《包装设计制作工艺与检测技术标准实用手册》

第二篇 包装技术与工艺

第二章　防潮（湿）包装技术

第五节　防潮包装保存期的预测及包装设计

防潮包装保存期预测模型，最早是以吸湿等温方程为基础提出的。这类模型能够用以选择合适的防潮包装系统，估计所选包装系统对储运环境的适应性，并可用于预测各种环境条件下内装食品的保存期。作为防潮包装保存期预测，主要涉及包装系统或包装材料的透湿性能，物品的吸湿等温方程以及环境的温、湿度三个方面的参量项。这三个方面的参量项又是进行防潮包装整体设计所必须考虑的因素。因此，防潮包装保存期的预测理论与数学模型，不仅对防潮包装的整体设计具有理论指导意义；并且对储运环境的管理及销售中物品品质的确定，都有很高的参考价值。当然，对于大多数的预测模型而言，其中的参数或参量都需经过严格的论证或测试来确定，有必要在流通过程进行实地的验证和修正。在利用模型进行保存期预测时，除考虑包装条件和环境条件外，物品的条件值一般依据临界质变水分值或限定允许水分值进行预测。临界质变水分值或限定允许水分值，一般是指达到变质或超过允许的水分含量（或水分活度）。这些界限水分值一般可通过文献资料，实验或专家评议等方式进行确定。

一、包装系统（或材料）的透湿性能与保存期预测的关系

在建立防潮包装保存期预测的数学模型可进行预测前，有必要了解包装系统或包装材料的透湿性能，及透湿性能与保存期预测的关系。目前在防潮包装中所用的包装材料主要有聚合物单层膜、复合膜、纸塑复合膜及玻璃膜、塑料瓶、焊封金属罐等。

用金属、玻璃、塑料等所形成的包装容器，其透湿性并非等于零。因为在这类包装的焊封、封口或盖体连接等处，可能有部分湿气由外部环境向包装内渗透。这类容器的透湿性可用P表示，P是由包装的整体系统决定的，所以其透湿状态公式可表示为

Ws(dm/dt)＝Ppθ（ae－a）　　　　　（2－2－16）

其中：Ws为包装内物品的干重（g）；

　　m为物品内所含的水分值（％）；

　　t为储存时间（d）；

　　dm／dt为单位时间（d）内食品中所增加的水分值（％）；

　　A为包装的外表面积（m2）；

　　ae为储运环境的水分活度（即用相对湿度／100）；

　　a为包装内物品的水分活度；P为容器的平均透湿性能（g／d·Pa）；

　　Pθ为θ温度下的饱和水蒸气压（Pa）。

用聚合物膜、复合膜等材料做成的软包装，因材料本身的透湿性远大于封缝处，所以形成软包装后，其包装的透湿性主要由材料的透湿性能决定。软包装膜根据其对水的依赖性，分为疏水膜和亲水膜。

疏水膜的包装透湿状态公式可表示为

Ws（dm/dt）＝PApθ（ae－a）　　　　　　（2－2－17）

式中：P是包装材料的透湿系数（g／m3·d·Pa）。

可根据Schwartzberg公式得出亲水膜的包装透湿状态公式：

Ws（dm/dt）＝Pk（eae－ea）Apθ（ae－a）　　　（2－2－18）

式中：Pk是与亲水膜内部增塑参数值及聚合物本体特性有关的常数（g／m3·d·Pa）。

以上方程是建立防潮包装保存期预测模型的基础，尤其是（2－2－17）式最常用，大多数学模型都是由此方程推导而得的。对于式（2－2－16），在建模中也较常用。由于亲水膜在防潮包装中应用较少，且计算较繁琐，所以式（2－2－18）较少见，大多用式（2－2－17）代之。

二、食品的吸湿等温方程

在一定温度和相对湿度条件下，每种食品都具有一定的含水量。为保证包装食品的质量安全，必须通过包装手段控制食品的含水量低于一定界限值，防止因环境潮湿引起的一系列变质现象。

食品的吸湿状况一般可通过食品的吸附（湿）等温曲线中显示出。不同的食品，因其化学组成和组织结构不同，所得到的吸湿或散湿等温线也不同。从比较这些吸湿等温线可以发现，大多数食品及粮食的吸湿等温线都表现出不同程度的反“S”型。

由于水分在食品内的扩散速度受包装内湿度（或食品内水分活度）影响，所以在防潮包装保存期预测中，只考虑包装内的平衡相对湿度（或平衡水分活度），而一般不考虑水分在食品内的扩散速度。

　　根据各种食品的吸湿等温线，已得出了许多相应的吸湿等温方程式（见表2－2－6）。根据食品的吸湿等温曲线，选择相应的吸湿等温方程式，并求解方程中的常数项，分别与（2－2－16）～（2－2－18）式联立，即可依据包装的条件及环境条件，对食品的防潮包装设计进行局部或全面的调整，使包装设计能满足预计环境下所要求的保存期限。

表2－2－6所列吸湿等温方程式，大多数在应用中都有一定的局限性。如BET等温方程式，该式虽然只有两个参数，计算起来较容易，但只能适用于a值在0．2～0．6的范围内，超过此范围误差较大。在BET基础上发展起来的GAB方程，由于引入了三个参数，所以其适应范围为由0到0．9的a值，并能用于多种食品吸湿等温曲线。在近几年的文献报道中，曾多次报道过此方程具有很好的相适性和实用性，该方程已被作为标准吸湿等温方程。

表2－2－6　各种常见吸湿等温方程

　　表中：a为食品的水分活性；m为食品的水分含量（％）；m0为单层分子吸湿量（％）；b、c、k为常数。

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