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精油抗菌包装物理性能的变化解析

物理性能是包装材料的基本性能,包括阻隔性、力学性能、厚度等,是保障包装系统正常发挥保藏、保质、抗菌等效果的前提。
阻隔性,即包装材料阻隔气体、水蒸气的能力。对于鱼、肉等新鲜肉制品食品,非常容易受到微生物的侵入和繁殖,分解蛋白质、氨基酸等含氮物质,发生腐,生成有毒物质。此外,新鲜鱼、肉制品受到氧气、光、热的影响,会发生酸败反应,分解出醛、酸、酮类化合物,进而导致鱼、肉品质的变化,因此氧气也是是鱼、肉变质的重要诱因。对于焙烤类食品或干制果蔬,水蒸气透过包装过量渗入容易造成内容物的潮解和霉变,也会造成食品的品质劣变。力学性能,是包装材料在不同温湿度条件下,承受各种外加载荷时所表现的力学特征,包括拉伸强度、断裂伸长率、剥离力、撕裂性能等。包装材料力学性能的差异反映在实际应用中,表现为包材的柔韧性、抗硬物刺穿能力以及复合膜的层间牢度等,因而是决定包装材料合理应用的主导因素。
而当精油应用于抗菌包装系统时,除了关注其抗菌效果外,首要面对的是精油与包装膜材料的相容性问题,即精油的添加是否会影响包装膜材料的正常物理性能。否则,包装系统将会面临破损、泄漏的风险。为了更为直观的了解精油的加入对包装膜材料物理性能的影响,笔者在同一试验条件下做了两组水蒸气透过率和拉伸强度试验。测试对象为同厚度的添加丁香精油和未添加精油的LDPE薄膜,第二组测试对象为同厚度的添加薰衣草精油和未添加精油的壳聚糖薄膜。具体如下:
测试项目及方法:
水蒸气透过率,利用红外法水蒸气透过率测试系统,参照GB/T 26253-2010进行测试。将无褶皱、折痕、针孔、厚度均匀的试样放置于测试腔,将其隔为两腔,一侧为低湿腔,另一侧置有一定蒸馏水,为高湿腔。由于存在一定的湿度差,水蒸气从高湿腔通过试样渗透到低湿腔,由载气传送到红外传感器产生一定量的电信号,当试验达到稳定状态后,通过输出的电信号计算试样的水蒸气透过率。
拉伸强度,利用智能电子拉力试验机,参照GB/T 1040-2006进行测试。将试样裁剪为15mm X 150mm长条状夹于仪器上下夹头上,参设定测试速度为50mm/min,夹距为50mm。系统自动测试试样的拉伸强度。
测试结果:
表1. LDPE薄膜水蒸气透过率和拉伸强度


表1中,试样1丁香精油含量为0,即为未添加精油的LDPE薄膜,可视为对照试样。随着丁香精油质量分数的逐渐增大,LDPE薄膜的拉伸强度发生了小幅度的上升,但水蒸气透过率却呈现了下降趋势。这一现象可能是由于丁香精油中的活性物质加强了薄膜分子间的作用力,使其拉伸强度有所提升。同时,分子链间更加紧密,在一定程度上增加了水分子通过的难度。
表2. 壳聚糖薄膜水蒸气透过率和拉伸强度


表2中,试样1薰衣草精油含量为0,即为未添加精油的壳聚糖薄膜,可视为对照试样。随着薰衣草精油的质量分数的增加,薄膜的水蒸气透过率仍呈现下降趋势,意味着薄膜对水蒸气的阻隔性能有所提升。但是,丁香精油薄膜试验结果不同的是,壳聚糖薄膜的拉伸强度也出现了下降趋势。根据相关研究结果,这可能是由于精油加入后膜中的一部分氢键消失,膜的拉伸强度遭到弱化。
精油的抗菌效果已经过大量的科学实验所证实,因此通过将精油添加至包装系统中是现代抗菌包装的重要发展形式。但从包装的物理性能角度来看,加入精油的包装薄膜,其水蒸气阻隔性在一定程度上得到提升,但膜的机械性能变化却存在不稳定性,这些因素制约着精油包装的应用,应成为未来精油包装研究的重点之一。

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