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氣調包裝與材料的透氣性

來源：濟南蘭光機電技術有限公司   2010年10月26日 16:46   956
摘要: 本文大致介紹了氣調包裝（MAP）的包裝原理、使用的保鮮氣體、以及應用領域，詳細介紹了不同氣體對同種材料透過性不同的原因，并結合氣調包裝領域的透氣性測試特點對包裝材料的選擇以及檢測給出了一點建議。
關鍵詞：氣調包裝,MAP,保鮮氣體,透過性,動力學直徑

1、氣調包裝
氣調包裝也稱置換氣體包裝，上稱為MAP包裝（即Modified Atmosphere Packaging），是在真空包裝以及充氮包裝的基礎上發展改進所得到的一種保鮮包裝，主要用于食品保鮮。
氣調包裝的包裝原理是采用氣調保鮮氣體（2～4種氣體按食品特性配比混合），對包裝盒或包裝袋的空氣進行置換，改變盒（袋）內食品的外部環境，抑制細菌（微生物）的生長繁衍，減緩新鮮果蔬新陳代謝的速度，從而延長食品的保鮮期或貨架期。以果蔬保鮮為例：新鮮果蔬在采摘后仍然進行呼吸作用，消耗O2產生CO2，逐漸增加環境中的CO2含量并降低O2的濃度，采用高透性的塑料薄膜可與大氣進行氣體交換，補充所消耗的O2并排出CO2。當氣體對薄膜滲透的速度與果蔬呼吸速度相等時，包裝袋內的氣體達到某一平衡濃度，可以使果蔬維持微弱的呼吸速度而不產生厭氧呼吸，從而延緩果蔬的成熟而得到保鮮。采用氣調包裝能夠實現在不采用防腐劑、添加劑的前提下確保食品的口感、營養成份和保鮮期。
氣調保鮮氣體一般由二氧化碳（CO2）、氮氣（N2）、氧氣（O2）及少量特種氣體（NO2、SO2、Ar等）組成。各種氣體的作用如下：CO2氣體具有抑制大多數*細菌和霉菌生長繁殖的作用，是保鮮氣體中主要的抑菌劑；O2具有抑制大多數厭氧*細菌的生長繁殖、保持生鮮肉的色澤、以及維持新鮮果蔬生鮮狀態的呼吸代謝的作用；N2是惰性氣體，一般不與食品發生化學作用，也不被食品所吸收，在氣調包裝中用做填充氣體，防止由于CO2等氣體從包裝內逸出而使包裝塌落。對于不同的食品果蔬，保鮮氣體的成分及比例也不相同，對農作物氣調包裝的關鍵是保持包裝材料的氧氣滲透性與產品的呼吸速度相匹配。
氣調包裝在一些產品上的應用已經比較成熟，如小食品包裝、咖啡包裝、加工肉制品等，現在它也越來越多的應用在冷藏的、預處理的方便食品上，尤其是在新鮮切片的農產品、特制干酪和預包裝的三明治等產品的包裝上大量采用。
2、不同氣體對材料的滲透性
氣調包裝系統的設計應考慮多方面的因素，其中zui重要的因素是包裝內CO2和O2的相對含量，這主要是由包裝內氣體濃度和包裝材料的透氣性決定，即是氣調保鮮氣體的比例控制精度及包裝材料的氣體置換率。與真空包裝或是充氮包裝不同的是，氣調包裝材料大多是低阻隔材料，具有較大的氣體透過性。
材料透氣性出現差異與材料高分子的聚集狀態（結晶性）、聚合物結構對氣體的擴散性和溶解性、采用添加劑的影響等因素有關。但是不同的氣體對同種材料的滲透性也不相同，對同種材料而言，一般是N2的透過性zui小，O2稍大一些，CO2的zui大，這與氣體分子的大小（動力學直徑，參見表1）以及氣體分子的形狀有關。分子的動力學直徑越小，在聚合物中擴散越容易、擴散系數越大。但氣體分子直徑的大小并不是決定滲透性的*因素，因為滲透性還與氣體在聚合物中的溶解度有關。另外分子的形狀也能影響滲透性，有研究表明，長條形分子的擴散能力和滲透能力zui強，而且分子形狀的微小變化會引起滲透性的很大變化。
表1 氣體分子尺寸
氣體種類
He
H2
NO
CO2
Ar
O2
動力學直徑/nm
0.26
0.289
0.317
0.33
0.34
0.346
氣體種類
N2
CO
CH4
C2H4
Xe
C3H8
動力學直徑/nm
0.364
0.376
0.38
0.39
0.396
0.43
 
3、如何選擇合適的氣調包裝材料
毫無疑問，要對產品進行氣調包裝，就必須根據產品的特性進行包裝材料透氣性的合理選擇。一般用于氣調包裝的氣體是O2、CO2、N2的混合氣體，或是O2、CO2的混合氣體，因此在選擇氣調包裝材料時必須對材料的O2透過性、CO2透過性、N2透過性進行測試，決不能對各種氣體的檢測厚此薄彼，或是僅僅檢測材料的O2透過率再按經驗比例進行折算，必須進行全面檢測。可以想象，如果由于指標檢測失誤，或是未經全面檢測而導致氣調包裝材料選擇有失，不但會給企業造成巨大的經濟損失，而且也會造成資源的嚴重浪費。
目前，世界上普遍使用的透氣性測試方法有壓差法和等壓法兩大類。整體上看，等壓法設備測試對象非常單一，目前僅能檢測材料的O2透過性（如Labthink TOY-C1透氧滲透儀）或者CO2透過性，至今尚未有公司能夠提供用于檢測N2透過性的等壓法設備。而對于壓差法設備就*不同了，因為這種方法本身就對測試氣體沒有選擇性，可以進行O2、N2、CO2等常規氣體的測試，測試成本低，還可實現測試環境自控溫（如Labthink VAC-V1氣體滲透儀）。另外由于膜技術理論的支持，利用真空壓差法設備不僅能夠檢測各種常見氣體對試樣的透過性，還能同時給出測試氣體對試樣的擴散系數及溶解度系數。相對于等壓法設備，壓差法透氣性測試設備更適合氣調包裝材料的研究機構以及使用廠家對材料進行全面檢測并進行綜合分析。
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