PA/EVOH/PE、PET/AL/LDPE/LLDPE、PET/LDPE复合包装膜在食品超高压杀菌中的应用

作者简介：袁龙（1987—），男，四川德阳人，博士，知识产权师。研究方向：包装食品超高压杀菌工艺。

摘 要：目的：研究聚酰胺/乙烯-乙烯醇共聚物/聚乙烯（Polyamide/EVOH/Polyethylene，PA/EVOH/PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯/铝/低密度聚乙烯/线性低密度聚乙烯（Polyethylene Terephthalate/Aluminium/Low Density Polyethylene/Linear Low Density Polyethylene，PET/Al/LDPE/LLDPE）、PET/LDPE复合包装膜的超高压杀菌适应性。方法：在4 ℃温度下经600 MPa超高压处理3 min后，检测3种复合包装膜的拉伸强度、断裂伸长率和热封强度。结果：与对照组相比，3种复合膜的拉伸强度、断裂伸长率和热封强度均有所下降，PET/Al/LDPE/LLDPE和PET/LDPE在热封强度测试时发生层间剥离，热封强度下降幅度较大，其中PET/LDPE的热封强度下降46.3%。在40 ℃条件下储存10 d后，除内容物为95%乙醇的复合膜断裂伸长率有所回升外，其他复合膜的各项性能指标均呈下降趋势。结论：相较于其他两种材料，PA/EVOH/PE更适合作为超高压杀菌工艺的水性和油性食品的包装材料。

关键词：超高压杀菌；复合膜；拉升强度；断裂伸长率；热封强度

The Application of PA/EVOH/PE、PET/AL/LDPE/LLDPE、PET/LDPE Composite Films in Ultra-High Pressure Sterilization of Food

YUAN Long

（Patent Examination Cooperation （Jiangsu） Center of the Patent Office， CNIPA， Suzhou 215009， China）

Abstract： Objective： To study Polyamide/EVOH/Polyethylene （PA/EVOH/PE）， Polyethylene Terephthalate/Aluminium/Low Density Polyethylene/Linear Low Density Polyethylene （PET/Al/LDPE/LLDPE）， PET/LDPE composite packaging film for ultra-high pressure sterilization adaptability. Method： The tensile strength， elongation at break and heat sealing strength of the three composite packaging films were measured after 600 MPa ultra-high pressure treatment at 4 ℃ for 3 min. Result： Compared with the control group， the tensile strength， elongation at break and heat sealing strength of the three composite films decreased， and the interlayer peeling of PET/Al/LDPE/LLDPE and PET/LDPE occurred during the heat sealing strength test， and the heat sealing strength of PET/LDPE decreased

by 46.3%. After 10 days of storage at 40 ℃， the elongation at break of the composite film with 95% ethanol content

increased， and the performance indexes of the other composite films showed a downward trend. Conclusion： Compared with the other two materials， PA/EVOH/PE is more suitable as the packaging material for watery and oily foods in the ultra-high pressure sterilization process.

Keywords： ultra-high pressure sterilization; composite films; tensile strength; elongation at break; sealing strength

超高压加工（Ultra High Pressure Processing，UHPP）技术已广泛应用于软包装食品的杀菌与保鲜[1]，主要通过高压（＞100 MPa）使食品中的微生物和酶失活，可以更好地保持食品的自然感官和营养属性，延长保质期。然而，高压不仅作用于食品和微生物，对食品包装也会造成影响，因此要求超高压食品包装在后续的储运过程中仍能保持良好的包装性能。

现有研究发现，超高压处理对包装材料性能的影响存在差异。LAMBERT等[2]发现500 MPa室温处理复合包装膜30 min后，聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚偏二氯乙烯/聚乙烯（Polyethylene Terephthalate/Polyvinylidene Chloride/Polyethylene，PET/PVDC/PE）拉伸强度有所增加、聚酰胺/聚丙烯/聚乙烯（Polyamide/Polypropylene/Polyethylene，PA/PP/PE）的拉伸强度以及PA/PE的热封强度有所减小。DOBIAS等[3]针对PE、PP等单层膜以及PA/PE、PE/PA/乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）/PE等复合膜的研究表明，在室温条件下600 MPa处理60 min后，所有单层膜的热封强度变化显著，其中PP40损失全部热封性能，Surlyn1605热封强度增加。

事实上，复合膜的成型工艺、粘结剂的使用、热封条件等均有可能对试验结果造成影响，而且对于不同食品，超高压杀菌的工艺有所不同，对包装材料的需求也存在差异，在实际工业应用中通常需要根据食品的杀菌和储运要求选择适宜的包装材料，因此研究验证柔性包装材料对于特定食品和超高压处理条件的适应性仍然具有重要意义。本文主要研究PA/EVOH/PE、PET/Al/低密度聚乙烯（Low Density Polyethylene，LDPE）/线性低密度聚乙烯（Linear Low Density Polyethylene，LLDPE）、PET/LDPE 3种复合膜包装材料在超高压处理后以及储存过程中机械性能的变化，为上述复合膜的实际应用提供支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

包装材料：PA/EVOH/PE（127 μm）、PET/Al/LDPE/LLDPE（127 μm）、PET/LDPE（66 μm），购自American Packaging Corporation， Inc。

食品模拟物：95%乙醇（油性食品），去离子水（水性食品）。

1.2 试验方法

1.2.1 样品制备

将3种复合膜制成内尺寸为150 mm×90 mm，热封宽度为12 mm的小袋，分别装入60 mL食品模拟物，无顶隙热封。热封温度150 ℃，压力

280 kPa，时间0.5 s。

1.2.2 超高压处理

使用水作为传压介质，以600 MPa的压强在

4 ℃的环境下保持3 min，以未经超高压处理的样品作为对照组。

1.2.3 储存试验

将超高压处理组和对照组样品分别在（25±2）℃、相对湿度50%±5%的环境中储存1 h后进行第1次性能测试；在（40±2）℃，相对湿度50%±5%的环境中储存10 d后进行第2次性能测试。对比超高压处理和储存条件对材料性能的影响。

1.2.4 性能测定

按照标准《塑料 拉伸性能的测定 第3部分：薄膜和薄片的试验条件》（GB/T 1040.3—2006）测量材料的拉伸强度和断裂伸长率；参照《塑料薄膜包装袋 热合强度试验方法》（QB/T 2358—1998）进行材料热封强度的测定。

2 结果与分析

2.1 超高压处理及储存条件对复合膜拉伸强度和断裂伸长率的影响

如图1所示，超高压处理后，3种复合膜的拉伸强度均有所降低，内容物为95%乙醇的PA/EVOH/PE和PET/LDPE的降幅相较于PET/AL/LDPE/LLDPE组较高，其中PET/LDPE的拉伸强度（1 h）

从48.94 MPa下降至46.47 MPa。PET/Al/LDPE/LLDPE

的拉伸强度下降不明显，这可能是超高压处理对聚合物薄膜造成了结构性损伤[4]，而Al的耐压能力和拉伸强度高于聚合物，其受高压影响较小。

加速试验储存10 d后，与同时期对照组相比，PA/EVOH/PE和PET/LDPE复合膜的拉伸强度均有所下降，其中内容物为95%乙醇的复合膜下降幅度较为明显，而PET/Al/LDPE/LLDPE复合膜受储存条件影响不明显。其原因可能是加速试验的储存环境促进了内容物向高分子材料内部的迁移和渗透，进而产生了增塑效应与力学松弛，导致两种材料拉伸强度下降，而Al不受此影响，能进一步阻隔内容物向PET层的迁移和渗透，因此，PET/Al/LDPE/LLDPE复合膜的拉伸强度在储存过程中变化较小。

有研究表明，超高压处理能提高聚合物薄膜材料的结晶度[5]，一般而言，同种高分子薄膜材料的结晶度越高，其拉伸强度越高，但实际测得拉伸强度的变化却与理论相反。这可能是因为超高压对薄膜的结构性损伤以及内容物的增塑作用对机械性能的削弱强于结晶度提高所带来的增益效果，也可能是不同材料层结晶过程的差异在微观层面破坏了层与层之间的界面结合，进而在拉伸时产生了应力集中，影响拉伸强度。

如图2所示，超高压处理后各组复合膜的断裂伸长率相较于对照组均有不同程度的降低，这是因为超高压处理增加了高分子材料的结晶度，导致其断裂伸长率下降[5]，同时还对薄膜结构造成损伤，也对拉伸性能造成影响。但值得注意的是，内容物为95%乙醇的复合膜经超高压处理储存10 d后，较超高压处理后储存1 h的复合膜的断裂伸长率有小幅度回升，其中PET/LDPE复合膜的断裂伸长率从77.0%上升至82.7%，上升幅度达7.4%。这可能是因为超高压处理使薄膜结构受损，乙醇分子更容易迁移到聚乙烯类薄膜内部，产生了一定的增塑作用。断裂伸长率变化的原因与压力及内容物之间的协同作用有关，也与薄膜复合工艺有关，其机理还需要进一步研究。总体而言，超高压处理以及储存过程中3种复合膜的拉伸强度都呈现下降的趋势，但仍然满足国家标准《包装用塑料复合膜、袋干法复合、挤出复合》（GB/T 10004—2008）对于拉伸性能的相关要求。

2.2 超高压处理及储存条件对复合膜热封强度的影响

超高压处理及储存条件对3种复合膜热封强度的影响如图3所示。热封强度试验过程中，所有PA/EVOH/PE膜的断裂位置均远离热封口，其热封强度受超高压处理和储存影响而降低，但与拉伸强度基本相当。部分经超高压处理的PET/Al/LDPE/LLDPE膜发生Al与内层材料剥离，可能是因为Al层与聚合物层在超高压处理瞬时泄压时的恢复程度不同，对二者复合界面造成损伤，使层间失去补强作用而更易剥离，其热封强度低于拉伸强度。此外，内容物为95%乙醇的该类型薄膜也发生了层间分离，可能是储存过程中乙醇迁移至热封层，对层间稳定性造成了影响。内容物为95%乙醇的PET/LDPE膜经超高压处理后同样发生层间剥离，热封强度较对照组降低46.3%；其余PET/LDPE膜还存在热封根部断裂和远离热封口断裂的情况，热封强度与拉伸强度基本相当。

3 结论

超高压处理对3种复合膜的拉伸强度、断裂伸长率和热封强度均会造成不利影响，但经高压处理的内容物为95%乙醇的所有复合膜在储存10 d后断裂伸长率有所回升，总体而言，3种复合膜的拉伸强度的变化仍在国家标准接受范围之内。但超高压处理后，所有内容物为95%乙醇的PET/Al/LDPE/LLDPE和PET/LDPE在热封强度测试过程中发生了层间分离，热封强度下降幅度较大。综上所述，相较于其他两种材料，PA/EVOH/PE更适合应用于超高压杀菌的水性和油性食品包装。

参考文献

[1]赵霞，姬德胜，王国强，等.一种可吸食的杏子果汁：202011571331.2[P].2021-03-30.

[2]LAMBERT Y，DEMAZEAU G，LARGETEAU A，et al.

Packaging for high-pressure treatments in the food industry[J].Packaging Technology and Science，2000，13（2）：63-71.

[3]DOBIAS J，VOLDRICH M，MAREK M，et al.Changes of properties of polymer packaging films during high pressure treatment[J].Journal of Food Engineering，2004，61（4）：545-549.

[4]曹艳丽，唐亚丽，卢立新.超高压处理对软塑包装材料结构、性能的影响及机理研究[J].食品工业科技，2014，35（24）：371-378.

[5]曹艳丽.超高压协同热处理对材料PA/PE的影响研究[D].无锡：江南大学，2016.