烘焙纸的特性及研究进展

2016-12-22 02:13刘群华
中国造纸 2016年11期
关键词:油纸油剂原纸

李 政 刘 文 刘群华



·烘焙纸·

烘焙纸的特性及研究进展

李 政1,2刘 文1,2刘群华1,2

(1.中国制浆造纸研究院,北京,100102;

2.制浆造纸国家工程实验室,北京,100102)

介绍了烘焙纸的主要用途,其可用作烧烤及烤箱垫纸、蒸笼垫纸、食品包装、蛋糕杯;并简单介绍了烘焙纸的市场概况,分析了烘焙纸的剥离性、防油性、耐温性、成型度、安全性等主要特性,总结了国内外烘焙纸的生产工艺、研究进展;最后对我国烘焙纸的发展进行了展望。

烘焙纸;剥离性;防油性;食品安全性

据权威调查显示,近几年我国烘焙业保持着每年10%以上的增长速度,2008年达到718亿元的产业规模,2013年达到1300亿元的产业规模,专家预测未来30年烘焙市场仍将保持持续发展的态势,二三线城市烘焙市场容量的增长速度可接近30%[1]。从全球来看,据预测到2017年烘焙业产业规模将达到447亿美元,也呈现增长的态势[2]。随着烘焙业的发展,一种应用于烘焙产业的特种纸——烘焙纸也将具有广阔的市场前景。

烘焙纸是一种食品用纸,俗称硅油纸,可广泛用于甜品烘焙、食品烧烤、食品微波以及食品包装等。随着国内外烘焙业的发展,烘焙纸的需求量也越来越多。而目前我国烘焙纸的生产还处于起步阶段,产品的质量和食品安全性还不被国际市场认可,大多数的烘焙纸及烘焙纸原纸还主要依赖进口,因此国内迫切需要进行烘焙纸的研发和生产,以适应不断增长的市场需求。

本文主要介绍了烘焙纸的用途,重点分析了烘焙纸主要的特性,总结了国内外烘焙纸的生产工艺和研究进展,并对我国烘焙纸的发展进行了展望。

1 烘焙纸的用途及市场概况

1.1 烧烤及烤箱垫纸

烘焙纸用于烧烤时隔离烤盘与食物,既可以保持食物的口味,又可以起到良好的吸油效果,且清洁方便。目前,用于烧烤的烘焙纸在很多烧烤店中得到了广泛的应用[3]。类似的用途,还可用于电烤箱中隔离烤盘与食物。2006年以前,这种用途的烘焙纸基本由挪威和芬兰进口[3],目前这种用途的烘焙纸已逐步开始国产化,每吨纸售价在2万元人民币左右。

1.2 蒸笼垫纸

用作蒸笼垫纸也是我国近几年兴起的一种烘焙纸用途,它不仅防黏效果好,还可以重复利用7~8次。蒸笼垫纸自从进入市场以来就受到了消费者的欢迎,由于其使用方便、清洁卫生,自2011年起,已开始逐渐代替传统的草垫[3],具有较广阔的市场潜力。

用于烧烤、烤箱和蒸笼垫纸的烘焙纸定量一般较小,约40 g/m2,且性能相近。据不完全市场调查统计,这种用途的烘焙纸国内市场需求量大概为3000 t/a,国产纸基本可以满足市场需求,另有一部分性能要求较高的蒸笼垫纸仍需要进口。

1.3 食品包装

其中,cθi为转角阻尼系数(单位:gcms/rad),cαi为间隙角阻尼系数(单位:gcms/rad),csi为线位移阻尼系数(单位:Ns2/cm).线位移阻尼系数csi相对cθi和cαi较小,在计算中可以忽略.上述方程可以化为:

由于烘焙纸具有良好的防油性、防水性、易剥离性,可广泛用于油脂食品的包装。特别是,烘焙纸不仅具有良好的耐高温性,也具有优异的耐低温性,可以应用于冷冻食品的分装,防止食物冻结成团。此外,烘焙纸也可在微波炉中使用,作为微波食品的包装。但由于烘焙纸比一般的食品包装纸成本高,因此该用途的烘焙纸还没有得到广泛的应用。

表1 有机硅剥离剂的分类、特点及使用现状

1.4 蛋糕杯

以往生产蛋糕杯主要采用PET淋膜纸,PET淋膜的蛋糕杯具有防油、耐高温、不退色、强度好等优点,但由于其不能回收且高温下具有潜在的食品安全隐患,PET淋膜的蛋糕杯已逐渐被烘焙纸蛋糕杯所取代。目前,我国对蛋糕杯烘焙纸的研究开发还较少,高档的蛋糕杯烘焙纸及其原纸还基本依赖进口。这种用途的烘焙纸国内外需求量较大,售价也较高,每吨纸售价在2万元人民币以上。若制作成蛋糕杯成品出售,则价格更高。

烘焙业的发展带来了蛋糕杯需求量的上升,据不完全市场调查统计,我国蛋糕杯烘焙纸的市场需求量在2万t/a以上,且国外的需求量远大于国内的。国内已有很多厂家从事蛋糕杯的生产,但目前都是一些制杯企业和后加工企业,蛋糕杯烘焙纸及蛋糕杯烘焙纸原纸还主要依赖进口,一些欧洲知名烘焙纸生产企业的产品供不应求。

2 烘焙纸的特性

为满足使用要求,烘焙纸一般要具有防油性、剥离性、耐高温性以及食品安全性等。根据具体用途的不同,烘焙纸也要求具有某些相应的性能,如制作成蛋糕杯时,要求具有较好的成型度;用于蒸笼垫纸时,要具有良好的湿强度;印刷图案时,需具有良好的印刷适印性等。

2.1 剥离性

除了烘焙纸以外,很多纸张也都要求具有剥离性,如自粘标签用的底层纸、聚氯乙烯和聚氨酯人造革生产用的背层纸、转移纸等。剥离剂的种类很多,一般来讲,表面张力比较小的物质,都具有一定的剥离性能,最好的剥离剂是有机氟化合物,但有机氟树脂价格昂贵,而有机硅化合物同样也具有很小的表面张力,且价格相对便宜,目前已成为主流的剥离剂[4]。

2.1.1 有机硅剥离剂的分类及应用现状

有机硅剥离剂不仅剥离性好,还具有良好的耐高温性、耐低温性及较好的疏水性等特点[5]。有机硅剥离剂的分类[6]、特点及使用现状如表1所示。

2.1.2 烘焙纸原纸及要求

可以用于生产烘焙纸的基材主要是3类特种纸,分别为羊皮纸、半透明纸、高紧度高平滑度超压硫酸盐浆纸[4]。其中高紧度高平滑度超压硫酸盐浆纸采用半游离状打浆后再超压的方式,也有些半透明状态,但是它的某些物理指标要比半透明纸好,如撕裂强度、湿变形、湿强度和表面吸收性等,更适合涂布剥离剂,而且不需要预涂布就可以直接涂布剥离剂。由于该方法不需要像羊皮纸那样用浓硫酸处理表面,也不必像半透明纸那样要高黏状打浆,因此是比较有前途的工艺。

一般来说,涂布剥离剂之前的烘焙纸原纸需要满足以下几个质量要求来保证剥离剂的使用效果:①高的物理强度,能够承受高温干燥;②好的尺寸稳定性,防止后加工过程中出现收缩变形等问题;③均匀一致的厚度;④高的平滑度,保证涂布的连续性、平整性、均匀性;⑤小的表面吸收性,降低剥离剂的消耗;⑥好的化学兼容性,避免某些化学物质对剥离剂的干扰[4]。

2.2 防油性

烘焙纸在使用过程中要与含油物质长时间接触,因此烘焙纸要防止油脂从与食物接触面渗透到与手接触面,也就是具有防油性。目前,国内外纸质材料的防油处理主要有两种:一种是在纸的表面覆上一层聚乙烯塑料薄膜,通称淋膜或覆塑,另一种是直接通过抄纸工艺生产防油纸[9]。淋膜纸也曾应用于烘焙食品,但由于其不可回收性以及潜在的食品安全问题,已经逐渐被迫退出市场。

国内外烘焙纸由于用途和质量的差异,防油等级参差不齐,市售产品防油等级从6~12级不等,高性能的烘焙纸一般要求防油等级在12级以上。

2.2.1 提高防油性的途径

通过抄纸工艺提高纸张的防油性通常有两种方法:一是提高纸浆的打浆度;二是使用防油剂进行处理[10]。盛际虞等人[10]对单纯依靠打浆来提高纸张的防油性进行了研究,研究表明打浆度需控制在85°SR以上才有明显的防油效果,而高打浆度会大幅增加能耗。H. Kjellgren等人[11]对防油纸生产过程中能耗与阻隔性的关系进行了研究,研究表明使用100%亚硫酸盐浆比使用亚硫酸盐浆与硫酸盐浆的混合浆能耗低且防油性更好,同时通过压光以及涂布羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、聚乙烯醇等方式也可以在较低的打浆能耗下生产出防油性能较高的防油纸。但单凭打浆来提高防油性并不是一种经济合理的方法。目前多采用一定的打浆处理配合使用防油剂来提高纸张的防油性。

根据其功能团纸张的防油剂可以分为含氟类防油剂和非含氟类防油剂两类。含氟物质表面能低,对油和水的接触角都大于90°,这使得氟类物质具有良好的防油防水性,是普遍使用的防油剂。应用于造纸的全氟烷基化合物主要可以分为3类:全氟烷基铬络合物、全氟烷基磷酸酯和全氟烷基共聚物,其中全氟烷基铬络合物的毒性和安全性不被美国食品和药物管理局(FDA)认可,用该防油剂生产的防油纸不能包装食品[13]。目前,已经研制出了可通过FDA认证,能够应用于食品包装的含氟类防油剂。专利CN200780033946.6[12]中介绍了一种能应用于食品包装纸及烘焙纸的含氟聚合物防油剂。由于对油和水的接触角都大于90°是氟固体表面专有的特性,其他类的防油剂只能通过在纸表面形成一层油和水均不相溶的,且无法透过的致密层来达到防油防水的目的与效果。该类非氟类防油剂主要是丙烯酸酯共聚物,目前还没有得到广泛的应用[13]。

2.2.2 食品级防油纸的研究进展

食品级防油纸也是一种烘焙纸的原纸,食品级防油纸的研究也将对烘焙纸的研究起到推动作用。近几年一些企业和研究机构对减少或者不使用含氟防油剂的食品级防油纸进行了研究开发。奥斯龙公司开发了一种不含全氟辛酸(PFOA)的防油食品包装纸[14]。芬欧汇川公司推出了不含塑料或氟化物且能够完全回收并降解的食品级防油纸,具有阻隔水蒸气和中度抗油脂的特点[15]。一些研究还探索了如何降低食品级防油纸中防油剂使用量的生产工艺。专利CN201210272313.3[16]通过针叶木浆配抄70%的竹浆,使用双盘磨打浆,以及一系列工艺的优化,大大降低了防油剂的使用量,解决了传统工艺大量使用防油剂可能带来的安全隐患。但此工艺中添加了蜡乳液,降低了纸张的降解性能。专利201310564440.5[17]公开了一种具有优异的可降解性和食品接触安全性的防油纸生产方法,该生产方法大大减少了含氟化合物的用量,该工艺中防油涂料由淀粉、塑化剂、成膜助剂和含氟化合物组成。此外,也有一些对具有某种功能的食品级防油纸的研究。如日本三岛制纸公司推出了透气性防油纸。专利CN 201410259788.8[18]采用一定配比的石蜡、硬脂酸、氨水、防霉组合物等组分作为防油剂,能生产出一种防油性能好,且具有防菌防霉效果、成本较低、达到食品级防油纸。

2.3 耐温性

受烘焙蛋糕、饼干等的温度限制,一般需要烘焙纸能够耐220℃高温20 min。目前还未有对食品相关纸张的耐温性的研究报道。有机硅类剥离剂主链为无机的Si—O键,其键能远大于有机的C—C键能和C—O键能,具有良好的耐高温性[4],因此纸张涂布剥离剂后会对纸张的耐温性起到一定的改善作用。

2.4 成型度

烘焙纸的成型度主要是为了满足蛋糕杯的使用要求。蛋糕杯是制杯机在220℃温度下对烘焙纸冲压8 s后制作而成,良好的成型度是为了保证制作后的蛋糕杯保持形状不变。目前还未有对蛋糕杯类纸张成型度的研究以及其检测方法报道。烟用无铝内衬纸也需要具有较好的成型度,因此可以借鉴烟用无铝内衬纸成型度的检测方法和研究成果。据刘群华等人[19]对烟用无铝内衬纸成型度影响因素的研究表明,漂白阔叶木浆成纸的平均成型度比漂白针叶木浆成纸的低,加填、超级压光,能够降低纸张的成型度。增加打浆度、表面浸胶,纸张成型度有上升趋势。而纸张水分是最好的成型剂,研究发现,增加压光前纸张水分,使压光后纸张残留的水分较多,纸张的成型度较好。

2.5 食品安全性

由于烘焙纸不仅要直接与实物接触,而且需在高温下烘烤,因此消费者尤为关注烘焙纸的食品安全性。国内烘焙纸发展起步较晚,企业还未形成规范的食品安全检测体系,这也为国内烘焙纸的发展以及打入国际市场带来了不利影响。因此要适应快速增长的烘焙业发展,提高国内烘焙纸的质量和产量,建立健全符合食品安全法规的生产环境和检测体系是企业亟待解决的首要问题。

目前我国相关的标准主要有GB/T 11680—1989食品包装用原纸卫生标准[20]以及配套的检测方法标准GB/T 5009.78—2003食品包装用原纸卫生标准的分析方法[21],标准明确规定了直接接触食品的原纸中铅、砷、荧光物质、脱色试验、大肠杆菌和致病菌等项目的卫生标准。而随着我国标准化进程的发展,我国对关系人身健康产品的标准也将进一步完善,国务院在2016年印发的《深化标准化工作改革方案中》规定了将强制性国家标准严格限定在保障人身健康等基本要求的范围之内,这就表明随着规范的建立健全,一些不符合规定的烘焙纸生产企业将逐渐被取缔。

由于国内的食品安全相关标准检测国际认可度还不足,现在国际上普遍认可的检测主要有美国食品和药物管理局(FDA)认证和德国联邦风险研究所(BFR)认证,它们对食品接触用纸和纸板部分做了具体规定。此外,日本、澳大利亚、新西兰等国家无具体针对食品包装纸的法规,仅由食品接触材料通用法规进行管理[22]。

3 烘焙纸的研究进展

美国和日本对烘焙纸的研究较早。早在1996年日本就有相关专利对烘焙纸的生产工艺进行了介绍,专利[23]提出了在涂布剥离剂之前用聚乙烯醇(PVA)预涂布的工艺,此后的一些研究都是在此基础上赋予烘焙纸某些功能,如隔热性[24]、可透光性[25]、吸收和密封性[26]等。美国在2002年也有专利[27]介绍了烘焙纸的生产工艺:纤维原料采用硫酸盐或亚硫酸盐浆,浆料被处理到较高的打浆度,进行超级压光,压光后的纸张采用硫酸处理,以赋予纸张的防油性,然后单面或双面涂布硅油,纸张再经过整饰,处理得到如图1所示的形状。

图1 烘焙纸整饰外形示意图

国内特种纸厂家对烘焙纸的研究起步较晚,自2008年才开始相继有一些烘焙纸的研究。专利ZL200820162733.5[28]公布了一种烤箱离型纸的制作方法,在定量为30~60 g/m2的防油纸上单面或双面涂布有机硅剥离剂,涂布干燥温度控制在70~100℃。与此专利制作工艺相似,专利CN201120285336.9[29]介绍了一种饭盒离型纸的制造工艺,此工艺中防油纸的定量较大,为80~160 g/m2。专利CN201120287404.5[30]和专利CN201310457110.6[31]分别公布了两种蒸笼离型纸的制作方法,专利CN201120287404.5指出在开有孔洞的基纸上涂布硅油,既可以保证水蒸气通过,又起到了易剥离的效果。专利CN201310457110.6在此基础上,又在原纸的另一侧涂布芳香层,在经高温之后增加其香味,如图2所示,这两个专利都未对原纸做出相应的要求。

图2 专利CN201310457110.6蒸笼离型纸示意图

随着我国烘焙业的发展以及烘焙纸市场需求量的增加,近几年也有一些特种纸厂家对相关产品的生产工艺进行了研究[32]。但我国烘焙纸的生产仍处于起步阶段,产品质量较差,生产成本较高。据了解,目前我国烘焙纸的生产分为原纸和后加工两个阶段,即由特种纸厂提供原纸,然后由后加工企业涂布剥离剂赋予纸张剥离性,这无疑提高了生产的成本。而目前国外生产烘焙纸大都在同一厂家完成,若使用水性有机硅剥离剂,均可进行在线涂布,大大降低了生产成本。而且,目前国内烘焙纸后加工企业涂布的有机硅剥离剂主要是溶剂型和无溶剂型两种,水性有机硅的使用和研究很少,溶剂型有机硅不能够满足食品安全要求,无溶剂型有机硅又不能进行在线涂布,这种生产现状也阻碍了国内烘焙纸的发展。

4 结 语

我国的烘焙业正处于快速增长期,与之配套的烘焙纸也将具有广阔的市场前景,预计未来5年内将得到快速发展,是值得关注的一个特种纸品种。虽然烘焙纸自从进入市场以来得到了广泛的应用,但国内烘焙纸的研究起步较晚,在某些方面仍与进口烘焙纸存在差距,国际认可度还不足。我国特种纸企业不仅需要进一步研究性能优异的烘焙纸工艺,还应关注以下两方面:一是开发在线涂布剥离剂工艺,使得烘焙纸可以在同一生产线完成生产,降低生产成本,这也是我国烘焙纸生产工艺的一个空白;二是进行食品安全相关标准的检测,这是国内烘焙纸能够进入国际市场的首要条件。

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(责任编辑:董凤霞)

The Properties and Research Progress of Baking Paper

LI Zheng1,2,*LIU Wen1,2LIU Qun-hua1,2

(1.ChinaNationalPulpandPaperResearchInstitute,Beijing, 100102; 2.NationalEngineeringLabforPulpandPaper,Beijing, 100102)

The applications of baking paper were introduced firstly. Baking paper can be used as cooking paper, steaming paper, food wrapper, baking cup. The brief market situation of each application was discussed. Then the peeling properties, grease resistance, heat resistance, mold ability, food safety of baking paper were analyzed in detail. Finally the production process and research progress at home and abroad were summarized, the prospect and existing problem of the backing paper development were discussed.

baking paper; release properties; grease resistance; food safety

李 政女士,硕士;主要从事特种纸的研究开发工作。

2016- 05-14(修改稿)

TS762.2

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2016.11.011

(*E-mail: lizheng198799@sina.com)

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