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1、超高压对软包装物性能影响机制超高压技术(ult ra-high pressure processing ,UHP) 是一种新兴的非热食品加工方法，通常将预包装食品置于 100 1000MPa的压力系统中灭菌1015min。经超高压处理, 不仅能保证食品在微生物方面的安全，而且能较好地保持食 品固有的营养品质、质构、风味、色泽和新鲜程度。目前， 世界已有多种食品用于超高压商业化的低温消毒，如果汁, 鳄梨酱，番茄沙拉和新鲜牡蛎等。用于超高压处理食品的塑料包装薄膜主要为聚合物单 层膜及其复合膜、金属镀覆膜和氧化物镀覆膜。食品包装材 料性能及结构在超高压处理过程中的改变会影响食品的质 量安全及货架期,
2、对用于超高压处理的食品包装材料进行研 究是超高压技术应用的前提条件。目前针对超高压下包装材料的研究主要包括以下几个 方面。一是超高压处理后包装材料的物理特性的研究，包括拉 伸强度、断裂伸长率、热封强度、透氧量、透湿量等。二是 对包装材料物质迁移的影响研究，主要是研究超高压处理后 包装材料中化学物质向食品中迁移情况。三是超高压处理对 包装薄膜结构的影响。物理特性关于超高压对薄膜物理性能的研究，唐亚丽等对 PET/AL/PE和PET/VMPET/PE复合膜做了如下相关实验。实 验前对包装薄膜进行拉伸强度、断裂伸长率、热封强度、透 氧量、透湿量的测量，预处理后的包装件在不同参数条件下 超高压杀菌处理
3、，测定处理后的包装材料的拉伸强度、断裂 伸长率、阻隔性能和热封强度。实验处理条件如图一。条件PET/AL/PE PET/ VM PET/ PE处理压强/MPa 温度/ C保压时间/ m in200,300,400,500室温5,10, 20,30图一处理后材料拉伸强度的变化，如图二。的555045护353002(X)?00 4()0 500+ ?! I7 A mr 卩ET八 MPE IV1!:压强ZAlPaa不同压强下拉神强度变化(初min)瓷初一甞SF保压时間/minh不同保压时间对拉伸 强度的彫响皿百MPci)VI丈_士 一瞿售十保压时闾/min图二不同保压时间删罷仲 强度的磁喩500 M
4、Pa)处理后材料断裂伸长率的变化，如图三。窃0诺空韋隸呈-PET/AIAMPE 十PKI八丽卩ET/PE20() .W 400 500压强/新旳不同压强处理对薄膜斷裂伸长率的影响(30 min)保压时间厂皿家瞥峯乏豉宣亠 PET/A 17141(.100 MPa)PET/AIJPE(500 MPa)-PET八嗣卩l：T/TE(3()0 MPa)PETJ7VMPET/PEQ00 MPa)b不同压强下断製伸氏率随保用时间的变化图三处理后材料阻隔性能的变化，如图四。PET/AI/PI：+P1：TA MPET/PE05102030保F E时间/ min图四处理后材料热封性能的变化，如图五。 PET八
5、MPET/PEh 300 MPaT处理肘问对材料热対强度的越响6 4 2 0 8 6 45 5 5 5 4 4 + -71 士)丄二+ 八 MPET/PK PK17AI/PL2(N1 3(H) 4JM)启00尿强/ VTPn、 r O - 1 - 匸- ”X3匸一 6 4 2 0 84 5 CJ 5 5 4 4 4 (IE-EW)丄二a不同压强卜-湖热対强度的变化处理極强和时何对FET/AL/PE材料热対强度的影响-2)5=ss.+ 阡：扑1I.VJC 1】1讪* PEI7VMPLI7PL5tW MP川5io 2030处理时im/nim处理Jk强和时间対PET八MPE/P1:材料热対强度的彫晌
6、图五实验得出结论，超高压处理的处理压强和保压时间对材 料的拉伸性能和断裂伸长率没有明显影响，不同压强对包装 材料热封性能有一定影响，处理后两种材料的热封性能都有 降低,但变化不规则，在研究超高压杀菌处理对包装材料阻 隔性能的影响时发现，在500MPa压强下，对所选择的两种材 料的透湿性能都有显著影响。国外的研究发现超高压处理对单层薄膜的热封性普遍 有较大的损伤，有的单层薄膜在超高压处理后完全丧失了热 封性，但是对于符合薄膜超高压处理的影响相对较小。也有 实验表明超高压处理对于薄膜热封性影响不大。超高压处理也会使得一些薄膜发生物理损伤，出现分层现象。国外的研 究也普遍的认为超高压处理对于薄膜的拉
7、伸性能影响不大。 下图为总结几项实验数据得出的实验统计表，如图六、图七。薄膜类型处理条件内容物PET/PE400 MP60C-30m m蒸镭水橄榄油PE /EVOH /PE400 MP*20, 6CFC-30m ii蒸惚水PETA Ox500 MP4 SC, 15 m ii蒸憎水汕in etallizetl-PET /EVA /LLrDPE, PET/SDx/LDPE600, 800 MP45r-5 IQ 20m in蒸憾水ITS Ox400 MP比20, 6ffC-30m inPET/Al foil/PI* LLDPE /EVA /EVOH /EVA /LLDPE400 MP60C-30m
8、ii结果TS和E变化不显著温度升高,TS提高不显著MDTS提高 106.祕；MDE 降低86. 7%MDTS提高 12& 祕；MDE 降低5& 9%TS和E无显著变化TS升高显著；MDE和CDE分别升高9赵和150%TS和E无显著变化TS无显著变化01 1 H E,600MPa-2aC-10m inted OPP/CPR PET /A 1/CPP注：TS拉伸强度；E伸长率（ ）;MDTS纵向拉伸强度CDTS横向拉伸强度;MDS%纵向伸长率；CDE%横向伸长率。图六 超高压对不同类型包装薄膜机械性能的影响薄膜类型处理条件内容物结果metallized-PET /EVA /LLDPE800 M P
9、Z5 C - 20 m hOTR增加9滋，WVTR 增加 150%PET / SOx /PE PET /A|O3 /PE,PET/IVDC /EVA800 M Pa-45 C-20 m h蒸懈水OTR分别增加10%,祕和9% WVTR在同一压力下 随时间延长而增加60Q 800MPZ5C-5 IQ 20rn iPET/PVDC /ny bn/HDPE/PE, PE /ny bn /PE, PE / ny bn /EVOH / PEPE/EV OH /PE600, 800MPa-45C-5 IQ 2ftn ii400MPa-6ffC-30rn ii蒸馆水OTR和WVTR增加 不显著OTR和 WV
10、TR增加不显著()TR 增加 560% , W V TR 增加PET/ADx500M Pa-5ffC-l5 m ii油553. T/c蒸谓水(TR增加 27%,WVTR增加 88 800MPa-25 75C-5. 10 m h95%乙醇比蒸馆水的OTR低物质迁移关于超高压处理后包装薄膜中物质迁移状况，国外研究 较多，对于不同包装材料，物质迁移状况有所不同。Kuebel 等人对超高压处理后包装材料中芳香烃化合物的扩散和渗 透行为进行了研究。结果发现，经超高压处理后，材料中的 芳香烃化合物的浓度下降比在大气压条件下要低，高压处理 增强了聚合物的扩散屏障。Schauwecke等人对材料进行超高 压处
11、理后，测定1,2-丙二醇的迁移量。结果发现，超高压处 理增强了材料对1,2-丙二醇的阻隔性能。Ana Rivas-Canedo 等人研究了含铝箔和不含铝箔的多层复合薄膜食品包装的 物质迁移情况。结果发现，有大量物质迁移到食物中，主要 成分是烷类支链和苯类物质。但总的迁移量在处理前和处理 后都没有超过欧盟立法中的规定量。下图为总结几项实验数 据得出的实验统计表，如图八。薄膜类型处理条件性能评价结果MECPET吸附性显著PR PE /ny bn/EVOH /PE,metallized-PET /EVA /LLDPE800MPa-60C-lftnii1必乙醇，號醋酸中D4宁檬烯的吸附增大，其余2种薄
12、膜无 显著变化；PP膜吸附性 最强；3%醋酸中D-柠 檬烯减少最少LDPE/HDPE /LDPE,PET/LDPE, HD PE500MPa-25C-30rn irip异苯基苯，苯乙酮的 吸附吸附性降低不显著；苯 乙酮减少最少迁移性降低不显著；迁PP800 MP&-4Q 6CTC-5,Iiganox 1076 向 9% 或移量与温度和储藏时间1 Ch i in1%乙醇的迁移成止比；向95%乙醇中迁移量大PE / nybn /AL / PP , nylon/EVOH /PE400, 60Q 827 MP30,5Q 75C10m inPG向薄膜的迁移迁移性降低不显著；迁 移量与温度成正比图八超高压
13、对不同类型包装薄膜吸附性和迁移性的影响包装薄膜结构目前还有研究针对超高压处理对薄膜结构影响，认为超 高压对薄膜的损伤主要包括破坏薄膜的结构和导致结晶的 形成。其中薄膜结构破坏形式有薄膜凹陷的形成、薄膜分层 的形成、薄膜裂缝的形成。当包装袋中顶空气含量过高时，加压后空气易溶于内层 膜中，此时若在2s内快速降压，膜中的气体会逐渐膨胀爆，导 致凹陷的形成，如图九中的黑色区域及周围的小黑点，这种 凹陷会导致被包装食品的安全隐患。标尺代表3 Um超高压处理装有空气的单层薄膜PP后产生凹陷的电镜扫描图导致包装薄膜分层的因素有：袋内空气、黏着剂的性能 或组成薄膜的材料的可压缩性低等。Ochiai等研究表明,
14、 PP/P VDC/PP膜完全真空时能耐受700MPa的压力25min,当 空气含量为30%时却不能耐受500MPa的压力10min,结果导 致薄膜分层。Lambert等研究发现,PA /PE膜分层是由于黏 着剂与2层膜之间性质的差异，导致它们在高压处理过程中 由于压力引起的变化不一致而产生分层,Caner等研究发现, 由于金属A l层的可压缩率和比热容比聚合膜低，降压时聚 合膜恢复较快而导致PET/EVA/LLDPE膜分层。分层的显微结 构如图十。(a)(b)(a)正面；(h)侧面装有水的PA/PE膜在高压(200 M P4 30 rn ir, 20 C )处理后分层的显微图图十如果薄膜是镀铝膜，其内层为韧性差的氧化铝或氧化硅，在超高压处理过程中会导致氧化层的破坏。Galotto等 研究表明,由于PET-氧化铝的无机层氧化铝柔韧性较差，在 超高压产生的强大机械力下发生了破裂，且氧化铝层接触 油时产生的裂缝比接触水时更大。但是，对于内容物对氧化 铝层破损程度的差异，尚未知其作用机理。薄膜裂缝显微结 构如图一。PPSOx在高压（400MPq 60 C 30 m “）处理前（a）后（b）的
