食用盐结块原理及不同材质外包装抗结块能力差异性分析

徐丽蕊

(陕西工业职业技术学院,陕西 咸阳 712000)

传统的食用盐产业大多以亚铁氰化钾或十八伯胺醋酸等作为抗结剂提升食用盐的抗结块能力。在严格的添加标准下,这些抗结剂很大程度上提升了食用盐的正常食用寿命。然而,随着我国社会经济不断发展,部分消费者开始要求食用盐中尽量少添加抗结剂甚至不添加抗结剂。尽管目前已知的食用盐抗结剂在合理使用标准下不会对人体产生负面影响,但面对消费市场的这些新的消费需求,有必要通过其他更为环保、健康的手段实现食用盐抗结块能力的提升[1-3]。文章从最基本的产品外包装入手,对几种不同材质食用盐外包装影响食用盐抗结块能力的差异性进行分析,详细对比了氧化膜、镀铝膜、铝箔膜等材质,认为镀铝膜外包装的食用盐抗结块能力最为优异,其次为氧化膜包装袋,而铝箔膜包装袋食用盐的抗结块能力最差。

1 食用盐结块原理及影响因素分析

1.1 食用盐结块原理

1.1.1 氯化钠晶胞结构

氯化钠是食用盐的最主要成分,具有较强的吸附能力[4-5]。以配位数为6的氯化钠晶胞为例。图1为氯化钠晶胞一般结构。

图1 氯化钠晶胞结构Fig.1 Crystal cell structure of NaCl

该晶胞中的阴离子与阳离子之间紧密接触,但是阴离子之间接触不良,晶胞内阴阳离子接触而阴阴离子之间不接触,因此,晶胞结构存在较大的静电吸引力,而静电排斥力较小。因此,氯化钠晶胞本身具有一定的表面吸附能力[6-8]。

1.1.2 结块原理

导致食用盐出现结块现象的根本原因包括吸附、解吸、吸湿、放湿等。图2为食用盐一般结块过程。

图2 食用盐一般结块过程Fig.2 The general caking process of salt

晶胞结构的特殊性导致食用盐中的氯化钠成分会吸收其所处环境附近的水蒸气[9]。当食用盐处于大气环境下时,空气中的水分会被晶体表面吸附。由于自然环境大多处于不稳定变化过程中,当温度由高转低或者湿度由大变小时,氯化钠晶胞吸附的H2O量逐渐增多。当吸附量达到一定程度以后会在食用盐中形成水的凝结,进而形成附着液。当食用盐中的附着液含量逐渐提升时,食用盐中的氯化钠等成分会出现溶解,此时形成吸湿效应。

当食用盐所处的外环境温度由低变高或湿度由大变小时,食用盐中的H2O分子运动速度会由慢变快,在分子热运动的作用下的H2O分子会逐渐从氯化钠晶体上逐渐脱离,最终回到外环境中。这一过程也被称为放湿。

在吸湿、放湿的共同作用下,食用盐中的氯化钠、氯化镁等成分会逐渐形成团结现象,吸湿、放湿的时间越长、频率越高,则食用盐形成团结的效果会越明显,结块的紧密程度也会越高。

1.2 食用盐结块影响因素

导致食用盐出现结块现象的主要因素有很多,常见的因素包括:盐的粒径、堆放高度、杂质成分等。

1.2.1 温湿度

温湿度是影响食用盐结块状态最直观的因素[10]。一方面,氯化钠的临界湿度为75%,一旦食用盐所处环境的相对湿度超过这一临界值时,则食用盐中的氯化钠等成分会完成图2所示的水分吸收,形成吸湿、潮解最终形成饱和盐水,当相对湿度下降后又会出现放湿,反复作用下形成硬块状的盐块。另一方面,食用盐在高温或温度波动情况明显的环境下更容易因为水分子的热运动而形成结块。

1.2.2 盐的粒径

食用盐的盐粒径是影响食用盐形成结块的另一重要因素。通常情况下,盐的粒径越小则越容易形成固结。这是因为盐的粒径越小则其单位重量的表面积越大,而表面积越大则其与空气中水分的接触面积越大,越容易吸附空气中的H2O分子[11]。同时,如果是某些大粒径食用盐中含有部分小粒径食用盐,则由于小粒径食用盐反复出现吸湿、放湿,大粒径食用盐也会彼此互相粘接,最终形成固结。据李娜等[11]研究显示,对于粒度低于0.074 mm的细盐粒,即使添加某些抗固结剂也无法彻底解决这类食用盐的结块问题。

1.2.3 堆积量

通常情况下,食用盐堆积量越大,则处于堆积下部分的盐受到的压力越大。当这些盐在出现吸湿、放湿的过程中受到上部分食用盐的挤压时,会形成更为紧密、结实的盐块。堆积时间越长则形成的结块问题越严重。

1.2.4 杂质成分

食用盐中除氯化钠等有效成分外,大多还含有氯化钙、硫酸钠及氯化镁等杂质。这些杂质相对于氯化钠而言更容易与空气中的水分发生吸湿效应导致溶解。一旦杂质形成溶解,则会加快食用盐中氯化钠成分的溶解、结块等。

2 不同材质食用盐外包装抗结块能力差异性

2.1 常见食用盐外包装

目前常见的食用盐外包装材质主要有氧化膜、镀铝膜、铝箔膜等。

2.1.1 氧化膜

氧化膜是最常见的食用盐外包装材质。大多数氧化膜的主要成分为聚乙烯,属热塑性树脂材料。这种氧化膜无毒、无臭,手感略显蜡状,具有很好的化学稳定性[12]。还有部分食用盐使用的氧化膜成分较为复杂,利用聚乙烯为最内层,中间为聚乙烯粘合剂层,最外层为白牛皮纸。这种氧化膜外包装手感更为柔韧,包装效果也更为精致,但成本较高。因此,文章主要分析一般的聚乙烯材质氧化膜食用盐包装。氧化膜食用盐外包装具有化学性能稳定、应用成本低、易成型等基本优势,是当前最为常见的食用盐外包装材料。

2.1.2 镀铝膜

镀铝膜同样也是较为常见的食用盐外包装材质。镀铝膜外包装中的镀铝膜是一种通过真空镀铝工艺将一层薄薄的铝原子堆积到优良流延CPP薄膜上而形成的阻隔性薄膜[13]。以镀铝膜加工而成的食用盐外包装的边部热封可能受到热封时间、热封温度、热封压力等方面的影响,大多情况下需要设计粘条以增强其密封性。镀铝膜材质相比于一般聚乙烯材质生产成本更高,因此多见于一些高档食用盐、礼品食用盐包装。

2.1.3 铝箔膜

食用盐外包装所使用的铝箔膜大多为铝箔复合膜。这类包装材质以铝、塑进行复合加工,将高纯度的铝经过多次压延形成的极薄形式的薄片,再将这种薄片与塑料进行粘接,使最终的食用盐外包装既保留了铝箔膜机械性好、阻隔性好及保香性特质,又改善了一般铝箔膜不耐撕裂等问题,增强了包装材质的物理稳定性。铝箔膜是这三种包装中生产成本最高,其应用范围也最小,只能见于某些高档食用盐外包装。

2.2 不同材质食用盐外包装抗结块能力差异性

食用盐外包装不会影响食用盐的粒径及其杂质成分[14]。因此,文章在对比不同材质食用盐外包装抗结块能力差异性时,主要从密封效果、堆积压力、温度控制三个视角进行。

2.2.1 密封效果视角

三种食用盐外包装的密封方式存在一定差异,密封效果也各不相同。

氧化膜食用盐外包装大多为热封式密封,即以热封密封机在一定温度下对氧化膜进行加热使包装材质融化后连接在一起。这种密封方式能够使食用盐达到极为理想的密封效果,但缺点是容易在密封处形成包装破损,在运输、仓储等场景下出现空隙。同时,在外包装打开后,如果没有便携式密封机则氧化膜包装无法直接进行二次密封,容易导致食用盐暴露于自然环境下。

镀铝膜材质的食用盐包装通常采用热封密封与密封条密封两种方式进行结合的形式进行密封。这种密封方式除能够保证运输、仓储过程中食用盐包装不会出现空隙外,还能在消费者打开外包装后利用密封条进行二次密封,从而尽可能降低食用盐出现结块的风险。

铝箔膜材质的食用盐包装通常以热封形式进行密封,同样面临氧化膜包装不能二次密封的问题。氧化膜还可以利用便携式热封机进行密封,而铝箔膜材质食用盐包装大部分情况下为一次性用品,一旦外包装破损则只能采用物理弯折形式进行二次密封,这种密封方式显然无法与氧化膜二次热封或镀铝膜密封条密封相比。

综合来看,三种材质的食用盐外包装在包装不发生破损情况下对空气的隔绝效果均较为类似,但是如果拆封后进行二次密封时,氧化膜包装需要便携式热封机,镀铝膜依赖密封条,镀铝膜需要以物理弯折形式进行密封,三种材质各有利弊。

2.2.2 堆积压力视角

如上文所述,堆积量同样可以显著影响食用盐的结块效应。在这三种食用盐外包装中,氧化膜材质最为柔软,镀铝膜略好,铝箔膜最佳。在相同或类似的堆积条件下,铝箔膜能够为食用盐提供最好的支撑效应,保护包装内的食用盐不会受到严重挤压。而氧化膜材质不能为食用盐提供足够的支撑,在长时间堆积过程中内部食用盐成分更容易因为压力作用而加剧结块效应。

2.2.3 温度视角

在外包装密封条件均为最优情况下,三种包装内部的食用盐湿度都不会发生明显变化。因此,影响食用盐结块效应的主要因素在于食用盐所处环境的温度及温度变化情况[15-16]。氧化膜对温度及温度变化的敏感性最高,一般情况下外界温度的变化情况可以非常直观地通过氧化膜影响其包装内的食用盐;铝箔膜对温度变化的敏感性略低于氧化膜,包装内食用盐通常不会受到温度变化的显著影响;镀铝膜对温度变化最为迟钝,以镀铝膜为食用盐外包装可以最大程度保证内部食用盐成分不会因为温度的变化而形成内部水分子过于剧烈的分子热运动,可以有效实现食用盐的抗结块。

3 结语

综上所述,文章综合性分析了食用盐结块的基本原理及其影响因素,以氧化膜、镀铝膜、铝箔膜三种常见食用盐包装材质进行对比,分析了不同材质食用盐外包装的抗结块能力差异。文章认为这三种常见外包装分别具有各自优势,氧化膜密封工艺简单、生产成本低,镀铝膜隔热效果最好,铝箔膜抗压能力最好等。在实际的食用盐外包装选材环节,厂家需要根据自身产品定位、价格等进行灵活选择。