采用頂空氣體分析方法對比蛋糕氣調包裝和脫氧包裝的脫氧效果

濟南蘭光機電技術有限公司

Deoxidization Effect Analysis of Modified Atmosphere Packaging and Deoxidized Packaging for Cake through Headspace Gas Analysis

Labthink Instruments Co., Ltd.

Abstract: Headspace gas analysis is performed to compare the deoxidization effect of modified atmosphere packaging (MAP) and deoxidized packaging for cake. It could be concluded through the test that a combination of MAP and deoxidizer could be used to ensure the deoxidization effect of package for cake. The cake would be in a low oxygen environment by using MAP and the oxygen concentration would remain in a low level by using the deoxidizer. The MAP with deoxidizer shall found its wide application.

Keywords: MAP (Modified Atmosphere Packaging), Deoxidized Packaging, Deoxidizer, Headspace Gas Analyzer, HGA-02

　　蛋糕由面粉、雞蛋、奶油等原料經打泡調制後烘焙而成，富含碳水化合物、蛋白質、脂肪等營養物質及鈣、鉀、磷、鈉等礦物質，是人們茶餘飯後喜愛的甜食之一。由於營養豐富，含水量較多，蛋糕是微生物繁殖的良好培養基，極易變質。

　　蛋糕變質主要有發霉和腐敗兩種，發霉表現為蛋糕表面出現呈絨毛狀的各種霉菌斑點，是由蛋糕中霉菌的大量繁殖而導致的，而腐敗則主要由細菌中的馬鈴薯杆菌侵襲蛋糕引起，腐敗後的蛋糕會出現發粘拉絲的現象。無論是霉菌還是馬鈴薯杆菌，其繁殖都離不開氧氣的參與。根據文獻資料，氧氣濃度在1%以下時，微生物的生長和繁殖就會急劇下降，當小於0.5%時，多數微生物的活性就會受到抑制而停止繁殖。因此，隔絕蛋糕與氧氣的接觸能有效減緩蛋糕中霉菌、馬鈴薯杆菌等微生物的繁殖，進而延長蛋糕的保存期限。基於此，氣調包裝和利用脫氧劑除氧的包裝方式應運而生。

一、氣調包裝與脫氧包裝

　　氣調包裝是用惰性氣體N₂、CO₂等將蛋糕包裝內的空氣置換，減少蛋糕存儲小環境中的氧氣量，以減緩微生物的繁殖，延長蛋糕保質期。該方法屬於物理方法，生產過程無毒無害，屬於環保型的生產方式，並且惰性氣體對包裝起到了充填作用，使包裝袋內保持正壓，保護蛋糕不受到外力的擠壓，保持原有的形狀與松軟度。然而，由於需要使用惰性氣體，並需要增添氣體混配、分析裝置等，氣調包裝的生產成本偏高。

　　脫氧包裝是指在包裝內使用能與氧氣發生化學反應或能催化氧發生化學反應的脫氧劑，以除去蛋糕包裝內的游離氧，降低包裝內的氧濃度，抑制微生物的繁殖。該方法屬於化學方法，能將包裝內的氧濃度降到千分之一以下，甚至能夠吸收游離在蛋糕微孔中的氧氣，使包裝內基本達到無氧的狀態。脫氧劑不會與食品接觸，也不會影響食品的色香味，並且操作方便，不需要增添額外的設備，生產成本低。

二、氣調包裝和脫氧包裝脫氧效果對比

　　采用氣調包裝和脫氧包裝延長蛋糕保質期的出發點均是盡量降低蛋糕包裝內的氧氣含量，既然如此，那麼到底這兩種包裝的脫氧效果如何呢？本文通過頂空氣體分析的方法對氣調包裝和脫氧包裝中的含氧量進行分析，以此驗證二者的脫氧效果。

　　頂空氣體分析是指通過測試儀器中的氧氣傳感器定量分析密封包裝袋內的氧氣含量。該方法可以准確對氧氣比例迅速准確地做出評價。試驗儀器采用頂空氣體分析儀（HGA-02，濟南蘭光）和熱封試驗儀（HST-H3，濟南蘭光），試驗過程如下：

1、測定脫氧劑的脫氧量

　　首先將市購的脫氧劑裝入材料為110μm厚的PET/AL/PE三層共擠復合材料的包裝袋中，充入一定體積V的空氣後封口，封口後的包裝袋不應緊繃，以免包裝袋內存在正壓。一定時間後采用排水法測定包裝袋中的氣體體積V1，並利用頂空氣體分析儀測定包裝袋內的氧氣濃度X，如X小於3%，則縮短測試時間重新試驗，記錄氧氣含量X值，見表1。

表1：脫氧劑脫氧量測試

　　雖然空氣中的氧氣含量基本為20.9%，但為了保證測試的准確性，試驗時封一個空白包裝袋，裡面不裝脫氧劑，用試驗儀器測試所充氣體中的氧氣含量作為對比基線。經測試，空白包裝袋中的氧氣含量為20.4%。

　　然後根據下述公式計算脫氧劑的脫氧量：

脫氧量=V×20.4%-V1×X

　　據測試，購買的脫氧劑實際脫氧量平均為182ml，其脫氧體積遠大於蛋糕包裝內的氧氣含量，能滿足完全去除包裝內氧氣的要求，可進行後續脫氧試驗。在脫氧劑選擇時需要注意的是，由於包材阻隔性能對包裝內氧氣含量具有直接的影響，在判定脫氧劑是否符合要求時，一定要將包裝材料的氧氣透過量考慮在內，並至少預留10%~15%的吸氧餘量，以免包裝內氧氣量超過最大吸氧量。

2、對比氣調包裝和脫氧包裝的脫氧效果

　　試驗原料采取同一家蛋糕店當天生產的新鮮蛋糕24個，采用50μm厚的KOPP/CPP復合材料作為包裝材料。根據資料顯示，高濃度的CO₂可以有效抑制微生物特別是霉菌的生長，因此氣調氣體采用70%CO₂+30%N₂。

　　利用熱封試驗儀將包裝材料熱封成包裝袋。取6個包裝好的蛋糕充入配好的氣調氣體，6個裝入鐵系脫氧劑，6個充入氣調氣體（70%CO₂、30%N₂）並放入脫氧劑，其餘6個作為空白試驗，只是用包裝材料熱封包裝。

　　將24個包裝好的試樣置於實驗室環境（23℃，50%RH）中，每隔一定的時間利用頂空氣體分析儀測試每組兩個蛋糕包裝中的氧氣含量，取平均值，詳見下表2：

表2：氧氣含量測試

　　從數據中可以看出，氣調包裝內初始含氧量極低，然而由於包裝袋內外存在氧氣、CO₂、N₂濃度差，包裝內外的氣體分子通過包裝材料相互滲透與擴散，隨著存儲時間的推移，包裝內的氧氣含量將會逐漸增加。如包裝材料的阻隔性能不佳，將導致在存儲期間空氣中的氧氣分子大量滲透進入包裝袋內，降低氣調包裝脫氧的效果，最終將影響蛋糕貨架期。

　　脫氧劑能有效去除包裝袋內的氧氣，並且能不斷吸收通過包裝材料滲透進入包裝袋內部的氧氣，使加入脫氧劑的包裝袋內的脫氧效果持續有效，直至脫氧劑達到最大的吸氧量。然而，為了保證除氧效果，雖然脫氧劑能持續吸收包裝內的氧氣，此類包裝也需要使用高阻隔的包裝材料，以免脫氧劑因過早飽和而失效。

　　從數據中也可以發現，氣調包裝與脫氧劑具有協同效果，既能使蛋糕在包裝初始即處在低氧環境，又能發揮脫氧劑持續除氧的效用，使蛋糕包裝內保持低氧環境。

三、結語

　　氣調包裝和脫氧包裝均能有效降低蛋糕包裝內環境中的氧氣含量，抑制微生物的繁殖。尤其是氣調包裝與脫氧劑的配合使用值得進一步推廣與研究，原因如下：

　　1、氣調包裝可以使蛋糕在包裝初始即處在低氧環境中，而脫氧劑則具有持續除氧的效果。從脫氧效果方面來看，氣調包裝與脫氧劑配合使用在脫氧效果方面的表現尤佳。

　　2、另外，脫氧包裝中脫氧劑對氧氣的吸收，會使包裝內氣體總量減少，導致包裝內存在一定的負壓，使包裝袋出現褶皺，影響美觀，而氣調包裝中氧氣初始含量低，因脫氧劑吸氧帶來的褶皺問題在很大程度上得到了緩解，確保了包裝的平整與美觀。

　　3、氣調包裝屬於物理脫氧，所用氣體對人體無害；而脫氧劑雖屬於化學脫氧，但其主體原料一般為鐵粉、連二亞硫酸鈉、亞硫酸鹽類等無機性基質或酶、抗壞血酸、油酸等有機性基質，材料無毒無害，且裝入單獨包裝袋中，不與食品直接接觸，不會對人體健康造成影響。而且使用氣調包裝與脫氧劑後，可不用或減少食品中防霉劑和抗氧化劑的用量，間接提高了食品安全性。

參考文獻

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