壓差法氣體滲透儀驗析食品包裝中油脂與包裝材料的交互影響

更新時間：2020-11-19

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天然食物或動物類食品以及相關制品中，都含有油脂成分，尤其像核桃、芝麻、花生、蛋糕、肉類、動物內臟、奶油制品等食品，油脂含量更加豐富。對于這類食品，貯藏保質一直是生產企業需要解決的首要難題。包裝，是承擔食品保質作用的重要組成，而食品貯藏和銷售過程中包裝保質作用的變化將嚴重影響食品保質期，因此需要更加重視。
包裝材料對油脂保質的影響
富含油脂的食品不易保存，是因為油脂易受到氧氣、光照、溫度、水蒸氣、酶、金屬離子的影響發生自動氧化酸敗、光敏氧化酸敗和水解酸敗，生成氫過氧化物，這是酸敗的初級產物。該物質不穩定，進一步分解為具有特殊哈敗氣味的揮發性的醛、酮、酸等小分子化合物，從而導致食品變質并產生異味。相關研究表明，氧化酸敗的發生速率與影響程度明顯大于水解酸敗，因此利用包裝嚴格控制氧氣與食品的接觸是富含油脂類食品的重要保質方式，也是減少食品中抗氧化劑使用量的有效方法。從這個角度來看，包裝材料的阻氧性能顯得尤為重要。
阻氧性，是包裝材料阻隔氧氣滲透的能力。當包裝材料的兩側存在氧氣濃度差時，高濃度側的氧氣分子吸附溶解于包裝材料，從低濃度側解吸而出。整個過程中，不同的包裝材料因自身分子的極性、結晶度、密度、濕敏度的差異以及環境溫濕度的影響，呈現出不同的氧氣透過速率，因此反映在阻氧性上也是多有不用。一般來說，阻氧性能較佳的包裝材料和包裝系統，其對內容物的保質效果也更加理想。
為了進一步驗證，標準集團工程師以油脂非常豐富的堅果食品為例，測試了其各類包裝材料的氧氣透過率。
測試儀器：壓差法氣體滲透儀；
測試條件：溫度23℃，濕度0%RH；
測試結果：見表1。

如表1所示，三種包裝的堅果的過氧化值都隨貯藏時間增加而增加，前兩個月增長幅度較小，后期增速較快。貯藏末期，增幅大的當屬塑塑復合膜包裝的堅果，已達到0.412g/100g，其次為鍍鋁復合膜包裝的堅果，而鋁塑復合膜包裝堅果的過氧化值能始終維持在一個較低的范圍內。
從包裝的材料和結構角度來看，鋁塑復合膜因鋁箔層的加入而具有了優異的阻氣、防潮和遮光性，可以有效延長富含油脂食品的保質期。但鋁塑復合膜也具有一定的局限性，即鋁箔易折出現針孔、斷裂等問題，影響材料的阻隔性。常用的應對辦法是在復合層中加入PA等高阻隔層，形成類似上述試驗中PET/AL/PA/CPP的復合結構，一方面保護鋁箔層，另一方面減少鋁箔出現穿孔導致整體阻隔性發生較大的波動。
塑塑復合膜質輕薄，復合層的阻隔性決定了復合膜整體的阻隔效果，富含油脂的食品要采用此類型包裝材料，需選擇具有高阻隔性能的材料，如PA、PVDC、EVOH，作為阻隔層，與熱封性好的PP、CPP等材料復合而成使用。盡管如此，其阻隔效果還是無法與鋁箔相媲美，但可以通過增加材料厚度或對復合層材料鍍鋁大幅提升塑塑復合膜的阻隔性。這也是上述試驗中鍍鋁復合膜包裝的堅果過氧化值升幅小于塑塑復合膜包裝堅果的原因。
油脂對塑料包裝材料性能的影響
塑料復合包裝材料的氧氣阻隔性能對于富含油脂的食品儲藏保質來說非常重要。但這一分析的背景是單一的、靜態的，并沒有放在包裝食品后的動態過程中進行考量。事實上，部分塑料包裝材料與油脂接觸后，會發生溶脹-溶解現象，導致油脂從包材一側滲透到另一側。這是相似相溶的原理，即物質在與其組成相似的溶劑中較易溶解，或極性相近的物質和溶液較易溶解。油脂的脂肪酸，無論飽和或不飽和，都含有十多個碳的長鏈，而部分塑料包裝材料分子結構中也存在相似的飽和碳鏈，如LLDPE主體結構是是-CH2-CH2-，與脂肪酸的分子結構類似，因此根據相似相溶原理，油脂分子很容易進入LLDPE分子鏈之間再滲透而出。
這種油脂滲透的物理過程，是否對與之接觸的包裝材料的性能產生影響，影響的程度如何，目前尚沒有針對性的研究結果。標準集團（香港）有限公司技術工程師做了一個簡單的對比試驗，來觀察常見塑料包材浸油后的阻氧性的變化。
測試儀器：壓差法氣體滲透儀；
測試條件：溫度23℃，濕度0%RH；
測試過程：取35~40μm厚的LLDPE薄膜、KPET塑料片材、CPP薄膜、BOPA薄膜試樣各6個，每種試樣三個一組，分為對照組和實驗組。對照組試樣置于23℃，60%RH的環境下預處理24h。實驗組試樣浸泡于同種花生油中，24h后取出擦拭干凈。利用壓差法氣體滲透儀測試兩組試樣的氧氣透過率。測試結果見表2。

試驗中的四種包裝材料，在阻隔油脂滲透方面，BOPA薄膜和KPET薄膜通常優于CPP薄膜和LLDPE薄膜。四種包材經過油浸處理后，透氧率上升幅度大的是LLDPE薄膜，這意味著該種包材與油脂接觸后，對氧氣的阻隔效果發生了較大幅度的下降。其余三種包材則變化不大。其背后的原因，需要更深層次的試驗與研究。
經過上述分析與試驗可以發現，富含油脂的食品包裝系統中，油脂與包裝是一種動態的，交互影響的關系。氧氣，是促進油脂氧化變質的首要因素，包裝材料因此承擔了阻隔氧氣透過、保護食品品質的重任。而當油脂與包材接觸后，包材的阻氧性能是否受到油脂溶脹滲透的影響而發生改變，這也是值得行業重視與研究的問題，因為這將是確保包裝是否能持續的保持對內容物的保質作用的重要前提。