《包裝設計制作工藝與檢測技術標準實用手冊》

第二篇 包裝技術與工藝

第二章　防潮（濕）包裝技術

第五節　防潮包裝保存期的預測及包裝設計

防潮包裝保存期預測模型，最早是以吸濕等溫方程為基礎提出的。這類模型能夠用以選擇合適的防潮包裝系統，估計所選包裝系統對儲運環境的適應性，并可用于預測各種環境條件下內裝食品的保存期。作為防潮包裝保存期預測，主要涉及包裝系統或包裝材料的透濕性能，物品的吸濕等溫方程以及環境的溫、濕度三個方面的參量項。這三個方面的參量項又是進行防潮包裝整體設計所必須考慮的因素。因此，防潮包裝保存期的預測理論與數學模型，不僅對防潮包裝的整體設計具有理論指導意義；并且對儲運環境的管理及銷售中物品品質的確定，都有很高的參考價值。當然，對于大多數的預測模型而言，其中的參數或參量都需經過嚴格的論證或測試來確定，有必要在流通過程進行實地的驗證和修正。在利用模型進行保存期預測時，除考慮包裝條件和環境條件外，物品的條件值一般依據臨界質變水分值或限定允許水分值進行預測。臨界質變水分值或限定允許水分值，一般是指達到變質或超過允許的水分含量（或水分活度）。這些界限水分值一般可通過文獻資料，實驗或專家評議等方式進行確定。

一、包裝系統（或材料）的透濕性能與保存期預測的關系

在建立防潮包裝保存期預測的數學模型可進行預測前，有必要了解包裝系統或包裝材料的透濕性能，及透濕性能與保存期預測的關系。目前在防潮包裝中所用的包裝材料主要有聚合物單層膜、復合膜、紙塑復合膜及玻璃膜、塑料瓶、焊封金屬罐等。

用金屬、玻璃、塑料等所形成的包裝容器，其透濕性并非等于零。因為在這類包裝的焊封、封口或蓋體連接等處，可能有部分濕氣由外部環境向包裝內滲透。這類容器的透濕性可用P表示，P是由包裝的整體系統決定的，所以其透濕狀態公式可表示為

Ws(dm/dt)＝Ppθ（ae－a）　　　　　（2－2－16）

其中：Ws為包裝內物品的干重（g）；

　　m為物品內所含的水分值（％）；

　　t為儲存時間（d）；

　　dm／dt為單位時間（d）內食品中所增加的水分值（％）；

　　A為包裝的外表面積（m2）；

　　ae為儲運環境的水分活度（即用相對濕度／100）；

　　a為包裝內物品的水分活度；P為容器的平均透濕性能（g／d·Pa）；

　　Pθ為θ溫度下的飽和水蒸氣壓（Pa）。

用聚合物膜、復合膜等材料做成的軟包裝，因材料本身的透濕性遠大于封縫處，所以形成軟包裝后，其包裝的透濕性主要由材料的透濕性能決定。軟包裝膜根據其對水的依賴性，分為疏水膜和親水膜。

疏水膜的包裝透濕狀態公式可表示為

Ws（dm/dt）＝PApθ（ae－a）　　　　　　（2－2－17）

式中：P是包裝材料的透濕系數（g／m3·d·Pa）。

可根據Schwartzberg公式得出親水膜的包裝透濕狀態公式：

Ws（dm/dt）＝Pk（eae－ea）Apθ（ae－a）　　　（2－2－18）

式中：Pk是與親水膜內部增塑參數值及聚合物本體特性有關的常數（g／m3·d·Pa）。

以上方程是建立防潮包裝保存期預測模型的基礎，尤其是（2－2－17）式最常用，大多數學模型都是由此方程推導而得的。對于式（2－2－16），在建模中也較常用。由于親水膜在防潮包裝中應用較少，且計算較繁瑣，所以式（2－2－18）較少見，大多用式（2－2－17）代之。

二、食品的吸濕等溫方程

在一定溫度和相對濕度條件下，每種食品都具有一定的含水量。為保證包裝食品的質量安全，必須通過包裝手段控制食品的含水量低于一定界限值，防止因環境潮濕引起的一系列變質現象。

食品的吸濕狀況一般可通過食品的吸附（濕）等溫曲線中顯示出。不同的食品，因其化學組成和組織結構不同，所得到的吸濕或散濕等溫線也不同。從比較這些吸濕等溫線可以發現，大多數食品及糧食的吸濕等溫線都表現出不同程度的反“S”型。

由于水分在食品內的擴散速度受包裝內濕度（或食品內水分活度）影響，所以在防潮包裝保存期預測中，只考慮包裝內的平衡相對濕度（或平衡水分活度），而一般不考慮水分在食品內的擴散速度。

　　根據各種食品的吸濕等溫線，已得出了許多相應的吸濕等溫方程式（見表2－2－6）。根據食品的吸濕等溫曲線，選擇相應的吸濕等溫方程式，并求解方程中的常數項，分別與（2－2－16）～（2－2－18）式聯立，即可依據包裝的條件及環境條件，對食品的防潮包裝設計進行局部或全面的調整，使包裝設計能滿足預計環境下所要求的保存期限。

表2－2－6所列吸濕等溫方程式，大多數在應用中都有一定的局限性。如BET等溫方程式，該式雖然只有兩個參數，計算起來較容易，但只能適用于a值在0．2～0．6的范圍內，超過此范圍誤差較大。在BET基礎上發展起來的GAB方程，由于引入了三個參數，所以其適應范圍為由0到0．9的a值，并能用于多種食品吸濕等溫曲線。在近幾年的文獻報道中，曾多次報道過此方程具有很好的相適性和實用性，該方程已被作為標準吸濕等溫方程。

表2－2－6　各種常見吸濕等溫方程

　　表中：a為食品的水分活性；m為食品的水分含量（％）；m0為單層分子吸濕量（％）；b、c、k為常數。

返回目錄頁