如何驗證奶粉鋁箔復合包裝袋對內部N2或CO2的阻隔性

摘要：奶粉作為高脂肪、高蛋白的營養食品，需要采用鋁箔復合包裝袋等高阻隔包材進行包裝儲存，并且常以充氮包裝或氣調包裝為主，以保證內部無氧或低氧環境，避免奶粉被氧化變質。但包裝材料對上述包裝形式所充入的氮氣或二氧化碳等氣體的阻隔性如何，則需要專業的檢測儀器及相關檢測方法進行監測，從而確保內部氣體不易散失。本文通過檢測奶粉用鋁箔復合膜的氮氣透過率與二氧化碳透過率，為相關行業客戶提供相關檢測的技術參考。

關鍵詞：奶粉、鋁箔復合膜、充氮包裝、氣調包裝、氮氣阻隔性、二氧化碳阻隔性、氮氣透過率、二氧化碳透過率、無氧或低氧環境、壓差法氣體滲透儀

測試意義：

　　奶粉鋁箔包裝是采用塑料與鋁箔復合膜作為包裝袋，具有對O₂、H₂O高阻隔性以及良好的遮光性。鋁箔作為復合膜中間的阻隔層，對O₂、CO₂、N₂、空氣、H₂O都有較高的阻隔性能，因此含有鋁箔的復合膜作為奶粉包裝袋時，在23℃、0%RH的標準環境下的氧氣透過率（即阻氧性）可達到0.05 cm³/(m²?24h?0.1MPa)，在38℃、90%RH環境下的水蒸氣透過率（即阻濕性）可達到0.01 g/(m²?24h)。但為了延長奶粉保質期并保證奶粉的感官質量，鋁箔復合膜袋裝奶粉常采用充氮包裝或氣調包裝，以滿足奶粉的無氧或低氧存儲環境。

　　奶粉充氮包裝或氣調包裝是將奶粉裝入包裝袋，抽出包裝袋內的空氣達到預定的真空度后，再充入純N₂或者一定比例的N₂、CO₂等氣體，然后完成封口工序。充氮包裝使得奶粉*處于惰性氣體N₂的保護中，則杜絕了氧環境對奶粉造成的氧化變質反應；而氣調包裝中采用的CO₂則是為了使奶粉處在酸性環境中，抑制奶粉中大多數需氧菌的生長，其效果是N₂的30倍，而且包裝內奶粉的水分會與CO₂反應形成液態碳酸，使得包裝內氣體變少，形成微負壓，防止漲袋或漲罐的現象發生。但是，如果充氮包裝或氣調包裝對N₂或CO₂的阻隔性較差，即氮氣透過率或二氧化碳透過率較高，則會導致奶粉內部氣體成分透出量較大，奶粉易細菌繁殖導致氧化變質等質量問題。本文選擇某品牌氣調形式的鋁箔復合膜包裝袋，在23℃、0%RH標準環境下測試其氮氣透過率與二氧化碳透過率，從而驗證包裝袋對內部N₂或CO₂的阻隔性如何，亦為乳制品生產企業把控包材質量提供技術指導。

檢測方法：

　　目前，軟塑包裝的N₂或CO₂的阻隔性測試僅有壓差法這一種原理方法，相應的壓差法測試儀是將試樣置于高、低壓腔之間，對低壓腔抽真空，向高壓腔充入一定壓力的N₂（或CO₂），通過測試低壓腔內壓力的變化，得到試樣的氮氣（或二氧化碳）透過率，此方法測試量程較寬，適合高阻隔材料低氮氣（或二氧化碳）透過率的檢測。

　　目前，國內壓差法測試氣體透過率（23℃標準測試環境）試驗遵循GB 1038-2000《塑料薄膜和薄片氣體透過性試驗方法壓差法》此項國家標準。我們將采用Labthink蘭光公司自主研發的VAC-VBS壓差法氣體滲透儀參考上述標準方法對高阻隔鋁箔復合膜包裝袋分別進行氮氣透過率及二氧化碳透過率試驗。

圖1  鋁箔復合膜奶粉包裝（氣調包裝）

1、試驗儀器

　　VAC-VBS壓差法氣體滲透儀（Labthink蘭光），三腔均值設計，單次試驗可測試三個試樣的平均值，15℃ ~ 55℃的可控溫度范圍，測試范圍0.1 ~ 100,000 cm³/m²·24h·0.1MPa，測試腔真空度可滿足< 20 Pa的高水平要求。該儀器滿足ISO 15105-1、ISO 2556、GB/T 1038、ASTM D1434、JIS K7126-1、YBB 00082003多種國家和標準，可滿足不同溫度環境下各種塑料薄膜、片材、金屬箔片及各種高阻隔材料等材料的不同氣體滲透性測試，可測試氣體為O₂、N₂、CO₂、He等無機氣體或惰性氣體。

圖2  VAC-VBS壓差法氣體滲透儀

2. 試樣的制備

　　將鋁箔復合膜包裝袋樣品置于23℃的環境中，放在干燥器內調節狀態48小時。取出樣品后，從樣品上裁取直徑為97 mm的試樣6個，分別用于氮氣透過率與二氧化碳透過率的測試，每種氣體測試需使用3個試樣。

3. 試驗條件

地點：濟南蘭光包裝安全檢測中心
試驗溫度與濕度：23℃，0%RH
試驗氣體：純干氮氣、純干二氧化碳氣體
試驗方法：壓差法

4. 試驗步驟

4.1 試驗原理

　　VAC-VBS采用壓差法測試原理，將預先處理好的試樣放置在上下測試腔之間，夾緊。打開測試下腔閥，對低壓腔（下腔）進行真空處理，然后對整個系統抽真空；當達到規定的真空度后，關閉測試下腔，向高壓腔（上腔）充入一定壓力的試驗氣體，使試樣兩側形成一個恒定的壓差（可調）；氣體在壓差梯度的作用下，由高壓側向低壓側滲透，通過對低壓側壓強的監測處理，得出試樣的氣體透過率。

4.2 試樣裝夾

　　在試驗腔外表面涂抹一層真空油脂，避免油脂涂在腔體空穴中間圓盤上；在試驗腔中的圓盤上放置濾紙后，將裁取的3個已狀態調節完畢的試樣分別裝夾于VAC-VBS壓差法氣體滲透儀的3個試驗腔上，試樣應保持平整，不得有皺褶，輕輕按壓使試樣與真空油脂良好接觸，再用試驗腔夾緊結構夾緊試樣。

a. 涂抹完真空油脂后，放置試樣

b. 夾緊試樣

圖3 試驗裝夾過程

4.3 檢測過程

　　VAC-VBS為自動化試驗儀器，測試過程便捷易操作：

　　√　將氮氣氣源接入設備端口。

　　√　設置參數，將試驗溫度調整至23℃，將相對濕度調整為0%RH。

　　√　打開設備軟件，設置試驗參數，啟動試驗。試驗參數包括控制參數（試驗模式、上腔吹洗時間、上腔壓力、試驗時間、脫氣時間等）和試樣參數（編號、類型、面積、厚度等）。

　　√　試驗結束、數據處理。

　　√　關閉氣源和電源。

　　√　將氣源換成二氧化碳氣體后，按照上述方法，測試樣品的二氧化碳透過率。

　　奶粉鋁箔復合膜包裝袋樣品在23℃，0%RH測試條件下的氮氣透過率與二氧化碳透過率分別為0.0814 cm³/m²·24h·0.1MPa、0.9203 cm³/m²·24h·0.1MPa，每項試驗的3個試樣的測試結果相對偏差均小于10%。

總結：

　　VAC-VBS壓差法氣體滲透儀在檢測類似奶粉用鋁箔復合膜的氮氣透過率及二氧化碳透過率時，可獲得的試驗結果，有助于乳制品生產企業監控包裝材料對關鍵性氣體的阻隔性能，保證產品質量安全。本文中提及的檢測儀器及檢測方法同樣適用于其他材質的軟塑包裝材料進行O₂、CO₂、N₂、空氣等氣體阻隔性測試。Labthink蘭光一直致力于為客戶提供專業的檢測服務與設備，多年來為客戶提供了上萬次的各種氣體阻隔性的檢測服務，為客戶提供可靠的數據參考與。了解關于更多相關檢測儀器信息，您可以登陸濟南蘭光公司查看具體信息或直接致電咨詢。Labthink蘭光期待與行業中的企事業單位增進技術交流與合作。