牛奶包裝阻氧性能受流通環境影響的研究

文 / 李樹靜

（山東濟南蘭光優班云檢測實驗室）

目前市場上針對不同的消費群體推出了一系列包裝形式不同的牛奶，例如有針對農村等低消費群體的塑料袋包裝的純牛奶，有針對南方市場或高消費群體的利樂包、利樂枕包裝的早餐奶或舒化奶等。這些牛奶在包裝完成之后到消費者食用之前需要經過或長或短的運輸、貯存、銷售階段，而且在每一個階段中都可能遭遇揉搓、折壓等外力作用，以及高溫、日光照射等環境影響，這些都會對材料的性能產生影響。然而目前進行的各種軟包材性能檢測多是針對未進行包裝之前的材料，而對于那些已經完成包裝、正在出售中，或者即將使用的包裝物，除僅有的密封試驗、老化試驗以及一些理化檢測外，對于阻隔性能、力學性能這些初期非常關注的包裝材料的性能檢測幾乎完全沒有，因此在流通過程中包裝物所使用的包裝材料其阻氧性能是否仍能夠滿足產品保質期的要求是無法確定的。本文旨在重點模擬和分析流通環節中溫度和揉搓對包裝材料阻氧性能的影響。

1 包裝材料阻隔性能受溫度的影響

乳品包裝材料氧氣阻隔性能的優劣，是影響牛奶保質期的直接原因。當產品暴露于空氣中時，從微觀方面考慮，空氣中的氧氣分子會通過包裝材料的分子間隙滲透到包裝內側與牛奶直接接觸，當透過的氧氣達到一定數量時，牛奶中的脂肪會氧化變質，同時牛奶中細菌會大量繁殖，導致產品變質。

針對不同牛奶產品的特點，乳品企業會選擇不同的包裝材料與存儲條件，以確保產品具有一定的保質期。利樂包是一種紙鋁塑復合材料，因為鋁層的添加使包裝材料具有很高的阻氧性能，采用這種包裝的乳品常溫存貯即可，一般保質期在30～90 天。復合包裝膜所用的薄膜材料主要為聚乙烯（PE）共擠膜，其層數不同、原料配比不同會造成包裝阻氧性能的不同，采用3 層共擠膜包裝的牛奶，常溫下保質期在30 天左右；采用5 層結構的黑白共擠膜時，由于吹膜時增加了中間阻隔層（由EVA、EVAL等高阻隔性樹脂組成），屬于高阻隔性無菌包裝膜，常溫下可達45 天左右。另外，單層的普通塑料包裝膜為非阻隔型結構，需要冷鏈貯運。

在實際流通過程中，產品往往會遇到一些與正常使用溫度不同的環境。例如保存條件為常溫的乳品因為不需要冷鏈運輸，在產品運輸、銷售過程中有時會遇到高溫或強光暴曬的情況；需要全程冷鏈的乳品因為斷電或其它意外情況造成冷鏈無法實現，這對產品的品質都會造成影響。因此乳品企業不僅要檢測包裝材料在常溫下的透氧量，必要時更要檢測其在高溫或低溫下的阻氧性能。

為了研究溫度對包裝材料阻氧性能的影響，本文選取了3 種不同包裝材料的牛奶袋，按照標準GB/T 1038—2000檢測并分析不同貯存溫度下包裝材料阻氧性能的變化。試驗過程如下：首先選取厚度均勻，無皺折、褶痕、污漬及其它明顯缺陷的試樣，使用取樣器裁取直徑為97 mm的圓片，測試前將試樣在（23±2）℃的環境下，放在干燥器中調節48 h。使用濟南蘭光優班云檢測實驗室的i-Gastra 7100氣體透過率測試儀測試不同溫度下（24 h，0.1 MPa）各試樣的氧氣透過率，測試結果見表1。

試驗結果顯示，溫度升高，包裝材料的阻氧性能下降，氧氣透過量增多；同時，由于不同的材料其分子結構存在差異，因此溫度對不同材料阻氧性的影響也不相同，所以每種材料都需要進行獨立的溫度影響分析，檢測不同溫度下的氧氣透過率，尤其是高溫下的阻氧性能，這樣才能更好地確保產品安全。

表1 試樣氧氣透過率測試結果

從微觀方面考慮，包裝材料都是由不同的高分子聚合而成，聚合物分子鏈越長，其構象越多，聚合物分子鏈間的結合力越強，O2受壓力差侵入并通過聚合物鏈的可能性越小，說明阻隔性就越好。當溫度升高時，分子熱運動加劇，分子鏈構象變化加快，聚合物的內聚度下降，平行分子鏈間的通道變“寬”，聚合物自由體積增大，滲透質分子在聚合物內的擴散速度加快。也就是說，當溫度升高時，材料的阻隔性會降低。

綜上所述，溫度變化對材料阻隔性能的影響十分明顯，而不同材料的阻隔性能受溫度的影響也各不相同，因而明確材料的溫度使用范圍是選擇包裝材料的一項重要指標，尤其是產品流通過程中所處環境溫度與材料的檢測溫度不一致時，會導致材料的阻氧性發生改變，由此引起的產品包裝不能滿足包裝預期保質期的情況時常發生。

2 揉搓對包裝材料阻隔性能的影響

食品包裝及包裝材料在生產、加工、運輸及使用過程中，不可避免地會發生揉搓、彎曲扭轉、擠壓等行為，從而影響到材料的包裝性能，特別是對阻隔性能的影響極大。通過檢測包裝材料在揉搓前后阻隔性能的變化，對材料的抗揉搓性能進行科學的量化分析和判斷，確保材料有一定的抗揉搓性能。

選擇2 種利樂枕包裝的牛奶袋，厚度均勻，無皺折、褶痕、污漬及其它明顯缺陷，使用濟南蘭光優班云檢測實驗室的FDT-02揉搓試驗儀分別進行C模式及D模式（揉搓角度為440 °揉搓行程均為155 mm， C模式為揉搓270 次，D模式為揉搓20 次）2 種揉搓，然后裁取揉搓前、揉搓后的試樣。測試前將試樣在（23±2） ℃的環境下，放在干燥器中調節48 h。按照標準GB/T 1038—2000，使用i-GASTRA 7100氣體透過率測試儀測試揉搓前后（24 h，0.1 MPa）各試樣的氧氣透過率。測試結果見表2。

由表2可以看出，揉搓會使包裝材料的阻氧性能下降，隨著揉搓次數、揉搓程度的增大，包裝材料的氧氣透過率隨之增大。

筆者認為：脆性大的材料在揉搓過程中易產生一些細縫或不易察覺的針孔，這些地方都會造成氣體滲透，使材料的阻氧性能下降。材料的抗揉搓性能會影響產品在整個流通過程中包裝材料阻隔性能的穩定性，嚴重者會縮短產品的保質期。如果由于材料阻隔層抗揉搓性能差而使其失去阻隔效用，從而導致產品變質失效，那么對于包裝廠家以及產品生產廠家來講損失都是巨大的。然而過度要求材料具有優秀的抗揉搓性能會使產品包裝成本增加，也不符合適度包裝的發展趨勢。只有通過分析產品在整個流通過程中可能遇到的揉搓、折壓強度，并對各種結構的包裝材料進行抗揉搓性能評定，才能獲得最具有說服力的數據以保證產品的包裝安全。

表2 試樣揉搓前后氧氣透過率測試數據

3 結論

綜上所述，不論牛奶是否采用高阻隔的包裝材料，流通環境中溫度和揉搓這2 個因素都會導致包裝材料阻氧性能下降。不同的包裝材料受溫度的影響存在差異，同時，不同的揉搓程度對材料的阻氧性能的影響也是不同的，因此除了包裝的常規檢測之外，測試包裝高溫下的透氧率以及揉搓后的透氧率是非常必要的。它可以更好地幫助客戶了解包裝材料的性能，將其更好地應用于實際包裝，有效解決由于溫度引起的包裝阻氧性能變化或由于包裝不耐揉搓而導致的產品損失。

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