propu%ni za vazduh3 ki%eonik3 azot i uljendiok%id#

;olije treba odabirati tako da jedna nadomjeta neativne karakteri%tike drue# $vakvomkombina'ijom po%tiu %e %pe'ifina barijerna %voj%tva prema vodenoj pari i ki%iku# $%obinematerijala3 kao i njihovih kombina'ija date %u u tabelama , i (#

Tabe#a 0:Najire upotrebljavani materijali za vie%lojnu ambalau

a!eri%a#i S'"%)!'a

aluminijum%ka folija

zanemariva propu%no%t na vodenu paru3 a%ove i miri%e_

otporno%t na ma%noe3 neprozirno%t3 mo

reflek%ije3 zadravanje %avijeno oblika

'elulozni film Mlakirani

obradivo%t na mainama3 vr%toa3

tran%parentno%t3 %jejno%t3 otporno%t na ulja i ma%noe3

termozavarivo%t_ propi%tljivo%t na vodenu paru3 a%ove i

arome zavi%i od upotrebljeno laka

PE i etilen kopolimeri

izdrljivo%t3 termozavarivo%t3 ni%ka prpopu%no%t na

vodenu paru3 dobra hemij%ka otporno%t3 dobro podnoenje

ni%kih temperatura3 moe %e metalizirati#

Etilen kopolimeri poboljavaju vr%tou i otporno%t

na ni%kim temperaturama i %manjuju temperaturu topljenja#

PP i PP kopolimeri

vrlo ni%ka propu%no%t na vodenu paru3 otporno%t termovara na

temperaturu %teriliza'ije3 mehanika vr%toaprini%kim temperaturama zavi%i od udela i tipa kopolimera

$PP

dobra tran%parentno%t i %jaj3 vrlo dobra barijera na vodenu paru3

dobra mehanika vr%toa3 koek%trudirani filmovi

za termozatapanje# ;ilmovi prevueni P6.= filmom po%eduju

dobra barijerna %voj%tva na a%ove i miri%e3 termozavarivi %u#

metalizirani $PP poboljana barijerna %voj%tva na a%ove3 vlau3 U6 i %vetlo#

polie%tar%ki film tran%parentno%t i %jaj3 izdrljivo%t3 termozavarivo%t3 dobra

barijera na vodenu paru# Prevueni filmovi imaju vrlo dobra

17


26/32

barijerna %voj%tva na vlau3 a%ove i miri%e#

U 8abeli ,# %u dati materijali koji %e najvie upotrebljavaju za vie%lojne ambalae ime %e%manjuje propu%no%t komponenata a %amim tim i plinova i aroma#

Tabe#a @4Barijerna %voj%tva ambalanih materijala

Bari%ern" )'"%)!'"ma!eri%a#a na

Amba#a-ni ma!eri%a#i S(ra.eni?e

$,

etilenGvinil alkoholpoliviniliden hloridpoliakrilonitrilmetalizirani aluminiijumlaminati % prevlakom %ili'ijum ok%ida

E6A>P6.=PANAl @ met2i$ @ prevlaka

=$,etilenGvinil alkohollaminati %a prevlakom %ili'ijumLok%ida

E6A>2i$ @ prevlaka

U 8abeli (# %u data barijerna %voj%tva ambalanih materijala na $ , i =$,# 4z priloenovidimo da najbolja barijerna %voj%tva prema ki%iku imaju materijali kao npr# etilenGvinilal'ohol imetalizirani aluminijum3 dok najbolja barijerna %voj%tva prema =$,imaju ambalanimaterijali kao to %u etilenGvinil alkohol i laminate %a prevlakom %ili'ijumLok%ida#

Tabe#a 4Propu%no%t kombinovanih materijala na ki%ik

a!eri%a# Pr"*,)n")! (i)i(a ?m@8m0 +anC

Ne"b#i("'ana amba#a-a Ob#i("'ana maba#a-a

PEGkartonGPEGAlLfolijaG%urlnGPE

(0L)/ +0//L+0,/

18


27/32

PEGkartonGPEGAlLfolijaG%urln`GPE

(/L(0 ,///

Polie%ter M/3/,0 mm F/L9/ F/L+//

U 8abeli )# %u date propu%no%ti materijala na ki%ik3 %a veim %tepenom oblikovanja ambalaepoveava %e i propu%no%t ambalae na ki%ik#

1od pakovanja u zatitnim atmo%ferama3 uz navedene karakteri%tike3 ambalani materijalmora imati i to manju propu%tljivo%t za a%ove koji ulaze u %a%tav zatitne atmo%fere# 2

obzirom da je propu%no%t na a%ove manja %a poveanjem debljine %loja pla%tomera3 poredvr%te3 treba obratiti panju i na potrebnu debljinu3 kako bi %e zadovoljile zahtjevanekarakteri%tike# "etaliza'ijom i %ilikoniza'ijom %e takoKer poboljavaju barijerna %voj%tvanavedenih ambalanih materijala#

lika 3. 4zgled metaliziranog plastomera

e!a#i&irani *#a)!ini >i#m

1od kombinovanih materijala3 kao barijerni %loj za a%ove kori%ti %e i aluminijum%ka folija#1oritenjem ovakve folije debljine vee od ,/ m materijal po%taje potpuno nepropu%tan zaarome i vodenu paru# 1ada %e ovori o kombina'iji %a papirom i kartonom3 barijerna %voj%tva

na a%ove moue je poboljati na i%ti nain kao i kod vie%lojnih polimernih materijala3 iliupotrebom aluminijum%kih %lojeva#

19


28/32

Barijerna %voj%tva na arome znaajno %e poveavaju koritenjem aluminijum%kih folija# Pritome %e upakovani proizvodi i%tovremeno tite od poprimanja nepoeljnih miri%a iz okoline#

4 ZAKLJUAK

Prijeno% tvari Mmira'ija ki%ika3 =$,3 aroma i druih tvari iz okolia kroz ambalau u hranuM%adraj uzrokovat e nepoeljne promjene u hrani kao to %u ok%ida'ija3 mikrobni ra%t3 ra%t

plije%ni te promjena miri%a i oku%a# 2 obzirom da je mira'ija reverzibilan pro'e%3 prijeno%tvari iz hrane u okoli kroz ambalau uzrokovat e dehidrata'iju i dekarboniza'iju#

1valitet upakirano proizvoda u velikoj mjeri ovi%i o propu%no%ti ambalano materijala3 jerdifuzija razliitih a%ova3 tekuina i aroma kroz ambalani materijal iz okoline i obrnuto3izravno mijenja %voj%tva upakirane namirni'e i ambalano materijala# Zbo toa je

poznavanje propu%no%ti materijala i faktora koji na njih utjeu znaajno %a %tanovitaouvanja proizvoda i njeovo kvaliteta#

Proizvodnja modernih pla%tinih ma%a3 barijernih i vi%okobarijernih karakteri%tika3 zauvijek je

promijenila ne %amo tehnoloiju proizvodnje ambalanih materijala3 neo i prehrambenuindu%triju# "noe namirni'e i pia koje %vakodnevno konzumiramo3 nikada ne bi po%tojali

bez prethodno otkria pakovanja %a kojim ine nerazdvojivu 'jelinu# 2avremeni u%lovi ivotadiktiraju prava' razvoja ovih materijala %a jedne3 ali i %ami materijali utjeu na nain ivljenjamoderno ovjeka3 %a drue %trane#

20


29/32

64 POPIS SLIKA

2lika +# 2taklena ambalaa

2lika ,# .ijaram molekul%ke difuzije

2lika (# Pakiranje u modifi'iranoj atmo%feri

2lika )# Arome

2lika 0# -abuke u ambalai

2lika H# "ira'ija i permea'ija komponenti kroz ambalau

2lika F# 8ipina krivulja permea'ije i timeLla vrijedno%ti

2lika 9# 8ipina %orp'ij%ka izoterma za ;i'kovu difuziju

2lika *# 4zled metalizirano pla%tomera#

21


30/32

G4 POPIS TABELA

8abela +# Podjela ambalae prema propu%no%ti za plinove

8abela ,# Najire upotrebljavani materijali za vie%lojnu ambalau

8abela (# Barijerna %voj%tva ambalanih materijala

8abela )# Propu%no%t kombinovanih materijala na ki%ik

22


31/32

4 LITERATURA

1N-47E

+# 6ujkovi3 4#3 7ali3 1#3 6ere3 "#: Ambalaa za pakiranje namirni'a_ 8e'tu%3 Zareb35rvat%ka3 M,//F#

,# Piriner $#7#3 Baner A#>#: Pla%ti' Pa'kain "aterial% for ;ood_ Barrier ;un'tion3 "a%%

8ran%port3 ualit A%%uran'e3 and >ei%lation_ ]ileL]=5 6erla 7mb3 ]einheim37erman3 M,///#

(# Bureau3 7#3 "ulton -#>#: ;ood Pa'kain 8e'hnolo_ 6ol +#3 6=5 Publi%her%3 4n'# Ne

Documents

Analiza Vijeka Trajnosti Proizvoda s Obzirom Na Propusnost Plinova i Aroma Unutar Ambalažnog Sistema