chapter 11脱氧包装

第十一章脱氧包装技术 一 脱氧包装的特点 脱氧包装 DeoxygenPackaging 是指在密封的包装容器内 封入能与氧起化学作用的脱氧剂 从而除去包装内的氧气 使被包装物在氧浓度很低 甚至几乎无氧的条件下保存的一种包装技术 封入脱氧剂包装是在成功研制了脱氧剂以后才出现的 脱氧剂最早于1925年用铁粉和硫酸铁研制而成 1933年开始在食品上使用铁化合物制成的脱氧剂 1969年开始用以亚硫酸盐为主要成分的脱氧剂 以后又研制成功有机脱氧剂等 这些脱氧剂与气密性良好的包装材料配合 可应用于不同类型的产品包装 并获得良好效果 目前封入脱氧剂包装主要用于对氧敏感的易变质食品 如蛋糕 礼品点心 茶叶 咖啡粉 水产加工品和肉制品等的包装 研究结果证明 许多食品对氧极为敏感 食品在接近无氧环境中贮藏 可以有效地抑制油脂 色素 维生素 氨基酸 芳香物质等成分的氧化 较好地保持产品原有的色 香 味和营养素 同时 氧的脱除抑制了嗜氧微生物的生长繁殖 进而减少了由此引起的腐败变质的发生 此外 当环境中的氧气低于0 1 半个月内可使昆虫全部死亡 脱氧包装最显著的特点是在密封的包装内可使氧降低到很低水平甚至产生一个几乎无氧的环境 脱氧剂能把包装容器内的氧全部除去 还能将从外界环境中渗入包装内的氧 溶解在液体中或充填在固体海绵状结构微孔中的氧除去 从而有效控制包装内产品因氧而造成的各种腐败变质 使其降低到最低限度 二 封入脱氧剂包装的优点 1 在食品包装中封入脱氧剂 可以在食品生产工艺中不必加防霉和抗氧化等化学添加剂 从而使食品更安全 有益于人们的身体健康 2 如果采用的脱氧剂合适 可使包装内部的氧含量降低到0 1 食品在接近无氧的环境中贮存 可防止其中的油脂 色素 维生素等营养成分的氧化 较好地保证产品原有的色 香 味和营养 3 脱氧包装比真空和充气包装更有效地防止或延缓需氧微生物所引起的腐败变质 这种包装效果 可适当增加食品中的水分含量 如面包 并可适当延长保质期 在生产实践中 可将封入脱氧剂包装与真空包装和充气包装结合起来应用 三 常用脱氧剂的作用原理和反应特性 一 常用脱氧剂不同脱氧剂的组成有很大差异 但其作用原理是相同的 即利用脱氧剂中的无机或有机物质与包装内的氧发生化学反应而消耗氧 使氧的含量下降到很低或基本无氧的水平 目前常用的脱氧剂种类有铁系脱氧剂 亚硫酸盐系脱氧剂 葡萄糖氧化酶 有机系脱氧剂和铂 钯 铑等加氢脱氧剂等 现分别介绍如下 1 铁系脱氧剂 是最早研制和目前使用较广的一类脱氧剂 在包装容器内 铁系脱氧剂以还原状态的铁经下列化学反应消耗氧 Fe 2H2O Fe OH 2 H23Fe 4H2O Fe3O4 4H22Fe OH 2 1 2O2 H2O 2Fe OH 3 Fe2O3 3H202Fe 3 2O2十3H2O 2Fe OH 3 Fe2O3 3H20 以上反应受到诸如温度 湿度 水分 压力及加入到脱氧剂中的辅助成分 助剂 等因素的影响 理论上在铁转变为氢氧化铁时 1g铁要消耗0 43g 折合为约300cm3 的氧气 这相当于1500cm3正常空气中的含氧量 因此 铁系脱氧剂的除氧能力是相当强的 这是铁系脱氧剂得到较广泛应用的主要原因之一 另外 铁系脱氧剂主剂原料容易获得 制作简单 成本较低 但铁系脱氧剂的脱氧速度相对较慢 且脱氧时需要一定量水分的存在才有较好效果 此外 在铁氧化时常伴有氢气生成 如何抑制氢气的产生或处理已生成的氢是铁系脱氧剂使用中需解决的问题 还需加入具有这一作用的助剂 2 亚硫酸盐系脱氧剂 使用效果较好 应用较广泛 这类脱氧剂多以连二亚硫酸盐为主剂 以氢氧化钙和活性炭等为助剂 如在助剂中加入适量的碳酸氢钠 则除了能除去包装空间的氧外 还能生成二氧化碳 形成包装内的高二氧化碳环境 进一步提高对产品的保护效果 亚硫酸盐系脱氧剂发生的化学反应包括 Na2S2O4 O2 Na2SO4 SO2 Ca OH 2 SO2 CaSO3 H20如果还需同时产生二氧化碳 则须再加入碳酸氢钠 发生以下反应 2NaHCO3 SO2 Na2SO3 H2O 2CO2 总反应式为 2Na2S2O4 2NaHCO3 2Ca OH 2 2O2 Na2SO4 Na2SO3 CaSO3 CaCO3 3H2O CO2 1g连二亚硫酸钠大约可消耗0 184g氧 即在标准状态下 1g连二亚硫酸钠可脱除约130cm3的氧 因此它的脱氧能力不如铁系脱氧剂 但它脱氧速度快 且可生成二氧化碳 这对食品贮藏非常有利 3 葡萄糖氧化酶 也称有机系脱氧剂 是葡萄糖氧化成葡萄糖酸的酶催化剂 在催化其氧化反应的过程中消耗了包装内部氧 从而达到脱除氧气的目的 此反应的适宜条件是温度30 50 pH值4 8 6 2 目前这种脱氧剂仅在某些特定产品的包装中有应用 氧化酶C6H12O6 O2 H2O C6H12O7十H2O2H2O2 H2O O 4 铂 Pt 钯 Pd 铑 Rh 等加氢催化剂通过它对氧化过程的催化作用 使包装内存在的氢和氧化合成水 达到脱除氧气的目的 这些催化剂中以钯的催化效果较好 因为活化状态下的钯可以吸附比其自身体积大许多倍的活泼氢 此外 近年又研制了一些新型脱氧剂 如抗坏血酸 维生素C 型脱氧剂 由于在吸收氧气的同时放出同量的二氧化碳 可使包装内的气体量保持基本的稳定状态 另外 利用光照除氧法 即在透明的包装容器中同时封装一种含光敏色料和诱氧剂的薄膜 只要包装容器受到一定强度的光照射 容器内所含的氧便迅速除去 二 脱氧剂的反应特性1 脱氧剂的脱氧速度根据脱氧速度不同 可将脱氧剂分为速效型和缓效型脱氧剂 亚硫酸盐系脱氧剂的吸氧速度最快 属速效型 铁系脱氧剂的吸氧速度较慢 属缓效型脱氧剂 速效型脱氧剂一般在1h左右能使密封容器内游离氧降至1 最终达0 2 以下 缓效型脱氧剂要达到这种程度需12 24h 但两者绝对脱氧能力无明显差别 在实际使用时 可将两种脱氧剂配合作用 并加入其他助剂 使脱氧效果既迅速又长期有效 必要时还可加入能产生二氧化碳的成分 造成缺氧并有二氧化碳的较理想气氛环境 2 脱氧剂反应速度与温湿度条件一般脱氧剂随包装环境温湿度升高而活性变大 脱氧速度加快 图3 60所示为温度对铁系脱氧剂吸氧速度的影响 脱氧剂正常发挥作用的温度为5 40 若低于 5 脱氧能力明显下降 但目前有 种名为KEEPIT的铁系脱氧剂可在 25 低温状态下正常工作 3 脱氧剂反应类型 如上述 一般脱氧剂需在有水分条件下才能发生反应 根据脱氧剂组配时的水分条件 可把脱氧剂分为自力反应型和水分依赖型 水分依存型脱氧剂自身不含有水分 一般在空气中几乎不发生吸氧反应 但一旦感知到高水分食品中的水分时 即发生快速吸氧反应 此类脱氧剂使用保藏方便 三 封入脱氧剂包装的技术要点 一 食品包装对脱氧剂的要求用于食品脱氧包装的脱氧剂应注意以下问题 1 对人安全无毒 2 脱氧剂不应与被包装物发生化学反应 3 根据不同的脱氧需求选用适宜的脱氧剂 如要求快速降氧的产品包装 应选择脱氧速度快的 速效型 脱氧剂 相反 则可使用脱氧速度较慢的 缓效型 脱氧剂 用于对氧含量有严格限制的产品时 则应选择脱氧效果高的脱氧剂 二 脱氧剂使用的方法 用量及使用条件1 脱氧剂的使用方法 脱氧剂有粉末状 颗粒状和片状等形态 使用时可以直接应用某种形态 也可采取一定的方式使其附着在某种载体如高发泡的泡沫塑料片上再使用 使用的方法通常是先按一定的量分装在用透气性好的材料制成的小袋中 注意在袋上应印有警示标志或说明 然后再与被包装物一起封入包装内 这同现在普遍采用的在含水量低的食品中放入干燥剂的方法一样 一种更先进的方法是将脱氧剂与包装材料结合起来 放在复合材料的夹层中来使用 2 脱氧剂的使用量选择脱氧剂的量在使用时要足够 不仅要能保证除去包装容器内原有的氧 而且还需根据包装材料等情况考虑到氧气渗入量的多少 留有一定的安全系数 一般加15 20 为了检查包装内的脱氧程度 可采用氧指示剂进行 氧指示剂为直径6 8mm 厚2 3mm的片 它能通过自身的颜色变化来指示包装容器内氧的含量 当包装内氧含量超过0 5 时 氧指示剂显蓝色 氧含量低于0 1 显粉红色 氧介于0 1 0 5 之间 呈现雪青色 3 脱氧剂使用的温湿度条件脱氧剂的脱氧效果与脱氧环境温度密切相关 在脱氧剂通常使用的温度范围5 40 内 随温度升高 脱氧剂的活性变大 除氧速度加快 温度降低 则活性变小 脱氧速度变慢 包装容器内的相对湿度RH和产品的含水量对脱氧剂的脱氧效果也有明显影响 例如 当RH 50 时 铁系脱氧剂基本上不能吸氧 RH 70 时 需50h才能使包装内残存氧气含量降低到接近于零 而RH 90 以上时 使包装内残存氧气含量接近零时不足20h 这就是脱氧剂中常需加入吸湿剂作助剂的原因 包装物中的含水量不应超过70 三 使用脱氧剂的注意事项1 包装材料及包装容器要求有很高的气密性 容器要有一定的强度