氮氣的包裝功效以及相關(guān)檢測

隨著包裝理論研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)包裝內(nèi)部環(huán)境中的氧氣、二氧化碳以及一些其他氣體的含量都會給內(nèi)容物的品質(zhì)帶來影響，其中以食品、藥品zui為敏感。

1． 氮氣的包裝功效與氣調(diào)包裝

由于氧氣、二氧化碳等氣體濃度可引起食品、藥品等品質(zhì)發(fā)生變化，為了減少由于包裝內(nèi)部環(huán)境氣體對內(nèi)容物的影響，zui初我們采取真空包裝方式（即在物品用塑料薄膜包裝后利用真空設(shè)備抽出包裝中的氣體）以有效避免由于氧氣等氣體的存在對內(nèi)容物的影響。真空包裝在熟食制品包裝、腌臘制品包裝、豆制品包裝上應(yīng)用非常廣泛，然而在實際使用中還是遇到了一些問題，例如：

一、由于包裝內(nèi)環(huán)境中幾乎沒有氣體，因此包裝材料會貼附在內(nèi)容物的表面。如果內(nèi)容物有棱角或者易碎的話，在儲運過程中很可能會出現(xiàn)包裝袋破裂或者內(nèi)容物破損等情況。

二、由于包裝材料兩側(cè)具有非常大的壓差，有利于外界氣體通過薄膜材料滲透進入包裝內(nèi)部。通常，氧氣、二氧化碳這些能影響內(nèi)容物品質(zhì)的氣體對包裝材料的滲透性能要高于氮氣等一些對包裝物品質(zhì)沒有影響的惰性氣體。而要減少滲透進入包裝內(nèi)的氧氣量需要使用阻隔性能優(yōu)的材料，但包裝成本也會相應(yīng)增加。

三、一些食品不適宜采用真空包裝形式。例如新鮮果蔬的包裝，因為果蔬在采摘后仍有呼吸作用，因此當(dāng)它們被包裝在真空環(huán)境中，會由于氧氣含量過少而引起一些厭氧菌的生長。

氣調(diào)包裝（MAP）在保留了真空包裝優(yōu)點的基礎(chǔ)上對它的一些不足之處加以改良，是一種采用氮氣等不活潑氣體（或者按照一定比例配置的混合氣體）置換包裝容器中空氣的包裝技術(shù)，因此也稱為置換氣體包裝、充氣包裝。這種包裝方法是根據(jù)好氧性微生物需氧代謝的特性，在密封的包裝容器中改變氣體的組成成分，降低氧氣的濃度，抑制微生物的生理活動、酶的活性和鮮活商品的呼吸強度，達到防霉、防腐和保鮮的目的。其中氮氣是惰性氣體，起充填作用，可使袋內(nèi)保持正壓（即使包裝袋內(nèi)充氣壓強大于包裝袋外大氣壓強），可以防止袋外空氣進入袋內(nèi)，對內(nèi)容物起保護作用，能有效地防止內(nèi)容物受壓破碎變形，并且不影響包裝袋外觀及印刷裝潢效果。

2．  氣調(diào)包裝的主要檢測項目

在氣調(diào)包裝所使用的填充氣體中氮氣含量zui大，這主要是因為氮氣的化學(xué)性質(zhì)不活潑，對內(nèi)容物的品質(zhì)沒有影響。因此氣調(diào)包裝相對于其它包裝來講，除了要對包裝材料進行基礎(chǔ)檢測外，還需要進行以下兩項檢測：材料對于氮氣的阻隔性能以及氮氣的純度。

檢測材料對于氮氣的阻隔性是為了使氣調(diào)包裝在存放的過程中避免氮氣濃度出現(xiàn)明顯下降，進而引起包裝內(nèi)部其它氣體濃度上升，引起內(nèi)容物的品質(zhì)發(fā)生變化。目前，包裝業(yè)內(nèi)對材料氮氣阻隔性檢測的重視程度不高，有些時候這項檢測甚至被忽略，而是通過檢測材料的氧氣透過量（材料的氧氣阻隔性檢測現(xiàn)在普及程度較高）然后換算成材料的氮氣透過量。實際上，對于不同的材料其氧氣透過量和氮氣透過量的比值是不一樣的，而且溫濕度的變化也會對這個比值產(chǎn)生影響。從深層次上講，這是由于材料結(jié)構(gòu)以及氣體分子的特性與材料阻隔性之間的關(guān)系所導(dǎo)致的，材料的結(jié)構(gòu)包括聚合物鏈結(jié)構(gòu)以及高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，氣體分子的特性主要指分子的大小以及極性等。可見，在材料的氧氣透過量的基礎(chǔ)上乘一個比例系數(shù)來估算材料的氮氣透過量是不可取的方法。

如果在食品包裝中使用氣調(diào)包裝形式，還應(yīng)該注意填充氣體中的氮氣的純度，必須達到純氮級，即食品級，氣體中的雜質(zhì)組分含量必須低于不危及人體健康的安全界限標(biāo)準(zhǔn)。N₂中所含主要雜質(zhì)組分有O₂、CO、CO₂和H₂等，純氮氣的國家標(biāo)準(zhǔn)中對它們的含量都有明確的規(guī)定。

3．  材料的氮氣阻隔性檢測

雖然現(xiàn)在可用于檢測材料的透氣性的測試方法有壓差法和等壓法兩大類，但是對于氮氣的透過性檢測只能使用壓差法。這主要是因為氮氣的性質(zhì)不活潑，目前要實現(xiàn)微量氮的氣體濃度檢測比較困難，相應(yīng)的傳感器也非常少。而且對于等壓法而言，檢測結(jié)構(gòu)中需要借助載氣來運輸滲透通過試樣的微量檢測氣體（目前已經(jīng)實現(xiàn)的可檢測氣體有氧氣和二氧化碳）進入傳感器檢測，但是目前使用的載氣就是氮氣，如果檢測氣體是氮氣，則載氣必須另外選擇其他氣體，致使試驗成本（試驗過程中載氣的消耗量很大）、載氣獲取的方便程度以及尾氣處理都更加困難。可見即使用于微量氮檢測的傳感器技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)，利用等壓法檢測材料透氮性的經(jīng)濟可行性也受到懷疑。鑒于此，要檢測材料對氮氣的阻隔性能只能放棄化學(xué)檢測方法，目前檢測材料的氮氣阻隔性采用的是物理檢測方法——壓差法。

壓差法的原理簡單明了，就是使試樣兩側(cè)形成0.1MPa的測試氣體壓差，然后等滲透過程穩(wěn)定后按照下腔壓力的變化量計算材料的滲透性能。這里對測試氣體的性質(zhì)沒有特別的要求，而且氣體使用量很小，只要不是腐蝕性氣體（腐蝕管路以及腔體）都可以按照這種方法進行檢測，當(dāng)然對于部分氣體的實際應(yīng)用還應(yīng)考慮到測試環(huán)境、尾氣處理以及氣體濃度安全性等多方面的因素。使用壓差法測試材料的氮氣阻隔性能是它的基本檢測方法之一，設(shè)備重復(fù)利用性好，無損耗性元器件，可一機多用，而且利用真空法（壓差法中的代表方法，測試原理圖參見圖1）還可以測得材料對氮氣的溶解度系數(shù)和氮氣在材料中的擴散系數(shù)。

圖1. 測試原理圖

4．  總結(jié)

由于氣調(diào)包裝等新型包裝形式的推廣應(yīng)用，使得氮氣的阻隔性檢測逐漸受到關(guān)注。利用材料的透氧性能計算得到材料的透氮性能是不可取的方式，目前可用于檢測材料的透氮性能的方法只有壓差法。