微波处理对塑料薄膜包装材料阻隔性能影响的研究

　微波杀菌消毒处理是一种新型的灭菌方法，它能有效地杀灭真菌、霉菌、不成型孢子菌等细菌，延长大多数食品、药品、农副产品及无菌要求较高商品的货架寿命，保障使用的安全性。与传统的高温高压、紫外线照射、化学药剂杀菌消毒处理等方法相比较，微波杀菌消毒效率高、时间短、易于自动化控制与操作，因而近年来发展很快。微波杀菌消毒的机理是通过高频电场(0．3～300GHz)振动介质极性分子或基团而生热升温、杀灭细菌的。因此，适应商品微波杀菌消毒处理的工艺要求，商品包装材料必须具有良好的微波透过性和较高的耐热性，确保内容物直接受到微波场的影响并经受短时间内上升的高温。当前在这一包装领域大量应用的材料主要为塑料单膜及其复合材料。研究这些材料在微波场内的行为、作用和性能变异，尤其是经微波处理后包装材料阻隔性能的变化，对于正确指导微波杀菌消毒包装材料的选用、确保商品安全流通，具有十分重要的意义。
               
                1　材料与方法
               
                1． 1试验材料与仪器
                　　试验材料、试验仪器详见表1、2。               

              

1．2 试验方法
               
                1．2．1 微波处理
                　　试样在电解质溶液中分别经微波处理l、2、3、5、7 min，然后和未经过微波处理的试样一起，放在冰箱内冷藏24h以上，实验前按国家标准对样品进行恒温恒湿处理。
               
                1．2．2 阻隔性能试验
                　　a．透气试验。试验原理是在一定温度下，在材料两侧保持一定的气体压差，气体先是沉附在薄膜的表层，通过薄膜的间隙透过进入膜内并溶解，继而在浓度梯度推动下向内膜移动，再从膜的另一侧表面透出离开薄膜，下腔体的传感器测得低压侧的气体压力变化，从而得出单位时间内氧气透过量(透氧率)。
                　　 b．透湿性能测试。试验原理是被测材料夹在两个温度可控制的测试腔中间。腔的上半部分通过一个在饱和盐溶液中浸泡过的多孔陶瓷板，提供稳定的相对湿度。当一定湿度的水蒸气透过材料进入腔室下部后，被干燥的氮气带到电解槽处，通过电压为70V的2个涂有五氧化二磷电极将水蒸气电解成氢气和氧气，通过对电解电流的测量可以计算出单位时间内水蒸汽透过量(透湿率)。
               
                2　实验结果与讨论
               
                2．1 微波处理对塑料薄膜透氧性能的影响
                　　为了便于横向比较分析不同薄膜的透氧性能，把所测薄膜的透氧率均折合为25μm厚度薄膜的透氧率。其中透氧率与厚度成反比，即厚度越大透氧率越小。

              

              

　　从表3中可以看出，微波处理以后的材料无论是单膜还是复合膜其透氧率在处理1min的时候下降，而以后随着处理时间的增加，透氧率增加。
                　　单膜的透氧率排列顺序为：CPP>OPP>PET>BOPA；复合膜的透氧率由大到小的排列顺序为：PET／PE／CPP>                 CPP／PET>BOPP／CPP>BOPP／PET／CPE。
                　　从透氧平均增长率可以看出，单膜增长率大多每分钟超过10％，而双层复合膜在8％左右，三层复合膜增长率最低，小于5％。

              

              

　　图1是微波处理不同时间对塑料单膜透氧性能的影响。从图中可以看出，短时间内微波加热对OPP透氧率的影响在不十分明显，但在加热2                 min以后其透氧率几乎与微波加热处理时间成正比例增大；微波加热对BOPA的影响是相当明显的，加热7min以后的透氧率是加热1                 min时的2倍多，特别是在l～2min时，变化很快，其透氧率迅速增加，这是由于PA为亲水性聚合物，当微波加热时PA吸收水分蒸发，导致出现大量的空隙，所以随着加热时间的增加，其透氧率急剧上升；与PP、PA不同，PET微波处理2—5min时，透氧率变化不明显；而在5～7min时上升较为显著，这主要是由于PET极性材料所致。

              

              

　　图2和图3为微波处理时间对复合膜的透氧率影响曲线。从图中可以看出，尽管复合塑料膜透氧率都很小，但随着微波处理时间增加，透过率均下降；微波处理对双层复合膜的透氧性能的影响较三层复合膜更为明显一些。
               
                2．2 微波处理对塑料薄膜包装材料透湿性能的影响
                　　将不同包装材料经微波处理一定时间后来测量其透湿性能，结果见表4。

              

               　　表4中透湿率的变化规律如图4所示。从图中可以看出，所有包装材料透湿率都随微波处理时间的增加而有所增加。但透湿平均增长率与透氧率不同，单膜增长率低，每分钟不超过5％，而双层、三层复合膜增长率最高达10％以上，不过透湿量绝对值的增加仍是单膜更大。                 
              

               3 结 语
                　　无论单膜还是复合膜经过微波处理以后，透氧率和透湿率都会增加，其阻隔性能降低；并且微波加热处理1 min，阻隔性能下降3％～15％左右。因此对于包装以后需要微波杀菌消毒后贮藏的食品，处理时间不宜过长，否则将影响包装材料的阻隔性能和商品货架寿命。