壓差法氣體滲透儀驗(yàn)析食品包裝中油脂與包裝材料的交互影響

天然食物或動(dòng)物類食品以及相關(guān)制品中，都含有油脂成分，尤其像核桃、芝麻、花生、蛋糕、肉類、動(dòng)物內(nèi)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(zhì)一直是生產(chǎn)企業(yè)需要解決的首要難題。包裝，是承擔(dān)食品保質(zhì)作用的重要組成，而食品貯藏和銷售過程中包裝保質(zhì)作用的變化將嚴(yán)重影響食品保質(zhì)期，因此需要更加重視。
包裝材料對油脂保質(zhì)的影響
富含油脂的食品不易保存，是因?yàn)橛椭资艿窖鯕?、光照、溫度、水蒸氣、酶、金屬離子的影響發(fā)生自動(dòng)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(chǎn)物。該物質(zhì)不穩(wěn)定，進(jìn)一步分解為具有特殊哈敗氣味的揮發(fā)性的醛、酮、酸等小分子化合物，從而導(dǎo)致食品變質(zhì)并產(chǎn)生異味。相關(guān)研究表明，氧化酸敗的發(fā)生速率與影響程度明顯大于水解酸敗，因此利用包裝嚴(yán)格控制氧氣與食品的接觸是富含油脂類食品的重要保質(zhì)方式，也是減少食品中抗氧化劑使用量的有效方法。從這個(gè)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(dāng)包裝材料的兩側(cè)存在氧氣濃度差時(shí)，高濃度側(cè)的氧氣分子吸附溶解于包裝材料，從低濃度側(cè)解吸而出。整個(gè)過程中，不同的包裝材料因自身分子的極性、結(jié)晶度、密度、濕敏度的差異以及環(huán)境溫濕度的影響，呈現(xiàn)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(tǒng)，其對內(nèi)容物的保質(zhì)效果也更加理想。
為了進(jìn)一步驗(yàn)證，標(biāo)準(zhǔn)集團(tuán)工程師以油脂非常豐富的堅(jiān)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(jié)果：見表1。

如表1所示，三種包裝的堅(jiān)果的過氧化值都隨貯藏時(shí)間增加而增加，前兩個(gè)月增長幅度較小，后期增速較快。貯藏末期，增幅最大的當(dāng)屬塑塑復(fù)合膜包裝的堅(jiān)果，已達(dá)到0.412g/100g，其次為鍍鋁復(fù)合膜包裝的堅(jiān)果，而鋁塑復(fù)合膜包裝堅(jiān)果的過氧化值能始終維持在一個(gè)較低的范圍內(nèi)。
從包裝的材料和結(jié)構(gòu)角度來看，鋁塑復(fù)合膜因鋁箔層的加入而具有了優(yōu)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(zhì)期。但鋁塑復(fù)合膜也具有一定的局限性，即鋁箔易折出現(xiàn)針孔、斷裂等問題，影響材料的阻隔性。常用的應(yīng)對辦法是在復(fù)合層中加入PA等高阻隔層，形成類似上述試驗(yàn)中PET/AL/PA/CPP的復(fù)合結(jié)構(gòu)，一方面保護(hù)鋁箔層，另一方面減少鋁箔出現(xiàn)穿孔導(dǎo)致整體阻隔性發(fā)生較大的波動(dòng)。
塑塑復(fù)合膜質(zhì)輕薄，復(fù)合層的阻隔性決定了復(fù)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(fù)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?qū)?fù)合層材料鍍鋁大幅提升塑塑復(fù)合膜的阻隔性。這也是上述試驗(yàn)中鍍鋁復(fù)合膜包裝的堅(jiān)果過氧化值升幅小于塑塑復(fù)合膜包裝堅(jiān)果的原因。
油脂對塑料包裝材料性能的影響
塑料復(fù)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(zhì)來說非常重要。但這一分析的背景是單一的、靜態(tài)的，并沒有放在包裝食品后的動(dòng)態(tài)過程中進(jìn)行考量。事實(shí)上，部分塑料包裝材料與油脂接觸后，會(huì)發(fā)生溶脹-溶解現(xiàn)象，導(dǎo)致油脂從包材一側(cè)滲透到另一側(cè)。這是相似相溶的原理，即物質(zhì)在與其組成相似的溶劑中較易溶解，或極性相近的物質(zhì)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(gè)碳的長鏈，而部分塑料包裝材料分子結(jié)構(gòu)中也存在相似的飽和碳鏈，如LLDPE主體結(jié)構(gòu)是是-CH2-CH2-，與脂肪酸的分子結(jié)構(gòu)類似，因此根據(jù)相似相溶原理，油脂分子很容易進(jìn)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(chǎn)生影響，影響的程度如何，目前尚沒有針對性的研究結(jié)果。標(biāo)準(zhǔn)集團(tuán)（香港）有限公司技術(shù)工程師做了一個(gè)簡單的對比試驗(yàn)，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(gè)，每種試樣三個(gè)一組，分為對照組和實(shí)驗(yàn)組。對照組試樣置于23℃，60%RH的環(huán)境下預(yù)處理24h。實(shí)驗(yàn)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(jié)果見表2。

試驗(yàn)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(yōu)于CPP薄膜和LLDPE薄膜。四種包材經(jīng)過油浸處理后，透氧率上升幅度最大的是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(fā)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(yàn)與研究。
經(jīng)過上述分析與試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，富含油脂的食品包裝系統(tǒng)中，油脂與包裝是一種動(dòng)態(tài)的，交互影響的關(guān)系。氧氣，是促進(jìn)油脂氧化變質(zhì)的首要因素，包裝材料因此承擔(dān)了阻隔氧氣透過、保護(hù)食品品質(zhì)的重任。而當(dāng)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(fā)生改變，這也是值得行業(yè)重視與研究的問題，因?yàn)檫@將是確保包裝是否能持續(xù)的保持對內(nèi)容物的保質(zhì)作用的重要前提。