輻照對食品接觸材料的水蒸氣透過量的影響

陳俊聰 羅燕純 楊婷 張躍龍

（1.廣東省潮州市食品檢驗檢測中心，潮州 5210112；2.廣東省潮州市質量計量監督檢測所，潮州 521011）

0. 前言

近年來，食品輻照技術的應用領域不斷的擴大，廣泛應用于各類食品的滅菌、保鮮，其商業化生產能力也得到飛速提升。食品輻照是利用射線對食品以及食品原材料進行照射，致使新鮮食物的一些生理過程延遲，從而達到延長保藏時間，穩定和提高食品衛生質量目的的操作過程。隨著輻照技術，特別是高劑量輻照技術在食品滅菌、保鮮中的應用，食品包裝材料在高劑量輻照下的穩定性的保證是此項技術能否得以應用和推廣的關鍵。高劑量輻照條件下，包裝材料和食品同時受到高能射線的作用，這種高能輻射作用一方面使得食品達到消毒、滅菌、保鮮的作用；另一方面也將導致包裝材料發生交聯和降解反應，導致整個包裝材料的阻隔性、耐熱性、熱封性及保鮮防腐性能的下降[1]。

塑料薄膜包裝的阻隔性，是指包裝薄膜對其特定滲透對象由其一側（通常為高濃度側）滲透通過到達另一側（通常為低濃度側）的阻隔能力。阻隔性，是對包裝材料關于某滲透對象滲透能力的評估，其是考量包裝材料的一項重要指標，也是包裝材料必須具備的一種基本功能，尤其是輻照食品對包裝材料阻隔性的要求更高，其中水蒸氣透過量是其中比較關鍵的性能[2]。

目前常用的食品接觸材料有流延聚丙烯（CPP）薄膜和PE 吹塑薄膜，CPP 膜現行的國家標準是GB/T 27740-2011《流延聚丙烯（CPP）薄膜》[3]，PE 膜現行的國家標準是GB/T 4456-2008《包裝用聚乙烯吹塑薄膜》[4]，標準中均對“水蒸氣透過量”有指標要求。因此通過對食品接觸材料CPP 膜和PE 膜進行不同劑量的輻照處理，研究和分析其對材料水蒸氣透過量的影響，對食品的保質貯存、食品包裝材料的選擇及生產適用于輻照食品的塑料包裝材料都具有重要的意義。

1. 材料與方法

1.1 儀器設備

水蒸汽透過率測試儀：廣州西唐機電科技有限公司；測厚儀：濟南蘭光機電技術發展中心高能電子加速器輻照裝置；廣東雷大輻照中心

1.2 樣品的處理

試驗用樣品為PE 膜和CPP 膜，來源于日常監督檢驗抽樣及市場購樣。分別選取兩種不同厚度的PE 膜和CPP 膜，如表1 所示。

表1 試驗樣品規格

根據輻照食品行業采用的輻照劑量（0.05 kgy～50 kgy），本研究實驗選擇了5 kgy、10 kgy、15 kgy、20 kgy、30 kgy、40 kgy、50 kgy 七個輻照劑量點對試樣進行處理。試樣分為八組，其中七組分別進行不同劑量的輻照處理，一組為空白試樣（0 kgy）。

1.3 樣品的狀態調節

按照產品標準規定的尺寸裁取試樣，按照GB/T 2918-2018《塑料 試樣狀態調節和試驗的標準環境》中要求的標準環境 23±2℃、50%±5%RH 進行狀態調節，時間應不少于4 h[5]。

1.4 樣品測試

本實驗依據GB/T 4456-2008《包裝用聚乙烯吹塑薄膜》對PE 膜進行水蒸氣透過量的測試。本實驗依據GB/T 27740-2011《流延聚丙烯（CPP）薄膜》對CPP 膜進行水蒸氣透過量的測試。

測試依據的方法標準均為GB/T 1037-2021《塑料薄膜與薄片水蒸氣透過性能測定 杯式增重與減重法》，采用常用的試驗方法為增重法，試驗條件為條件B（38.0±0.5℃、90±2%RH）[6]。

2. 結果分析與討論

2.1 輻照劑量對PE 膜水蒸氣透過量的影響

輻照劑量對PE 膜水蒸氣透過量的影響，如圖1 所示。

圖1 不同輻照劑量對PE 膜水蒸氣透過量的影響

從圖1 中可以看出，①號和②號PE 膜經輻照處理后，在0～30 kgy 劑量輻照下均呈下降趨勢，自30 kgy 增至40 kgy 時則隨劑量的增大而增大，自40 kgy 增至50 kgy 時則隨劑量的增大而減小，但仍小于未輻照樣品。其中在30 kgy 劑量輻照時均出現最小值，與未輻照樣品相比其水蒸氣透過量下降了9.1%（①號PE 膜）和14.4%（②號PE 膜）。

由此可見，當輻照劑量不大于50 kgy 時，PE膜經輻照處理后，其水蒸氣透過量均小于未輻照樣品，并在30 kgy 劑量輻照時出現最小值，其中厚度較大的PE 膜下降變化率最大。

2.2 輻照劑量對CPP 膜水蒸氣透過量的影響

輻照劑量對CPP 膜水蒸氣透過量的影響，如圖2 所示。

圖2 不同輻照劑量對CPP 膜水蒸氣透過量的影響

從圖2 中可以看出，①號和②號CPP 膜經輻照處理后，在0～40 kgy 劑量輻照下均呈上升趨勢，自40 kgy 增至50 kgy 時則隨劑量的增大而減小。①號和②號CPP 膜均在40 kgy 劑量下出現最大值，與未輻照樣品相比其水蒸氣透過量增加了8.9%（①號CPP 膜）和1.6%（②號CPP 膜）。

由此可見，當輻照劑量不大于50 kgy 時，CPP膜經輻照處理后，在0～40 kgy 劑量輻照下其水蒸氣透過量均呈上升趨勢，并在40 kgy 劑量輻照時出現最大值，其中厚度較大的CPP 膜的變化率最大。

2.3 輻照劑量對食品接觸材料PE 膜、CPP膜的水蒸氣透過量的影響

目前，輻照在食品保藏上的應用，采用的是不大于50 kgy 的輻照劑量。一般來說，低劑量（0.05 kgy～1.00 kgy）的輻照處理用于抑制果蔬發芽，殺滅鮮果鮮肉中的害蟲，推遲鮮果蔬的生理過程。中劑量（1 kgy～10 kgy）的輻照處理用于延長食品貨架期，減少腐敗和致病菌數量，改善食品品質。高劑量（10 kgy～50 kgy）的輻照處理用于肉、禽制品、水產品等加工食品的工業殺菌，也用于某些食品添加劑和香辛料的抗污染。

通過上述實驗對食品接觸材料進行了輻照劑量不大于50 kgy 的輻照處理，研究其輻照前后水蒸氣透過量的變化，可以得出當輻照劑量不大于50 kgy 時，食品接觸材料PE 膜和CPP 膜經輻照處理后，其水蒸氣透過量均有明顯的變化。其中PE 膜經輻照處理后，其水蒸氣透過量均小于未輻照樣品，并在30 kgy 劑量輻照時出現最小值，其中厚度較大的PE 膜下降變化率最大。而CPP 膜經輻照處理后，在0～40 kgy 劑量輻照下其水蒸氣透過量均呈上升趨勢，并在40 kgy 劑量輻照時出現最大值，其中厚度較大的CPP 膜的變化率最大。由此可見，PE 膜經0～50 kgy 輻照處理后，其水蒸氣阻隔性有所提高。而CPP 膜經0～40 kgy輻照處理后，其水蒸氣阻隔性呈下降的趨勢。

影響產生的原因與材料的微觀結構受輻照處理后產生的變化不同密切相關。推斷可能是由于輻照是在有氧的環境下進行，高分子聚合物經輻照后其自由基被激活后和氧反應，使得材料的極性增加，水分子極性很強，由于極性相吸，就造成材料在輻照后水蒸氣透過量變大[1]。

其中CPP 膜經0～40 kgy 的輻照劑量處理后，其材料的極性增大，使其水蒸氣透過量變大。而PE 膜在0～50 kgy 輻照下，其材料極性無顯著變化，但材料的微觀結構產生的變化，使得其水蒸氣透過量變小。

3. 結束語

本文根據目前輻照食品行業使用的輻照劑量（0.05 kgy～50 kgy）對食品接觸材料PE 膜和CPP 膜進行輻照處理后，測試其輻照后水蒸氣透過量，并與未輻照前的性能進行對比。研究得出當輻照劑量不大于50 kgy 時，PE 膜的水蒸氣透過量均變小，水蒸氣阻隔性有所提高。CPP 膜經0～40 kgy 劑量輻照處理后，其水蒸氣透過量均呈上升趨勢，水蒸氣阻隔性呈下降的趨勢。

由于輻照劑量不大于50 kgy的輻照處理對食品接觸材料PE 膜的水蒸氣阻隔性影響較小，建議使用以PE 膜材料為主的食品接觸材料，從而能更好的保證輻照滅菌食品塑料包裝優良的阻隔性能。