包裝可以通過(guò)阻隔氧氣和油脂從而延長(zhǎng)高脂肪和高不飽和脂肪含量食品的保質(zhì)期。由于高不飽和脂肪含量的食品既需要阻隔氧氣也需要一定防油性，因此，包裝的氧氣和油脂阻隔性通常會(huì)被一起考量。阻隔油脂還能保持食品的風(fēng)味、質(zhì)地和口感。當(dāng)氧氣、油脂阻隔性更好時(shí)，就需要更少的包裝材料來(lái)達(dá)到相同的保護(hù)效果。

生產(chǎn)加工和處理更少的包裝材料可以減少成本和環(huán)境影響。材料科學(xué)的其中一個(gè)應(yīng)用就是改進(jìn)現(xiàn)有包裝材料的氧氣和油脂阻隔特性。為了提供更優(yōu)越的油脂阻隔，市場(chǎng)上也出現(xiàn)了新的替代氧氣阻隔材料，同時(shí)還能避免使用諸如PFAS這類致癌性的化學(xué)物質(zhì)。

包裝的氧氣阻隔性

要完全理解氧氣阻隔的改進(jìn)策略，必須考慮滲透動(dòng)力學(xué)。氧氣會(huì)在不同程度上被材料吸收，當(dāng)吸附率較低時(shí)，可通過(guò)包裝擴(kuò)散的氧氣就較少。例如，鋼鐵和鋁以及玻璃的氧氣吸附率很低，而聚合物的氧氣吸附率較高且不同。吸附之后是滲透，而這是由包裝材料的固有屬性所決定。當(dāng)包裝材料暴露于高溫的食品加工或儲(chǔ)存溫度時(shí)，它們可以經(jīng)歷玻璃化轉(zhuǎn)變，這導(dǎo)致它們從低滲透性的結(jié)晶態(tài)變?yōu)闈B透性顯著增高的非晶聚合物。

另一方面，鋁箔包裝的氧氣透過(guò)性不受冷凍與冷藏溫度的影響，因?yàn)樗奈锢頎顟B(tài)在這些條件下不改變。對(duì)于其他材料，那些玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）高于存儲(chǔ)溫度的聚合物會(huì)提供更佳的氧氣阻隔效果。

為了準(zhǔn)確評(píng)估氧氣透過(guò)率，需要理解溫度、氧氣透過(guò)率和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）之間的關(guān)系?，F(xiàn)有的氧氣傳輸率標(biāo)準(zhǔn)如ASTM D3985可能不會(huì)反映實(shí)際的冷藏或冷凍條件，因此應(yīng)在預(yù)期儲(chǔ)存溫度范圍內(nèi)的三到五個(gè)溫度下確定潛在包裝的氧氣滲透性。此外也可使用OxySense這樣的非侵入式氧氣測(cè)量?jī)x在不同條件下測(cè)量整個(gè)包裝。通過(guò)使用材料化學(xué)來(lái)減少吸收和擴(kuò)散的量和速率，可以提升阻隔性。目前主要的替代方案是材料科學(xué)和迂回性，其次是活性包裝。

解決方案包括通過(guò)官能團(tuán)的改變來(lái)顯著增強(qiáng)氧氣阻隔性能，例如通過(guò)增加聚合物的結(jié)晶度或添加金屬化涂層來(lái)達(dá)到高阻隔。此外，具有天然高抗氧吸收性的涂層能有效減少包裝材料內(nèi)氧氣的溶解度。例如用二氧化硅涂層的玻璃等都可以減少氧氣吸附。增加迂回性是改變材料化學(xué)性質(zhì)的另一種方式。使用迂回性來(lái)延長(zhǎng)聚合物如尼龍-MXD6中的擴(kuò)散路徑可以使氧氣屏障增加10倍。

包裝的油脂阻隔性

同樣，抗油脂包裝是紙板和塑料工業(yè)的重要發(fā)展領(lǐng)域。油脂通常與動(dòng)物脂肪烹飪副產(chǎn)品有關(guān)，而油類則源自植物。油脂阻隔的提高依賴于材料的選擇和表面處理。例如選擇固有抗油脂性更好的材料，或增加紙板密度和改進(jìn)纖維化學(xué)處理來(lái)增強(qiáng)其抗油脂性。使用強(qiáng)酸來(lái)破壞濕紙纖維中纖維素現(xiàn)有鍵合的紙張化學(xué)方法效果也不錯(cuò)，因?yàn)檫@樣會(huì)產(chǎn)生纖維素凝膠，在干燥成型后形成一個(gè)防水和抗油脂的屏障。

PFAS曾被廣泛用于抗油脂涂層，但由于環(huán)境和健康問(wèn)題，現(xiàn)在正逐步被其他非生物積累的物質(zhì)如分散體、粘土和各種聚合物所替代。盡管替代品可能面臨涂層開(kāi)裂的問(wèn)題，但通過(guò)改進(jìn)涂層配方和應(yīng)用策略（如在產(chǎn)品裝填前噴涂）可以減少這種情況。重要的是，這些涂層必須符合食品安全規(guī)定并可回收。

結(jié)語(yǔ)

抗油脂食品包裝解決方案不應(yīng)是會(huì)讓人后悔的替代品，而應(yīng)與當(dāng)前已知的毒理知識(shí)和對(duì)食品包裝作為間接食品添加劑預(yù)計(jì)的限制保持一致。而從包裝中去除例如PFAS等有害化學(xué)物質(zhì)也可以推動(dòng)社會(huì)安全且經(jīng)濟(jì)有效地重復(fù)使用回收、再生或再利用包裝。

Reference:

https://www.ift.org/news-and-publications/food-technology-magazine/issues/2023/november/columns/packaging-better-oxygen-and-grease-oil-barriers-longer-life

作者簡(jiǎn)介：

Seattle，美國(guó)食品工程碩士，Certified Food Scientist, 海外食品行業(yè)從業(yè)6年，曾供職于美國(guó)知名嬰幼兒食品企業(yè)，現(xiàn)今從事食品包裝研發(fā)工作。