食品(pin)包(bao)裝材(cai)料(liao)透氣(qi)及(ji)透濕測試儀阻(zu)隔(ge)性(xing)上的應(ying)用(yong)

     阻(zu)隔(ge)性(xing)能是(shi)指(zhi)包(bao)裝(zhuang)材料(liao)對氣(qi)體(ti)、液體等滲(shen)透物(wu)的阻(zu)隔(ge)作(zuo)用(yong)。阻(zu)隔(ge)性(xing)能測試包括對(dui)氣(qi)體(ti)（氧(yang)氣(qi)、氮氣、二(er)氧(yang)化(hua)碳等）與水(shui)蒸(zheng)氣透(tou)過(guo)性(xing)能測試。阻(zu)隔(ge)性(xing)能是(shi)影響產(chan)品在(zai)貨架期(qi)內質量的(de)重(zhong)要(yao)因素，也是分(fen)析(xi)貨架期(qi)的重(zhong)要(yao)參考(kao)，通(tong)過(guo)該(gai)項檢(jian)測能解(jie)決(jue)由(you)於(yu)對氧(yang)氣(qi)或水(shui)蒸(zheng)氣敏(min)感而(er)產(chan)生(sheng)的氧(yang)化(hua)變(bian)質、受(shou)潮(chao)黴變(bian)等問(wen)題。

1、氧(yang)氣(qi)透過(guo)率檢(jian)測方(fang)法(fa)的比(bi)較(jiao)：目前(qian)分壓(ya)差法(fa)及等(deng)壓(ya)庫(ku)倫法(fa)

   導(dao)致(zhi)食品(pin)變(bian)質的因(yin)素主(zhu)要(yao)有微生(sheng)物(wu)生(sheng)長、酶(mei)反應(ying)、油脂(zhi)、色素和(he)維(wei)生(sheng)素等(deng)的(de)氧(yang)化(hua)、香味散(san)失(shi)及異味(wei)吸附等(deng)。為(wei)了(le)延長(chang)食品(pin)貨(huo)架期(qi), 要求包(bao)裝(zhuang)材料(liao)具有壹定(ding)的(de)阻(zu)隔(ge)性(xing)能, 裝(zhuang)材(cai)料(liao)的氣(qi)體(ti)透過(guo)量(liang)越大(da), 其阻(zu)隔(ge)性(xing)越(yue)差。

目前, 對(dui)食品(pin)包(bao)裝材(cai)料(liao)氣體(ti)阻(zu)隔(ge)性(xing)的(de)檢(jian)測依據是國(guo)家(jia)標(biao)準 GB/T 1038-2000《塑料(liao)薄膜(mo)和(he)薄(bo)片(pian)氣(qi)體(ti)透(tou)過(guo)性(xing)試驗方(fang)法(fa) 壓差法(fa)》和(he) GB/T19789-2005《塑(su)料(liao)薄膜(mo)和(he)薄(bo)片(pian)氣(qi)體(ti)透(tou)過(guo)性(xing)試驗方(fang)法(fa) 庫(ku)侖(lun)計(ji)檢(jian)測法(fa)》。

 1.1原理(li)比(bi)較(jiao)

壓差法(fa)的原(yuan)理(li)是試樣將(jiang)氣(qi)室(shi)分(fen)為(wei)高壓(ya)和(he)低(di)壓(ya) 2部(bu)分, 試樣密封(feng)後(hou)用(yong)真空泵(beng)將(jiang)低(di)壓(ya)室(shi)內的(de)空氣(qi)抽(chou)到接(jie)近零(ling)值(zhi)。用(yong)測壓計(ji)測量低(di)壓(ya)室(shi)內的(de)壓(ya)力(li)增(zeng)量△p, 可(ke)確(que)定(ding)氧(yang)氣(qi)由高壓(ya)室(shi)透(tou)過(guo)膜(mo)到低(di)壓(ya)室(shi)的(de)以(yi)時(shi)間(jian)為(wei)函(han)數(shu)的(de)氣(qi)體(ti)量, 氧(yang)氣(qi)透過(guo)量(liang)和(he)氧(yang)氣(qi)透過(guo)系數(shu)可(ke)由(you)儀器(qi)計(ji)算得到。

而(er)庫(ku)侖(lun)計(ji)檢(jian)測法(fa)雖然(ran)也是用(yong)試樣將(jiang)透(tou)氣(qi)室(shi)分(fen)成2 部(bu)分, 但是在試樣的壹側通氧(yang)氣(qi), 另壹側(ce)通(tong)氮氣(qi)作(zuo)為(wei)載(zai)氣(qi)。透(tou)過(guo)試樣的氧(yang)氣(qi)隨(sui)氮(dan)氣壹起進(jin)入庫(ku)侖(lun)計(ji)中進(jin)行(xing)化學(xue)反應(ying)並(bing)產(chan)生(sheng)電(dian)壓(ya), 該電(dian)壓(ya)與單位(wei)時(shi)間(jian)內通(tong)過(guo)庫(ku)侖(lun)計(ji)的(de)氧(yang)氣(qi)數(shu)成正比(bi), 從而(er)計(ji)算得出氧(yang)氣(qi)透過(guo)率和(he)氧(yang)氣(qi)透過(guo)系數(shu)。

1.2優(you)缺點(dian)及(ji)適(shi)用(yong)性(xing)比(bi)較(jiao)

壓差法(fa)和(he)庫(ku)侖(lun)計(ji)法(fa)的測試原理(li)和(he)測試條件(jian)不(bu)同,結果(guo)的單位(wei)也不相(xiang)同(壓(ya)差法(fa)的單位(wei)是 cm3/(m2·24 h·0.1 MPa), 而(er)庫(ku)侖(lun)計(ji)法(fa)的單位(wei)是 cm3/(m2·d)), 而(er)且(qie)壓(ya)差法(fa)的測定(ding)數(shu)值(zhi)並(bing)非(fei)壹定(ding)大(da)於(yu)庫(ku)侖(lun)計(ji)法(fa)[7]。

壓差法(fa)設備(bei)自(zi)動化程度(du)高, 操(cao)作比(bi)較(jiao)簡單, 出(chu)現(xian)故(gu)障(zhang)也容易(yi)排查和(he)解(jie)決(jue)。庫(ku)侖(lun)計(ji)法(fa)的操(cao)作(zuo)則較(jiao)為(wei)復(fu)雜, 多(duo)處需要(yao)人(ren)工(gong)幹(gan)預(yu), 試驗中的(de)註(zhu)意事項(xiang)更(geng)多, 特別是(shi)庫(ku)侖(lun)計(ji)是(shi)消(xiao)耗(hao)型(xing)傳感(gan)器(qi), 其前(qian)後(hou)端的(de)閥門打開的(de)順(shun)序(xu)和(he)時(shi)間(jian)有嚴格(ge)要(yao)求, 若(ruo)操(cao)作不當, 極(ji)易(yi)造(zao)成傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)消(xiao)耗(hao)和(he)損(sun)壞(huai)。此外(wai), 庫(ku)侖(lun)計(ji)法(fa)設備(bei)需定(ding)期(qi)更(geng)換(huan)高(gao)純(chun)氮(dan)氣、氧(yang)氣(qi)和(he)傳(chuan)感(gan)器(qi), 維(wei)護(hu)保養難度(du)更(geng)大。

由(you)於(yu)壓差法(fa)需要(yao)控(kong)制溫濕(shi)度(du)和(he)壓(ya)力(li), 因(yin)此(ci)需要(yao)定(ding)期(qi)校準溫濕(shi)度(du)控(kong)制器(qi)和(he)測壓計(ji)。而(er)庫(ku)侖(lun)計(ji)法(fa)需要(yao)對(dui)溫濕(shi)度(du)、上下腔氣(qi)流(liu)量(liang)和(he)庫(ku)侖(lun)計(ji)進(jin)行控(kong)制, 因此(ci)要(yao)定(ding)期(qi)對溫濕(shi)度(du)控(kong)制器(qi)、上下腔氣(qi)體(ti)流(liu)量計(ji)和(he)庫(ku)侖(lun)計(ji)進(jin)行校準[7]。在成本(ben)上, 壓差法(fa)需要(yao)較(jiao)少的(de)氧(yang)氣(qi), 並(bing)且(qie)傳感器(qi)無損耗, 正常(chang)情(qing)況(kuang)下無需更(geng)換(huan)。而(er)庫(ku)侖(lun)計(ji)法(fa)需要(yao)大(da)量(liang)的(de)高純(chun)氮(dan)氣和(he)氧(yang)氣(qi), 並(bing)且(qie)傳感器(qi)有損耗(hao), 需要(yao)定(ding)期(qi)更(geng)換(huan)。因(yin)此, 庫(ku)侖(lun)計(ji)法(fa)的成本(ben)遠(yuan)高(gao)於(yu)壓差法(fa)。

在精準性(xing)上, 雖然(ran)庫(ku)侖(lun)計(ji)法(fa)的傳(chuan)感(gan)器(qi)損(sun)耗(hao)大, 需要(yao)定(ding)期(qi)校正甚(shen)至更(geng)換(huan), 但其精準性(xing)要(yao)高(gao)於(yu)壓差法(fa)。由於(yu)庫(ku)侖(lun)計(ji)法(fa)中使(shi)用(yong)的(de)是(shi)高(gao)純(chun)氮(dan)氣和(he)氧(yang)氣(qi), 並(bing)需要(yao)經(jing)常(chang)校正傳感(gan)器(qi), 因(yin)而(er)該(gai)法(fa)中的(de)每(mei)個步(bu)驟的誤(wu)差相(xiang)對較(jiao)低(di), 因(yin)此(ci)該(gai)法(fa)的精準性(xing)更(geng)高。

目(mu)前(qian), 國(guo)內使(shi)用(yong)較(jiao)多的(de)是基(ji)於(yu)壓差法(fa)的國(guo)家(jia)標(biao)準, 但由於(yu)庫(ku)侖(lun)計(ji)法(fa)的精準性(xing)高(gao)於(yu)壓差法(fa), 因此(ci)美(mei)國(guo)等壹些(xie)其他國家(jia)普遍采(cai)用(yong)的(de)是(shi)基(ji)於(yu)庫(ku)侖(lun)計(ji)法(fa)的標(biao)準。

2、水(shui)蒸(zheng)氣透(tou)過(guo)率檢(jian)測方(fang)法(fa)的比(bi)較(jiao)：目前(qian)分為(wei)杯式(shi)法(fa)稱重(zhong)法(fa)、電(dian)解(jie)法(fa)及紅(hong)外(wai)法(fa)水(shui)蒸(zheng)氣透(tou)過(guo)率測試儀

    食品(pin)包(bao)裝材(cai)料(liao)的水(shui)蒸(zheng)氣阻(zu)隔(ge)性(xing)也是衡(heng)量該(gai)包裝材(cai)料(liao)阻(zu)隔(ge)性(xing)的(de)重(zhong)要(yao)依據。例如(ru), 大米(mi)中適(shi)量(liang)的水(shui)分是(shi)維(wei)持(chi)其正常(chang)生(sheng)命(ming)活(huo)動(dong)和(he)保持(chi)固有色、香、味等(deng)食用(yong)品(pin)質所必(bi)需的(de), 過(guo)量(liang)的水(shui)分會(hui)促進(jin)大米(mi)內微生(sheng)物(wu)的生(sheng)長和(he)繁(fan)殖, 失(shi)水(shui)則會導(dao)致(zhi)大(da)米(mi)爆裂(lie)。因(yin)此在(zai)貯運過(guo)程(cheng)中因(yin)環(huan)境(jing)因素的(de)影響而(er)造(zao)成的(de)大(da)米(mi)失(shi)水(shui)或吸水(shui)會嚴(yan)重(zhong)影響大米(mi)的品(pin)質和(he)貨(huo)架壽命(ming)。通(tong)常(chang)情(qing)況(kuang)下, 采(cai)用(yong)水(shui)蒸(zheng)氣透(tou)過(guo)系數(shu)和(he)水(shui)蒸(zheng)氣透(tou)過(guo)量(liang)來(lai)評(ping)價(jia)包(bao)裝(zhuang)材料(liao)的水(shui)蒸(zheng)氣阻(zu)隔(ge)性(xing)。水(shui)蒸(zheng)氣透(tou)過(guo)系數(shu)是(shi)指(zhi)在(zai)恒定(ding)的(de)溫濕(shi)度(du)、單位(wei)時(shi)間(jian)及水(shui)蒸(zheng)氣壓(ya)差下, 透(tou)過(guo)單位(wei)厚(hou)度(du)和(he)面(mian)積(ji)試樣的水(shui)蒸(zheng)氣量(liang); 而(er)水(shui)蒸(zheng)氣透(tou)過(guo)量(liang)是指(zhi)在恒(heng)定(ding)的(de)溫濕(shi)度(du)下, 且(qie)水(shui)蒸(zheng)氣壓(ya)差和(he)試樣厚(hou)度(du)壹定(ding), 每(mei)平(ping)米(mi)試樣在 24 h 內透(tou)過(guo)的(de)水(shui)蒸(zheng)氣量(liang)。

目前(qian), 國內檢(jian)測包裝材料(liao)的水(shui)蒸(zheng)氣阻(zu)隔(ge)性(xing)的(de)主(zhu)要(yao)方(fang)法(fa)有 GB/T 26253-2010《塑料(liao)薄膜(mo)和(he)薄(bo)片(pian)水(shui)蒸(zheng)氣透(tou)過(guo)率的測定(ding) 紅(hong)外(wai)檢(jian)測器(qi)法(fa)》和(he)GB/T 21529-2008《塑(su)料(liao)薄膜(mo)和(he)薄(bo)片(pian)水(shui)蒸(zheng)氣透(tou)過(guo)率的測定(ding) 電(dian)解(jie)傳(chuan)感(gan)器(qi)法(fa)》。

2.1原理(li)比(bi)較(jiao)

紅外(wai)檢(jian)測器(qi)法(fa)是讓(rang)樣品(pin)將(jiang)測試腔隔(ge)為(wei) 2 腔。壹(yi)邊(bian)為(wei)低(di)濕(shi)腔, 另(ling)壹(yi)邊(bian)為(wei)高濕(shi)腔, 裏(li)面(mian)充(chong)滿水(shui)蒸(zheng)氣且(qie)溫度(du)已(yi)知。由於(yu)存在壹(yi)定(ding)的(de)濕度(du)差, 水(shui)蒸(zheng)氣從高(gao)濕腔通(tong)過(guo)樣(yang)品滲(shen)透到低(di)濕(shi)腔, 由(you)載(zai)氣(qi)傳(chuan)送到紅外(wai)檢(jian)測器(qi)產(chan)生(sheng)壹定(ding)量(liang)的電(dian)信(xin)號, 當試驗達(da)到穩定(ding)狀態後, 通過(guo)輸(shu)出的(de)電(dian)信(xin)號計(ji)算出樣品的(de)水(shui)蒸(zheng)氣透(tou)過(guo)率。

電(dian)解(jie)傳(chuan)感(gan)器(qi)法(fa)是把(ba)試樣裝夾到滲透(tou)腔內後(hou), 將(jiang)滲(shen)透(tou)腔分(fen)成幹(gan)腔和(he)濕(shi)腔(濕(shi)度(du)可調(tiao))。在幹(gan)腔中有幹(gan)燥的載(zai)氣(qi)流(liu)通過(guo),從濕(shi)腔透(tou)過(guo)試樣的水(shui)蒸(zheng)氣由(you)載(zai)氣(qi)攜(xie)帶到電(dian)解(jie)池(chi)內 。電(dian)解(jie)池(chi)內有 2 個螺旋(xuan)形金(jin)屬(shu)電(dian)極(ji), 電(dian)極(ji)表(biao)面塗(tu)有五(wu)氧(yang)化(hua)二(er)磷(lin)。載(zai)氣(qi)攜(xie)帶的(de)水(shui)蒸(zheng)氣被(bei)五(wu)氧(yang)化(hua)二(er)磷(lin)定(ding)量(liang)地吸收(shou), 並(bing)通(tong)過(guo)給電(dian)極(ji)施加壹定(ding)的(de)直流電(dian)壓(ya), 將(jiang)水(shui)蒸(zheng)氣電(dian)解(jie)成氫氣和(he)氧(yang)氣(qi)。根據電(dian)解(jie)電(dian)流(liu)的數(shu)值(zhi), 計(ji)算單位(wei)時(shi)間(jian)內透(tou)過(guo)單位(wei)面積(ji)試樣的水(shui)蒸(zheng)氣量(liang)。

可見(jian), 2種(zhong)方(fang)法(fa)都(dou)是(shi)利用(yong)試樣將(jiang)濕(shi)腔分(fen)為(wei) 2部(bu)分, 壹(yi)高壹(yi)低(di)或(huo)壹(yi)濕(shi)壹幹(gan), 使(shi)得(de)水(shui)蒸(zheng)氣從較(jiao)濕的(de)壹側(ce)透(tou)過(guo)到較(jiao)幹(gan)的(de)壹側(ce), 並(bing)記錄(lu)相(xiang)應(ying)數(shu)值(zhi)以(yi)計(ji)算終數(shu)值(zhi)。不(bu)同(tong)之(zhi)處在於(yu) 2 種(zhong)方(fang)法(fa)所使(shi)用(yong)的(de)檢(jian)測器(qi)不(bu)同(tong), 紅外(wai)檢(jian)測器(qi)法(fa)是用(yong)紅(hong)外(wai)檢(jian)測器(qi)直(zhi)接(jie)檢(jian)測水(shui)蒸(zheng)氣攜(xie)帶的(de)電(dian)信(xin)號計(ji)算數(shu)值(zhi), 而(er)電(dian)解(jie)傳(chuan)感(gan)器(qi)法(fa)則是檢(jian)測通過(guo)五(wu)氧(yang)化(hua)二(er)磷(lin)定(ding)量(liang)吸收(shou)的水(shui)分所(suo)產(chan)生(sheng)的電(dian)信(xin)號計(ji)算數(shu)值(zhi)。

2.2優(you)缺點(dian)及(ji)適(shi)用(yong)性(xing)比(bi)較(jiao)

紅外(wai)檢(jian)測器(qi)法(fa)的試驗步(bu)驟相(xiang)對簡單, 只(zhi)需要(yao)使(shi)用(yong)參考(kao)膜(mo)進行(xing)儀器(qi)校正, 並(bing)通(tong)載(zai)氣(qi)測零(ling)點(dian)漂(piao)移(yi)值(zhi)就可進(jin)行(xing)正常(chang)檢(jian)測。而(er)電(dian)解(jie)傳(chuan)感(gan)器(qi)法(fa)的測試過(guo)程(cheng)相(xiang)對復(fu)雜, 需要(yao)將(jiang)盛有合適(shi)濃度(du)的硫(liu)酸溶液或(huo)蒸(zheng)餾(liu)水(shui)或飽和(he)鹽(yan)溶液等(deng)介質的多(duo)孔(kong)盤放(fang)到滲透(tou)腔的(de)濕(shi)腔中, 用(yong)來(lai)形成恒(heng)定(ding)的(de)濕度(du)環(huan)境(jing), 而(er)且(qie)試驗過(guo)程(cheng)中需要(yao)使(shi)用(yong)大(da)量(liang)載(zai)氣(qi), 還需要(yao)向電(dian)解(jie)池(chi)施加直流電(dian)壓(ya), 使(shi)其壹(yi)直(zhi)保持(chi)通電(dian)狀態。

從成本(ben)上說, 2 種(zhong)方(fang)法(fa)都(dou)需要(yao)使(shi)用(yong)幹(gan)燥的載(zai)氣(qi)。紅(hong)外(wai)檢(jian)測器(qi)法(fa)只(zhi)需要(yao)對(dui)參考(kao)膜(mo)進行(xing)校正, 而(er)電(dian)解(jie)傳(chuan)感(gan)器(qi)法(fa)則需要(yao)合適(shi)濃度(du)的溶液提(ti)供合適(shi)的(de)濕度(du)環(huan)境(jing), 並(bing)且(qie)需要(yao)電(dian)解(jie)池(chi)通電(dian), 檢(jian)測成本(ben)明(ming)顯高(gao)於(yu)紅外(wai)檢(jian)測法(fa)。從精確(que)性(xing)角(jiao)度(du)上說, 紅(hong)外(wai)檢(jian)測法(fa)的步(bu)驟比(bi)電(dian)解(jie)傳(chuan)感(gan)器(qi)法(fa)少, 降低(di)了(le)產(chan)生(sheng)誤(wu)差的可能性(xing), 因(yin)此(ci)紅(hong)外(wai)檢(jian)測法(fa)的精準性(xing)更(geng)高。

目(mu)前(qian), 通(tong)常(chang)使(shi)用(yong)基(ji)於(yu)紅外(wai)檢(jian)測器(qi)法(fa)的國(guo)家(jia)標(biao)準對試樣的水(shui)蒸(zheng)氣透(tou)過(guo)率進行(xing)檢(jian)測。

二(er)、阻(zu)隔(ge)性(xing)檢(jian)測在食品(pin)包(bao)裝材(cai)料(liao)中的(de)應(ying)用(yong)

阻(zu)隔(ge)性(xing)能檢(jian)測儀器(qi)在(zai)食品(pin)包(bao)裝材(cai)料(liao)檢(jian)測中的(de)應(ying)用(yong)主(zhu)要(yao)是(shi)針對(dui)不同食品(pin)包(bao)裝材(cai)料(liao)對同(tong)種(zhong)食品(pin)的(de)氧(yang)氣(qi)及水(shui)蒸(zheng)氣的(de)阻(zu)隔(ge)性(xing)進(jin)行(xing)檢(jian)測。

利用(yong)氧(yang)氣(qi)及水(shui)蒸(zheng)氣阻(zu)隔(ge)性(xing)檢(jian)測方(fang)法(fa)研(yan)究了(le)在(zai)相(xiang)對濕(shi)度(du)為(wei) 50%的條件(jian)下, 不(bu)同溫度(du)對 2 種(zhong)不同結構乳(ru)粉(fen)包裝膜(mo)的氧(yang)氣(qi)透過(guo)率的影響和(he) 33 ℃時(shi)不同(tong)濕(shi)度(du)對 2 個(ge)樣品(pin)的氧(yang)氣(qi)透過(guo)率的影響。結果(guo)表明(ming), 在濕(shi)度(du)壹定(ding)的(de)條件(jian)下, 隨(sui)著溫度(du)的升(sheng)高,樣(yang)品的氧(yang)氣(qi)透過(guo)率呈(cheng)升高(gao)趨(qu)勢; 在溫度(du)壹定(ding)的(de)條件(jian)下, 隨(sui)著濕度(du)的上升, 樣(yang)品的(de)氧(yang)氣(qi)透過(guo)率呈(cheng)上升趨(qu)勢。