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包装工艺的理论基础 第一章包装工艺的物理学基础 第一节产品的物理机械性质特征分析一 产品的材料构成 第一章包装工艺的物理学基础 1 产品的成分与结构 1 产品成分产品成分是指构成产品原材料的分子或原子的各种元素 化合物 聚合物 混合物等的名称与数量 显然产品成分是影响产品物理性质的主要原因之一 2 产品结构A产品的微观结构 产品的微观结构是指产品原材料成分的结构 即分子 原子结构 B产品的宏观结构 即外观结构和表面形状 二 产品物理特征物品在某种性质改变时 不涉及到物质分子或晶体化学组成的改变 该性质为物理性质 产品在机械运动过程中引起其性质改变的特性 实际上是物理性质的一部分 机械运动是指物体之间或物体内各部分之间相对位置发生变化的过程 它是最简单 最普遍的运动形式 而各种复杂运动如化学运动 生命现象中所包含的相对位置变化 不能简单地归结为机械运动 产品的机械性质主要包括产品的材料属性 力学性质 结构 形状等特性 例如尺寸 质量 硬度 韧性 固有频率等都属于机械性质 产品的物理特征分为 1物理易损性 1 表面粗糙度 2 冲击与振动脆值 易损度 G许用脆值 G 3 外界场强 冲击与产品脆值 脆值 产品不发生物理的和功能的损伤所能承受的最大加速度值 以G表示 1 包装件的质量与跌落高度 电子工业部 上海仪表电讯工业局 脆值标准 2强度与易碎性易碎品 精密品 坚固品3材料相容性4结构特征及可拆卸性5载荷类型易装载荷品 难装载荷品 中等载荷品6产品成本 三 产品在流通过程中的物理变化 1挥发与干缩 1 挥发的定义与机理 挥发是指液态 液化的气态或固态物质 如汽油 石油液化气 樟脑等 在常温下转变为气态的现象 它是由于物质表面分子比较活跃 引起表面蒸汽压大于相邻气体压力 从而造成了物质表面分子不断地散发到相邻气体中去的结果 2 挥发速度 挥发速度与物质表面蒸汽压的大小有关 而蒸汽压又与物质本身的沸点 环境温度 湿度 相邻气体的流动速度以及相互接触面积等因素有关 总之 表面蒸汽压与相邻气体压力差越大 环境温度越高 相对湿度越小 相邻气体流动速度越快 接触面积越大 则挥发速度就越快 产品的挥发一方面会使其质量减轻 严重时会产生干缩 如油漆挥发 这样会造成品质发生变化或丧失使用性能 另一方面某些挥发出来的气体具有毒性 或与空气混合而易燃易爆 这类产品需要密封包装以防止挥发 同时在储运 装卸过程中也要防止由于容器机械性质原因造成破损而引起渗透 泄漏和溢出等事故 2溶解与风化 1 溶解与溶化 溶解是指某种物质分散于另一种物质中成为溶液的过程 溶质溶解在水或潮湿空气的水分中 即固体物质溶成为水溶液的过程 通常称为溶化 溶化与水解不同 水解是指物质与水发生了化学反映 水解属于化学变化 2 溶化因素产品溶化现象与产品的吸湿性能 水溶性能及吸湿点有关 吸湿性表征产品吸收和放出水分的性质 它影响着产品的隔绝性 卷曲性和产生气泡等物理性能 水溶性表征产品溶解于所吸收水分而成为液体的性质 吸湿点是指产品在一定的温度和压力下开始吸湿的相对湿度值 若压力恒定 随着环境温度升高 吸湿点会逐渐下降 使产品易于吸湿溶化 产品溶化性能除与气压 温度 湿度 贮存时间等外部环境条件有关外 还与自身的材质 成分 结构 形状和性质等内在因素有关 材质越疏松 表面越粗糙 且内部含有类似毛细孔状结构的产品 其吸湿性和溶化性能就越强 反之亦然 3熔化与凝固熔化 是指产品受热后从固态转变为液态的过程 凝固 当液态产品受冷由液态开始出现结晶 最终凝聚成固态产品的过程 溶化与凝固现象伴随着产品吸热与放热的过程 显然这种现象的发生与温度环境密不可分 此外这一现象还与产品的熔点有关 某些食品 药品或日用化工产品 如冰淇淋类等 这类产品熔化后再凝固能给生产 加工处理或回收利用等带来不方便 但作为产品在流通和存储过程中如果因环境影响而发生熔化而造成产品与产品之间 产品与包装品之间产生粘连 就会破坏产品外表形状 尺寸 使产品流失 损耗或造成对环境的污染 因此 这类产品应采用密封性 隔热性能好的包装工艺 另外 有些产品如新鲜果蔬类食品 药用生物制剂 化工产品等还需预防冻结和凝固现象的发生 这类产品应针对各自的特点采取防冻结或防凝固技术与包装工艺措施来保护产品 4 渗漏与渗透渗漏主要指气态 液态或粉粒状固态产品由于包装品材质或封口质量等原因造成在储运过程中的渗出 泄漏现象 1 渗漏的实质 渗漏主要指气体和蒸汽通过材料的不连续点 例如裂缝 微孔及表面的微小间隙泄露出来 它是对流和扩散两种作用共同造成的结果 对流是指液体或气体各部分之间由于温度 压强或密度不均匀引起强制和循环流动并相互掺和 使其趋于均匀的过程 扩散是指气体 液体或固体物质由于浓度差 温度差或压力差引起的物质迁移现象 它可由一种或多种物质在气相 液相或固相内或不同相间进行 2 渗漏原因 引起渗漏的主要原因是由于包装品加工质量差 另外有些产品由于材质原因 在流通和装卸过程中受到外力的作用产生破损 裂纹等 有时内装物是气体 液体或部分易挥发性固体产品时 因环境温度变化引起三态变化 从而导致产品体积膨胀或气化使包装品内部压强增大而损坏 有些液态产品在低温或冻结时发生体积膨胀造成包装品破裂等 2渗透是指气体或蒸汽直接溶进包装材料的一侧表面 通过向材料本体的扩散 并从另一侧表面解吸的过程 渗透现象是由分压梯度引起的 渗漏和渗透作用在所有包装中都存在 其中渗漏属于宏观作用 而渗透是微观作用 不容易用肉眼发觉 有时为了简化计算与设计可以忽略其中次要作用者 总之 无论是渗漏还是渗透现象 当超过一定程度时都会引起产品质量发生变化 重量流失或对环境造成污染与灾害 采用防渗漏防渗透包装对干易燃 易爆 有毒产品尤为重要 5 导热与耐热性变化导热性是指产品传递热能的性质 耐热性指产品在受热时 仍能保持其物理机械性能及使用性能的性质 影响导热性的主要因素是产品的材质成分 结构形式 加工方法 形状尺寸等 影响耐热性的主要因素除了产品自身的导热性因素和膨胀系数外 还有环境因素 如湿度 气压 通风条件等 一般讲产品导热性好而膨胀系数小 则耐热性好 抗温度变化能力强 反之则耐热性差 抗温度变化能力差 有些产品 例如金属材料 由于其导热性 耐热性良好 可以露天存放 而导热性和耐热性差的粮食 橡胶制品等就不能在烈日下暴晒 也不应在湿度和温度过高的环境中储存 否则会因受热受潮而变私 变质或加速老化与霉变 另外有些液体产品在低温或寒冷环境下会凝固或受冻结冰而产生体积膨胀 如果采用遇冷体积收缩 且延伸率极低或无延伸率的玻璃 陶瓷等容器作包装品时 双方作用的结果则使包装品受张力而产生破损 6 电磁性质变化场强变化一般指电场 磁场 电磁场 静电场 辐射场等强度的变化 由于产品的材质结构及性能不同 外界场强的变化超过一定限度时就会对某些特殊产品造成损坏或影响其使用功效 对于诸如危险品 精密电子产品 军用品以及高技术产品等 对场强有特殊要求的产品 包装设计人员必须检测出它们对外界场强的感度并采取有效的屏蔽或抗场强变化技术 以保护元器件或整机的可靠性能和使用寿命 静电放电 ESD 已成为电子工业的一个公认的问题 它能导致许多产品损坏 有些电子元器件很容易受静电场的影响 还有一些电子元器件易被电磁干扰和射频千扰所损坏 静电敏感类产品使用塑料包装品包装时 静电消散可采取静电屏蔽的方法 为了避免静电场对电或非电设备的影响 或为了避免电器设备的静电场对外界的影响 需要把这些设备放在接地的封闭或近乎封闭的金属罩壳里 所采用的这种措施叫静电屏蔽 电磁屏蔽就是为了避免外界电磁场对电或非电设备的影响 或为了避免电器设备的电磁场对外界的影响 把这些设备放在封闭或近乎封闭的软磁金属材料制成的外壳内 软磁金属是磁性合金或金属的一类 它具有高导磁率和低矫顽力与磁滞损耗 7 光学性质变化光对产品的影响主要取决于光的强度以及材料的透明度等 透明度是指材质透过光线的能力 根据产品的透光程度大致可分为三个等级 透明 半透明和不透明 产品的透明度除与材质的透光系数有关外还与材质的结构形状 吸光 反射 折射及色散程度有关 在实际包装应用中 一部分产品需要高透明度的包装品 因为这样可使消费者清晰地看到产品 增强促销能力 包装这类产品的玻璃 塑料容器或纸张与薄膜等则要求具有高度均匀的透光性 某些药品 化工制品 生物制品等为了增加保护性 延长货架寿命则需要使用不透明 半透明或具有一定折射率和色散率并具有高度均匀性和在一定波长范围内具有透光选择性的包装品进行包装 有时为了提高包装装满效果也使用不透明的薄膜或纸张 例如深褐色的半透明包装品可作为防止紫外线辐射的阻隔层 使其内装食品或药品保持新鲜 也可以在某些材质的纸张或薄膜中加入二氧化钛等颜料制成不透明的包装品以提高光泽度 第三节机械环境条件与被包装产品破损 产品储运即产品流通 流通中产品的损坏是包装业中长期存在的问题之一 也是包装业发展的主要动力之一 产品在经由公路 铁路 水路和空中运达销售地的过程中大都几经周折 并反复进行吊运 装卸和变换运输工具 其中有机械化操作 也可能有人工帮助完成 在这些复杂的装卸 存储与运输环节中 产品或包装件受到的力学方面作用是多种多样的 人们很难或不可能堆确地预计产品或包装件将会发生什么样的机械性损伤 通过大量的调查研究 归纳起来流通中产品的机械损坏如表1 1所示 表中所列情况主要分为装卸 运输和仓储三方面的损伤 统计结果表明引起产品和包装件在流通中产生损坏的力学因素中 最主要的因素是冲击和振动所造成的损坏 表1 1 一 机械性环境条件对包装件的影响1冲击对被包装件的影响装卸损坏主要包括包装件之间的碰撞以及包装件与非包装件 如地面 厢壁等 之间的碰撞 其中垂直向下的碰撞称为跌落 力学上把跌落或碰撞引起的作用叫冲击 它会使物体在极短的时间发生极大的速度变化或瞬态的能量变换 导致加速度急速增加 1 装卸 人工装卸 人工装卸时 质量在l0kg以内的包装件可能被抛掷 其跌落高度会超过lm 当包装件质量在24 30kg时 容易实现轻拿轻放 当质量超过60kg时 需要较强的劳动力才能搬运 往往会产生翻滚 棱 角 面跌落或碰撞 也可能从工人肩上 手中跌落 据测定 人工装卸时产生的冲击加速度通常在l0g g为重力加速度 g 9 81m s2 下同 左右 有时超过l00g 冲击加速度的大小与跌落高度 缓冲性能及地面的弹性程度有关 机械装卸 包装件质量超过90kg时一般用机械装卸 正常情况下机械设备如叉车 吊车等作业时发生跌落的高度低于人工装卸作业的高度 因此冲击加速度也较小 装卸损坏形式 碰撞 跌落 冲击 翻滚 抛掷等主要影响因素 包装件质量 作业方式及设备 包装件尺寸 叉车装卸冲击加速度 2 运输运输损坏指包装件在运输期间所遇到的损坏 实际上无论使用何种运输工具 包装件损坏主要是由于振动和冲击造成的 铁路运输铁路货车运输过程中由干路基和铁轨接头等的作用会产生周期振动 振动中产生的加速度与行驶速度以及货车支承处的缓冲器有关 振动频率主要在2 50Hz之间 并且存在谐振峰 铁路运输中的冲击主要由货车的编组连挂 加速 减速 刹车或急刹车等引起 公路运输公路运输过程中包装件的损坏主要由于路面状况 车辆缓冲性能 车速 载重量和载货方式等原因引起冲击和振动造成的 如果包装件在车厢上无固定 受到颠簸后会产生连续冲击 即跳起式振动 此时产生的加速度为1g以上 若路面特别不平 件击加速度可达3 5g 在发生货物散包时加速度高达5 20g左右 船舶运输船舶运输过程中包装件的损坏主要由堆码引起的压应力造成 一般货物码高为6 l0m 并受发动机和螺旋桨低频摄动的影响 另外波浪引起船体上下振动和左右摇摆也会使包装件产生冲击和振动 船首的冲击和机舱的振动最为严重 但就整体平均而言 振动加速度通常在0 3g以下 远洋货船可达绪 飞机运输 包装件在飞机运输中的损坏主要由发动机引起的高频振动 着陆时与地面的冲击或空中气流的冲击和振动造成 此外在高空飞行时因低温低压 且飞机货舱内无加温加压装置 包装件也会造成损坏 如瓶中或喷雾罐中的液体发生泄漏等 振动 冲击 低气压 运输损坏与运输环境 例 公路运输 损坏原因 由于路面状况 车辆缓冲性能 车速 载重量及方式等原因引起的冲击和振动 A 冲击公路运输产生的冲击 交通部公路研究所对汽车运输的振动和冲击的分析结果 公路运输随机振动加速度功率谱密度竖向最大 128 20 横向次之 23 55 纵向最小 12 16 汽车运输振动能量集中在0 200hz内 其中0 50hz最集中 汽车运输随机振动功率谱密度在2hz和10hz左右有一个较大的峰值 货物在车厢里的位置 中部较轻 尾部最严重 B 振动 3压缩的影响静压力指在静载荷作用下 包装容器 缓冲材料或结构发生变形 蠕变 会影响被包装产品的动态特性 而且静载荷过大 会导致被包装产品损坏 动压力 堆码损坏 表现为堆码过高使压应力过大 滑落 倒垛引起冲击 支承不平衡引起变形 主要影响因素 包装材料及结构堆码方式堆码持续时间温 湿度等 包装件质量与易发生跌落高度的关系经验公式 H 300 M H 跌落高度cmM 包装件质量kg 二 包装件在流通中引起破损的途径 2帕里特曲线法 定量3破损分类 三 破损准则与破损模型 1破损准则1 最大应力准则2 最大位移准则3 疲劳破损准则2破损模型1 机械冲击破损模型2 机械振动破损模型 第三章包装工艺的微生物学基础 微生物 microorganism microbe 是一些肉眼看不见的微小生物的总称 包括属于原核类的细菌 放线菌 支原体 立克次氏体 衣原体和蓝细菌 过去称蓝藻或蓝绿藻 属于真核类的真菌 酵母菌和霉菌 原生动物和显微藻类 以及属于非细胞类的病毒 类病毒和朊病毒等 第一节微生物的形态结构细菌细菌是一类细胞细而短 细胞直径约0 5 m 0 5 5 m 结构简单 细胞壁坚韧以二等分裂方式繁殖和水生性较强的原核微生物 分布广泛 细菌的形态 细菌的形态分 球菌coccus 包括双球菌Diplococcus 链球菌Streptococcus 四联球菌Tetracoccus 八叠球菌Sarcina 葡萄球菌Staphylococcus杆菌bacillus或bacterium螺旋菌spiralformbacteria 细菌的结构 细菌的基本结构包括 细胞壁cellwall 胞浆膜 间体 细胞浆 核糖体 核质 革兰氏阳性菌 G 的细胞壁 其化学组成主要是肽聚糖和磷壁酸等革兰氏阴性菌 G 细胞壁最外面是脂多糖LPS 即内毒素 L型细菌 是细胞壁缺失的细菌 具有多形性 细菌的附属结构包括 质粒plasmid 荚膜capsule 鞭毛flagellum 菌毛pillus和芽胞 质粒是某些细菌除染色体外的遗传因子 特点是能自我复制 可转移性 相溶与不相溶 大小不等 控制次要性状 荚膜是部分细菌在生活过程中 在细胞壁外产生的一种疏松透明的粘液层 内含多个细菌时称为菌胶团 荚膜按厚度分大荚膜 微荚膜 粘液层 其形成与菌种和营养条件有关 功能主要是保护 抗吞噬 抗干燥 鞭毛是杆菌 弧菌 螺菌和少数球菌在菌体上附有的细长呈波状弯曲的具有运动功能的丝状毛 菌毛 细丝状物 数量极多 周身排列 无运动功能 化学本质为菌毛蛋白亚单位 分为普通菌毛和性菌毛 功能可能是黏附和传递遗传物质 芽胞是细菌的休眠体 能够抵抗恶劣环境因素 因不同细菌芽胞的形态不同 因此可作为鉴别的依据 霉菌霉菌是丝状真菌的俗称 意即 发霉的真菌 它们往往能形成分枝繁茂的菌丝体 但又不象蘑菇那样产生大型的子实体 在潮湿温暖的地方 很多物品上长出一些肉眼可见的绒毛状 絮状或蛛网状的菌落 那就是霉菌 一 霉菌的形态和结构霉菌的菌丝构成霉菌营养体的基本单位是菌丝 菌丝是一种管状的细丝 把它放在显微镜下观察 很像一根透明胶管 它的直径一般为3 10微米 比细菌和放线菌的细胞约粗几倍到几十倍 菌丝可伸长并产生分枝 许多分枝的菌丝相互交织在一起 就叫菌丝体 吸器 由专性寄生霉菌如锈菌 霜霉菌和白粉菌等产生的菌丝变态 它们是从菌丝上产生出来的旁枝 侵入细胞内分化成根状 指状 球状和佛手状等 用以吸收寄主细胞内的养料 假根 根霉属霉菌的菌丝与营养基质接触处分化出的根状结构 有固着和吸收养料的功能 菌网和菌环 某些捕食性霉菌的菌丝变态成环状或网状 用于捕捉其它小生物如线虫 草履虫等 菌核 大量菌丝集聚成的紧密组织 是一种休眠体 可抵抗不良的环境条件 其外层组织坚硬 颜色较深 内层疏松 大多呈白色 如药用的茯苓 麦角都是菌核 子实体 是由大量气生菌丝体特化而成 子实体是指在里面或上面可产生孢子的 有一定形状的任何构造 例如有三类能产有性孢子的结构复杂的子实体 分别称为闭囊壳 子囊壳和子囊盘 霉菌的菌环和菌网a 菌环 b 简单菌网 c 复杂菌网 麦角菌的菌核 假根 酵母菌酵母菌在自然界中分布很广 尤其喜欢在偏酸性且含糖较多的环境中生长 例如 在水果 蔬菜 花蜜的表面和在果园土壤中最为常见 酵母菌的形态 大小和结构酵母菌是单细胞真核微生物 酵母菌细胞的形态通常有球形 卵圆形 腊肠形 椭圆形 柠檬形或藕节形等 比细菌的单细胞个体要大得多 一般为1 5微米 5 30微米 酵母菌无鞭毛 不能游动 酵母菌具有典型的真核细胞结构 有细胞壁 细胞膜 细胞核 细胞质 液泡 线粒体等 有的还具有微体 第二节微生物的生理活动 一 微生物的营养要求1 营养微生物生长繁殖所需的营养物质主要有水 碳源 氮源 无机盐和生长因子等 2 微生物的营养类型根据微生物对碳源的要求不同 可将其分为自养菌和异养菌两大营养类型 凡能利用无机碳合成菌体内有机碳化物的 叫自养菌 不能利用无机碳而需要有机碳才能合成菌体内有机碳化物的 为异养菌 根据其生命活动所需能量的来源不同 可分为光能营养菌和化能营养菌 前者是从光线中获得能量 后者则从化学物质氧化中取得能量 微生物的营养类型 二 微生物的生长和繁殖微生物在适宜的环境条件下 不断地吸收营养物质 并按照自己的代谢方式进行代谢活动 如果同化作用大于异化作用 则细胞质的量不断增加 体积得以加大 于是表现为生长 简单地说 生长就是有机体的细胞组分与结构在量方面的增加 单细胞微生物如细菌 生长往往伴随着细胞数目的增加 当细胞增长到一定程度时 就以二分裂方式 形成两个基本相似的子细胞 子细胞又重复以上过程 在单细胞微生物中 由于细胞分裂而引起的个体数目的增加 称为繁殖 在一般情况下 当环境条件适合 生长与繁殖始终是交替进行的 从生长到繁殖是一个由量变到质变的过程 这个过程就是发育 细菌纯培养的群体生长规律 细菌生长的典型曲线 延迟期 对数期 稳定期 衰亡期 根据细菌生长繁殖速率的不同 可将生长曲线大致分为延迟期 对数期 稳定期和衰亡期四个阶段 1 延迟期 少量细菌接种到新鲜培养基后 一般不立即进行繁殖 生长速度近于零 因此在开始一段时间 细菌数几乎保持不变 甚至稍有减少 这段时间被称为延迟期 又称为迟缓期 调整期或滞留适应期 处于延迟期细菌细胞的特点是分裂迟缓 代谢活跃 延迟期的长短与菌种 种龄 接种量和培养基成分有关 2 对数期 对数期又称指数期 这一阶段突出特点是细菌数以几何级数增加 代时稳定 细菌数目的增加与原生质总量的增加 与菌液混浊度的增加均呈正相关性 3 稳定期 又称恒定期或最高生长期 处于稳定期的微生物 新增殖的细胞数与老细胞的死亡数几乎相等 整个培养物中二者处于动态平衡 此时生长速度又逐渐趋向零 稳定期的细胞内开始积累贮藏物 如肝糖 异染颗粒 脂肪粒等 大多数芽孢细菌也在此阶段形成芽孢 如果为了获得大量菌体 就应在此阶段收获 因这时细胞总数最高 这一时期也是发酵过程积累代谢产物的重要阶段 某些放线菌抗生素的大量形成也在此时期 4 衰亡期 稳定期后如再继续培养 细菌死亡率逐渐增加 以致死亡数大大超过新生数 群体中活菌数目急剧下降 出现了 负生长 此阶段叫衰亡期 臭氧灭菌消毒柜 第三节影响微生物生命活动的因素 一 基本概念灭菌 用物理或化学方法杀灭物体上所有的微生物 包括病原微生物和非病原微生物及细菌芽胞 霉菌孢子等 称为灭菌 消毒 用物理或化学方法仅能杀灭物体上的病原微生物 而对非病原微生物及芽胞和孢子不一定完全杀死 称为消毒 用来消毒的药物称为消毒剂 消毒冲洗机 防腐 防止或抑制微生物生长和繁殖的方法称为防腐或抑菌 用于防腐的化学药品称为防腐剂 某些化学药物在低浓度时为防腐剂 在高浓度时则成为消毒剂 无菌 指没有活的微生物存在 采取防止或杜绝一切微生物进入动物机体或物体的方法 称为无菌法 以无菌法操作时称为无菌操作 在进行外科手术或微生物学实验时 要求严格的无菌操作 防止微生物的污染 二 常见的影响微生物生长与死亡的物理 化学因素1 温度 加热灭菌 温度是影响有机体生长与存活的最重要的因素之一 它对生活机体的影响表现在两方面 一方面随着温度的上升 细胞中的生物化学反应速率和生长速率加快 在一般情况下 温度每升高10 生化反应速率增加一倍 另一方面 机体的重要组成如蛋白质 核酸等对温度都较敏感 随着温度的增高而可能遭受不可逆的破坏 微生物的生长温度类型 2 氢离子浓度 pH 环境中的酸碱度通常以氢离子浓度的负对数即pH值来表示 环境中的pH值对微生物的生命活动影响很大 主要作用在于 引起细胞膜电荷的变化 从而影响了微生物对营养物质的吸收 影响代谢过程中酶的活性 改变生长环境中营养物质的可给性以及有害物质的毒性 每种微生物都有其最适pH值和一定的pH范围 在最适范围内酶活性最高 如果其他条件适合 微生物的生长速率也最高 大多数细菌 藻类和原生动物的最适pH为6 5 7 5 在pH4 10之间也可以生长 放线菌一般在微碱性即pH7 5 8最适合 酵母菌 霉菌则适合于pH5 6的酸性环境 但生存范围在pH1 5 10之间 有些细菌甚至可在强酸性或强碱性环境中生活 强酸和强碱具有杀菌力 无机酸杀菌力虽强 但腐蚀性大 某些有机酸如苯甲酸可用做防腐剂 强碱可用作杀菌剂 但由于它们的毒性大 其用途局限于对排泄物及仓库 棚舍等环境的消毒 强碱对革兰氏阴性细菌与病毒比对革兰氏阳性细菌作用强 3 氧化还原电位 氧化还原电位 对微生物生长有明显影响 环境中 值与氧分压有关 也受pH的影响 pH值低时 氧化还原电位高 pH值高时 氧化还原电位低 各种微生物生长所要求的 值不一样 一般好氧性微生物在 值 0 1伏以上均可生长 以 值为 0 3伏 0 4伏时为适 厌氧性微生物只能在 值低于 0 1伏以下生长 兼性厌氧微生物在 0 1伏以上时进行好氧呼吸 在 0 1伏以下时进行发酵 4 辐射 紫外线杀菌 辐射杀菌 辐射是指通过空气或外层空间以波动方式从一个地方传播或传递到另一个地方的能源 它们或是离子或是是电磁波 电磁辐射包括可见光 红外线 紫外线 X射线和 射线等 1 紫外辐射紫外线是非电离辐射 以波长265 266 纳米的杀菌力最强 紫外辐射对微生物有明显的致死作用 是强杀菌剂 紫外杀菌灯管在医疗卫生和无菌操作中广泛应用 由于紫外线穿透能力差 不易透过不透明的物质 故紫外杀菌灯只适用于空气及物体表面消毒 2 电离辐射X射线与 射线 射线和 射线均为电离辐射 在足够剂量时 对各种细菌均有致死作用 常用于一次性塑料制品的消毒 也用于食品的消毒 5 干燥 水分是微生物的正常生命活动必不可少的 干燥会导致细胞失水而造成代谢停止以至死亡 微生物的种类 环境条件 干燥的程度等均影响干燥对微生物的效果 休眠孢子抗干燥能力也很强 在干燥条件下可长期不死 这一特性已用于菌种保藏 如用砂土管来保藏有孢子的菌种 在日常生活中也常用烘干 晒干和熏干等方法来保存食物 6 渗透压 水或其他溶剂经过半透性膜而进行扩散的现象就是渗透 在渗透时溶剂通过半透性膜时的压力即谓渗透压 其大小与溶液浓度成正比 细胞脱水而引起质壁分离水进入细胞内引起细胞膨胀 甚至使细胞破裂 由于一般微生物不能耐受高渗透压 所以日常生活中常用高浓度的盐或糖保存食物 如腌渍蔬菜 肉类及蜜饯等 7 超声波 超声波具有强烈的生物学作用 超声波的作用是使细胞破裂 所以几乎所有的微生物都能受其破坏 其效果与频率 处理时间 微生物种类 细胞大小 形状及数量等均有关系 8 重金属及其化合物 一些重金属离子是微生物细胞的组成成分 当培养基中这些重金属离子浓度低时 对微生物生长有促进作用 反之会产生毒害作用 也有些重金属离子的存在 不管浓度大小 对微生物的生长均会产生有害或致死作用 因此 大多数重金属及其化合物都是有效的杀菌剂或防腐剂 其作用最强的是Hg Ag和Cu 如 二氯化汞又名升汞 是杀菌力极强的消毒剂 0 1 1 浓度的硝酸银常用于皮肤的消毒 9 有机化合物 对微生物具有有害效应的有机化合物种类很多 其中酚 醇 醛等能使蛋白质变性 是常用的杀菌剂 酚 酚又名石炭酸 它们对细菌的有害作用可能主要是使蛋白质变性 同时又有表面活性的作用 破坏细胞膜的透性 使细胞内含物外溢 当浓度高时是致死因子 反之则起抑菌作用 甲酚 酚的衍生物 杀菌力比酚强几倍 甲酚在水中的溶解度较低 但在皂液与碱性溶液中易形成乳液 市售的消毒剂煤酚皂液 来苏尔 就是甲酚与肥皂的混合液 常用3 5 的溶液来消毒皮肤 桌面及用具等 醇 它是脱水剂 蛋白质变性剂 也是脂溶剂 可使蛋白质脱水 变性 损害细胞膜而具杀菌能力 乙醇是普遍使用的消毒剂 常用于实验室内的玻棒 玻片及其他用具的消毒 50 70 的乙醇便可杀死营养细胞 70 的乙醇杀菌效果最好 超过70 以至无水酒精效果较差 甲醛 甲醛也是一种常用的杀细菌与杀真菌剂 效果良好 纯甲醛为气体状 可溶于水 市售的福尔马林溶液就是37 40 的甲醛水溶液 10 卤族元素及其化合物 碘 是强杀菌剂 3 7 碘溶于70 83 的乙醇中配制成碘酊 是皮肤及小伤口有效的消毒剂 碘一般都作外用药 氯气或氯化物 这是一类最广泛应用的消毒剂 氯气一般用于饮水的消毒 次氯酸盐等常用作食品加工过程中的消毒 氯气和氯化物的杀菌机制 是氯与水结合产生了次氯酸 HClO 次氯酸易分解产生新生态氧 这是一种强氧化剂 对微生物起破坏用 11 表面活性剂 具有降低表面张力效应的物质称为表面活性剂 这类物质加入培养基中 可影响微生物细胞的生长与分裂 如肥皂 漂白粉 洗衣粉等 12 染料 染料 特别是碱性染料 在低浓度下可抑制细菌生长 由于这些染料具有选择性抑菌的特点 故常在培养基中加入低浓度的染料配制成选择培养基 例如 碱性三苯甲烷染料 包括孔雀绿 亮绿 结晶紫等 对革兰氏阳性菌有很强的抑制作用 13 化学疗剂 能直接干扰病原微生物的生长繁殖并可用于治疗感染性疾病的化学药物即为化学疗剂 它能选择性地作用于病原微生物新陈代谢的某个环节 使其生长受到抑制或致死 但对人体细胞毒性较小 故常用于口服或注射 化学疗剂种类很多 按其作用与性质又分为抗代谢物和抗生素等 包装工艺的气象环境学基础 概述 产品在运输之前必须进行包装 并加以必要的防护 才能保证其在运输 装卸 储存流通期间不受温度 湿度 雨水 太阳辐射 沙尘等气象环境因素的影响 因此 对包装设计人员来说 了解被包装产品的特点 气象环境条件及对运输包装件的影响 掌握运输对包装的要求等知识 对保证产品的包装质量 减少流通过程中的损失 具有十分重要的意义 一 气象因素 1 温度温度与平均温度高温和低温温差 例如 金属材料高温下的变形 沥青油毡溶化 塑料在低温下变得硬脆 温差过大时的水气凝结 产品含水量的变化等 常用缓冲材料的性能指标 温度 耐候性 2 湿度高湿度加上适宜温度 将促进微生物的生长繁殖 高温高湿将加速金属的腐蚀等 低湿纸张 木材 皮革 塑料等干燥收缩 变形 龟裂 3 风力4 雨雪 5 太阳辐射 太阳光谱主要由紫外线 波长小于400nm 可见光 波长在400 760nm之间 及红外线 波长大于760nm 组成 在大气层外 紫外线占太阳光总光通量的7 左右 经过大气层的吸收到达地面时所占比例已很小 一般不超过1 紫外线对微生物有杀伤作用 大多数细菌只要日光照射1 2h就可死亡 其它微生物光照1 4h大多数也会死亡 红外线有增热作用 可以使包装件的温度升高 可增加产品的温度 降低产品的含水量 另外 光照会对一些产品产生剧烈或缓慢的破坏作用 如酒类在光照下和空气中的氧发生反应而变浑浊 油脂会加速酸败 橡胶 塑料 纺织品 纸张在太阳光的作用下会加速老化 若产品的成分中含有不饱和的化学键 在日光的作用下 很容易发生聚合反应 例如丙烯腈 福尔马林 甲醛 桐油等在光的作用下会发生结块沉淀现象 还有些产品如油布 油纸在太阳照射下会氧化放热 若不及时散热 不仅会加速这些产品的氧化 而且还可能自燃而引起火灾 所以 一般情况下光照会加速被包装产品或外包装材料的物理化学变化 使包装件或内装物受到损害 二 环境因素 气压臭氧沙尘和灰尘盐雾其他化学气体如 二氧化硫 硫化氢 氯化氢 氯气等 三 流通环境与包装保护 1 环境因素的综合效应自然环境因素并不是单独存在的 大气的固有特性 如温度 湿度和气压是始终存在的 它们彼此间相互影响 还可能与存在的其它环境因素相互作用 为了分析环境因素的实际综合作用 最好成对地对它们进行研究 然后将一对因素中的任一种因素与其它因素配对 如重复这一过程 就可确定各种可能的综合效应 各种环境因素的综合效应及综合后对原单一环境因素效应的加强 抵消或保持原样的情况如下 1 高温与潮湿 高温有助于增加