食品真空包装技术应用和问题分析

   真空包装是将物品装入气密性容器后，在容器封口之前抽真空，使密封后的容器内基本没有空气的一种包装技术。真空包装技术起源于20世纪40年代。1950年，聚酯、聚乙烯塑料薄膜成功地应用于真空包装，此后，真空包装便得到迅速发展。
    我国的真空包装技术是在上世纪80年代初期发展起来的，而真空充气包装技术在上世纪90年代初期开始少量使用，随着小包装的推广及超市的发展，其适用范围将越来越广泛，有些将逐步替代硬包装，前景非常看好。
    一、真空包装应用广泛
    真空，这一术语译自拉丁文vacuo，其意义是虚无。其实真空应理解为气体较稀薄的空间。在指定的空间内，低于一个大气压力的气体状态统称为真空。真空状态下气体稀薄程度称为真空度（degree of vacuum），通常用压力值表示。因此真空包装实际上不是完全真空的，采用真空包装技术包装的食品容器内的真空度通常在600～1,333Pa。所以，又将真空包装称为减压包装或排气包装。
    根据我国所制订的国标GB3163的规定，真空区域大致划分如下：低真空区域105～102Pa；中真空区域102～10-1Pa；高真空区域10-1～10-5Pa；超高真空区域<10-5Pa。
    （一）真空包装特点
    1．排除了包装容器中的部分空气（氧气），能有效地防止食品腐败变质。
    2．采用阻隔性（气密性）优良的包装材料及严格的密封技术和要求，能有效防止包装内容物质的交换，既可避免食品减重、失味，又可防止二次污染。
    3．真空包装容器内部气体已排除，加速了热量的传导，这既可提高热杀菌效率，也避免了加热杀菌时，由于气体的膨胀而使包装容器破裂。
    真空包装按排气方法不同，有加热排气和抽气密封两种。前者是通过对装填了食品的包装容器先进行加热，通过空气的热膨胀和食品中水分的蒸发将包装容器中的空气排出，再经密封、冷却后，使包装容器内形成一定的真空度。抽气密封则是在真空包装机上，通过真空泵将包装容器中的空气抽出，在达到一定真空度后，立即密封，使包装容器内形成真空状态。与加热排气法相比，抽气密封法能减少内容物受热时间，更好地保全食品的色、香、味，因此，抽气密封法应用较为广泛，尤其对加热排气传导慢的产品更加合适。
    真空除氧除了抑制微生物的生长和繁殖外，另一个重要功能是防止食品氧化，因油脂类食品中含有大量不饱和脂肪酸，受氧的作用而氧化，使食品变味、变质。此外，氧化还使维生素A和维生素C损失，食品色素中的不稳定物质受氧的作用，使颜色变暗。所以，除氧能有效地防止食品变质，保持其色、香、味及营养价值。
    真空充气包装的主要作用除真空包装所具备的除氧保质功能外，主要还有抗压、阻气、保鲜等作用，能更有效地使食品长期保持原有的色、香、味、形及营养价值。另外，有许多食品不宜采用真空包装，而必须采用真空充气包装。如松脆易碎食品、易结块食品、易变形走油食品、有尖锐棱角或硬度较高会刺破包装袋的食品等。食品经真空充气包装后，包装袋内充气压强大于包装袋外大气压强，能有效地防止食品受压破碎变形，并不影响包装袋外观及印刷装潢。
    真空充气包装在真空下再充入氮气、二氧化碳、氧气单一气体或2～3种气体的混合气体。其中氮气是惰性气体，起充填作用，使袋内保持正压，以防止袋外空气进入袋内，对食品起保护作用。二氧化碳能够溶于各类脂肪或水中，形成酸性较弱的碳酸，有抑制霉菌、腐败细菌等微生物的活性。氧气具有抑制厌氧菌的生长繁殖，保持水果，蔬菜的新鲜及色彩，高浓度氧气可使新鲜肉类保持其鲜红色。
   （二）真空包装复合膜
    食品真空包装材料的性能，直接影响着食品的储存寿命及口味的变化。在进行真空包装时，选择好的包装材料是包装成功与否的关键。
    真空包装目前所使用最多的主要是薄膜材料，对食品真空包装所使用的薄膜材料,要保证其对各种食品的包装效果、美观、经济性等方面达到最佳的状态。同时,食品真空包装对材料的阻光性和稳定性也有较高的要求。当单用一种材料不能满足这些要求时，包装件就往往会由多种不同的材料组合而成。
    真空包装或真空充气包装常用双层复合薄膜或三层铝箔复合薄膜制成的三边封口包装袋，复合薄膜厚度一般在60～96μm之间，其中内层为热封层，需要良好的热封性，厚度在50～80μm之间，外层为密封层，需要良好的气密性及可印刷性，一定的强度，厚度在10～16μm之间。复合薄膜内层基材常用聚乙烯（PE），如高温蒸煮袋则用耐高温聚丙烯（CPP），外层基材常用拉伸聚丙烯（OPP）、PET（PET）、尼龙（PA）等。有些食品如茶叶、奶粉等及一些高油脂食品需要采用阻光包装，以防止食品受光的影响而改变色、香、味，其方法是在内外两层基材之间复合一层极薄的铝箔（Al），其气密性也得到加强。
    江阴申恒特种新材料有限公司采用国内惟一9层吹膜设备，将LDPE、LLDPE、PA、EVOH、EVA、MPE等不同塑料一次性组合成九层薄膜，具有对氧气、水、二氧化碳、物料气味等高阻隔作用，超过一般塑料包装的强度，并具有低温热封性能，可以替代干式复合材料，广泛应用于食品真空包装。
    由哈尔滨工业大学中翰科技发展有限公司研制开发的低温（83～85 ℃，瞬间）高收缩新型生肉食品真空包装膜、袋，已经成功地推向市场。这种属国内首创的真空膜，其指标达到了国外同类产品水平，主要适用于牛、羊、猪肉等生肉的保鲜冷藏。该包装膜以尼龙为主要成分，配合聚烯烃共聚物、黏合剂经五层共挤、两段双向拉伸而制得低温高收缩膜，可有效阻隔氧气、防止污染，使被包装物延长保鲜期。该产品阻隔性能高，收缩率高，手感柔软，透明度高，包装袋内不易结霜雾，使消费者视觉感观好，克服了一般包装膜内存有空气而造成的发白、发乌现象，并且印刷性能好，易贴商标。
    在食品行业，真空包装应用非常普遍，各种熟制品如鸡腿、火腿、香肠等；腌制品如各种酱菜以及豆制品、果脯等各种各样需要保鲜的食品越来越多地采用真空包装。经过真空包装的食品保鲜期长，大大延长食品的保质期。如广东佳宝集团有限公司生产的纸包盐焗鸡翅就采用了真空独立包装；利用真空包装技术加工保鲜的鲜百合，色、香、味、形会更佳，在0～4℃的冷库内避光贮存，保鲜期可达60天，便于长途运输和贮藏销售。
    二、真空包装的问题分析
    （一）杭州电子科技大学包装系教授吴龙奇在接受记者采访时表示，目前我国的真空包装食品在生产工艺上存在着比较严重的问题，那就是：真空包装后要进行二次杀菌。虽然这种被公认为成熟的传统工艺可以延长食品的货架期，但仍然存在着诸如食品安全、食品营养损失、能源重复消耗的弊端。
    对此，吴龙奇教授表示，应对传统的真空包装工艺加以改进，如采用连续式无菌真空热包装的工艺，在食品加工和杀菌后立即进行真空包装，这样可以显著降低包装成本。目前该项目的研究在国内外还是一片空白，但其市场前景十分广阔，为此吴教授和有关人员正在进行深入细致的工艺研究和设备开发，目前技术基本成熟，实验效果相当不错，有望进入实施阶段。
    （二）国产真空包装机
    真空或真空充气包装机常用腔式和外抽式两种机型。腔式包装机又分真空包装机和真空充气包装机。外抽式包装机具有真空包装及真空充气包装等几个功能，故又称多功能气调包装机。真空包装机适用于各种塑料复合薄膜袋或铝箔复合薄膜袋，可对各种生熟食品、果品、土特产品、药材、化学品等各种固体、粉状物体、液体、固液混合体进行真空包装。
    我国真空充氮包装机大多是在消化吸收国外技术的基础上发展起来的，在设计、结构方面与国外同类机型相比差距不明显，但存在配件质量不过关等问题，使整机使用可靠性与国外同类机型还存在差距。
    高新技术的应用带动真空充气包装机械在整体设计上不断改进。在充入混合气体方面和热管热封技术、高真空电磁阀等方面，发达国家已普遍采用高新技术，我国在这方面差距较为明显，还有待进一步发展，有些品种如行列式真空包装还待填补空白。
    广州尔杰罗真空包装有限公司有关人士对记者表示，目前国际上很传统的盒式真空包装机仍大有市场，而外抽式真空包装机的需求迅速上涨，全自动真空包装机的使用越来越活跃，需求也迅速上升，同时医疗专用真空包装机亦已上市。与国外同类产品相比，国内还多为中小型产品，稳定性和可靠性差、造型落后，外观粗糙、基础件和配套件寿命短、无故障运行时间短、大修周期短，且绝大多数产品还没有制定可靠性标准。同时自动化程度偏低，技术创新不够，产品品种还比较单一，虽有企业已经开发出自动生产线，但占的比例还很低。目前用户普遍反映有些真空包装机在使用中真空度偏低，达不到保鲜、防氧化目的。
   2007年第2季度真空包装机产品质量国家监督抽查显示，国产真空包装机存在不少问题，抽查中不合格项主要有：
    （1）真空室的最低绝对压强达不到国家标准要求
    国家标准规定真空室抽气时间在30s内，真空室的最低绝对压强应达到1kPa 以下(真空室有效容积R≤0.03m3)。而有的不合格机器这项指标为2.32kPa, 高出国家标准两倍还多。不合格的原因是用一台小真空泵来抽大真空室，由于便宜，食品生产企业购买量大。但这种机器包装的食品往往不到保质期就已经变质了，一些腌制品如榨菜等的包装消费者往往察觉不出品质的变化。
    （2）真空室的压强增量不合格
    国家标准规定压强增量不得大于0.8kPa(真空室有效容积R≤0.03m3)。有的不合格产品这项指标为2.53kPa, 为国家标准的三倍多，主要原因是加工装配水平较差或者用劣质的密封材料造成真空室泄漏。
   （3）接地标志和安全标志没有
   这个问题非常普遍，机械设备应该有可靠的接地装置和标识，而该项检查只有四家企业有接地标志，合格率仅为19%。
   在加热部分附近应有防烫安全标识，国家标准早有这项规定，这更是国际化的一项要求。在检测进行过程中就有两名企业的操作人员无意识地把手伸进了加热部位而烫伤。这个项目居然没有一台产品合格，其实这项要求对保护生产企业自身也是非常重要的。
造成上述质量问题的主要原因：
   （1）企业受外部市场的影响和企业内部管理原因
    真空包装机结构相对于其他包装机械要简单，且有零部件配套供应，因此十分容易组织生产，甚至三五个人就能生产，一些小的私营企业缺乏质量意识，为迎合一些食品生产厂要便宜机器的心理，用小真空泵带大真空室，只要有利润就生产，根本不管国家有关标准要求是否能达到。
有的企业不进行深入的分析研究，为了节省材料和加工费用，随意将箱体不锈钢板的厚度降低，当箱体板材厚度不够，无法承受长时间低真空压力时，有些设备使用半年箱盖就会破裂。作为密封用的硅胶条，有的企业偷工减料选用劣质的，造成密封性能不好、真空度低，导致真空室的最低绝对压强、真空室压强增量不合格。
    有的企业为降低成本，选用劣质真空泵、电器元器件等造成运转性能不佳，噪声大、寿命短，使用时间稍长质量问题就暴露出来了，机器无法正常操作运转、真空度不够、返修率较大，用户反映较多。更有甚者，机器连电源开关都不装，省到这种程度令人震惊。一些小型私营企业既没有生产工艺，也没有检验手段，甚至不知道要依据标准生产，不具备基本的生产条件，仅靠几个装配工人采购一些便宜甚至不合格的零部件进行组装，必定会出现质量问题。
    （2）产品的标志意识差
    产品的铭牌应固定在产品明显部位，并应注明主要的技术参数，以便用户正确操作使用，有的企业没有铭牌，也没有使用说明书，给用户使用带来不便甚至带来不安全因素。接地标志也是大多数企业不够重视。
    （3）缺乏检验手段
    真空室的最低绝对压强、压强增量都是国家标准规定的出厂检验项目，大多数企业都没有检验设备，别说做出厂检验，连买回的真空泵质量情况都无法知道，没法进行进货检验。装配好的机器只凭感觉进行检验。
    （4）不重视国家标准
    抽查过程中发现，企业对产品标准的执行情况不容乐观，无标生产情况严重。有些企业标准意识十分淡薄，生产了多年居然对国家标准的要求一无所知，盲目生产。有的企业    生产量很大，负责人却不了解国家标准有哪些要求，这也是造成产品质量不合格的主要因素。
    据多数用户反映，国产真空包装机产品质量远逊于进口产品。与进口产品相比，国产真空包装机生产能力低，一次加工500克/包的食品2～4包，而进口产品能加工8～16包，大大提高生产效率；抽真空度比进口产品低得多，因而食品保质期短得多；使用寿命短，寿命最长的为3年，也有低至1年的，且期间需经常维修，而进口产品可用8年左右。
业内人士分析，质量差异如此大是由于在主要配件和整机设计上，国外的真空包装机都大大优于国内产品。制约国内高档真空包装机发展的因素在于：国内以中小企业居多，两万元左右的真空包装机市场更大。而开发新产品需投入大量人力、财力，有资金方面的限制，也有对于市场前景的顾虑。
    广州尔杰罗真空包装有限公司有关人士认为，国内产品在质量上较差，大部分真空包装机技术含量较低，寿命短，产品设计比较陈旧。虽有个别真空包装机生产企业在技术上已达到国际先进水平，但在某些方面仍存在着缺陷，如使用高性能零部件较少，宣传不够全面，售后服务较差等。
    现在有越来越多的食品企业及电子企业在使用真空包装，尔杰罗认为，要想更好地推广国产真空包装机的应用，首先要提高设备的质量和技术含量，改善售后服务，同时大力推广宣传采用真空包装的好处。
    三、真空包装的发展趋势
    （一）21世纪食品包装材料将如何发展?有关专家已明确指出了方向，这就是改善已有的塑料性能、开发新品种、提高强度和阻隔性、减少用量(厚壁)、重复使用、分类回收保护环境，而用于真空包装的材料也会有新的发展。
     随着食品对保护性要求的提高，阻隔性更好的乙烯—乙烯醇共聚物、聚乙烯醇等也开始应用。目前，发达国家开发并有少量应用的PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)，给食品包装带来很多优点。PEN的化学结构与PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)相似，但刚性大大提高，阻氧性、阻水性比PET提高数倍，而且紫外线吸收性好、气体吸附性低，盛装过的食品不留味，可重复使用。
     无机高阻隔微波食品包装材料将成新宠。由于目前用铝箔和某些塑料的复合材料制成的包装具有不透明、不易回收，且不能用于微波加工的缺点，近几年研发的镀SiOx材料可以作为替代品。SiOx是在PET、PA、PP等基材上镀的一种薄层硅氧化物，它不仅有更好的阻隔性，而且有极好的大气环境适应性。它的阻隔性几乎不受环境湿度和温度变化的影响。SiOx镀膜有高阻隔性、高微波透过性、透明性，可用于微波加工食品的软包装，也可制成饮料和食用油的包装容器。我国已开始一定规模的研究，少数发达国家已开始应用。SiOx镀膜成本较高，大规模生产技术还不完善，但由于其特殊的性能，将成为本世纪的重要包装材料。
    (二)鲜肉包装将大有可为
    迄今为止，我国的肉类工业已经走过了50多个年头。在这半个多世纪内，肉类市场特别是鲜肉市场的营运方式，实际上变化不大。随着我国进出口贸易的扩展以及人民生活水平的提升，在未来数年，鲜肉市场的营运方式将有可能发生很大的改变。
由于城市规模的不断扩大，生猪饲养将日趋集中在北方农作物种植区域，调动这些区域的优势资源以迎合市场需求是一个大的发展方向。然而，由于“定点屠宰”等因素的影响，活猪运输的现象很普遍，其中存在着损耗巨大、易感染疾病等弊病。随着我国乃至全球日益增多的食品病害问题的爆发，我国政府也正在加紧食品安全、食品卫生方面的控制。相信在不久的将来，政府将制定相关政策强制取消活猪运输，并执行集中屠宰后运送至市场的方式来避免上述问题。那么，如何保证鲜肉在运输、储存及销售中的安全将被提上议事日程。
     从食品安全的角度看，将肉放置在常温下进行运输的传统方法，无法保证产品质量；相反，只要具备有良好的卫生条件、温度控制及包装，即使是屠宰数周或数月的肉类仍能保持良好的质量。现在，利用收缩阻隔性塑料袋真空包装的鲜肉包装模式，已经在发达国家得到广泛应用。这种模式能为加工商和消费者带来许多好处，如可避免肉类失重、防止细菌生长、保持肉色鲜明、防止霉菌及酸败等，不仅可以保证鲜肉的质量，而且在存储和运输过程中，还可发生蛋白质分解或嫩化作用，使肉类产品更受消费者青睐。不少发达国家也以此作为运输肉类的标准。国外许多大型肉类企业，均能够在严格的卫生及冷藏条件下，利用真空收缩袋包装肉类，使牛肉有长达 3 个月的保质期，而猪肉则有 45 天的保质期。目前，这种模式在我国及亚洲虽未广泛推广应用，但基于其拥有的诸多优势，有理由相信未来真空包装在此领域将被广泛推广和应用。
如使用Cryovac真空收缩袋用于包装生鲜肉类，包括去骨和未去骨的，初步分切和切成小份的牛肉、猪肉、羊肉和小牛肉。此外，还可用于对干酪、熏制和加工肉制品进行包装。
    （三）我国真空包装机行业近几年也得到了快速发展。在真空包装机需求增多的同时，行业整体技术水平也不断提高。山西北方晋东化工有限公司杨虎林认为，未来我国真空包装机技术发展趋势主要体现在：高生产率、生产自动化、单机多功能、组配生产线、采用相关新技术等5个方面。
    1、高生产率。真空包装机的生产率已从每分钟数件发展到数10件，热成型-充填-封口机的生产率可达500件／分钟以上。
    2、生产自动化。真空包装机的自动化不仅提高了生产效率，而且具有安全卫生的优点。如日本东洋自动机株式会社的TYP-B2系列旋转真空室式包装机，就是一种自动化程度相当高的多工位包装机。该机有充填和抽真空两个转台，充填转台有6个工位，完成供袋、投料、注液预封口，并将包装件送至抽真空转台；抽真空转台有12个工位（真空室），完成抽真空和封口、成品输出等工序，生产效率可达40袋／分钟，主要用于包装软罐头类食品。
    3、单机多功能。在单机上实现多功能，可方便地扩大使用范围。实现单机多功能必须采用模块化设计，通过功能模块的变换和组合，成为适用于不同包装材料、包装物品、包装要求的不同类型的真空包装机。代表产品有德国BOSCH公司所属HESSER厂生产的多工位制袋真空包装机，可单机实现制袋、称重、充填、抽真空、封口等多种功能。
    4、组配生产线。当需要的功能越来越多时，将所有的功能集中在一个单机上会使结构非常复杂，操作维修也不方便，这时可把功能不同、效率相匹配的几种机器组合成功能较齐全的生产线，以完成更复杂的包装工序。如法国CRACE CRYOYA和ISTM公司研制的鲜鱼真空包装生产线就属于这一类型。
    5、采用相关新技术。在包装方法上，可以大量采用充气包装取代真空包装，将充气成分、包装材料与充气包装机三方面的研究紧密结合起来；在控制技术上，可更多地应用计算机技术和微电子技术；在封口方面，可应用热管和冷封口技术，也可以将先进的装置直接安装在真空包装机上，如装上计算机控制的粗粒物料高精度组合秤；在旋转式真空包装机上，应用先进高速的圆弧面凸轮分度机械等。所有这些新技术的采用，将使真空包装机更加高效和智能化。
例如Sealed Air公司的Cryovac 食品包装分公司研制了一种用于农产品的Simple Steps?包装。这种新型的真空贴体包装可用于微波炉加热，主要面向蔬菜产品，适合用于蔬菜零售业、餐饮服务业或者也可以在自动售货机中使用。该包装可以将新鲜或速冻蔬菜在两分钟之内蒸熟或者煮熟。
    四、结束语
     真空包装技术经过半个多世纪的发展，已渐趋成熟，亦有待进一步完善和发展。在食品包装领域,真空包装的功能已被广泛运用。不过我国真空包装机形成行业仅20年，基础相对薄弱，技术及科研力量不足，其发展相对滞后，在某种程度上拖了食品和包装工业的后腿。相信随着今后人们对生活质量要求的提高,再加上科技的突飞猛进,真空包装技术必将发挥出更大的作用，为我们的生活添姿增彩。