GIDA AMBALAJLAMA Yrd.Doç. Dr. H. ALİ GÜLEÇ ggulec@gmail.com
Çok katlı ambalaj malzemeleri Genelde ambalajlar, cam, teneke ve ahşap malzemelerin yanı sıra; çeşitli tip, kalınlık ve gramajda kağıt,, karton, aluminyum ve plastiklerden veya bunların birbirleriyle laminasyonu ve plastiklerin koekstrüzyonundan elde edilen esnek folyolardan oluşur. Bu şekilde, şekillenme, yapışma, baskı tutma, koruma ve bariyer özellikleri geliştirilmektedir. Kompozit malzemeler ya da çok katlı kombinasyonlar olarak da bilinen bu tür malzemelerdeki kombinasyon sözcüğü; laminasyon, ekstrüzyon, veya kaplamayı ifade etmektedir.
Çok katlı ambalaj malzemeleri Yalnızca tek bir materyalin kullanımı ile yeterli sonuç alınamayacak durumlarda başvurulan kombinasyon uygulamalarında temel amaç, çeşitli materyallerin üstün özelliklerini bir araya toplamaktır. Örnek-1: Al-folyo gazlara karşı üstün bir geçirmezlik sağlar. Oksijenden kesin koruma istenen ürünlerin ambalajlarında folyo kullanımı kaçınılmazdır. Ayrıca Al-folyo yağlara karşı da geçirmezlik özelliği gösterir. Ancak folyonun bu özelliklerinden ambalajda tam bir yarar sağlanabilmesi için, ambalajın dış çevre ile ilişkisi tamamen kesilecek şekilde kapatılması gerekir.
Çok katlı ambalaj malzemeleri Bu da Al-folyonun, iyi ısıl yapışma yapabilen, örneğin düşük yoğunluklu PE film ile bir kombinasyonda kullanılmasıyla mümkün olur. Örnek-2: ambalajında pişirilen hazır gıdalar için yüksek sıcaklığa dayanıklı PET ilk akla gelen materyallerden biridir. Ancak ambalajın bir poşet şekline dönüştürülüp kapatılabilmesi için, yine iyi ısıl yapışma yapan materyallerin kombinasyonda kullanılmaları gerekir. PA, PP gibi polimerler yüksek sıcaklıklara daynırlar. PA, PP, PS sağlam ve dayanıklıdırlar. PVDC, PP, HDPE, LDPE nin su buharı geçirgenlikleri düşüktür. PVDC, PVOH, ve PA din ise oksijen geçirgenlikleri düşüktür.
Çok katlı ambalaj malzemeleri Isı ile kolay şekillendirilebilme, Dolum ve kapatma makinelerinde kolay kullanım, Isı ile iyi yapışabilme (Hot sealing) Isı gerekmeksizin basınçla kapama (cold sealing) Baskı yapılabilme, Yüksek yüzey parlaklığı ve albeni (metalize fim), Işık geçirmezlik (özellikle Al-folyo) Yağ geçirmezlik, Ürün aromasını koruma, Su buharına karşı geçirmezlik, Ürün aromasını koruma,
Çok katlı ambalaj malzemeleri İnert gaz uygulamaları ile dolum olanağı, Darbelere ve çatlamalara karşı dayanıklılık, Çeşitli sterilizasyon yöntemlerinin uygulanabilirliği, İşlenmiş uzun ömürlü ürünlerin ambalajlanabilmesi, Dondurulmuş gıdaların ambalajlanabilme olanağı, Ters baskı olanağı ile ilişkili olarak, ambalajlama, taşıma ve kullanım sırasında dış etkenlerden, sürtünmeden baskılı yüzeyin etkilenmemesi, kombinasyonlardan sağlanan en önemli özelliklerdir.
Çok katlı ambalaj malzemeleri Bir kombinasyonu oluştururken ambalajlanacak ürünün ambalajlanma anındaki nem oranı, kritik nem oranı, Oksijene duyarlılığı gibi özelliklerinin çok iyi bilinmesi gerekir. ürünün ambalajda kalma süresi (raf ömrü), Depolama koşulları, Ambalajın taşıyacağı ağırlık gibi etmenlerin de göz önünde bulundurulması gerekir. Kombinasyona girecek materyalin ise, nem, gaz ve ışık geçirgenliği, yağlara karşı dayanıklılığı, migrasyon karakteristikleri, sağlamlık ve baskı özellikleri iyi bilinmelidir.
Çok katlı ambalaj malzemeleri Gofret, hazır çorba, puding gibi gıdaların ambalajlanmasında yaygın olarak kullanılan Kağıt/PE/Al-folyo/PE Çok katlı malzeme örneğinde kombinasyonun yazılışı belirli bir kurala bağlı olup, ilk yazılan katman en dıştakidir. Sonra gelen materyaller, ambalajda izledikleri sıraya göre: ürün ile temas eden katman ise en son yazılacak şekilde belirtilirler. Yukarıda verilen örnekte kağıt, sağlamlık, mukavement ve baskı yüzeyi; Al-folyo, nem ve gaz geçirmezlik; aradaki PE katmanı kağıt ve folyo arasında yapıştırıcı; sondaki PE ise ısıl yapışma işleverini yerine getirirler.
Kaplamalar Bir malzemenin geçirmezlik özelliklerini iyileştirmek için başvurulan en basit yöntem, onun başka bir malzeme ile kaplanmasıdır. Laminasyondan daha ince bir tabaka içeren ve daha ucuza mal olan kaplama; asal bir ambalaj malzemesinin, kaplama tekniklerinden birinin veya bir kaçının uygulanmasıyla, gereken ya da istenen bir başka özelliğe kavuşturulabilmesidir. Böylece, örneğin kağıtlara, su ve yağ geçirmeyen bir özellik kazandırılabilmekte; tenekeler korozyona karşı korunabilmekte; ve yapışmayan özellikte kızartma tavası ve benzer mutfak araç-gereçleri üretilebilmektedir.
Vaks Kaplamalar Çoğunlukla kağıt bazlı ambalaj malzemelerinin kaplanmasında, empirenye edilmesinde ve laminasyonunda kullanılan bu tür maddeler: sert parafinler, mikrokristalin vakslar ve bunların reçinelerle ve plastiklerle karışımları olarak dört grupta toplanabilir. Halen yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Normal vaks kaplamalar, kırılganlığa ve kötü ısıl yapışma niteliğine rağmen, çok ekonomik olup, mükemmel nem geçirmezliği sağlarlar. Koku ve yağ geçirmezlikleri zayıftır. Ancak, mikrokristalin mumlar, poliizobütilen, doğal ve yapay reçineler, kauçuk, PE vb. eklenerek geçirmezlik özellikleri iyileştirilebilir.
Vaks Kaplamalar Daha fazla esneklik ve daha iyi bir ısıl yapışma arzu edilen durumlarda, vaks PE ile değişik oranlarda karıştırılarak kullanılır. Adhezyon, mukavemet, parlaklık, yağa dayanıklılık, su buharı ve aroma geçirmezlik özelliklerini en üst düzeylere ulaştırabilmek için etilen vinil asetat ve etilen akrilat gibi maddeler kullanılmaktadır.bu tür kullanımda son derece rafine vaks kullanımı gerekmektedir. Kağıt, karton, oluklu mukavva ve plastik esaslı vaks kaplamalar, ekmek, kek, cornflakes, tereyağı, peynir, derin dondurulmuş gıdalar, şekerli ürünler, dondurma, patates cipsi, fıstık vb. ürünler ile sıcaksoğuk içecek bardakları için kullanılmaktadır.
Vaks Kaplamalar Patates cipsi ve fıstık gibi ürünler, parşomen kağıdının mumla kaplanmasıyla su buharı ve aroma geçirgenliği azaltılmış, ısıl yapışıp kaynaklanabilen torbalara konulabilmektedir. Derin dondurulmuş gıdalar için ise, modifiye edilmiş parafin karışımlarıyla kaplanmış kartonlardan yararlanılarak, ayrı iç ya da dış sarıcıya gerek kalmaksızın kartona ambalajlama mümkün olmaktadır. Bu tür ambalajlarda tutkal veya ek sıcak yapıştırıcılar olmaksızın, kaplamanın ısıl kaynaklanabilme özelliğinden yararlanılarak kapatma gerçekleştirilmektedir. Vaks kullanılarak lamine edilen Al-folyo ve parşomen kağıdı esaslı sargılık ambalajlar, tereyağı ve margarinler için son derece uygundurlar. Bu tür laminasyonlar hem koruyuculuk hem de ambalajlama makinelerinde kolay işlenebilirlik bakımından tercih edilmektedirler.
Lak Kaplamalar kaplama amacı ambalaj mazlemelerini çeşitli dış etkilerden korumak ve/veya dekarasyonudur. Dispersiyon şeklinde yüzeye uygulanırlar ve kuruduktan sonra ince bir film halinde yüzeye yapışırlar. Uçucu ve uçucu olmayan kimyasal bileşiklerden yararlanılabilir. Polimerik film oluşturucuları seyreltmek amacıyla kullanılan çözücüler uçucu gruba girerler. Film oluşturucular ve bu bağlamda yararlanılan katkı maddeleri ise, uçucu olmayan bileşenler grubunu oluştururlar.
Plastik dispersiyonlar ve PVDC kaplamalar bir maddenin diğer bir madde içinde çok küçük tanecikler halinde dağıldığı iki veya daha fazla fazlı madde sistemleri dispersiyon olarak tanımlanır. Sıvı/Sıvı dispersiyonlar emülsiyon; sıvı/katı dispersiyonlar süspansiyon şeklinde adlandırılmaktadır. Emülsiyon, birbiri içinde çözünmeyen ya da az çözünen iki sıvıdan birinin öteki içinde küçük damlacıklı dağılmasıdır. Süspansiyon ise bir sıvıda Brown hareketinin etkisiyle sürekli hareket edip dibe çökmeyen, çok küçük katı taneciklerini içeren iki evreli sistem anlaşılmaktadır.
Plastik dispersiyonlar ve PVDC kaplamalar Brown (Brownian) molekül hareketi (motion), irilikleri çoğunlukla 1-100 mikrometre, en çok 500 mikrometre olan tanecikler ve bunların içinde bulundukları çok türel ortam olarak bilinen kolloitteki çok küçük katı taneciklerin hızlı, titreşimli, gelişigüzel hareketidir. Bu hareket çözücü madde moleküllerinin kolloit parçacıklara çarpmasıyla gerçekleşir. Selofan, kağıt ve diğer plastiklerin PVDC esaslı reçinelerle kaplanmaları yaygın bir uygulamadır. PVDC, su buharı, gazlar, özellikle oksijen, yağ ve koku geçirgenlikleri son derece düşük olan bir plastiktir. Aynı zamanda yabancı tat ve koku da içermezler.
Plastik dispersiyonlar ve PVDC kaplamalar ancak, ısıl yapışma özellikleri pek iyi değildir. Bu tip kaplamalar, kahve, kurutulmuş çorbalar, baharatlar, tereyağı, margarin gibi yağlı ve uçucu aromalı gıdaların ambalajlanmasında, vaks veya PE kaplamalara tercih edilmektedir. PVDC birim fiyatı yüksek olan bir malzemedir. Ancak kaplama kalınlığına bağlı olarak, toplam maliyet içindeki payı daha düşük olabilir. Pahalı olmasına rağmen PVDC malzemenin üstün koruma özellikleri tercih edilmesine neden olmaktadır. PVDC kaplama mazlemesi, sulu çözelti halinde PVDC polimerleri içeren bir emülsiyondur. Uygulamada saf halde kullanılmaz.
Plastik dispersiyonlar ve PVDC kaplamalar özelliklerini geliştirmek için bir veya birkaç komonomer eklenir. Böylece molekül zincirindeki simetriklik bozularak amorf hale getirilir. Kristallenme hızı azaltılır. PVDC karışımları film yüzeyine genellikle pek kolay yapışmazlar. Kaplamayı gerçekleştirmek için bir primer tabakası PVDC kaplanacak yüzeye tatbik edilir. Plastik filmlerin yüzeylerine adhezyon özelliği kazandırılması için, yardımcı malzemenin yüzey geriliminin, plastik filmlerin yüzey geriliminden düşük olması gerekmektedir.
Ekstrüzyon kaplamalar kağıt, karton, Al, ve çeşitli plastik filmlerin PE veya PP gibi bir termoplastik mazlemeyle kaplanması yöntemlerinden biridir. Bu tür kaplamalar büyük üretim miktarının söz konusu olduğu durumlarda son derece ekonomiktir. Erimiş plastiği basınç altında ince bir dudaktan aşağıya doğru film halinde akıtarak altından geçmekte olan kağıt veya başka esnek bir materyal üzerine sıvama ve anında soğutarak katılaştırma esasına dayanır. Kaplama ile materyal arasında iyi bir yapışma sağlamak amacıyla yüksek sıcaklıklarda çalışmak gerekmektedir. Bu durumda meydana gelen koku sorunu bu tür kaplamaların gıda ambalajı olarak kullanımını sınırlamaktadır.
Metalizasyon Aluminyum benzeri bir malzemenin vakum hücresinde buharlaştırılarak, metal buharının soğuk film üzerine kaplanması şeklinde gerçekleştirilir. Bu amaç için en uygun plastik PET dir. Uygulama ile materyalin ışık, oksijen ve su buharı geçirgenlik değerleri azaltılabilmekte ve parlaklık bağlamında görsel etkinliği arttırabilmektedir. Oluşturulan metalize katmanın nem etkisiyle bariyer özelliklerini yitirmesi söz konusu olduğundan en az iki folyo arasında bulunması gerekmektedir. Bu tür uygulamalarda, malzemenin mekanik duyarlılığını azaltmak için, özellikle asitli ürünlerin ambalajlanmasında kullanılacak lanlarda, PVDC kaplamalardan koruyucu olarak yararlanılır.
Metalizasyon çeşitli şekerlemeler, cipsler ve diğer snack gıdalarda sargılık ve torba ambalajı olarak yaygın kullanım alanı bulurlar. Metalize işlemler kağıt yüzeyine de uygulanabilmektedir ve bu malzemeler şekerleme ve ciklet sektöründe, çeşitli içki ve içecek şişelerinin etiketlerinde kullanılmaktadır. Etiket uygulaması için desenli metalizasyon adı altında farklı bir işlem gerekmektedir.
Silikon kaplamalar seramik kaplama olarak da tanımlanan silikon (SiOx=organopolisiloksan) kaplamalar, oksijen ve diğer gazlara karşı iyi bir bariyer sağlayan bir uygulamadır. Isıl işlemlerle veya elektro ışın yardımıyla uygulanmaktadır. Ticari kullanımı halen pek olmamasına rağmen, iyi bir oksijen bariyeri sağlaması, şeffaflığının üstünlüğü ve EVOH a kıyasla neme pek duyarlı olmaması nedeniyle cazip bulunmaktadır.
Cold Seal Kaplamalar çikolata, dondurma gibi gıdaların ambalajlanmasında, yapıştırma çenelerindeki ısının ürüne zarar verebileceği uygulamalar için geliştirilmiştir. Isıtmaya gerek kalmadan yapışma ve kapatmayı olanaklı kılan bir işlemdir. Basınç uygulaması vardır. Isıl yapıştırmaya kıyasla daha ekonomiktir. Basıncın tüm yapıştırma alanına eşit dağılımı çok önemlidir.
Laminasyon işlemleri iki veya daha fazla malzemenin, bir yapıştırıcı yardımıyla ve ısı ve basınç uygulanarak yeni bir malzeme haline getirilmesi işlemine denir. En az sayıda katman ve bu katmanların en az kalınlıkta tutulmasına özen gösterilir. Eğer uygulamada belirli bir kalınlık aranması durumunda ise, gereken kalınlık olabildiğince ucuz bir malzeme ile sağlanır. Genel bir kural olarak, en koruyuculu katman, ambalajlanan ürüne en yakın bulunur. Laminasyon uygulamaları genel olarak 5 grup altında toplanabilir.
Laminasyon işlemleri 1. Kuru Laminasyon 2. Yaş Laminasyon 3. Ekstruzyon Laminasyon 4. Koekstruzyon Laminasyonu 5. Vaks Laminasyonudur
Emici olmayan polimerik film yüzeylerde yapışma Çok katlı malzeme elde etmek için ön koşullardan biri yeterli yapışma sağlanmasıdır. Yapışma sağlayacak maddeler, fiziksel ve kimyasal kuruma sonrası yüzeyde kalıcı film oluşturan bileşiklerdir. Katılarda yapışma olaylarında yüzey enerjileri önemli olup, temas halinde iki katı yüzeyinin birbirine ilgisi bu enerjilerle açıklanabilir. Özellikle poliolefin filmleri, apolar özellikleri nedeniyle mürekkep solventleri ile ıslanmazlar ve baskıyı kabul etmezler. Yüzey enerjilerini arttırmaya yönelik işlemler uygulanmalıdır.
Emici olmayan polimerik film yüzeylerde yapışma Günümüzde en yaygın kullanılan yöntem, korona boşalım (corona discharge) tekniğidir. Korona işlemi bir plazma tekniğidir. Plazma maddenin dördüncü hali olarak tanımlanır. Plazmanın yüzey modifikasyonunda etkinliğini uygulanan güç ve süre parametreleri belirler. Yüzeyler ince bir polimerik film oluşumu sağlanır. (plazma polimerizasyonu) Plazma ortamında yüksek enerjili türler bulunması yüzeyden kopmalara ve aşınmalara da neden olabilir (plazma etching).