Не допускайте попадания кислорода и воды в пакет для кофе

Вот, по-видимому, простая задача: у вас есть кофе в пакете, и вам нужно убедиться, что во время хранения и транспортировки кислород или вода не просачиваются в его содержимое, что может привести к повреждению вкуса и текстуры. Поскольку вы хотите быть экологичным, вам необходимо использовать минимальное количество материала, желательно полностью перерабатываемого, что обычно означает «единый материал».

Оказывается, это может сделать только один практичный материал - алюминиевая фольга. Если вы можете запечатать края фольги и гарантировать, что фольга не разорвется, барьер как для воды, так и для O2 по сути идеально. Алюминий полностью перерабатывается. Но по многим причинам это решение не подходит для большинства людей.

Хлорированный полимер, такой как ПВДХ, сам по себе является впечатляюще хорошим барьерным материалом, но этот полимер неудобен для обычной упаковки, и, в любом случае, хлорированные полимеры справедливо запрещены к случайному использованию потребителями из-за их тяжелого воздействия на переработку.

ПЭТ, как и бутылки для газированных напитков, сам по себе почти достаточно хорош, но он недостаточно хорош в качестве материала для тонких пакетов и относительно дорог.

Некоторые полимеры являются хорошим барьером для воды, но не для кислорода, а некоторые наоборот. Многие занимают промежуточное положение. В общем, нам нужны хорошие барьеры для обоих, и ни один полимер не может этого добиться. (Если бы это было возможно, мы бы все использовали это).

А как насчет создания лучшего барьера с помощью более толстой пленки? Предположим, нам нужен барьер, который был в 2 раза лучше. Хорошо, мы можем представить себе использование вдвое большей толщины. Но для упаковки нам обычно нужно в 100 раз лучше, и мы не можем использовать 100-кратную толщину!

Итак, мы должны перейти к многослойному барьеру, и тогда наше решение - остаток средств приоритетов.

Мульти-полимерные мешки

Вот почему нам нужно несколько слоев. По многим причинам полиэтилен является отличным практичным материалом для пакетов. Он прочный, легкий и эффективно изготавливается из обычного сырья в больших масштабах.1 Он полностью устойчив к воздействию воды и, следовательно, является отличным практическим решением, когда сумки могут подвергнуться, например, дождю, и является отличным барьером для водяного пара. Проблема в том, что это очень плохой барьер для кислорода. Даже самая скромная упаковочная пленка, используемая в супермаркетах, не может быть реально изготовлена из полиэтилена, потому что скорость, с которой O2 проходит неприемлемо высоко.

Как оказалось, другой распространенный полимер, называемый EVOH (полиэтиленвиниловый спирт), представляет собой своего рода смесь PE и обычно используемого PVOH, поливинилового спирта. Он имеет свойства, прямо противоположные полиэтилену. Это замечательный O2 барьер, но он легко повреждается водой и является плохим барьером для водяного пара.

Итак, наиболее распространенные пленки для упаковки пищевых продуктов представляют собой сэндвич из PE: EVOH: PE. Бывает, что EVOH довольно дорогой, и в то же время даже супертонкий (2 мкм) слой является отличным барьером, поэтому, если внешний и внутренний PE имеют толщину 25 мкм каждый, то EVOH составляет примерно 4% Общая. (Мы скоро вернемся к этой цифре.)

Слой EVOH толщиной 1 мкм теоретически все равно будет отличным слоем, и его использование снизит вдвое стоимость части EVOH и снизит ее до 2% от общей суммы. Но на практике надежно нанести такой тонкий слой очень сложно, и в итоге получаются точечные проколы. Как мы увидим, проколы - огромная проблема, когда вам нужен хороший барьер.

Насколько я понимаю, мешки, подобные тем, которые используются в GrainPro, должны быть многослойными, чтобы обеспечивать практические барьерные свойства. Точное количество, тип и толщина слоев менее важны для нас, чем общий принцип использования нескольких слоев, каждый из которых решает проблему, которую не могут решить другие слои. Если какой-либо однослойный материал может выполнять эту работу и быть недорогим, пригодным для вторичной переработки и т. Д., Вы можете быть уверены, что его будут использовать все, поскольку для добавления дополнительных слоев требуется дорогостоящее и сложное оборудование.

Слои Al, AlOx и SiOx

Как упоминалось выше, алюминий (Al) - идеальный барьерный материал. Если алюминиевая фольга неприемлема, альтернативой является тонкий слой алюминия. Насколько тонкий? Всего, скажем, на 20 нм, т.е. в 100 раз меньше материала, чем в многослойном полимерном мешке. С точки зрения эффективности использования материалов его трудно превзойти, а с точки зрения массового производства промышленность алюминия удивительно эффективна.

Поскольку людям не нравится блестящий внешний вид алюминия и у нас часто есть веские причины предпочитать прозрачную упаковку, альтернативой является нанесение слоев оксида алюминия (AlOx) или оксида кремния (SiOx). Это не простые материалы. При правильном обращении это прекрасные препятствия. Но есть проблема: сделайте их слишком тонкими, и они не станут хорошим барьером. Сделайте их слишком толстыми, и тогда они будут слишком хрупкий и трескаются при обращении с пленкой. Оказывается, получая это остаток средств правильно, и сделать это по привлекательной цене сложно, поэтому на момент написания EVOH все еще оставался доминирующей технологией, даже несмотря на то, что AlOx и SiOx привлекательны, потому что требуется так мало материала.

Проблема, с которой сталкиваются все, та же, что и у барьеров из EVOH - проколы. Итак, нам нужно объяснить, почему точечные отверстия являются такой большой проблемой.

Проблема обскуры

Наука более сложна, чем показывает этот простой пример, но мы все же можем понять принцип. Возьмем пленку с бездефектным барьером из EVOH, Al, AlOx или SiOx, который пропускает 1 молекулу O2 на см² в течение заданного времени, и этот показатель вполне приемлем для упаковки. Теперь проделайте отверстие в барьере так, чтобы O2 может пройти за 1 миллион молекулы на см² отверстия. Если это точечное отверстие всего 20 мкм в диаметре, то его площадь составляет ~ 3 миллионных доли см², так что это позволит 3 молекулы через. Таким образом, всего одно крошечное отверстие увеличило наш кислород распространение оцените от 1 до 4, что делает это неприемлемым.

Для EVOH просто более толстое покрытие имеет тенденцию к уменьшению точечных отверстий, отсюда «расточительная» дополнительная толщина, используемая в большинстве упаковок. С алюминием ситуация сложнее, но в целом необходим слой толще, чем теоретически требуется. Если бы вы могли сделать алюминий без отверстий для упаковки, из-за тонкости слоя он выглядел бы темным, а не блестящим. А для AlOx и SiOx увеличение толщины создает проблему хрупкости.

Проблема герметизации

Аналогичный расчет можно проделать и с мешковинками. Кажущийся незначительным сбой в уплотнении может позволить больше O2 чем вся сумка. Это не просто теория. Я был вовлечен в проблемы порчи продуктов, когда все обвиняли упаковочный материал в недостаточном качестве, когда выяснилось, что плохое обслуживание скромного термосвариваемого устройства было основной причиной попадания кислорода.

Удаление воздуха из мешка и его эффективное запечатывание - задача намного сложнее, чем может себе представить большинство людей. Возможно, это не так уж и сложно сделать на одной сумке. Но чтобы делать это день за днем, год за годом, нужна умная и надежная система, которую отнюдь не так просто настроить.

Утилизация отходов

Предположим, у нас есть способ получить все наши пластик пакеты обратно в центр переработки. В большинстве стран это просто невозможно, поэтому споры о внутренней пригодности пакетов к вторичной переработке неуместны. Единственный спор - отправляются ли они на свалку или на термическую переработку.2 - с сильными страстями, выраженными за и против каждой стороны. Эта дискуссия сильно отличается от дискуссии об утилизации большей части пластик упаковка, которая представляет собой полиэтиленовые и полиэтиленовые бутылки, для которой нетрудно выбрать переработку.

Промышленные предприятия могут без проблем отправлять большие количества того же материала, из которого изготовлены мешки GrainPro, для вторичной переработки. Таким образом, обжарщику кофе, получившему тысячи пакетов, не повезет, если не будет способа переработки этого простого, относительно чистого материала.

Регулирующим органам приходится принимать трудные решения. Если они скажут: «Только чистые полимеры 100% могут быть переработаны», то практически ни один из них не будет переработан, потому что материал всегда будет содержать некоторые загрязнения, такие как необходимая печать на упаковке или незначительные остатки внутри. Если они скажут: «Мы разрешим утилизацию 5% мусора», то их будут атаковать пуристы и приветствовать реалисты. На практике реалисты обслуживаются, и низкие уровни EVOH в многослойных упаковках считаются приемлемыми для переработанных полимеров. Никто никогда не заметит низкие уровни AlOx или SiOx, и что делать с 20 нм алюминия, неясно - его можно сделать невидимым из-за его быстрого окисление к AlOx.

Отходы обычно хуже, чем не переработка

Возможно, пакет с кофейными зернами, который нужно выбросить из-за того, что кислород просочился через упаковку через точечное отверстие или плохое уплотнение, является большей потерей для планеты, чем немного лишнего многослойного пластик. И, учитывая, что во многих частях мира вторичная переработка пластик сумки в любом случае, непрактичные или зеленые, будьте немного добрее к тем, кто делает и использует сумки.

Мы всегда должны быть осторожны в своих обвинениях по поводу экологических проблем. Когда дело доходит до приготовления чашки кофе, часть цепочки поставок производит больше всего CO.2 ущерб планете наносим мы - от энергии, необходимой для нагрева воды для приготовления кофе. Это идет вразрез со всеми нашими зелеными инстинктами - Несомненно, это вина удобрений или транспорта, или ростеров, или ... Нет, в подавляющем большинстве это мы.

______________________________________

О профессоре Стивене Эбботте

Профессора Стивена Эбботта бесплатные онлайн-ресурсы приложений и электронных книг - это полезный инструмент для всех, кто серьезно относится к науке об извлечении. За его выдающуюся карьеру он путешествовал по всему миру, включая работу с производителями бананов на Филиппинах, полиграфическими компаниями в Колумбии и компанией по производству клапанов для кофейных пакетов в США.

Abbott - мировой эксперт в области науки о сушке и распространение. Он много лет работал в лакокрасочной и полиграфической промышленности, специализируясь на нанопокрытиях и наноструктурах. Сейчас он работает независимым консультантом и делит свое время между написанием бесплатных приложений для разработчиков формул, консультированием для промышленности и управлением своим бизнесом в области технического программного обеспечения. Он управляет всем этим, обладая страстью к хорошему кофе - в частности, к методу заваривания Ибрик.