密封塑料軟包裝袋脹袋機(jī)理

寧靜*，任志敏，馬麗婭

內(nèi)蒙古紅太陽食品有限公司（呼和浩特 010000）

包裝袋是食品商品流通銷售過程的重要組成部分。它既能保持食品質(zhì)量穩(wěn)定，防止生物的、化學(xué)的、物理的外來因素?fù)p害，還能表現(xiàn)食品外觀，吸引消費(fèi)[1-2]。食品包裝按包裝材料分為金屬、玻璃、紙質(zhì)、塑料、復(fù)合材料等[3]。近10年，中國塑料軟包裝材料不斷增加，軟包裝材料產(chǎn)品年產(chǎn)量遞增率超過10%，因?yàn)樗芰宪洶b袋具有質(zhì)輕、美觀、成本低、占用空間小、加工能耗低、生產(chǎn)方法多樣等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，使得其在食品包裝業(yè)中的發(fā)展迅速[4]。

但是塑料軟包裝材料在實(shí)際生產(chǎn)使用過程中，也有很多缺點(diǎn)，如對(duì)環(huán)境污染的問題。此外，塑料軟包裝的耐熱性、阻隔性、抗破壞性都不如金屬和玻璃容器。采用塑料軟包裝材料包裝的3個(gè)系列產(chǎn)品，在上市流通銷售過程中，均發(fā)生不同程度的漲脹袋現(xiàn)象，脹袋率在30%左右。3個(gè)系列產(chǎn)品包裝均為雙層包裝袋形式，即產(chǎn)品（食品）先采用透明內(nèi)層袋進(jìn)行包裝，制備成半成品，再進(jìn)行外層袋包裝。

對(duì)于軟包裝袋的脹袋現(xiàn)象已有較多研究，多數(shù)是由于微生物污染使食品發(fā)生腐敗變質(zhì)，產(chǎn)生大量氣體，因而發(fā)生脹袋[5]。但是發(fā)生脹袋的3個(gè)系列產(chǎn)品，食品均未發(fā)生腐敗、變質(zhì)，內(nèi)層包裝袋均完好無損，未出現(xiàn)脹袋現(xiàn)象，而外層包裝袋發(fā)生脹袋。試驗(yàn)以其中1款酸菜魚調(diào)味料產(chǎn)品為研究對(duì)象，從微生物因素和非微生物因素2個(gè)方面研究外層包裝袋的脹袋原因及機(jī)理，并通過實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，解決三大系列產(chǎn)品的脹袋問題。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

酸菜（四川盈棚食品有限公司）；酸菜內(nèi)層袋（材質(zhì)為KPA/PE，河北永新包裝有限公司）；酸菜外層袋（材質(zhì)為BOPP/VMPET/PE，呼和浩特市東程科技包裝制品有限公司）。

1.2 主要儀器和設(shè)備

全自動(dòng)給袋式真空包裝機(jī)（瑞安市瑞志機(jī)械有限公司）；UTW自動(dòng)包裝機(jī)（青島優(yōu)耐特包裝機(jī)械有限公司）；SW-CJ-LFD超凈臺(tái)（上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）；LDZF-50L立式高壓蒸汽滅菌鍋（上海申安醫(yī)療器械廠）；ME104分析天平（梅特勒-托利多儀器有限公司）；DHG-9055A數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）。

1.3 方案設(shè)計(jì)

1.3.1 樣品制備

步驟1：220 g酸菜固形物，加40 g酸菜汁，采用全自動(dòng)真空灌裝設(shè)備，進(jìn)行透明內(nèi)層袋抽真空包裝，制成的酸菜半成品，分別進(jìn)行121 ℃高壓蒸汽滅菌20 min、75%酒精浸泡消毒2 min、無菌水清洗2 min，采用鼓風(fēng)干燥箱30 ℃將樣品吹干（至前后2次質(zhì)量差＜0.2 mg），制備得到不同處理?xiàng)l件下的半成品，同時(shí)不進(jìn)行處理的樣品作為空白對(duì)照組[6]。

步驟2：試驗(yàn)制備得到的半成品分別采用自動(dòng)包裝機(jī)進(jìn)行外層袋包裝，對(duì)應(yīng)外層包裝袋分別經(jīng)過121℃高壓蒸汽滅菌20 min、75%酒精浸泡消毒2 min、無菌水清洗2 min、不處理，30 ℃鼓風(fēng)干燥將樣品吹干，得到高壓蒸汽滅菌A組樣品、酒精消毒A組樣品、清水清洗A組樣品、對(duì)照A組樣品，同時(shí)外袋采用不同方式處理后添加10 mL無菌水進(jìn)行包裝得到的樣品設(shè)置為B組。詳見表1。

表1 樣品制備步驟

1.3.2 影響脹袋的微生物因素確定

對(duì)照組A、高壓蒸汽滅菌組A、酒精消毒組A、純凈水清洗組A，放置于自然光照條件下，每隔7 d進(jìn)行外袋表面和內(nèi)袋涂抹，涂抹方法參考侯曉君等[7]的方法，檢測(cè)酵母菌、乳酸菌、菌落總數(shù)，連續(xù)檢測(cè)4次，同時(shí)觀察樣品脹袋程度，統(tǒng)計(jì)染菌率與脹袋率，確定引起產(chǎn)品脹袋的微生物因素。

1.3.3 影響脹袋的非微生物因素確定

將B組樣品，放置于自然光照條件下，觀察樣品脹袋程度，確定引起產(chǎn)品脹袋的非微生物因素。

1.3.4 微生物的測(cè)定方法

1.3.4.1 酵母菌的測(cè)定

參考GB 4789.15—2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 霉菌和酵母計(jì)數(shù)》[8]。

1.3.4.2 乳酸菌含量測(cè)定

參考GB 4789.35—2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 乳酸菌檢驗(yàn)》[9]。

1.3.4.3 菌落總數(shù)的測(cè)定

參考GB 4789.2—2016《食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測(cè)定》[10]。

1.3.5 染菌率和漲袋率的統(tǒng)計(jì)方法

染菌率（X）統(tǒng)計(jì)方法如式（1）所示。

式中：y為染菌的樣本量；Y為送檢樣品總數(shù)。

漲袋率（A）統(tǒng)計(jì)方法如式（2）所示。

式中：n為漲袋樣品數(shù)量；N為總樣品數(shù)量。

1.3.6 數(shù)據(jù)分析

所有試驗(yàn)重復(fù)3次，每個(gè)處理做10個(gè)平行樣，試驗(yàn)結(jié)果取平均值，采用Microsoft Excel 2015對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 影響脹袋的微生物因素確定

對(duì)于食品的脹袋現(xiàn)象已有較多研究，多數(shù)是由于微生物污染使食品發(fā)生腐敗變質(zhì)，產(chǎn)生氣體，而發(fā)生脹袋[11-12]。發(fā)生脹袋的酸菜魚產(chǎn)品，食品（酸菜）均未發(fā)生腐敗變質(zhì)，且內(nèi)層包裝袋均未發(fā)生脹袋，只有外層包裝袋發(fā)生脹袋。

因此，脹袋并非食品本身微生物污染導(dǎo)致，分析污染菌主要來源有2個(gè)方面：一方面可能是由于酸菜半成品生產(chǎn)過程中，酸菜汁中攜帶的微生物淋沾在內(nèi)包裝袋表面導(dǎo)致污染菌；另一方面是裸露在空氣中的包材（內(nèi)、外）自然攜帶的微生物導(dǎo)致。試驗(yàn)通過涂抹對(duì)內(nèi)包裝袋外表面、外包裝袋內(nèi)表面進(jìn)行染菌率監(jiān)測(cè)，研究?jī)?nèi)、外袋染菌對(duì)脹袋的影響。結(jié)果詳見表2。

從表2可以看出，與對(duì)照組相比，半成品和外袋分別經(jīng)過純凈水清洗、酒精消毒、高壓蒸汽滅菌處理，染菌率明顯減少，且呈現(xiàn)不斷下降趨勢(shì)，采用高壓蒸汽滅菌、酒精消毒、純凈水清洗后，染菌率分別下降86.6%～100%，20%～26%和23.3%～33.3%。

但在不同染菌率條件下，脹包率均為0，脹包率與染菌率沒有相關(guān)關(guān)系。對(duì)照組樣品也未發(fā)生脹袋現(xiàn)象，與前期流通產(chǎn)品30%左右的脹袋率不符，對(duì)照組樣品與市場(chǎng)流通樣品，唯一區(qū)別是對(duì)照組樣品經(jīng)過低溫鼓風(fēng)干燥處理，推測(cè)導(dǎo)致外袋脹袋的原因并非微生物引起。

2.2 影響脹袋的非微生物因素確定

導(dǎo)致密封包裝材料脹袋的非微生物因素可能有為：（1）袋內(nèi)空氣熱脹冷縮導(dǎo)致；（2）袋內(nèi)水蒸氣受熱汽化導(dǎo)致。通過試驗(yàn)觀察包裝材料內(nèi)密封空氣的A組樣品和包裝材料內(nèi)密封水蒸氣的B組樣品，驗(yàn)證導(dǎo)致漲袋非微生物作用。

從表3可以看出，與A組樣品相比較，添加蒸餾水的B組樣品，在光照條件下均發(fā)生不同程度脹袋現(xiàn)象，因此推測(cè)產(chǎn)品脹袋現(xiàn)象可能與袋內(nèi)水分高有關(guān)。多次溫度的冷熱變換會(huì)導(dǎo)致包材漲袋，這可能與水蒸氣分壓有關(guān)[13]。

表2 染菌率及脹包率統(tǒng)計(jì)

表3 A、B組脹包率統(tǒng)計(jì)

部分漲袋的樣品微生物指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果如表4所示。可以看出，脹袋率100%的高壓蒸汽滅菌B組樣品，酵母菌、乳酸菌、菌落總數(shù)檢測(cè)結(jié)果均小于10，根據(jù)微生物計(jì)數(shù)的報(bào)告原則，若所有稀釋度（包括液體樣品原液）平板均無菌落生長(zhǎng)，則以小于1乘以最低稀釋倍數(shù)計(jì)算。可以認(rèn)為半成品和外袋經(jīng)過高壓蒸汽滅菌后，幾乎是處于完全無菌狀態(tài)，由此進(jìn)一步驗(yàn)證2.1的結(jié)論，導(dǎo)致產(chǎn)品外袋脹袋的原因并非微生物引起。

表4 漲袋樣品微生物涂抹結(jié)果

2.3 影響脹袋的非微生物因素驗(yàn)證

產(chǎn)品在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于自動(dòng)化包裝有時(shí)會(huì)存在封合不嚴(yán)、漏料、夾料等現(xiàn)象，導(dǎo)致半成品表面可能會(huì)污染料液，料液中的水分是導(dǎo)致產(chǎn)品脹袋的根本原因。因此，進(jìn)一步以酸菜魚產(chǎn)品為對(duì)象，在生產(chǎn)過程中進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。

酸菜魚產(chǎn)品生產(chǎn)工藝：220 g酸菜固形物，加40 g酸菜汁，采用全自動(dòng)真空灌裝設(shè)備，進(jìn)行透明內(nèi)層袋抽真空包裝，制成酸菜半成品。采用自動(dòng)包裝機(jī)將半成品進(jìn)行外層袋包裝即為產(chǎn)品，將車間正常生產(chǎn)包裝的產(chǎn)品設(shè)置為A組。在生產(chǎn)工藝過程中添加酸菜半成品低溫鼓風(fēng)干燥環(huán)節(jié)，設(shè)置為B組，放置于光照條件下，統(tǒng)計(jì)30 d的脹袋率，每組產(chǎn)品留樣100袋，結(jié)果見表5。

隨著溫度升高，水分的飽和蒸汽壓呈現(xiàn)不斷上升趨勢(shì)[14]。溫度由0 ℃增加到40 ℃時(shí)，水蒸氣飽和蒸汽壓可以從0.61 p/kPa上升到7.38 p/kPa，增加12.10倍[15]。因此，推測(cè)對(duì)于密封軟包裝產(chǎn)品，袋體內(nèi)本身水分較高時(shí)，在流通銷售過程中遇到高溫條件，袋內(nèi)會(huì)產(chǎn)生較大的蒸汽壓，這是造成其脹袋的根本原因。

表5 酸菜魚產(chǎn)品脹袋結(jié)果

3 結(jié)論及建議

以實(shí)際生產(chǎn)、銷售過程中，三大系列產(chǎn)品發(fā)生外層包裝袋脹包問題為研究背景，以脹袋率較高的酸菜魚產(chǎn)品為研究對(duì)象，通過單因素試驗(yàn)，從微生物因素和非微生物因素2個(gè)方面研究外層包裝袋的脹袋原因及機(jī)理。

結(jié)果顯示，外袋脹包的原因，并非是普遍研究認(rèn)為的微生物污染使食品發(fā)生腐敗變質(zhì)，產(chǎn)生大量氣體，進(jìn)而引發(fā)脹袋。而袋內(nèi)水分高、濕度大，是引起外袋脹袋的真正原因。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，將袋內(nèi)水分進(jìn)行烘干處理，脹袋率由原來的33%下降到0，效果非常顯著。同時(shí)，在實(shí)際生產(chǎn)工藝過程，對(duì)袋內(nèi)濕度進(jìn)行嚴(yán)格管控，三大系流通產(chǎn)品脹袋率接近0。

隨著化工技術(shù)與材料科學(xué)發(fā)展，用于食品的包裝材料不斷進(jìn)步，對(duì)包裝材料的要求不斷提高。對(duì)于系列密封軟包裝產(chǎn)品，內(nèi)袋濕度大會(huì)出現(xiàn)脹袋問題，可能會(huì)引起客戶對(duì)產(chǎn)品變質(zhì)的疑慮進(jìn)而引發(fā)投訴，可見此類包裝材料在實(shí)際使用過程中還存在一定缺陷。通過試驗(yàn)研究，為包裝材料行業(yè)的進(jìn)一步深入研究提供更多思路。