? ? ? ?随着經(jīng)濟條件的改善和人們生活品質的提高，消費者對于(yú)食品的安全與營養也越(yuè)來越關注(zhù)。而大部分食品容易受到環境中的水分、氧氣、微生物等的污染而發生(shēng)品質下降和變質，因此能起到阻隔水蒸(zhēng)氣、氧(yǎng)氣等的高阻隔食品包(bāo)裝近年來得到飛速發展和廣泛應用(yòng)。本文将從(cóng)材料阻(zǔ)隔性的産生(shēng)和影響因素、四大包裝材料的阻隔性能、提高阻隔性的措施(shī)等方面加以簡(jiǎn)述，以期為科學合理地選擇阻(zǔ)隔性包裝(zhuāng)材料(liào)，提高所包裝食品的品質提供指導。

? ? ? ?一、 食(shí)品包裝材料的阻隔性

? ? ? ?食品包裝材(cái)料的阻隔性指的是(shì)材(cái)料(liào)阻止小分子透過的性能，其中(zhōng)的小分子(zǐ)包括水分子、O2、N2、CO2以及有機氣體等氣體分子，既包括阻隔外界氣體進入包裝内(nèi)部，也包括阻止包裝内部的水分、香氣等滲透出去。因此(cǐ)，包裝材料的阻隔性可以采用(yòng)氣體透過量（率）或氣體透過系數來衡量(liàng)。GB/T 1038-2000中，氣體透過量指(zhǐ)的(de)是在恒定溫度(dù)和單(dān)位壓力差(chà)下，在穩定透過時，單位時間内透過試(shì)樣單位(wèi)面積的氣(qì)體的體積。以标準溫度和壓力下的(de)體積(jī)值表示，單位為cm3 / m 2·d·Pa。氣體透過系數則是指在恒定溫度和單位壓力差下，在穩定透過時，單位(wèi)時間内透過試樣單位厚度、單位面積的氣體的(de)體積。以标準溫度(dù)和壓力下的體積(jī)值(zhí)表示，單位為cm3·cm/cm2·s·Pa。

? ? ? ?二、 食品包裝材料阻隔性的影響因素

? ? ? ?對于小分子在(zài)非多孔薄膜中的透過機理(lǐ)的解釋，目前較(jiào)為廣泛接受的(de)是溶解-擴散模型。該模型認為(wéi)膜一側的小分子先溶解于膜中，然後(hòu)在壓力差或濃度差等的推動下，從膜的一側擴散至另一側，然後在膜的另一側表(biǎo)面解(jiě)吸。在這一過程中(zhōng)起決定作用的便(biàn)是溶解和擴散(sàn)，因此(cǐ)，小分子在某種膜材(cái)料中的透過速率，既與其在膜表面的溶解性有關，也取決于其在膜中(zhōng)的擴散速率。

? ? ? ?小分子在膜表面(miàn)的溶解性遵從“相似相溶”的原理，即(jí)小分(fèn)子與膜材料(liào)二者的極性相近，則小分子易溶解于(yú)膜表面，進(jìn)而在膜中擴散，因此透(tòu)過率高，阻隔性差；反之，二者(zhě)的極性差異越大，則膜材(cái)料對該小分子的阻隔性越好。以高分子為例，聚乙(yǐ)烯和聚丙烯等聚烯烴因(yīn)分子結構較為對稱(chēng)，且無極性基團，為非極性分子。因此，它們(men)對水分子等極性分子的溶解性較差，阻隔效果好(hǎo)，但對于O2、CO2和N2等非極性分子(zǐ)則具有較高的溶解(jiě)性和透過性。所(suǒ)以，PE和(hé)PP等非極性高分子具有良好(hǎo)的水蒸氣阻隔性，但氣體阻隔性較差(chà)，不宜用作阻隔材料。同理，極性較好(hǎo)的乙烯-乙烯醇共聚物、聚偏二氯乙烯、聚萘二甲酸(suān)乙二醇酯(zhǐ)、聚乙烯醇、聚對苯二甲(jiǎ)基(jī)乙二醇(chún)酯，聚酰胺等(děng)聚合物材料則對(duì)O2、CO2和N2等氣體具有氣體良好的阻隔性，但阻濕性較差。

? ? ? ?小分子溶解在膜表面後在膜中的擴(kuò)散速率則和膜(mó)中的自由體積、小分(fèn)子的分子尺寸和化學結構以及環境因(yīn)素等(děng)有關。自由體積指(zhǐ)的是沒(méi)有被膜材料分子(zǐ)本身所占據的體(tǐ)積，即分子間的空穴。因此，膜材料的(de)自由體積越大，則小分子的擴散速(sù)率越高。而材料(liào)的自由體積又受環境因素如溫度和濕度(dù)等的影響。溫(wēn)度越高，分子的(de)運動越劇烈，則自由(yóu)體積越大，導緻材料的阻(zǔ)隔性降低(dī)；而濕度則對親水性材料的影響較大，例如EVOH、PVA等聚合物材料，雖然具(jù)有良(liáng)好的氣體阻(zǔ)隔性，但(dàn)在濕度高的環境(jìng)中會因吸濕溶脹，自由體積顯著增加，從而導緻阻隔性急劇降低。

? ? ? ?三(sān)、 四大包裝材料的(de)阻隔性

? ? ? ?紙、金屬、玻璃（和陶瓷(cí)）、塑料被稱為四大包裝材料。目前所用的紙主要由植物纖維(wéi)組成，其主要化學組分為親水性的纖維素分子，且纖(xiān)維和纖維間的孔隙可達(dá)微米級，因此紙材料幾乎不(bú)具有阻濕和阻氣性。傳統上(shàng)一般采(cǎi)用疏水改性、施膠等方法(fǎ)改善紙的防潮性能，也可通過聚合物塗布來改善(shàn)紙的阻隔性能，得到防潮阻氣功能的紙材料。

? ? ? ?包裝中常用的金屬材料(liào)為鐵和鋁。而(ér)作為原子晶體，金(jīn)屬原子間排(pái)列非常緊密，不利(lì)于小分(fèn)子的透過，因此對水分和氣體都(dōu)具有優異的阻隔(gé)性(xìng)能。玻璃雖然為非晶體，但其主體結構為(wéi)由Si-O四面體組成的網(wǎng)絡結構，Si和O原子緊密連接，因此材料中也幾乎無大的孔隙，使其具有優良的阻濕和阻氣能力。同(tóng)時，因為金(jīn)屬和玻璃的耐(nài)熱性極好，結構穩定，因此在常溫下它們的阻隔性幾乎不受溫度和濕度的影響(xiǎng)。但金屬材料較高(gāo)的成本和不透明性，玻璃的比重高和易碎等限制了它們在包(bāo)裝中的很多應用。

? ? ? ?塑料是由聚合物和填料所組成，具有質輕(qīng)、透明、價格低、易加工、不易碎等諸多優點，在(zài)包裝中的(de)應用日益廣泛，用量急劇增(zēng)加。因其結構多樣(yàng)，且影響(xiǎng)因素較多，因此不同塑料的阻隔性也有很大的差異。如前所述，不同化學組成的聚合物具有不(bú)同的極性(xìng)，因而對不同小分子(zǐ)的溶(róng)解性差異顯著。同時，聚合物大多為晶态與非晶态共存(cún)的結構，晶态結構中分子(zǐ)排列緊密有(yǒu)序因此幾乎不具有透(tòu)過性，所以(yǐ)整個材料的氣體透過性則取決于晶态(tài)結構的比例，即結晶(jīng)度。而結晶度又受聚(jù)合物分子結構(gòu)、分子(zǐ)量和(hé)加工(gōng)工藝等的影響。例如，無定型PET的氧氣擴散系數為5×1013 m2/s，氧氣透過率(lǜ)為0.424 cm/m2·day·atm，而采(cǎi)用冷吹工藝生(shēng)産的PET瓶結晶度為22%，氧氣擴散系數降至2.5×1013 m2/s，氧氣(qì)透過率也随之降至0.171 cm/m2·day·atm。同時，由于聚(jù)合物大分子的分子運動會随溫(wēn)度的升高而加(jiā)強，導緻自由體積增加，阻隔性随之降低甚至喪失(shī)。另外，具有親水性基團的聚(jù)合(hé)物(wù)的阻隔性受(shòu)濕度的(de)影(yǐng)響也很大。因此，在選擇塑料包裝時，應根據所包裝(zhuāng)食品的特點以及貯運環境(jìng)，選(xuǎn)擇具有适宜阻隔性的材料。

? ? ? ?四、 包(bāo)裝材料阻隔性的改善方法

? ? ? ?目(mù)前對于阻隔性的改善，主要針對于塑料包裝材料。常用(yòng)的(de)改善(shàn)方法有：

? ? ? ?1、多層複合：即(jí)将不同材料的膜進行複合，得到的複合膜的阻隔性與複合的層數、每層材(cái)料本身的阻隔性以及複合層的厚度有關。目前常用的有(yǒu)三層、五層和七層複合膜。同時，為得(dé)到高阻隔的複合膜，中間層通常采用具有優良(liáng)阻隔性的材料，例如鋁箔、EVOH、PVDC、PVA、PA等。采用的複合(hé)工藝有幹式複合、多層共擠出和多(duō)層共擠流(liú)延等。

? ? ? ?2、表面改(gǎi)性或鍍層：表面改性主(zhǔ)要是通過化學反應對材(cái)料的表面進行基團修飾，從而改變其極性(xìng)。例如通過(guò)等離子體聚(jù)合等方法，增強聚烯烴表面的(de)極性，從而提高其氣體阻隔性。也可通過物理或化學的方法，将無機(jī)金屬或氧化(huà)物等蒸鍍在PET等塑料薄膜表面，形成幾十到上百納米的阻隔層。采用該(gāi)方法可将(jiāng)普通薄膜的阻氧和阻濕性能提高幾十至上百倍，甚至可得到透明、高強度的複合薄膜，因而具有巨(jù)大(dà)的應用潛力。

? ? ? ?3、添加(jiā)填料：在聚合物中添加無(wú)機填料不僅可提高(gāo)材料的機械強度，且可有效改善材料的阻隔(gé)性。尤其(qí)是20世紀以來，納米技術的飛速發展使得各種新型的納米填料層出不窮(qióng)，為高阻隔材料的制備開辟了(le)一條新的道路。研究(jiū)最為廣泛且目前(qián)已經商業化的是納米(mǐ)黏土與聚合物的複合材料。納(nà)米黏土是一種層狀結構(gòu)且(qiě)無透過性的矽酸鹽。由(yóu)于(yú)它具有很高的縱(zòng)橫比(bǐ)，添加少量的納米黏土在聚合物中，就可使氣體分子的擴散路徑變(biàn)得曲折，從而降(jiàng)低材料的氣(qì)體透過率(lǜ)，提高阻(zǔ)隔性。

? ? ? ?研究表明，無論是非極性的PE、PP，還是極性的PA、PET都可通過添加納米蒙脫土或高嶺土來有效(xiào)降低其對O2或CO2的透過率(lǜ)。添加了蒙脫土(tǔ)的PET相較于普通(tōng)PET，其阻隔性可提高3~4倍，可代替傳統的玻璃瓶用作啤酒包裝。其(qí)他納米填料如納米銀、納米二氧化钛等納米金屬和金屬氧(yǎng)化物以及納米碳材(cái)料石墨烯等，在包裝領域都有着巨大的(de)應用潛力。尤其(qí)是目前由于環境污染和和能源短缺的問題(tí)，迫切需要(yào)開發既可生物降解(jiě)又能滿足強(qiáng)度和阻隔性(xìng)等要(yào)求的聚合物。但很多可降解高分子面臨着強度較差，對水蒸(zhēng)氣敏感等問題，将它們與納米粒子進行(háng)複合得到的複合材料将有望在這些性(xìng)能(néng)方(fāng)面得(dé)到改善。例如蒙脫土可通過溶液插層、原位插層或熔融插層(céng)等方法與聚乳酸（複合，使PLA在力學性(xìng)能、熱穩定性以及氣體阻隔性等方面均得到提高。而将(jiāng)納米銀與蒙脫土共同加入澱(diàn)粉中，由于納米(mǐ)銀和蒙(méng)脫土的協同作用，可使水分子在澱粉膜中的擴散系數降低約50%，同時(shí)使其氧氣透過系數降低85%。具有(yǒu)抗菌(jun1)、抗氧化(huà)等功能(néng)的納米粒子還可用(yòng)于制備活性包裝，以更加有效(xiào)地抑制被包裝食品(pǐn)表面微生物的繁殖(zhí)和營養成分的氧化，從而延長保質(zhì)期。但(dàn)在用作食品包裝時(shí)，納米材料的遷移和安全性也是需要考(kǎo)慮的關鍵問題之一，亟(jí)待建立有效的檢測和評價方法。

? ? ? ?五(wǔ)、 食(shí)品包裝材(cái)料的阻隔性與食品品質

? ? ? ?從以上(shàng)介紹可(kě)知，不同種類、不同結構的(de)包裝材料具有不同的(de)阻濕和阻氣性能，且成本和使用條件等也(yě)差(chà)異顯著。因此，在選擇食品包裝(zhuāng)材料時，應從所包裝食品的特點、品質(zhì)要求、預期保質(zhì)期、貯運條件和(hé)成本控制(zhì)等方面加(jiā)以綜(zōng)合考(kǎo)慮。一般而(ér)言，選擇高阻(zǔ)隔(gé)材料作為食品包裝，除了防止(zhǐ)微生物和灰塵的污染外，最重要的是隔絕(jué)外界的水蒸氣、O2和CO2對包裝食品的(de)影響，或者防止具有香味物質的(de)食品如(rú)茶葉、香料等的香氣通過透過包裝(zhuāng)而散失。

? ? ? ?食品包裝中水分的(de)滲透既(jì)會導緻食品發生物理變化如幹性食品(pǐn)吸濕導緻結晶、結塊或失去脆性和香味等，也可引起一些化學和(hé)微生物(wù)的變(biàn)化，例如加速油脂和色素的氧化(huà)分解、促使微生物的繁殖、增強酶(méi)活性導緻食品産生褐變等。水分的含量對生鮮食品、谷物(wù)、奶制品、餅幹、茶葉、幹果(guǒ)等各類(lèi)食品的貯藏品質均有較大影響。因此，對(duì)于(yú)水分敏感的食(shí)品在選擇包裝材料時，應先了解該(gāi)類食品(pǐn)的吸濕行為（測定等溫吸濕曲線和吸濕動力學）以及該食品(pǐn)的品質随水分活度(dù)的變化規律，進(jìn)而綜(zōng)合成本、保質期、貯藏條件等(děng)選擇(zé)具有适宜水(shuǐ)蒸氣透過率的包裝材料。

? ? ? ?除了水分以外，O2的存在也是導緻很多(duō)食品在貯藏期間品質下降(jiàng)的主要原因之一(yī)。例(lì)如，O2會導緻(zhì)油脂氧化，産生酸敗氣味(wèi)；促進酶促(cù)褐變，導緻鮮切果蔬變色；促使需氧微生物的生産和繁殖，造成食(shí)品腐爛變質；與(yǔ)食品中的某些(xiē)營養(yǎng)物質如維生素C等反(fǎn)應，降低食(shí)品品質；O2濃(nóng)度過高(gāo)或過低，都會影響果蔬(shū)采後的呼吸強度，進而影(yǐng)響其貯藏時間。具有較好阻(zǔ)氧性能的材(cái)料有金屬(shǔ)、玻璃、PVDC、EVOH以及高阻(zǔ)隔複合(hé)薄膜，并可配合吸氧劑一起使用。如所(suǒ)包裝食品既對水蒸氣敏感，又對氧(yǎng)氣敏(mǐn)感，除了選擇(zé)金屬和玻璃(lí)材料做包裝外，更可選擇多層複合聚合物材料，以同時達(dá)到阻(zǔ)濕和阻(zǔ)氣的(de)目的。

? ? ? ?随着科技的飛速發展，各種高(gāo)阻隔材料層出不窮，尤其是以塑料為主體的軟包裝材料，為(wéi)更(gèng)好(hǎo)地延長食品的(de)保質期(qī)和(hé)提高食品品質提供了保障。但(dàn)也存在一些問題，例(lì)如如何(hé)根據被包裝(zhuāng)食品的特性(xìng)選(xuǎn)擇最适宜、綜合成本最低的包裝材料，還(hái)需要更深入(rù)和廣泛的實驗研究，以為工業應用提供(gòng)較為成熟、可(kě)靠(kào)的模型(xíng)。同時，随着環境污染問題的日益加重，應加(jiā)快研發具有良好包裝性能、便于(yú)加(jiā)工且價格低廉的(de)生物可降解聚合物，以取代現(xiàn)在廣(guǎng)泛應用的合成塑料(liào)。