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气调包装与材料的透气性决定保鲜质量

发布时间:2022年05月20日    点击:[2]人次

气调包装与材料的透气性决定保鲜质量

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。

气调包装的包装原理是采用气调保鲜气体(2~4种气体按食品特性配比混合),对包装盒或包装袋的空气进行置换,改变盒(袋)内食品的外部环境,抑制细菌(微生物)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o2产生co2,逐渐增加环境中的co2含量并降低o2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o2并排出co2。

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。

气调保鲜气体一般由二氧化碳(co2)、氮气(n2)、氧气(o2)及少量特种气体(no2、so2、ar等)组成。各种气体的作用如下:co2气体具有抑制大多数腐败细菌和霉菌生长繁殖的作用,是保鲜气体中主要的抑菌剂;o2具有抑制大多数厌氧腐败细菌的生长繁殖、保持生鲜肉的色泽、以及维持新鲜果蔬生鲜状态的呼吸代谢的作用;n2是惰性气体,一般不与食品发生化学作用,也不被食品所吸收,在气调包装中用做填充气体,防止由于co2等气体从包装内逸出而使包装塌落。对于不同的食品果蔬,保鲜气体的成分及比例也不相同,对农作物气调包装的关键是保持包装材料的氧气渗透性与产品的呼吸速度相匹配。

气调包装在一些产品上的应用已经比较成熟,如小食品包装、咖啡包装、加工肉制品等,现在它也越来越多的应用在冷藏的、预处理的方便食品上,尤其是在新鲜切片的农产品、特制干酪和预包装的三明治等产品的包装上大量采用。

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(结晶性)、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(动力学直径,参见表1)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。

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(如labthinktoy-c1透氧渗透仪)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(如labthinkvac-v1气体渗透仪)。

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。

气调包装材料的实际使用情况

作为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,气调包装主要用于食品保鲜包装。使用气调包装,有时不但可以降低保存环境要求,也可以提高食品的保鲜期。

例如对于冷鲜肉的包装,有真空包装、充氮包装和复合气调保鲜包装等几种形式,但是真空包装和充氮包装在包装后冷鲜肉的颜色发暗,失去鲜肉原有的新鲜色泽,故一般采用复合气调保鲜包装,采用的混合保鲜气体由o2、co2构成,可保持新鲜肉的色泽和香味。

其中o2的浓度配比较高,因较高浓度o2可以使冷却肉保持新鲜肉的鲜红色泽;适量浓度的co2能阻碍抑制细菌和微生物的生长繁殖。这样不仅可以延长冷鲜肉的保鲜期,而且冷鲜肉的外观色泽亦比较好看,吸引消费者。

生鲜鱼虾的混合保鲜气体由co2、o2、n2组成。对于鱼类的气调包装,其中co2气体浓度需高于50%,以抑制需氧菌、霉菌的生长繁殖;o2浓度在10%-15%来抑制厌氧菌繁殖。

随着超级市场的普及,烘烤食品、熟食制品、果蔬、净菜也已经成为货架销售产品的一部分,由于这几类产品的保鲜特殊性,使得气调包装成为它们包装的首选。烘烤食品的主成分是淀粉,由细菌、霉菌等引起的腐变、脂肪氧化引起的酸败变质、淀粉分子结构老化硬变等造成食品变质。应用于烘烤食品气调保鲜包装的气体由co2及n2组成。对于不含奶油的蛋糕采用这种气调包装可在常温下保鲜超过20天。

微波菜肴、豆制品及畜禽熟肉制品的包装方式,如果采用以co2和n2为主要气体的气调包装就能有效抑止大肠菌群繁殖,不但常温下保鲜效果好,经高温杀菌或是冷藏保存都能取得很好的保鲜期。

净菜又称切割果蔬、半处理加工果蔬,为迎合上班族的新兴食品加工产品,有安全、新鲜、营养、方便等特点,但经切割后易褐变。采用气调包装降低氧含量能最大限度延长货架期,采用合适的保鲜气体还可以阻止褐变。气调保鲜包装还适用于去皮和切片的苹果、马铃薯、叶菜类蔬菜等果蔬保鲜。

温度影响

由于低温冷藏是一种常见的保存方式,但是温度变化会显著影响材料的阻隔性测试,因此常温下检测的保鲜膜阻隔性数据并不能代表它在储藏环境中的阻隔性。

尽管有些阻隔性检测设备的使用温度下限可以达到0℃左右,但试样和设备的状态都多少会受到低温的影响,而且试验人员也无法在低温环境中进行试验。这样,如何准确获知保鲜膜在低温存储环境中的阻隔性数据对于果蔬保鲜研究领域而言是一个急需解决的难点。

现在,要获得低温下阻隔性数据可以通过labthinkvac-v1的数据拟合功能轻松实现。数据拟合不是一种简单的数学估算,而是对已有常温试验条件下的试验数据通过拟合算法求得特殊温度下的阻隔性参数值的数学计算过程。这种方法的优点是它无须在低温下进行试验,用于拟合的数据全部可以在一般的试验条件下得到,而且拟合功能对材料没有选择性。

例如,在通常试验环境下:30℃、35℃、40℃(vac-v1的自控温功能可实现这些温度的稳定保持),使用设备labthinkvac-v1气体渗透仪检测125μm厚的pc膜的氧气渗透性测试,试验数据见表2。

由以上数据拟合得到0℃的o2渗透系数是5.62×10-11cm3·cm/cm2·s·cmhg,o2渗透量是295.441cm3/m2·24h·0.1mpa。与30℃时pc膜的氧气阻隔性相比,0℃时的阻隔性大约提高了2倍。将拟合得到的-20℃~50℃(253k~323k)pc薄膜氧气渗透量数据导入excel并作图,可得图1。从图1的曲线走势,我们可以看出,随着温度的降低pc膜的阻隔性提高的速度逐渐加快。

随着温度的降低,薄膜的阻隔性一般都是呈增长趋势的,但是增长的速度不尽相同,有的增长的快,也有的很平稳,因此仅仅获得常温下的保鲜膜的阻隔性数据对整体评价果蔬保鲜的指导意义十分有限。

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