包裝內氣體成分的變化原因及檢測方法

　　包裝完成後，其中的氣體構成會達到暫時的穩定。但是隨著產品存儲時間的延長，包裝內部的氧氣或者其它產品敏感氣體含量會逐步發生變化，進而改變包裝內部的氣體構成，並進而影響產品的品質。分析可知包裝內部氧氣、水蒸氣等氣體含量的增長主要是有以下兩類原因導致的。

首先，是來自包裝外部的氣體。氣體進入包裝物的途徑有兩種：滲透和泄漏，二者最大的不同在於透過的氣體量及透過位置。滲透是指氣體從高濃度一側進入材料表面，通過材料擴散至低濃度一側，滲透速度的快慢主要取決於包裝材料的阻隔性能，選擇高阻隔材料進行包裝可以有效解決這個問題。而泄漏是氣體通過材料的裂縫、微孔或兩材料間的微小間隙泄出或進入包裝，在包裝袋的熱封部位、容器的瓶口等位置出現泄漏的概率較高，要想解決這個問題，需要嚴格生產工藝同時根據檢測數據對工藝進行及時調整。作為一個包裝件，滲透和泄漏是同時存在的，所以在進行檢測的時候也應該注意檢測二者的綜合影響效果。

　　其次，是來自包裝內部的氣體。主要包括殘留氣體以及產品吸附氣體。殘留氣體是在包裝工藝結束（包裝封口完畢）之後殘存在包裝內部的一定濃度的氧氣等氣體。雖然在MAP包裝、CAP包裝、真空包裝這些包裝工藝中有對包裝內部氣體（尤其是其中的氧氣）進行置換和除氣的操作，但是由於操作精度和時間的局限性，除氣的效果並不好，即使是所謂的“真空包裝”也只是盡量降低包裝內的氣體含量而並不能達到完全排除的效果。產品吸附氣體需要特別引起注意，因為除了金屬和玻璃之外其他的材料都是有一定的氣體吸附功能的，而所吸附的氣體總量是與材料的疏松程度、氣體接觸時間有關的。然而吸附不等於吸收，當包裝中原本的大氣環境發生變化之後，包裝內氣體濃度的降低使得之前吸附在產品表面的這些氣體再次被“釋放”出來。

　　盡管包裝內部氣體成分的變化比較緩慢，但是這種變化依舊會影響產品的保質期，因此生產企業也采取了各種可能的氣體控制方式，盡量減緩包裝內部氧氣、水蒸氣含量的增長。例如采用多層阻隔性包裝材料提高包裝物的阻隔性，在材料內、瓶蓋內或者其他位置添加乾燥劑、吸收劑或氧捕捉劑，不但可以吸收包裝內原本的殘留氣體，對於外部氣體的滲入也是一層有效的防護。然而這些措施的效果如何呢？這就需要對於包裝物進行檢測分析來加以判斷了。下面針對前一部分提到的幾種包裝內氣體成分的變化原因分別介紹一下檢測方法。

　　2.1 阻隔性檢測

　　對於使用高阻隔材料的包裝物來講，阻隔性檢測相當重要。過去我們只能檢測薄膜、片材的阻隔性，但是在實際包裝中我們所見到的包裝形式都是容器、包裝袋等，檢測材料的阻隔性只能為最終的包裝材料選擇給出一個參考值，但是無法說明最終包裝物整體阻隔性的優劣，因為包裝物各處的厚度並不均勻，而且材料性質在生產過程中發生了變化，所以估算結果往往與實際檢測結果存在一定的差距。基於此，不但應該檢測包裝材料的阻隔性，同時也應該檢測包裝物整體的阻隔性，結合兩方面的數據纔能判斷材料的選擇是否正確。目前容器整體的透氧性、透濕性檢測方法都有了一定的發展，相應檢測設備也已問世，可以很好的滿足包裝物整體的阻隔性檢測需求（圖1是Labthink蘭光研制的可進行容器透氧性測試的PERME系列TOY-C1 等壓法薄膜/容器透氧儀；圖2是可進行容器透濕性測試的PERME系列TSY-W3 電解法水蒸氣透過率測試儀）。

圖2.PERME系列 TSY-W3 電解法水蒸氣透過率測試儀

　　2.2 密封性檢測   

　　檢測包裝物的密封性能可說明包裝物的泄漏情況。如果氣體或液體通過包裝件的泄漏點泄出或進入包裝，就會加速內容物的變質，同時使得包裝材料的阻隔性失去效用。然而對於每種具體包裝形式來講，與密封性能相關的指標都不相同。對於熱封制袋來講，熱封操作的高溫處理會影響到附近包裝材料的機械強度，所以熱封邊附近的材料也常常會成為軟包裝袋密封性的薄弱點；而且在對軟包裝袋加壓時，實際上袋子各處所受的壓力分布並不均勻，而最先出現泄漏的位置是承壓強度最低的部分，所以要正確評價軟包裝袋的密封性能必須對包裝物成品進行測試。軟包裝袋整體密封性檢測的方法主要是依靠袋內增壓，因此我們在檢測軟包裝袋密封性能時需要在軟包裝袋內外形成壓力差來模擬它的實際受壓狀態，實現方法有正壓法（向包裝袋內充氣直接增加包裝袋內的壓力，Labthink蘭光生產的PARAM系列LSSD-01泄漏與密封強度測試儀就是采用這種方法）和負壓法（通過抽真空方式降低包裝袋外的壓力，典型產品是Labthink蘭光PARAM系列MFY-01密封性測試儀）兩種。而對於采用螺紋密封方式的容器類包裝來講，體現塑料瓶蓋與瓶口配合好壞的瓶蓋密封性能成為影響塑料容器整體密封性能的首要因素，相關檢測也可以通過Labthink蘭光PARAM系列 LSSD-01泄漏與密封強度測試儀進行。

　　2.3 頂空氣體分析

　　對於殘存在包裝內部的那些氣體來講，不能因為包裝工藝的完結就對其不再關注。包裝內部的氣體成分自灌裝結束到打開包裝使用產品之前是很難利用其它技術手段來進行控制和改變的，采用阻隔性包裝材料只能給氣體滲入/滲出包裝材料帶來阻礙，並不能消除包裝內部已有的氧氣等氣體（不包括在包裝中添加除氧技術的情況）。如果殘留氣體的含量超過產品保存的最高濃度要求，則無論采用多好的高阻隔材料及多完善的密封包裝形式都無法滿足產品的保質期要求。所以，我們需要檢測殘留在包裝內的氣體成分，並依此調整包裝工藝。

　　殘留氣體以及產品吸附氣體都可以通過對包裝物的頂空氣體進行檢測——檢測包裝內頂部聚集的氣體成分——來獲得，只是在檢測時間上有區別。如果要檢測殘留氣體，那麼在包裝工藝結束之後就需要立刻檢測；但是如果要檢測產品吸附氣體則應在包裝工藝結束一段時間之後再進行，同時隨著產品存在時間的延長應進行多次測試並繪制氣體濃度曲線進行綜合分析，因為氣體從產品表面解吸也是一個很緩慢的過程。這類檢測通過Labthink蘭光PARAM系列HGA-01 頂空氣體分析儀就能完成。當然我們也可以通過降低包裝環境中的特定氣體濃度來加快吸附在產品表面的氣體解吸。

　　綜上所述，盡管包裝內氣體成分的變化難以避免，但是我們可以通過檢測包裝物的整體阻隔性、包裝物的密封性以及包裝內部頂空氣體的成分變化來綜合判斷產品能否達到預計的保質期，同時通過這些檢測我們也可以發現包裝設計中所存在的薄弱環節，為進一步改進包裝結構提供准確測試數據。