第二章

真空充氣包裝

（阻氣、氣調技術）

一、定義

二、真空充氣包裝的原理

三、真空充氣包裝的應用——果蔬的保鮮包裝四、真空充氣包裝用材問題第二章真空充氣包裝

（阻氣、氣調11.真空充氣包裝及現狀

它是用脫氣或充氣技術，除去包裝體系中的氧，改善包裝內產品周圍的氣氛，防止或減弱產品化學或生物化學反應發生，從而達到包裝產品目的的一種包裝方法。

它是化學防護包裝的一種方法，是為了防止或減弱產品在流通過程中因化學反應或生物化學反應而發生質量變化所采用的包裝技術方法。化學防護包裝還包括防銹包裝、脫氧劑封存包裝等。真空包裝國外始于40年代，用于火腿、香腸包裝。充氣包裝始于50年代干奶酪包裝，并于70年代得到發展。我國于80年代引入充氣包裝技術，用于茶葉充N2的包裝。近年，我國的真空和充氣包裝技術也已廣泛使用。

1.真空充氣包裝及現狀

它是用脫氣或充氣技術，除去包裝22.定義

真空包裝是將產品裝入氣密性包裝容器，抽出容器內部的空氣，使密封后的容器內達到預定的真空度，然后將包裝密封的一種包裝方法。充氣包裝是指在產品裝入氣密性包裝容器，抽真空（或不抽真空），再充入保護性氣體（一般為N2、CO2），然后將包裝密封的一種包裝方法。

2.定義真空包裝是將產品裝入氣密性包裝容器，抽出容器內部的33.真空充氣包裝的特點優點

食品不用加熱或者冷凍，儲存期長充氣包裝美觀實現的包裝材料及設備簡單，操作方便缺點

真空包裝外形不美觀，不適宜尖銳物品包裝真空包裝對厭氧菌無效。充氣包裝中N2和CO2保護功能有限，而且由于包裝材料的透氣性，不能維持最佳保護環境包裝的效率低3.真空充氣包裝的特點優點44.充氣包裝原理

4.1氣調包裝（CAP）指密封包裝內的產品所處的四周氣氛可得到調節或者控制的一種包裝方法。氣調包裝的最終目的是通過包裝把受保護產品的小環境調節或者控制到最佳狀態，從而最大程度地延長產品的保質期它是通過包裝材料有選擇性的透氣功能實現的活性包裝（ActivePackaging）充氣包裝可以理解為氣調包裝4.充氣包裝原理4.1氣調包裝（CAP）54.2充氣包裝中氣體的保護作用4.2.1氧氣（O2）

氧氣導致食品氧化，嗜氧菌的繁殖，金屬的電化學腐蝕，應抽去氧氣或者使其含量小。新鮮水果氧的濃度（1%~6%），維持有氧呼吸，避免發酵。鮮肉來說，肌紅蛋白→氧化肌紅蛋白，顏色鮮紅。高濃度的氧破環微生物蛋白結構。4.2.2氮氣（N2）

氮氣對食品無害，作為填充劑，減少食品中氧的含量，同時保持包裝飽滿美觀。4.2.3二氧化碳（CO2）

高濃度（50%以上）的CO2對霉菌和嗜氧菌有明顯的抑制和殺滅作用，但對乳酸菌和酵母菌無效。但是高濃度的CO2容易使食品產生酸味，所以常混入一定比例的氮氣。高濃度CO2弱化果蔬產品的呼吸作用，延長保質期，但濃度不易超過12%，否則容易使植物細胞敗壞。4.2充氣包裝中氣體的保護作用6總之，在充氣包裝過程中，怎樣使用這三種氣體，是單獨使用，還是混合使用，比例是多少，都要依據實驗而定。另外，溫度對包裝的儲存期影響很大，低溫可以有效抑制微生物的活動，減弱果蔬的呼吸強度，所以建立從儲運到銷售的冷藏系統，對充氣包裝來說也是很重要的。總之，在充氣包裝過程中，怎樣使用這三種氣體，是單獨使用，還是75.充氣包裝的應用

——果蔬的保鮮包裝5.1果蔬的特征：果蔬以含水量充分（65~95%的水分）為其新鮮程度的主要特征。呼吸以維持果蔬生存是其另外的特征。吸收02，消耗體內的能量，排出CO2、水分、乙烯等物質，以維持果蔬的生存。即使在無氧狀態下，靠分解體內的含氧有機化合物，也能延長生命。果蔬中水分蒸發產生水蒸氣也是其特征。包裝內水蒸氣如不能及時排出，易結露產生水珠，為霉腐微生物的繁殖提供條件，導致果蔬腐爛。所以，果蔬保鮮包裝要調節其內部的氣氛，防止水分過快蒸發，抑制果蔬呼吸速度。5.充氣包裝的應用

——果蔬的保鮮包裝585.2果蔬的包裝包裝薄膜具有選擇性透氣的功能。因為隨著果蔬的呼吸進行，消耗O2↓，排出CO2↑，呼吸受到抑制，同時包裝薄膜透CO2的能力比O2高5~10倍，大氣中透入少量O2，但有較多CO2透出。選擇適當的薄膜，可以使包裝內的氣氛達到一個適宜的狀態，從而提高保質期。對這種包裝方式，包裝內的氣體會自然處于一種適宜的狀態，我們稱為這種包裝為自然氣調包裝。果蔬包裝的氣體透過模型（圖12—6）5.2果蔬的包裝95.3O2、CO2濃度與貯存期的關系及最佳濃度的研究

果蔬呼吸與包裝的關系：

不同的果蔬在包裝體系內部的呼吸速度是不同的，O2

、CO2濃度亦不同。體系內氣氛主要與O2

、CO2向內透過速度與向外擴散速度的平衡點建立有關，與包裝用薄膜及復材的材質（結構、厚度、透氣率）有關，與環境溫度、濕度等儲存條件有關。5.3.1下面以蘋果的保鮮包裝實驗為例，討論果蔬的呼吸與包裝的關系：

5.3O2、CO2濃度與貯存期的關系及最佳濃度的研究

果10

圖2-1表示，同質材料，隨著薄膜厚度增加，達到穩定狀態的天數增加，氧氣濃度下降，最后階段氧氣濃度的變化也趨于平緩，顯示呼吸作用受到抑制。20

O2濃7度5%2PP(20um）PP(25um）完全密封020406080貯存時間/d圖2-1用PP包裝蘋果袋內30℃時O2的濃度變化圖2-1表示，同質材料，隨著薄膜厚度增加，達到穩定狀態的天11

圖2-2表示，隨著薄膜厚度增加，密封程度的增大，

包裝袋內CO2濃度隨之增加。用20umPP包裝蘋果16天后達到平衡，此時袋內CO2為5%，O2為7%；用25umPP包裝蘋果21天后達到平衡，袋內CO2為7%，O2為5%；完全密封時40天才達到平衡，袋內CO2濃度高達50%，O2只有2%的濃度，此時袋內蘋果變為褐色。

50CO2濃度(%)75

完全密封PP(25um)PP(20um)0204060貯存時間/d圖2-2蘋果袋內30℃時CO2濃度變化圖2-2表示，隨著薄膜厚度增加，密封程度的增大，包裝袋內125.3.2實驗總結由蘋果保鮮包裝試驗結果

可以得出以下結論：a)

果蔬的保鮮包裝可以通過自然氣調來實現，即通過選擇不同的材質、不同厚度的塑料薄膜來調節袋內氣氛，控制呼吸速度。b)

完全密封包裝對果蔬的呼吸生存是不利的。c)

各種果蔬都有其最佳的O2

的濃度，CO2的濃度，實驗表明蘋果的最佳氣氛應含3%的O2,3%的CO2。圖12-5給出了各種果蔬最佳氧氣、二氧化碳的含量。

5.3.2實驗總結由蘋果保鮮包裝試驗結果可以得出以下結論136.真空充氣包裝用材問題

6.1

自然氣調用材自然氣調保鮮，即采用選擇性透氣薄膜，利用果蔬本身的自然呼吸，和薄膜對不同氣體的選擇性透過，自動在密封的包裝內建交起低濃度02高濃度CO2的保存環境，從而延長保質期。6.2

塑料薄膜的透氣特點滲透率P=DS①

不同氣體的選擇性透過氣體分子直經減小↓，擴散所需的活化能較小↓越容易從高聚物分子鏈間隙中通過，滲透率P↑高聚物的透CO2＞O2＞N2率（表12-10）②

氣體在非極性分子薄膜中的溶解比對極性分子薄膜中的溶解要容易（非極性分分子薄膜的溶解度系數S↑P↑）③

分子鏈柔性↑分子間作用力↓分子間密度↓則D↑P↑④結晶、取向增加了氣體分子擴散的難度。

P↓6.真空充氣包裝用材問題

146.3自然氣調選材應注意的問題表12-9(表11-9)①

較好的透氣性,且對不同氣體具有不同的選擇性透過的能力.N2：O2：CO2=1：3~5：15~30②

較好的水蒸氣阻隔性和防霧性.薄膜表面要涂上食品級脂肪酸酯等表面活性劑,以防止水分蒸發和結露.③

膜應具有吸收乙烯等氣體的特殊功能(防止果蔬貯運期過程中的品質下降).膜中要加入沸石、SiO2等填料④

透明性及其它。自然氣調保鮮包裝用材首選PVC膜，用增塑劑、功能性添加劑、厚薄等因素來控制其透氣性（軟PVC膜透O2率會因為增塑劑用量大小而變化），薄膜的透濕度適中，不易結露，不用打孔，且透明度較高。

6.3自然氣調選材應注意的問題表12-9(表11-9)15例：用PVC膜包裹香蕉可使透CO2率與透O2率的比值控制在6~3：1，用PS、PVC作泡沫淺盤，效果好。例：用PVC膜包裹香蕉可使透CO2率與透O2率的比值控制在6167.

真空、充氣包裝用材根據表12-7（11-7）提供的塑料材料阻隔性能指標，塑料可歸納為：阻氣性能良好材料：EVAL、PVA、KOPP、PVDC、KPT、OPA、PA、PET。

阻濕性能良好材料：PVDC、KOPP、KPT、HDPE、OPP、PP、LDPE、PET、PVC。

阻濕、阻氣性能良好材料：PVDC、KOPP、PET、PET/PE、PT/PE、PA/PE、PP/PVDC/PE、

PA/EVAL/PE、PET/EVAL/PE等。

7.真空、充氣包裝用材根據表12-7（11-7）提供的塑料178.真空充氣包裝機械

完善的真空充氣包裝工藝系統和高效包裝機械的采用，也是真空充氣包裝得以廣泛應用的重要條件。真空包裝機或真空充氣包裝機品種較多，并在不斷的完善和發展，還沒有統一的分類方法。①

腔室式真空充氣包裝機（圖12-8）②

真空補償式真空充氣包裝機（圖12-9）③氣流沖洗式充氣包裝機（圖12-10）目前我國生產應用的基本上是腔室式真空充氣包裝機。

8.真空充氣包裝機械

188.1腔室真空充氣包裝機原理圖8.1腔室真空充氣包裝機原理圖198.2腔室式真空充氣機的工藝過程腔室式真空充氣機的工藝過程一般為：

供袋→裝入產品→置入腔室→抽真空→充氣（或不充氣）→熱封→腔室通大氣→輸出包裝件8.2腔室式真空充氣機的工藝過程腔室式真空充氣機的工藝過程一20真空、充氣包裝工藝參數

工藝參數要根據產品特性和包裝袋容積來確定。以下將結合腔室式機討論參數的確定。（1）抽真空

為使包裝內氧降至最低，應有較大的真空度。一般要求腔室內真空度為10-30torr真空包裝機抽真空后，包裝內難以做到絕對無氧。經測定，包裝內還有1.6%-2.2%的O2。如果包裝內還有2%-5%O2，則霉菌、酵母的繁育基本同在空氣中一樣。抽真空時間根據產品對真空度要求和包裝容積，經實驗確定。真空、充氣包裝工藝參數工藝參數要根據產品特性和包裝袋容積來21（2）充氣

引入充氣包裝機的混合氣體要有一定的壓力。對于腔室式機，一般以0.15-0.3MPa為宜。壓力過小，則因腔室大，充氣慢，充氣量不足；壓力過大，則包裝袋可能脹破。一般充氣后包裝袋內壓力以不大于0.12MPa為宜。充氣時間也依袋容積而定，以袋飽滿為原則。（3）熱封合

熱封合質量是真空充氣包裝密封性的重要保證。一般要求熱封寬度稍大，這樣熱封強度較高。熱封溫度和熱封時間可根據包裝材料確定，一般用較高的熱封溫度的復合材料。因為隨著生產連續進行，熱封條溫度升高，熱封時間要及時調整。

（2）充氣

引入充氣包裝機的混合氣體要有一定的壓力。對于229.真空充氣包裝儲存期的計算

由于真空充氣包裝使用的塑料包裝材料具有一定滲透性，因此在真空包裝和充氣包裝中，涉及到儲存期的計算問題。真空充氣包裝的儲存期：是指包裝外氧氣的透過量到達超過包裝內物品容許的吸氧量時，所經歷的時間。滲透性包裝材料對氣體的滲透量用下式計算。

9.真空充氣包裝儲存期的計算由于真空充氣包裝使用的塑料包239.1滲透模型回顧上次課中基于Fick與Hery定律所建立的模型9.1滲透模型回顧上次課中基于Fick與Hery定律所建立24例1：有一種對氧氣敏感的產品，干燥時重100g，裝在厚度為0.025mm的聚酯塑料袋中，包裝面積為1300cm2；該產品允許最大吸氧量為150cm3/100g，密封前充換氮氣，設儲存環境的平均溫度為25℃，內外平均分壓差為21.28KPa，試計算其儲存期。

解：（1）該產品允許氧氣滲透量

q=100g×150cm3/100g=150cm3。

（2）由表12-12查的聚酯的氧氣滲透系數

P=23.52×10-11cm3·cm/cm2·s·（101.325kPa）溫度30.C;薄膜厚度0.0025cm(3)氧氣分壓差為:p1-p2=21.28kPa(4)將所有值代入公式:

求得t=67(天)例1：有一種對氧氣敏感的產品，干燥時重100g，裝在厚度為0259.2滲透系數的估算我們在計算不同溫度下(比如q℃）的透濕系數Pwvq時，要利用40℃，薄膜內外的分壓差（0~90）%的透濕系數Pwv40，然后再利用不同溫度的K值以及不同溫度的飽和水蒸氣分壓值pq，最后到此溫度下的透視系數Pwvq，如果表上沒有現成的值，還要通過插值的方法獲得。下面我們介紹一個經驗公式，通過氣體對某種薄膜的活化能E，以及當前溫度，就能估算出滲透系數來9.2滲透系數的估算我們在計算不同溫度下(比如q℃）的透濕26阿倫尼烏斯方程（ArrheniusEquation）

其中：P為某種氣體對于某種薄膜材料的滲透系數

P0為阿倫紐斯方程的指數前因子，單位于滲透系數相同

E為活化能，可以理解為單位摩爾數的氣體全部滲透過某種薄膜所需的能量。

R摩爾氣體常數，單位理想氣體大壓力與體積的乘積比上熱力學溫度等于一個常數，我們稱為摩爾氣體常數，

T為熱力學溫度，其中絕對零度大約為-273℃阿倫尼烏斯方程（ArrheniusEquation）其中27阿倫尼烏斯方程的對數形式公式表明薄膜材料活化能越大，滲透系數越小，對氣體的阻隔性越好，活化能越小，滲透系數越大，對氣體的阻隔性就越差。同時活化能大的材料，溫度對滲透系數的影響顯著。當然滲透系數還受到指前因子的影響。從這個公式來看，滲透系數可以利用活化能E和指前因子P0來表示。阿倫尼烏斯方程的對數形式公式表明28例2：有一種對氧氣敏感的產品，干燥時重100g，裝在厚度為0.025mm的聚酯塑料袋中，包裝面積為1300cm2；該產品允許最大吸氧量為150cm3/100g，密封前充換氮氣，設儲存環境的平均溫度為22℃，內外平均分壓差為21.28KPa，試計算其儲存期。

解：（1）該產品允許氧氣滲透量q=100g×150cm3/100g=150cm3。

（2）根據阿倫尼烏斯方程查表12-13得：lnPo2′=14.135-3.271×103/(22+273)=3.046由于：e3.041=21,所以Po2=21×10-11cm3·cm·cm-2·s-1·(101.325kPa)-1(3)氧氣分壓差為:p1-p2=21.28kPa(4)將所有值代入公式:

求得t=75(天)通過計算發現，溫度低，儲存期就長。例2：有一種對氧氣敏感的產品，干燥時重100g，裝在厚度為02910.膨化小食品的包裝工藝規程

10.1分析研究膨化食品的全面情況

（1）

膨化小食品特征及對包裝的技術要求膨化小食品屬于油炸型物料，須隔氧、遮光、防潮、密封以防止油脂氧化、保鮮、保脆；同時要充入N2，以保證包裝內外壓力平衡防止膨化食品被擠壓破碎，并增加包裝的美觀性、貨架陳列性和保質期。

10.膨化小食品的包裝工藝規程10.1分析研究膨化食品30（2）

膨化小食品包裝設計選材真空充氣

膨化小食品采用PETP/VMAL/CPP復合材料包