DE102005016712A1 - Process for the thermal treatment of food containing and sealed carton / plastic composite packages - Google Patents

Process for the thermal treatment of food containing and sealed carton / plastic composite packages Download PDF

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Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Verfahren zum thermischen Behandeln von Lebensmittel enthaltenden und verschlossenen Karton/Kunststoff-Verbundpackungen, wobei die Verbundpackungen für einen gewissen Zeitraum in einem Autoklaven einer Wärme/Druck-Behandlung unterzogen werden, um die in den Verbundpackungen befindlichen Lebensmittel zu konservieren. Um zu ermöglichen, dass möglichst kurze Behandlungszeiten ausreichen, um die geforderte Sterilisation zu erreichen, sind die folgenden Schritte vorgesehen: DOLLAR A - Einbringen der gefüllten Verbundpackungen in einen Autoklaven, DOLLAR A - Einstellung einer solchen Druckführung, dass gezielt Feuchtigkeit in die Kartonschicht jeder Verbundpackung eindringen kann, DOLLAR A - Autoklavieren unter einem vorgegebenen Druckverlauf und DOLLAR A - Trocknen und Kalibrieren der feucht erweichten Verbundpackungen im Anschluss an das Autoklavieren.Shown and described is a process for thermally treating food-containing and sealed paperboard / plastic composite packages, wherein the composite packs are heat / pressure treated in an autoclave for a period of time to preserve the foodstuffs contained within the composite packs. In order to allow the shortest possible treatment times to be sufficient to achieve the required sterilization, the following steps are provided: DOLLAR A - introduction of the filled composite packs in an autoclave, DOLLAR A - setting such a pressure guide that specifically moisture in the cardboard layer of each composite pack DOLLAR A - autoclaving under a given pressure curve and DOLLAR A - drying and calibration of the wet-softened composite packs following autoclaving.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen Behandeln von Lebensmittel enthaltenden und verschlossen Karton/Kunststoff-Verbundpackungen, wobei die Verbundpackungen für einen gewissen Zeitraum in einem Autoklaven einer Wärme/Druck-Behandlung unterzogen werden, um die in den Verbundpackungen befindlichen Lebensmittel zu konservieren.The The invention relates to a process for the thermal treatment of food containing and sealed cardboard / plastic composite packages, the composite packages for a period of time in an autoclave of a heat / pressure treatment be subjected to the food in the composite packages to conserve.

Das Sterilisieren von mit Lebensmitteln gefüllten und verschlossenen Kartonverbundpackungen in Autoklaven mittels Dampf oder heißem Wasser zum Zwecke der Konservierung gehört seit vielen Jahren zum Stand der Technik. Anders als beim Autoklavieren von Konserven, welche sich durch den Autoklavierprozess in ihrer äußeren Form im wesentlichen nicht verändern, unterliegt das Autoklavieren von – nicht starren – Karton/Kunststoff-Verbundpackungen einer besonderen Problematik. Bekanntlich ist bei handelsüblichen Verbundpackungen für Lebensmittel die Kartonschicht des Karton/Kunststoff-Verbundmaterials der Hauptbestandteil, da diese für die mechanische Festigkeit und die Kontur der Verbundpackung verantwortlich ist. Thermoplastische Kunststoffe dienen einerseits zum Versiegeln und zum Abdichten der Verbundpackungen gegen Flüssigkeits-, Aroma- und Gasaustausch und ermöglichen andererseits die Versiegelung der Randbereiche miteinander sowie eine bessere Bedruckbarkeit. Bei sehr hohen Barriereanforderungen werden zusätzliche Kunststoffschichten, beispielsweise aus EVOH, PA, MXD6, LCP, PAN, PEN, PET, PVDC, PVC U, Cellulose oder beschichtete und/oder bedampfte Polymerfolien, aber auch dünne Metallfolien, in der Regel aus Aluminium, und auch Kombinationen oder Abmischungen der zuvor genannten Materialien eingesetzt. Zum Erhalt der Formbeständigkeit der Verbundpackungen sind in der Vergangenheit verschiedene Wege beschritten worden:
Da durch Eindringen von Feuchtigkeit in die Kartonschicht während des Autoklavierprozesses eine Schwächung der Verbundpackung und damit eine mögliche Veränderung der äußeren Form einhergeht, ist zunächst vorgeschlagen worden, die offenen Kartonkanten zu verschließen, um einen optimalen Schutz der Kartonschicht vor der Feuchtigkeit im Autoklaven oder Sterilisator zu erzielen ( US 4,355,756 oder WO 98/18680 A1). Die dort beschriebenen Ausführungen haben jedoch den Nachteil, dass sie konstruktiv aufwendig und damit kostenintensiv sind. Ein weiterer Nachteil liegt darüber hinaus darin, dass die zwischen den Kartonfasern der Kartonschicht der Verbundpackung befindliche trockene Luft (oder andere Gase) zu einer stark thermisch isolierenden Schicht führt. Diese thermisch isolierende Schicht führt zu einer langsamen Wärmedurchdringung bzw. zu einem hohen Wärmewiderstand des Verbundmaterials und somit zu langen Aufwärm- und Abkühlphasen beim Autoklavierprozess mit entsprechend negativen Auswirkungen auf der Kostenseite. Darüber hinaus führen lange Aufwärm- und Abkühlphasen zu entsprechend langen Autoklavierzeiten (Sterilisationszeiten) und diese wiederum bei vielen Lebensmitteln den Nachteil eines Qualitätsverlustes.The sterilization of food-filled and sealed carton packs in autoclaves by means of steam or hot water for the purpose of conservation has been part of the state of the art for many years. Unlike autoclaving canned goods, which do not substantially change in shape as a result of the autoclaving process, autoclaving non-rigid carton / plastic composite packages is subject to a particular problem. As is well known, in commercial composite food packs, the paperboard layer of the paperboard / plastic composite material is the major constituent since it is responsible for the mechanical strength and contour of the composite pack. On the one hand, thermoplastics serve to seal and seal the composite packings against liquid, aroma and gas exchange and, on the other hand, make it possible to seal the edge regions with one another and to improve the printability. In the case of very high barrier requirements, additional plastic layers, for example of EVOH, PA, MXD6, LCP, PAN, PEN, PET, PVDC, PVC U, cellulose or coated and / or vapor-deposited polymer films, but also thin metal foils, as a rule of aluminum, and also used combinations or blends of the aforementioned materials. In order to maintain the dimensional stability of the composite packages, various approaches have been taken in the past:
Since penetration of moisture into the paperboard layer during the autoclaving process results in weakening of the composite pack and thus a possible change in the outer shape, it has been proposed to close the open paperboard edges for optimal protection of the paperboard layer from moisture in the autoclave or sterilizer achieve ( US 4,355,756 or WO 98/18680 A1). However, the embodiments described there have the disadvantage that they are structurally complex and therefore expensive. A further disadvantage is that the dry air (or other gases) between the paperboard fibers of the paperboard layer of the composite pack leads to a highly thermally insulating layer. This thermally insulating layer leads to a slow heat penetration or to a high thermal resistance of the composite material and thus to long warm-up and cooling phases in the autoclaving process with correspondingly negative effects on the cost side. In addition, long warm-up and cool-down phases lead to correspondingly long autoclaving times (sterilization times), and these in turn have the disadvantage of a loss of quality in many foods.

Bei einer alternativen Ausführungsvariante von Karton/Kunststoff-Verbundpackungen werden offene Kartonkanten in Kauf genommen, der Autoklavierprozess wird hier jedoch so geführt, dass vor der Beaufschlagung der Verbundpackung im Autoklaven mit Wasserdampf oder heißem Berieselungswasser der „offene" Kartonverbund ausdrücklich mit Gasüberschuss beaufschlagt wird (WO 2004/056666 A1). Auch dies löst jedoch das Problem der unerwünscht hohen Isolierwirkung des Verbundmaterials nicht.at an alternative embodiment of Cardboard / plastic composite packages will be open cardboard edges in Purchase taken, but the autoclaving process is conducted here so that before pressurizing the composite packing in the autoclave with steam or hot Irrigation water the "open" cardboard composite expressly with Excess gas is applied (WO 2004/056666 A1). However, this also solves the problem of undesirably high Insulating effect of the composite material not.

Eine weitere Variante der Behandlung von Karton/Kunststoff-Verbundpackungen im Autoklaven beschreibt den Verzicht effektiver Wärmeübertragungsmedien wie Dampf oder Wasser in dem für die mechanische Festigkeit des Karton/Kunststoff-Verbundmaterials relevanten höheren Temperaturbereichen (WO 98/16431 A1). Auch beim so geführten Autoklavierprozess lassen sich jedoch keine optimal kurzen Sterilisationszeiten erreichen, so dass auch hier die erwähnten Nachteile hoher Kosten und verminderter Lebensmittelqualitäten die Folge sind.A Another variant of the treatment of cardboard / plastic composite packs in the autoclave describes the abandonment of effective heat transfer media like steam or water in the for the mechanical strength of the cardboard / plastic composite relevant higher temperature ranges (WO 98/16431 A1). Also let with the so-led autoclaving process however, do not achieve optimally short sterilization times, so that also mentioned here Disadvantages of high costs and reduced food qualities the Consequence are.

Schließlich sind weitere Verbundpackungen so ausgeführt, dass nicht der Kartonanteil für die Kontur und die mechanische Festigkeit der fertigen Verbundpackung verantwortlich ist, sondern ein dominierender Anteil an thermoplastischen Kunststoffen (WO 97/02181 A1). Hierbei soll es möglich sein, während des Autoklavierprozesses die formrelevanten Kunststoffschichten der Verbundpackungen bei hohen Temperaturen gezielt in eine konkave Kontur zu verformen, um anschließend die so gewonnene Verformung durch ein Herunterkühlen der thermoplastischen Kunststoffschichten „einzufrieren" bzw. zu fixieren.Finally are further composite packages designed so that not the cardboard content for the contour and the mechanical strength of the finished composite package but a dominant share of thermoplastics (WO 97/02181 A1). This should be possible during the Autoclaving the form-relevant plastic layers of Composite packs at high temperatures targeted into a concave Deform contour to then the resulting deformation by cooling down the thermoplastic resin layers "freeze" or fix.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte und zuvor näher ausgeführte Verfahren zum Sterilisieren von gefüllten Karton/Kunststoff-Verbundpackungen so auszugestalten und weiterzuführen, dass möglichst kurze Behandlungszeiten ausreichen, um die geforderte Sterilisierung zu erreichen. Auf diese Weise wird eine Verbesserung der Produktqualität erreicht und lassen sich auch die Betriebskosten reduzieren.Of the Invention is therefore the object of the aforementioned and previously detailed procedures for sterilizing filled cardboard / plastic composite packages to design and carry on, that possible short treatment times are sufficient to achieve the required sterilization to reach. In this way, an improvement of the product quality is achieved and can also reduce the operating costs.

Gelöst wird die Aufgabe bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die folgenden Schritte:

  • – Einbringen der gefüllten Verbundpackungen in einen Autoklaven,
  • – Einstellung einer solchen Druckführung, dass gezielt Feuchtigkeit in die Kartonschicht jeder Verbundpackung eindringen kann,
  • – Autoklavieren unter einem vorgegebenen Druckverlauf und
  • – Trocknen und Kalibrieren der feuchterweichten Verbundpackungen im Anschluss an das Autoklavieren.
The problem is solved in a method according to the preamble of claim 1 by the following steps:
  • Introducing the filled composite packs into an autoclave,
  • - Setting such a pressure guide that specifically moisture can penetrate into the cardboard layer of each composite package,
  • - Autoclaving under a predetermined pressure curve and
  • - drying and calibrating the wet-soft composite packs following autoclaving.

Erfindungsgemäß wird nun also der vermeintliche Nachteil des „negativen" Effektes durch das Eindringen von Feuchtigkeit in die Kartonschicht des Karton/Kunststoff-Verbundmaterials beim Sterilisierprozess und die damit einhergehende Erweichung des Materials in Kauf genommen, um den Gesamtprozess zu verbessern. Durch die stark herabgesetzte Isolierwirkung lassen sich erheblich kürzere Behandlungszeiten erreichen. Mittels einer geeigneten Druckführung im Autoklaven wird gezielt das Eindringen von Feuchtigkeit in die Kartonschicht des Verbundmaterials herbeigeführt, wodurch das Verbundmaterial seine im trockenen Zustand stark thermisch isolierende Wirkung verliert. Das Verfahren lässt sich bei allen gängigen Autoklaven einsetzen, also in Dampfautoklaven, in Berieselungsautoklaven, in Sprühautoklaven, in Dampf-Sprühautoklaven, in denen Dampf bzw. Wasser als Hauptwärmeübertragungsmedium eingesetzt wird.According to the invention will now So the supposed disadvantage of the "negative" effect due to the ingress of moisture into the cardboard layer of the cardboard / plastic composite during the sterilization process and the associated softening of the material accepted, to improve the overall process. By the greatly reduced Insulating effect can be achieved significantly shorter treatment times. By means of a suitable pressure guide in the autoclave, the penetration of moisture into the Carton layer of the composite material, whereby the composite material loses its strongly thermally insulating effect in the dry state. The procedure leaves in all common Use autoclave, ie in steam autoclaves, in sprinkler autoclave, in Sprühautoklaven, in steam spray autoclaves, in which steam or water is used as the main heat transfer medium becomes.

Um ein optimales Eindringen der Feuchtigkeit in die Kartonschicht sicherzustellen, ist eine definierte Überdehnung oder Stauchung der offenen Kartonkanten erforderlich. Diese wird dadurch erreicht, dass – insbesondere während der Aufheizphase mit Dampf oder Wasser – der Druckunterschied zwischen dem Innendruck der Verbundpackung und dem Druck im Autoklaven zwischen 50 und 400 mbar, bevorzugt 100 bis 200 mbar, insbesondere bevorzugt 150 mbar, beträgt. Der maximal zulässige Druckunterschied hängt von mehreren Parametern ab, nämlich unmittelbar von der Geometrie der Verbundpackung, der Position der Verbundpackung im Autoklaven, den verwendeten Polymeren sowie den verwendeten Schweiß- bzw. Peelverbindungen ab. Der Innendruck der Verbundpackung hängt im wesentlichen von der Temperatur des Füllguts, dem Füllgut und seinem Wasseranteil, dem Volumen des Kopfraumes der Verbundpackung und der Beschaffenheit des Verbundmaterials ab. Davon abhängig wird der Innendruck des Autoklaven nach einem jeweils optimierten Druckverlauf geregelt.Around to ensure an optimal penetration of the moisture into the cardboard layer is a defined overstretching or compression of the open cardboard edges required. This one will achieved by that - in particular while the heating phase with steam or water - the pressure difference between the internal pressure of the composite packing and the pressure in the autoclave between 50 and 400 mbar, preferably 100 to 200 mbar, particularly preferably 150 mbar. The maximum allowable pressure difference depends on several parameters, namely directly from the geometry of the composite packing, the position of the Combination pack in the autoclave, the polymers used and the used welding or peel compounds. The internal pressure of the composite package depends essentially from the temperature of the product, the contents and its water content, the volume of the headspace of the composite package and the nature of the composite material. Depends on it the internal pressure of the autoclave after each optimized pressure curve regulated.

Die in die Kartonschicht eingedrungene Feuchtigkeit führt zu einem Erweichen des Verbundes und damit zu einem Erweichen der Verbundpackung beim Autoklavieren. Auch unmittelbar nach dem Autoklavieren, also bei Temperaturen, bei denen die verwendeten thermoplastischen Kunststoffe bereits wieder verfestigt sind, sind die Verbundpackungen noch relativ weich. Daher findet beim erfindungsgemäßen Verfahren nach dem eigentlichen Autoklavierprozess ein Trocknungsvorgang statt, um die feuchten und erweichten Verbundpackungen wieder zu kalibrieren. Dieser Prozess findet nach einer weiteren Lehre der Erfindung unter Formzwang statt.The moisture that has penetrated into the cardboard layer leads to a Softening of the composite and thus softening the composite package when autoclaving. Also immediately after autoclaving, so at temperatures at which the thermoplastics used already are solidified again, the composite packages are still relatively soft. Therefore, in the method according to the invention after the actual autoclaving process a drying process takes place, to recalibrate the moist and softened composite packs. This process is covered by another teaching of the invention Form forced instead.

Der Formzwang kann dabei nach einer weiteren Lehre der Erfindung neben der eigentlichen Formänderung auch Muster oder Strukturen auf der Oberfläche der Verbundpackungen erzeugen. Je nach vorgegebener oder gewünschter Geometrie kann der Formzwang durch für jede Verbundpackung vorgesehen Einzelkavitäten oder einzelne Formnester erfolgen, es können bei entsprechender Geometrie der Verbundpackungen jedoch auch eine Vielzahl solcher Packungen gemeinsam einem Formzwang mittels Mehrfachkavitäten unterlegt werden. Solche Kavitäten können je nach Anwendungsfall einmalig oder auch mehrmalig verwendet werden. Durch eine gezielte Gestaltung der verwendeten Kavitäten können auch einzelne Bereiche der Verbundpackungen, wie beispielsweise der Boden, gezielt deformiert und durch das anschließende Abtrocknen fixiert werden. Eine so eingestellte Bodengeometrie führt beispielsweise zu einer genau definierten Form und damit zu einer verbesserten Standfestigkeit der Verbundpackung.Of the Form compulsion can according to another teaching of the invention in addition the actual shape change also create patterns or structures on the surface of the composite packages. Depending on the given or desired Geometry can be forced by any combination pack single wells or individual mold cavities occur, it can with appropriate geometry However, the composite packages also a variety of such packages together a form forced by means of multiple cavities are underlaid. Such cavities can ever be used once or several times after application. By a targeted design of the cavities used can also individual areas of the composite packages, such as the soil, selectively deformed and fixed by the subsequent drying. A thus set ground geometry leads For example, to a well-defined form and thus to a improved stability of the composite package.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich für verschiedenste Verbundvarianten einsetzen, insbesondere können auch Verbundmaterialien mit Schwächungslinien, welche – meist zur Erleichterung des Öffnungsvorgangesmittels Laser oder durch mechanische Perforation – eingebracht worden sind, verwendet werden. Das Verfahren lässt sich darüber hinaus für Verbundpackungen mit oder ohne Metallfolie einsetzen.The inventive method can be for a variety of Use composite variants, in particular, composite materials with weakening lines, which - mostly to facilitate the opening process means Laser or by mechanical perforation - have been introduced, used become. The procedure leaves beyond that for composite packages use with or without metal foil.

Schließlich ist es sogar möglich, dass die verwendeten Verbundmaterialien auch eine oder mehrere Scavanger beinhaltende Schichten aufweisen können. Diese Scavangerschichten können auch zwischen oder innerhalb der Barriereschichten liegen und dienen zum Auffangen penetrierenden Sauerstoffs zum Erhalt der Produktqualität.Finally is it even possible that the composite materials used also include one or more Scavanger may include containing layers. These scavanger layers can also lie and serve between or within the barrier layers to capture penetrating oxygen to maintain product quality.

Claims (9)

Verfahren zum thermischen Behandeln von Lebensmittel enthaltenden und verschlossenen Karton/Kunststoff-Verbundpackungen, wobei die Verbundpackungen für einen gewissen Zeitraum in einem Autoklaven einer Wärme/Druck-Behandlung unterzogen werden, um die in den Verbundpackungen befindlichen Lebensmittel zu konservieren, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Einbringen der gefüllten Verbundpackungen in einen Autoklaven, – Einstellung einer solchen Druckführung, dass gezielt Feuchtigkeit in die Kartonschicht jeder Verbundpackung eindringen kann, – Autoklavieren unter einem vorgegebenen Druckverlauf und – Trocknen und Kalibrieren der feucht erweichten Verbundpackungen im Anschluss an das Autoklavieren.A method of thermally treating food-containing and sealed carton / plastic composite packages, wherein the composite packages are heat / pressure treated in an autoclave for a period of time to preserve the foodstuffs contained in the composite packages, characterized by the following steps: - placing the filled composite packages in an autoclave, - setting such a pressure guide that targeted moisture can penetrate into the cardboard layer of each composite package, - autoclaving under a predetermined pressure curve and - drying and calibrating the wet-softened composite packages after autoclaving. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckunterschied zwischen dem Innendruck der Verbundpackungen und Druck im Autoklaven zur Ermöglichung des Einbringens von Dampf in die Kartonschicht zwischen 50 und 400 mbar beträgt.Method according to claim 1, characterized in that that the pressure difference between the internal pressure of the composite packages and pressure in the autoclave to allow the introduction of steam into the cardboard layer between 50 and 400 mbar is. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckunterschied zwischen dem Innendruck der Verbundpackungen und Druck im Autoklaven zur Ermöglichung des Einbringens von Dampf in die Kartonschicht zwischen 100 und 200 mbar, bevorzugt 150 mbar, beträgt.Method according to claim 2, characterized in that that the pressure difference between the internal pressure of the composite packages and pressure in the autoclave to allow the introduction of steam into the cardboard layer between 100 and 200 mbar, preferably 150 mbar. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckführung so erfolgt, dass das Eindringen von Feuchtigkeit in die Kartonschicht während der Aufheizphase erfolgt.Method according to one of claims 1 to 3, characterized that the pressure guide This is done so that the penetration of moisture into the cardboard layer while the heating phase takes place. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung des Innendrucks im Autoklaven nach einem optimierten Druckverlauf erfolgt.Method according to one of claims 1 to 3, characterized that the regulation of the internal pressure in the autoclave after an optimized pressure course he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen der Verbundpackungen unter Formzwang erfolgt.Method according to one of claims 1 to 5, characterized that the drying of the composite packages takes place under forced form. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der während des Trocknungsvorgangs ausgeübte Formzwang auf der Oberfläche der Verbundpackung Muster oder Strukturen erzeugt.Method according to Claim 6, characterized that during the the drying process exercised Forcing on the surface the composite package creates patterns or structures. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen und Kalibrieren einzelner Verbundpackungen mittels Einzelkavitäten erfolgt.Method according to claim 6 or 7, characterized that the drying and calibration of individual composite packages by means of Single cavities done. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen und Kalibrieren einer Mehrzahl von Verbundpackungen mittels Mehrfachkavitäten erfolgt.Method according to claim 6 or 7, characterized that drying and calibrating a plurality of composite packages by means of multiple cavities he follows.
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