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[食品触材]奶粉包装材料阻隔性能测试概述 [复制链接]

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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2023-07-14

关键词：奶粉包装材料测试

导语

奶粉作为高脂肪、高蛋白的营养食品，需要采用铝箔复合包装袋等高阻隔包材进行包装储存，并且常以充氮包装或气调包装为主，以保证内部无氧或低氧环境，避免奶粉被氧化变质。
　　然而，包装材料对上述包装形式所充入的氮气或二氧化碳等气体的阻隔性如何，则需要专业的检测仪器及相关检测方法进行监测，从而确保内部气体不易散失。

相关知识

食品包装指生产出来的各种食品，在达到消费者使用之间的装卸、运输、保管、供应或销售的整个流通过程中，保护食品的质量和使用价值，采用适当的材料、容器对产品所进行的技术措施。
　　食品包装材料：指包装、盛放食品或者食品添加剂用的纸、竹、木、金属、搪瓷、陶瓷、塑料、橡胶、天然纤维、化学纤维、玻璃等制品和直接接触食品或者食品添加剂的涂料。
　　食品包装材料性能主要有以下几点：首先是阻隔性能，也就是材料对氧气、水汽的隔离性能，防止食品与氧气接触使食品变质。目前很多食品变质现象都是由于包装材料的阻隔性能不适应所造成的;其次是机械性能。它包括了拉断力、拉伸强度、剥离强度、耐穿刺性多方面;第三是热封性能。由于材料的成分问题，常常出现包装材料的热封性能不稳，表现在材料在同一热封条件下热封强度出现高低变化，导致假封;最后，也是最重要的一点，那就是食品包装材料必须是对人体无害的。
　　食品包装材料选择材料的初级阶段，企业必须对食品包材进行各项性能安全检测。针对不同的食品，材料的要求是有很大的差异。聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺等高分子材料，会因成型工艺，所加助剂等不同而表现出较大差异。此外，具体包装材料还要考虑保护商品的功能、适应陈列展销的要求、还要又环保的要求、考虑包装成本的核算以及回收利用等全方面的因素。
　　食品包装材料是一门很深的学问。对于企业而言，除了健康环保诸类因素以外，还有更多的要求，色彩、图案、卖点、性价比、保鲜、陈列、材质、成本、规格、装运仓储等方面统统都需要涉及到。除此之外，很重要的一点就是要充分考虑到消费者的使用过程中方便和习惯。

奶粉包装材料

金属材料：如铝(铝合金薄板)
　　性能：
　　1.高阻隔性能：可阻隔气、汽、水、油、光等的透过，用于食品包装表现出极好的保护功能，使包装食品有较长的货架寿命。
　　2.优良的机械性能：金属材料具有良好的抗拉、抗压、抗弯强度、韧性及硬度，用作食品包装表现出耐压、耐温湿度变化和耐虫害，包装的食品便于运输和储存;使商品的销售半径大为增加，同时适宜包装机械化、自动化操作，密封可靠，效率高。
　　3.容器成型加工工艺性好：金属具有优良的塑性变形能力，易于制成食品所需要的各种形状的容器。现代金属容器加工技术与设备成熟，生产效率高。
　　4.良好的耐高低温性、导热性及耐热冲击性：金属材料这一特性使其用作食品包装可以适应食品冷热加工、高温杀菌、杀菌后的快速冷却等加工需要。
　　5.包装表面装饰性好：金属具有光泽，可通过表面彩印装饰提供更理想美观的商品形象。
　　6.包装废弃物较易回收处理：金属包装废弃物的易回收处理减少了对环境的污染。同时，它的再回炉再生可节约资源、节省材料。
　　缺点：
　　化学稳定性差、不耐酸碱腐蚀，特别是用其包装高酸性内容物时易被腐蚀，同时金属离子易析出而影响食品风味。
　　塑料：如聚酯(PET)、双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜
　　性能：
　　1.质轻、机械性能好。
　　2.适宜的阻隔性和渗透性。
　　3.化学稳定性好。
　　4.光学性能优良。
　　5.卫生性良好。
　　6.良好的加工性能和装饰性能。
　　缺点：
　　1.封口不良：横封口处，有的两层薄膜，或者四层薄膜，无法达到厚的薄膜封口的温度，易出现漏口。
　　2.夹粉：主要发生在横封封口处，由于包装机与计量螺杆在工作时连续配合不合理或计量螺杆下端的料门设计不合理造成。
　　3.背封白边：背封是两层薄膜封合，主要出现白边或漏铝问题。
　　4.异味：溶剂残留、内层薄膜本身都会产生异味影响食物本身气味。
　　纸类：如单面光食品包装纸
　　性能：
　　1.原料丰富、成本低廉、品种多样、容易形成大批量生产。
　　2.加工性能好、便于复合加工，且印刷性能优良。
　　3.具有一定的机械性能、质量较轻、缓冲性好。
　　4.卫生安全性好。
　　5.用后废弃物可回收利用，无污染。
　　缺点：
　　1.阻隔性低，耐水性差。
　　2.强度较低，尤其是湿强度低。

阻隔性的影响

材料阻隔性是材料对渗透物质的阻碍性能。包装材料的阻隔性是影响产品货架期的主要因素。
　　食品饮料类
　　氧会氧化其营养成分，水能促使褐变反应和色素氧化。
　　材料阻隔性是货架期的决定因素。
　　药品类
　　氧化和水解是药物失效的重要原因，都会引起药物的不稳定性。
　　防氧阻水是货架期计算时必须考虑的因素。
　　化妆品类
　　决定货架期的三个要素：防腐、抗氧和防止气味散失。

文章出自: 世科网

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检测标准

GB/T 21529-2008 塑料薄膜和薄片水蒸气透过率的测定电解传感器法
　　本标准规定了采用电解传感器测定水蒸气透过率的试验方法。适用于快速测定塑料薄膜、薄片以及含有塑料的多层结构材料的水蒸气透过率。
　　GB/T 1037-1988 塑料薄膜和片材透水蒸气性试验方法杯式法
　　本标准规定了在装有干燥剂的试验杯中测定塑料材料的透水蒸汽性。适用于塑料薄膜(包括复合塑料薄膜)、片材和人造革等材料的透水蒸气性的测定。
　　GB/T 1038-2000 塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法压差法
　　本标准规定了用压差法测定塑料薄膜和薄片气体透过量和气体透过系数的试验方法。适用于测定空气或其他试验气体。
　　GB/T 28118-2011 食品包装用塑料与铝箔复合膜、袋
　　本标准规定了食品包装用塑料与铝箔复合膜、袋的缩略语、符号和定义、分类、要求、试验方法、标志、包装、运输和贮存。本标准适用于厚度小于0.25mm使用温度在70℃以下的以塑料、铝箔为基材复合而成，供食品包装用的膜、袋。

奶粉铝箔包装阻隔性能测试意义

　奶粉铝箔包装是采用塑料与铝箔复合膜作为包装袋，具有对O2、H2O高阻隔性以及良好的遮光性。铝箔作为复合膜中间的阻隔层，对O2、CO2、N2、空气、H2O都有较高的阻隔性能，因此含有铝箔的复合膜作为奶粉包装袋时，在23℃、0%RH的标准环境下的氧气透过率(即阻氧性)可达到0.05 cm3/(m2㈢4h〢.1MPa)，在38℃、90%RH环境下的水蒸气透过率(即阻湿性)可达到0.01 g/(m2㈢4h)。但为了延长奶粉保质期并保证奶粉的感官质量，铝箔复合膜袋装奶粉常采用充氮包装或气调包装，以满足奶粉的无氧或低氧存储环境。
　　奶粉充氮包装或气调包装是将奶粉装入包装袋，抽出包装袋内的空气达到预定的真空度后，再充入纯N2或者一定比例的N2、CO2等气体，然后完成封口工序。充氮包装使得奶粉完全处于惰性气体N2的保护中，则杜绝了氧环境对奶粉造成的氧化变质反应;而气调包装中采用的CO2则是为了使奶粉处在酸性环境中，抑制奶粉中大多数需氧菌的生长，其效果是N2的30倍，而且包装内奶粉的水分会与CO2反应形成液态碳酸，使得包装内气体变少，形成微负压，防止涨袋或涨罐的现象发生。但是，如果充氮包装或气调包装对N2或CO2的阻隔性较差，即氮气透过率或二氧化碳透过率较高，则会导致奶粉内部气体成分透出量较大，奶粉易细菌繁殖导致氧化变质等质量问题。对于气调形式的铝箔复合膜包装袋，主要测试在23℃、0%RH标准环境下测试其氮气透过率与二氧化碳透过率，从而验证包装袋对内部N2或CO2的阻隔性如何，亦为乳制品生产企业把控包材质量提供技术指导。

案例分析：

奶粉铝箔包装阻隔性能测试

测试方法：
　　常用的检测方法：
　　气体：压差法(基础方法);等压法(库仑传感器法-商业方法)
　　水蒸气：称重法(基础方法仲裁方法);传感器法(湿度传感器法、红外传感器法、电解传感器法)
　　目前，软塑包装的N2或CO2的阻隔性测试仅有压差法这一种原理方法，相应的压差法测试仪是将试样置于高、低压腔之间，对低压腔抽真空，向高压腔充入一定压力的N2(或CO2)，通过测试低压腔内压力的变化，得到试样的氮气(或二氧化碳)透过率，此方法测试量程较宽，适合高阻隔材料低氮气(或二氧化碳)透过率的检测。
　　目前，国内压差法测试气体透过率(23℃标准测试环境)试验遵循GB 1038-2000《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法压差法》此项国家标准。我们将采用Labthink兰光公司自主研发的VAC-VBS压差法气体渗透仪参考上述标准方法对高阻隔铝箔复合膜包装袋分别进行氮气透过率及二氧化碳透过率试验。
　　测试仪器
　　VAC-VBS压差法气体渗透仪(Labthink兰光)，三腔均值设计，单次试验可测试三个试样的平均值，15℃ ~ 55℃的可控温度范围，测试范围0.1 ~ 100,000 cm3/m2•24h•0.1MPa，测试腔真空度可满足< 20 Pa的高水平要求。该仪器满足ISO 15105-1、ISO 2556、GB/T 1038、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB 00082003多种国家和国际标准，可满足不同温度环境下各种塑料薄膜、片材、金属箔片及各种高阻隔材料等材料的不同气体渗透性测试，可测试气体为O2、N2、CO2、He等无机气体或惰性气体。

　　图2 VAC-VBS压差法气体渗透仪

　　试验原理
　　VAC-VBS采用压差法测试原理，将预先处理好的试样放置在上下测试腔之间，夹紧。打开测试下腔阀，对低压腔(下腔)进行真空处理，然后对整个系统抽真空;当达到规定的真空度后，关闭测试下腔，向高压腔(上腔)充入一定压力的试验气体，使试样两侧形成一个恒定的压差(可调);气体在压差梯度的作用下，由高压侧向低压侧渗透，通过对低压侧压强的监测处理，得出试样的气体透过率。
　　试样装夹
　　在试验腔外表面涂抹一层真空油脂，避免油脂涂在腔体空穴中间圆盘上;在试验腔中的圆盘上放置滤纸后，将裁取的3个已状态调节完毕的试样分别装夹于VAC-VBS压差法气体渗透仪的3个试验腔上，试样应保持平整，不得有皱褶，轻轻按压使试样与真空油脂良好接触，再用试验腔夹紧结构夹紧试样。

　　a. 涂抹完真空油脂后，放置试样

　　b. 夹紧试样

　　图3 试验装夹过程

　　检测过程
　　VAC-VBS为自动化试验仪器，测试过程便捷易操作：
　　将氮气气源接入设备端口。
　　设置参数，将试验温度调整至23℃，将相对湿度调整为0%RH。
　　打开设备软件，设置试验参数，启动试验。试验参数包括控制参数(试验模式、上腔吹洗时间、上腔压力、试验时间、脱气时间等)和试样参数(编号、类型、面积、厚度等)。
　　试验结束、数据处理。
　　关闭气源和电源。
　　将气源换成二氧化碳气体后，按照上述方法，测试样品的二氧化碳透过率。
　　奶粉铝箔复合膜包装袋样品在23℃，0%RH测试条件下的氮气透过率与二氧化碳透过率分别为0.0814 cm3/m2•24h•0.1MPa、0.9203 cm3/m2•24h•0.1MPa，每项试验的3个试样的测试结果相对偏差均小于10%。
　　总结：
　　VAC-VBS压差法气体渗透仪在检测类似奶粉用铝箔复合膜的氮气透过率及二氧化碳透过率时，可获得精确的试验结果，有助于乳制品生产企业监控包装材料对关键性气体的阻隔性能，保证产品质量安全。上述检测仪器及检测方法同样适用于其他材质的软塑包装材料进行O2、CO2、N2、空气等气体阻隔性测试。

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