微孔和硅窗自發氣調包裝的內部氣體成分變化分析

　　摘要：自發氣調包裝是果蔬保鮮的重要手段，其中微孔氣調包裝和硅窗氣調包裝在調節包裝氣氛*。通過試驗證明微孔孔徑、微孔數量、硅窗面積對兩種氣調包裝的氣氛調節有所影響，在合理控制上述參數的前提下，微孔氣調包裝和硅窗氣調包裝在果蔬保鮮領域具有較大的推廣價值。

　　關鍵詞：微孔氣調包裝、硅窗氣調包裝、氣體成分變化、孔徑、硅窗面積

　　果蔬貯藏銷售中，為了保持新鮮、美觀和便攜需求，一般采用薄膜袋進行包裝。但由于薄膜袋的透氣透水性較差，易加速果蔬腐爛變質。針對這一問題，氣調包裝應運而生。

　　氣調包裝，是通過改變果蔬貯藏小環境的氣體成分，營造低O₂和適當濃度的CO₂環境的包裝形式。這是基于果蔬的呼吸機理而設計：果蔬采摘后，仍會進行旺盛的呼吸作用，不斷吸入O₂，產生CO₂，當周圍O₂含量過低時蔬果進入厭氧呼吸，產生具有毒害作用的乙醇，并造成果蔬內部消耗，肉質軟化、營養降低，不利于蔬果保鮮。因此，針對果蔬，*的儲藏系統是將氧氣含量控制在既能維持果蔬自身基本的生理活動需求，又不會引起果蔬厭氧呼吸的低水平。氣調包裝正是通過人工氣調或自發氣調形式實現上述儲藏系統，前者根據果蔬的需要和人的意愿，利用充氣設備人工調節包裝內的氣體成分和濃度并保持穩定；后者主要依靠包裝材料對氣體的選擇滲透性來將包裝內的各種氣體濃度一直控制在某一恒定的范圍內。相比之下，自發氣調包裝的效果更為有效，同樣技術難度也更大。

微孔和硅窗自發氣調包裝的的透氣機理

　　自發氣調包裝的核心在于果蔬吸入O₂和呼出CO₂的速率與包裝薄膜的氣體滲透速率是否能達到蕞佳平衡濃度，使其保持低的呼吸速率又不會發生厭氧呼吸，同時CO₂濃度也不會過高導致果蔬受到生理損傷。這一蕞佳平衡濃度，受不同種類的果蔬呼吸速率與包裝材料對氣體的選擇滲透速率的共同影響。果蔬的呼吸速率越高，包裝材料的透氣速率也應相應提高，方能保持蕞佳的平衡濃度。就當前的塑料原膜來說，其透氣速率大多無法與果蔬的呼吸速率相一致^[1]，因此另采用輔助手段增加其成品包裝的透氣性，如制成微孔氣調包裝或硅窗氣調包裝，來協調包裝的氣體透過率與果蔬的呼吸速率。

　　微孔氣調包裝，就是在包裝薄膜上制作規定孔徑、數量、密度的微孔，以此增強包裝整體的透氣性。例如，10℃下，25.4μm厚的LDPE材料透氧率約2576cm³/m²·24h，透二氧化碳率約8416 cm³/m²·24h，而微孔薄膜的透氧和透二氧化碳率是前者的35萬倍和10萬倍。微孔膜氣調包裝除了在透氣方面表現優異外，還具有良好的透濕防結露性，避免了包裝內部水分凝聚加速果蔬的腐爛。

　　硅窗氣調包裝是利用熱合或粘結法將一定面積的硅膠膜嵌入原包裝材料制得的包裝。硅橡膠是一種有機硅高分子化合物，對O₂、CO₂、C₂H₄等不同氣體具有良好的選擇性透氣性能，對CO₂的透氣性比聚乙烯薄膜高200 倍以上，對CO₂、O₂、N₂的透氣性比值約為12︰2︰1^[2]。與微孔氣調包裝透氣原理相區別的是，這種包裝形式是利用膜兩側氣體壓差推動氣體分子吸附、溶解、擴散至膜另一側的氣體滲透原理實現的。果蔬被密封在硅窗氣調包裝內，由于持續的呼吸作用，O₂被不斷消耗含量降低，CO₂含量逐漸累加升高。這一過程造成包裝內外側O₂和CO₂分壓的不同，依靠硅膠膜高透氣性實現了包裝內大量的CO₂滲透到外界，同時少量的O₂不斷的補充至包裝內部，以維持果蔬呼吸作用的O₂低限度。

微孔和硅窗自發氣調包裝的內部氣體成分變化驗證

　　為了進一步驗證微孔氣調包裝和硅窗氣調包裝對包裝內氣體成分的自主調節效果，筆者做了一個試驗。從市場采購新鮮的黃瓜，3.5KG一組，置入以下6種樣式的70×110cm的LDPE薄膜袋中于4℃低溫貯藏：1、對照組，將黃瓜置于袋中密封；2、微孔組A，在薄膜袋打制26個直徑為72μm的微孔；3、微孔組B，在薄膜袋打制40個直徑為72μm的微孔；4、微孔組C，在薄膜打制10個直徑為144μm的微孔；5、硅窗組A，硅窗面積為6×10cm；6、硅窗組B，硅窗面積為10×10cm。所有包裝內初始氣氛（體積分數，后同）為3.2%O₂、1%CO₂、95.8%N₂。間隔一定的時間，利用HGA-02頂空氣體分析儀測試包裝內的O₂分數。結果如表1。

　　由表1和圖1可以看出，1#對照組在貯藏期間，O₂含量呈逐漸下降趨勢，12d已經趨于0，說明包裝內的O₂已經被黃瓜的呼吸作用消耗殆盡，黃瓜開始進行厭氧呼吸，品質加速劣變。相比之下，2#~6#微孔組和硅窗組氣調包裝樣品則有效保持了O₂的及時補充以維持的黃瓜的呼吸作用。據研究發現，黃瓜貯藏的O₂含量在5%左右有利于抑制黃瓜的呼吸速率同時保證不發生厭氧呼吸^[3]。因此，2#和5#包裝的氣調效果更適宜黃瓜貯藏，而3#、4#和6#包裝因透氧速率偏大導致內部O₂含量逐漸增大，甚至達到了空氣中O₂組分比例，不利于黃瓜的保鮮。

微孔和硅窗自發氣調包裝內部氣體成分變化的影響因素

　　通過上述試驗可以看出，兩種形式的氣調包裝對于包裝內氧含量的調節作用有很大差異。考慮到采用的同種塑料原膜，且原膜的透氣率遠小于帶有微孔或硅窗的膜材料，因此評價這兩類氣調包裝的氣調效果時可不考慮原膜的透氣因素的影響。

　　微孔氣調包裝重點依靠微孔進行氣體含量調節，因此微孔參數如孔徑、數量等對包裝內氣體成分變化影響顯著。觀察表1和圖1微孔組A、B、C三組數據，同孔徑的微孔組A與B，后者的孔數比前者多14個，導致在第8天包裝內的O₂含量達到空氣等比例含量，而前者O₂含量基本上保持在較為理想的5.9%左右。微孔組C的孔數雖然不足微孔組A的孔數的一半，但因孔徑大了一倍，20天后包裝內O₂含量達到了10%以上。

　　硅窗氣調包裝的氣調效果主要依賴于硅膠膜的透氣性。硅窗的面積應適宜，由果蔬種類、成熟度、呼吸強度、硅橡膠膜的透氣性能等多重因素綜合決定，過大不利于降低O₂含量，如試驗中硅窗B組氣調包裝在各時段的O₂含量始終高于硅窗A組氣調包裝。但也不宜過小，否則無法及時排出過多的CO₂。此外，硅橡膠模無論采用熱合法還是粘結法嵌入包裝袋體，都必須保證連接處緊密牢固，嚴禁漏氣，減少氣調誤差。由于貯藏環境是動態變化的，單一固定的硅窗面積有時也難以保持理想氣體成分比例，因此，硅窗面積的可調性愈發重要。常見的調節方式是在氣調包裝袋體上制作多個獨立的硅窗，根據貯藏環境和果蔬種類等因素，人工調節硅窗開啟數量，達到控制硅窗面積的目的。

結語

　　近年來，我國果蔬產業發展迅速，但相關保鮮技術卻較行業水平相對滯后。自發氣調保鮮技術依靠包裝材料營造適宜果蔬貯藏的環境氣氛，越來越受到業內重視。微孔氣調包裝和硅窗氣調包裝作為自發氣調包裝的重要形式，具有顯著的調節包裝內氣體成分的效果，在合理控制微孔孔徑、微孔數量、硅窗面積的前提下，具有極大的研究潛力和應用價值。

參考文獻：

[1]徐文達, 程裕東. 食品軟包裝材料與技術[M]. 北京:機械工業出版社, 2003:171 - 198.

[2]關恒利. 硅窗自動調節技術在果蔬貯藏中的應用[J]. 農業科技與裝備, 2011, 199(01):35-37.

[3]王書智. 硅窗保鮮蔬菜五十問（四）[J]. 蔬菜, 1988, 06:34-36.