氮氣的包裝功效以及相關檢測

隨著包裝理論研究的不斷深入，人們發現包裝內部環境中的氧氣、二氧化碳以及一些其他氣體的含量都會給內容物的品質帶來影響，其中以食品、藥品zui為敏感。

1． 氮氣的包裝功效與氣調包裝

由于氧氣、二氧化碳等氣體濃度可引起食品、藥品等品質發生變化，為了減少由于包裝內部環境氣體對內容物的影響，zui初我們采取真空包裝方式（即在物品用塑料薄膜包裝后利用真空設備抽出包裝中的氣體）以有效避免由于氧氣等氣體的存在對內容物的影響。真空包裝在熟食制品包裝、腌臘制品包裝、豆制品包裝上應用非常廣泛，然而在實際使用中還是遇到了一些問題，例如：

一、由于包裝內環境中幾乎沒有氣體，因此包裝材料會貼附在內容物的表面。如果內容物有棱角或者易碎的話，在儲運過程中很可能會出現包裝袋破裂或者內容物破損等情況。

二、由于包裝材料兩側具有非常大的壓差，有利于外界氣體通過薄膜材料滲透進入包裝內部。通常，氧氣、二氧化碳這些能影響內容物品質的氣體對包裝材料的滲透性能要高于氮氣等一些對包裝物品質沒有影響的惰性氣體。而要減少滲透進入包裝內的氧氣量需要使用阻隔性能優的材料，但包裝成本也會相應增加。

三、一些食品不適宜采用真空包裝形式。例如新鮮果蔬的包裝，因為果蔬在采摘后仍有呼吸作用，因此當它們被包裝在真空環境中，會由于氧氣含量過少而引起一些厭氧菌的生長。

氣調包裝（MAP）在保留了真空包裝優點的基礎上對它的一些不足之處加以改良，是一種采用氮氣等不活潑氣體（或者按照一定比例配置的混合氣體）置換包裝容器中空氣的包裝技術，因此也稱為置換氣體包裝、充氣包裝。這種包裝方法是根據好氧性微生物需氧代謝的特性，在密封的包裝容器中改變氣體的組成成分，降低氧氣的濃度，抑制微生物的生理活動、酶的活性和鮮活商品的呼吸強度，達到防霉、防腐和保鮮的目的。其中氮氣是惰性氣體，起充填作用，可使袋內保持正壓（即使包裝袋內充氣壓強大于包裝袋外大氣壓強），可以防止袋外空氣進入袋內，對內容物起保護作用，能有效地防止內容物受壓破碎變形，并且不影響包裝袋外觀及印刷裝潢效果。

2．  氣調包裝的主要檢測項目

在氣調包裝所使用的填充氣體中氮氣含量zui大，這主要是因為氮氣的化學性質不活潑，對內容物的品質沒有影響。因此氣調包裝相對于其它包裝來講，除了要對包裝材料進行基礎檢測外，還需要進行以下兩項檢測：材料對于氮氣的阻隔性能以及氮氣的純度。

檢測材料對于氮氣的阻隔性是為了使氣調包裝在存放的過程中避免氮氣濃度出現明顯下降，進而引起包裝內部其它氣體濃度上升，引起內容物的品質發生變化。目前，包裝業內對材料氮氣阻隔性檢測的重視程度不高，有些時候這項檢測甚至被忽略，而是通過檢測材料的氧氣透過量（材料的氧氣阻隔性檢測現在普及程度較高）然后換算成材料的氮氣透過量。實際上，對于不同的材料其氧氣透過量和氮氣透過量的比值是不一樣的，而且溫濕度的變化也會對這個比值產生影響。從深層次上講，這是由于材料結構以及氣體分子的特性與材料阻隔性之間的關系所導致的，材料的結構包括聚合物鏈結構以及高分子聚集態結構，氣體分子的特性主要指分子的大小以及極性等。可見，在材料的氧氣透過量的基礎上乘一個比例系數來估算材料的氮氣透過量是不可取的方法。

如果在食品包裝中使用氣調包裝形式，還應該注意填充氣體中的氮氣的純度，必須達到純氮級，即食品級，氣體中的雜質組分含量必須低于不危及人體健康的安全界限標準。N₂中所含主要雜質組分有O₂、CO、CO₂和H₂等，純氮氣的國家標準中對它們的含量都有明確的規定。

3．  材料的氮氣阻隔性檢測

雖然現在可用于檢測材料的透氣性的測試方法有壓差法和等壓法兩大類，但是對于氮氣的透過性檢測只能使用壓差法。這主要是因為氮氣的性質不活潑，目前要實現微量氮的氣體濃度檢測比較困難，相應的傳感器也非常少。而且對于等壓法而言，檢測結構中需要借助載氣來運輸滲透通過試樣的微量檢測氣體（目前已經實現的可檢測氣體有氧氣和二氧化碳）進入傳感器檢測，但是目前使用的載氣就是氮氣，如果檢測氣體是氮氣，則載氣必須另外選擇其他氣體，致使試驗成本（試驗過程中載氣的消耗量很大）、載氣獲取的方便程度以及尾氣處理都更加困難。可見即使用于微量氮檢測的傳感器技術已經實現，利用等壓法檢測材料透氮性的經濟可行性也受到懷疑。鑒于此，要檢測材料對氮氣的阻隔性能只能放棄化學檢測方法，目前檢測材料的氮氣阻隔性采用的是物理檢測方法——壓差法。

壓差法的原理簡單明了，就是使試樣兩側形成0.1MPa的測試氣體壓差，然后等滲透過程穩定后按照下腔壓力的變化量計算材料的滲透性能。這里對測試氣體的性質沒有特別的要求，而且氣體使用量很小，只要不是腐蝕性氣體（腐蝕管路以及腔體）都可以按照這種方法進行檢測，當然對于部分氣體的實際應用還應考慮到測試環境、尾氣處理以及氣體濃度安全性等多方面的因素。使用壓差法測試材料的氮氣阻隔性能是它的基本檢測方法之一，設備重復利用性好，無損耗性元器件，可一機多用，而且利用真空法（壓差法中的代表方法，測試原理圖參見圖1）還可以測得材料對氮氣的溶解度系數和氮氣在材料中的擴散系數。

圖1. 測試原理圖

4．  總結

由于氣調包裝等新型包裝形式的推廣應用，使得氮氣的阻隔性檢測逐漸受到關注。利用材料的透氧性能計算得到材料的透氮性能是不可取的方式，目前可用于檢測材料的透氮性能的方法只有壓差法。