微波處理與熱處理對牛奶包裝材料機械性能影響的研究

唐亞麗，趙 偉，盧立新

(1.江南大學機械工程學院包裝工程系，江蘇無錫214122; 2.中國包裝總公司食品包裝技術與安全重點實驗室，江蘇無錫214122; 3.江南大學食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇無錫214122)

微波處理與熱處理對牛奶包裝材料機械性能影響的研究

唐亞麗1，2，*，趙 偉3，盧立新1，2

(1.江南大學機械工程學院包裝工程系，江蘇無錫214122; 2.中國包裝總公司食品包裝技術與安全重點實驗室，江蘇無錫214122; 3.江南大學食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇無錫214122)

研究了微波處理與熱處理對于牛奶包裝材料機械性能的影響。結果表明，微波處理和熱處理均會影響牛奶包裝的熱封強度和拉伸強度。隨著微波功率和處理時間的增加，三種被測材料的熱封強度和拉伸強度均呈下降趨勢，尤其是C的拉伸強度變化幅度最大;隨著加熱溫度的增加，三者熱封強度升高，除B膜外，拉伸強度同樣呈現上升趨勢;而隨著加熱時間的增加，A、B熱封強度相對比較穩定，但是C的熱封強度呈明顯上升趨勢，對于拉伸強度而言，除B平均值略高于初始值以外，A與C的拉伸強度均呈明顯的隨時間增加而上升的趨勢。特別是高溫、大功率、長時間處理對包裝材料的影響尤為顯著。

牛奶，包裝材料，機械性能，微波，熱處理

牛奶作為一種營養價值較高的食品，含有100多種人體所需要的營養物質，例如蛋白質、脂肪、乳糖、多種維生素和礦物質等，因而越來越受到人們的青睞。隨著人們對健康的重視，牛奶已經成為日常必不可少的食品。目前軟塑包裝以其價格低廉，包裝簡單，流通方便等優點占據牛奶包裝銷售相當大的比例。包裝袋的穩定性直接影響到乳品的安全性和衛生性。在日常生活中，多數市民習慣加熱后喝袋裝奶，或者直接將袋奶放進沸水中加熱，或者把袋奶直接放進微波爐加熱。由于包裝材料、配方、結構、加工助劑、生產工藝、環境條件等的原因，導致包裝袋中活性成分的分解、遷移、吸附甚至與內容物發生化學反應［1］，進而影響乳品質量，如異味、奶香味喪失、分層、組織結構變化等，嚴重的甚至會引起人體副作用［2］。而加熱處理，無疑會加速這一進程，包裝袋在一定溫度水或牛奶中浸泡發生分層、收縮、脫色、粘連等現象，將會極大地影響其功能，拉伸強度、抗戳穿強度、熱封性能和透氣透濕性等都會有所降低，而且塑料中的某些物質也會分解進入到牛奶中［3－4］。同時，微波加熱由于具有省時、衛生、方便、節能和營養損失少等優點，近年來在食品領域被廣泛研究和應用［5－6］。但是，微波烹調食品也存在一些亟待解決的問題，比如微波加熱對食品的色澤、風味、質構及營養素的影響［7－9］。乳脂氧化是鮮牛奶自身營養成分改變的一種重要形式，而且其最終產物不僅會影響乳品的營養，甚至還會危害人體健康［10－11］。本實驗旨在研究日常使用的兩種加熱方法，即微波加熱和熱水浸泡對袋裝牛奶包裝的機械性能的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

牛奶包裝材料 聚乙烯黑白共擠包裝膜，主要成份為PE和黑白母料，厚度分別為0.099mm(A)、0.101mm(B)、0.093mm(C)，袋包裝規格為140× 105mm(A)、150×105mm(B)、150×110mm(C)，市場購得。

P70D20TL－D4型微波爐 廣東格蘭仕集團有限公司;LRXPlus電子材料實驗機 英國LLOYD公司; YJ501型超級恒溫水浴鍋 江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 熱封強度實驗 按照QB/T 2358－98標準進行熱封強度實驗。實驗結果以10個試樣的算術平均值作為該部位的熱合強度，單位以N/15mm表示。

1.2.2 拉伸強度實驗 拉伸強度試樣取長條型試樣，所取試樣寬度為15mm，試樣長度為150mm。用裁刀沿寬度方向等間隔裁取，每組試樣6個，選用400mm/min速度進行實驗。

式中，σt為拉伸強度(MPa);p為最大負荷(N); b為試樣寬度(mm);d為試樣厚度(mm)［12］。

2 結果與討論

2.1 微波處理對包裝材料熱封強度的影響

2.1.1 微波處理功率對熱封強度的影響 在保持時間為120s不變的條件下，三種材料的熱封強度表現出不同的變化模式。

如圖1所示，A袋在119W和280W下，熱封強度均比初始值(0W)略有下降，并相對穩定，而在462W時突然升高，在595W和700W時平穩下降。出現這種情況，可能是由于隨著微波功率的增加，封口處的分子間作用力發生變化，分子鏈出現斷裂，導致熱封強度降低。B袋隨功率變化的趨勢不顯著，曲線的前后段均呈現先升高后降低的趨勢，其中280W功率時突然下降，若刨除實驗誤差的影響，可以發現曲線中段熱封強度均比初始值有所升高，只是在曲線末端，微波功率較大，造成熱封強度明顯下降。C牛奶黑白袋熱封強度隨功率變化趨勢明顯，在小于595W處理時，熱封強度呈逐漸上升趨勢，這可能是由于微波和溫度的原因消除了應力集中，使得分子鏈出現交聯，分子間作用力增大［13］，而在700W功率時，可能由于較高的溫度造成封口處熱粘度下降，導致熱封強度降低。三者的共同特征是在經過700W功率微波處理過后，熱封強度均有所降低。

圖1 微波功率對膜熱封強度的影響

2.1.2 微波加熱時間對熱封強度的影響 保持微波功率700W輸出不變，熱封強度隨加熱時間變化如圖2所示。由圖2可看出，三種材料的熱封強度隨微波加熱時間變化的趨勢比較一致，總體上來說都是隨時間增加而下降的，特別是A和C黑白袋熱封強度下降趨勢明顯，基本上呈現穩步下降的態勢，這說明在大功率下，微波處理對這兩種袋子的熱封強度影響較大，微波時間越長，效果越顯著。B袋的曲線雖然在60s處略有升高，但是末端還是逐漸下降的，由此可以說明，其熱封強度在經受大功率長時間微波處理后會有較大變化。同時，在微波大功率處理時，90s以內，三種材料熱封強度變化趨勢比較平穩，而120s和150s時，呈明顯下降趨勢，這可以說明，在700W的微波功率下，120s以內的加熱對黑白袋熱封強度影響不明顯，120s以上時黑白袋的熱封強度將發生較大變化。

圖2 微波加熱時間對熱封強度的影響

2.2 熱處理對包裝材料熱封強度的影響

2.2.1 熱處理時間對熱封強度的影響 保持100℃水溫不變，不同袋子熱封強度隨處理時間變化如圖3所示。

由圖3可以看出，A、B袋熱封強度相對比較穩定，其熱封強度平均值分別為(19.195±0.068)N/ 15mm和(19.045±0.050)N/15mm，與初始值的19.24N/15mm和19.03N/15mm相差不大，但是A袋熱封強度曲線整體呈下降趨勢，且曲線平穩，這說明出現應力集中現象，影響了封口部位的整體封合強度［14］。而C袋的熱封強度曲線雖然在3min處略有下降，但整體呈明顯上升趨勢，而且其熱封強度平均值為(18.568±0.100)N/15mm，比初始值的18.46N/ 15mm有明顯上升，這可能是由于在制袋時沒有很好地消除封口處材料的應力集中［15］，而在高溫水浴中長時間浸泡，逐漸地消除了內部的應力，使得其強度升高。

2.2.2 熱處理溫度對熱封強度的影響 保持加熱時間為5min不變，三種材料的熱封強度隨熱處理溫度變化如圖4所示。C袋的熱封強度隨熱處理溫度的增加一直在增加，所以造成的原因也應是相同的，都是因為高溫水浴消除了應力集中。A袋熱封強度值呈先降低后升高趨勢，而B袋熱封強度曲線呈先升高再降低再升高趨勢，但二者整體的變化幅度都不大。

圖3 熱處理時間對熱封強度的影響

圖4 熱處理溫度對熱封強度的影響

2.3 微波處理對包裝材料拉伸強度的影響

2.3.1 微波處理功率對拉伸強度的影響 如圖5所示，C膜在開始時經119W功率處理，拉伸強度變化還不是很明顯，但是隨著功率不斷增大，強度降低程度開始變大，最大處與最小處相差1.1MPa。而B膜的拉伸強度下降趨勢比較平緩，最大值與最小值只相差0.41MPa。A膜的拉伸強度最大值與最小值只相差1.01MPa，整體變化與C比較相似，只是前者的曲線末端比較平緩，有趨于穩定的趨勢。

圖5 微波處理功率對拉伸強度的影響

2.3.2 微波處理時間對拉伸強度的影響 保持微波功率700W輸出不變的情況下，三種膜的拉伸強度隨微波處理時間變化如圖6所示。

由圖6所示，A膜的拉伸強度曲線最為平滑，呈緩慢下降趨勢。而B膜的拉伸強度除在90s這一點上略有上升以外，其他各處均呈緩慢下降趨勢，且下降幅度在三者之中最小。C膜的拉伸強度曲線在前半段表現的很平穩，但是從60s處開始急劇下降，C膜的強度下降的是三者之中最多的，下降了1.27MPa。

圖6 微波處理時間對拉伸強度的影響

2.4 熱處理對包裝材料拉伸強度的影響

2.4.1 熱處理時間對拉伸強度的影響 保持水溫為100℃不變，三種黑白膜的拉伸強度隨熱處理時間變化如圖7所示。經過0～5min的沸水加熱處理后，三種黑白膜的拉伸強度變化明顯與經微波處理過的材料不同。在圖5與圖6中三種材料的拉伸強度曲線均呈下降趨勢，而在圖7中，我們發現，除B膜的拉伸強度平均值略高于初始值以外，A與C膜的拉伸強度曲線都呈現明顯的隨處理時間增加而上升的趨勢，特別是C膜，除在1min處理時略有上升以外，其后其拉伸強度值幾乎是直線上升。這些說明，沸水浴加熱與微波處理對三種膜的影響有很大的區別，其根本原因值得探討。

圖7 熱處理時間對拉伸強度的影響

2.4.2 熱處理溫度對拉伸強度的影響 保持加熱時間5min不變，三種黑白膜的拉伸強度隨熱處理溫度變化如圖8所示。

圖8 熱處理溫度對拉伸強度的影響

三種膜的拉伸強度曲線反差很大，B膜的拉伸強度曲線雖然有些小波動，但是波動范圍不大，曲線整體呈穩定趨勢。A膜的拉伸強度曲線在開始時略有降低，但是從60℃到90℃時明顯升高，而在100℃時又轉為下降趨勢。C膜拉伸強度曲線上升勢頭強勁，在前半段一直低于B和A，到了90℃和100℃時分別超過了前兩者，這說明C膜的拉伸強度受長時間水浴影響明顯，特別是當溫度較高時，其強度上升較多。

3 結論

通過測試三種牛奶黑白袋和膜的兩項主要機械性能，可以發現微波處理和熱處理雖然都會影響其熱封強度，但是其變化范圍很小，而且兩種加熱方式對袋子熱封強度影響有很大的不同。不但如此，不同膜的熱封強度對處理方式的敏感度也不同，其中最穩定的是B膜，變化程度最大的是C膜。三種膜的拉伸強度經微波和熱處理之后變化比較明顯，特別是C膜，經過100℃5min沸水處理之后，其拉伸強度變化最大，達到了14.26%。最值得注意的一點是，C膜和A膜在經過微波處理后，拉伸強度下降了，但是經水浴加熱處理后，其拉伸強度卻呈明顯上升的趨勢，這很值得深入研究。經過對比曲線發現，上述變化最劇烈的地方基本都是發生在曲線末端，也就是溫度最高、微波功率最大、處理時間最長的地方，這提醒我們在日常生活中盡量避免極端條件處理袋裝奶，以避免對身體健康產生危害。在實驗中，我們還發現經過處理的材料，會比較容易脫色，至于其是否會影響牛奶品質，還需進一步的研究。

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Influence of microwave and heating on the mechanical properties of milk packaging

TANG Ya－li1，2，*，ZHAO Wei3，LU Li－xin1，2
(1.Department of Packaging Engineering，Jiangnan University，Wuxi 214122，China; 2.Key Laboratory of Food Packaging Techniques＆Safety of China National Packaging Corporation，Jiangnan University，Wuxi 214122，China;3.State Key Laboratory of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China)

To investigate the influence of heating modes on the food package safety，the present work was designed to compare changes on the mechanical properties of packaging materials of milk submitted to microwave treatment and heating.The result showed that microwave and heat treatment could both influence the mechanical properties of the films.With the increase in microwave power and treatment time，the heat－sealing intensity and tensile strength of three tested materials were downtrend，especially for the tensile strength of C.The heat－sealing intensity and tensile strength increased as the heating temperature increased，except the tensile strength of B. Along with the increase in heating time，the heat－sealing intensity of A and B was stable，relatively，but that of C obviously tended to ascent.A clear upward trend was seen in the tensile strength of A and C with the increase in heating time except B.The radical changes always appeared under high temperature，high power and long treatment time.

milk;package material;mechanical properties;microwave;heat treatment

TS206.4

A

1002－0306(2011)12－0397－04

2011－08－04 *通訊聯系人

唐亞麗(1982－)，女，博士，副教授，研究方向:食品包裝技術與安全。

國家自然科學基金青年科學基金項目(31101376，31000829);江蘇省農業自主創新資金項目(CX(10)231)。