可食性包裝膜應用瓶頸探討及重點性能分析

摘要：本文介紹了可食性包裝膜研發現狀和應用瓶頸，並針對導致應用難題的膜性能缺陷提出檢測要點，以指導相關科研企業進行進一步技術研發和推廣。

關鍵詞：可食性包裝膜、應用瓶頸、檢測

作者：濟南蘭光機電技術有限公司

　　目前，各行業中應用的包裝材料種類繁多，特點各異：塑料袋使用最為普遍且成本低廉，但其不易降解性會造成白色污染，嚴重影響生態環境；紙袋雖有利於回收、降解，可循環利用，但成本較高；保鮮膜作為直接接觸食品的包裝材料，有害物質容易析出，會隨食物進入人體影響健康…… 近年來，“綠色包裝”呼聲愈來愈高，如何實現包裝材料的“綠色”要求，成為包裝界研究的主流。從包裝材料出發，一般可采用四種手段提高包裝的綠色環保性：1、利用重復再用和再生的包裝材料；2、研制可食性包裝材料；3、推廣可降解材料；4、廣泛利用紙質材料。從天然環保的角度比較，可食性包裝材料因其采用天然可食性物質制成，食用後可直接被人體吸收，因而成為“綠色包裝” 推廣的重要手段。

1、可食性包裝膜介紹

　　在我國，可食性包裝形式多樣，很多早已應用於實際生活中：蠟、油、明膠涂覆在食品、水果表層可有效減緩水分流失，延長貨架期；糖果、糕點外層包覆的糯米紙，是由番薯、玉米或小麥粉等淀粉做成，入口則化，用來隔離食品碎屑，防止與外層包裝的粘連。此外，冰淇淋甜筒的玉米烘焙包裝、香腸腸衣等均是典型的可食用包裝。近些年來，相關科研機構和包裝企業也開始著手進行新型可食性包裝膜的制備和性能研究。

　　所謂可食性包裝膜,是指以天然可食性物質（如多糖、蛋白質等）為原料，通過不同分子間相互作用而形成的具有多孔網絡結構的薄膜。根據選材和工藝不同，可食性包裝膜可分為：

　　多糖可食性包裝膜，是指以動物多糖或植物多糖為原料制成的可食用膜，主要有淀粉可食性包裝膜、改性纖維素可食性包裝膜、動植物膠可食性包裝膜、殼聚糖可食性包裝膜等等。

　　蛋白可食性包裝膜，是以蛋白質為基質的可食用膜，如大豆分離蛋白可食性包裝膜、小麥面筋蛋白可食性包裝膜、玉米醇溶蛋白可食性包裝膜、乳清蛋白可食性包裝膜等。

　　復合型可食性包裝膜，是采用不同比例的蛋白質、多糖和脂肪酸混合制成一種可食性薄膜。由於各原料的種類和配比差異，膜的各項性能均有不同，因此各類食品的包裝需求。

　　既然對於可食性包裝膜進行了如此細致的研究，而且又具有悠久的實踐歷史，但截至目前，為何沒有大規模的應用到工業生產和商業應用中呢？原因集中在其阻隔性不穩定、機械強度不足以及無熱封性。

2、性能分析及檢測要點

　　阻隔性是可食性包裝膜的檢測重點，包括氧氣透過率檢測、水蒸氣透過率檢測，其性能優劣直接影響包裝食品的貨架期長短。此外，為了在實際應用中具備基本的包裝功能，可食性包裝膜需要在拉伸強度、斷裂伸長率、直角撕裂、熱封等性能滿足包裝用膜的基本指標。生產過程中，若要通過高速運轉的包裝線得到良好的包裝效果，合理的摩擦系數是關鍵。為保證可食性包裝膜各部分材質性能均勻，厚度控制不失為一個簡單、有效的解決手段。

　　在這些需檢測指標中，阻隔性、拉伸強度、撕裂度和熱封性能是首要的檢測項目。

2.1阻隔性

　　所謂阻隔性能，是指可食性包裝膜對氣體、液體等滲透物透過材料的阻礙能力。無論食品、藥品，都要求包裝膜具有較高的阻隔性能，以延緩產品變質過程，延長保質期。對於大多數食品來講，微生物超標生長繁殖是導致食品變質的主要原因。加工過程中清洗、消毒、蒸煮、燒烤、熏制等環節可以有效的降低微生物的數量，但由於食品原材料受污染程度不同、加工/包裝的衛生條件的差異會影響食物成品的微生物殘存量。在後期的存儲和運輸中，倘若溫度、濕度和氣體量適宜，微生物仍會大量生長繁殖，加快食物變質。包裝膜作為食物與外界環境的最後一道屏障，其阻隔氣體和水蒸氣的滲透能力對於食品品質的保持有著極為重要的關系。

　　氧氣透過率（Oxygen Transmission Rate）是指在單位時間內透過單位面積試樣的氧氣數量，此項指標可以作為衡量包裝膜阻氧性能的重要參數。在目前氧氣透過率檢測領域中，壓差法和等壓法作為兩種獨立典型的檢測方法各具特色：壓差法可測試多種氣體，測試成本低、成功率高，其最大優勢在於測試環境氣體“純淨”，排除了雜質氣體對試驗過程帶來的影響，但容器檢測技術尚不成熟；等壓法的檢測對象從膜材擴大至容器，但在檢測范圍上較為局限，僅適用於氧氣透過率測試。

　　水蒸氣透過率（Water Vapour Transmission Rate），是指在特定條件下，單位時間透過單位面積試驗的水蒸氣量。目前此項檢測以稱重法和傳感器法兩大主要檢測方法。稱重法歷史悠久，是透濕檢測的仲裁方法，但操作較為復雜，測試時間長。如今該方法已經得到明顯的改進，最新的稱重法透濕性儀器已全部采用微電腦控制，自動試驗，且多個透濕杯設置極大提高了測試效率；傳感器法包括電解傳感器法、紅外傳感器法和相對濕度測定法。單就測試效率來說，傳感器法略勝一籌。

2.2 抗拉強度和斷裂伸長率

　　抗拉強度是指包裝膜拉斷前承受的最大應力值，而斷裂伸長率是指包裝膜拉斷後被拉伸增加的長度與初始長度的比值。此項檢測可以有效解決包裝膜在外力作用下產生的破損與斷裂問題，並且對於多種不同類型的可食性包裝膜進行測試數據比對分析，可以幫助判定、選取合適的基質和工藝進行研究開發。

2.3 撕裂度

　　包裝袋在存儲和運輸的過程中，常會在外力的影響下被撕裂。因此包裝膜應具備足夠的抗撕裂擴展力，來減少撕裂的傳遞，減低泄露的可能性。另一方面，“易撕口”包裝的開口部分同樣要求一定的撕裂力，因此撕裂度是可食用包裝膜應用研究的一個要點。傳統撕裂度測試有三種常見方法：

　　直角撕裂法，按標准規定裁取一邊成直角樣式的試樣，對之施加拉伸負荷，使試樣在直角口處撕裂來測試撕裂強度。

　　褲型撕裂法，按標准規定裁取長條狀試樣，並在長軸方向切縫至1/2處，使其切口所成的兩“褲腿”形狀，經受拉伸試驗，測出沿長軸方向撕裂所需的力。

　　埃萊門多夫法，按標准規定制取帶有切口的試樣，使之承受擺錘的撕裂，以撕裂試樣所消耗的能量計算試樣的耐撕裂性。

　　一般來說，直角撕裂法的較為常用。檢測儀器建議選用智能電子拉力試驗機，通過裝置不同的夾具，可實現抗拉強度、斷裂伸長率、撕裂、熱封強度等多重檢測，一體化程度高。而且“微電腦控制、自動試驗功能”有利於幫助研究者減低測試的人為乾擾，保證數據的精確性。

2.4 熱封性能

　　包裝的破損是目前影響包裝質量的首要問題，封口是破損的多發部位。目前封口主要采用熱封技術，即加熱到預設溫度，兩層或多層包裝膜受熱成熔融狀態，借助一定壓力促使膜分子滲透融合，經過一段時間後融為一體即封口。因此要保證制成袋具有良好的封口強度和密封性，熱封材料和熱封工藝是關鍵。

　　針對可食性包裝膜的應用研究，首先以不同基質和工藝制成的包裝膜為對象進行熱封性能研究。選擇不同的可食性包裝膜按要求制成樣品，設置統一的熱封壓力、時間和溫度模擬封口工藝。後借助智能電力拉力試驗機進行熱封強度測試，以此來選擇熱封性能較好的可食性包裝膜材。其次以同種材料為檢測對象，設置多組熱封壓力、時間和溫度參數進行封口試驗。根據拉力機熱封強度測試數據比對來找出合適的熱封參數。

3、總結

　　可食性包裝膜在包裝領域尚屬新興材料，從研發到實際應用仍需大量的性能分析和驗證。經過研究得知，可食性包裝膜的阻隔性、物理機械性能還是影響其發展的瓶頸，因此需要得到廣大科研機構和企業單位的高度重視。另外，包裝膜性能檢測技術日新月異，檢測儀器自動化、精准化程度大幅提高，相信在理論、技術、儀器的同步支持下，可食性包裝膜真正大規模的推廣應用指日可待！