頂空分析技術對多種形式薯片包裝的氣體成分分析

陳肖南¹   吳雄傑²   陳欣³   周偉芳³

(1. 濟南市質量技術監督局食品質量監督檢驗中心，濟南 250002；

2. 安徽省包裝印刷產品質量監督檢驗中心，桐城 231400；3. 濟南蘭光機電技術有限公司，濟南 250031)

　　薯片食品通常油脂含量較高，在氧氣濃度較高或光照強烈的環境中，容易氧化變質，產生哈喇味，而且薯片食品的水分含量較低，易吸濕，口感易變差^[1]，因此，此類食品一般使用高阻隔的鍍鋁復合膜作為包裝材料，其具有很好的阻氧性、阻濕性以及遮光性。另外，薯片是易脆食品，因此軟塑包裝中多采用充氣包裝，可有效避免薯片被壓碎。有些品牌的薯片包裝在選用上述材料的基礎上又進行了充氮包裝形式，進一步保護油脂成分不被氧化^[2-3]。在一定的保質期內，是否需要充氮包裝以及氮氣的比例含量是否合適，需要定期測試各環節的成品包裝內部氣體成分比例，並結合薯片指標性項目綜合分析，以監測包裝內O₂、CO₂以及N₂比例對薯片質量的影響。

　　包裝內無機氣體成分的分析可借助頂空分析儀，該設備利用氣體分析傳感器，可准確、便捷的測定多種包裝中O₂或（與）CO₂的含量及其混合比例。本研究針對市場上薯片食品在貨架期時出現的變質問題，利用濟南蘭光機電技術有限公司研制的HGA-03頂空氣體分析儀對市售的多款國內外品牌的薯片包裝進行了O₂與CO₂比例含量的分析，綜合分析了包裝形式以及內部氣體成分比例對薯片保質期內的質量影響，可為薯片生產企業在包裝形式選擇及生產質量管控方面提供一定的技術參考，而且也有助於頂空分析技術的擴展應用^[4]。

1. 試驗

1.1 試驗材料

　　分別選取三款國內著名品牌以及五款國外著名品牌薯片食品的成品包裝，包裝材料均為鍍鋁復合膜。其中七款為油炸薯片，一款為焙烤薯片。為了保護品牌信息，薯片名稱均以“國內品牌”或“國外品牌”後依次編號代替，每款薯片成品包裝均包含5個待測試樣品，分別編號為樣品1、樣品2、樣品3、樣品4、樣品5。

1.2 試驗設備

　　HGA-03頂空分析儀：濟南蘭光機電技術有限公司研制，可同時測定O₂與CO₂的含量及其混合比例。O₂和CO₂氣體測量范圍均為0 ~ 100%。0 ~ 2%范圍內的O₂測量精度為±0.1%，2 ~ 100%范圍內的O₂測量精度為±0.5%，0 ~ 100%范圍內的CO₂測量精度為±2%。可測試任意高度及小體積氣體含量的試樣，對於粉末試樣也設計了防堵塞裝置，整個試樣刺破和分析過程完全自動化。適用於膨化食品、奶粉、藥品、氣調包裝、充氮包裝等各種形式成品包裝袋、罐裝、容器中的O₂和CO₂的含量及其混合比例的測試，也適用於醫藥安瓿瓶頂部氣體含氧、二氧化碳、混合比例氣體的測試。

1.3 試驗步驟

　　將密封墊貼到已經處理的試樣的待測部位，注意要貼牢固，防止漏氣。再把待測樣品放置穩定，待取樣針頭自動刺穿密封墊中間部位進入樣品中。刺穿力應適當，避免取樣針頭紮到包裝內的物品。取樣器從包裝內部采集足夠體積的樣氣後，取樣針頭從樣品中自動抽出，並迅速將抽取的樣氣經注樣口全部注入檢測裝置內。樣氣將經注樣口、管路進入氣體分析傳感器。間隔一定的測試時間或者待氣體分析傳感器輸出氣體濃度值穩定之後記錄試驗數據。

2. 結果與討論

　　對國內外八款薯片品牌的頂空氣體中O₂和CO₂的比例含量的測定結果列於表1及表2中。通過對表中數據進行總結，可得出如下結論：

2.1 普通空氣包裝形式對薯片質量的影響

　　由表1可以看出，因為O₂與CO₂比例含量與空氣中的比例基本相符，所以三款國內品牌的薯片（油炸型）均采用普通空氣包裝形式，國外品牌中僅品牌1的薯片（油炸型）采用了普通空氣包裝形式。國外品牌2的薯片因其為烘焙工藝，不含有油炸用油脂，所以采用了普通空氣包裝形式。上述現象反映了國內薯片生產企業對於油炸型薯片的質量管控相對薄弱，出於節省成本的目的，僅采用鍍鋁復合膜包裝保護薯片不被氧化，但是相比同樣保質期限的充氮包裝，普通空氣包裝的薯片會出現在所標注的保質期內發生氧化變質並伴有哈喇味的現象。導致上述質量問題的原因在於未完全乾燥的薯片中的油脂會在一定的內部濕度及儲存溫度下，與包裝內的O₂發生反應，從而發生油脂酸敗。

表1  普通空氣包裝薯片成品中氣體成分分析

2.2 充氮包裝中各氣體成分對薯片質量的影響

　　由表2可以看出，因為O₂含量低於空氣中正常O₂含量，而CO₂含量並未有明顯增大的趨勢，所以三款國外品牌的油炸型薯片采用了充氮包裝。其中國外品牌3的薯片包裝的5個樣品的O₂含量均在13%左右，可以排除包裝阻隔性及密封性的乾擾，所以該品牌的薯片包裝並未全部充N₂，可能是該比例含量N₂在保證保質期內薯片變質的概率較小的前提下可以節省生產成本。國外品牌4與國外品牌5的O₂含量絕大部分在3%以下，個別樣品的O₂含量與CO₂含量表現出異常增大，這應該與成品包裝密封不嚴密或阻隔層局部位置出現缺陷有關，O₂與CO₂在貨架期時緩慢的進入包裝內部，而N₂也有輕微滲透，從而引起內部氣體成分中O₂與CO₂的比例含量發生變化。所以，充氮包裝的薯片發生氧化變質的概率很低，而發生氧化變質的產品則是由於包裝熱封口漏氣或者包裝中阻隔層損壞導致的空氣滲入。為了產品在較長的保質期內不發生變質，建議油炸型薯片應采用充氮包裝以置換包裝內O₂成分，阻止油脂成分在有氧環境下的化學變化^[5]。

表2  充氮包裝薯片成品的氣體成分分析

3. 結論

　　通過分析國內外多款品牌的薯片成品包裝中O₂與CO₂比例含量，發現國內品牌油炸型薯片均采用普通空氣包裝代替充氮包裝，而國外品牌油炸型薯片絕大多數采用充氮包裝，因此造成了市面上國內品牌薯片在保質期時間以及產品質量方面（如氣味、口感、色澤）均低於國外部分品牌薯片的現象。烘焙型薯片在阻氧性方面要求較低，所以所采用的普通空氣包裝形式不會影響其食品保質期內的質量。部分國外品牌薯片中O₂與CO₂含量異樣，說明成品包裝因熱封不嚴密或阻隔層的性能下降而出現了不同程度的泄露。

參考文獻

[1] 伍雨江. 油炸馬鈴薯原薯片中油脂氧化控制技術研究[D]. 湖南農業大學, 2011.

[2] 張怡, 張富新, 顧浩峰. 充氮包裝對全脂羊奶粉貯藏期間脂肪氧化穩定性的影響[J]. 食品工業科技, 2013.

[3] 王興東, 趙江. 氮氣的包裝功效以及相關檢測[J]. 包裝工程, 2007, 28(9): 213-214.

[4] 馮怡. 包裝頂空氣體分析與貨架期的關系[J]. 中國包裝, 2012, (3): 25-27.

[5] 王素雅, 劉錦, 袁建. 大豆充氮儲藏中油脂品質變化研究[J]. 河南工業大學學報(自然科學版), 2013, 34(1): 91-95.