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摘要：為了保護奶粉中蛋白質、維生素等營養物質不被破壞，保質期得以延長，通常采用奶粉鋁箔復合膜袋裝形式進行包裝，但鋁箔的成本較高，如何保證鋁箔復合膜的高阻氧性(即低氧氣透過率)的基礎上鋁箔厚度較為合適，則需要采取有效的氧氣透過率測試設備對不同鋁箔厚度的鋁箔復合膜進行有效檢測與比較。本文詳細介紹了奶粉鋁箔復合膜氧氣透過率的檢測方法，為相關行業提供技術與數據指導。
關鍵詞：奶粉、鋁箔厚度、鋁塑復合膜、氧氣透過率、阻氧性、變質、延長保質期、氧氣透過率測試儀
測試意義：
奶粉是將生乳的雜質過濾后進行一定的脫脂，再加熱殺菌，根據配方需要加入香料等成分進行調整，再經過真空濃縮至一定體積后以霧狀噴到有熱空氣的干燥室里(即噴霧干燥)，脫水后制成粉末，快速冷卻過篩，即包裝為成品。這種工藝使得新鮮生乳中的蛋白質、脂肪、維生素、礦物質等營養成分得以完好保存，并且只需熱水沖調即可食用，方便快捷。但為了保證奶粉可以具有較長的保質期，避免被空氣氧化引起變質或產生結塊現象，需采用高阻隔的包裝材料對其進行保護，特別是包材的阻氧性，即氧氣透過率越低，對空氣中氧氣的阻隔性越好。
一般奶粉多采用鋁箔復合膜進行袋裝或者金屬罐裝，袋裝奶粉性價比高，方便攜帶。為了使得袋裝奶粉的保質期得到延長，同時控制復合膜材料的成本，鋁箔復合膜中價格較貴的鋁箔厚度該如何選擇才可以在保證包裝高阻氧性的情況下也可降低包材成本，這是目前很多奶粉生產企業急切解決的問題。本文采用專業的可測試高阻隔材料的氧氣透過率測試設備對某包材廠生產的不同鋁箔厚度的奶粉鋁箔復合膜樣品的氧氣透過率進行檢測比較，為相關使用者提供技術與數據參考。
圖1 奶粉鋁箔復合膜包裝
檢測方法：
目前，氧氣透過率測試方法分為等壓法與壓差法，其中等壓法是利用庫侖電量傳感器將所吸收的透過樣品的氧氣轉化為電子，利用氧分子和電子在數量上的線性正比關系計算出氧氣透過率。此過程不受滲透濃度和傳感器環境變化影響，檢測限低，可精確檢測高阻隔材料的氧氣透過率。
目前，國內等壓法測試氧氣透過率試驗遵循GB/T 19789-2005《包裝材料 塑料薄膜和薄片氧化透過性試驗 庫侖計檢測法》此項國家標準。我們將采用Labthink蘭光自主研發的OX2/231氧氣透過率測試儀結合此標準對不同鋁箔厚度的奶粉鋁箔復合膜樣品的氧氣透過率進行檢測。
1、試驗儀器
高精度OX2/231氧氣透過率測試儀(Labthink蘭光)，獨立三腔均值設計，可單次試驗便給出三個試樣測試的平均值，支持薄膜和容器雙重測試模式。控溫范圍為15℃ ~ 55℃，控濕范圍為0%RH、15%RH ~ 90%RH、100%RH，薄膜氧氣透過率測試范圍為(0.01 ~ 1,000) cm3/m2·24h，并可擴展至(0.1 ~ 10,000) cm3/m2·24h。此系統還可擴展測試氧氣透過率范圍為0.0001 ~ 10 cm3/(pkg·d)不同尺寸的容器。系統支持Lystem™實驗室數據共享系統，可實現試驗結果和檢測報告的統一管理。
該儀器滿足多種國家和國際標準：ISO 15105-2、 GB/T 19789、 ASTM D3985、 ASTM F2622、ASTM F1307、 ASTM F1927、 JIS K7126-2、 YBB 00082003。可滿足不同溫濕度環境下各種塑料薄膜、復合膜、鋁箔、片材及塑料瓶、塑料袋等包裝容器的氧氣阻隔性測試，并可擴展測試太陽能背板、塑料管材、醫藥泡罩、隱形眼鏡等軟塑產品的氧氣透過率。
圖2 OX2/231氧氣透過率測試儀
2.試樣的制備
將三款不同鋁箔厚度的奶粉鋁箔復合膜樣品置于23℃的環境中，放在干燥器內調節狀態48小時。取出后，分別從每種樣品上裁取直徑為108 × 108 mm的試樣3個。
三款樣品的鋁箔厚度分別為7 µm、9 µm、12 µm，對應的鋁箔復合膜樣品分別編號為樣品A、樣品B、樣品C。
3.試驗條件
地點：濟南蘭光包裝安全檢測中心
試驗溫度與濕度：23℃，0%RH
試驗方法：等壓法(即庫侖電量傳感器法)
4.試驗步驟
4.1 試驗原理
OX2/231采用等壓法測試原理，將預先處理好的試樣夾緊于測試腔之間，氧氣在薄膜的一側流動，氮氣在薄膜的另一側流動。氧氣分子穿過薄膜擴散到另一側的氮氣中，被流動的氮氣攜帶至傳感器。通過對傳感器測量到的氧氣濃度進行分析，從而計算出氧氣透過率等參數。對于包裝容器而言，氮氣則在容器內流動，氧氣包圍在容器的外側。
4.2 試樣裝夾
在透氣室外表面的凸邊邊緣涂抹一層真空油脂，避免油脂涂在腔體空穴中間圓盤上。將從同一個樣品上裁取的3個已狀態調節完畢的試樣分別裝夾于OX2/231氧氣透過率測試儀的3個透氣室外表面涂抹的真空油脂上，避免試樣皺折，輕輕按壓使試樣與真空油脂良好接觸。蓋上透氣室蓋，緊固密封好。
圖3 試樣裝夾過程
4.3 檢測過程
l 添加蒸餾水，打開系統氣源，并按要求調節氣源壓力。根據試驗要求，添加適量蒸餾水以達到要求的O2、N2濕度。
l 打開電源、運行軟件。
l 設置試驗溫度、試驗參數、啟動試驗。試驗參數包括設備控制參數(試驗模式、試驗循環次數、試驗時間、循環次數等)和試樣參數(類型、面積、厚度等)。
l 試驗結束、數據處理。
l 按照上述步驟將其他兩款樣品進行檢測。
l 關閉氣源和電源。
三款奶粉鋁箔復合膜樣品的氧氣透過率平均值分別為0.5014 cm3/m2·24h(樣品A)、0.1927 cm3/m2·24h(樣品B)、0.3011 cm3/m2·24h(樣品C)，每個樣品3個試樣之間試驗結果的相對平均偏差均低于10%。通過試驗數據可以看出，鋁箔過薄則會使得復合膜的阻氧性變差，但并非鋁箔越厚則鋁箔復合膜的阻氧性越好，因為鋁箔厚度增加亦會引起復合膜其他材質層以及膠黏劑等厚度的變化，并且在復合效果上也會存在改變。所以，對于本次測試的三款樣品，鋁箔厚度為9 µm的鋁箔復合膜的氧氣透過率是蕞低，即阻氧性好。
總結：
OX2/231氧氣透過率測試儀在用于篩選合適的鋁箔厚度時，可有效地監測并比較相應的鋁箔復合膜的氧氣透過性，在保證了鋁箔復合膜高阻氧性的基礎上也可節省鋁箔因厚度問題帶來的成本。本試驗采用的檢測儀器同樣適用于其他用途的軟塑復合膜、片材及容器的氧氣透過率測試。
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