功能性包裝薄膜論略（五）

陳昌杰

（上海市包裝技術(shù)協(xié)會）

行業(yè)發(fā)展概況

功能性包裝薄膜論略（五）

陳昌杰

（上海市包裝技術(shù)協(xié)會）

（上接《塑料包裝》2015年第4期）

（二）活性阻隔性包裝薄膜

吸氧阻隔性包裝薄膜亦稱脫氧型阻隔性包裝薄膜或者除氧型阻隔性包裝薄膜，亦可稱之為活性阻隔性包裝薄膜。這種薄膜除了具有普通阻隔性包裝薄膜所具有的阻隔性之外，它在具有阻隔性的同時，還對氧氣具有“活性”，當氧氣進入、通過該薄膜時，薄膜中的易氧化成分會和氧進行化學反應，從而消耗進入、通過薄膜的氧氣。

吸氧阻隔性包裝薄膜是吸氧塑料和阻隔性塑料的巧妙組合，目前應用量尚不多，但不失為塑料包裝材料領(lǐng)域中的一種富有巨大誘惑力的前瞻性產(chǎn)品，具有很大的潛在市場，值得我們高度關(guān)注。

1、發(fā)展吸氧阻隔性包裝薄膜的意義

目前廣泛使用的防止氧氣對食品危害的方法，主要應用阻隔性包裝薄膜，防止大氣中的氧氣，通過包裝薄膜進入袋中。為提高包裝對食品的保護效果，人們開發(fā)了真空包裝、充氣包裝（換氣包裝）等技術(shù)，以減少包裝袋中氧氣的初始濃度，然而即使采用真空包裝或者充氣包裝技術(shù)，仍會有2%～3%的氧氣殘留在包裝之中。因此食品等商品仍可能因受包裝袋中殘留氧氣的作用而導致食品產(chǎn)生異味、腐敗變質(zhì)，或者導致食品部分營養(yǎng)成分損失、顏色變化等諸多問題。

為了消減包裝內(nèi)殘存的氧氣對食品的不利影響，人們開發(fā)了脫氧包裝技術(shù)。常見的脫氧技術(shù)是在普通阻隔性包裝內(nèi)放置脫氧劑（亦稱之為吸氧劑或除氧劑），比如還原鐵粉。通過脫氧劑與氧發(fā)生反應以降低包裝內(nèi)部的氧的濃度，有效地防止氧氣對食品的危害，達到延長食品貨架期的目的，這種技術(shù)在月餅等常見食品的包裝中，已得到成功應用。［1］但因這種傳統(tǒng)的脫氧包裝，要在包裝中放置脫氧劑，會使包裝工藝復雜化、包裝成本上升，而且還有可能發(fā)生消費者誤食脫氧劑的問題；此外一些特定的商品不適于使用脫氧包裝，比如飲料，除了灌裝時頂隙進人的氧和存儲過程中通過包裝材料進入的氧氣之外，還有飲料本身溶解的氧，不適合采用脫氧包裝技術(shù)。通過人們艱辛的努力，成功地開發(fā)出了一種新型的包裝材料——吸氧阻隔性包裝薄膜。吸氧阻隔性包裝薄膜，既是實際包裝工作的需要，也是常規(guī)脫氧包裝技術(shù)的發(fā)展與升華。

2、吸氧阻隔性包裝薄膜的主要功效

如前所述，與普通的阻隔性包裝薄膜相比，吸氧阻隔性包裝薄膜除有阻隔大氣中的氧氣進入包裝袋之功效外，還具有與袋內(nèi)的氧氣發(fā)生化學反應，降低袋內(nèi)的氧氣濃度的性能。吸氧阻隔性包裝薄膜，可使包裝內(nèi)的氧氣濃度降低至0．01%，因此對于防止依靠氧生長繁殖的霉菌等微生物對食品的危害以及防止食品中易氧化成分由于氧化作用而導致的食品變質(zhì)，都具有很大的作用，吸氧型阻隔性包裝薄膜用于食品包裝，較之普通阻隔性薄膜，可以表現(xiàn)出更好的實用效果。

吸氧型阻隔性包裝薄膜的功效，主要表現(xiàn)在如下幾個方面：

（1）具有上佳的防腐、保質(zhì)效果

有的商品，例如糕點甜食這類食品儲存時，在有氧存在的情況下，霉菌等微生物易于繁殖生長，導致食品發(fā)霉、變質(zhì)。采用吸氧型阻隔性包裝薄膜包裝，能除去在商品生產(chǎn)過程中殘存包于裝袋中的氧氣，從而使以氧氣為生長繁殖必要條件的霉菌不能生長、繁殖，因此能夠達到防止食品發(fā)霉、變質(zhì)，延長食品貨架期的功效。

（2）能更好地保持食品的風味

香味是食品風味的主要要素之一，普通阻隔性包裝薄膜，可通過其阻隔性，防止食品中的香味成分通過薄膜逃逸到大氣中，導致的香味降低的問題，也可防止包裝外的異味通過薄膜袋進入食品中，破壞食品固有的風味。但對于那些因包裝中殘存的氧氣和食品中的香味中的易氧化成分進行化學反應，喪失原有香味的商品（如咖啡）的保香，則效果欠佳。使用吸氧型阻隔性包裝薄膜，可以在阻止香味通過薄膜袋向外逃逸和異味向內(nèi)導入的同時，還能降低袋內(nèi)的氧氣的濃度，防止香味中易氧化成分的氧化，從而更有效地防止食品香味下降、風味變異，保持食品原有的純正的風味。

（3）有效地防止食品變色、褪色

防止食品變色和褪色是使用吸氧阻隔性包裝薄膜的另一功效。許多食品如火腿和香腸等，其色素在氧和光的作用下，會發(fā)生變色或者褪色，顏色的變化會大大降低顧客對商品的購買欲，影響銷售，因此防止這類食品變、退顏色至關(guān)重要。利用吸氧阻隔性包裝薄膜袋包裝，可降低包裝袋中的氧氣的濃度，從而達到防止、減緩變色與褪色的目的。

3、吸氧阻隔性包裝薄膜的組成、吸氧機理及結(jié)構(gòu)

（1）吸氧阻隔性包裝薄膜的“吸氧層”

“吸氧層”亦稱活性層，即含有易氧化物的塑料薄膜層，“活性層”是吸氧阻隔性包裝薄膜的不可或缺的部分，而易氧化物質(zhì)則是該吸氧層的最核心的組分。易氧化物質(zhì)通常由“吸氧物質(zhì)”（即可氧化物——還原性物質(zhì)）和反應促進劑（催化劑）組成，有還原鐵／氯化鈉，亞硫酸鈉，抗敗血酸等，或者MXD6／鈷鹽，雙鍵聚合物／鈷鹽，雙鍵聚合物／MXD6／鈷鹽，PE／PS／鈷鹽，含環(huán)己烯側(cè)鏈的聚合物／鈷鹽等的樹脂摻合物等等，吸氧阻隔性材料及其用途如表1所示。如表所示，易氧化物質(zhì)——“吸氧劑”可以是無機物，也可以是有機物，可以是低分子物質(zhì)也可以是高分子物質(zhì)。添加低分子類吸氧劑制備吸氧包裝材料工藝簡單，成本低廉，吸氧效果好，可以應用于食品、飲料的包裝，例如將乙二胺四乙酸亞鐵鹽，均勻地分散于聚氯乙烯（PVC）或聚對苯二甲酸乙二酯（PET）等基體樹脂中，與從基體滲透的水蒸氣接觸后引發(fā)吸氧，還可添加抗壞血酸等作為輔助吸氧劑。實驗證明，當添加配比為1∶1的乙二胺四乙酸亞鐵鹽和抗壞血酸鈉時，該材料的吸氧量最大，可達30．4μmol／d。［3］但是添加低分子類吸氧劑制備吸氧塑料，會產(chǎn)生降低制品的透明性、降低力學性能（特別是容易使撕裂強度下降）以及發(fā)生低分子物遷移等問題，因此高分子類吸氧劑亦備受關(guān)注，國外應用高分子類吸氧劑制備吸氧塑料，已達到了產(chǎn)業(yè)化的水平，如美國Chevron Phillip s Chemical公司開發(fā)了商品名為“OSPTM”的吸氧共混物體系，其中主要成分為乙烯／丙烯酸甲酯／丙烯酸環(huán)己烯基三元共聚物（EMCM），在包裝前用紫外線照射可使其產(chǎn)生自由基，該自由基與氧氣結(jié)合達到吸氧的目的，該體系引發(fā)前在空氣中可穩(wěn)定存在，引發(fā)后不會產(chǎn)生降解副產(chǎn)物，而且外觀透明。圖1為該共混物引入包裝中的結(jié)構(gòu)示意圖，由于該結(jié)構(gòu)中有阻隔層，只有很少量的大氣中的氧，能夠通過阻隔層后達到OSPTM層，因此，OSPTM一般不會快速消耗而具有非常長的使用壽命。圖1 OSPTM引入包裝中的結(jié)構(gòu)示意圖

表1 吸氧（活性）阻隔性材料及其用途

分類 吸氧物質(zhì) 反應促進劑 制品例 用途（包裝形態(tài)）雙鍵系聚合物／MXD6尼龍鹽基性物質(zhì)，遷移金屬觸媒-“ォキシプロック”（東洋制罐） PET瓶（熱銷售飲料）有機類雙鍵系聚合物鹽基性物質(zhì)，遷移金屬觸媒-“OS 1000”（Seald Air）“プロアクト”（クラレ） 蓋材（生食品、加工肉）用開發(fā)中PE／PS系樹脂鹽基性物質(zhì)，遷移金屬觸媒-“マルチブロック”（東洋制罐） 聚烯烴類瓶（蛋黃醬）帶環(huán)己烯基的聚合物鹽基性物質(zhì)，遷移金屬觸媒-“OSP”（Chevron） 蓋材（生食品）

印刷表層阻隔層：尼龍，EVOH，PET，鋁箔等粘結(jié)樹脂OSPTM密封層

OSPTM與其它聚合物共混仍具有很好的吸氧性能，室溫下，線性LDPE（LLDPE）／OSPTM（70∶30）共混物約10 d后達到近70 mL／g的最大吸氧量，美國Cryovac密封氣體公司采用OSPTM制作了用于透明包裝的OS 1000薄膜，被瑞士雀巢公司下屬的Nestle Bu2itoni公司用于包裝各種面食制品并投放到美國市場，其中包裝為含EVAL阻隔層的熱成型盒，盒上部采用OS 1 000薄膜密封，這樣可使食品包裝盒內(nèi)的氧氣含量降低至0．1%以下，從而使食品貨架壽命延長50%。

吸氧阻隔性包裝薄膜，是吸氧阻隔性包裝材料的一個重要品種，除此之外，吸氧阻隔型包裝材料還有吸氧阻隔性瓶、瓶蓋襯里等。

（2）吸氧阻隔性材料的吸氧機理

吸氧阻隔性材料的吸氧機理，根據(jù)所用的易氧化物質(zhì)的不同而不同，有兩個大類：一種是利用塑料中添加的低分子吸氧劑的氧化反應；另一種是利用特定結(jié)構(gòu)的吸氧樹脂的自身氧化，吸氧樹脂通常在主鏈或側(cè)鏈上含有雙鍵、羥基等活性基團，或在主鏈內(nèi)含有活性亞甲基，如聚丁二烯、聚異戊二烯、烯烴共聚物、尼龍6、聚已二酸間苯胺（MXD6）、（乙烯／乙烯醇）共聚物（EVAL）等可氧化結(jié)構(gòu)。

（3）吸氧阻隔性包裝薄膜的結(jié)構(gòu)

雖然原則上可以通過在單層阻隔性薄膜的原料中，加入吸氧劑而得到活性阻隔性包裝薄膜，但就實際應用而言，以多層結(jié)構(gòu)較為有利。

典型的吸氧阻隔性包裝薄膜的結(jié)構(gòu)如下：

印刷層／／阻隔層／吸氧層／／熱封層（透氣層）

吸氧阻隔性包裝薄膜袋內(nèi)殘存的氧氣，通過內(nèi)層的熱封層（透氣層），進入吸氧層，與層中的易氧化成分發(fā)生化學反應而被消耗，降低殘存于袋內(nèi)的氧氣的濃度，從而提高包裝對內(nèi)容物的保護效果。采用這種結(jié)構(gòu)，吸氧層不直接與袋內(nèi)的食品接觸，安全衛(wèi)生性方面，更為有利。

4、吸氧阻隔性包裝薄膜的應用

吸氧阻隔性包裝薄膜主要應用于食品行業(yè)，舉例如下。

（1）茶葉包裝

茶葉包裝中所含的氧會和茶葉的兒茶素、葉綠素、脂類、葉紅素及維生素C等易氧化成分發(fā)生氧化反應，引起茶葉的變質(zhì)，特別是綠茶，一旦被氧化就會失去嫩綠色而變黃，外觀產(chǎn)生明顯的變化，商品價值大大降低。當氧氣過多時，抗壞血酸還容易氧化而變成為脫氧抗壞血酸，并進一步與氨基酸結(jié)合發(fā)生色素反應，使茶葉味道惡化，對茶葉品質(zhì)的下降造成更大的影響，為了使茶葉在儲存不致很快變質(zhì)，在茶葉包裝袋中的氧含量必須控制在1%以下，因此應用吸氧阻隔性包裝薄膜袋包裝茶葉，較之普通阻隔性薄膜袋更為有利。吸氧阻隔性包裝薄膜的應用，可使茶葉包裝內(nèi)的氧氣濃度降低至0．01%，再施之以防潮、遮光等措施，可以茶葉從生產(chǎn)到銷售的各個環(huán)節(jié)中減少品質(zhì)的損失，有利于樹立企業(yè)品牌形象、提升產(chǎn)品的市場競爭能力。

（2）肉制品包裝

包裝中氧量含高時，氧氣會助長肉制品中微生物的生長、致產(chǎn)生不良味道的產(chǎn)生、使顏色發(fā)生變化以及營養(yǎng)物質(zhì)流失等等，明顯地降低肉制品的貨架期。采用吸氧阻隔性包裝薄膜，可以有效地降低包裝中氧氣的濃度，從而防止或減緩上述種種問題的發(fā)生，使肉制品在存儲時達到良好的保質(zhì)效果，延長其貨架壽命。

（3）油脂類食品包裝

糕點食品中通常含有豐富的油脂，含油脂的食品在貯運加工中極易發(fā)生氧化。油脂在紫外光和熱的催化作用下受空氣中的氧所氧化，產(chǎn)生過氧化物，產(chǎn)生所謂酸敗現(xiàn)象。油脂氧化酸敗會產(chǎn)生哈喇味，使食品的風味和香味喪失．改變食品的色澤，降低食品的營養(yǎng)品質(zhì)，以至于縮短貨架期。

油脂食品包裝的關(guān)鍵是如何防止油脂氧化。焙烤食品大多含有較高脂肪．組織結(jié)構(gòu)柔軟或松脆，不宜采用真空包裝。月餅和餅干的保質(zhì)期要求較長，普通包裝達不到要求，采用脫氧塑料包裝，可以達到近100%的脫氧率，使袋內(nèi)氧氣的濃度降低到0．01%，而且還可以在很長一段時間內(nèi)，除去外面滲入的氧氣，有效阻止因油脂氧化而引起的產(chǎn)品酸敗或霉菌繁殖而導致的長霉 ，長時間保持食品的高質(zhì)量。

［1］陳昌杰主編·塑料功能性包裝薄膜·北京·化學工業(yè)出版社，2010，6

［2］曹華·環(huán)保型高阻隔包裝材料的制備及國內(nèi)的研究進展·北京印刷學院學報2008／04

［3］馬平東等·中國包裝技術(shù)協(xié)會塑料包裝委員會第六屆委員會年會暨包裝新技術(shù)研討會論文集·蘇州，2002年3月：127～133

［4］韓爾立等·SiOx阻隔性包裝薄膜的發(fā)展現(xiàn)狀及其制備方法·中國包裝聯(lián)合會塑料包裝委員會論文集·福州，2006年3月：109～113

［5］谷吉?！じ咦韪敉该魈沾赡ふ翦兗夹g(shù)·包裝工程2007／11

［6］薛志勇·多功能的新型軟包裝材料——SiOx蒸鍍薄膜·中國包裝2002／05

［7］王建清·SiOx鍍膜包裝材料的開發(fā)及發(fā)展·塑料包裝2002／02［8］松田修成·透明蒸著バリァフィルム［ェコシア-ル］各種グレ-ドの的特征と利用事例·包裝技術(shù)（日）平成19年11月號：54～58

［9］陳昌杰·蒸鍍氧化物型阻隔性包裝薄膜·廣東包裝2012（5）：25～31

［10］楊福馨等·食品包裝實用新材料新技術(shù)·化學工業(yè)出版社2009，6：375～377

［11］葛良中彥·高機能性包裝材料·フラスチツクスェ-ジMay 2010：90～96

［12］王小群等·吸氧塑料包裝的研究進展·工程塑料應用2007（12）：77～80

［13］吸氧食品包裝·中國包裝報2010-10-12

［14］蔡麗娜·食品吸氧塑料包裝·中國塑協(xié)通訊2010年12期：29～31

（完）