氣調性包裝特殊薄膜的透氧率測定
Determine the Oxygen Transmission Rate through
  Films with Modified Environment Package Applications

                                                        Georgia Gu  美國MOCON（膜康）公司研究員
 
前言

隨著生活節奏的加快, 人們日益認識到包裝對食品保險的重要性。為了提高產品貨架壽命, 人們竟相發明了各種特殊包裝材料及包裝系統。用于新鮮蔬菜的氣調性包裝就是其中之一。我們知道保持水份是蔬菜保鮮的關鍵, 聚烯烴薄膜通常是很好的水阻隔材料, 采用聚烯烴薄膜為基本材料應該是很好的選擇。但蔬菜保鮮的另一問題是它們需要氧氣,　排出二氧化碳，也即它們存在呼吸作用,這就要求使用高氧氣透過率的薄膜。雖然聚烯烴薄膜本身具較高的氧氣透過率(Oxygen Transmission Rate,簡稱OTR, 透氧率)，但對于蔬菜來說依然是不夠的。通過在薄膜上激光打孔來增加透氧率,可以滿足蔬菜呼吸作用需要的環境 。

    本文以MOCON（膜康）幫助某蔬菜公司選擇合適的薄膜用作蔬菜包裝袋材料為例，介紹了如何用MOCON Ox -Tran 透氧測試儀來測定普通薄膜和經激光打孔的薄膜的透氧率。

實驗儀器及方法

整個課題分兩步進行。一開始，該蔬菜公司提供了五種初選薄膜樣品，要求MOCON測試它們透氧率，然后從中挑出三種進行激光打孔加工。第二步是測定打孔后的薄膜的透氧率。　
 
    五種初選薄膜樣品的透氧率實驗是在美國MOCON 公司的氧氣滲透測試儀OX-TRAN® Model 2/21系統上完成的。OX-TRAN® Model 2/21符合ASTM D3985,實驗過程遵守等壓法原理，用樣品在透氣室分隔成兩個獨立的氣流系統，一側為流動的待測氣體（可以是純氧氣或含氧氣的混合氣體，可以設定相對濕度），另一側為流動的氮氣以保持氧氣含量為零。試樣兩邊的總氣壓相等，但氧氣的分壓不同，在氧氣的濃度差作用下，氧氣透過薄膜。通過薄膜的氧氣分子在氮氣流的載運下送至電量分析傳感器(特制的庫倫傳感器)中，電量分析傳感器能地測量出氮氣流中所含的氧氣量，從而計算出材料的氧氣透過率。儀器在整個測試過程中對溫度、相對濕度、壓力控制。

    OX-TRAN® Model 2/21儀器有三種分型號，用相同的原理進行測試， 差別在于測試范圍。例如,MOCON Ox -Tran Model 2/21-L型適合于高阻隔低透氧薄膜材料的測試，MOCON Ox -Tran Model 2/21-T型適合于高阻隔低透氧薄膜材料的測試，范圍見表1。

表1. MOCON Ox- Tran 2/21各分型號測試范圍
MOCON Ox -Tran 2/21             測試面積                 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

         圖1. OX-TRAN® Model 2/21原理圖                       圖2.   OX-TRAN® Model 2/21外觀

      對五種初選薄膜樣品在上述H型和T型儀器上進行了透氧率測試后,該蔬菜公司從中選出三種具較高透氧率的樣品，經激光打孔后繼續送MOCON進一步測定。測試含微孔的薄膜是對通常測試方法的挑戰。這里我們必須采用一種特殊的測試方法，在MOCON Ox -Tran 2/21-T型儀器上對打孔薄膜材料進行了測試。選擇的是一片在測試面積100 cm2中含有4個微孔的樣品。基本方法是把一片未打孔薄膜與一片含微孔薄膜疊在一起測試得到OTR總和，利用之前已獲得的未打孔薄膜的OTR無孔，用下列數學公式推算出OTR含孔：
1/OTR總和  = 1/OTR無孔  + 1/OTR含孔 
得出OTR含孔  后，其數值與OTR無孔數值 之差為4微孔貢獻的透氧量。

實驗結果與討論:
 

在實驗過程中，控制測試溫度在10?C，使用純氧 。表2 陳列了五種樣品的透氧率，從表2看出薄膜 D和薄膜 E的透氧率太低，不適合做蔬菜的保鮮袋。篩選后經打孔的三種材料的透氧率列于表3。

表2. 五種初選薄膜樣品的透氧率
  樣品        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對透氧量的貢獻
樣品         透氧率 cc / （m2 ＊day)                       透氧率 cc / （4孔＊day)
            （測試面積100 m2內含4微孔）               估算4微孔對OTR 的貢獻
薄膜 A                6150                                                      5080
薄膜 B                6230                                                      5220
薄膜 C                6300                                                      5170

    有了從表3得到的估算4微孔對OTR 的貢獻，以及之前獲得的薄膜本身透氧率，現在該蔬菜公司可以開始設計包裝袋了。根據不同蔬菜的對氧氣的需求量，廠家可以通過增加或減少袋子上微孔的數量來滿足各種蔬菜呼吸作用所需要的環境。
 
對本文提及的有關儀器感興趣的朋友可以向MOCON公司中國代理北京丹貝爾儀器有限公司(http://)提出