Die Auswahl beginnt mit der Barriereaufgabe
Die Auswahl des filmbildenden Polymers sollte mit der Aufgabe beginnen, die der Film erfüllen soll: Feuchtigkeitsverlust reduzieren, Sauerstoffeintritt verlangsamen, antimikrobiell wirken, Ölmigration reduzieren, Schichten mit hoher und niedriger Wasseraktivität trennen, Glanz verbessern, Aroma schützen oder eine biologisch abbaubare essbare Beschichtung herstellen.Für all diese Zwecke ist kein Polymer am besten geeignet.Polysaccharide, Proteine, Lipide und Verbundsysteme erzeugen Filme durch unterschiedliche molekulare Wechselwirkungen, und ihre Leistung ändert sich mit Feuchtigkeit, Temperatur, Weichmachergehalt, Dicke und Auftragungsmethode.
Für die Verwendung in Lebensmitteln muss das Polymer außerdem den gesetzlichen Bestimmungen, dem Allergenprofil, der sensorischen Neutralität, den Verarbeitungsbedingungen und den Verbrauchererwartungen entsprechen.Ein technisch hervorragender Film, der wachsartig schmeckt, beim Biegen reißt oder ein unzulässiges Lösungsmittel erfordert, ist kommerziell nicht brauchbar.Bei der Auswahl kommt es daher auf ein Gleichgewicht zwischen Barriereleistung, mechanischen Eigenschaften, Verarbeitbarkeit und Verzehrqualität an.
Polysaccharidfilme
Stärke, Cellulosederivate, Alginat, Pektin, Chitosan, Pullulan und Gummi können bei niedriger oder mäßiger Luftfeuchtigkeit klare, sauerstoffbeständige Filme bilden.Sie sind oft gut in der Aroma- oder Sauerstoffkontrolle, weil ihre Netzwerke polar und dicht sind.Ihre Schwäche ist die Wasserempfindlichkeit.Viele Polysaccharidfilme absorbieren Feuchtigkeit, quellen auf und verlieren bei hoher relativer Luftfeuchtigkeit ihre mechanische Festigkeit oder Sauerstoffbarriere.In Lebensmitteln mit hohem Feuchtigkeitsgehalt können sie sich auflösen oder klebrig werden, sofern sie nicht vernetzt, vermischt oder mit Lipiden geschützt werden.
Filme auf Stärkebasis sind attraktiv, weil Stärke reichlich vorhanden ist und filmbildend ist. Filme aus natürlicher Stärke können jedoch spröde und wasserempfindlich sein.Weichmacher wie Glycerin verbessern die Flexibilität, erhöhen jedoch normalerweise die Wasserdampfdurchlässigkeit.Cellulosederivate können die Festigkeit und Klarheit verbessern.Alginat und Pektin können mit Kalzium gelieren, was für Beschichtungen und Einkapselungen nützlich ist, aber die Wechselwirkungen mit Mineralien und der pH-Wert müssen kontrolliert werden.
Proteinfilme
Gelatine, Molkenprotein, Sojaprotein, Zein, Kaseinat und andere Proteine können zusammenhängende Filme mit nützlichen Sauerstoff- und Aromabarrieren bilden.Proteinfilme können je nach Protein aufgrund von Wasserstoffbrückenbindungen, hydrophoben Wechselwirkungen und Disulfid- oder anderen Vernetzungen stark sein.Sie können auch zu Glanz und Haftung beitragen.Ihre Einschränkungen sind Wasserempfindlichkeit, Allergenprobleme, Geschmack, Opazität und Hitze- oder pH-Anforderungen während der Filmbildung.
Proteinfilme sind nützlich, wenn mechanische Festigkeit und Sauerstoffbarriere wichtiger sind als die Wasserdampfbarriere.In Süßwaren-, Backwaren- oder Snack-Schnittstellen benötigt ein Proteinfilm möglicherweise eine Lipidschicht, um Feuchtigkeit zu widerstehen.Bei Frischwarenüberzügen müssen Proteinfilme auf Gasaustausch untersucht werden, da eine übermäßige Sauerstoff- oder Kohlendioxideinschränkung die Qualität beeinträchtigen kann.
Lipidfilme und Verbundfilme
Lipide, Wachse und fetthaltige Materialien bieten die stärkste Feuchtigkeitsbeständigkeit, da sie hydrophob sind.Bienenwachs, Carnaubawachs, Schellack, Fettsäuren und Lipidmischungen können die Wasserdampfübertragung reduzieren, den Glanz verbessern und die Austrocknung verlangsamen.Ihre Schwächen sind Sprödigkeit, schlechte Sauerstoffbarriere, Opazität, wachsartiges Mundgefühl und Haftungsprobleme.Reine Lipidfilme können reißen oder ungleichmäßige Beschichtungen bilden.
Verbundfolien kombinieren hydrophile Polymere mit Lipiden, um mechanische Festigkeit, Sauerstoffbarriere und Wasserbeständigkeit in Einklang zu bringen.Ein Polysaccharid- oder Proteinnetzwerk kann für die Struktur sorgen, während eine Lipidphase die Wasserdampfdurchlässigkeit verringert.Die Herausforderung liegt in der Verteilung und Kontinuität: Wenn Lipidtröpfchen schlecht verteilt sind, bildet der Film möglicherweise keine kontinuierliche Feuchtigkeitsbarriere.Die Wahl des Emulgators, die Homogenisierung, die Trocknungsgeschwindigkeit und die Filmdicke steuern die endgültige Struktur.
Weichmacher und Wirkstoffe
Weichmacher verringern die Sprödigkeit, indem sie die Polymermobilität erhöhen.Glycerin, Sorbitol und andere Polyole sind üblich, aber höhere Weichmachergehalte erhöhen normalerweise die Wasserempfindlichkeit und verringern die Zugfestigkeit.Wirkstoffe wie ätherische Öle, Antioxidantien oder antimikrobielle Wirkstoffe sorgen für eine weitere Komplexitätsebene.Sie können die Konservierung verbessern, aber sie können die Filmstruktur zerstören, das Aroma verändern, die Opazität erhöhen oder in das Lebensmittel übergehen.Behauptungen über Aktivfilme müssen durch Wirksamkeits- und Sicherheitsnachweise untermauert werden.
Anwendung und Scale-up
Laborguss ist keine Garantie für industriellen Erfolg.Tauchen, Sprühen, Vorhangbeschichten, Extrudieren, Schwenken oder Grenzflächenabscheidung führen jeweils zu unterschiedlichen Dicken, Trocknungsverläufen und Fehlermustern.Zu schnelles Trocknen kann zu Rissen im Film führen;Zu langsames Trocknen kann zu Mikroben- oder Klebeproblemen führen.Die industrielle Auswahl sollte die Viskosität für die Anwendung, die Benetzung der Lebensmitteloberfläche, die Trocknungszeit, die Enddicke, die Fehlerrate und die Reinigungsfähigkeit der Linie umfassen.
In der endgültigen Auswahldatei sollten Kandidatenpolymere mit dem tatsächlichen Anwendungsfall verglichen werden: Wasserdampfdurchlässigkeit, Sauerstoffbarriere, Zugfestigkeit, Dehnung, Durchstoßfestigkeit, Haftung, Klarheit, Geschmack, regulatorischer Status und Haltbarkeitsleistung des Ziellebensmittels.Die Auswahl filmbildender Polymere ist erfolgreich, wenn der Film bei realer Luftfeuchtigkeit, Handhabung und Lagerung intakt und akzeptabel bleibt, und nicht nur, wenn er auf einer Laborplatte gut aussieht.
Feuchtigkeitsabhängigkeit
Die Folienleistung muss bei der für das Produkt relevanten Luftfeuchtigkeit gemessen werden.Ein Polysaccharidfilm kann bei niedriger Luftfeuchtigkeit eine hervorragende Sauerstoffbarriere aufweisen und einen Großteil dieser Barriere verlieren, wenn er Wasser absorbiert.Ein lipidreicher Film behält möglicherweise seine Feuchtigkeitsbeständigkeit bei, reißt jedoch, wenn ihm ein unterstützendes Polymernetzwerk fehlt.Die Angabe von Filmdaten ohne relative Luftfeuchtigkeit kann irreführend sein.Bei der Auswahl sollten Bedingungen verwendet werden, die der Lagerung, dem Luftraum der Verpackung und dem Kontakt mit der Lebensmitteloberfläche entsprechen.
Verträglichkeit mit Lebensmitteloberflächen
Das gleiche filmbildende Polymer kann sich auf Fruchtschalen, Schokolade, Käse, Backwarenoberflächen oder frittierten Snacks unterschiedlich verhalten.Oberflächenenergie, Rauheit, Fett, Wasser, Salze und Proteine steuern Benetzung und Haftung.Eine abperlende Beschichtung bildet keine durchgehende Barriere.Ein zu stark haftender Film kann die Lebensmitteloberfläche zerreißen oder einen Gummibiss verursachen.Die Prüfung sollte das tatsächliche Substrat und den tatsächlichen Trocknungszustand umfassen, nicht nur freistehende Filme.
Entscheidungsrahmen
Ein vertretbarer Auswahlrahmen ordnet die Kandidaten zunächst nach der erforderlichen Barriere ein und eliminiert dann Materialien, die den gesetzlichen, allergenen, geschmacklichen oder verfahrenstechnischen Einschränkungen nicht genügen.Die verbleibenden Kandidaten werden hinsichtlich Zugfestigkeit, Dehnung, Durchstoßfestigkeit, Wasserdampfdurchlässigkeit, Sauerstoffdurchlässigkeit, Haftung, Klarheit und Haltbarkeitseffekt verglichen.Das ausgewählte Polymer ist dasjenige, das das Produktproblem mit den geringsten sensorischen und verarbeitungstechnischen Nachteilen löst.
Angewandte Verwendung der filmbildenden Polymerauswahl
Ein nützlicher Abschluss für die Auswahl filmbildender Polymere ist eher eine Handlungsbeschränkung als ein Slogan.Wenn es sich bei dem beobachteten Risiko um Oxidation, Feuchtigkeitsaufnahme, Paneele, Aroma-Scalping, Leckagen oder Nichteinhaltung von Vorschriften handelt, sollte die nächste Maßnahme an die Messung gebunden sein, die zuerst durchgeführt wurde, und dann an einer zurückbehaltenen oder unabhängig vorbereiteten Probe bestätigt werden, bevor die Änderung in der Spezifikation verankert wird.
Auswahl filmbildender Polymere: entscheidungsspezifische technische Beweise
Auswahl filmbildender Polymeresollten anhand der Materialidentität, des Prozesszustands, der Analysemethode, der zurückbehaltenen Probe, des Lagerzustands, der Akzeptanzgrenze, der Abweichung und der Korrekturmaßnahmen gehandhabt werden.Diese Worte sind kein Füller;Sie definieren den Beweis, der beweist, ob sich das Produkt, die Charge oder der Prozess noch innerhalb der vorgesehenen Kontrollgrenzen befindet.
FürAuswahl filmbildender PolymereDie Entscheidungsgrenze ist Genehmigen, Halten, erneut testen, neu formulieren, überarbeiten, ablehnen oder untersuchen.Der Prüfer sollte diese Grenze auf das Methodenergebnis, das Chargenprotokoll, den Vergleich der zurückgestellten Proben, die sensorische oder visuelle Prüfung und die Trendüberprüfung zurückführen und dann aufzeichnen, warum diese Daten für genau dieses Produkt und diesen Titel ausreichend sind.
InAuswahl filmbildender Polymere, sollte die Fehlererklärung unerklärliche Abweichungen, schwache Freigabelogik, wiederholte Beanstandungen oder mangelhafte Übertragung vom Pilotversuch zur Produktion benennen.In der Nachverfolgungsaufzeichnung sollten Probenort, Methodenzustand, Chargenidentität, Lageralter und Korrekturmaßnahmen enthalten sein, damit ein anderer Prüfer die Schlussfolgerung wiederholen kann.
Häufige Fragen
Welche Polymere eignen sich am besten für Feuchtigkeitsbarrierefolien?
Lipide und Wachse sorgen in der Regel für eine bessere Feuchtigkeitsbeständigkeit, während Polysaccharid- oder Proteinnetzwerke häufig eine Lipidmischung zum Schutz vor hoher Luftfeuchtigkeit benötigen.
Warum sind Verbundfolien üblich?
Verbundfolien kombinieren die Festigkeit und Gasbarriere hydrophiler Polymere mit der Wasserbeständigkeit von Lipidphasen.
Quellen
- Essbare Filme und Beschichtungen auf Lipid-inkorporierter Biopolymerbasis in Lebensmittelverpackungen: Ein RückblickOpen-Access-Rezension für Lipid-Biopolymer-Filme, Wasserbeständigkeit und Verpackungsleistung.
- Essbare Folien und Beschichtungen für Lebensmittelverpackungsanwendungen: ein RückblickOpen-Access-Rezension für essbare Beschichtungsfunktionen, Feuchtigkeitsbarriere und aktive Verpackung.
- Essbare Filme vom Labor bis zur Industrie: Ein Überblick über die verschiedenen ProduktionsmethodenOpen-Access-Rezension zum Gießen, Extrudieren und zur Scale-Up-Produktion von essbaren Filmen.
- Essbare Verpackungen auf Stärkebasis: rheologische, thermische, mechanische, mikrostrukturelle und Barriereeigenschaften – ein ÜberblickOpen-Access-Rezension für Stärkefilmbeschränkungen, Plastifizierungs- und Barriereeigenschaften.
- Essbare Filme und Beschichtungen auf Biopolymerbasis: Auf dem Weg zu umweltfreundlichen und sicheren LebensmittelverpackungenOpen-Access-Review zur Auswahl von Polysacchariden, Proteinen, Lipiden und Verbundbeschichtungen.
- Neuartige Materialien bei der Herstellung essbarer Filme und Beschichtungen – Ein RückblickOpen-Access-Rezension für neuere filmbildende Materialien und aktive Beschichtungsansätze.
- Feuchtigkeitsmigration durch Süßwarenüberzüge mit SchokoladengeschmackWissenschaftlicher Artikel zur Wasserdampfdurchlässigkeit von Süßwarenüberzügen und zum Feuchtigkeitsbarriereverhalten.
- Feuchtigkeitsmigration durch fettbasierte MehrphasensystemeOpen-Access-Dissertation zur Diffusion fettbasierter Beschichtungen und zur Feuchtigkeitsmigration von Schokoladenkompositen.