真空包装与充气包装工艺

第三章 真空包装与充气包装工艺第一节真空、充气包装的意义与发展真空包装是将产品装入气密性包装容器，抽去容器内部的空 气，使密封后的容器内达到预定真空度，然后将包装密封的一种包装方法。充气包装是指在产品装入气密 性包装容器，抽真空（或不抽真空），再充入保护性气体（一般为N2、C02），然后将包装密封的一种包装方 法。简言之，是用脱气或充气技术，除去包装体系中的氧，改善包装内产品周围的气氛，防止或减弱产品 比学或生物化学反应发生，从而达到保护产品目的一种包装方法。真空包装，国外始于 40年代，用于火腿、 香肠包装。充气包装始于 50 年代干奶酪包装，并于70 年代得到发展。我国于80 年代引入充气包装技术， 用于茶叶充氮包装。真空、充气包装有以下特点：食品不用加热或冷冻，不用或少用化学防腐剂，便能有较长保存期，且食 品风味可保持较好。充气包装饱满美观，可克服真空软包装缩瘪难看和易机械损伤的缺点。与罐藏 和冷冻贮藏相比，包装材料和设备较简单，操作方便，费用较少。但应用上也有以下不足： 真空包装抽 真空后，软包装缩瘪不美观，不适合有尖锐外形产品及粉状产品的包装。 充气包装所用的保护气体一般 为 N2、CO2 等气体，其对食品的保护作用有限；且因包装透气问题，不一定始终维持最佳保护气氛；真空 充气包装对厌氧菌无效。因此，对食品来说，真空及充气包装常要与冷藏相结合，才有较好的效果。与 罐藏相比，食品真空及充气包装速度较慢，效率较低。真空、充气包装都可理解为气调包装。气调包装 CAP（ControlAtmospherePackaging）的含义是指密圭寸包装内产品四周气氛可得到调节或控制的一种包装方 法。如真空包装中的水果、蔬菜，由于果蔬的呼吸及塑料薄膜的气体选择性透过作用，包装内气体成分会调节到一种最佳状态。这种选择性渗透薄膜包装常称为自然气调包装。 充气包装又称换气包装或改变 气体包装，它属于气调包装，只不过是将包装内空气置换为有利产品保存的气体。但在流通过程中，能调 节、控制以维持包装内产品周围始终处于最佳气氛状态的气调包装还没有出现。第二节真空、充气包装原理和应用实践证明，真空、充气包装的成功应用，取决于以下基本工 艺要素：包装内气体成分的选择和包装贮存温度的确定；高阻隔性包装材料的选用和包装容器的密 封； 包装方法和包装机械的选用。下面侧重结合食品充气包装，介绍常用的充气包装工艺。 一、保护气体的作用和储存温度：前已述及，充气包装是指密封包装内产品四周维持有利产品保存的最佳 气体成分的包装方法。这些气体有：C02、N2、02、S02、CO等。最常用的是：C02、N2、02，下面加 以讨论。（1）氧气（02）。一般说来，大气中的02是食品氧化和嗜氧微生物繁育致腐的不利因素，包装时应予抽除。 对于水分活性在0. 88以下食品，除氧可大幅度延长食品保存期。Aw较高的生鲜食品，除氧也有一定的保 鲜效果。包装内 02 降至 05以下，才有杀灭霉菌的作用。 此外，氧也是包装内虫害和金属制品大气 锈蚀的不利因素，包装时，应予抽除。但是，新鲜肉充气包装中，则要充入高浓度氧（60%80%O2），因 为氧可使肉肌红蛋白氧化成氧化肌红蛋白而维持肉的鲜红颜色，有利销售；同时高浓度氧可破坏微生物蛋 白结构基团，使其发生功能障碍而死亡。 在新鲜水果蔬菜的充气包装中，也要维持包装内有低浓度的氧（一 般在1%6%02），以 降低果蔬呼吸强度而又不致产生缺氧呼吸（发醇）。 因此，氧在不同食品的充气包装中，作用与要求是不 同的。（2）氮气（N2）。氮气本身不能抑制食品微生物繁育生长，但对食品也无害。氮气只是作为包装充填剂， 相对减少包装内残余氧量，并使软包装饱满美观。（3）二氧化碳（CO2）。二氧化碳是充气包装中用以保护食 品的最重要的气体。二氧化碳对霉菌和酶有较强的抑制作用，对嗜氧菌有“毒害”作用。高浓度二氧化碳（如 大于50%C02），对嗜氧菌和霉菌有明显的抑制和杀灭作用。但是二氧化碳不能抑制所有微生物，如对乳酸 菌和酵母无效。由于二氧化碳易被食品中的水分和脂肪吸收而使软包装塌瘪（假真空），或浓度过高引起食 品有轻微酸味，因而常混充一定比例氮气使用。对于新鲜水果蔬菜包装，高浓度二氧化碳可钝化果蔬呼吸 作用而延长保存期，但浓度过高又会使植物细胞“中毒”而败坏。一般使用浓度为1%l0%CO2,不可高 于12%，具体比例视果蔬品种而定。总结以上，CO2、N2和O2等三种气体是目前充气包装中最常用的气 体。它们是单独使用，或以最佳比例混合使用，要依产品生理特性、可能变质的原因和流通环境，经实验 确定。应当强调指出，气体的保护作用效果如何与包装的储存温度关系甚大。在第三章中已经讨论过微生物活性 与环境温度有关，如温度上升10C,致腐微生物繁育率可增长46倍，果蔬呼吸强度地可增加3倍。因此， 储存温度是食品贮藏的关键因素。由于包装内不可能绝对无氧，且二氧化碳的保护作用也有限，充气包装 食品往往要与冷藏相结合，才有较好的效果。据国外经验，大多数充气包装食品要在05C贮藏；只有少 数食品，如烘烤食品充气包装可在常温贮藏。因此，建立从储运到销售的冷藏系统，是食品充气包装得以 发展的重要条件。二、真空充气包装的应用：(1)包装快餐及烘烤食品。这类食品有面条、馅饼、蛋糕、面包等，品种繁多， 其主要成分为淀粉类面粉，有的有馅。 这类食品产生变质的因素有：细菌、酵母和霉菌引起的腐败；脂肪 氧化酸败；淀粉老化变干。因此，包装要除氧、充气。一般充入Z02与N2混合气能有效抑制细菌和霉菌。 食品水分活性高，则二氧化碳浓度要高，但过高使食品微酸；充氮可维持包装饱满。因二氧化碳对酵母无 抑制作用，有时食品要适量添加丙酸钙。为防淀粉老化，可在食品表面涂油脂，并且不宜在低温下储存。 这类食品充气包装在常温下储存仍有较好效果，有良好应用前景。(2)包装鲜肉禽及肉制品。鲜肉禽为高水 分活性食品，在有氧存在时，很易在各种微生物作用下发粘、变色、变味和腐败。 鲜肉禽的保存可以冷冻， 但外观与风味变差。真空充气包装加冷藏有良好的保存效果，且肉色、风味保持较好，受消费者欢迎，欧 美等国对这类食品大部分采用充气包装。真空包装的肉呈淡紫色。而鲜肉充入02、N2和CO2三种混合气 体再加冷藏，可使肉肌红蛋白(紫红色)转为氧化肌红蛋白，使肉呈鲜红颜色，国外叫红肉气调包装。由实 验可知，包装内氧分压为32kPa(240mmHg)时，就可维持肉的鲜红颜色。各种肉的肌红蛋白浓度不同，要 求包装内氧的浓度也不同，一般为氧气占 6580。二氧化碳有一定防腐败作用，但浓度不宜过高，以 免肉变色、变味。氮用作充填气体。，鲜肉禽充气包装一定要在低温下冷藏才有好的效果，一般为14C。 肉制品经过加工杀菌，水分活性降低，用真空包装或充气包装在常温下保存也有好的效果。(3)包装海鲜 产品。鲜海产品气调保鲜难度较大。鲜海产品致腐有多种形式：细菌使鱼肉三甲胺分解而腐败；鱼肉脂肪 氧化酸败；鱼体内酶使鱼肉降解；低温时厌氧菌产生有害毒素等。对低脂肪海水鱼充C02、N2和02包装 以抑制厌氧菌繁殖；而多脂肪海水鱼则只充C02和N2包装，以防脂肪氧化酸败。一般二氧化碳浓度不大 于70%，以免渗出鱼汁变味。鲜海产品气调包装要在02C下冷藏才有好的效果。(4)包装鲜果蔬。新鲜 水果蔬菜收获后仍是活的有机体，仍继续进行着水分蒸腾、呼吸作用以及后熟等生理过程。要延长鲜果蔬 的保存期，最主要的是抑制其呼吸强度。果蔬的呼吸反应可表示为：有氧呼吸：C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+2821. 90(kJ)无氧呼吸：C6H12O6-2C2H5OH+2CO2+117. 23(kJ)有氧呼吸与无氧呼吸均消 耗果蔬养分，引起发热，并导致细菌繁育而腐败。 当果蔬包装中有低浓度氧和较高浓度二氧化碳时，其呼 吸作用受抑制，但又不致产生无氧呼吸，因而延长了保存期。储存温度降低，也降低果蔬呼吸强度。但储 存温度过低会引起果蔬“冷害”。不同品种果蔬引起冷害的温度不同，因而适宜的储存温度也不同。鲜果蔬 可用充气包装保鲜，但更多的是采用自然气调保鲜，即采用选择性透气薄膜包装。它利用果蔬本身的自然 呼吸，和薄膜对不同气体的选择性透过，自动在密封包装内建立起低浓度氧、高浓度二氧化碳的保存环境， 从而延长保存期。随果蔬呼吸的进行，包装内氧浓度降低、二氧化碳浓度增高，因而呼吸作用受抑制。当 包装内氧浓度过低和二氧化碳浓度过高时，由于薄膜的选择性透过(透过二氧化碳能力大于透氧能力 510 倍)，大气中氧有少量透入，而包装内二氧化碳有较多透出。只要包装薄膜选用适当，便可使包装内维持某 种最佳的气体组成。第三节 真空、充气包装用材料的选用包装材料的正确选用，是气调包装能否有效应用的重要条件。 真空和充气包装，必须用阻气、阻湿性能良好的材料，以维持包装内最佳气体组成。而鲜果蔬自然气调包 装，则要求材料有一定透气能力。玻璃和金属容器有优良的阻隔性能，用作真空包装容器已有多年历史。 塑料及其复合材料，由于其具有来源广、易加工以及轻便美观等优点，多以软包装、热成型浅盘等形式在 真空充气包装和自然气调包装中得到广泛的应用。这里主要讨论塑料材料的选用。一.真空充气包装用塑料材料的选用：(1)材料性能要求。真空充气包装常用材料的性能要求可归纳如表11 6。（2）常用塑料包装材料的性能。根据塑料材料阻隔性能指标，塑料可归纳为：阻气性能良好材料:EVAL、 PVA、KOPP、PVDC、KPT、OPA、PA、PET。阻湿，性能良好材料：PVDC、KOPP、KPT、HDPE、OPP、 PP、LDPE、PET、PVC。阻气、阻湿性能均好材料：PVDC、KOPP、PET、PET / PE、PT / PE、PA/PE、 PPPVDCPE、 PAEVALPE、 PETEVALPE 等。据称， PVDC、 EVOH、 PAN 是世界流行三大高 阻隔性塑料包装材料。近年，国外已普遍采用由PVDC或EVOH复合的高阻隔性材料，我国也正在研制开 发。PVDC（偏二氯乙烯一氯乙烯共聚物），商品名Saran，其透氧率15cm3m-2。（24h）-l，诱湿率为1. 5 5gm-2（24h）-1,阻气阻湿性能特别优良，而且耐化学腐蚀、耐油、保香性好，可加工成涂覆膜或共挤膜， 如BOPP / PVDC / PE。但其价格较贵，且不宜直接与食品接触。EVOH（乙烯一乙烯醇共聚物）具有特别优 良的阻气性能，其透氧率是PVDC的1/15。还具有无毒、耐化学腐蚀、耐油、耐折、透明光泽及热封性 好的优点。但EVOH透湿、吸湿性大，只能作中间层；且与聚烯烃无相邻性，共聚时需用粘合剂。它加工 性能优良，可共挤、涂布、挤出复合、双向拉伸及共挤双向拉伸等。（3）塑料材料选用实例。选用材料时要 以产品特性和真空充气包装要求为依据，也要考虑来源与价格。 二、自然气调用包装材料的选用：新鲜果 疏更多的是采用自然气调包装，其透气模型已如前述。透气良好的薄膜，一般有：PE、PP、PVC、PS等。 当然，透气率还与薄膜厚度及温有关。同一种薄膜对不同气体的渗透率 q 是不一样的。一般有 qN2: qO2: qCO2=1： （35）： （1530）的规律，即所谓选择性渗透。可见二氧化碳的渗透率远大于氧的渗透，表1110 介绍了一些薄膜的选择性渗透比例。通过查表便可以根据果蔬的呼吸强度，选用合适的选择性透过比率的 薄膜。如果蔬菜呼吸强度大，就应选择透气率大，且选择性渗透比率大的PE材料，效果较好。第四节真空、充气包装工艺与包装机械一、真空、充气包装系统。该系统主要由气源、气体混 合器、真空充气包装机以及管路、减压阀、压力表和开关等附件组成。二、气源与配气技术。一般小批量 生产采用的气源为钢瓶装压缩气体。二氧化碳用食品级，氮用脱水精氮。钢瓶灌满时压力可达 15MPa， 般有 1012MPa。 各种压缩气体经减压阀减压后，进入气体混合器进行各种产品所需的最佳比例混合，然 后才引入充气包装机进行充气包装。混合器的配气原理简述如下。假定减压后的气体为理想气体，则有状 态方程：PV nRT式中：P气体压力，Pa； V气体体积，m3； n气体摩尔数，mol； R气体状态参数，8. 31J/molK； T温度，K。由上式可知，在一定温度下，令V 定，则气 体摩尔数只与其分压 P 有关。控制进入定容 V 的气体混合器内各气体的分压，便可实现气体按所需的比 例混合。例如，欲配70%CO2十30%N2的混合气，并假设所需混合气总压为尸。先将定容y的混合器内 空气抽除。再先后送入0. 7P的CO2和0. 3P的N2,则可得所需比例的混合气。配气结果可用奥氏气体 分析仪或气相色谱仪检验。三、真空充气包装机的选用:真空包装机或真空充气包装机品种较多，并在不断 完善与发展，还没有统一的分类方法。下面介绍几种供参考。（1）腔室式真空充气包装机。目前我国生产 应用的基本上是这一类型。工艺过程为：供袋、装入产品一置入腔室，袋口对着充气口并平搁在热封条上 一抽真空一充气（或不充气）一热封一腔室通大气，输出包装件。腔室式真空充气包装机也有多种类型。 按腔室数量，有单腔和双腔，双腔式生产效率较高；按结构，又有台式、传送带式、回转工作台式等；现 国内生产的多为台式机。（2）真空补偿式真空充气包装机。又称热成型自动真空充气包装机，工艺过程为： 浅盘热吸塑成型一置入食品一覆盖膜一抽真空、充气、热封+切断一盒式包装件。（3）气流冲洗式充气包装 机。工艺过程为：置入产品一覆膜、纵封（筒膜免）一气流冲洗一横封一切断一枕式包装件。这种包装机可 用于薄膜枕式包装，也可用于热成型浅盘包装。由于是采用气流驱除包装内空气，不用抽真空，因而包装 速度快。但充入气体消耗大，包装内残留氧可多达 2%5%，只能用于包装内除氧要求不高的产品。四、 真空、充气包装工艺参数。工艺参数要根据产品特性和包装袋容积来确定。以下将结合腔室式机讨论参数 的确定。（1）抽真空。为使包装内氧降至最低，应有较大的真空度。一般要求腔室内真空度为1030torr（1torr = lmmHg=133. 32Pa）。真空包装机抽真空后，包装内难以做到绝对无氧。经测定，包装内还有1. 6%2. 2% 的O2。如果包装内还有2%5%O2,贝V霉菌、酵母的繁育基本同在空气中一样。抽真空时间据产品对真 空度要求和包装容积，经实验确定。（2）充气。引入充气包装机的混合气体要有一定的压力。对于腔室式机， 一般以0. 150. 3MPa为宜。压力过小，则因腔室大，充气慢，充气量不足；压力过大，则包装袋可能胀 破。一般充气后包装袋内压力以不大于0. 12MPa为宜。充气时间也依袋容积而定，以袋饱满为原则。（3）热封合。热封合质量是真空充气包装密封性的重要保证。一般要求热封宽度稍大，这样热封强度较高。热封温度和热封时间可根据包装材料确定。一般用较高热封温度的复合材料。因为随生产连续进行，热封条 温度升高，热封时间要及时调整。第五节 真空、充气包装储存期计算由于真空充气包装使用的塑料包装材料具有一定渗透性，因此 在真空包装和充气包装中，涉及到储存期的计算问题。真空充气包装的储存期是指包装外氧气渗透过包装材料，达到包装内物品容许的吸氧量所经历的时间。渗透性包装材料对气体的渗透量用下式计算：P (P - P ) A.t q =_i2 Gd式中：qG 气体渗透量（透气量，G： Gas），cm3；PG 一气体渗透系数（透气系数），cm3cm / cm2S（101. 325kPa）； P1 一 P2 一包装材料两侧气体分压差；A 一包装材料表面积, cm2； t 一储存时间， s； d 一包装材料厚度， cm。*1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1*1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1* *1*