王鳳仙，楊福馨

（上海海洋大學(xué)，上海 201306）

0 前言

常見的食品防潮包裝是將裝有干燥劑的小包裝和食品同時(shí)置于食品袋中，防止食品變質(zhì)。此類包裝在兒童食品的包裝中最為常用。干燥劑可能導(dǎo)致兒童和老人誤食，影響人身安全。吸濕性包裝材料取代干燥劑可以使食品的可食部分增加，節(jié)省資源［1］。

聚乙烯醇（PVA）具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性、成膜性和親水性。有關(guān)PVA 薄膜的滲透性和應(yīng)用已有研究報(bào)道［2－6］。筆者采用PVA 為原料制備具有吸濕性的薄膜，并研究該薄膜的吸濕性能和力學(xué)性能等。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

PVA 17－99，上海美夢佳化工科技有限公司；甘油 分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；甲基纖維素 化學(xué)純，市售。

1.2 儀器設(shè)備

GZX－GF 101－3－S－Ⅱ電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海賀德實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；DF－101S集熱式磁力攪拌器，鞏義市科瑞儀器有限公司；WGT－S透光／霧度測定儀，上海精科儀器有限公司；DCP－K 2300電腦測控抗張?jiān)囼?yàn)機(jī)，四川長江造紙儀器有限責(zé)任公司；PERMATRAN－W1／5 水蒸氣透過率測試儀，美國膜康有限公司；JA－B分析天平，上海越平科學(xué)儀器有限公司。

1.3 吸濕薄膜的制備

將一定量的成膜原料溶于純水中，在一定溫度下攪拌溶解30min，根據(jù)需要加入一定量的助劑，并不斷攪拌得到膠體，然后流涎成膜，烘箱風(fēng)干，干燥待用。

1.4 吸濕薄膜的性能測試

1.4.1 薄膜厚度

在需測定的薄膜上任取5個點(diǎn)，用薄膜厚度測定儀測定薄膜厚度，測試結(jié)果取其平均值。

1.4.2 薄膜的抗張強(qiáng)度與伸長率［7］將薄膜剪切成15mm×120mm 的長條狀，通過電腦測控抗張?jiān)囼?yàn)機(jī)測試抗張強(qiáng)度和伸長率。設(shè)定夾距50mm，速度500mm／min。

1.4.3 薄膜的透光度和霧度［8］

每個樣品測試5次，測試結(jié)果取其平均值。

1.4.4 薄膜的吸濕性能

將樣品在60 ℃的烘箱中烘至恒重，稱取2g（精確稱量至0.001g），操作盡量迅速，操作環(huán)境相對濕度50%。吸濕率按式（1）計(jì)算：

式中：Q 為某一時(shí)刻的吸濕量，g／g；m1為樣品干燥時(shí)的質(zhì)量，g；m2為吸濕后樣品的質(zhì)量，g。

1.4.5 薄膜水蒸氣透過率

按ASTM E 398［9］測定，相對濕度100%，溫度37.8℃。膜的測試模式continuous，測試時(shí)相對濕度50%。

2 結(jié)果與分析

2.1 吸濕薄膜成膜材料的選擇

PVA 是一種多羥基水溶性聚合物，具有良好的綜合性能，可完全生物降解。表1是國內(nèi)PVA樹脂系列產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)。PVA 17－99產(chǎn)品的聚合度高，醇解度較大，黏度和純度也高，適合制備吸濕薄膜。

表1 國內(nèi)PVA樹脂系列產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)［10］

2.2 聚乙烯醇對薄膜性能的影響

分別于100mL 蒸餾水中，加入1、3、5、7.9g PVA17－99顆粒，配制成PVA 膠液，然后流涎成膜，取出后，測試薄膜的性能。加入1g PVA 的膠液黏度較低，在流涎成膜時(shí)容易向邊緣移動，在分析時(shí)不予討論。表2是PVA 對薄膜的光學(xué)性能和力學(xué)性能的影響。由表2可見：透光率隨著PVA的質(zhì)量增加而增大，而霧度則相反。純PVA 薄膜的抗張強(qiáng)度較大，但伸長率很低，薄膜較脆，不易加工。

表2 PVA對薄膜性能的影響

2.3 甘油對薄膜性能的影響

于100mL 蒸餾水中，加入7g PVA17－99顆粒，配制成PVA 膠液，加入不同體積的甘油配制成膜液，并流涎成膜。表3為增塑劑甘油對薄膜性能的影響。圖1為甘油對薄膜力學(xué)性能的影響。由表3和圖1可見：甘油對PVA 的力學(xué)性能影響較大。添加0.1mL甘油對薄膜的性能改變較小，表現(xiàn)出純PVA 薄膜的表面特性，呈現(xiàn)脆和堅(jiān)硬，不利于加工。大于0.2 mL 甘油制備的薄膜開始呈現(xiàn)有彈性。但是當(dāng)甘油的添加量大于0.8mL 時(shí)，薄膜在剝離時(shí)卻發(fā)生卷曲，甚至黏連。

表3 增塑劑對薄膜性能的影響

圖1 甘油對薄膜力學(xué)性能的影響

2.4 甲基纖維素對薄膜性能的影響

甲基纖維素（MC）是常用的改性纖維素之一。它的部分羥基轉(zhuǎn)變成疏水基團(tuán)，削弱了氫鍵，降低了結(jié)晶度，增加了水溶性［11－12］。

于100mL 蒸餾水中，加入0.8mL 甘油、7g PVA17－99顆粒，配制成PVA 膠液。在成膜液中添加MC后，溶液的黏度增加；但添加過多，溶液成為凝膠液，且不易消泡。表4為甲基纖維素對薄膜性能的影響。由表4可見：MC 對薄膜霧度的影響較大。圖2為甲基纖維素對薄膜力學(xué)性能的影響。由表4和圖2可以看出：當(dāng)MC 0.18g時(shí)，薄膜的力學(xué)性能較好。

2.5 薄膜水蒸氣透過率與吸濕性能

薄膜的水蒸氣透過率和吸濕率，如圖3所示。由圖3可知：當(dāng)MC 0.18g時(shí)，薄膜的透氣量和吸濕率較高。這可能是MC 用量在一定范圍內(nèi)，PVA 和MC在水溶液和固態(tài)下呈現(xiàn)良好的可混合性，且隨著混合液中MC量增加，PVA／MC 薄膜的吸水速率和保水性能逐漸提高［13］。

表4 甲基纖維素對薄膜性能的影響

圖2 MC對薄膜性能的影響

圖3 MC對薄膜的透氣量和吸濕率的影響

3 吸濕性塑料軟包裝應(yīng)用實(shí)例

吸濕性塑料軟包裝就是在包裝內(nèi)層表面涂覆了高分子吸濕性塑料，具有包裝內(nèi)水分平衡與調(diào)節(jié)的功能。

水分是影響食品質(zhì)量的重要因素之一。水是一切生物體生命活動不可缺少的成分，微生物需要一定的水分才能進(jìn)行一系列正常代謝。如果水分控制不好，很容易造成微生物生長，影響食品的質(zhì)量。許多食品的化學(xué)變化也與水分有關(guān)，例如淀粉老化、脂肪酸敗、蛋白質(zhì)變性和褐變等。因此，食品包裝的阻隔性對于食品的質(zhì)量有相當(dāng)重要的關(guān)系。

阻隔性是食品包裝中重要的性能之一。很多食品在貯藏與包裝中，由于阻隔性差，使食品的風(fēng)味和品質(zhì)發(fā)生變化，最終影響產(chǎn)品質(zhì)量。為了滿足食品包裝的阻隔性要求，一般都是通過包裝材料來實(shí)現(xiàn)的。因此，具有吸濕功能的薄膜應(yīng)運(yùn)而生。

吸濕材料的吸濕動力來自于水的擴(kuò)散。擴(kuò)散的本質(zhì)是材料內(nèi)部與表面存在滲透壓。

Y.Diamant等研究認(rèn)為：水分子向聚合物的內(nèi)部擴(kuò)散過程主要受兩個因素控制：一個是聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中與水分子尺寸相仿的微孔；另一個是水分子和聚合物之間的吸引力。聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的微孔是由材料的結(jié)晶度、交聯(lián)密度、分子鏈的韌性以及非晶態(tài)的堆積密度決定。水分子和聚合物之間的吸引力由聚合物的性質(zhì)決定。含有羧基、羥基、酰胺基等親水基團(tuán)的聚合物的親水能力強(qiáng)，有利于水分子的吸附。總之，如果想改變材料的吸濕特性可以從兩個方面著手：一是材料表面的微孔；二是材料分子中的親水性基團(tuán)。

高分子保水材料利用高分子樹脂將水分長時(shí)間保存在其體內(nèi)，并在一段時(shí)間內(nèi)保持水分的平衡。當(dāng)外界水分低于體內(nèi)水分時(shí)，農(nóng)產(chǎn)品或包裝材料載體會釋放出一定水分到周邊環(huán)境中；而當(dāng)環(huán)境水分高于包裝內(nèi)產(chǎn)品水分，包裝材料將吸收水分，高分子吸濕材料載體使包裝內(nèi)保持一定的濕度。

吸濕性塑料軟包裝具有如下功能：

（1）自動調(diào)節(jié)產(chǎn)品維持生命所需的水分；（2）消除包裝內(nèi)表面的水分，消除露珠和水霧；（3）阻止微生物的潛入；（4）提高軟包裝的透明度。

利用吸濕性塑料軟包裝對鮮生姜進(jìn)行保鮮包裝試驗(yàn)，試驗(yàn)取得了很好的效果，能夠使去皮的生姜保鮮兩個月。兩個月后，去皮的生姜不但不腐爛，反而長出新芽。由此可見，吸濕性塑料軟包裝具有獨(dú)特的功能。

4 結(jié)論

（1）添加增塑劑甘油后，薄膜的抗張強(qiáng)度隨著甘油添加量的增加而降低；伸長率卻隨著甘油添加量的增加而增大。當(dāng)甘油添加量超過一定限度后，會出現(xiàn)滲析現(xiàn)象。

（2）甲基纖維素不僅增強(qiáng)了薄膜的力學(xué)性能，同時(shí)也可以防止薄膜卷曲。

（3）生產(chǎn)吸濕薄膜的適宜工藝參數(shù)：每100 mL純水中，PVA 7g，增塑劑甘油0.8mL，甲基纖維素0.18g。

（4）吸濕性塑料軟包裝應(yīng)用于生姜保鮮具有良好的效果，能夠使去皮的生姜保鮮兩個月，在包裝內(nèi)自動調(diào)節(jié)生姜維持生命所需的水分。

［1］王偉偉，楊福馨，胡安華.包裝產(chǎn)業(yè)的低碳技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.包裝學(xué)報(bào)，2010，2（4）：42－45.

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