Co to jest folia EVOH i dlaczego jest stosowana w opakowaniach do żywności?

EVOH — kopolimer etylenu i alkoholu winylowego — to jeden z najważniejszych materiałów barierowych w nowoczesnych elastycznych opakowaniach do żywności. Zwykle nie jest stosowana jako samodzielna folia, ale jako funkcjonalna warstwa barierowa w wielowarstwowej strukturze folii, gdzie jej wyjątkowa zdolność do blokowania przepuszczania tlenu decyduje o trwałości opakowań produktów spożywczych wrażliwych na tlen. Zrozumienie, co robi EVOH, jak działa i gdzie leżą jego ograniczenia, jest przydatne dla producentów żywności, nabywców opakowań i każdego, kto wybiera aseptyczne torby lub opakowania typu bag-in-box dla produktów płynnych.

Co to jest EVOH?

EVOH to polimer termoplastyczny wytwarzany w wyniku zmydlania (konwersji chemicznej) kopolimeru etylenu i octanu winylu. Powstały materiał łączy składnik etylenowy, który zapewnia przetwarzalność i odporność na wilgoć, ze składnikiem alkoholu winylowego, który zapewnia wyjątkowe właściwości barierowe dla tlenu. Stosunek etylenu do alkoholu winylowego w kopolimerze — wyrażony jako procent molowy etylenu — wpływa na równowagę pomiędzy działaniem bariery tlenowej a wrażliwością na wilgoć: niższa zawartość etylenu zapewnia lepszą barierę tlenową, ale większą wrażliwość na wilgoć; wyższa zawartość etylenu zmniejsza wrażliwość na wilgoć, jednocześnie nieznacznie zmniejszając skuteczność bariery.

Komercyjne gatunki EVOH stosowane w opakowaniach do żywności mają zazwyczaj zawartość etylenu od 27 do 44 procent molowych, przy czym konkretny gatunek jest wybierany na podstawie wymagań przetwarzania oraz równowagi bariery i odporności na wilgoć potrzebnej do zastosowania.

Dlaczego skuteczność bariery tlenowej EVOH ma znaczenie

Tlen jest główną przyczyną pogorszenia jakości większości pakowanych płynnych produktów spożywczych. W sokach i koncentratach owocowych tlen reaguje z kwasem askorbinowym (witaminą C), antocyjanami (pigmentami barwiącymi) i lotnymi związkami aromatycznymi – powodując brązowienie, utratę witamin i degradację smaku. W winie tlen powoduje utlenianie związków fenolowych i lotnych estrów, powodując utratę charakteru świeżych owoców i powstawanie nieprzyjemnych posmaków. W olejach jadalnych tlen powoduje utlenianie lipidów – jełczenie. W produktach mlecznych tlen przyczynia się do powstawania nieprzyjemnego smaku i degradacji witamin.

Szybkość, z jaką tlen dociera do produktu w zapieczętowanym opakowaniu, mierzy się współczynnikiem przepuszczalności tlenu (OTR) materiału opakowaniowego — ilością tlenu, która przechodzi przez określony obszar materiału dziennie w znormalizowanych warunkach. Niższy OTR oznacza lepszą skuteczność bariery tlenowej i dłuższy okres trwałości produktu.

Skuteczność bariery tlenowej EVOH jest znacznie lepsza niż w przypadku stiardowych polimerów opakowaniowych:

EVOH w suchych warunkach zapewnia barierę tlenową około 100 do 10 000 razy lepszą niż standardowa folia PE. Oznacza to, że opakowanie zawierające warstwę EVOH może przez wiele miesięcy utrzymywać wewnątrz zamkniętego opakowania środowisko zubożone w tlen, chroniąc produkt przed zniszczeniem spowodowanym utlenianiem przez cały zamierzony okres przydatności do spożycia.

Krytyczne ograniczenie EVOH: wrażliwość na wilgoć

Wyjątkowa skuteczność bariery tlenowej EVOH w suchych warunkach znacznie spada wraz ze wzrostem wilgotności. Grupy alkoholu winylowego w EVOH, które zapewniają działanie barierowe, są hydrofilowe — pochłaniają wodę z otaczającego środowiska. Gdy warstwa EVOH pochłania wilgoć, jej struktura krystaliczna zostaje zakłócona, a przepuszczalność tlenu wzrasta. Przy wysokiej wilgotności względnej (80–100% RH) skuteczność bariery tlenowej EVOH może spaść od 10 do 100 razy w porównaniu z warunkami suchymi, w zależności od konkretnego gatunku.

Ze względu na wrażliwość na wilgoć EVOH jest rzadko stosowany jako warstwa wierzchnia w opakowaniach żywności. Należy go umieścić jako warstwę środkową w wielowarstwowej konstrukcji foliowej, zabezpieczonej z obu stron odpornymi na wilgoć warstwami polimerowymi. Zewnętrzne i wewnętrzne warstwy PE, PP lub PET działają jak bariery dla wilgoci, które chronią EVOH przed wilgocią z otoczenia i wilgocią w samym produkcie, utrzymując warstwę EVOH w stanie niskiej wilgotności, gdzie jej skuteczność bariery tlenowej jest zmaksymalizowana.

Typowa wielowarstwowa struktura folii zawierająca EVOH do aseptycznych opakowań do żywności to: PE/klej/EVOH/klej/PE. Warstwy PE zapewniają ochronę przed wilgocią warstwy środkowej EVOH, zgrzewalność (wewnętrzny PE) i integralność strukturalną. EVOH zapewnia barierę tlenową. Klejowe warstwy wiążące łączą ze sobą niekompatybilne warstwy PE i EVOH z wystarczającą przyczepnością międzywarstwową, aby zapobiec rozwarstwianiu się podczas przetwarzania i użytkowania.

EVOH kontra folia aluminiowa w konstrukcji worka aseptycznego

W przypadku toreb aseptycznych i opakowań typu bag-in-box wybór pomiędzy wielowarstwową folią zawierającą EVOH a laminatem z folii aluminiowej wiąże się z kompromisem pomiędzy wydajnością bariery, przezroczystością i kosztem:

Laminat z folii aluminiowej

Folia aluminiowa o grubości 9 mikronów zapewnia zasadniczo zerowy OTR i zerową przepuszczalność światła – najwyższą dostępną skuteczność bariery. Jest nieprzepuszczalny zarówno dla tlenu, jak i światła, co czyni go standardem w przypadku najbardziej wymagających zastosowań związanych z okresem przydatności do spożycia: koncentraty soków, produkty pomidorowe i inne produkty spożywcze bardzo wrażliwe na tlen, wymagające okresu trwałości od 12 do 24 miesięcy w temperaturze otoczenia. Wadą jest to, że folia aluminiowa sprawia, że ​​torba jest nieprzezroczysta (produktu nie widać przez opakowanie), zwiększa wagę i koszty materiału w porównaniu do konstrukcji składających się wyłącznie z folii oraz stwarza wyzwania związane z recyklingiem.

Metalizowany PET (PET pokryty aluminium)

Metalizowany PET wykorzystuje bardzo cienką warstwę aluminium (około 0,02–0,05 mikrona) naparowaną na powierzchnię folii PET. Zapewnia wysoką wydajność barierową znacznie lepszą niż standardowy PE lub PET, chociaż nie zbliża się do bliskiego zera OTR grubej folii aluminiowej. Metalizowany PET jest lżejszy, tańszy i bardziej elastyczny niż laminat foliowy, dzięki czemu nadaje się do wysokobarierowych toreb aseptycznych, gdzie nie jest wymagane bezwzględne zerowe OTR. Jest nieprzezroczysty (warstwa aluminium blokuje światło), ale zapewnia dobrą barierę w szerokim zakresie zastosowań w opakowaniach żywności.

Folia kompozytowa EVOH

EVOH w wielowarstwowej strukturze PE/EVOH/PE lub PET/EVOH/PE zapewnia doskonałą barierę tlenową przy niższych kosztach materiału niż konstrukcje na bazie aluminium i – co najważniejsze – utrzymuje przezroczystość folii, jeśli warstwy zewnętrzne są przezroczyste. W zastosowaniach, w których ważna jest widoczność produktu (opakowania skierowane do konsumenta, gdzie przezroczystość jest zaletą, niektóre zastosowania w sokach i napojach), folie kompozytowe EVOH umożliwiają uzyskanie przezroczystego lub półprzezroczystego opakowania o wysokiej barierze tlenowej. Kompromis polega na tym, że EVOH nie zapewnia bariery świetlnej — produkty wrażliwe na światło nadal wymagają nieprzezroczystej warstwy zewnętrznej lub opakowania wtórnego w celu ochrony przed światłem.

Połączony metalizowany kompozyt EVOH

Najwyższej jakości konstrukcje foliowe do toreb aseptycznych łączą metalizowany PET lub EVOH z dodatkowymi warstwami barierowymi — zapewniając zarówno barierę dla tlenu, jak i barierę dla światła w strukturze lżejszej niż laminat z folii stałej. Są to konstrukcje „ultrawysokobarierowe” stosowane w przypadku produktów o najbardziej rygorystycznych wymaganiach dotyczących okresu przydatności do spożycia, w których bezwzględny zerowy OTR grubej folii nie jest możliwy do osiągnięcia w przypadku alternatywnych folii. Aseptyczne torby Ruijin Xinchen o wysokiej i bardzo wysokiej barierowości wykorzystują te połączone konstrukcje materiałowe.

EVOH w workach aseptycznych: przykłady zastosowań

Folie wielowarstwowe na bazie EVOH znajdują zastosowanie w całej gamie płynnych produktów spożywczych pakowanych w aseptyczne torby:

• Koncentraty soków owocowych i warzywnych: Ochrona witaminą C i antocyjanami wymaga wysokiej bariery tlenowej. Worki z kompozytu EVOH lub laminatu z folii aluminiowej utrzymują jakość koncentratu soku przez 12 miesięcy w temperaturze otoczenia.
• Opakowanie na wino (format BIB): Wysokobarierowe torby EVOH lub metalizowane PET do wina typu bag-in-box utrzymują świeżość wina zarówno przed otwarciem (chroniąc przed utlenianiem w magazynie), jak i po otwarciu (ograniczając utlenianie spowodowane przenikaniem podczas okresu wydawania trwającego od 4 do 6 tygodni).
• Produkty mleczne (przetworzone UHT): Aseptyczne torby na mleko, śmietanę i płynne produkty mleczne UHT wykorzystują folie kompozytowe EVOH, które zapewniają barierę tlenową bez nieprzezroczystości folii, umożliwiając widoczność produktu w niektórych formatach skierowanych do konsumenta.
• Olej jadalny: Utlenianie oleju (jełczenie) jest napędzane przez tlen i przyspieszane przez światło. Wysokobarierowe aseptyczne torby na olej jadalny wykorzystują nieprzezroczyste struktury — metalizowane kompozyty PET/EVOH lub laminaty z folii aluminiowej — które zapewniają przepuszczalność zarówno tlenu, jak i światła.
• Ekstrakty ziołowe i dodatki do żywności: Wysokowartościowe płynne składniki wymagające długiego okresu przechowywania w temperaturze otoczenia bez łańcucha chłodniczego należy stosować aseptyczne torby o bardzo wysokiej barierowości, w przypadku których wyższa cena folii barierowej jest uzasadniona wartością produktu i wymaganiami dotyczącymi okresu przydatności do spożycia.

Często zadawane pytania

Czy żywność EVOH jest bezpieczna?

EVOH jest dopuszczony do zastosowań w kontakcie z żywnością na wszystkich głównych rynkach regulacyjnych. W USA EVOH jest wymieniony w FDA 21 CFR 177.1360 jako pośredni dodatek do żywności do stosowania w wyrobach mających kontakt z żywnością. W UE EVOH znajduje się na pozytywnej liście monomerów zgodnie z rozporządzeniem (UE) nr 10/2011 w sprawie materiałów i wyrobów z tworzyw sztucznych przeznaczonych do kontaktu z żywnością. EVOH powoduje minimalną migrację do żywności — polimer jest bardzo stabilny w normalnych warunkach kontaktu z żywnością — i nie stwarza żadnych problemów związanych z bezpieczeństwem żywności, jeśli jest stosowany w ramach parametrów określonych w obowiązujących przepisach dotyczących kontaktu z żywnością.

Czy folię EVOH można poddać recyklingowi?

Folie wielowarstwowe zawierające EVOH zasadniczo nie nadają się do recyklingu w ramach standardowych strumieni recyklingu tworzyw sztucznych zawierających jeden materiał, ponieważ nie można łatwo oddzielić różnych warstw polimeru. Jest to uznane ograniczenie wielowarstwowych folii barierowych i aktywny obszar rozwoju w branży opakowań. Opracowywane są monomateriałowe folie barierowe — zapewniające odpowiednią skuteczność bariery tlenowej z jednej rodziny kompatybilnych polimerów (struktury wykonane w całości z PE lub w całości z PP zawierające zmodyfikowane warstwy barierowe) — jako nadające się do recyklingu alternatywy dla wielowarstwowych folii EVOH, chociaż nie dorównują one jeszcze właściwościom barierowym EVOH w wymagających zastosowaniach. W przypadku produktów spożywczych o wysokiej wartości, dla których wymagana jest bariera EVOH, aby zapobiec zepsuciu się, równowaga środowiskowa polegająca na zapobieganiu marnotrawieniu żywności (co ma znacznie większy wpływ na środowisko niż samo opakowanie) zazwyczaj faworyzuje folię barierową EVOH w stosunku do alternatyw o niższej barierowości, nadających się do recyklingu, które umożliwiają psucie się produktu.

Jaka jest różnica pomiędzy EVOH i PVDC (Saran) jako barierami tlenowymi?

Obydwa EVOH and PVDC (polichlorek winylidenu) to wysokowydajne materiały stanowiące barierę dla tlenu stosowane w opakowaniach żywności. EVOH zapewnia lepszą barierę tlenową niż PVDC w suchych warunkach, jest bardziej akceptowalny dla środowiska (PVDC zawiera chlor i stwarza wyzwania regulacyjne dotyczące utylizacji poprzez spalanie) i jest ogólnie preferowany w przypadku nowych opakowań. PVDC ma niższą wrażliwość na wilgoć niż EVOH – jego działanie barierowe jest bardziej stabilne przy podwyższonej wilgotności – co daje mu przewagę w zastosowaniach o wysokiej wilgotności. W praktyce EVOH z odpowiednimi warstwami zewnętrznymi PE chroniącymi przed wilgocią w dużej mierze zastąpił PVDC w zastosowaniach aseptycznych opakowań do żywności.

Czy grubość warstwy EVOH wpływa na działanie bariery?

Tak. Grubość warstwy EVOH w wielowarstwowej strukturze folii wpływa bezpośrednio na OTR — grubsze warstwy EVOH zapewniają lepszą barierę tlenową. Jednakże powyżej pewnego progu grubości (zwykle 3 do 5 mikronów w strukturze współwytłaczanej) przyrostowa poprawa bariery na każdy dodatkowy mikron EVOH maleje, a inne czynniki – konsystencja podczas przetwarzania folii, jakość warstwy kleju, całkowita grubość folii – stają się bardziej istotne. Większość współwytłaczanych folii do pakowania żywności wykorzystuje warstwy EVOH o grubości od 3 do 8 mikronów w ramach całkowitej grubości folii w zakresie od 70 do 200 mikronów. Zawartość EVOH stanowi od 2 do 10% całkowitej grubości powłoki, ale odpowiada za większość właściwości bariery tlenowej.

Wysoka bariera Torby aseptyczne z EVOH od Ruijina Xinchena

Ruijin Xinchen Technology Co., Ltd. produkuje torby aseptyczne i opakowania typu bag-in-box przy użyciu folii barierowych standardowych, wysokobarierowych i ultrawysokobarierowych, zawierających metalizowany PET, kompozyt EVOH, laminat z czystej folii aluminiowej i kombinacje folii PE. Jednoetapowa linia produkcyjna obejmująca formowanie zaworów, rozdmuchiwanie folii, laminowanie i produkcję torebek w certyfikowanym przez QS zakładzie National High-Tech Enterprise w Ruijin, Jiangxi, Chiny. Zakres pojemności od 1 l do 220 l do zastosowań związanych z żywnością, napojami, nabiałem, olejem jadalnym i płynami specjalnymi.

Skontaktuj się z nami, aby omówić wymagania dotyczące specyfikacji barier dla Twojego produktu, poprosić o dane OTR folii oraz uzyskać próbki i cenę.

Powiązane produkty: Torby aseptyczne | Bag-in-Box (wysoka bariera, kompozyt EVOH powlekany aluminium) | Zawory i nakładki na wylewki