真空包裝與充氣包裝工藝.doc

第3章 真空包裝與充氣包裝工藝第一節(jié) 真空、充氣包裝的意義與發(fā)展 真空包裝是將產(chǎn)品裝入氣密性包裝容器，抽去容器內(nèi)部的空氣，使密封后的容器內(nèi)達(dá)到預(yù)定真空度，然后將包裝密封的一種包裝方法。充氣包裝是指在產(chǎn)品裝入氣密性包裝容器，抽真空(或不抽真空)，再充入保護(hù)性氣體(一般為N2、CO2)，然后將包裝密封的一種包裝方法。簡言之，是用脫氣或充氣技術(shù)，除去包裝體系中的氧，改善包裝內(nèi)產(chǎn)品周圍的氣氛，防止或減弱產(chǎn)品比學(xué)或生物化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，從而達(dá)到保護(hù)產(chǎn)品目的一種包裝方法。真空包裝，國外始于40年代，用于火腿、香腸包裝。充氣包裝始于50年代干奶酪包裝，并于70年代得到發(fā)展。我國于80年代引入充氣包裝技術(shù)，用于茶葉充氮包裝。真空、充氣包裝有以下特點(diǎn)： 食品不用加熱或冷凍，不用或少用化學(xué)防腐劑，便能有較長保存期，且食品風(fēng)味可保持較好。 充氣包裝飽滿美觀，可克服真空軟包裝縮癟難看和易機(jī)械損傷的缺點(diǎn)。 與罐藏和冷凍貯藏相比，包裝材料和設(shè)備較簡單，操作方便，費(fèi)用較少。但應(yīng)用上也有以下不足：真空包裝抽真空后，軟包裝縮癟不美觀，不適合有尖銳外形產(chǎn)品及粉狀產(chǎn)品的包裝。 充氣包裝所用的保護(hù)氣體一般為N2、CO2等氣體，其對食品的保護(hù)作用有限；且因包裝透氣問題，不一定始終維持最佳保護(hù)氣氛；真空充氣包裝對厭氧菌無效。因此，對食品來說，真空及充氣包裝常要與冷藏相結(jié)合，才有較好的效果。 與罐藏相比，食品真空及充氣包裝速度較慢，效率較低。真空、充氣包裝都可理解為氣調(diào)包裝。氣調(diào)包裝CAP(ControlAtmospherePackaging)的含義是指密封包裝內(nèi)產(chǎn)品四周氣氛可得到調(diào)節(jié)或控制的一種包裝方法。 如真空包裝中的水果、蔬菜，由于果蔬的呼吸及塑料薄膜的氣體選擇性透過作用，包裝內(nèi)氣體成分會調(diào)節(jié)到一種最佳狀態(tài)。這種選擇性滲透薄膜包裝常稱為自然氣調(diào)包裝。 充氣包裝又稱換氣包裝或改變氣體包裝，它屬于氣調(diào)包裝，只不過是將包裝內(nèi)空氣置換為有利產(chǎn)品保存的氣體。但在流通過程中，能調(diào)節(jié)、控制以維持包裝內(nèi)產(chǎn)品周圍始終處于最佳氣氛狀態(tài)的氣調(diào)包裝還沒有出現(xiàn)。第二節(jié) 真空、充氣包裝原理和應(yīng)用 實(shí)踐證明，真空、充氣包裝的成功應(yīng)用，取決于以下基本工藝要素： 包裝內(nèi)氣體成分的選擇和包裝貯存溫度的確定； 高阻隔性包裝材料的選用和包裝容器的密封； 包裝方法和包裝機(jī)械的選用。 下面?zhèn)戎亟Y(jié)合食品充氣包裝，介紹常用的充氣包裝工藝。一、保護(hù)氣體的作用和儲存溫度：前已述及，充氣包裝是指密封包裝內(nèi)產(chǎn)品四周維持有利產(chǎn)品保存的最佳氣體成分的包裝方法。這些氣體有：CO2、N2、O2、SO2、CO等。最常用的是：CO2、N2、O2，下面加以討論。(1)氧氣(O2)。一般說來，大氣中的O2是食品氧化和嗜氧微生物繁育致腐的不利因素，包裝時(shí)應(yīng)予抽除。對于水分活性在088以下食品，除氧可大幅度延長食品保存期。Aw較高的生鮮食品，除氧也有一定的保鮮效果。包裝內(nèi)O2降至05以下，才有殺滅霉菌的作用。 此外，氧也是包裝內(nèi)蟲害和金屬制品大氣銹蝕的不利因素，包裝時(shí)，應(yīng)予抽除。 但是，新鮮肉充氣包裝中，則要充入高濃度氧(6080O2)，因?yàn)檠蹩墒谷饧〖t蛋白氧化成氧化肌紅蛋白而維持肉的鮮紅顏色，有利銷售；同時(shí)高濃度氧可破壞微生物蛋白結(jié)構(gòu)基團(tuán)，使其發(fā)生功能障礙而死亡。 在新鮮水果蔬菜的充氣包裝中，也要維持包裝內(nèi)有低濃度的氧(一般在16O2)，以降低果蔬呼吸強(qiáng)度而又不致產(chǎn)生缺氧呼吸(發(fā)醇)。 因此，氧在不同食品的充氣包裝中，作用與要求是不同的。(2)氮?dú)?N2)。氮?dú)獗旧聿荒芤种剖称肺⑸锓庇L，但對食品也無害。氮?dú)庵皇亲鳛榘b充填劑，相對減少包裝內(nèi)殘余氧量，并使軟包裝飽滿美觀。(3)二氧化碳(CO2)。二氧化碳是充氣包裝中用以保護(hù)食品的最重要的氣體。二氧化碳對霉菌和酶有較強(qiáng)的抑制作用，對嗜氧菌有“毒害”作用。高濃度二氧化碳(如大于50C02)，對嗜氧菌和霉菌有明顯的抑制和殺滅作用。但是二氧化碳不能抑制所有微生物，如對乳酸菌和酵母無效。由于二氧化碳易被食品中的水分和脂肪吸收而使軟包裝塌癟(假真空)，或濃度過高引起食品有輕微酸味，因而?；斐湟欢ū壤?dú)馐褂?。對于新鮮水果蔬菜包裝，高濃度二氧化碳可鈍化果蔬呼吸作用而延長保存期，但濃度過高又會使植物細(xì)胞“中毒”而敗壞。一般使用濃度為1l0CO2，不可高于12，具體比例視果蔬品種而定。總結(jié)以上，CO2、N2和O2等三種氣體是目前充氣包裝中最常用的氣體。它們是單獨(dú)使用，或以最佳比例混合使用，要依產(chǎn)品生理特性、可能變質(zhì)的原因和流通環(huán)境，經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)指出，氣體的保護(hù)作用效果如何與包裝的儲存溫度關(guān)系甚大。在第三章中已經(jīng)討論過微生物活性與環(huán)境溫度有關(guān)，如溫度上升10，致腐微生物繁育率可增長46倍，果蔬呼吸強(qiáng)度地可增加3倍。因此，儲存溫度是食品貯藏的關(guān)鍵因素。由于包裝內(nèi)不可能絕對無氧，且二氧化碳的保護(hù)作用也有限，充氣包裝食品往往要與冷藏相結(jié)合，才有較好的效果。據(jù)國外經(jīng)驗(yàn)，大多數(shù)充氣包裝食品要在05貯藏；只有少數(shù)食品，如烘烤食品充氣包裝可在常溫貯藏。因此，建立從儲運(yùn)到銷售的冷藏系統(tǒng)，是食品充氣包裝得以發(fā)展的重要條件。二、真空充氣包裝的應(yīng)用：(1)包裝快餐及烘烤食品。這類食品有面條、餡餅、蛋糕、面包等，品種繁多，其主要成分為淀粉類面粉，有的有餡。 這類食品產(chǎn)生變質(zhì)的因素有：細(xì)菌、酵母和霉菌引起的腐??；脂肪氧化酸?。坏矸劾匣兏?。因此，包裝要除氧、充氣。一般充入CO2與N2混合氣能有效抑制細(xì)菌和霉菌。食品水分活性高，則二氧化碳濃度要高，但過高使食品微酸；充氮可維持包裝飽滿。因二氧化碳對酵母無抑制作用，有時(shí)食品要適量添加丙酸鈣。為防淀粉老化，可在食品表面涂油脂，并且不宜在低溫下儲存。 這類食品充氣包裝在常溫下儲存仍有較好效果，有良好應(yīng)用前景。(2)包裝鮮肉禽及肉制品。鮮肉禽為高水分活性食品，在有氧存在時(shí)，很易在各種微生物作用下發(fā)粘、變色、變味和腐敗。 鮮肉禽的保存可以冷凍，但外觀與風(fēng)味變差。真空充氣包裝加冷藏有良好的保存效果，且肉色、風(fēng)味保持較好，受消費(fèi)者歡迎，歐美等國對這類食品大部分采用充氣包裝。真空包裝的肉呈淡紫色。而鮮肉充入O2、N2和CO2三種混合氣體再加冷藏，可使肉肌紅蛋白(紫紅色)轉(zhuǎn)為氧化肌紅蛋白，使肉呈鮮紅顏色，國外叫紅肉氣調(diào)包裝。由實(shí)驗(yàn)可知，包裝內(nèi)氧分壓為32kPa(240mmHg)時(shí)，就可維持肉的鮮紅顏色。各種肉的肌紅蛋白濃度不同，要求包裝內(nèi)氧的濃度也不同，一般為氧氣占6580。二氧化碳有一定防腐敗作用，但濃度不宜過高，以免肉變色、變味。氮用作充填氣體。， 鮮肉禽充氣包裝一定要在低溫下冷藏才有好的效果，一般為14。肉制品經(jīng)過加工殺菌，水分活性降低，用真空包裝或充氣包裝在常溫下保存也有好的效果。 (3)包裝海鮮產(chǎn)品。鮮海產(chǎn)品氣調(diào)保鮮難度較大。 鮮海產(chǎn)品致腐有多種形式：細(xì)菌使魚肉三甲胺分解而腐敗；魚肉脂肪氧化酸??；魚體內(nèi)酶使魚肉降解；低溫時(shí)厭氧菌產(chǎn)生有害毒素等。對低脂肪海水魚充CO2、N2和O2包裝以抑制厭氧菌繁殖；而多脂肪海水魚則只充CO2和N2包裝，以防脂肪氧化酸敗。一般二氧化碳濃度不大于70，以免滲出魚汁變味。鮮海產(chǎn)品氣調(diào)包裝要在02下冷藏才有好的效果。(4）包裝鮮果蔬。新鮮水果蔬菜收獲后仍是活的有機(jī)體，仍繼續(xù)進(jìn)行著水分蒸騰、呼吸作用以及后熟等生理過程。要延長鮮果蔬的保存期，最主要的是抑制其呼吸強(qiáng)度。 果蔬的呼吸反應(yīng)可表示為： 有氧呼吸：C6H12O6+6O26CO2+6H2O+282190(kJ) 無氧呼吸：C6H12O62C2H5OH+2CO2+11723(kJ) 有氧呼吸與無氧呼吸均消耗果蔬養(yǎng)分，引起發(fā)熱，并導(dǎo)致細(xì)菌繁育而腐敗。 當(dāng)果蔬包裝中有低濃度氧和較高濃度二氧化碳時(shí)，其呼吸作用受抑制，但又不致產(chǎn)生無氧呼吸，因而延長了保存期。儲存溫度降低，也降低果蔬呼吸強(qiáng)度。但儲存溫度過低會引起果蔬“冷害”。不同品種果蔬引起冷害的溫度不同，因而適宜的儲存溫度也不同。鮮果蔬可用充氣包裝保鮮，但更多的是采用自然氣調(diào)保鮮，即采用選擇性透氣薄膜包裝。它利用果蔬本身的自然呼吸，和薄膜對不同氣體的選擇性透過，自動在密封包裝內(nèi)建立起低濃度氧、高濃度二氧化碳的保存環(huán)境，從而延長保存期。隨果蔬呼吸的進(jìn)行，包裝內(nèi)氧濃度降低、二氧化碳濃度增高，因而呼吸作用受抑制。當(dāng)包裝內(nèi)氧濃度過低和二氧化碳濃度過高時(shí)，由于薄膜的選擇性透過(透過二氧化碳能力大于透氧能力510倍)，大氣中氧有少量透入，而包裝內(nèi)二氧化碳有較多透出。只要包裝薄膜選用適當(dāng)，便可使包裝內(nèi)維持某種最佳的氣體組成。第三節(jié) 真空、充氣包裝用材料的選用包裝材料的正確選用，是氣調(diào)包裝能否有效應(yīng)用的重要條件。真空和充氣包裝，必須用阻氣、阻濕性能良好的材料，以維持包裝內(nèi)最佳氣體組成。而鮮果蔬自然氣調(diào)包裝，則要求材料有一定透氣能力。玻璃和金屬容器有優(yōu)良的阻隔性能，用作真空包裝容器已有多年歷史。塑料及其復(fù)合材料，由于其具有來源廣、易加工以及輕便美觀等優(yōu)點(diǎn)，多以軟包裝、熱成型淺盤等形式在真空充氣包裝和自然氣調(diào)包裝中得到廣泛的應(yīng)用。這里主要討論塑料材料的選用。一真空充氣包裝用塑料材料的選用：(1)材料性能要求。真空充氣包裝常用材料的性能要求可歸納如表116。(2)常用塑料包裝材料的性能。 根據(jù)塑料材料阻隔性能指標(biāo)，塑料可歸納為：阻氣性能良好材料：EVAL、PVA、KOPP、PVDC、KPT、OPA、PA、PET。阻濕，性能良好材料：PVDC、KOPP、KPT、HDPE、OPP、PP、LDPE、PET、PVC。阻氣、阻濕性能均好材料：PVDC、KOPP、PET、PETPE、PTPE、PAPE、PPPVDCPE、PAEVALPE、PETEVALPE等。據(jù)稱，PVDC、EVOH、PAN是世界流行三大高阻隔性塑料包裝材料。近年，國外已普遍采用由PVDC或EVOH復(fù)合的高阻隔性材料，我國也正在研制開發(fā)。PVDC(偏二氯乙烯氯乙烯共聚物)，商品名Saran，其透氧率15cm3m-2。(24h)-l，誘濕率為155gm-2(24h)-1，阻氣阻濕性能特別優(yōu)良，而且耐化學(xué)腐蝕、耐油、保香性好，可加工成涂覆膜或共擠膜，如BOPPPVDCPE。但其價(jià)格較貴，且不宜直接與食品接觸。EVOH(乙烯乙烯醇共聚物)具有特別優(yōu)良的阻氣性能，其透氧率是PVDC的115。還具有無毒、耐化學(xué)腐蝕、耐油、耐折、透明光澤及熱封性好的優(yōu)點(diǎn)。但EVOH透濕、吸濕性大，只能作中間層；且與聚烯烴無相鄰性，共聚時(shí)需用粘合劑。它加工性能優(yōu)良，可共擠、涂布、擠出復(fù)合、雙向拉伸及共擠雙向拉伸等。(3)塑料材料選用實(shí)例。選用材料時(shí)要以產(chǎn)品特性和真空充氣包裝要求為依據(jù)，也要考慮來源與價(jià)格。 二、自然氣調(diào)用包裝材料的選用：新鮮果疏更多的是采用自然氣調(diào)包裝，其透氣模型已如前述。透氣良好的薄膜，般有：PE、PP、PVC、PS等。當(dāng)然，透氣率還與薄膜厚度及溫有關(guān)。同一種薄膜對不同氣體的滲透率q是不一樣的。一般有qN2: qO2: qCO21：(35)：(1530)的規(guī)律，即所謂選擇性滲透?？梢姸趸嫉臐B透率遠(yuǎn)大于氧的滲透，表1110介紹了一些薄膜的選擇性滲透比例。通過查表便可以根據(jù)果蔬的呼吸強(qiáng)度，選用合適的選擇性透過比率的薄膜。如果蔬菜呼吸強(qiáng)度大，就應(yīng)選擇透氣率大，且選擇性滲透比率大的PE材料，效果較好。第四節(jié) 真空、充氣包裝工藝與包裝機(jī)械 一、真空、充氣包裝系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由氣源、氣體混合器、真空充氣包裝機(jī)以及管路、減壓閥、壓力表和開關(guān)等附件組成。二、氣源與配氣技術(shù)。 般小批量生產(chǎn)采用的氣源為鋼瓶裝壓縮氣體。二氧化碳用食品級，氮用脫水精氮。鋼瓶灌滿時(shí)壓力可達(dá)15MPa，般有1012MPa。 各種壓縮氣體經(jīng)減壓閥減壓后，進(jìn)入氣體混合器進(jìn)行各種產(chǎn)品所需的最佳比例混合，然后才引入充氣包裝機(jī)進(jìn)行充氣包裝?；旌掀鞯呐錃庠砗喪鋈缦隆＜俣p壓后的氣體為理想氣體，則有狀態(tài)方程： 式中： P氣體壓力，Pa； V氣體體積，m3；n氣體摩爾數(shù)，mol； R氣體狀態(tài)參數(shù)，831JmolK； T溫度，K。由上式可知，在一定溫度下，令V一定，則氣體摩爾數(shù)只與其分壓P有關(guān)?？刂七M(jìn)入定容V的氣體混合器內(nèi)各氣體的分壓，便可實(shí)現(xiàn)氣體按所需的比例混合。例如，欲配70CO2十30N2的混合氣，并假設(shè)所需混合氣總壓為尸。先將定容y的混合器內(nèi)空氣抽除。再先后送入07P的CO2和03P的N2，則可得所需比例的混合氣。配氣結(jié)果可用奧氏氣體分析儀或氣相色譜儀檢驗(yàn)。三、真空充氣包裝機(jī)的選用:真空包裝機(jī)或真空充氣包裝機(jī)品種較多，并在不斷完善與發(fā)展，還沒有統(tǒng)一的分類方法。下面介紹幾種供參考。(1) 腔室式真空充氣包裝機(jī)。目前我國生產(chǎn)應(yīng)用的基本上是這一類型。工藝過程為：供袋、裝入產(chǎn)品置入腔室，袋口對著充氣口并平擱在熱封條上抽真空充氣(或不充氣) 熱封腔室通大氣，輸出包裝件。 腔室式真空充氣包裝機(jī)也有多種類型。按腔室數(shù)量，有單腔和雙腔，雙腔式生產(chǎn)效率較高；按結(jié)構(gòu)，又有臺式、傳送帶式、回轉(zhuǎn)工作臺式等；現(xiàn)國內(nèi)生產(chǎn)的多為臺式機(jī)。(2)真空補(bǔ)償式真空充氣包裝機(jī)。又稱熱成型自動真空充氣包裝機(jī)，工藝過程為：淺盤熱吸塑成型置入食品覆蓋膜抽真空、充氣、熱封+切斷盒式包裝件。(3)氣流沖洗式充氣包裝機(jī)。工藝過程為：置入產(chǎn)品覆膜、縱封(筒膜免) 氣流沖洗橫封切斷枕式包裝件。這種包裝機(jī)可用于薄膜枕式包裝，也可用于熱成型淺盤包裝。由于是采用氣流驅(qū)除包裝內(nèi)空氣，不用抽真空，因而包裝速度快。但充入氣體消耗大，包裝內(nèi)殘留氧可多達(dá)25，只能用于包裝內(nèi)除氧要求不高的產(chǎn)品。四、真空、充氣包裝工藝參數(shù)。工藝參數(shù)要根據(jù)產(chǎn)品特性和包裝袋容積來確定。以下將結(jié)合腔室式機(jī)討論參數(shù)的確定。(1)抽真空。為使包裝內(nèi)氧降至最低，應(yīng)有較大的真空度。一般要