cursuri ambalaje

Ambalaje si design in i.a.

CURS 4

Universitatea Dunarea de Jos din Galati 1

Spãlarea, igienizarea si sterilizarea ambalajelor

1.1. Obiectivele spãlãrii ambalajelor

1.2. Factori care influenþeazã spãlarea ambalajelor

1.2.1. Inmuierea. Efectul înmuierii 1.2.2. Stropirea. Efectul stropirii

1.2.3. Temperatura de spãlare 1.2.4. Agentul de spãlare

1.2.4.1. Cerinþe pentru soluþia de spãlare 1.2.4.2. Proprietãþile soluþiei de spãlare

1.2.4.3. Ingrediente ale soluþiei de spãlare a buteliilor 1.2.4.4. Detergenþi sub formã de premixuri

1.2.4.5. Calitatea apei 1.2.4.6. Tratamentul soluþiei caustice 1.2.4.7. Regenerarea soluþiei de spãlare

1.3. Sterilizarea ambalajelor. Agenþi de sterilizare 1.3.1. Apa oxigenatã

1.3.2. Acidul peracetic 1.3.3. Aburul saturat

1.3.4. Aerul cald

1.3.5. Agenþi de sterilizare neconvenþionali

1.3.5.1. Radiaþii ultraviolete 1.3.5.2. Radiaþii infraroºii

1.3.5.3. Radiaþii ionizante 1.3.5.4. Impulsuri ultrascurte de luminã

Bibliografie

1.1. Obiectivele spãlãrii ambalajelor Pregãtirea ambalajelor înainte de umplerea lor cu produs este o condiþie esenþialã a asigurãrii conservabilitãþii corespunzãtoare a produsului ambalat, termenul sãu de valabilitate depinzând foarte mult de starea de igienã a ambalajelor.

Pregãtirea ambalajelor se realizeazã prin intermediul operaþiilor de spãlare, igienizare si sterilizare. Obiectivele principale ale acestor operatii sunt: - curãþarea mecanicã a ambalajelor ºi obþinerea de ambalaje perfect curate; - asigurarea puritãþii microbiologice ºi / sau a sterilitãþii (în cazul ambalajelor destinate ambalãrii aseptice). Condiþia de ambalaj perfect curat este asiguratã dacã ambalajele sunt acoperite, dupã efectuarea operaþiei, cu o pelic ulã uniformã ºi continuã de apã. Spãlarea insuficientã se recunoaºte dacã suprafaþa ambalajelor nu este complet umedã ºi existã asocieri de picãturi de apã, vizibile în special la ambalajele din sticlã. Puritatea microbiologicã este realizatã atunci când toate microorganismele prezente pe suprafaþa ambalajelor sunt distruse ºi îndepãrtate. Spãlarea ambalajelor noi este o operaþie uºoarã deoarece impuritãþile sunt formate în special din particule de praf provenite din aer, eventual din resturi de paie provenite din ambalajul de transport al ambalajelor noi din sticlã . O atenþie deosebitã trebuie acordatã condiþiilor de depozitare a ambalajelor goale deoarece variaþiile de umiditate ºi temperaturã conduc la condensarea umiditãþii pe suprafaþa ambalajelor, ceea ce favorizeazã aderarea prafului din aer.


CURS 4


Pentru ambalajele reutilizabile (butelii ºi borcane din sticlã, butoaie, keg-uri, ambalaje secundare: lãzi, navete etc.) spãlarea este o operaþie dificilã, mai ales la cele care au depuneri solide ºi resturi de grãsimi sau au etichete aplicate cu ajutorul unui adeziv cu rezistenþã mare la umezire. Ambalajele reutilizabile se întorc de la consumator murdare, conþinând impuritãþi foarte diferite ºi încã etichetate. În plus, multe butelii încã mai au pe gât folie de aluminiu folositã pentru înfãºurarea închiderii ºi a gâtului buteliei. Pentru reutilizare, ambalajele trebuie curãþate, iar etichetele ºi foliile din aluminiu îndepãrtate. Ambalajele returnabile murdare pot fi:

- Returnãri comerciale normale constituite din majoritatea ambalajelor care se reîntorc la producãtorul de alimente efectuând circuitul fabricã - piaþã comercialã - fabricã într-un interval de timp mai mic de trei luni.

- Ambalaje din depozite constituite din ambalajele pãstrate în depozite, pivniþe, garaje etc. perioade îndelungate de timp. Aceste ambalaje sunt mai greu de spãlat decât ambalajele returnabile normale ;

- Ambalaje foarte murdare, caracterizate prin acumulãri mari de murdãrie la interior pe unul din pereþi ca rezultat al depozitãrii lor în poziþie culcatã, în spaþii neacoperite, pentru perioade îndelungate de timp. Murdãria poate fi constituitã din noroi uscat, nisip, mucegai ºi alge sau orice combinaþie a acestora. Aceste ambalaje sunt colectate de operatori de salvare ºi pot fi returnate la fabricã, unde sunt pãstrate separat, pânã la acumularea unor cantitãþi apreciabile ºi sunt spãlate separat, la sfârºitul programului de producþie, pentru a se acorda o atenþie deosebitã operaþiei de spãlare.

- Ambalaje imposibil de curãþat care conþin substanþe cum sunt catran, vopsea, ghips etc. fixate pe suprafaþa sticlei. Aceste impuritãþi sunt insolubile în soluþiile de spãlare obiºnuite, deci nu pot fi curãþate, astfel cã trebuie eliminate înainte de încãrcarea maºinii de spãlat.

1.2. Factori care influenþeazã spãlarea ambalajelor Spãlarea ambalajelor se realizeazã în mai multe etape: - înmuierea ºi umflarea depunerilor (îndeosebi în cazul ambalajelor reutilizabile) - desprinderea ºi antrenarea impuritãþilor - clãtirea ambalajelor. Inmuierea ºi umflarea depunerilor se realizeazã printr-o clãtire internã ºi externã cu apa. de obicei recirculatã de la o clãtire finalã, acþiune ce îndepãrteazã impuritãþile libere ºi materialul strãin ºi preîncãlzeºte (tempereazã) ambalajele din sticlã. Desprinderea ºi antrenarea impuritãþilor se obþine prin înmuiere alternatã cu scurgere la trecerea ambalajelor prin unul sau mai multe bazine care conþin cantitãþi mari de soluþii de spãlare. Agitarea mecanicã a soluþiei prin recirculare ºi stropirea ambalajelor cu aceasta ajutã la separarea impuritãþilor ºi a etichetelor de pe ambalaje ºi la dispersarea lor în soluþie. Clãtirea ambalajelor se realizeazã prin stropire internã ºi externã cu jeturi puternice de apã în vederea îndepãrtãrii resturilor de soluþie de spãlare ºi a rãcirii ambalajelor la temperatura necesarã pentru umplerea cu produs. Presiunea ºi forma jetului de stropire se alege în funcþie de înãlþimea ambalajului ºi de diametrul gurii / orificiului de umplere a ambalajului astfel încât, concomitent cu stropirea sã poatã fi asiguratã ºi evacuarea apei de spãla re, împreunã cu impuritãþile. Alegerea sistemului de spãlare, a soluþiei ºi a temperaturii de spãlare depinde de: - gradul de murdãrire a ambalajelor; - tipul ambalajului (materialul din care este confecþionat, forma, capacitatea, dacã este nou sau reutilizabil etc); - tipul de adeziv folosit la etichetare; - materialul folosit pentru confecþionarea etichetei; - duritatea apei folosite pentru spãlare; - capacitatea de curãþire a maºinii de spãlat; - productivitatea liniei / secþiei de fabricaþie care determinã alegerea unei maºini de spãlat cu o anumitã productivitate.

Efectul de curãþare depinde de :


CURS 4


- Efectul înmuierii - îndepãrtarea murdãriei / impuritãþilor necesitã un timp de înmuiere ºi dizolvare cuprins între 10 ºi 30 minute; - Efectul mecanic al stropirii - accentueazã curãþirea prin clãtirea intensã a recipientelor; - Temperatura de spãlare - cu cât este mai ridicatã cu atât este mai rapidã îndepãrtarea murdãriei. O spãlare bunã, concretizatã printr-un bun efect biologic de curãþire se realizeazã la temperatura de 60...85°C; - Agentul de curãþire este alcalin astfel cã, pe lângã înmuierea ºi dizolvarea murdãriei distruge ºi microorganismele,

îndeosebi la temperaturã ridicatã. Existã ºi o excepþie: pentru ambalajele din aluminiu nu se foloseºte soluþie alcalinã (de NaOH) datoritã caracterului amfoter al aluminiului.

Se poate obþine acelaºi efect de distrugere a microorganismelor fie prin creºterea temperaturii cu 5,5 °C, fie prin creºterea concentraþiei soluþiei cu 50%. Cu toate acestea, trebuie menþionat cã aplicarea acestei reguli poate fi efectuatã într-un domeniu îngust. 1.2.1. Inmuierea. Efectul înmuierii Inmuierea se realizeaza prin imersia ambalajelor supuse spãlãrii în soluþia alcalinã din baia de înmuiere si este faza cu durata cea mai lungã dintr-un ciclu de spãlare. Efectul de spãlare este cu atât mai bun cu cât durata de contact dintre ambalaje ºi soluþia alcalinã este mai mare. Cu toate acestea, prelungirea duratei de contact trebuie evitatã datoritã atacului corosiv al soluþiilor alcaline (de sodã causticã) asupra materialelor de ambalaj, chiar ºi asupra sticlei. Spre exemplu, în asemenea condiþii ambalajele din sticlã pot cãpãta un aspect ceþos. Duratã de contact poate avea urmatoarele aspecte: - durata totalã se referã la numãrul de minute necesare pentru ca un ambalaj supus spãlãrii sã parcurgã traseul de la gura de alimentare la gura de descãrcare a maºinii de spãlat; - durata de imersie, adesea numitã duratã de înmuiere , este durata de timp în care o butelie este imersatã în soluþie alcalinã ºi nu include timpul necesar pentru clãtire sau pentru transferul de la un compartiment cãtre urmãtorul; - durata de contact se referã la timpul în care un ambalaj este supus acþiunii soluþiei caustice ºi trebuie sã fie egalã

cu durata de imersie plus timpul necesar transferului ambalajelor de la un compartiment la urmãtorul. întrucât un ambalaj este imersat în baia de soluþie alcalinã apoi este scos deasupra nivelului soluþiei, suprafaþa sa

murdarã este supusã la douã mecanisme de curãþare separate, distincte: secvenþa de înmuiere ºi secvenþa de umplere ºi de golire a ambalajului cu soluþie alcalinã.

Primul mecanism este dependent de timp, fiind raportat numai la durata de timp în care buteliile sunt imersate în soluþia alcalinã fierbinte. Cel de al doilea mecanism, secvenþa de umplere ºi de golire a ambalajului cu soluþie alcalinã, independent de timp, este asociat cu numãrul de umpleri ºi de goliri, depinzând de câte ori se formeazã o interfaþã aer - lichid pe suprafaþa murdarã a ambalajului. De exemplu, într-o maºinã de spãlare cu un singur compartiment de imersie, pe o butelie se va forma de douã ori interfaþã aer-lichid, _na la umplere, cealaltã la golire, în timp ce, într-o maºinã cu trei compartimente ie imersie, interfaþa aer- lichid se va forma de ºase ori. Rezultatele testelor de laborator care au simulat procesul de curãþare a buteliilor din sticlã au indicat cã, pentru o duratã de înmuiere egalã (o medie de 9 minute), într-o -aºinã de spãlat cu trei compartimente de înmuiere se pot îndepãrta de douã ori mai multe impuritãþi decât în una cu un singur compartiment. Ca atare, maºinile de spãlat nu pot fi judecate numai dupã durata de înmuiere (Kappele, 1999). În cazul spãlãrii ambalajelor reutilizabile, care conþin ºi etichete, întrucât timpul necesar pentru îndepãrtarea etichetelor este mai mare decât cel necesar pentru îndepãrtarea murdãriei, se foloseºte un timp de înmuiere suficient de mare care sã necesara îndepãrtarea etichetelor din maºina de spãlat.

1.2.2. Stropirea. Efectul stropirii Stropirea ambalajelor se efectueazã în scopul preîncãlzirii imediat dupã introducere în maºina de spãlat, al clãtirii pentru îndepãrtarea urmelor de soluþie alcalinã ºi -rãcire la temperatura de evacuare, dar ºi al îndepãrtãrii


CURS 4


impuritãþilor în compartimentele de spãlare cu soluþie alcalinã. Se aplicã atât la interiorul cât ºi la exteriorul ambalajelor aflate cu gura în jos în compartimentele de stropire, astfel încât soluþia de spãlare / apa sã se scurgã, antrenând impuritãþile / urmele de soluþie alcalinã. Efectul mecanic al stropirii se datoreazã jeturilor puternice de soluþie alcalinã sau de apã de clãtire / preînmuiere ºi depinde de presiunea la gura duzelor de stropire, care trebuie sã fie mai mare de 2-3 bar ºi de diametrul orificiilor de stropire, care este mai mare pentru stropirile interioare faþã de cele exterioare. De asemenea, numãrul de duze de stropire este mai mare pentru stropirile interioare, în comparaþie cu numãrul celor pentru stropiri exterioare. La spãlarea ambalajelor metalice (ex. cutii din tablã cositoritã sau aluminiu), a ambalajelor de transport ºi distribuþie (ex. lãzi, navete) etc. stropirea este principala modalitate de efectuare a spãlãrii, revenindu-i un rol determinant în asigurarea condiþiei de ambalaj perfect curat. 1.2.3. Temperatura de spãlare In timpul spãlãrii, ambalajele sunt încãlzite pânã la temperatura soluþiei de spãlare din compartimentul cu temperaturã maximã, apoi sunt rãcite la temperatura pe care o au la evacuare din maºina de spãlat. Astfel, pe parcursul procesului de spãlare a ambala jelor din sticlã pot fi atinse urmãtoarele temperaturi:

Tabelul 1. Domenii de temperatura pentru etapele si agentii de spalare

Etapa Domeniul de temperatura, °C

Preîncãlzire, preînmuiere 35...40°C A doua înmuiere 55...60°C Baia de soluþie causticã 75...80°C Clãtire intermediarã 55....60°C

Agentul de spalare Domeniul de temperatura, °C

Apã caldã 35...40°C

Apã rece 20...25°C Apã rãcitã 10...15°C

Temperatura mai ridicatã a soluþiei de spãlare accelereazã procesul de curãþare, deci eficienþa agenþilor de curãþire creºte cu creºterea temperaturii pentru aceeaºi concentraþie. Pentru aceeaºi eficienþã, însã, concentraþia soluþiei de spãlare poate fi redusã cu creºterea temperaturii. De asemenea, este necesarã o temperaturã ridicatã pentru a obþine efectul de sterilizare a ambalajelor, microorganismele fiind uºor distruse la temperatura de circa 80°C de soluþia alcalinã utilizatã ca agent de spãlare. In cazul ambalajelor din sticlã însã, dacã acestea sunt supuse unei modificãri exagerate de temperaturã pot avea loc spargeri datoritã ºocului termic. Ca atare, pentru spãlarea ambalajelor din sticlã, diferenþa de temperaturã dintre compartimentele maºinii de spãlat nu trebuie sã depãºeascã 35°C la încãlzire ºi 25°C la rãcire. Chiar ºi în cadrul acestor limite pot avea loc spargeri datoritã ºocului termic prin producerea unei fisuri care se extinde asupra bazei ºi adesea asupra peretelui ambalajului din sticlã. Pe de altã parte, temperatura ridicatã din zonele de înmuiere face ca zona de vapori sã fie foarte fierbinte, ceea ce poate favoriza contaminarea prin lipire (fixare), dacã maºina de spãlat este opritã pentru o perioadã lungã de timp. Temperatura ridicatã tinde sã producã uscarea rapidã a ambalajelor în zona de vapori, ceea ce poate avea ca rezultat un depozit alcalin uscat pe ambalaj în absenþa agentului de umezire. Pentru a pãstra diferenþele de temperaturã dintre zone la valori scãzute, în special în timpul iernii, multe maºini de spãlat ambalaje din sticlã au zone intermediare suplimentare, mai ales pentru preîncãlzire.In general, se evitã diferenþe de temperaturã mai mari de 25°C între zone pentru a se reduce spargerile. Pentru reducerea necesarului de


CURS 4


cãldurã este necesar sã se micºoreze diferenþele de temperaturã ºi sã se reducã pierderile de cãldurã izolând termic utilajele. In cazul ambalajelor din materiale metalice (cutii de conserve din tablã cositoritã, cutii ambutisate din aluminiu, butoaie, keg-uri etc.) nu sunt necesare mai multe zone de încãlzire, respectiv de rãcire întrucât aceste ambalaje nu sunt susceptibile la ºoc termic. Spãlarea acestor ambalaje se poate realiza direct cu soluþie alcalinã fierbinte urmatã de clãtire cu apã sau, în cazul ambalajelor noi, se poate folosi abur saturat, respectiv aer cald pentru uscare. 1.2.4. Agentul de spãlare 1.2.4.1. Cerinþe pentru soluþia de spãlare Soluþia de spãlare se preparã din sodã causticã (NaOH) ºi aditivi; toate substanþele sunt amestecate împreunã cu apã pentru a se obþine soluþia cu concentraþia stabilitã, care este apoi încãlzitã la temperatura corespunzãtoare conform diagramei de spãlare a maºinii de spãlat. Efectul chimic al soluþiei de spãlare este corelat cu capacitatea sa de a dispersa impuritãþile existente pe suprafaþa buteliei ºi sã împiedice redepunerea lor. Pentru obþinerea efectului de spãlare dorit este esenþialã folosirea unei soluþii de spãlare cu proprietãþi de înmuiere ºi de clãtire bune. Puterea de curãþare variazã cu concentraþia soluþiei ºi cu temperatura de lucru. Cele mai importante cerinþe pentru o soluþie de spãlare sunt: - sã aibã un efect de spãlare ridicat; - capacitate de îndepãrtare a murdãriei; - efect de inhibare sau letal asupra microorganismelor, în special asupra bacteriilor; - capacitãþi bune de umezire; - penetrare rapidã a hârtiei etichetelor; - capacitate mare de dizolvare a adezivului; - sã nu fie otrãvitoare ºi sã nu introducã substanþe toxice în apa rezidualã; - sã nu formeze depuneri de crustã; - sã nu spumeze; - sã nu aibã acþiune agresivã asupra materialului ambalajului; - sã fie uºor de dozat; - sã fie cât mai ieftinã posibil. Alegerea corespunzãtoare a concentraþiei soluþiei caustice asigurã: - efectul de distrugere microbianã dorit; - înmuierea pulpei ºi a fibrelor din hârtia etichetelor; - înmuierea imprimãrii etichetelor; - poate necesita instalarea unor unitãþi de neutralizare pentru a îndeplini specificaþiile locale referitoare la efluenþi; - prevenirea risipei datoritã antrenãrii în cazul unei concentraþii mai mari de 5%. Soluþia causticã de spãlare folositã este hidroxid de sodiu 1-3% la care se adaugã aditivi pentru a se putea rãspunde cerinþelor enumerate mai sus. Adaosul concentratelor de aditivi comerciali (0,06-2%) în soluþia de spãlare causticã mãreºte eficienþa de curãþare a acesteia. 1.2.4.2. Proprietãþile soluþiei de spãlare Cerinþele de bazã ale soluþiei de spãlare, reducerea aderenþei impuritãþilor la suprafaþa sticlei ºi menþinerea în suspensie a particulelor nedorite pentru o clãtire uºoarã, determinã proprietãþile soluþiei de spãlare: - proprietãþi bactericide; - proprietãþi de înmuiere sau de pãtrundere; - proprietãþi de clãtire;


CURS 4


- proprietãþi de chelatizare; - proprietãþi de defloculare sau de dispersare; - proprietãþi de emulsionare; - proprietãþi anticorosive; - proprietãþi antispumante; - proprietãþi de lubrifiere; - proprietãþi de dizolvare ºi de neutralizare; - o bunã solubilitate; - economie de substanþe. Proprietãþi bactericide ale soluþiei de spãlare Capacitatea unei soluþii de a distruge microorganismele dãunãtoare depinde de compoziþia sa, de temperaturã ºi de durata de imersie. In multe þãri existã legi care reglementeazã concentraþia soluþiilor de spãlare ºi este în avantajul producãtorilor sã le respecte. Poate fi folositoare menþionarea cerinþelor minime pentru obþinerea de butelii sterile recomandate de Asociaþia Naþionalã a Bãuturilor Rãcoritoare din Statele Unite: "buteliile nespãlate trebuie expuse la o soluþie 3% cu minimum 60% sodã causticã (NaOH) ºi pentru cel puþin 5 minute, la o temperaturã de cel puþin 55°C sau la un proces de spãlare ºi sterilizare echivalent". Echivalentul bactericid al acestor recomandãri se poate obþine printr-o multitudine de combinaþii ale timpului, concentraþiei ºi temperaturii. In tabelul 2 sunt prezentate o serie de asemenea combinaþii care sigurã realizarea unei eficiente bactericide de 99,9 %.

Tabelul 2. Concentraþia de NaOH (în %) la diferite temperaturi ºi durate de imersie

Temperatura, °C Timpul, min

43 49 54 60 66 71

1 11,8 7,9 5,3 3,5 2,4 1,6 3 6,4 4,3 2,9 1,9 1,3 0,9 5 4,8 3,2 2,2 1,4 1,0 0,6 7 4,0 2,7 1,8 1,2 0,8 0,5 9 3,5 2,3 1,6 1,0 0,7 0,5 11 3,1 2,1 1,4 0,9 0,6 0,4 13 2,8 1,9 1,3 0,8 0,6 0,4 15 2,6 1,7 1,2 0,8 0,5 0,3

Proprietãþi de înmuiere sau de pãtrundere Uºurinþa cu care este umectatã suprafaþa ambalajelor este o proprietate importantã a soluþiei de spãlare. Aceastã proprietate permite contactul soluþiei cu întreaga suprafaþã murdarã a ambalajelor ºi pãtrunderea depozitelor de murdãrie, reziduuri ºi materiale strãine din ambalaje - se realizeazã prin reducerea atât a tensiunii superficiale a lichidului, cât ºi a tensiunii Ia interfaþa cu materialul ambalajului. Aceºti agenþi activi de suprafaþã se numesc generic surfactanþi. Proprietãþile de înmuiere bune sunt importante pentru îndepãrtarea rapidã atât a etichetelor din hârtie cât ºi a celor din folie sub formã de bucãþi mari. îndepãrtarea rapidã a etichetelor reduce transformarea acestora în pulpã ºi fibre, acestea din urmã fiind mai greu de îndepãrtat din soluþiile de spãlare.


CURS 4


Proprietãþi de clãtire In timpul procesului de clãtire toate impuritãþile ºi urmele de detergent trebuie îndepãrtate de pe butelii. Aceastã operaþie este uºuratã prin utilizarea unui detergent cu proprietãþi de clãtire bune. Nu se aºteaptã ca operaþia de clãtire sã îndepãrteze materialele care rãmân fixate pe butelii, aceasta fiind funcþia principalã a compartimentelor de înmuiere ºi a jeturilor de clãtire. Proprietãþile bune de clãtire vor asigura scurgerea ºi vor reduce cantitatea de detergent transportatã de la un compartiment la altul având ca rezultat o economie de detergent. Proprietãþi de chelatizare Un agent de chelare este un compus chimic care se poate combina cu ioni metalici în soluþie pentru a forma ioni complecºi solubili în apã. La spãlarea buteliilor necesitã chelatizarea în primul rând ionii de calciu, fier, aluminiu ºi magneziu. Formarea chelaþilor de Ca2+ ºi Mg2+ în soluþia de spãlare este necesarã pentru prevenirea depunerii sãrurilor insolubile de calciu ºi magneziu, depunere care formeazã un film la interiorul buteliilor ºi produce o crustã grea pe lanþurile transportoare, casete ºi bazine (tancuri). Crusta poate determina reducerea transferului termic, îngustarea orificiilor duzelor de stropire ºi creºterea masei maºinii. De asemenea, crusta de pe lanþurile transportoare ºi de pe casete acþioneazã ca un burete, mãrind cantitatea de soluþie alcalinã transportatã de la un compartiment la altul. Proprietãþi de defioculare sau de dispersare Proprietãþile soluþiilor de spãlare enumerate mai sus ajutã procesul de dispersare prin menþinerea particulelor coloidale în suspensie.

Proprietãþi de emulsionare Emulsionarea este menþinerea particulelor în suspensie prin intermediul unei alte faze lichide. La spãlarea buteliilor, aceastã proprietate ajutã la îndepãrtarea filmelor de ulei de pe suprafeþe. Proprietãþi anticorosive O soluþie de spãlare bunã protejeazã maºina de spãlare / clãtire împotriva coroziunii. Proprietãþi antispumante Spumarea excesivã reduce eficienþa procesului de clãtire. Depunerile aderente sunt primele rãspunzãtoare de formarea spumei în maºina de spãlat prin combinarea lor cu alcaliile ºi formarea de "sãpunuri". Frecvent, antispumanþii se adaugã în soluþia de înmuiere pentru a-i mãri eficienþa. Proprietãþi de lubriflere O soluþie de spãlare corespunzãtoare are ºi un efect de lubrifiere a reperelor în miºcare ale maºinii de spãlat cu care vine în contact. Proprietãþi de dizolvare ºi de neutralizare


CURS 4


Soluþiile de spã lare trebuie sã fie capabile sã solubilizeze unele impuritãþi ºi sã neutralizeze reziduurile acide. Solubilitatea Este importantã menþinerea concentraþiei optime a compuºilor de spãlare astfel cã, pentru aceasta, este necesarã o solubilitate completã. Economie de substanþe Costurile de funcþionare trebuie sã fie menþinute cât mai scãzute, prin economisirea substanþelor chimice utilizate la spãlare, fãrã a afecta calitatea operaþiei de spãlare. Gãsirea unei soluþii de spãlare a buteliilor care sã menþinã în echilibru aceste douã proprietãþi de bazã este o adevãratã provocare tehnicã atât pentru constructorii, cât ºi pentru utilizatorii maºinilor de spãlat ambalaje. 1.2.4.3. Ingrediente ale soluþiei de spãlare a buteliilor Din pãcate nici un compus nu posedã toate proprietãþile enumerate mai sus astfel cã este necesarã combinarea câtorva compuºi chimici pentru a obþine o soluþie de spãlare care sã îndeplineascã majoritatea cerinþelor. în cele ce urmeazã sunt prezentate principalele ingrediente ale soluþiilor de spãlare. Soda causticã Hidroxidul de sodiu, denumirea chimicã a sodei caustice, este o bazã puternicã. Majoritatea soluþiilor de spãlare au ca principal ingredient aceastã bazã. De obicei este comercializatã sub formã de soluþie concentratã 50%, la diluare cu apã având loc o degajare de cãldurã. Soda causticã este cea mai economicã ºi are proprietãþi bactericide excelente. în soluþie este un solvent puternic care atacã rapid impuritãþile ºi saponificã uleiurile ºi grãsimile. Cu toate acestea, soda causticã prezintã câteva dezavantaje ºi limite: - contribuie la formarea crustei; - are o capacitate de clãtire redusã, la utilizare singularã având loc o migrare în exces a sa de la un compartiment la altul; - spumeazã la presiune ridicatã; - favorizeazã uzura ºi zgârierea buteliilor dacã este folositã la concentraþii ridicate; - favorizeazã transformarea etichetelor în pulpã atunci când se foloseºte în concentraþii ridicate în cazul etichetelor cu rezistenþã scãzutã la umiditate. Datoritã acestor dezavantaje sunt necesari aditivi caustici pentru a se obþine o soluþie de spãlare eficientã. Fabricanþii fie adaugã ingredientele necesare în soluþia causticã fie achiziþioneazã produºi deja amestecaþi destinaþi preparãrii soluþiilor de spãlare. Agenþi de chelare La trecerea continuã prin maºina de spãlat, transportorul de ambalaje este încãlzit succesiv, apoi rãcit din nou. Ca rezultat, ionii de calciu îndeosebi sunt precipitaþi de compuºii alcalini. Suplimentar, ca rezultat al încãlzirii, precipitã ionii carbonici sub formã de carbonat ºi astfel se produc depuneri de carbonat de calciu pe transportoarele de ambalaje, ceea ce determinã uzarea soluþiei de spãlare: Ca2+ + 2 HCO; + 2 Na + 2 OK -> CaC03 + 2 Net + COt + 2 H20 Deoarece compuºii formatori de duritate sunt uºor depozitaþi pe duzele de stropire ºi astfel efectul de spãlare scade, în zonele de clãtire se adaugã agenþi de prevenire a formãrii crustei acide (valoarea pH-ului se regleazã între 6,5 - 9,5). Pentru prevenirea formãrii crustei, în soluþiile de spãlare se adaugã agenþi de chelare care sunt compuºi ce previn formarea crustei.


CURS 4


Cei mai frecvent folosiþi agenþi de chelare sunt: gluconaþi, glucoheptonaþi, polifosfaþi ºi, în ultimii ani, organofosfaþi. Se foloseºte, de asemenea, acidul etilendiaminotetraacetic (EDTA), dar în combinaþie cu fosfaþi. Proprietãþile diferiþilor agenþi de chelare folosiþi determinã eficienþa lor în formulele soluþiilor de spãlare. Acizii (gluconic, glucoheptonic) se adaugã în compartimentele maºinii de spãlat în concentraþie corespunzãtoare concentraþiei determinate pentru ionii Ca2+, Mg2+ ºi alþi ioni metalici. Totuºi, în zonele de clãtire cu soluþie alcalinã ºi cu apã proaspãtã, agenþii de chelare sunt diluaþi pânã la concentraþii limitã, caz în care nu mai pot preveni formarea crustei. Polifosfaþii anorganici sunt inhibitori eficienþi ai formãrii de crustã în timpul clãtirii cu apã de clãtire. Cu toate acestea, ei nu sunt eficienþi ca inhibitori de crustã în zonele de clãtire cu soluþie alcalinã. De asemenea, polifosfaþii sunt hidrolizaþi în soluþii alcaline fierbinþi ºi convertiþi la ortofosfaþi, formând agenþi de chelare ºi defloculanþi ai impuritãþilor ca de exemplu polifosfaþii anorganici. Dar, spre deosebire de polifosfaþi, ei sunt stabili hidrolitic în soluþii alcaline fierbinþi, prevenind astfel formarea de precipitate în toate etapele operaþiei de spãlare. în plus, sunt agenþi eficienþi atât în soluþia alcalinã, cât ºi la clãtirea cu apã proaspãtã. Surfactanþi Agenþii de suprafaþã sau de înmuiere trebuie folosiþi în cantitãþi mici (1-5% faþã de agentul caustic). Ei sunt molecule chimice complexe cu o parte hidrofilã sau hidrofobã; cei mai uzuali sunt agenþii de suprafaþã antispumanþi anionici. Sunt caracterizaþi de proprietãþi de dispersie, emulsionare, înmuiere ºi clãtire bune. Aditivii care conþin fosfaþi, în particular tenside (substanþe tensioactive) sunt folosiþi tot mai mult în prezent. Aceºti agenþi activi de suprafaþã au o activitate bunã de îndepãrtare a murdãr iei ºi asigurã o drenare bunã a apei din recipientele supuse spãlãrii. Siliconii nu sunt folosiþi prea des ca agenþi antispumanþi în soluþiile de spãlare a buteliilor. Surfactanþii moderni trebuie sã prezinte ºi proprietãþi antispumante. Agenþii antispumanþi se adaugã în concentratele de aditivi pentru a se preveni formarea spumei în soluþia de spãlare. 1.2.4.4. Detergenþi sub formã de premixuri Cheia unui premix corect este obþinerea amestecului corect de ingrediente cu proprietãþi detergente în scopul efectuãrii tuturor etapelor necesare la spãlare fãrã utilizarea suplimentarã a oricãrui ingredient. Acesta nu este un obiectiv uºor deoarece, pe de o parte, condiþiile de spãlare a ambalajelor diferã mult de la o operaþie la alta, pe de altã parte, chiar la funcþionarea aceleiaºi maºini de spãlat, conþinutul de impuritãþi din maºinã creºte pânã ce în final aceasta este descãrcatã sau soluþia de spãlare este reciclatã. Detergenþii folosiþi pentru prepararea soluþiilor de spãlare a ambalajelor conþin toate ingredientele menþionate: component alcalin, agenþi de chelare, agenþi de înmuiere, agenþi de trecere a impuritãþilor în suspensie, antispumanþi etc. Alegerea corectã a proporþiei fiecãrui ingredient în formula finalã pentru o maºinã de spãlat necesitã o expertizã asiguratã cel mai bine de companiile chimice furnizoare. Obþinerea proporþiei corecte a ingredientelor este importantã. In caz contrar, spre exemplu dacã un ingredient se regãseºte în cantitate foarte scãzutã în formula finalã calitatea produsului spãlat va avea de suferit, în maºinã s-ar putea depune crustã sau forma spumã sau buteliile vor fi spãlate necorespunzãtor. Pe de altã parte, utilizarea oricãrui ingredient în cantitate prea mare nu numai cã determinã costuri nejustificate, dar are ºi alte efecte nebãnuite. Spre exemplu, utilizarea în exces a sodei caustice sau a agenþilor de chelare poate provoca zgârierea buteliilor, iar antispumanþii în exces determinã existenþa unui film rezidual pe recipiente dupã spãlare. Detergenþii sub formã de premixuri folosiþi pentru spãlarea ambalajelor sunt întotdeauna mai scumpi decât compuºii individuali, raportat la aceeaºi cantitate. Cu toate acestea, în cazul în care nu sunt respectate proporþiile optime corespunzãtoare, costurile de preparare a soluþiilor de spãlare depãºesc adesea avantajul aparent al achiziþionãrii de compuºi individuali.


CURS 4


Asemenea costuri se referã la costul operaþiilor suplimentare de amestecare a materialelor ºi la costul depozitãrii materiilor prime ºi a amestecurilor. în plus, amestecarea compuºilor individuali ai unui detergent de spãlare necesitã timp ºi poate prezenta riscuri la practicare. Detergenþii sub formã de premixuri sunt furnizaþi de companii chimice de specialitate pentru a fi utilizaþi într-o gamã variatã de maºini de spãlat ºi pentru toate condiþiile de calitate a apei, temperaturã etc. Reprezentanþii acestor companii pot furniza analize de cost ºi eficienþã pentru a demonstra care este cel mai eficient produs ºi cea mai adecvatã concentraþie pentru orice caz. 1.2.4.5. Calitatea apei Un rol crucial în spãlarea ambalajelor îl are duritatea apei folosite atât pentru prepararea soluþiilor de spãlare, cât ºi pentru clãtirea recipientelor spãlate astfel încât sã fie perfect curate ºi sã nu conþinã urme de soluþie de spãlare. Duritatea apei este exprimatã, uzual, în mg/l CaO (Europa) sau CaC03 (America de Nord) în ciuda faptului cã în apã pot fi prezenþi mulþi alþi cationi (Ca2+ ºi Mg2+) sau anioni (S04

2~, CI', N0 3~, fosfaþi sau silicaþi). Poate fi: temporarã, datoratã prezenþei bicarbonaþilor de calciu ºi de magneziu, care dispar prin fierbere, permanentã, datã de sãrurile fixe de calciu ºi magneziu (ex. sulfaþi, cloruri), care nu dispar prin fierbere ºi totalã, care este suma duritãþilor temporarã ºi permanentã. în tabelul 1. 2 este prezentatã corelaþia dintre cele trei sisteme de mãsurã a duritãþii apei care constau în exprimarea duritãþii în grade germane, franceze ºi engleze. Apa durã cauzeazã depuneri în maºina de spãlat ºi reduce eficienþa soluþiei de spãlare. In secþiunea de clãtire apa durã poate înfunda orificiile duzelor de stropire determinând o clãtire necorespunzãtoare a ambalajelor.

Tabelul 3. Corelaþia între gradele de duritate a apei 1 ° german 1 ° francez 1° englez mg/l CaO

1° german 1 1,79 1,25 10 1° francez 0,56 1 0,70 7 1 ° englez 0,80 1,43 1 8

Notã: 1 grad de duritate german reprezintã 10 mg/l CaO sau 1,142 mg/l MgO. Duritatea temporarã este importantã în fazele de clãtire deoarece NaOH poate reacþiona cu bicarbonatul de calciu cu formare de carbonat de calciu. Prin adaosul de polifosfaþi în apa de clãtire s-au obþinut rezultate bune. Aceºti compuºi se combinã cu ionii de calciu ºi magneziu menþinându-i în suspensie prin chelatizare. îndepãrtarea din apa de clãtire a ionilor care formeazã depuneri este practicatã adesea. Cel mai folosit dedurizator este un strat de rãºinã de zeolit de sodiu care schimbã ionii de sodiu pe ionii de calciu ºi magneziu formatori de depuneri. Regenerarea schimbãtorului de ioni este obþinutã prin tratarea rãºinii epuizate cu o soluþie de saramurã 10%. In timpul acestui proces ionii de calciu ºi magneziu sunt înlocuiþi cu ioni de sodiu.

1.2.4.6. Tratamentul soluþiei caustice Circa 95% din soluþia de spãlare constã din apã uºor murdarã de la clãtire ºi preînmuierea buteliilor. Restul de 5% constã din apã rezidualã puternic poluatã care trebuie supusã unui tratament de purificare. Poluarea constã în: - material insolubil care poate fi îndepãrtat prin filtrare: - bucãþi de hârtie din etichete, - nãmol precipitat din componentele calcarului, - pigmenþi de culoare din imprimarea etichetelor, - murdãrie fixatã pe butelii, - substanþe dizolvate în stare coloidalã cum sunt: - microorganisme (drojdii, mucegaiuri, bacterii),


CURS 4


- adezivi pentru etichete, - uleiuri ºi grãsimi, - substanþe dizolvate: - sãruri de metale de la decorarea buteliilor, îndeosebi sãruri de aluminiu, cupru ºi zinc, - resturi de produs. Intrucât cea mai mare parte a soluþiei alcaline poate fi folositã din nou fãrã a fi supusã unui tratament, soluþia de spãlare se schimbã doar la intervale mari de timp (o datã sau de douã ori pe an). Dar materialele insolubile trebuie îndepãrtate continuu. Cel mai simplu ºi mai folosit procedeu este pomparea soluþiei alcaline într-un rezervor bine izolat ºi menþinerea ei peste noapte pentru depunerea particulelor solide. Atunci când soluþia causticã este curatã trebuie doar completatã. Aceasta este cea mai ieftinã ºi mai întâlnitã metodã, dar la folosirea sa se pierde o parte din soluþie. încercãri recente au urmãrit purificarea soluþiei caustice în timpul spãlãrii buteliilor prin filtrare cu curgere transversalã ºi recirculare. O asemenea filtrare în care se trateazã o parte din volumul total de soluþie este cunoscutã ca filtrare bypas. La aplicarea acestui tratament cantitatea de reziduuri este redusã considerabil astfel cã sedimentarea este necesar a fi efectuatã numai la sfârºit de sãptãmânã. Folosirea filtrãrii cu curgere transversalã ridicã, totuºi, semne de întrebare pentru cã, chiar pentru capacitãþi mici, costurile sunt foarte mari. în afara acestora existã tratamente în care materialele nedorite sunt precipitate ºi eliminate. în sistemul de tratare a soluþiei alcaline numit "aquarex", de exemplu, soluþia causticã este scoasã din baia de înmuiere, i se adaugã substanþe chimice de precipitare apoi se omogenizeazã într-un mixer ºi se trece într-un rezervor de menþinere pentru producerea reacþiei de precipitare. Particulele solide sunt eliminate cu un filtru sitã ºi un reactor cu umpluturã cu filtru încorporat, iar soluþia causticã regeneratã este recirculatã în rezervorul de soluþie. Aceastã metodã permite economii de peste 40% în comparaþie cu metoda convenþionalã prin reducerea necesarului de substanþe caustice, aditivi, antispumanþi, apã, neutralizarea soluþiei caustice utilizate ºi spãlare. Acelaºi tratament se aplicã ºi soluþiei caustice folosite în procesul CIP de spãlare ºi igienizare a utilajelor, care trebuie înlocuitã sau regeneratã din când în când.

1.2.4.7. Regenerare a soluþiei de spãlare La clãtirea recipientelor, lichidul nu curge întotdeauna complet din ele. De exemplu, într-o butelie de 0,5 litri, la 10 secunde dupã golire mai existã încã 2-3 ml lichid adicã circa 0,5 % din volumul total. Numai dupã circa 30 secunde volumul rezidual scade la circa 1 ml. în plus, pe transportoarele de butelii ºi în casete rãmâne apã sau soluþie alcalinã, estimatã la 10-15 ml lichid pe butelie, care este transportatã în zona urmãtoare. Acesta este denumit mediu lichid transportat. Astfel, dacã o instalaþie funcþioneazã 10 ore la o capacitate de 30 000 butelii / h în tot acest interval de timp trec prin maºinã 300 000 butelii. Dacã se transportã 10 ml (0,01 litri) pe butelie de la o zonã la alta, atunci 300 000 x 0,01 = 3 000 litri = 30 hi transferaþi de la o zonã la alta. Aceasta nu presupune o pierdere prea mare întrucât aceeaºi cantitate de lichid este alimentatã în bazinul de preînmuiere conectat înainte de zona de clãtire. Acest bazin de preînmuiere dinainte de zona cu soluþie alcalinã este alimentat cu apã caldã sau soluþie causticã caldã, dar întotdeauna din preaplinul zonei de clãtire asociate. Ca rezultat al preînmuierii: - baia de soluþie causticã este rãcitã - soluþia causticã este diluatã - se introduce murdãrie. Ca o consecinþã, este avantajos sã se reducã volumul de apã sau soluþie alcalinã prin orice mijloace, acesta incluzând: - durate mari de scurgere - stropire la interior numai la capãtul final al zonei de clãtire


CURS 4


- stropire cu soluþie alcalinã numai la interiorul buteliilor. Concentraþia soluþiei caustice scade ca rezultat al antrenãrii spre zona urmãtoare. Pentru a asigura un efect de curãþire complet se adaugã continuu soluþie causticã proaspãtã. Concentraþia soluþiei caustice este controlatã cu un capacimetru (aparat de mãsurat capacitatea electricã) insensibil la murdãrie, iar diferenþa în minus este înlocuitã continuu din rezervoare de depozitare mari. Se vorbeºte despre ascuþirea soluþiei caustice. Aditivii necesari nu se adaugã în concordanþã cu concentraþia soluþiei caustice deoarece ei sunt doar antrenaþi ºi nu sunt eliminaþi prin reacþii. De aceea, aditivii de prevenire a formãrii de crustã sunt controlaþi conform cu numãrul de cicluri de spãlare. Adaosul de antispumanþi sunt controlaþi de un senzor de spumã. întrucât necesarul de antispumant este cerut în special de concentraþia adezivilor, pentru decorare similarã a buteliilor, acest necesar poate fi controlat în privinþa altor aditivi. Ca rezervoare de depozitare se folosesc vase din plastic care trebuie menþinute grupate pentru a se evita orice deversare. Dacã este posibil, rezervoarele de depozitare sunt amplasate într-o încãpere separatã ºi conectate la dispozitivele de dozare, echipamentul de control ºi pompe prin furtunuri ºi conducte. 1.3. Sterilizarea ambalajelor. Agenþi de sterilizare Una dintre cerinþele ambalãrii aseptice a alimentelor este sterilizarea recipientului sau a pãrþii care vine în contact cu produsul ºi a accesoriului de închidere utilizat. Pentru atingerea acestui obiectiv, în afara efectului de sterilizare asigurat de soluþia alcalinã cu temperaturã de 80...90°C, se mai utilizeazã metode chimice (sterilizare cu apã oxigenatã sau acid peracetic), termice (sterilizare cu abur sau aer cald), metode neconvenþionale (sterilizare prin iradiere cu radiaþii ultraviolete, infraroºii, ionizante ºi impulsuri ultrascurte de luminã) sau metode combinate (de exemplu sterilizare cu aer cald ºi abur sau cu apã oxigenatã ºi radiaþii ultraviolete).

1.3.1. Apa oxigenatã Efectul letal al apei oxigenate (H202) asupra microorganismelor, incluzând sporii termorezistenþi, este cunoscut de mulþi ani, prima utilizare comercialã din 1961 folosind o combinaþie de peroxid ºi cãldurã pentru a steriliza suprafaþa materialelor pe bazã de carton. Deºi au fost efectuate multe studii asupra distrugerii sporilor rezistenþi în suspensie în soluþii de peroxid, mecanismul acestei distrugeri nu este pe deplin înþeles. întrucât soluþiile de apã oxigenatã, chiar concentrate, au un efect distructiv insuficient la temperatura camerei, este necesarã o temperaturã minimã de 80°C ºi o concentraþie minimã de 30% pentru a obþine distrugerea în timp de câteva secunde a celor mai rezistenþi spori de pe materialele de ambalaj. Deoarece apa oxigenatã nu trebuie sã ajungã în alimente, Food and Drug Administration (FDA) a stabilit ca limitã valoarea de 100 ppb pentru concentraþia apei oxigenate care poate fi prezentã în produsele alimentare ambalate în materiale sterilizate astfel, valoare care trebuie sã scadã la circa 1 ppb în 24 ore. Concentraþia apei oxigenate nu poate fi mãsuratã corect în produsele alimentare datoritã prezenþei compuºilor reducãtori care o eliminã rapid, astfel cã verificarea concentraþiei iniþiale trebuie efectuatã pe ambalaje umplute cu apã. Deoarece soluþia de apã oxigenatã nu este capabilã sã sterilizeze singurã materialul de ambalaj s-au introdus o serie de metode pentru creºterea eficienþei tratamentului prin combinarea cu cãldurã ºi / sau energie radiantã sau iradiatã:

• Imersie în apã oxigenatã: materialul de ambalaj este derulat de pe o bobinã ºi trecut printr-o baie de apã oxigenatã cu concentraþia 30-33%, stratul de lichid aderent fiind redus la un film subþire fie mecanic, prin intermediul unor role de strângere, fie cu jeturi de aer steril, apoi uscat cu aer cald. Se obþine o reducere de 4-5 cicluri logaritmice (4-5D) a sporilor microbieni.

Procedeul poate fi prevãzut ºi cu o curãþire mecanicã a suprafeþei de ambalare cu perii rotative, aer steril sub presiune sau ultrasunete, având ca rezultat o reducere ulterioarã de 2-4 cicluri logaritmice (2-AD) a sporilor. • Pulverizare cu apã oxigenatã: apa oxigenatã este pulverizatã prin duze în interiorul ambalajelor

prefabricate, 30-40% din suprafaþa interioarã a acestora fiind acoperitã cu picãturi datoritã caracteristicilor hidrofobe ale materialelor plastice, care sunt apoi uscate cu aer cald steril.


CURS 4


Rata distrugerii este dependentã de volumul de apã oxigenatã (volume mai mari necesitând durate mai mari de uscare) ºi de temperatura aerului cald. De peste zece ani se urmãreºte evitarea pulverizãrii de picãturi de lichid prin folosirea unui amestec de aer cald de 130°C ºi apã oxigenatã vaporizatã (Reuter, 1989).

• Tratament combinat: apã oxigenatã cu radiaþii ultraviolete ºi cãldurã: la pulverizare de apã oxigenatã 1% urmatã de iradiere UV timp de 10 s asupra cartoanelor contaminate artificial cu B. subtilis s-a obþinut un efect letal de 5D în cazul cartoanelor acoperite cu polietilenã ºi de 3,5D pentru laminat polietilenã / folie de aluminiu.

Pentru sterilizarea materialelor de ambalaj se obiºnuieºte sã se foloseascã ºi cãldurã combinatã cu radiaþii UV ºi apã oxigenatã întrucât se poate reduce concentraþia apei oxigenate sub 5%, problemele legate de contaminarea atmosfericã cu apã oxigenatã ºi de apa oxigenatã remanentã în produs fiind reduse. 1.3.2. Acidul peracetic Acidul peracetic este un lichid sterilizant produs prin oxidarea acidului acetic cu apã oxigenatã. Soluþia conþinând acid peracetic ºi apã oxigenatã este eficientã împotriva sporilor bacterieni rezistenþi chiar la 20°C, de exemplu o soluþie de 1% va elimina 10-10 din majoritatea speciilor de spori rezistenþi în 5 min la 20°C ºi cele mai rezistente specii în 60 min. Temperatura maximã de lucru este 40°C, pentru aceasta durata ster ilizãrii fiind de circa 5 ori mai scurtã (Robertson, 1993).

1.3.3. Aburul saturat ºi supraîncãlzit Pentru sterilizare, aburul saturat este agentul termic cel mai sigur. Cu toate acestea, la utilizarea sa apar urmãtoarele neajunsuri: - în ideea atingerii unor temperaturi suficient de ridicate pentru realizarea sterilizãrii în timp de câteva secunde, aburul ºi implicit materialul de ambalaj cu care vine în contact aburul, sunt sub presiune, necesitând folosirea unei camere de presiune; - orice aer care intrã în camera de presiune împreunã cu materialul de ambalaj trebuie îndepãrtat altfel interfera în transferul de cãldurã de la abur la suprafaþa ambalajului; - condensarea aburului în timpul încãlzirii suprafeþei materialului de ambalaj produce condens care poate rãmâne în ambalaj diluând produsul. în ciuda acestor probleme, aburul saturat sub presiune este folosit pentru sterilizarea ambalajelor / recipientelor din materiale plastice. De exemplu, imediat dupã ambutisare adâncã, paharele din polistiren ºi folia pentru capace sunt sterilizate cu abur cu temperatura de 165°C ºi 600 kPa (circa 6 at) timp de 1,4 s pentru pahare ºi 1,8 s pentru capace. Pentru limitarea efectului încãlzirii asupra suprafeþei interioare a paharelor, exteriorul lor este rãcit simultan. Acest proces realizeazã o reducere de 5-6 D a sporilor de Bacillus subtilis. Aburul supraîncãlzit a fost folosit încã din anii '50 pentru sterilizarea cutiilor metalice din tablã cositoritã ºi aluminiu în procesul de conservare asepticã Martin-Dole. Conform acestui procedeu cutiile metalice sunt trecute continuu la presiune normalã prin abur saturat de 220...226°C timp de 36-45 s în funcþie de materialul din care sunt confecþionate, cutiile din aluminiu având un timp de încãlzire mai mic datoritã conductivitãþii termice mai ridicate (Reuter, 1989).

1.3.4. Aerul cald Cãldura uscatã sub formã de aer cald are avantajul cã temperaturile ridicate pot fi obþinute la presiune atmosfericã, simplificând astfel problemele legate de proiectarea mecanicã pentru sistemul de sterilizare. Aerul cald la o temperaturã de 315°C a fost folosit pentru sterilizarea cartoanelor aseptice confecþionate din mucava / folie de aluminiu / material plastic, caz în care, la suprafaþa materialului se obþine o temperaturã de 145°C timp de 180 s. Cu


CURS 4


toate acestea, un astfel de tratament este potrivit doar pentru ambalajele destinate pentru ambalarea produselor acide cu pH < 4,5. Pentru sterilizarea suprafeþei interioare a paharelor ºi a capacelor confecþionate din polipropilenã, care sunt stabile pânã la 160°C, se poate folosi ºi un amestec de aer cald ºi abur. în acest proces aerul cald este suflat în interiorul paharelor printr-o duzã astfel încât baza ºi pereþii sunt încãlziþi uniform (Robertson, 1993). 1.3.5. Agenþi de sterilizare neconvenþionali Suprafaþa materialelor de ambalaj sau a ambalajelor folosite la ambalare asepticã se poate realiza prin iradiere cu radiaþii ultraviolete, infraroºii, ionizante sau cu impulsuri ultrascurte de luminã. 1.3.5.1. Radiaþii ultraviolete Radiaþiile ultraviolete au o lungime de undã de 200-315 nm dar pentru distrugerea microbianã sunt mai eficiente la X — 250-280 nm (aºa numitul domeniu UV-C) cu o valoare optimã de 253,7 nm (Reuter, 1989). Eficacitatea sterilizãrii suprafeþelor de contact cu radiaþii ultraviolete variazã, dar iradierea UV - C este privitã de unii ca satisfãcãtoare la utilizare în sistemele de umplere aseptice cu asigurarea cã materialele iradiate sunt netede, rezistente la UV-C ºi lipsite de particule de praf pentru a se evita efectul de umbrire a suprafeþei. De asemenea este important ca intensitatea iradierii sã fie uniformã ºi adecvatã pentru sterilizarea întregului recipient care poate avea o formã complexã. Este folositã în general numai comercial în combinaþie cu apã oxigenatã.

1.3.5.2. Radiaþii infraroºii Radiaþiile infraroºii (IR) sunt transformate în cãldurã sensibilã la contactul cu suprafaþa absorbantã rezultând o creºtere a temperaturii suprafeþei. Ca ºi iradierea cu UV, iradierea cu IR este folositã numa i pentru suprafeþe netede ºi regulate. Radiaþiile IR au fost folosite pentru tratarea interiorului capacelor din aluminiu acoperite cu un lac din material plastic. Datoritã posibilitãþii de înmuiere a lacului, temperatura maximã nu trebuie sã depãºeascã 140°C. 1.3.5.3. Radiaþii ionizante Tehnicile de iradiere care folosesc radiaþii y de Co60 sau Cs139 au fost folosite pentru sterilizarea interiorului recipientelor închise dar goale, în special a celor confecþionate din materiale care nu rezistã la temperatura necesarã pentru sterilizare sau care, datoritã formei lor, nu pot fi sterilizate convenabil prin alte mijloace. Aºa sunt pungile confecþionate din materiale plastice laminate folosite la ambalarea asepticã de tip pungã în cutie (bag-in-box). Acestea sunt iradiate cu doze de 25 kGy (2,5 Mrad) sau mai mult, ceea ce este suficient pentru a asigura sterilitatea. Pungile sunt închise în recipiente impermeabile la microorganisme înainte de tratamentul prin iradiere. O dozã de 20 kGy sterilizeazã 9 mm de bandã de polietilenã infectatã cu circa IO5 spori de Bacillus stearothermophilus (Robertson, 1993). 1.3.5.4. Impulsuri ultrascurte de luminã Impulsurile ultrascurte de luminã (IUL) sunt produse de o lampã "flash", efectul lor fiind suficient pentru distrugerea microorganismelor de pe suprafaþa ambalajului. Impulsurile de luminã au o duratã de ÎO'-IO"6 s, spectrul lungimilor de undã fiind X = 170-2 600 nm, asigurându-se densitãþi de energie de 0,01 -50 J/cm2. Pentru sterilizarea materialelor de ambalaj lampa flash este introdusã în interiorul tubului ce se formeazã într-o maºinã de ambalare prin formare - umplere -închidere în ambalaje din materiale complexe de tip pachet pernã (pillow pack).


CURS 4


Întrucât impulsurile de luminã UV / VIS au un domeniu larg de lungimi de undã, este necesarã testarea pentru stabilirea compatibilitãþii materialelor de ambalaj cu acest tratament din punct de vedere al absorbþiei sau trecerii radiaþiilor. Astfel, cele mai eficiente sunt materialele care permit trecerea luminii cu nivel energetic ridicat: polietilena de joasã densitate, poliamidele (nylonul) ºi polietilena de înaltã densitate. Materialele care blocheazã trecerea luminii UV sau o absorb nu sunt potrivite pentru încercãri. Ambalajele din sticlã permit pãtrunderea luminii din spectrul vizibil, dar nu permit trecerea luminii ultraviolete. Radiaþiile ultraviolete cu energie mai mare sunt esenþiale pentru inactivarea microorganismelor ºi sterilizarea suprafeþei materialelor de ambalaj. Bibliografie Kappele, J.L., Laishley, L.M. (1999). Bottle washing (p. 47-62), cap. 4 în Beer packaging: MBA Americas, Universitatea Catolicã Leuven, Belgia. Kunze, W. (1996). Technology Brewing and Malting, International Edition, VLB Berlin, Germany. Loncin, M. (1991). Genie industriei alimentaire. Aspects fondamentaux, Masson, Paris, France. Paine, F.A. and Paine, H.Y. (1983). A Handbook of Food Packaging, Leonard Hil, Blackie & Son Ltd., Glasgow. Reuter, H. (1989). Aseptic Packaging of Food. Technomic Publishing Company, Inc., Lancaster, Pennsylvania. Robertson, G.L. (1993). Aseptic Packaging of Foods, cap. 13 în Food packaging. Principles and Practice, G.L. Robertson (ed.), Marcel Dekker, Inc., New York, p. 381-408. Turtoi, M. (1998). Apa în industria alimentarã. Epurarea apelor reziduale., cap. 3 (p. 128-176) în Manualul inginerului de industrie alimentarã, voi. I., coord. Banu, C., Editura Tehnicã, Bucureºti. Turtoi, M. (2000). Materiale de ambalaj ºi ambalaje pentru produsele alimentare, Editura Alma, Galaþi. * * * (2001). Krones - Bottle Washing Technology. * * * (2001). Krones - Production Program.

cursuri ambalaje

Documents

Transcript of cursuri ambalaje