包裝特殊薄膜的透氧率測(cè)定

氣調(diào)性包裝特殊薄膜的透氧率測(cè)定
Determine the Oxygen Transmission Rate through
  Films with Modified Environment Package Applications

                                         Georgia Gu  美國(guó)MOCON（膜康）公司研究員
 
前言

隨著生活節(jié)奏的加快, 人們?nèi)找嬲J(rèn)識(shí)到包裝對(duì)食品保險(xiǎn)的重要性。為了提高產(chǎn)品貨架壽命, 人們竟相發(fā)明了各種特殊包裝材料及包裝系統(tǒng)。用于新鮮蔬菜的氣調(diào)性包裝就是其中之一。我們知道保持水份是蔬菜保鮮的關(guān)鍵, 聚烯烴薄膜通常是很好的水阻隔材料, 采用聚烯烴薄膜為基本材料應(yīng)該是很好的選擇。但蔬菜保鮮的另一問(wèn)題是它們需要氧氣,　排出二氧化碳，也即它們存在呼吸作用,這就要求使用高氧氣透過(guò)率的薄膜。雖然聚烯烴薄膜本身具較高的氧氣透過(guò)率(Oxygen Transmission Rate,簡(jiǎn)稱(chēng)OTR, 透氧率)，但對(duì)于蔬菜來(lái)說(shuō)依然是不夠的。通過(guò)在薄膜上激光打孔來(lái)增加透氧率,可以滿足蔬菜呼吸作用需要的環(huán)境 。

    本文以MOCON（膜康）幫助某蔬菜公司選擇合適的薄膜用作蔬菜包裝袋材料為例，介紹了如何用MOCON Ox -Tran 透氧測(cè)試儀來(lái)測(cè)定普通薄膜和經(jīng)激光打孔的薄膜的透氧率。

實(shí)驗(yàn)儀器及方法

整個(gè)課題分兩步進(jìn)行。一開(kāi)始，該蔬菜公司提供了五種初選薄膜樣品，要求MOCON測(cè)試它們透氧率，然后從中挑出三種進(jìn)行激光打孔加工。第二步是測(cè)定打孔后的薄膜的透氧率。　
 
    五種初選薄膜樣品的透氧率實(shí)驗(yàn)是在美國(guó)MOCON 公司的氧氣滲透測(cè)試儀OX-TRAN® Model 2/21系統(tǒng)上完成的。OX-TRAN® Model 2/21符合ASTM D3985,實(shí)驗(yàn)過(guò)程遵守等壓法原理，用樣品在透氣室分隔成兩個(gè)獨(dú)立的氣流系統(tǒng)，一側(cè)為流動(dòng)的待測(cè)氣體（可以是純氧氣或含氧氣的混合氣體，可以設(shè)定相對(duì)濕度），另一側(cè)為流動(dòng)的氮?dú)庖员３盅鯕夂繛榱恪Ｔ嚇觾蛇叺目倸鈮合嗟龋鯕獾姆謮翰煌谘鯕獾臐舛炔钭饔孟拢鯕馔高^(guò)薄膜。通過(guò)薄膜的氧氣分子在氮?dú)饬鞯妮d運(yùn)下送至電量分析傳感器(特制的庫(kù)倫傳感器)中，電量分析傳感器能地測(cè)量出氮?dú)饬髦兴难鯕饬浚瑥亩?jì)算出材料的氧氣透過(guò)率。儀器在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中對(duì)溫度、相對(duì)濕度、壓力控制。

    OX-TRAN® Model 2/21儀器有三種分型號(hào)，用相同的原理進(jìn)行測(cè)試， 差別在于測(cè)試范圍。例如,MOCON Ox -Tran Model 2/21-L型適合于高阻隔低透氧薄膜材料的測(cè)試，MOCON Ox -Tran Model 2/21-T型適合于高阻隔低透氧薄膜材料的測(cè)試，范圍見(jiàn)表1。

表1. MOCON Ox- Tran 2/21各分型號(hào)測(cè)試范圍
MOCON Ox -Tran 2/21         測(cè)試面積             cc/(m2＊day)         cc/(package＊day)  L型           不使用面罩，50cm2          0.005-200                 0.000025 -1.0
               使用面罩， 5 cm2            0.05-2,000   

 H型           不使用面罩, 50 cm2           0.05-200                  0.00025-1.0
               使用面罩, 5 cm2              0.5-2,000

 T型           不使用面罩, 100 cm2         775-155,000                3.875-1,550

         圖1. OX-TRAN® Model 2/21原理圖                  圖2.   OX-TRAN® Model 2/21外觀

      對(duì)五種初選薄膜樣品在上述H型和T型儀器上進(jìn)行了透氧率測(cè)試后,該蔬菜公司從中選出三種具較高透氧率的樣品，經(jīng)激光打孔后繼續(xù)送MOCON進(jìn)一步測(cè)定。測(cè)試含微孔的薄膜是對(duì)通常測(cè)試方法的挑戰(zhàn)。這里我們必須采用一種特殊的測(cè)試方法，在MOCON Ox -Tran 2/21-T型儀器上對(duì)打孔薄膜材料進(jìn)行了測(cè)試。選擇的是一片在測(cè)試面積100 cm2中含有4個(gè)微孔的樣品。基本方法是把一片未打孔薄膜與一片含微孔薄膜疊在一起測(cè)試得到OTR總和，利用之前已獲得的未打孔薄膜的OTR無(wú)孔，用下列數(shù)學(xué)公式推算出OTR含孔：
1/OTR總和  = 1/OTR無(wú)孔  + 1/OTR含孔 
得出OTR含孔  后，其數(shù)值與OTR無(wú)孔數(shù)值 之差為4微孔貢獻(xiàn)的透氧量。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論:
 

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，控制測(cè)試溫度在10?C，使用純氧 。表2 陳列了五種樣品的透氧率，從表2看出薄膜 D和薄膜 E的透氧率太低，不適合做蔬菜的保鮮袋。篩選后經(jīng)打孔的三種材料的透氧率列于表3。

表2. 五種初選薄膜樣品的透氧率
  樣品        透氧率  cc /（m2＊day)
薄膜 A                  1070
薄膜 B                  1010
薄膜 C                  1130
薄膜 D                  10.31
薄膜 E                   8.77
 
表3.  含微孔薄膜的透氧率以及微孔對(duì)透氧量的貢獻(xiàn)
樣品         透氧率 cc / （m2 ＊day)                       透氧率 cc / （4孔＊day)
            （測(cè)試面積100 m2內(nèi)含4微孔）               估算4微孔對(duì)OTR 的貢獻(xiàn)
薄膜 A                6150                                                      5080
薄膜 B                6230                                                      5220
薄膜 C                6300                                                      5170

    有了從表3得到的估算4微孔對(duì)OTR 的貢獻(xiàn)，以及之前獲得的薄膜本身透氧率，現(xiàn)在該蔬菜公司可以開(kāi)始設(shè)計(jì)包裝袋了。根據(jù)不同蔬菜的對(duì)氧氣的需求量，廠家可以通過(guò)增加或減少袋子上微孔的數(shù)量來(lái)滿足各種蔬菜呼吸作用所需要的環(huán)境。
 
對(duì)本文提及的有關(guān)儀器感興趣的朋友可以向MOCON公司中國(guó)代理北京丹貝爾儀器有限公司(http://)提出