充氮包裝中氣體成分含量與包裝材料阻隔性關(guān)系的研究

摘要：充氮包裝是防止食品、藥品氧化變質(zhì)的重要措施。本文通過對充氮包裝樣品中各氣體成分含量及所用包裝材料阻隔性能的測試，分析包裝材料的阻隔性對充氮包裝保質(zhì)效果的影響，并介紹了試驗(yàn)原理、相關(guān)頂空氣體分析儀與壓差法氣體滲透儀的參數(shù)、適用范圍、試驗(yàn)過程等內(nèi)容，為充氮包裝質(zhì)量的監(jiān)測提供參考。

關(guān)鍵詞：充氮包裝、包裝材料、阻隔性、頂空氣體分析儀、壓差法氣體滲透儀、氣體成分含量、氧氣透過量、氮?dú)馔高^量

1、意義

　　氮?dú)庾鳛槎栊詺怏w，不易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，可抑制大多數(shù)微生物的生長繁殖，常被充入產(chǎn)品包裝中以防止產(chǎn)品氧化變質(zhì)及霉變。充氮包裝的保質(zhì)效果與包裝中氮?dú)獾暮坑嘘P(guān)，高濃度的氮?dú)饽軌驅(qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行長久保質(zhì)，而當(dāng)?shù)獨(dú)夂拷档偷揭欢ㄖ禃r，則喪失保質(zhì)效果。包裝中氮?dú)夂康母叩统伺c所充填氮?dú)鈿庠吹募兌扔嘘P(guān)，還與包裝材料的阻隔性、密封性等有關(guān)，日常生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的充氮包裝的產(chǎn)品在較短時間內(nèi)發(fā)生變質(zhì)、發(fā)霉的現(xiàn)象極可能與包裝的阻隔性較差有關(guān)。

2、試驗(yàn)樣品

　　本次試驗(yàn)以某種品牌充氮包裝的蛋糕為試驗(yàn)樣品，分別測試存貯一定時間后包裝中的氣體成分含量及包裝材料的氮?dú)馔高^量、氧氣透過量。

3、試驗(yàn)依據(jù)

　　目前，國內(nèi)尚未發(fā)布有關(guān)食品包裝中氣體成分含量的方法標(biāo)準(zhǔn)，測試過程依據(jù)長期積累的測試經(jīng)驗(yàn)以及成熟的相關(guān)檢測儀器。氮?dú)狻⒀鯕馔高^量的測試過程依據(jù)GB/T 1038-2000《塑料薄膜和薄片氣體透過性試驗(yàn)方法 壓差法》進(jìn)行。

4、試驗(yàn)設(shè)備

　　本文分別采用HGA-02頂空氣體分析儀、VAC-V2壓差法氣體滲透儀測試樣中的氣體成分含量、氣體透過量，這兩款設(shè)備均由濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)。

4.1 試驗(yàn)原理

　　食品、藥品成品包裝內(nèi)常見的填充氣體主要為氧氣、二氧化碳、氮?dú)猓斂諝怏w分析儀中配置有氧氣傳感器與二氧化碳傳感器，可準(zhǔn)確測試包裝中的氧氣、二氧化碳含量，并可據(jù)此推算出氮?dú)夂俊?/span>

　　壓差法氣體滲透儀以壓差法為設(shè)計(jì)原理。試樣裝夾于設(shè)備的上、下測試腔之間，將兩測試腔隔開。試驗(yàn)時，首先對低壓腔進(jìn)行抽真空，然后對整個系統(tǒng)抽真空，當(dāng)達(dá)到規(guī)定的真空度后，低壓腔關(guān)閉，向高壓腔內(nèi)充入一定壓力的試驗(yàn)氣體，在兩測試腔間(即試樣的兩側(cè))形成一個恒定的壓差，試驗(yàn)氣體在壓力差的作用下，會從高壓腔向低壓腔內(nèi)滲透，通過對低壓腔內(nèi)壓強(qiáng)的監(jiān)測，得到試樣的各項(xiàng)阻隔性系數(shù)。

圖1  HGA-02頂空氣體分析儀

圖2  VAC-V2壓差法氣體滲透儀

4.2 適用范圍

　　HGA-02頂空氣體分析儀：適用于密封包裝袋、瓶、罐等中空包裝容器中氧氣、二氧化碳的含量及其混合比例的測試，如咖啡、奶酪、奶茶、奶粉、面包、豆粉、即食食品、藥品等密封包裝袋或容器。本設(shè)備不僅適用于實(shí)驗(yàn)室，還可用于在倉庫、生產(chǎn)線等場合快速、準(zhǔn)確的對氣體組分含量和比例做出評價。

　　VAC-V2壓差法氣體滲透儀：專業(yè)用于多種薄膜、片材試樣在各種溫度下的氣體透過率、滲透系數(shù)、溶解度系數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)的測試。薄膜類包括各種塑料薄膜、紙塑復(fù)合膜、共擠膜、鍍鋁膜、鋁箔、鋁箔復(fù)合膜等膜狀材料。片材類包括各種工程塑料、橡膠、建材等片狀材料，如PP片材、PVC片材、PVDC片材。還可擴(kuò)展到航空航天用材料、紙及紙板、漆膜、玻纖布、玻纖紙、化妝品軟管片材、各種橡膠片材等材料的透氣性測試。適用于多種氣體的透過率測試，如氧氣、二氧化碳、氮?dú)狻⒑狻⒖諝獾取？蓾M足多項(xiàng)國家和標(biāo)準(zhǔn)，如ISO 15105-1、ISO 2556、GB/T 1038、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB00082003等。

4.3 設(shè)備參數(shù)

　　HGA-02頂空氣體分析儀：氧氣的測量范圍為0 ~ ，測量值0 ~ 2%的測量精度為±0.1%(值)，測量值2% ~ 的測量精度為±0.5%(相對值)；二氧化碳的測量范圍為0 ~ ，測量精度為±2%；氧氣與二氧化碳傳感器均采用進(jìn)口元件，保證了設(shè)備的測試精度；配置微型打印機(jī)，方便用戶隨時打印測試結(jié)果；便攜式的設(shè)計(jì)及電源、電池雙供電模式，方便用戶在實(shí)驗(yàn)室或生產(chǎn)現(xiàn)場使用；支持Lystem^TM實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，統(tǒng)一管理試驗(yàn)結(jié)果和試驗(yàn)報告。

　　VAC-V2壓差法氣體滲透儀：測試范圍為0.05 ~ 50,000 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，真空分辨率可達(dá)到0.1 Pa；控溫范圍為5℃ ~ 95℃，控溫精度為±0.1℃；控濕范圍為0%RH、2%RH ~ 98.5%RH、RH，控濕精度為±1%RH，可滿足客戶不同試驗(yàn)條件下的檢測需求；有三個*獨(dú)立的試驗(yàn)腔，可同時測試三種相同或不同的試樣；可進(jìn)行任意溫度下的數(shù)據(jù)擬合，輕松獲得測試條件下的試驗(yàn)結(jié)果；經(jīng)過改制，本設(shè)備還可支持有毒氣體、易燃易爆氣體的測試；提供標(biāo)準(zhǔn)膜進(jìn)行快速校準(zhǔn)，保證檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和通用性；支持Lystem^TM實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，統(tǒng)一管理試驗(yàn)結(jié)果和檢測報告。

5、試驗(yàn)過程

5.1 氣體成分含量測試

(1) 打開設(shè)備，設(shè)置采樣時間、分析時間等試驗(yàn)參數(shù)。

(2) 隨機(jī)抽取6包充氮包裝的試樣進(jìn)行試驗(yàn)。在試樣的中間部位粘貼一個密封墊，將設(shè)備的取樣針穿過密封墊，插入樣品包裝內(nèi)部，注意取樣針不要接觸到樣品內(nèi)部包裝的蛋糕。

(3) 按動試驗(yàn)按鈕，試驗(yàn)開始。樣品內(nèi)部的氣體沿取樣針進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，并經(jīng)過氣體檢測器進(jìn)行氣體含量的分析。試驗(yàn)結(jié)束后，設(shè)備自動顯示所測試樣品中氧氣、二氧化碳的含量值。

5.2 氣體透過量的測試

(1) 從待測的包裝樣品表面裁取3片直徑為97 mm的試樣。在試驗(yàn)腔測試區(qū)域的周邊涂抹一層真空油脂，注意真空油脂不能污染測試區(qū)域，然后依次放置濾紙、試樣，并擰緊上腔密封。

(2) 設(shè)備連接氧氣氣源。設(shè)置試驗(yàn)溫度、試驗(yàn)濕度、試樣厚度等參數(shù)信息，點(diǎn)擊試驗(yàn)選項(xiàng)，試驗(yàn)開始，打開真空泵。設(shè)備根據(jù)試驗(yàn)過程中測試到的壓力變化情況自動計(jì)算并顯示試樣的測試結(jié)果。

(3) 待氧氣透過量測試完成后，設(shè)備重新連接氮?dú)鈿庠矗O(shè)置參數(shù)，打開真空泵，進(jìn)行試驗(yàn)。

6、試驗(yàn)結(jié)果

　　試驗(yàn)結(jié)果取各試樣測試結(jié)果的算術(shù)平均值。存儲一段時間后的樣品包裝中氧氣含量為16.4%，二氧化碳含量為0%，可計(jì)算出氮?dú)夂繛?3.6%；所用包裝材料的氧氣透過量為716.534 cm³/(m²·24h·0.1MPa)，氮?dú)馔高^量為168.247 cm³/(m²·24h·0.1MPa)。

7、結(jié)論

　　從試驗(yàn)過程來看，兩款設(shè)備的操作均較簡單，試驗(yàn)效率較好，測試結(jié)果的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性較高，可以真實(shí)反映所測試樣品內(nèi)部各氣體成分的含量及所用包裝材料對氮?dú)狻⒀鯕獾淖韪粜阅堋脑囼?yàn)結(jié)果來看，所用包裝材料的氣體透過量較高，對氮?dú)獾谋４婺芰Αρ鯕獾淖韪裟芰^低，即氮?dú)庀蛲獠凯h(huán)境的散失量、環(huán)境中氧氣向包裝內(nèi)部的滲透量均較大，使得包裝內(nèi)部的氣體成分含量逐漸發(fā)生變化，這一結(jié)論通過氣體成分含量試驗(yàn)結(jié)果得到印證。經(jīng)過一段時間的存儲后包裝內(nèi)的氣體成分含量變化較大，氧氣含量明顯升高，而氮?dú)夂拷档停钩涞b的預(yù)期保質(zhì)效果大打折扣，甚至*喪失。因此，充氮包裝所用包裝材料應(yīng)具有較高的阻隔性能。濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司是一家專業(yè)從事包裝檢測設(shè)備研發(fā)生產(chǎn)與包裝檢測服務(wù)的高新(分隔符)技術(shù)企業(yè)，成立30年來積累了大量寶貴而豐富的研發(fā)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，在先進(jìn)傳感器技術(shù)及設(shè)計(jì)理念的指引下，厚積薄發(fā)，推出了全新一代的C系列阻隔性檢測設(shè)備，該系列檢測設(shè)備采用自主傳感器技術(shù)，在測試精度、效率與自動化方面進(jìn)行了革命性升級，實(shí)現(xiàn)了包裝阻隔性設(shè)備的震撼蛻變。了解相關(guān)設(shè)備信息，可登陸濟(jì)南蘭光公司網(wǎng)站查看具體信息或致電咨詢。愈了解，愈信任！Labthink蘭光期待與行業(yè)中的企事業(yè)單位增進(jìn)技術(shù)溝通與合作。