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标题: 吸氧型阻隔性包装薄膜 [打印本页]

作者: Bruce 时间: 2012-2-1 10:03
标题: 吸氧型阻隔性包装薄膜

本文详细介绍了吸氧型阻隔性包装薄膜及其组成、吸氧机理、结构以及主要功效，并给出了该薄膜在食品包装领域的几个具体应用实例。
目前，防止O2对食品危害而使用的方法非常多，最常用的是真空包装技术和充气包装（换气包装）技术。然而，即使采用这两种技术，仍然会有2％~3％的O2残留在包装中，使得食品等商品由于氧化作用而导致出现食品腐败、异味，或造成食品部分营养成分损失和颜色发生变化等诸多问题。
为了消减这些不利影响，人们成功开发出了脱氧包装技术。常见的脱氧技术是，在普通的阻隔性包装内放置脱氧剂（亦称为吸氧剂或除氧剂），如还原铁粉等，并通过脱氧剂与氧发生反应来降低氧的浓度，从而有效提高包装阻隔O2对食品危害的能力，达到延长食品货架期的目的。目前，该技术已经在月饼等常见的食品包装中得到了成功应用。但是，这种传统的脱氧包装技术需要在包装中放置脱氧剂，而这不仅会使包装工艺复杂化，提升包装的成本，而且还可能发生消费者误食脱氧剂的问题。此外，某些特定的商品也不适于使用脱氧包装。以饮料包装为例，除了灌装时瓶子顶隙会进入的O2，以及O2会在存储的过程中通过包装材料进入之外，饮料本身也会溶解氧，因此，这类商品并不适合采用这种包装技术。
由此看来，想要解决常规脱氧包装存在的种种问题，开发出一种既具有阻隔性能又具有吸氧活性的塑料包装材料已成为塑料包装工作者面临的一项迫切任务。作为一种新型的包装材料，吸氧型阻隔性包装薄膜也因此应运而生。
何谓吸氧型阻隔性包装薄膜
吸氧型阻隔性包装薄膜，也称脱氧型阻隔性包装薄膜或除氧型阻隔性包装薄膜，或者活性阻隔性包装薄膜，是吸氧阻隔性包装材料的一个重要品种。除此之外，吸氧阻隔性包装材料还包括吸氧阻隔性瓶和瓶盖衬里等。
与前面几章所介绍的阻隔性薄膜不同，这种薄膜除了具有普通阻隔性包装薄膜的阻隔性之外，还对O2具有“活性”，即当O2进入和通过该薄膜时，薄膜中的易氧化成分会与氧进行化学反应，从而消耗通过薄膜的O2。
实际上，吸氧型阻隔性包装薄膜是吸氧塑料和阻隔性塑料的巧妙组合，虽然目前的应用量并不多，但不失为塑料包装材料领域中一种富有巨大诱惑力的前瞻性产品，而且具有很大的潜在市场，值得我们高度关注。
吸氧型阻隔性包装薄膜的组成、吸氧机理及结构
1. 吸氧型阻隔性包装薄膜的“吸氧层”
“吸氧层”也称活性层，即含有易氧化物的塑料薄膜层。“活性层”是吸氧型阻隔性包装薄膜不可或缺的一部分，而易氧化物质则是该吸氧层最核心的组分。通常，易氧化物质由“吸氧物质”（即可氧化物-还原性物质）和反应促进剂（催化剂）组成，比如还原铁/氯化钠、亚硫酸钠和抗败血酸等，或者MXD6/钴盐、双键聚合物/钴盐、双键聚合物/MXD6/钴盐、PE/PS/钴盐，以及含环己烯侧链的聚合物/钴盐等的树脂掺合物等。吸氧阻隔性材料的氧化物质及其用途如下表所示。
由上表可知，易氧化物质的“吸氧剂”既可以是无机物，也可以是有机物；既可以是低分子物质，也可以是高分子物质。通常，添加低分子吸氧剂来制备吸氧包装材料的方法，不仅工艺简单、成本低廉，且吸氧效果好，能够达到食品和饮料的包装要求。例如，将乙二胺四乙酸亚铁盐均匀地分散于聚氯乙烯(PVC)或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)等基体树脂中,该材料与从基体渗透的水蒸气接触后会引发吸氧行为。同时，还可添加抗坏血酸等作为辅助吸氧剂。实验证明,当乙二胺四乙酸亚铁盐和抗坏血酸钠的添加配比为1:1时, 该材料的吸氧量最大, 可达30.4μmol/d。
但是, 添加低分子吸氧剂会降低制品的透明性和力学性能（尤其是撕裂强度），同时还可能产生低分子物迁移等问题。因此，近年来，高分子类吸氧剂备受关注。目前，国外制备高分子类吸氧剂的工艺也达到了产业化水平，其中具有代表性的是美国Chevron Phillips Chemical公司。该公司成功开发了商品名为“OSPTM”的吸氧共混物体系。该体系的主要成分为乙烯/丙烯酸甲酯/丙烯酸环己烯基三元共聚物(EMCM),这种物质在包装前用紫外线照射可产生自由基,而该自由基可与O2结合，达到吸氧的目的。该体系的显著优点是，引发前可在空气中稳定存在，而引发后不会产生降解副产物，且外观透明。下图为该共混物被引入包装中的结构示意图。从图中可以看到，由于阻隔层的存在,只有很少量的氧会达到OSPTM层。另外，OSPTM一般也不会快速消耗，而且具有很长的使用寿命。
当与其他聚合物共混时，OSPTM仍具有很好的吸氧性能。室温下,线性LDPE (LLDPE)/OSPTM (混合比例为70:30)共混物在约10天后，可达到近70mL/g的最大吸氧量。

美国Cryovac密封气体公司采用OSPTM制作了用于透明包装的OS 1000薄膜,并被瑞士雀巢公司下属的Nestle Buitoni公司用于包装各种面食制品。据介绍，该包装盒的盒壁为E/VAL热成型阻隔层,盒上部采用了OS 1000薄膜密封,从而将食品包装盒内的O2含量降低至0.1%以下,并将食品的货架寿命延长了50%。
2.吸氧阻隔性材料的吸氧机理
吸氧阻隔性材料的吸氧机理根据易氧化物质的不同而不同，主要分为两大类：一种是，利用塑料中添加的低分子吸氧剂进行氧化反应；另一种是，利用特定结构的吸氧树脂的自身氧化来实现。其中，吸氧树脂通常在主链或侧链上含有双键和羟基等活性基团，或在主链内含有活性亚甲基，如聚丁二烯、聚异戊二烯、烯烃共聚物、尼龙6、聚已二酸间苯胺(MXD6)和(乙烯/乙烯醇)共聚物(E/VAL)等可氧化结构。
3.薄膜结构
理论上，可以通过在单层阻隔性薄膜的原料中加入吸氧剂而得到吸氧型阻隔性包装薄膜。但是，从实际应用效果来看，多层结构更为有利。典型的吸氧型阻隔性包装薄膜的结构可以表示为：印刷层/阻隔层/吸氧层/热封层（透气层）。具体而言，吸氧型阻隔性包装薄膜袋内残存的O2通过内层的透气层进入吸氧层，并与层中的易氧化成分发生化学反应而被消耗，从而降低残存于袋内的O2的浓度，提高包装对内容物的保护效果。另外，采用这种结构，使得吸氧层不直接与袋内的食品接触，因此更有利于提高包装的安全卫生性。
吸氧型阻隔性包装薄膜的主要功效
如前所述，与普通的阻隔性包装薄膜相比，吸氧型阻隔性包装薄膜除了能够阻隔大气中的O2进入包装袋之外，还能够和袋内残存的O2发生化学反应，从而降低袋内的O2浓度（通常可使包装内的O2浓度降低至0.01%）。因此，对于防止依靠氧进行生长繁殖的霉菌等微生物对食品的危害以及食品中易氧化成分由于氧化作用而导致的食品变质等问题，都具有很大的帮助。在用于食品包装领域中时，较之普通的阻隔性薄膜，该材料表现出了更好的使用功效。
1.具有优异的防腐保质效果
诸如糕点和甜食等商品，当储存在有氧存在的情况下时，由于霉菌等微生物容易在此环境下进行繁殖生长，往往会导致食品发霉、变质。在采用吸氧阻隔性包装薄膜包装后，能够有效除去商品生产过程中残存于包装袋中的O2，从而抑制霉菌的生长和繁殖，达到防止食品发霉、变质，以及延长食品货架期的功效。
2.更好地保持食品的风味
香味是食品风味的主要要素之一。对于普通的阻隔性包装薄膜，可通过其阻隔性防止食品中的香味成分通过薄膜逃逸到大气中，防止食品香味的降低，同时还可防止包装外的异味通过薄膜袋进入食品中，破坏食品固有的风味。但是，若包装中残存有O2，则会与食品香味中的易氧化成分进行化学反应，降低商品（如咖啡）的保香性，甚至使其丧失原有的香味。相比之下，使用吸氧型阻隔性包装薄膜则能够在阻止香味通过薄膜袋向外逃逸和异味向内导入的同时，显著降低袋内的O2浓度，防止香味中易氧化成分的氧化反应，从而有效防止食品的香味下降和食品变异等，使其长久保持原有的纯正风味。
3.有效防止食品的变色和褪色
防止食品的变色和褪色是使用吸氧型阻隔性包装薄膜的另一个主要目的。许多食品，如火腿和香肠等，其色素在氧和光的作用下会发生变色或褪色，而颜色的变化会大大降低顾客对商品的购买欲。因此，防止这类食品的变色和退色至关重要。通过吸氧型阻隔性包装薄膜袋包装，可显著降低包装袋中的O2浓度，从而达到防止、减缓食品变色与褪色的目的。
吸氧型阻隔性包装薄膜的应用
通常，吸氧型阻隔性包装薄膜主要应用于食品行业，如茶叶包装、肉制品包装和油脂类食品包装等。
1.茶叶包装
茶叶包装中所含的氧会与茶叶中的儿茶素、叶绿素、脂类、叶红素及维生素C等易氧化成分发生氧化反应，从而引起茶叶的变质。特别是绿茶，一旦被氧化，就会失去嫩绿色而变黄，大大降低其商品价值。若O2浓度过高，其中的抗坏血酸还容易发生氧化而变成脱氧抗坏血酸，并与氨基酸结合发生色素反应，使茶叶的味道恶化，对茶叶品质造成极大的影响。
为了使茶叶在储存的过程中不会很快变质，茶叶包装袋中的氧含量必须控制在1％以下。这时，较之普通的阻隔性薄膜袋，应用吸氧型阻隔性包装薄膜袋来包装茶叶的优势就突显出来。实际上，通过使用吸氧型阻隔性包装薄膜，可将茶叶包装内的O2浓度降低至0.01%以下，再通过防潮和遮光等措施，则可以从生产到销售的各个环节中减少茶叶品质的损失。
2.肉制品包装
包装中的高含氧量会助长肉制品中微生物的生长，从而导致产生不良味道、食品变色以及营养物质流失等问题，降低肉制品的货架期。因此，一种好的肉类保鲜包装体系，必须考虑这些因素以及它们之间的相互作用。而采用吸氧型阻隔性包装薄膜后，由于能够降低包装中的O2浓度，因而能够有效防止上述各种情况的发生，使肉制品达到更好的保鲜效果，延长其货架寿命。
3.油脂类食品包装
通常，糕点食品中都含有丰富的油脂，而油脂在紫外光和热的催化作用下，会被空气中的O2氧化，从而产生过氧化物，即所谓的酸败现象。油脂氧化酸败后会产生哈喇味，使食品丧失原有的风味和香味．而且会改变食品的色泽，降低食品的营养品质，甚至会缩短货架期。
油脂食品包装的关键是如何防止油脂氧化。虽然真空包装等也有一定的防止油脂氧化的作用，但像焙烤类食品不仅大多含有较高的脂肪,而且组织结构松脆，不宜采用真空包装；月饼和饼干的保质期要求较长，普通的包装达不到要求。由于脱氧塑料包装可以达到近100%的脱氧率，应用后可将O2浓度降低至0.01%，同时能够在相当长的一段时间内除去外面渗入的O2，有效阻止了由于油脂氧化而导致的产品酸败或因霉菌繁殖而导致的长霉现象，长期保持食品的质量。

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