气调性包装特殊薄膜的透氧率测定
Determine the Oxygen Transmission Rate through
  Films with Modified Environment Package Applications

                                                        Georgia Gu  美国MOCON（膜康）公司高级研究员
 
前言

随着生活节奏的加快, 人们日益认识到包装对食品保险的重要性。为了提高产品货架寿命, 人们竟相发明了各种特殊包装材料及包装系统。用于新鲜蔬菜的气调性包装就是其中之一。我们知道保持水份是蔬菜保鲜的关键, 聚烯烃薄膜通常是很好的水阻隔材料, 采用聚烯烃薄膜为基本材料应该是很好的选择。但蔬菜保鲜的另一问题是它们需要氧气,　排出二氧化碳，也即它们存在呼吸作用,这就要求使用高氧气透过率的薄膜。虽然聚烯烃薄膜本身具较高的氧气透过率(Oxygen Transmission Rate,简称OTR, 透氧率)，但对于蔬菜来说依然是不够的。通过在薄膜上激光打孔来增加透氧率,可以满足蔬菜呼吸作用需要的环境 。

    本文以MOCON（膜康）帮助某蔬菜公司选择合适的薄膜用作蔬菜包装袋材料为例，介绍了如何用MOCON Ox -Tran 透氧仪来测定普通薄膜和经激光打孔的薄膜的透氧率。

实验仪器及方法

整个课题分两步进行。一开始，该蔬菜公司提供了五种初选薄膜样品，要求MOCON测试它们透氧率，然后从中挑出三种进行激光打孔加工。第二步是测定打孔后的薄膜的透氧率。　
 
    五种初选薄膜样品的透氧率实验是在美国MOCON 公司的氧气渗透测试仪OX-TRAN® Model 2/21系统上完成的。OX-TRAN® Model 2/21符合ASTM D3985,实验过程遵守等压法原理，用样品在透气室分隔成两个独立的气流系统，一侧为流动的待测气体（可以是纯氧气或含氧气的混合气体，可以设定相对湿度），另一侧为流动的氮气以保持氧气含量为零。试样两边的总气压相等，但氧气的分压不同，在氧气的浓度差作用下，氧气透过薄膜。通过薄膜的氧气分子在氮气流的载运下送至电量分析传感器(特制的库伦传感器)中，电量分析传感器能精确地测量出氮气流中所含的氧气量，从而计算出材料的氧气透过率。仪器在整个测试过程中对温度、相对湿度、压力精确控制。

    OX-TRAN® Model 2/21仪器有三种分型号，用相同的原理进行测试， 差别在于测试范围。例如,MOCON Ox -Tran Model 2/21-L型适合于高阻隔低透氧薄膜材料的测试，MOCON Ox -Tran Model 2/21-T型适合于高阻隔低透氧薄膜材料的测试，范围见表1。

表1. MOCON Ox- Tran 2/21各分型号测试范围
MOCON Ox -Tran 2/21             测试面积                 cc/(m2*day)         cc/(package*day)
           L型                       不使用面罩，50cm2          0.005-200             0.000025 -1.0
                                       使用面罩， 5 cm2            0.05-2,000    
           H型                      不使用面罩, 50 cm2           0.05-200              0.00025-1.0
                                      使用面罩, 5 cm2                 0.5-2,000
          T型                       不使用面罩, 100 cm2         775-155,000         3.875-1,550

         图1. OX-TRAN® Model 2/21原理图                       图2.   OX-TRAN® Model 2/21外观

      对五种初选薄膜样品在上述H型和T型仪器上进行了透氧率测试后,该蔬菜公司从中选出三种具较高透氧率的样品，经激光打孔后继续送MOCON进一步测定。测试含微孔的薄膜是对通常测试方法的挑战。这里我们必须采用一种特殊的测试方法，在MOCON Ox -Tran 2/21-T型仪器上对打孔薄膜材料进行了测试。选择的是一片在测试面积100 cm2中含有4个微孔的样品。基本方法是把一片未打孔薄膜与一片含微孔薄膜叠在一起测试得到OTR总和，利用之前已获得的未打孔薄膜的OTR无孔，用下列数学公式推算出OTR含孔：
1/OTR总和  = 1/OTR无孔  + 1/OTR含孔 
得出OTR含孔  后，其数值与OTR无孔数值 之差为4微孔贡献的透氧量。

实验结果与讨论:
 

在实验过程中，控制测试温度在10?C，使用100%纯氧 。表2 陈列了五种样品的透氧率，从表2看出薄膜 D和薄膜 E的透氧率太低，不适合做蔬菜的保鲜袋。筛选后经打孔的三种材料的透氧率列于表3。

表2. 五种初选薄膜样品的透氧率
  样品        透氧率  cc /（m2*day)
薄膜 A                  1070
薄膜 B                  1010
薄膜 C                  1130
薄膜 D                  10.31
薄膜 E                   8.77
 
表3.  含微孔薄膜的透氧率以及微孔对透氧量的贡献
样品         透氧率 cc / （m2 *day)                       透氧率 cc / （4孔*day)
            （测试面积100 m2内含4微孔）               估算4微孔对OTR 的贡献
薄膜 A                6150                                                      5080
薄膜 B                6230                                                      5220
薄膜 C                6300                                                      5170

    有了从表3得到的估算4微孔对OTR 的贡献，以及之前获得的薄膜本身透氧率，现在该蔬菜公司可以开始设计包装袋了。根据不同蔬菜的对氧气的需求量，厂家可以通过增加或减少袋子上微孔的数量来满足各种蔬菜呼吸作用所需要的环境。
 
对本文提及的有关仪器感兴趣的朋友可以向MOCON公司中国代理北京丹贝尔仪器有限公司(http://www.danbell.com)提出