冷凍食品包裝材料問題分析及解決方案

濟南蘭光機電技術有限公司

　　冷凍食品是指質量合格的食品原料經過適當的加工處理，在零下30℃急凍，包裝後在零下18℃或更低溫度下儲藏和流通的食品。由於全程采用低溫冷鏈保藏，此類食品具有貨架期長、不易腐敗、食用便利的特點，但由此也對包裝材料提出了更大的挑戰和更高的要求。冷凍食品一般采用軟硬組合包裝：軟塑袋+瓦楞紙箱，下文將以此為基礎研究冷凍包裝需要應對的問題及相應解決方案。

冷凍食品包裝需應對的幾個問題

1、乾耗、凍結燒現象

　　凍藏，會極大限制微生物的生長繁殖，降低食品腐敗變質的速率，但對於某些進程，如乾耗、氧化則會隨著冷凍時間的推進而愈發嚴重。在冷凍室內，溫度和水蒸氣分壓變化如下：

溫度、水蒸氣分壓：食品表面＞周圍空氣＞冷卻器

　　一方面食品表面的熱量向周圍空氣傳遞，自身進一步冷卻，另一方面食品表面與周圍空氣存在的水蒸氣分壓差促使食品表面的水分、冰晶蒸發和昇華為水蒸氣融入空氣中。至此，含有水蒸氣較多的空氣因吸收了熱量，密度減小，向冷凍室上空運動。當流經冷卻器時，由於冷卻器溫度極低，該溫度下的飽和水分壓也很小，空氣被冷卻的同時，水蒸氣接觸到冷卻器表面並凝結成霜附著在上面。降濕後的空氣密度變大下沈，再與食品接觸，重復上述過程。如此循環往復，食品表面的水分不斷損失，重量減輕，即為“乾耗”。在乾耗持續進行中，食品表面逐漸變為多孔狀組織，增加了與氧氣的接觸面積，使食品脂肪、色素加速氧化，表層褐變、蛋白質變性，這一現象為“凍結燒”。由於水蒸氣的轉移以及空氣中氧氣的氧化反應是導致上述現象發生根本原因，因此作為冷凍食品與外界的屏障，內包裝塑料應具有良好的阻隔水蒸氣和氧氣滲透的作用。

2、凍藏環境對塑料力學強度的影響

　　實踐中發現，塑料長時間處於低溫環境將會變脆，易破裂，物理性能急劇下降，這反映了塑料耐寒性較差的弱點。通常，塑料的耐寒性采用脆化溫度表示，隨著溫度降低，塑料因其聚合物分子鏈活動性降低的緣故而變得性脆易折，當在規定的沖擊強度下，50%的塑料發生脆性破壞，此時的溫度即為脆化溫度——塑料材料正常使用的溫度下限。若包裝材料的耐寒性較差，在後期運輸裝卸過程中，冰凍食品尖銳的突起將會刺破包裝，造成泄漏、加快食品的腐敗。

3、凍藏、運輸環境對瓦楞紙箱力學強度的影響

　　食品包裝後裝入瓦楞紙箱開始進入儲藏和運輸環節。冷庫溫度一般設定在-18℃~-24℃，紙箱放入後，逐漸吸收水分，通常經4天可達水分平衡。據相關文獻表明，當紙箱達到水分平衡時，其含水量較乾燥狀態下增加了2%~3%，而紙箱的邊壓強度、抗壓強度、粘合強度均隨著時間的增加而降低，分別降低了31%、50%和21%，這意味著進入冷庫後，紙箱的力學強度受到一定影響，暴露了後期發生塌箱的潛在風險。

　　食品由冷庫運輸到銷售地點過程中，經過多次裝卸操作，溫差的不斷變化使箱體周圍空氣中的水蒸汽冷凝在紙箱表面，紙箱含水率迅速昇高約19%，其邊壓強度將下降約23%~25%，此時紙箱的力學強度能進一步遭到破壞，增加了塌箱發生的幾率。另外，紙箱堆碼環節，上層紙箱會對下層紙箱施加持續的靜壓力，當紙箱因吸潮而抗壓能力下降時，底層紙箱會首先發生變形和壓潰。據統計，因吸潮和超高堆碼而引起的紙箱坍塌導致的經濟損失約佔流通過程總損失的20%左右。

解決方案

1、選擇高阻隔、高強度的內層包裝材料

　　包裝材料，種類繁多、性能各異，只有了解各種包裝材料的物理性能，纔能根據冷凍食品包裝的防護要求選擇合理的材料，使其既能維持食品的風味和質量，又能體現商品價值。目前，冷凍食品領域使用的塑料軟包裝主要分為三類：第一類是單層袋，如PE袋，阻隔效果較差，普遍用於蔬菜包裝等；第二類為復合軟塑袋，采用粘合劑將兩層或多層塑料粘合在一起，如OPP/LLDPE、NY/LLDPE等，防潮、耐寒、耐穿刺性能良好；第三類為多層共擠軟塑袋，將不同功能的原料如PA、PE、PP、PET、EVOH等分別熔融擠出，在總模頭匯合經吹脹成型、冷卻復合在一起。這類材料不采用粘合劑，具有無污染、高阻隔、高強度、耐高低溫等特點。相關資料表明，發達國家第三類包裝的使用約佔全部冷凍食品包裝的40%，而我國僅佔6%左右，需要進一步推廣。

　　隨著科研的進步，新材料也層出不窮，可食性包裝膜是其代表之一。它以生物降解多糖、蛋白質或脂質為基質，通過包裹、浸漬、涂布或噴灑等手段在冷凍食品表面形成一層以天然可食性物質為原料、通過分子間相互作用而形成的保護膜來控制水分轉移和氧氣滲透。這種薄膜具有明顯的阻水性、較強的抗氣體滲透能力以及很好的物理機械性能，最重要的是可與冷凍食品一起食用，無任何污染，具有廣闊的應用前景。

2、提高內層包裝材料的耐寒性和力學強度

　　方法一，選擇合理的復合或共擠原料。尼龍、LLDPE、EVA都是具有優異的耐低溫性和耐撕裂抗沖擊性能，在復合或共擠工藝中加入此類原料，可有效提高包裝材料的防水阻氣性以及機械強度。方法二，適當提高增塑劑的比例。增塑劑主要用來削弱聚合物分子之間的次價鍵，從而增加聚合物分子鏈的移動性，降低結晶性。表現為聚合物的硬度、模量脆化溫度下降，而伸長率柔韌性的提高。

3、提高瓦楞紙箱的抗壓強度

　　目前市場上基本采用開槽瓦楞紙箱運輸冷凍食品，這種紙箱四周由四片瓦楞紙板訂合而成，上下由四塊折翼交叉折疊封合成型。通過文獻分析和試驗驗證，可發現紙箱坍塌多發生於箱體結構中豎直放置的四塊紙板處，因此加強該處的抗壓強度可有效提高紙箱整體的抗壓強度。第一、在紙箱內壁四周增加環形內套。建議采用A楞紙板，這種彈性、減震性佳，防止冷凍食品尖銳處刺破受潮的紙板。第二、采用套合型紙箱結構，這種箱型通常由多片瓦楞紙板加工而成，其箱體和箱蓋分離，通過套合使用。據試驗表明，在相同包裝條件下，套合結構比開槽結構的紙箱抗壓強度提高約2倍。

4、加強包裝檢測力度

　　包裝對冷凍食品意義重大，因此國家制定了GBT 24617-2009 《冷凍食品物流包裝、標志、運輸和儲存》、SNT 0715-1997《出口冷凍食品類商品運輸包裝檢驗規程》等相關標准、規程，通過設定包裝材料性能的最低要求來保障從包裝原材料供應、包裝工藝到包裝效果的品質。對此，企業應建立完善的包裝質量控制實驗室，配備三腔一體集成塊結構的氧氣/水蒸氣透過率測試儀、智能電子拉力試驗機、紙箱抗壓機等試驗儀器，對包裝材料可進行阻隔性、抗壓性能、耐穿刺、耐撕裂、耐沖擊性能等一系列檢測試驗。

總結

　　冷凍食品的包裝材料在應用過程中面臨著許多新需求和新問題，積極研究和解決對於冷凍食品的儲存和運輸質量及包裝材料的改進具有莫大的裨益。另外，完善包裝檢測流程，建立各類包材測試數據體系將對未來的選材和質量控制提供研究基礎。