精油抗菌包裝物理性能的變化解析

更新時間：2020-11-19

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物理性能是包裝材料的基本性能，包括阻隔性、力學性能、厚度等，是保障包裝系統正常發揮保藏、保質、抗菌等效果的前提。
阻隔性，即包裝材料阻隔氣體、水蒸氣的能力。對于魚、肉等新鮮肉制品食品，非常容易受到微生物的侵入和繁殖，分解蛋白質、氨基酸等含氮物質，發生腐，生成有毒物質。此外，新鮮魚、肉制品受到氧氣、光、熱的影響，會發生酸敗反應，分解出醛、酸、酮類化合物，進而導致魚、肉品質的變化，因此氧氣也是是魚、肉變質的重要誘因。對于焙烤類食品或干制果蔬，水蒸氣透過包裝過量滲入容易造成內容物的潮解和霉變，也會造成食品的品質劣變。力學性能，是包裝材料在不同溫濕度條件下，承受各種外加載荷時所表現的力學特征，包括拉伸強度、斷裂伸長率、剝離力、撕裂性能等。包裝材料力學性能的差異反映在實際應用中，表現為包材的柔韌性、抗硬物刺穿能力以及復合膜的層間牢度等，因而是決定包裝材料合理應用的主導因素。
而當精油應用于抗菌包裝系統時，除了關注其抗菌效果外，首要面對的是精油與包裝膜材料的相容性問題，即精油的添加是否會影響包裝膜材料的正常物理性能。否則，包裝系統將會面臨破損、泄漏的風險。為了更為直觀的了解精油的加入對包裝膜材料物理性能的影響，筆者在同一試驗條件下做了兩組水蒸氣透過率和拉伸強度試驗。測試對象為同厚度的添加丁香精油和未添加精油的LDPE薄膜，第二組測試對象為同厚度的添加薰衣草精油和未添加精油的殼聚糖薄膜。具體如下：
測試項目及方法：
水蒸氣透過率，利用紅外法水蒸氣透過率測試系統，參照GB/T 26253-2010進行測試。將無褶皺、折痕、針孔、厚度均勻的試樣放置于測試腔，將其隔為兩腔，一側為低濕腔，另一側置有一定蒸餾水，為高濕腔。由于存在一定的濕度差，水蒸氣從高濕腔通過試樣滲透到低濕腔，由載氣傳送到紅外傳感器產生一定量的電信號，當試驗達到穩定狀態后，通過輸出的電信號計算試樣的水蒸氣透過率。
拉伸強度，利用智能電子拉力試驗機，參照GB/T 1040-2006進行測試。將試樣裁剪為15mm X 150mm長條狀夾于儀器上下夾頭上，參設定測試速度為50mm/min，夾距為50mm。系統自動測試試樣的拉伸強度。
測試結果：
表1. LDPE薄膜水蒸氣透過率和拉伸強度

表1中，試樣1丁香精油含量為0，即為未添加精油的LDPE薄膜，可視為對照試樣。隨著丁香精油質量分數的逐漸增大，LDPE薄膜的拉伸強度發生了小幅度的上升，但水蒸氣透過率卻呈現了下降趨勢。這一現象可能是由于丁香精油中的活性物質加強了薄膜分子間的作用力，使其拉伸強度有所提升。同時，分子鏈間更加緊密，在一定程度上增加了水分子通過的難度。
表2. 殼聚糖薄膜水蒸氣透過率和拉伸強度

表2中，試樣1薰衣草精油含量為0，即為未添加精油的殼聚糖薄膜，可視為對照試樣。隨著薰衣草精油的質量分數的增加，薄膜的水蒸氣透過率仍呈現下降趨勢，意味著薄膜對水蒸氣的阻隔性能有所提升。但是，丁香精油薄膜試驗結果不同的是，殼聚糖薄膜的拉伸強度也出現了下降趨勢。根據相關研究結果，這可能是由于精油加入后膜中的一部分氫鍵消失，膜的拉伸強度遭到弱化。
精油的抗菌效果已經過大量的科學實驗所證實，因此通過將精油添加至包裝系統中是現代抗菌包裝的重要發展形式。但從包裝的物理性能角度來看，加入精油的包裝薄膜，其水蒸氣阻隔性在一定程度上得到提升，但膜的機械性能變化卻存在不穩定性，這些因素制約著精油包裝的應用，應成為未來精油包裝研究的重點之一。