功能性包装薄膜论略（五）
2015-09-11陈昌杰
陈昌杰
（上海市包装技术协会）
行业发展概况
功能性包装薄膜论略（五）
陈昌杰
（上海市包装技术协会）
（上接《塑料包装》2015年第4期）
（二）活性阻隔性包装薄膜
吸氧阻隔性包装薄膜亦称脱氧型阻隔性包装薄膜或者除氧型阻隔性包装薄膜，亦可称之为活性阻隔性包装薄膜。这种薄膜除了具有普通阻隔性包装薄膜所具有的阻隔性之外，它在具有阻隔性的同时，还对氧气具有“活性”，当氧气进入、通过该薄膜时，薄膜中的易氧化成分会和氧进行化学反应，从而消耗进入、通过薄膜的氧气。
吸氧阻隔性包装薄膜是吸氧塑料和阻隔性塑料的巧妙组合，目前应用量尚不多，但不失为塑料包装材料领域中的一种富有巨大诱惑力的前瞻性产品，具有很大的潜在市场，值得我们高度关注。
1、发展吸氧阻隔性包装薄膜的意义
目前广泛使用的防止氧气对食品危害的方法，主要应用阻隔性包装薄膜，防止大气中的氧气，通过包装薄膜进入袋中。为提高包装对食品的保护效果，人们开发了真空包装、充气包装（换气包装）等技术，以减少包装袋中氧气的初始浓度，然而即使采用真空包装或者充气包装技术，仍会有2%～3%的氧气残留在包装之中。因此食品等商品仍可能因受包装袋中残留氧气的作用而导致食品产生异味、腐败变质，或者导致食品部分营养成分损失、颜色变化等诸多问题。
为了消减包装内残存的氧气对食品的不利影响，人们开发了脱氧包装技术。常见的脱氧技术是在普通阻隔性包装内放置脱氧剂（亦称之为吸氧剂或除氧剂），比如还原铁粉。通过脱氧剂与氧发生反应以降低包装内部的氧的浓度，有效地防止氧气对食品的危害，达到延长食品货架期的目的，这种技术在月饼等常见食品的包装中，已得到成功应用。［1］但因这种传统的脱氧包装，要在包装中放置脱氧剂，会使包装工艺复杂化、包装成本上升，而且还有可能发生消费者误食脱氧剂的问题；此外一些特定的商品不适于使用脱氧包装，比如饮料，除了灌装时顶隙进人的氧和存储过程中通过包装材料进入的氧气之外，还有饮料本身溶解的氧，不适合采用脱氧包装技术。通过人们艰辛的努力，成功地开发出了一种新型的包装材料——吸氧阻隔性包装薄膜。吸氧阻隔性包装薄膜，既是实际包装工作的需要，也是常规脱氧包装技术的发展与升华。
2、吸氧阻隔性包装薄膜的主要功效
如前所述，与普通的阻隔性包装薄膜相比，吸氧阻隔性包装薄膜除有阻隔大气中的氧气进入包装袋之功效外，还具有与袋内的氧气发生化学反应，降低袋内的氧气浓度的性能。吸氧阻隔性包装薄膜，可使包装内的氧气浓度降低至0．01%，因此对于防止依靠氧生长繁殖的霉菌等微生物对食品的危害以及防止食品中易氧化成分由于氧化作用而导致的食品变质，都具有很大的作用，吸氧型阻隔性包装薄膜用于食品包装，较之普通阻隔性薄膜，可以表现出更好的实用效果。
吸氧型阻隔性包装薄膜的功效，主要表现在如下几个方面：
（1）具有上佳的防腐、保质效果
有的商品，例如糕点甜食这类食品储存时，在有氧存在的情况下，霉菌等微生物易于繁殖生长，导致食品发霉、变质。采用吸氧型阻隔性包装薄膜包装，能除去在商品生产过程中残存包于装袋中的氧气，从而使以氧气为生长繁殖必要条件的霉菌不能生长、繁殖，因此能够达到防止食品发霉、变质，延长食品货架期的功效。
（2）能更好地保持食品的风味
香味是食品风味的主要要素之一，普通阻隔性包装薄膜，可通过其阻隔性，防止食品中的香味成分通过薄膜逃逸到大气中，导致的香味降低的问题，也可防止包装外的异味通过薄膜袋进入食品中，破坏食品固有的风味。但对于那些因包装中残存的氧气和食品中的香味中的易氧化成分进行化学反应，丧失原有香味的商品（如咖啡）的保香，则效果欠佳。使用吸氧型阻隔性包装薄膜，可以在阻止香味通过薄膜袋向外逃逸和异味向内导入的同时，还能降低袋内的氧气的浓度，防止香味中易氧化成分的氧化，从而更有效地防止食品香味下降、风味变异，保持食品原有的纯正的风味。
（3）有效地防止食品变色、褪色
防止食品变色和褪色是使用吸氧阻隔性包装薄膜的另一功效。许多食品如火腿和香肠等，其色素在氧和光的作用下，会发生变色或者褪色，颜色的变化会大大降低顾客对商品的购买欲，影响销售，因此防止这类食品变、退颜色至关重要。利用吸氧阻隔性包装薄膜袋包装，可降低包装袋中的氧气的浓度，从而达到防止、减缓变色与褪色的目的。
3、吸氧阻隔性包装薄膜的组成、吸氧机理及结构
（1）吸氧阻隔性包装薄膜的“吸氧层”
“吸氧层”亦称活性层，即含有易氧化物的塑料薄膜层，“活性层”是吸氧阻隔性包装薄膜的不可或缺的部分，而易氧化物质则是该吸氧层的最核心的组分。易氧化物质通常由“吸氧物质”（即可氧化物——还原性物质）和反应促进剂（催化剂）组成，有还原铁／氯化钠，亚硫酸钠，抗败血酸等，或者MXD6／钴盐，双键聚合物／钴盐，双键聚合物／MXD6／钴盐，PE／PS／钴盐，含环己烯侧链的聚合物／钴盐等的树脂掺合物等等，吸氧阻隔性材料及其用途如表1所示。如表所示，易氧化物质——“吸氧剂”可以是无机物，也可以是有机物，可以是低分子物质也可以是高分子物质。添加低分子类吸氧剂制备吸氧包装材料工艺简单，成本低廉，吸氧效果好，可以应用于食品、饮料的包装，例如将乙二胺四乙酸亚铁盐，均匀地分散于聚氯乙烯（PVC）或聚对苯二甲酸乙二酯（PET）等基体树脂中，与从基体渗透的水蒸气接触后引发吸氧，还可添加抗坏血酸等作为辅助吸氧剂。实验证明，当添加配比为1∶1的乙二胺四乙酸亚铁盐和抗坏血酸钠时，该材料的吸氧量最大，可达30．4μmol／d。［3］但是添加低分子类吸氧剂制备吸氧塑料，会产生降低制品的透明性、降低力学性能（特别是容易使撕裂强度下降）以及发生低分子物迁移等问题，因此高分子类吸氧剂亦备受关注，国外应用高分子类吸氧剂制备吸氧塑料，已达到了产业化的水平，如美国Chevron Phillip s Chemical公司开发了商品名为“OSPTM”的吸氧共混物体系，其中主要成分为乙烯／丙烯酸甲酯／丙烯酸环己烯基三元共聚物（EMCM），在包装前用紫外线照射可使其产生自由基，该自由基与氧气结合达到吸氧的目的，该体系引发前在空气中可稳定存在，引发后不会产生降解副产物，而且外观透明。图1为该共混物引入包装中的结构示意图，由于该结构中有阻隔层，只有很少量的大气中的氧，能够通过阻隔层后达到OSPTM层，因此，OSPTM一般不会快速消耗而具有非常长的使用寿命。图1 OSPTM引入包装中的结构示意图
表1 吸氧（活性）阻隔性材料及其用途
分类 吸氧物质 反应促进剂 制品例 用途（包装形态）双键系聚合物／MXD6尼龙盐基性物质，迁移金属触媒-“ォキシプロック”（东洋制罐） PET瓶（热销售饮料）有机类双键系聚合物盐基性物质，迁移金属触媒-“OS 1000”（Seald Air）“プロアクト”（クラレ） 盖材（生食品、加工肉）用开发中PE／PS系树脂盐基性物质，迁移金属触媒-“マルチブロック”（东洋制罐） 聚烯烃类瓶（蛋黄酱）带环己烯基的聚合物盐基性物质，迁移金属触媒-“OSP”（Chevron） 盖材（生食品）
印刷表层阻隔层：尼龙，EVOH，PET，铝箔等粘结树脂OSPTM密封层
OSPTM与其它聚合物共混仍具有很好的吸氧性能，室温下，线性LDPE（LLDPE）／OSPTM（70∶30）共混物约10 d后达到近70 mL／g的最大吸氧量，美国Cryovac密封气体公司采用OSPTM制作了用于透明包装的OS 1000薄膜，被瑞士雀巢公司下属的Nestle Bu2itoni公司用于包装各种面食制品并投放到美国市场，其中包装为含EVAL阻隔层的热成型盒，盒上部采用OS 1 000薄膜密封，这样可使食品包装盒内的氧气含量降低至0．1%以下，从而使食品货架寿命延长50%。
吸氧阻隔性包装薄膜，是吸氧阻隔性包装材料的一个重要品种，除此之外，吸氧阻隔型包装材料还有吸氧阻隔性瓶、瓶盖衬里等。
（2）吸氧阻隔性材料的吸氧机理
吸氧阻隔性材料的吸氧机理，根据所用的易氧化物质的不同而不同，有两个大类：一种是利用塑料中添加的低分子吸氧剂的氧化反应；另一种是利用特定结构的吸氧树脂的自身氧化，吸氧树脂通常在主链或侧链上含有双键、羟基等活性基团，或在主链内含有活性亚甲基，如聚丁二烯、聚异戊二烯、烯烃共聚物、尼龙6、聚已二酸间苯胺（MXD6）、（乙烯／乙烯醇）共聚物（EVAL）等可氧化结构。
（3）吸氧阻隔性包装薄膜的结构
虽然原则上可以通过在单层阻隔性薄膜的原料中，加入吸氧剂而得到活性阻隔性包装薄膜，但就实际应用而言，以多层结构较为有利。
典型的吸氧阻隔性包装薄膜的结构如下：
印刷层／／阻隔层／吸氧层／／热封层（透气层）
吸氧阻隔性包装薄膜袋内残存的氧气，通过内层的热封层（透气层），进入吸氧层，与层中的易氧化成分发生化学反应而被消耗，降低残存于袋内的氧气的浓度，从而提高包装对内容物的保护效果。采用这种结构，吸氧层不直接与袋内的食品接触，安全卫生性方面，更为有利。
4、吸氧阻隔性包装薄膜的应用
吸氧阻隔性包装薄膜主要应用于食品行业，举例如下。
（1）茶叶包装
茶叶包装中所含的氧会和茶叶的儿茶素、叶绿素、脂类、叶红素及维生素C等易氧化成分发生氧化反应，引起茶叶的变质，特别是绿茶，一旦被氧化就会失去嫩绿色而变黄，外观产生明显的变化，商品价值大大降低。当氧气过多时，抗坏血酸还容易氧化而变成为脱氧抗坏血酸，并进一步与氨基酸结合发生色素反应，使茶叶味道恶化，对茶叶品质的下降造成更大的影响，为了使茶叶在储存不致很快变质，在茶叶包装袋中的氧含量必须控制在1%以下，因此应用吸氧阻隔性包装薄膜袋包装茶叶，较之普通阻隔性薄膜袋更为有利。吸氧阻隔性包装薄膜的应用，可使茶叶包装内的氧气浓度降低至0．01%，再施之以防潮、遮光等措施，可以茶叶从生产到销售的各个环节中减少品质的损失，有利于树立企业品牌形象、提升产品的市场竞争能力。
（2）肉制品包装
包装中氧量含高时，氧气会助长肉制品中微生物的生长、致产生不良味道的产生、使颜色发生变化以及营养物质流失等等，明显地降低肉制品的货架期。采用吸氧阻隔性包装薄膜，可以有效地降低包装中氧气的浓度，从而防止或减缓上述种种问题的发生，使肉制品在存储时达到良好的保质效果，延长其货架寿命。
（3）油脂类食品包装
糕点食品中通常含有丰富的油脂，含油脂的食品在贮运加工中极易发生氧化。油脂在紫外光和热的催化作用下受空气中的氧所氧化，产生过氧化物，产生所谓酸败现象。油脂氧化酸败会产生哈喇味，使食品的风味和香味丧失．改变食品的色泽，降低食品的营养品质，以至于缩短货架期。
油脂食品包装的关键是如何防止油脂氧化。焙烤食品大多含有较高脂肪．组织结构柔软或松脆，不宜采用真空包装。月饼和饼干的保质期要求较长，普通包装达不到要求，采用脱氧塑料包装，可以达到近100%的脱氧率，使袋内氧气的浓度降低到0．01%，而且还可以在很长一段时间内，除去外面渗入的氧气，有效阻止因油脂氧化而引起的产品酸败或霉菌繁殖而导致的长霉 ，长时间保持食品的高质量。
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（完）
