Projecten

MaProDe_Ox

Impact van materiaal, proces & design op zuurstof-doorlaatbaarheid van gethermoformeerde verpakkingen

Opportuniteit en probleemstelling

Thermovorming is een veelgebruikte techniek in de voedingsindustrie om via verwarmen en druk (en vacuüm) een verpakking vorm te geven en te produceren. Thermovorming wordt o.a. toegepast voor de productie van schalen voor diverse verse vleeswaren, ijs, kaas, margarine, salades, sandwiches, snacks, kant-en-klaarmaaltijden, lasagne, etc. Afhankelijk van de bereiding en mogelijkheden van afvulling van een voedingsproduct, maakt men gebruik van pre-forms of wordt de verpakking in-line gethermoformeerd, afgevuld en gesealed (form/fill/seal proces).

Het thermovormingsproces heeft enerzijds een directe impact op het design van de verpakking (vorm, volume, aantrekkelijkheid, etc.), maar anderzijds ook op diverse fysische en chemische eigenschappen van het uitgangsmateriaal. De koelingstap bv. is essentieel is om krimpen van de schalen na de productie te verhinderen. Daarnaast is de fysische materiaalverdunning met ongelijke materiaalverdeling in de wanden en hoeken, vaak oorzaak van ongewenste en tot op heden vaak onvoorspelbare eigenschappen van de uiteindelijke tray.

Eén van de belangrijkste eigenschappen van voedselverpakkingen, zeker onder vacuüm of modified en controlled atmosphere (MAP, CAP) is de gasdoorlaatbaarheid voor zuurstof. Om de organoleptische en nutritionele kwaliteit en de microbiële veiligheid van een voedingsproduct te behouden en de shelf-life te verlengen moet de verpakking garant staan voor een optimale barrière tegen zuurstof, en dit bij gewenste temperatuur en relatieve vochtigheid.

In de voedings- en verpakkingsindustrie gebruikt men vaak nog de technische gegevens van de zuurstofdoorlaatbaarheid (OTR, oxygen transmission rate) van het uitgangsmateriaal (film/folie), om barrière-eigenschappen van de gethermoformeerde verpakking te specificeren. Gebruik van deze waarden geven de klant ongetwijfeld een vertekend beeld over de uiteindelijke zuurstofbarrière van de verpakking. Als gevolg van het toegenomen materiaaloppervlak en de materiaalverdunning van de uitgangsfilm verwacht men een verhoogde OTR van de verpakking. Dit effect kan echter deels tegengewerkt door een mogelijke heroriëntatie van de polymeer-moleculen (kristallisatie) tijdens het thermoformeren. Vandaar dat de meeste bedrijven vaak in het duister tasten wat betreft de werkelijke OTR van de uiteindelijke gethermoformeerde verpakking. Vanuit economische standpunt willen bedrijven weten wat de minimale dikte is een folie waarbij nog een welbepaalde OTR kan gehaald worden; wat de maximale dieptrek is zonder verlies aan OTR; wat het gedrag is van EVOH tijdens thermoformeren, etc

Inhoud onderzoek

De hoofddoelstelling van het MaProDe_Ox project omvat het uitwerken van een aantal specifieke casestudies waarin de impact van het materiaal, het design en de procesparameters op de OTR van gethermoformeerde trays wordt bestudeerd. Het is enerzijds een zeer praktijk-gerichte en toegepaste studie; anderzijds is het de bedoeling om de onderzoeksstrategie en de bekomen resultaten in een breder fundamenteel en wetenschappelijk perspectief te plaatsen.

Werkpakketten

  • WP1: THERMOFORMEREN VAN DE TESTSTALEN
  • WP2: ANALYSE VAN DIKTE, MECHANISCHE STABILITEIT EN OTR VAN FOLIES EN VERPAKKINGEN
    • DEELPAKKET 2.1 ‘Dikte metingen en mechanische stabiliteit’
    • DEELPAKKET 2.2 ‘OTR metingen’
    • DEELPAKKET 2.3 ‘Ontwikkeling alternatieve screeningsmethode voor zuurstofdoorlaat-baarheid van verpakkingen’
  • WP3: CHEMISCHE ANALYSE VAN GESELECTEERDE TESTSTALEN
  • WP4: UITBREIDING NAAR ANDERE CONDITIES EN ANDERE GASSEN

Resultaten en toegevoegde waarde voor bedrijven

De meerwaarde van deze projectresultaten zijn divers. Vooreerst voorzien wij kennisverbreding op vlak van de procesparameters, de dikte en de laagverdeling van 4 commerciële multilayers en het gedrag van het barrièremateriaal EVOH tijdens thermovormen, de barrière- en chemische eigenschappen voor en na thermovorming (meer specifiek in de zwakke punten) en relaties tussen OTR en CO2TR van geselecteerde verpakkingen. Dit project kan leiden tot verbeterde netwerking tussen materiaalproducenten, -verwerkers en -leveranciers en verpakkers en een kennisinstelling die toekomstig industrieel ingenieurs in verpakkingstechnologie opleidt, alsook tot beter informeren van klanten en eindgebruikers. De OTR resultaten zijn bovendien rechtstreeks bruikbaar voor het voorspellen van de kwaliteit en houdbaarheid van verse voedingsmiddelen in vacuüm, MAP of CAP verpakkingen.

Tenslotte beoogt dit project kennisvalorisatie door productie van hoogkwalitatieve verpakkingen tegen een verbeterde kosten/batenanalyse door optimalisatie van proces-parameters en foliedikte van de multilayer. Door een verbeterde zuurstofbarrière van de verpakking kan de houdbaarheid van het voedingsproduct4,5, en dus de verkoopbaarheid worden verlengd. Verhoogde houdbaarheid leidt ook tot meer keuze voor de consument en meer distributiemogelijkheden voor de producent.

Het gebruik van de onderzoeksstrategie en de wetenschappelijke en technische gegevens van de onderzochte materialen en procesparameters zijn een ideale benadering voor het versterken van de marktpositie van de deelnemende bedrijven betrokken in eender welke fase van ontwikkeling, productie of gebruik van gethermoformeerde verpakkingen.

Doelgroepbedrijven

Dit project richt zich zowel op bedrijven die materialen en verpakkingen voor de voedingsindustrie ontwikkelen, produceren, karakteriseren en verdelen, als op voedingsbedrijven die verpakkingen gebruiken om de houdbaarheid van het voedingsproduct te garanderen, het gebruiksgemak van de consument te verhogen en de marketing van het product te beïnvloeden. Meer specifiek binnen het onderzoeksthema ‘Verpakking’ ligt de focus op pre-form en form/fill/seal concepten van gethermoformeerde verpakkingen

Uitvoerders

Onderzoeksgroep Verpakkingstechnologie (VT) & VerpakkingsCentrum (VC)

XIOS Hogeschool Limburg staat voor eXpertisecentrum voor Industrie, Onderwijs en Samenleving. De opleiding industrieel ingenieur verpakkingstechnologie samen met de onderzoeksgroep VT/VC behoren tot één van de 5 academisch gerichte bachelor- en masteropleidingen in industriële wetenschappen van de universitaire campus te Diepenbeek, waar ook 4 professioneel gerichte, technologiegedreven bacheloropleidingen gehuisvest zijn (www.xios.be).

Het VerpakkingsCentrum (VC) is dé onderzoeksinstelling met apparatuur, kennis en expertise om dit project tot een goed einde te brengen binnen de vooropgestelde projecttijd. Het VC heeft zijn unieke speerpunt ‘gaspermeabiliteit van materialen & verpakkingen’ met een breed gamma aan testapparatuur kunnen uitbouwen via opeenvolgende EFRO-projecten met Vlaamse cofinanciering uit het Hermesfonds en eigen financiering vanuit XIOS. Mede door diverse vragen, problemen en opdrachten uit verschillende bedrijfssectoren is het VC uitgegroeid tot een wetenschappelijk onderzoekscentrum en dienstverlenende cel met een erkende werking over de Benelux.

Momenteel beschikt het VC over een uitgebreid gamma aan testapparatuur voor de bepaling van gasdoorlaatbaarheden van O2, CO2 en H2O damp van filmen en verpakkingen (tot 2 l) bij variabele parameters van temperatuur en relatieve vochtigheid (RV) volgens specifieke normen. Ook beschikt het VerpakkingsCentrum over meetapparatuur voor fysische materiaal-karakterisatie, bv. diktemetingen van materialen, alsook de dikte van de individuele lagen van multilayers.

Voor een gedetailleerd overzicht wordt verwezen naar www.VerpakkingsCentrum.be.

Onderzoeksgroep Toegepaste en analytische Chemie (TANC)

Naast het fundamenteel onderzoek behoort ook toegepast wetenschappelijk onderzoek, contractonderzoek en wetenschappelijke dienstverlening, in samenwerking met bedrijven - zowel voor materiaalonderzoek (IMO) als voor milieuonderzoek (CMK), tot de doelstellingen van de onderzoeksgroep TANC. Voor deze onderzoeksactiviteiten maakt men gebruik van een uitgebreid arsenaal aan complementaire moderne instrumentele technieken. De veelvuldige contacten met industriële partners en de brede waaier aan materiaalproblemen waarmee men in de loop der jaren geconfronteerd werd, heeft geresulteerd in een brede kennis van materiaalsystemen met uiteenlopende toepassingen en specifieke problemen.

Voor een gedetailleerd overzicht van alle analysetechnieken worden verwezen naar www.uhasselt.be/toes.

Deelnemen

Het project is afgelopen sinds 28/02/2013, maar het rapport met de resultaten kan wel nog besteld worden. Bij de bestelling van het rapport kan er ook een persoonlijke toelichting worden gegeven door de verantwoordelijke projectmanager (Steven Van Campenhout). De prijs hiervan is afhankelijk van de deelnameprijs voor een project, en is afhankelijk van de ouderdom van de resultaten en de grootte (aantal werknemers) van het bedrijf. Voor meer info en/of een bestelling, neemt u best contact op met de projectbeheerder.