輻照對食品接觸材料的水蒸氣透過量的影響

陳俊聰 羅燕純 楊婷 張躍龍

（1.廣東省潮州市食品檢驗檢測中心，潮州 5210112；2.廣東省潮州市質(zhì)量計量監(jiān)督檢測所，潮州 521011）

0. 前言

近年來，食品輻照技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷的擴(kuò)大，廣泛應(yīng)用于各類食品的滅菌、保鮮，其商業(yè)化生產(chǎn)能力也得到飛速提升。食品輻照是利用射線對食品以及食品原材料進(jìn)行照射，致使新鮮食物的一些生理過程延遲，從而達(dá)到延長保藏時間，穩(wěn)定和提高食品衛(wèi)生質(zhì)量目的的操作過程。隨著輻照技術(shù)，特別是高劑量輻照技術(shù)在食品滅菌、保鮮中的應(yīng)用，食品包裝材料在高劑量輻照下的穩(wěn)定性的保證是此項技術(shù)能否得以應(yīng)用和推廣的關(guān)鍵。高劑量輻照條件下，包裝材料和食品同時受到高能射線的作用，這種高能輻射作用一方面使得食品達(dá)到消毒、滅菌、保鮮的作用；另一方面也將導(dǎo)致包裝材料發(fā)生交聯(lián)和降解反應(yīng)，導(dǎo)致整個包裝材料的阻隔性、耐熱性、熱封性及保鮮防腐性能的下降[1]。

塑料薄膜包裝的阻隔性，是指包裝薄膜對其特定滲透對象由其一側(cè)（通常為高濃度側(cè)）滲透通過到達(dá)另一側(cè)（通常為低濃度側(cè)）的阻隔能力。阻隔性，是對包裝材料關(guān)于某滲透對象滲透能力的評估，其是考量包裝材料的一項重要指標(biāo)，也是包裝材料必須具備的一種基本功能，尤其是輻照食品對包裝材料阻隔性的要求更高，其中水蒸氣透過量是其中比較關(guān)鍵的性能[2]。

目前常用的食品接觸材料有流延聚丙烯（CPP）薄膜和PE 吹塑薄膜，CPP 膜現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 27740-2011《流延聚丙烯（CPP）薄膜》[3]，PE 膜現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)是GB/T 4456-2008《包裝用聚乙烯吹塑薄膜》[4]，標(biāo)準(zhǔn)中均對“水蒸氣透過量”有指標(biāo)要求。因此通過對食品接觸材料CPP 膜和PE 膜進(jìn)行不同劑量的輻照處理，研究和分析其對材料水蒸氣透過量的影響，對食品的保質(zhì)貯存、食品包裝材料的選擇及生產(chǎn)適用于輻照食品的塑料包裝材料都具有重要的意義。

1. 材料與方法

1.1 儀器設(shè)備

水蒸汽透過率測試儀：廣州西唐機(jī)電科技有限公司；測厚儀：濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)發(fā)展中心高能電子加速器輻照裝置；廣東雷大輻照中心

1.2 樣品的處理

試驗用樣品為PE 膜和CPP 膜，來源于日常監(jiān)督檢驗抽樣及市場購樣。分別選取兩種不同厚度的PE 膜和CPP 膜，如表1 所示。

表1 試驗樣品規(guī)格

根據(jù)輻照食品行業(yè)采用的輻照劑量（0.05 kgy～50 kgy），本研究實驗選擇了5 kgy、10 kgy、15 kgy、20 kgy、30 kgy、40 kgy、50 kgy 七個輻照劑量點對試樣進(jìn)行處理。試樣分為八組，其中七組分別進(jìn)行不同劑量的輻照處理，一組為空白試樣（0 kgy）。

1.3 樣品的狀態(tài)調(diào)節(jié)

按照產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸裁取試樣，按照GB/T 2918-2018《塑料 試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境》中要求的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境 23±2℃、50%±5%RH 進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)，時間應(yīng)不少于4 h[5]。

1.4 樣品測試

本實驗依據(jù)GB/T 4456-2008《包裝用聚乙烯吹塑薄膜》對PE 膜進(jìn)行水蒸氣透過量的測試。本實驗依據(jù)GB/T 27740-2011《流延聚丙烯（CPP）薄膜》對CPP 膜進(jìn)行水蒸氣透過量的測試。

測試依據(jù)的方法標(biāo)準(zhǔn)均為GB/T 1037-2021《塑料薄膜與薄片水蒸氣透過性能測定 杯式增重與減重法》，采用常用的試驗方法為增重法，試驗條件為條件B（38.0±0.5℃、90±2%RH）[6]。

2. 結(jié)果分析與討論

2.1 輻照劑量對PE 膜水蒸氣透過量的影響

輻照劑量對PE 膜水蒸氣透過量的影響，如圖1 所示。

圖1 不同輻照劑量對PE 膜水蒸氣透過量的影響

從圖1 中可以看出，①號和②號PE 膜經(jīng)輻照處理后，在0～30 kgy 劑量輻照下均呈下降趨勢，自30 kgy 增至40 kgy 時則隨劑量的增大而增大，自40 kgy 增至50 kgy 時則隨劑量的增大而減小，但仍小于未輻照樣品。其中在30 kgy 劑量輻照時均出現(xiàn)最小值，與未輻照樣品相比其水蒸氣透過量下降了9.1%（①號PE 膜）和14.4%（②號PE 膜）。

由此可見，當(dāng)輻照劑量不大于50 kgy 時，PE膜經(jīng)輻照處理后，其水蒸氣透過量均小于未輻照樣品，并在30 kgy 劑量輻照時出現(xiàn)最小值，其中厚度較大的PE 膜下降變化率最大。

2.2 輻照劑量對CPP 膜水蒸氣透過量的影響

輻照劑量對CPP 膜水蒸氣透過量的影響，如圖2 所示。

圖2 不同輻照劑量對CPP 膜水蒸氣透過量的影響

從圖2 中可以看出，①號和②號CPP 膜經(jīng)輻照處理后，在0～40 kgy 劑量輻照下均呈上升趨勢，自40 kgy 增至50 kgy 時則隨劑量的增大而減小。①號和②號CPP 膜均在40 kgy 劑量下出現(xiàn)最大值，與未輻照樣品相比其水蒸氣透過量增加了8.9%（①號CPP 膜）和1.6%（②號CPP 膜）。

由此可見，當(dāng)輻照劑量不大于50 kgy 時，CPP膜經(jīng)輻照處理后，在0～40 kgy 劑量輻照下其水蒸氣透過量均呈上升趨勢，并在40 kgy 劑量輻照時出現(xiàn)最大值，其中厚度較大的CPP 膜的變化率最大。

2.3 輻照劑量對食品接觸材料PE 膜、CPP膜的水蒸氣透過量的影響

目前，輻照在食品保藏上的應(yīng)用，采用的是不大于50 kgy 的輻照劑量。一般來說，低劑量（0.05 kgy～1.00 kgy）的輻照處理用于抑制果蔬發(fā)芽，殺滅鮮果鮮肉中的害蟲，推遲鮮果蔬的生理過程。中劑量（1 kgy～10 kgy）的輻照處理用于延長食品貨架期，減少腐敗和致病菌數(shù)量，改善食品品質(zhì)。高劑量（10 kgy～50 kgy）的輻照處理用于肉、禽制品、水產(chǎn)品等加工食品的工業(yè)殺菌，也用于某些食品添加劑和香辛料的抗污染。

通過上述實驗對食品接觸材料進(jìn)行了輻照劑量不大于50 kgy 的輻照處理，研究其輻照前后水蒸氣透過量的變化，可以得出當(dāng)輻照劑量不大于50 kgy 時，食品接觸材料PE 膜和CPP 膜經(jīng)輻照處理后，其水蒸氣透過量均有明顯的變化。其中PE 膜經(jīng)輻照處理后，其水蒸氣透過量均小于未輻照樣品，并在30 kgy 劑量輻照時出現(xiàn)最小值，其中厚度較大的PE 膜下降變化率最大。而CPP 膜經(jīng)輻照處理后，在0～40 kgy 劑量輻照下其水蒸氣透過量均呈上升趨勢，并在40 kgy 劑量輻照時出現(xiàn)最大值，其中厚度較大的CPP 膜的變化率最大。由此可見，PE 膜經(jīng)0～50 kgy 輻照處理后，其水蒸氣阻隔性有所提高。而CPP 膜經(jīng)0～40 kgy輻照處理后，其水蒸氣阻隔性呈下降的趨勢。

影響產(chǎn)生的原因與材料的微觀結(jié)構(gòu)受輻照處理后產(chǎn)生的變化不同密切相關(guān)。推斷可能是由于輻照是在有氧的環(huán)境下進(jìn)行，高分子聚合物經(jīng)輻照后其自由基被激活后和氧反應(yīng)，使得材料的極性增加，水分子極性很強(qiáng)，由于極性相吸，就造成材料在輻照后水蒸氣透過量變大[1]。

其中CPP 膜經(jīng)0～40 kgy 的輻照劑量處理后，其材料的極性增大，使其水蒸氣透過量變大。而PE 膜在0～50 kgy 輻照下，其材料極性無顯著變化，但材料的微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變化，使得其水蒸氣透過量變小。

3. 結(jié)束語

本文根據(jù)目前輻照食品行業(yè)使用的輻照劑量（0.05 kgy～50 kgy）對食品接觸材料PE 膜和CPP 膜進(jìn)行輻照處理后，測試其輻照后水蒸氣透過量，并與未輻照前的性能進(jìn)行對比。研究得出當(dāng)輻照劑量不大于50 kgy 時，PE 膜的水蒸氣透過量均變小，水蒸氣阻隔性有所提高。CPP 膜經(jīng)0～40 kgy 劑量輻照處理后，其水蒸氣透過量均呈上升趨勢，水蒸氣阻隔性呈下降的趨勢。

由于輻照劑量不大于50 kgy的輻照處理對食品接觸材料PE 膜的水蒸氣阻隔性影響較小，建議使用以PE 膜材料為主的食品接觸材料，從而能更好的保證輻照滅菌食品塑料包裝優(yōu)良的阻隔性能。