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氣調(diào)性包裝特殊薄膜的透氧率測定
氣調(diào)性包裝特殊薄膜的透氧率測定
Determine the Oxygen Transmission Rate through
Films with Modified Environment Package Applications
Georgia Gu 美國MOCON（膜康）公司研究員
前言
隨著生活節(jié)奏的加快, 人們?nèi)找嬲J(rèn)識到包裝對食品保險的重要性。為了提高產(chǎn)品貨架壽命, 人們竟相發(fā)明了各種特殊包裝材料及包裝系統(tǒng)。用于新鮮蔬菜的氣調(diào)性包裝就是其中之一。我們知道保持水份是蔬菜保鮮的關(guān)鍵, 聚烯烴薄膜通常是很好的水阻隔材料, 采用聚烯烴薄膜為基本材料應(yīng)該是很好的選擇。但蔬菜保鮮的另一問題是它們需要氧氣, 排出二氧化碳，也即它們存在呼吸作用,這就要求使用高氧氣透過率的薄膜。雖然聚烯烴薄膜本身具較高的氧氣透過率(Oxygen Transmission Rate,簡稱OTR, 透氧率)，但對于蔬菜來說依然是不夠的。通過在薄膜上激光打孔來增加透氧率,可以滿足蔬菜呼吸作用需要的環(huán)境 。
本文以MOCON（膜康）幫助某蔬菜公司選擇合適的薄膜用作蔬菜包裝袋材料為例，介紹了如何用MOCON Ox -Tran 透氧測試儀來測定普通薄膜和經(jīng)激光打孔的薄膜的透氧率。
實(shí)驗(yàn)儀器及方法
整個課題分兩步進(jìn)行。一開始，該蔬菜公司提供了五種初選薄膜樣品，要求MOCON測試它們透氧率，然后從中挑出三種進(jìn)行激光打孔加工。第二步是測定打孔后的薄膜的透氧率?！?BR>
五種初選薄膜樣品的透氧率實(shí)驗(yàn)是在美國MOCON 公司的氧氣滲透測試儀OX-TRAN® Model 2/21系統(tǒng)上完成的。OX-TRAN® Model 2/21符合ASTM D3985,實(shí)驗(yàn)過程遵守等壓法原理，用樣品在透氣室分隔成兩個獨(dú)立的氣流系統(tǒng)，一側(cè)為流動的待測氣體（可以是純氧氣或含氧氣的混合氣體，可以設(shè)定相對濕度），另一側(cè)為流動的氮?dú)庖员３盅鯕夂繛榱恪Ｔ嚇觾蛇叺目倸鈮合嗟?，但氧氣的分壓不同，在氧氣的濃度差作用下，氧氣透過薄膜。通過薄膜的氧氣分子在氮?dú)饬鞯妮d運(yùn)下送電量分析傳感器(特制的庫倫傳感器)中，電量分析傳感器能地測量出氮?dú)饬髦兴难鯕饬浚瑥亩嬎愠霾牧系难鯕馔高^率。儀器在整個測試過程中對溫度、相對濕度、壓力控制。
OX-TRAN® Model 2/21儀器有三種分型號，用相同的原理進(jìn)行測試， 差別在于測試范圍。例如,MOCON Ox -Tran Model 2/21-L型適合于高阻隔低透氧薄膜材料的測試，MOCON Ox -Tran Model 2/21-T型適合于高阻隔低透氧薄膜材料的測試，范圍見表1。
表1. MOCON Ox- Tran 2/21各分型號測試范圍
MOCON Ox -Tran 2/21 測試面積 cc/(m2＊day) cc/(package＊day)
L型 不使用面罩，50cm2 0.005-200 0.000025 -1.0
使用面罩， 5 cm2 0.05-2,000
H型 不使用面罩, 50 cm2 0.05-200 0.00025-1.0
使用面罩, 5 cm2 0.5-2,000
T型 不使用面罩, 100 cm2 775-155,000 3.875-1,550
圖1. OX-TRAN® Model 2/21原理圖 圖2. OX-TRAN® Model 2/21外觀
對五種初選薄膜樣品在上述H型和T型儀器上進(jìn)行了透氧率測試后,該蔬菜公司從中選出三種具較高透氧率的樣品，經(jīng)激光打孔后繼續(xù)送MOCON進(jìn)一步測定。測試含微孔的薄膜是對通常測試方法的挑戰(zhàn)。這里我們必須采用一種特殊的測試方法，在MOCON Ox -Tran 2/21-T型儀器上對打孔薄膜材料進(jìn)行了測試。選擇的是一片在測試面積100 cm2中含有4個微孔的樣品?；痉椒ㄊ前岩黄创蚩妆∧づc一片含微孔薄膜疊在一起測試得到OTR總和，利用之前已獲得的未打孔薄膜的OTR無孔，用下列數(shù)學(xué)公式推算出OTR含孔：
1/OTR總和 = 1/OTR無孔 + 1/OTR含孔
得出OTR含孔 后，其數(shù)值與OTR無孔數(shù)值 之差為4微孔貢獻(xiàn)的透氧量。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論:
在實(shí)驗(yàn)過程中，控制測試溫度在10?C，使用100%純氧 。表2 陳列了五種樣品的透氧率，從表2看出薄膜 D和薄膜 E的透氧率太低，不適合做蔬菜的保鮮袋。篩選后經(jīng)打孔的三種材料的透氧率列于表3。
表2. 五種初選薄膜樣品的透氧率
樣品 透氧率 cc /（m2＊day)
薄膜 A 1070
薄膜 B 1010
薄膜 C 1130
薄膜 D 10.31
薄膜 E 8.77
表3. 含微孔薄膜的透氧率以及微孔對透氧量的貢獻(xiàn)
樣品 透氧率 cc / （m2 ＊day) 透氧率 cc / （4孔＊day)
（測試面積100 m2內(nèi)含4微孔） 估算4微孔對OTR 的貢獻(xiàn)
薄膜 A 6150 5080
薄膜 B 6230 5220
薄膜 C 6300 5170
有了從表3得到的估算4微孔對OTR 的貢獻(xiàn)，以及之前獲得的薄膜本身透氧率，現(xiàn)在該蔬菜公司可以開始設(shè)計包裝袋了。根據(jù)不同蔬菜的對氧氣的需求量，廠家可以通過增加或減少袋子上微孔的數(shù)量來滿足各種蔬菜呼吸作用所需要的環(huán)境。
對本文提及的有關(guān)儀器感興趣的朋友可以向MOCON公司中國代理北京丹貝爾儀器有限公司(http://www.danbell.com)提出