真空包裝氣體含量驗證方法及“松包”問題的分析

　　在現代生活中，各種類型的真空包裝遍及食品、藥品、精密電子等諸多領域，成為日常包裝的重要組成部分。真空包裝是指將產品置入氣密性包裝中，將其中空氣抽出後密封，使袋內處於高度減壓狀態的一種包裝形式。此類包裝內部為低氧環境，一方面能抑制大部分好氧微生物如霉菌、酵母菌的生長繁殖，延緩腐敗進程，另一方面可以有效防止食品等內容物的氧化變質，延長產品的貨架期。

一、真空包裝氣體殘留量的影響

　　根據真空包裝的原理可知，真空包裝的保質效果在很大程度上取決於包裝抽真空的效果，換言之，即包裝內殘餘氣體含量的多少。氣體的殘留量越少，意味著殘氧量越少，對於內容物，尤其是食品的保質更為有利。

　　對於真空包裝中氣體含量的驗證方法，目前國內並沒有相應的標准。筆者所在的蘭光包裝安全檢測中心根據波義耳定律“在定量定溫下，理想氣體的體積與氣體的壓強成反比”，提出了一種采用壓差法與液位分析技術相結合的原理進行測試的檢測方法，具體步驟如下：利用RGT-01真空包裝殘氧儀，首先將其真空室內腔注滿水，蓋上密封板，然後在計量筒內緩慢的注水至指定的區域，蓋好上蓋，壓緊密封板，同時對試驗腔進行抽真空至試樣膨脹，最後通過液位分析及相關計算，得出包裝袋內殘餘的氣體量和殘氧量。筆者從超市隨機購買了4種真空包裝產品，利用此法進行了測試，獲得了如表1的結果。通過觀察可以發現，試樣經過測試後並無破損，而且這種無損測試方法測得的數據能直觀反映出真空包裝內的氣體含量值，對於相關生產和包裝企業來說，對包裝工藝和保質期研究具有很強的參考性，因而該方法值得推廣。

 

　　上述方法雖然能有效的對出廠前的真空包裝產品氣體殘留量進行監控和控制，但仍有不少食品加工企業發現，在儲藏和銷售過程中，常有真空包裝“松包”現象發生，嚴重影響食品在貨架期內的保質效果。“松包”現象，歸根結底是由於真空包裝內部的氣體增多導致，接下來筆者以真空食品包裝為例，從包裝材料和內容物方面詳細分析致使包裝內氣體增多的原因。

二、真空包裝“松包”的原因分析

（一）真空包裝材料的影響

　　真空包裝封包後，理想的狀態是維持絕對的密封，以保證袋內的真空狀態。但從包裝材料自身而言，這種理想狀態是不可能存在的，因為無論何種材質，都具有一定的氣體滲透性。眾所周知，世間宏觀物質都是由大量的、始終處於無規則熱運動的微觀粒子如分子、原子構成。當物質中粒子數密度不均時，分子的熱運動促使粒子從密度高的地方遷移至密度低的地方，如此就形成了擴散，而擴散正是氣體滲透的根本。就真空包裝而言，其包材的內外兩側，氣體粒子數密度極為不均，在較大的壓差作用下，外側（高密度側）的氣體分子吸附、溶解入包材內部，經過擴散，繼而從內側（低密度側）析出，這一過程即為氣體滲透。由於分子的熱運動是永不停息的，因此氣體對於真空包裝材料的滲透也是無時無刻不在進行。

　　一般來說，氣體的滲透性對於食品品質的影響取決於兩個方面的相互作用：氣體對不同材質包材的滲透性能差異和食品的儲藏時間。後者易於理解，儲藏時間越長，真空包裝內滲入的氣體積累量越多，但是否會對內容物品質產生實質影響則與包材的氣體滲透性能差異有很大關系。包材的氣體滲透性是由其自身的性質決定的：（1）材料分子鏈的極性。極性分子的相互引力大，內聚能密度高，阻隔性好，擴散系數低。聚乙烯屬於非極性材料，尼龍、PVF屬於極性材料，而PVDF為強極性材料；（2）材料分子鏈的剛性和側基。分子鏈剛性大、主鏈不靈活的材料氣體透過率較低。分子鏈側基不對稱，材料自由空間大，透過率就相對較高；（3）材料的結晶度。結晶度高，分子鏈排列愈緊密，氣體透過結晶性物質比透過無定物質需要更多的擴散活化能，因而阻隔性更好。（4）材料的密度。與結晶度相似，材料密度高、阻隔性好、滲透率低。（5）材料取向度。通過改變材料的拉伸取向可顯著降低氣體透過率，特別對結晶材料，取向可使晶體按一定方向重新排列起來，還可以促進結晶，使得滲透分子需經過更為曲折的路徑纔能透過材料。

　　筆者借助蘭光包裝安全檢測中心的VAC-V2氣體滲透儀對三種厚度基本相同的包材PA/AL/CPP、PE、PET/VMPET/CPP進行了氣體透過率測試，測試結果如表2。通過對比可見PE材料的氣體滲透性最強，而添加了鋁箔層或鍍鋁膜層的復合膜的氣體滲透率降低了99.96%，阻隔性大大提昇。若采用2#或3#材料的真空包裝，在包裝無泄漏的前提下，同樣時間內氣體的滲入量遠低於采用1#包材的真空包裝，因而基本上不會因氣體滲透性這一原因造成松包現象的發生。

表2.氣體透過率(cm³/m²·24h·0.1MPa)測試結果

　　氣體滲透性是用來評價微量氣體對包材的滲透，相對於氣體滲透性立足於微觀評價，密封性則是用於評定大量氣體的泄漏。若真空包裝具有以下表現：（1）發生松包的時間距出廠時間較短；（2）包裝表面存明顯或不明顯的微孔，即泄漏點。那麼，基本上可以判定真空包裝整體密封性的問題是導致松包的主要原因。解決這一問題的根本是明確泄漏點的位置和致孔原因，進而針對性的實施解決方案。對於肉眼可見微孔，基本沒有判定難度。對於細微的針孔，則需要借助相關儀器確定泄漏點。筆者借助蘭光包裝安全檢測中心的RGT-01真空包裝殘氧儀，采用負壓的方法對幾個發生松包的真空包裝做了密封性測試，觀察到其中一個試樣的封口處有成串的小氣泡冒出，由此可以判定該試樣包裝的泄漏點位於封口部位。

　　對於因真空包裝的密封性較差導致的松包問題，其解決方案與泄漏部位有著很大的關系。上述試驗中泄漏試樣的泄漏部位位於封口，究其原因主要有以下兩方面因素：（1）封口強度沒有達到標准，可能熱封的溫度不夠、時間太短、壓力較小；（2）亦可能熱封前封口被污染導致。一方面需要在熱封前保證封口部位的乾淨平整，另一方面適當調整熱封參數，增強封口處的熱封強度使之達到理想狀態。

　　除了封口部位外，真空包裝的袋體部位也是泄漏的多發部位之一，尤其是包裝形狀不規則，有較尖銳棱角的食物。包裝抽真空後，在食物的凸起棱角部位包裝材料發生拉伸變形，緊密貼合在食物表面形成褶皺尖角。拉伸性能不佳的包材極易出現細微的針孔，後期的運輸、搬卸、碰撞、摩擦則會使針孔面積擴大，泄漏更為嚴重。對於這一問題，首先需要選擇具有優異的拉伸性能的包材，其次適當的增加包材的厚度能提昇包裝整體抵抗外力的能力，第三，也是最有效的，加強日常對包材耐穿刺性能的檢測，確立相關質控標准。

（二）內容物及其加工過程的影響

　　排除包裝材料的原因，內容物本身也具有產氣的可能性。一種是食品內部組織質密性差，例如香腸、臘肉類，存在空心的地方，抽真空並沒有將空心處的氣體完全抽出。待真空食品儲藏一段時間後，氣體慢慢釋放出來，形成了松包的狀態。另一種可能是內容物本身的微生物作用，對於真空食品來說影響較大。真空環境和包裝材料的高阻氧性雖能抑制大部分致腐細菌的生長繁殖，但對厭氧菌或兼性厭氧菌無效。若真空包裝食品最後的滅菌工序不徹底，則會有微生物殘留，諸如芽孢杆菌、酵母菌等厭氧或兼性厭氧菌種，這些菌種生長繁殖過程中易產生氣體，因此也會造成真空包裝松包的現象。最佳的解決辦法采用合理的滅菌方式進行盡可能徹底殺菌，杜絕微生物隱患。

三、總結
　　真空包裝的氣體殘留一直是困擾相關企業的包裝難題。對於尚未出廠的真空包裝產品，可以通過文中所介紹的壓差法和液位分析相結合的方法進行無損檢測和控制，效果顯著。但對於儲藏和銷售環節的真空包裝產品來說，“松包”問題的影響更為嚴重，建議相關企業從真空包裝材料、內容物及其加工過程綜合分析，方能從根本上解決“松包”問題。