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有效控制透气性测试的湿度,气调包装的包装原

来源:http://www.paisapatin.com 作者:云顶国际 时间:2019-10-30 05:47

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图片 31、气调包装气调包装也称置换气体包装,是在真空包装以及充氮包装的基础上发展改进所得到的一种保鲜包装,主要用于食品保鲜。
气调包装的包装原理是采用气调保鲜气体,对包装盒或包装袋的空气进行置换,改变盒内食品的外部环境,抑制细菌的生长繁衍,减缓新鲜果蔬新陈代谢的速度,从而延长食品的保鲜期或货架期。
以果蔬保鲜为例:新鲜果蔬在采摘后仍然进行呼吸作用,消耗氧气产生二氧化碳,逐渐增加环境中的二氧化碳含量并降低氧气的浓度,采用高透性的塑料薄膜可与大气进行气体交换,补充所消耗的氧气并排出二氧化碳。
当气体对薄膜渗透的速度与果蔬呼吸速度相等时,包装袋内的气体达到某一平衡浓度,可以使果蔬维持微弱的呼吸速度而不产生厌氧呼吸,从而延缓果蔬的成熟而得到保鲜。
采用气调包装能够实现在不采用防腐剂、添加剂的前提下确保食品的口感、营养成份和保鲜期。
2、不同气体对材料的渗透性气调包装系统的设计应考虑多方面的因素,其中最重要的因素是包装内CO2和O2的相对含量,这主要是由包装内气体浓度和包装材料的透气性决定,即是气调保鲜气体的比例控制精度及包装材料的气体置换率。
与真空包装或是充氮包装不同的是,气调包装材料大多是低阻隔材料,具有较大的气体透过性。
材料透气性出现差异与材料高分子的聚集状态、聚合物结构对气体的扩散性和溶解性、采用添加剂的影响等因素有关。
但是不同的气体对同种材料的渗透性也不相同,对同种材料而言,一般是N2的透过性最小,O2稍大一些,CO2的最大,这与气体分子的大小以及气体分子的形状有关。
分子的动力学直径越小,在聚合物中扩散越容易、扩散系数越大。
但气体分子直径的大小并不是决定渗透性的唯一因素,因为渗透性还与气体在聚合物中的溶解度有关。
另外分子的形状也能影响渗透性,有研究表明,长条形分子的扩散能力和渗透能力最强,而且分子形状的微小变化会引起渗透性的很大变化。
3、如何选择合适的气调包装材料毫无疑问,要对产品进行气调包装,就必须根据产品的特性进行包装材料透气性的合理选择。
一般用于气调包装的气体是O2、CO2、N2的混合气体,或是O2、CO2的混合气体,因此在选择气调包装材料时必须对材料的O2透过性、CO2透过性、N2透过性进行精确测试,决不能对各种气体的检测厚此薄彼,或是仅仅检测材料的O2透过率再按经验比例进行折算,必须进行全面检测。
可以想象,如果由于指标检测失误,或是未经全面检测而导致气调包装材料选择有失,不但会给企业造成巨大的经济损失,而且也会造成资源的严重浪费。
目前,世界上普遍使用的透气性测试方法有压差法和等压法两大类。
整体上看,等压法设备测试对象非常单一,目前仅能检测材料的O2透过性或者CO2透过性,至今尚未有公司能够提供用于检测N2透过性的等压法设备。
而对于压差法设备就完全不同了,因为这种方法本身就对测试气体没有选择性,可以进行O2、N2、CO2等常规气体的测试,测试成本低,还可实现测试环境自控温。
另外由于膜技术理论的支持,利用真空压差法设备不仅能够检测各种常见气体对试样的透过性,还能同时给出测试气体对试样的扩散系数及溶解度系数。
相对于等压法设备,压差法透气性测试设备更适合气调包装材料的研究机构以及使用厂家对材料进行全面检测并进行综合分析。

众所周知,氧气对于食品的品质有着很大的影响,还有一些食品包装对CO2的透过量也有严格的要求,因此控制食品包装材料的透气性以及包装物内部的有机气体含量也就成了食品包装的主要任务之一。

一、气体透过对食品内容物质量的影响

1、使食品中的油脂发生氧化,这种氧化即使是在低温条件下也能进行。
油脂氧化产生的过氧化物,不但使食品失去食用价值,而且会发生异臭,产生有毒物质。

2、食品中的大部分细菌由于氧的存在而繁殖生长,造成食品的腐败变质。

3、生鲜果蔬在贮运流通过程中如不采取必要保护措施,果蔬会因呼吸作用而吸收氧气放出CO2和水,并消耗一部分营养,使得蔬菜、水果出现过熟、发软、风味变化等情况。

4、在常温下,氧化褐变的反应速度比加热褐变快得多。
对于风味食品,如浓缩肉汤及易氧化褐变变色的食品,即使有少量的残留氧,也能引起褐变,使食品的风味丧失或变质。

5、碳酸饮料、啤酒、咖啡、果汁等产品除对氧气敏感外,CO2也对其品质有很大影响。

二、透气性测试主要方法介绍

为了防止上述情况的出现,对食品包装进行透气性测试,以确保包装材料气体阻隔性能是十分必要的。
从测试原理上分,透气性测试方法可分为压差法和电量分析传感器法两类。

用待测薄膜将测试腔隔成两个独立的空间,向其中一侧充入测试气体,在试样两侧形成一定的压差,高压室的气体透过薄膜渗透到低压室,通过测量低压室的压力或体积变化就可以得出气体的渗透率。

2、电量分析传感器法测试原理

用待测薄膜将测试腔隔成两个独立的气流系统,一侧为流动的待测气体(可采用纯氧气或含氧气的混合气体,可设定气体的相对湿度),另一侧为流动的氮气。
试样两侧的压差相等但氧分压不同,在浓度差的作用下,通过薄膜的氧气在氮气流的载运下送至电量分析传感器中,从而计算出材料的氧气透过率。

压差法和等压法的测试原理不同,测试条件不同,试验结果的单位也不相同(压差法的单位是cm3/m2•24h•0.1MPa,而等压法的单位是cm3/m2•d),所以由这两种测试方法得到的未经校正的原始数据,从理论上说不具备可比性。
但通过使用标准膜标定等压法设备并将校正因子用于正式试验后,压差法和等压法的试验结果就可以比较了。

由于膜技术理论的支持,压差法在透气性测试中一直作为基础方法使用,科研检测机构多采用这种方法。
它的突出优点是对于测试气体没有选择性,对不同的测试气体的通用性非常好。
随着真空规检测技术的进步、以及真空技术在设备设计上的应用,大大提高了设备的检测精度以及测试数据的重复性。

传感器法是随着氧探测器技术的不断成熟而出现的,由于使用的传感器属消耗型元件,所以,设备标定所得的校正因子并不是长期有效的,需要根据要求进行周期性设备标定,而且当传感器的损耗达到一定程度时必须更换。

实现测试环境的温湿度控制是检测包装材料在实际应用环境中透气性能的条件之一,可为避免由于环境变化而导致的设计失误提供检测手段。目前,通过干湿气混合法、双压法可以实现对等压法中测试气体的湿度控制。由Labthink兰光新开发的SHG-01 湿度发生装置则首次实现了对于压差法测试气体的湿度控制。

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随着对包装材料的透气性能与包装内容物保存质量之间的关联性研究的逐步深入,透气性检测和设备成为科学、合理地选用包装材料的重要手段和工具。由于测试环境温湿度的变化会引起材料透气性能的变化,因此在不同温湿度条件下所获得的透气性试验数据不具有可比性。为了解决这一问题,设备就必须对测试环境的温湿度进行严格控制,这也促成了实现温湿度控制成为透气性检测设备的发展方向之一。由于温度对于材料透气性能的影响非常明显,因此已经受到广泛的关注,对于透气性检测设备的温度控制也已经发展得非常成熟。但是,对于湿度的控制尚有待提高。因为湿度的控制存在着技术难点,特别是对压差法测试气体湿度的控制。其难点在于湿度不但受温度等因素的影响,而且其控制不能依靠其他介质进行传导,而只能对测试气体进行直接控制。

本文大致介绍了气调包装的包装原理以及应用领域,详细介绍了不同气体对同种材料透过性不同的原因,并结合气调包装领域的透气性测试特点对包装材料的选择以及检测给出了一点建议。

湿度对材料透气性的影响

气调包装也称置换气体包装,国际上称为MAP包装(即ModifiedAtmospherePackaging),是在真空包装以及充氮包装的基础上发展改进所得到的一种保鲜包装,主要用于食品保鲜。

软包装材料主要是由各种各样的高分子聚合物制成的。有些高分子聚合物中含有羟基-OH、酰胺基-CNH-等,这些聚合物对水敏感。若环境湿度升高,环境中的水分会向高分子聚合物中扩散,这相当于加入了一定量的增塑剂,不仅会使材料中的自由体积增加,而且也使高分子的一些运动单元的重排运动易于进行,提供了更多的使气体分子扩散的瞬时缝隙,从而使气体的渗透系数增大。然而,对于另外的一些高分子聚合物,如含有酯基-C-O-、氰基-C=N的高分子聚合物,湿度升高并不影响材料的透气性。可见,湿度的变化只会对一部分材料的透气性带来影响,而影响大小则与材料的极性及亲水性有关。

气调包装的包装原理是采用气调保鲜气体,对包装盒或包装袋的空气进行置换,改变盒内食品的外部环境,抑制细菌的生长繁衍,减缓新鲜果蔬新陈代谢的速度,从而延长食品的保鲜期或货架期。
以果蔬保鲜为例:新鲜果蔬在采摘后仍然进行呼吸作用,消耗氧气产生二氧化碳,逐渐增加环境中的二氧化碳含量并降低氧气的浓度,采用高透性的塑料薄膜可与大气进行气体交换,补充所消耗的氧气并排出二氧化碳。
当气体对薄膜渗透的速度与果蔬呼吸速度相等时,包装袋内的气体达到某一平衡浓度,可以使果蔬维持微弱的呼吸速度而不产生厌氧呼吸,从而延缓果蔬的成熟而得到保鲜。
采用气调包装能够实现在不采用防腐剂、添加剂的前提下确保食品的口感、营养成份和保鲜期。

图1 等压法测试原理图点击此处查看全部新闻图片

2、不同气体对材料的渗透性

为了消除湿度带来的影响,标准要求在进行试验之前需按照同一调节环境进行试样的状态调节,这样的测试数据才具有可比性。如GB/T 1038-2000中规定,应在GB/T 2918中规定的23±2℃环境下,将试样放在干燥器中进行48h以上状态调节,或按产品标准规定处理。其他透气性测试标准也要求试验前应对试样进行类似的干燥处理。

气调包装系统的设计应考虑多方面的因素,其中最重要的因素是包装内CO2和O2的相对含量,这主要是由包装内气体浓度和包装材料的透气性决定,即是气调保鲜气体的比例控制精度及包装材料的气体置换率。
与真空包装或是充氮包装不同的是,气调包装材料大多是低阻隔材料,具有较大的气体透过性。

等压法气体湿度的控制

材料透气性出现差异与材料高分子的聚集状态、聚合物结构对气体的扩散性和溶解性、采用添加剂的影响等因素有关。
但是不同的气体对同种材料的渗透性也不相同,对同种材料而言,一般是N2的透过性最小,O2稍大一些,CO2的最大,这与气体分子的大小以及气体分子的形状有关。
分子的动力学直径越小,在聚合物中扩散越容易、扩散系数越大。
但气体分子直径的大小并不是决定渗透性的唯一因素,因为渗透性还与气体在聚合物中的溶解度有关。
另外分子的形状也能影响渗透性,有研究表明,长条形分子的扩散能力和渗透能力最强,而且分子形状的微小变化会引起渗透性的很大变化。

等压法的测试原理是利用测试薄膜或薄片,将渗透腔隔成两个独立的气流系统,一侧为流动的测试气体,另一侧为流动的干燥N2。试样两边的压力相等,但O2分压不同。在O2的浓度差作用下,O2透过薄膜并被N2流送至氧传感器中,由氧传感器精确测量出N2流中携带的O2量,从而计算出材料的O2透过率。

3、如何选择合适的气调包装材料

在等压法的整个测试过程中,测试上腔和测试下腔中都有持续不断的气流通过,试样两侧O2的分压差的形成是一种动态的平衡。这种动态的平衡虽不利于参数的准确测量,以及平衡的准确控制,然而却有利于对测试气体进行湿度控制,主要体现在气流湿度测量的方便性、湿度的均匀性等几个方面。目前,实际应用效果较好的加湿方法有干湿气混合法和双压法,这两种方法的湿度控制精度一般是±2%RH。

毫无疑问,要对产品进行气调包装,就必须根据产品的特性进行包装材料透气性的合理选择。
一般用于气调包装的气体是O2、CO2、N2的混合气体,或是O2、CO2的混合气体,因此在选择气调包装材料时必须对材料的O2透过性、CO2透过性、N2透过性进行精确测试,决不能对各种气体的检测厚此薄彼,或是仅仅检测材料的O2透过率再按经验比例进行折算,必须进行全面检测。
可以想象,如果由于指标检测失误,或是未经全面检测而导致气调包装材料选择有失,不但会给企业造成巨大的经济损失,而且也会造成资源的严重浪费。

压差法气体湿度的控制

目前,世界上普遍使用的透气性测试方法有压差法和等压法两大类。
整体上看,等压法设备测试对象非常单一,目前仅能检测材料的O2透过性或者CO2透过性,至今尚未有公司能够提供用于检测N2透过性的等压法设备。
而对于压差法设备就完全不同了,因为这种方法本身就对测试气体没有选择性,可以进行O2、N2、CO2等常规气体的测试,测试成本低,还可实现测试环境自控温。
另外由于膜技术理论的支持,利用真空压差法设备不仅能够检测各种常见气体对试样的透过性,还能同时给出测试气体对试样的扩散系数及溶解度系数。
相对于等压法设备,压差法透气性测试设备更适合气调包装材料的研究机构以及使用厂家对材料进行全面检测并进行综合分析。

压差法测试原理是利用试样将渗透腔隔成两个独立的空间,先将试样两侧都抽成真空,然后向其中一侧充入0.1MPa的测试气体,而另一侧则保持真空状态。

江苏申凯包装高新技术股份有限公司成立于2002年,公司注册资本8000万RMB,天交所上市企业,,股权代码000057,高新技术企业,公司总投资超过2.1亿RMB,拥有20000余平方米普包厂区;拥有13000平方米的药包厂区,11000平方米的办公面积。
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图2 压差法测试原理图点击此处查看全部新闻图片

文章转自

这样,在试样两侧就形成了0.1MPa的测试气体压差,从而使测试气体渗透,通过薄膜进入低压侧,并引起低压侧压力的变化。通过使用高精度测压计测量低压侧的压力变化量,就可以计算得到气体透过量。压差法可用于O2、N2、CO2和空气等多种常见无机气体的检测。

与等压法不同,压差法在整个测试过程中,测试上腔和测试下腔中的测试气体总量是一定的,试样两侧测试气体压力差的形成是一种稳定的静态平衡。静态平衡非常有利于各项试验参数的测量,然而却给该法的测试气体加湿带来了一定的困难。过去,一直没有实现在一定湿度下的压差法试验,以至于该法的湿度控制一直被视为是不可实现的。最近,Labthink兰光依靠自身丰富的检测设备研发经验,总结各种加湿方法的优劣,将饱和盐溶液湿度发生法与干湿气混合法加以结合,开发出独特的专用于真空压差法气体渗透仪的湿度发生系统SHG-01。该系统可实现0%~100%RH中各种湿度的发生,从而实现了压差法湿度控制技术的突破。

总结

实现测试环境的温湿度控制是检测包装材料在实际应用环境中透气性能的必备条件之一。目前,通过干湿气混合法和双压法,可以实现对于等压法中测试气体的湿度控制。而由Labthink兰光新开发的SHG-01 湿度发生装置则首次实现了对于压差法测试气体的湿度控制。

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