超高压下食品组分与包装材料的相互影响

程 欣 唐亚丽，3 王淑娟 方 艳

(1.江南大学机械工程学院，江苏无锡 214122;2.江苏省食品先进制造装备技术重点实验室，江苏无锡 214122;3.江南大学中国包装总公司食品包装技术与安全重点实验室，江苏无锡 214122)

随着消费者对食品质量和生活质量的重视，非热加工这种新兴的技术成为备受关注的热点之一。非热加工技术不仅能够保证食品安全卫生，而且食品从色、香、味、营养成分等方面得到了更大的提升［1－3］。作为非热加工技术中最具潜力的保鲜技术之一，超高压处理技术(high pressure processing，HPP)不仅能使微生物失活，使酶钝化，延长食品货架期［4］，更好地保证食品良好的品质、风味和营养［5－9］。超高压技术已经引起了越来越多的关注。目前，研究者们局限于HPP处理对聚合物包装材料的阻隔性能、机械性能等包装性能的影响，却忽略了不同的食品组分、贮藏环境等关键因素与不同HPP操作条件下的包装材料的相互影响规律。因此，研究在超高压处理后食品组分与包装材料的相互影响对评估食品的质量安全及货架期具有十分重要的意义。本研究拟选用PA/PE和PET/PE两种复合膜，通过测定不同包装内容物组分经过不同HPP处理下不同聚合物材料的包装性能，明确蛋白质、脂质等食品组分、时间等贮藏条件对超高压下聚合物包装材料的影响。测定一定的贮藏周期内，经过超高压处理后的不同的包装材料内食品模拟物的变化规律以及食品模拟物对包装材料的性能影响规律，对食品质量安全和货架期具有一定的指导意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

PA/PE和PET/PE复合膜:食品级，江苏瑞盛塑料有限公司;

大豆蛋白粉:生物试剂，阿拉丁试剂上海有限公司;

橄榄油、三油酸甘油酯、氧化镁、硼酸、盐酸:化学纯，阿拉丁试剂上海有限公司。

1.2 仪器与设备

超高压处理装置:HPP600Mpa/5L型，包头科发高压科技有限责任公司;

封口机:HST-H3型，济南兰光机电技术有限公司;

测厚仪:CHY-C2型，济南兰光机电技术有限公司;

智能拉力机:PC型，济南兰光机电技术有限公司;

透湿性测试仪:TSY-T1型，济南兰光机电技术有限公司;

凯式定氮仪:Kjeltec 2200型，带750 mL蒸馏管，瑞典福斯特卡公司。

1.3 试验方法

1.3.1 试样处理 将PA/PE和PET/PE复合材料制成8 cm×8 cm的袋子，分别取大豆蛋白、橄榄油、三油酸甘油酯等食品模拟物15 mL进行灌装填充并封口。

1.3.2 试验方法 本试验选用200，300，400，500 MPa的压力处理试验样品。将封好的试样放入超高压装置的处理腔内，浸没于传压介质水中，在室温(23±2)℃下分别处理5，10，15 min，升压时间在30～90 s内，泄压时间为6 s。处理完成后将样品置于室温下贮藏，大豆蛋白试样贮藏35 d，每7 d为一周期进行取样检测。因油脂发生氧化反应较慢故将橄榄油试样和三油酸甘油酯试样贮藏40 d，每10 d为一周期进行取样检测。同时将未经超高压处理的同样装有食品组分的试样作为对照组，每个处理平行3次。

1.3.3 测定方法 将不同的超高静压压强处理的PA/PE和PET/PE试样进行力学性能测试。厚度测试按照GB 6672—2001进行测试;拉伸强度按照GB 13022—1991进行测试;水蒸气透过率按照GB 1037—1988在温度38℃，相对湿度85%的环境下测定;蛋白质挥发性盐基氮按照GB 5009.5—2010用半微量定氮法测定;橄榄油和三油酸甘油酯酸价的测定方法按照GB 5009.37—2003中用氢氧化钾滴定法测定。

1.3.4 统计分析 采用SPSS21.0软件进行数据分析，试验结果采用表格形式或图的变化趋势来表示，当P＜0.05时差异显著。

2 结果与讨论

2.1 超高压条件对大豆蛋白的影响

由图1可知，随着周期的不断递增，不同HPP操作条件下的PA/PE包装内大豆蛋白质挥发性盐基氮的量在不断增加。大部分超高压条件下挥发性盐基氮的量随着压力的增加而呈现递减的趋势，其中400 MPa和500 MPa压力条件下并没有依照此规律而变化，这可能由于不同超高压压力条件下聚合物包装材料受力方向和热运动情况不同而导致变化不同，对内容物产生的影响也不同。在前3个周期内400 MPa压力下表现出较好的保价作用，而第4、5周期，500 MPa压力下时，挥发性盐基氮的量相对于其他HPP处理条件下的量少且周期变化比较平稳，因而有利于大豆蛋白的贮藏。

图1 不同压力及保压时间下PA/PE内的挥发性盐基氮的量的变化Figure 1 The change of total volatile basic nitrogen under different pressures and holding time in PA/PE

由图2可知，在相同压力条件下，保压时间的变化对大豆蛋白的挥发性盐基氮的量的变化并未产生规律性的影响，即保压时间与大豆蛋白的保质期并未产生直接联系。而图3中PET/PE包装材料内的挥发性盐基氮的变化与PA/PE的变化差别并不十分显著，变化特征与PA/PE十分相似，但是在总体上PET/PE包装内的挥发性盐基氮的量要普遍高于PA/PE，这与材料本身的性质有关。

2.2 不同超高压条件下油脂与包装材料的相互影响

2.2.1 不同超高压条件下橄榄油酸价的变化 由表1可知，随着贮藏周期的增加，橄榄油的酸价都是呈逐渐增长的趋势。但是两种聚合物包装材料内的橄榄油的酸价在前两个周期内并没有发生很大的波动。经过超高压处理后，酸价值明显低于未经过超高压的酸价值。同条件下PA/PE内橄榄油的酸价测量值要小于PET/PE，且两种材料都在400 MPa和500 MPa条件下酸价值最低，说明压力越大越有利于油脂的贮藏。同时还可以看出:压力一定的条件下，保压时间并未对酸价的变化产生规律性的影响。

图2 不同保压时间下PA/PE内的挥发性盐基氮的量的变化Figure 2 The change of total volatile basic nitrogen under different holding time in PA/PE

图3 不同保压时间条件下PET/PE内的挥发性盐基氮的量的变化Figure 3 The change of total volatile basic nitrogen under different holding time in PET/PE

2.2.2 不同超高压条件下橄榄油包装材料的性能变化 由表2可知，PET/PE和PA/PE的拉伸强度在经过不同超高压处理后的变化是相对比较稳定的。随着周期的增加拉伸强度有所下降，但趋势并不明显。两种材料的拉伸强度在500 MPa的压强条件下达到了最大。伴随着压力的降低，拉伸强度也呈现比较规律的下降趋势，但是不同压力条件下差别并不是十分显著。相对于未经过超高压的对照组，经过超高压处理后的材料的拉伸强度都有明显的变化。超高压会改变聚合物包装材料的结晶度，结晶度越高，拉伸强度往往就越好。但是也取决于材料本身的性质，材料不同方向受力情况和热运动情况不同，取向度会随着材料本身的性能而会发生相应的改变。

食品包装材料的阻隔性是最重要最直接的性质。包装内容物的货架期与水分含量息息相关，所以具有优良保存性能的包装应具有较好的阻隔性能。图4和图5分别为不同超高压条件下的PET/PE和PA/PE的透湿性能的变化。超高压压力增加会使材料受到压力，致使体积收缩减小。原因是超高压处理过程中，对材料施加一定的压力会导致其体积减小［10］，卸压后材料经过恢复过程后的状态有所不同致使材料性能发生变化。同时超高压对材料的结晶性能会产生一定的影响，因而材料的渗透性能也会改变。由图4、5可知，经过超高压处理后的聚合物包装材料的渗透系数相对未经过处理的对照组有显著的变化，说明超高压操作条件对材料产生一定的有利的影响。但是300，400，500 MPa下PET/PE和PA/PE的渗透系数有随压力增加而变小的趋势，但差异不显著，说明压力的变化和保压时间的改变对两种材料的透湿性能没有产生明显的影响。

表1 不同超高压条件下的橄榄油酸价的变化Table 1 The change of Olive oil acid value with HPP

表1 不同超高压条件下的橄榄油酸价的变化Table 1 The change of Olive oil acid value with HPP

同一行上标的字母为差异显著(P＜0.05)。

包装材料超高压条件压力/MPa保压时间/min不同贮藏周期的酸价/(mg·g－1)1 2 3 4 0.1 0 1.40 ±1.5b 1.46 ±1.3b 1.61 ±2.1b 1.69 ±3.3a 300 5 1.15 ±2.0b 1.35 ±3.5a 1.42 ±0.5a 1.53 ±1.9a 400 5 1.27 ±0.3a 1.29 ±2.5a 1.31 ±2.2a 1.45 ±3.3a PET/PE 500 5 1.11 ±2.1a 1.23 ±1.3a 1.32 ±3.3a 1.41 ±2.7a 300 10 1.26 ±1.3b 1.38 ±1.8a 1.44 ±3.7a 1.52 ±3.6a 400 10 1.18 ±0.7a 1.21 ±3.4a 1.34 ±5.1a 1.46 ±3.4a 500 10 1.09 ±3.2a 1.22 ±2.9a 1.31 ±2.1a 1.43 ±5.2a 0.1 0 1.29 ±2.0b 1.35 ±3.2b 1.44 ±1.9b 1.53 ±1.8a 300 5 1.26 ±1.9b 1.32 ±2.6b 1.36 ±2.7b 1.49 ±2.1a 400 5 1.09 ±0.5a 1.18 ±4.1a 1.26 ±4.8a 1.48 ±3.5a PA/PE 500 5 1.15 ±3.1b 1.18 ±4.1b 1.26 ±5.7a 1.38 ±0.8a 300 10 1.24 ±0.7a 1.28 ±1.1a 1.38 ±4.9a 1.52 ±1.7a 400 10 1.15 ±3.2a 1.21 ±1.2a 1.29 ±2.6a 1.44 ±4.1a 500 10 1.18 ±2.7b 1.23 ±1.3b 1.24 ±4.0b 1.38 ±2.4a

表2 不同超高压条件下两种材料的拉伸强度变化Table 2 The change of tensile strength of PET/PE and PA/PE with HPP

表2 不同超高压条件下两种材料的拉伸强度变化Table 2 The change of tensile strength of PET/PE and PA/PE with HPP

同一行上标的字母为差异显著(P＜0.05)。

包装材料超高压条件压力/MPa保压时间/min不同贮藏周期的拉伸强度/MPa 1 2 3 4 0.1 0 26.1 ±5.5a 24.0 ±2.0a 23.3 ±2.2a 21.7 ±4.3a 300 5 33.2 ±2.0a 31.7 ±3.2a 30.2 ±5.5a 29.2 ±2.9a 400 5 34.6 ±2.3a 35.0 ±2.9a 32.9 ±4.7a 30.2 ±5.3b PET/PE 500 5 39.7 ±7.3a 34.3 ±5.4b 33.2 ±8.2b 29.8 ±4.1b 300 10 32.6 ±1.4a 31.7 ±6.8a 29.8 ±4.1a 29.0 ±2.6a 400 10 34.7 ±0.7a 34.3 ±5.4a 33.2 ±8.2a 29.8 ±4.1b 500 10 39.1 ±5.8a 38.2 ±2.7a 36.5 ±6.1b 34.4 ±6.9b 0.1 0 23.1 ±2.5a 21.9 ±3.0a 20.7 ±1.9a 19.6 ±4.8a 300 5 28.1 ±2.9a 26.2 ±1.6a 25.8 ±2.8a 23.6 ±2.9b 400 5 31.9 ±1.5a 27.7 ±4.3a 25.0 ±4.0b 23.8 ±6.5b PA/PE 500 5 34.6 ±4.4a 33.4 ±7.2a 29.8 ±7.5a 26.1 ±5.38b 300 10 29.4 ±3.7a 25.3 ±2.9b 24.0 ±5.9b 22.1 ±4.7b 400 10 32.2 ±7.4a 28.6 ±0.7a 28.3 ±3.6a 24.9 ±4.3b 500 10 35.5 ±10.1a 32.3 ±2.9a 28.7 ±5.0b 25.5 ±3.6b

图4 不同超高压条件下PET/PE的透湿性能变化Figure 4 Water vapor transmission rates for PET/PE before and after HPP processing

图5 不同超高压条件下PA/PE的透湿性能变化Figure 5 Water vapor transmission rates for PA/PE before and after HPP processing

2.2.3 不同超高压条件下三油酸甘油酯酸价的变化 由表3可知，经过超高压处理后的PET/PE内的三油酸甘油酯的酸价均低于未经过超高压处理的对照组，随着压力增加，变化比较明显，且在400，500 MPa压力条件下酸价大部分都处在或接近最低值并显著低于对照组。由显著性分析结果可知，在前2个周期内各处理组的酸价变化值不大，原因可能是三油酸甘油酯的氧化速度比较慢，在第3周期时开始发生氧化现象。当三油酸甘油酯氧化反应比较明显时，压力起到明显的作用，压力越大，酸价值越小，氧化反应越缓慢，在400 MPa和500 MPa压力条件下最为显著(P＜0.05)。不同压力条件下 PA/PE内三油酸甘油酯酸价的变化见表5，同样在400，500 MPa压力条件下酸价大部分都处在或接近最低值。由分析的结果显示前3个周期内经过相同保压条件下经过超高压处理的三油酸甘油酯的酸价的变化比较显著，压力越高这种趋势越为明显，这与橄榄油酸价的变化趋势不相一致，说明内容物不同，受到超高压力作用后的变化不同。在贮藏周期内，500 MPa/5 min的试样的酸价值要低于对照组约15%，三油酸甘油酯的变质速度减慢，有利于食品的保质作用。不同压力下PA/PE内酸价的变化较PET/PE内酸价的变化相对显著，说明超高压操作条件下聚合物包装材料不同，与内容物相互作用产生的影响不同。但保压时间对三油酸甘油酯的酸价并未产生规律性的影响，即保压时间与油脂的保质期并未产生直接联系。

表3 不同压力条件下三油酸甘油酯酸价的变化Table 3 The change of Glycerol trioleate acid value with HPP

表3 不同压力条件下三油酸甘油酯酸价的变化Table 3 The change of Glycerol trioleate acid value with HPP

同一行上标的字母为差异显著(P＜0.05)。

包装材料超高压条件压力/MPa保压时间/min不同贮藏周期的酸价/(mg·g－1)1 2 3 4 0.1 0 4.21 ±1.3c 4.47 ±3.7b 5.05 ±8.2b 5.32 ±4.1a 200 5 3.82 ±0.4c 4.29 ±5.7c 4.91 ±2.1b 5.18 ±3.0a 300 5 3.93 ±5.9b 4.17 ±3.3b 4.87 ±3.8a 5.12 ±3.8a 400 5 3.51 ±2.6c 3.87 ±4.1b 4.66 ±1.3b 5.00 ±1.4a 500 5 3.70 ±7.2c 4.01 ±4.4c 4.60 ±2.6b 4.92 ±5.0a 200 10 3.70 ±2.1c 4.43 ±1.9c 4.97 ±2.2b 5.20 ±1.9a PET/PE 300 10 3.79 ±0.5b 3.87 ±5.8b 4.91 ±2.9a 5.02 ±2.9a 400 10 3.59 ±1.9c 4.01 ±1.0b 4.83 ±4.1a 5.00 ±3.1a 500 10 3.76 ±1.5d 3.93 ±2.4c 4.94 ±1.7a 5.03 ±4.4a 200 15 3.56 ±6.2b 4.15 ±3.1b 4.60 ±4.7b 4.99 ±2.2a 300 15 3.90 ±2.7c 3.90 ±7.6b 4.75 ±5.5a 5.00 ±2.5a 400 15 3.59 ±1.9d 3.98 ±0.4c 4.69 ±3.5a 4.89 ±6.2a 500 15 3.82 ±4.7c 4.12 ±4.5b 4.71 ±2.9a 4.81 ±3.3a 0.1 0 3.84 ±2.1b 4.63 ±2.1b 5.16 ±4.8b 5.58 ±5.2a 200 5 3.45 ±2.4c 4.07 ±1.8c 4.57 ±2.3b 5.22 ±2.2a 300 5 3.57 ±1.5d 4.29 ±3.1c 4.69 ±4.0b 5.16 ±0.5a 400 5 3.37 ±2.4c 4.11 ±4.2b 4.40 ±1.5b 5.19 ±1.1a 500 5 3.24 ±0.8d 4.15 ±2.8c 4.66 ±3.5b 5.12 ±5.2a 200 10 3.51 ±3.3c 4.15 ±1.5c 4.92 ±1.3b 5.29 ±1.7a PA/PE 300 10 3.70 ±0.4d 4.10 ±0.3c 4.97 ±3.6b 5.24 ±3.4a 400 10 3.62 ±1.1d 4.03 ±1.9c 4.74 ±4.0b 5.16 ±1.5a 500 10 3.57 ±1.7d 4.04 ±1.4c 4.63 ±3.8b 5.09 ±4.6a 200 15 3.73 ±2.5c 4.40 ±3.5b 4.81 ±2.6b 5.31 ±5.2a 300 15 3.82 ±0.9d 4.29 ±1.1c 4.67 ±3.6b 5.25 ±2.5a 400 15 3.70 ±2.1d 4.17 ±0.7c 4.43 ±2.4b 5.19 ±2.4a 500 15 3.53 ±4.3d 4.15 ±5.2c 4.55 ±5.4b 5.16 ±1.4a

3 结论

通过对不同食品组分、贮藏条件等与不同HPP操作处理条件下两种复合包装薄膜性能的相互影响研究，可以得出以下结论:

(1)在一定的贮藏周期内，经过超高压处理的含有食品组分如蛋白质、脂质的聚合物包装材料的性能要优于未经过超高压处理的。如经过超高压处理后两种材料的拉伸强度在试验最高压力500 MPa的条件下达到了最大值。

(2)包装材料的渗透系数有所下降，说明超高压操作条件对材料性能产生一定的有利的影响。

(3)提高超高压处理压力可以使内容物的变质速度减慢，相对于蛋白质和橄榄油的变化，三油酸甘油酯变化比较明显，在400 MPa和500 MPa效果最为显著。

(4)贮藏后，超高压处理组的试样的变质速度明显低于对照组，500 MPa/5 min下PA/PE内三油酸甘油酯的酸价值降低了15%，可以更好的保持内容物的品质。

进行食品加工选择超高压处理时，应该全面地考虑不同的食品组分、贮藏环境等关键因素与不同HPP操作条件下的包装材料的相互影响规律才可以获得对HPP加工有现实指导意义的聚合物包装材料性能参数标准，为评估产品的货架期提供可靠的依据。关于超高压处理后食品组分与包装材料的相互影响的研究还不够完善，得到有效的标准来评估食品的质量安全及货架期的研究还需要进一步的试验。

1 Matser A M.Advantages of high pressure sterilization on quality of food products［J］.Trends in Food Science and Technology，2004，15(4):79～85.

2 Morris C，Brody A L，Wicker L，et al.Non-thermal food processing/preservation technologies:a review with packaging implications［J］.Packaging Technology and Science，2007，20(7):275～286.

3 徐绍虎，崔爽.无菌包装食品冷杀菌技术研究进展［J］.包装工程，2010(31):113～116.

4 邱伟芬，江汉湖.食品超高压杀菌技术及其研究进展［J］.食品科学，2001(5):81～83.

5 Perera N，Gamage T V，Wake ling L，et al.Color and texture of apples high pressure processed in pineapple juice［J］.Innovative Food Science and Emerging Technologies，2010，11(1):39～46.

6 Oey I，Vander Plancken I，Van Loey A，et al.Does high pressure processing influence nutritional aspects of plant based food systems［J］.Trends in Food Science and Technology，2008，19(6):300 ～308.

7 张波波，王丹，马越，等.超高压和UHT对草莓汁中多酚氧化酶活性的影响［J］.食品与机械，2014，30(1):145 ～148.

8 段虎，王祎娟，马汉军.超高压处理对肉和肉制品食用品质的影响［J］.食品与机械，2011，27(1):151 ～154.

9 宋丹丹，马永昆，宋万杰，等.超高压对胡萝卜—草莓复合汁中酶和微生物的影响［J］.食品与机械，2007，23(6):39 ～41.

10 Lambert Y，Demnzeau G，Largeteau A，et al.Packaging for highpressure in the foodindustry［J］.Package Science and Technology，2003(13):63～71.