渗透机理和包装储存期.ppt
第一节 水蒸气渗透与包装储存期,第二节 气体渗透与包装储存期,第三节 热传导阻隔与包装储存期,第十三章 渗透机理和包装储存期,第一节 水蒸气渗透与包装储存期,一、湿气与物品变质的关系1、空气湿度及蒸汽压绝对湿度（单位：g/m3）水蒸汽压（单位：Pa）饱和水蒸汽压（单位：Pa,温度的函数）相对湿度（）平衡湿度(在某一相对湿度下，特定物质的含水量不发生任何变化，此时的相对湿度就是该特定物质的平衡(相对)湿度),一、湿气与物品变质的关系2、含水包装产品及其性质,湿脱两性兼备的物品（平衡含水量）,在一定温度下，若湿度不变的话，物品内水分的出入在一定时间内会达到平衡，我们称此时平衡状态下的物品 含水量为平衡含水量.,饼干的等温吸脱湿曲线,一、湿气与物品变质的关系2、含水包装产品及其性质具有平衡湿度的物品食盐的平衡湿度75%,且不随温度发生变化平衡湿度往往是温度T的函数脱湿性物品（含水量60%以上）在正常环境湿度范围内有强烈失水的趋势，使净重减少或因失水而使质量下降.,二、湿气与物品变质的关系3、不含水包装产品及其性质,哪些制品不含水？空气中的湿度如何影响其性质？,二、湿气与物品变质的关系4、物品内水分改变与变质的关系水分能溶解微生物所需的营养物质（含70-85%水分）水分是仓库害虫生长和繁殖的重要条件对于溶于水的物品：吸湿-潮解-溶化成液（食糖、味精，含结晶水多的明矾、氯化钙etc.)某些结晶粒状或粉状易溶解物品，放湿，失水结成硬块 新鲜果蔬中的营养成分与味觉物质大多溶解于细胞汁中,金属制品（水膜）纸张、皮革、纤维制品大多数非金属材料及其制品都具有吸湿性，其吸湿量在未达到饱和之前，将随着环境相对湿度增大而增大.临界点：允许的相对湿度大多数霉菌在温度为20-30，相对湿度高于80%时极易生长，相对湿度低于75%时不易生长.为了避免金属及其制品在包装内腐蚀，有必要控制包装内的相对湿度在金属的临界腐蚀湿度以下.（铁65%，锌70，铝76%，镍70%）,三、防潮包装原理,1.产品包装所遇的水蒸气,产品包装所遇的水蒸气，主要是大气中的水蒸气，一般以相对湿度来表示水分的多少。即RH=（P/P0）100%(13-1)式中 RH相对湿度；P空气中水蒸气分压力;P0饱和水蒸气压力;显然环境大气中相对湿度的大小，可以反映出水蒸气对包装的影响。当相对湿度处于饱和状态时，在常温范围内大气的含水量如表10-4所示。,P251 表13-1 空气中饱和水蒸气的含水量,温度升高，水蒸气含水量增加；温度降低，相对湿度升高，或产生饱和、过饱和。应控制包装内空气的相对湿度。,2 包装内装物的吸湿特性水分活性AW：微生物生长繁殖所需要的最低含水量 AW=p/p0=na/(na+nb)P-食品的蒸气压P0-纯水的蒸气压Na-溶剂的摩尔数Nb-溶质的摩尔数含水量越多，水分活性越高，微生物的生长繁殖越快。AW0.7 较长时间内不变质。AW0.65 2-3年内不变质。,水分活性（Water Activity,Aw）,食品中被微生物利用的实际含水量。Aw值反映了溶液和作用物的水分状态，每种微生物只能在一定的Aw值范围内生长。,金属的临界腐蚀湿度：在一定的相对湿度条件下，金属及其制品的表面吸附空气中的水分而形成的水膜达到一定的厚度，开始剧烈的腐蚀。钢铁：70%铜：60%铝：76%3 防潮包装的目的 一相对湿度下有一对应的平衡含水率，含水率影响产品品质。,12,3.防潮包装的透湿机理,透湿程度影响因素：材料的种类内部结构厚度环境温度材料两侧水蒸气的压力差(或湿度差),透湿材料有哪些？,包装材料的透湿性能取决于所用材料的种类、加工方法和材料的厚度，为了判断防潮包装材料的透湿性能，一般是测定其透湿率，它是防潮包装材料的一个重要参数，是选用包装材料，确定防潮期限，计算干燥剂用量的主要依据。,机理：1.金属箔、玻璃薄片、部分陶瓷：材料内部的空 穴结构引起的毛细流动所造成的.2.纸、纸板、塑料板、塑料膜、橡胶制品、木板材料：纤维或主分子链之间搭接程度疏密不均造成了许多微 小的空隙，其中包括分子间空隙与分子内空隙，使活化的水分子扩散或迁移所造成的.3.吸湿性塑料：活性水分子扩散 对水分子的吸附，塑料溶解，吸湿性加强,水蒸气或气体对包装材料的渗透机理，从热力学观点来看，是单分子扩散过程。即气体分子在高压侧的压力作用下，首先溶解于包装材料（如塑料膜）内表面，然后水蒸气在包装材料中由高浓度向低浓度进行扩散，最后在低压侧一面向外蒸发。水蒸气对包装材料的渗透过程可用下图表示。,设包装材料厚度为x，水蒸气在高压侧的压强为P1，在低压侧的压强为P2，C为水蒸气的浓度，C1为高浓度，C2为低浓度。,根据费克第一扩散定律,单位时间、单位面积的气体渗透量与浓度梯度成正比，可用下式表示：,根据亨利定律，在一定温度下，水蒸气或气体溶解在包装材料中的浓度c与该气体的分压力p成正比，即c=SP,式中S称溶解度系数,用单位体积小所溶解水蒸气质量或气体体积来表示，,(10-6),m水蒸气在单位时间、单位面积透过包装材料的质量，g;P1、P2 包装材料两侧的压强，kpa;Pwv 水蒸气透过包装材料的渗透系数也称透湿系数，gcm/cmsKpa.,由此式可知，水蒸气透过包装材料的质量与包装材料两侧的压差成正比，与渗透系数成正比，与材料厚度成反比。由于包装材料是在温度、湿度变化很大的环境条件下使用的，受储存环境温湿度的影响很大，在不同的温湿度条件下，水蒸气在单位时间和单位面积透过包装材料的量有很大差别。这是因为温度高，湿度梯度大，水蒸气扩散速度就会增大；温度低，湿度梯度小，扩散速度就会降低。,4 渗透系数与渗透率 在一定温度下，渗透系数是一个恒量。在防潮包装设计中，主要考虑水蒸气渗透系数(亦叫做透湿系数)Pwv(wv：water vaper)。根据P=DS可见，水蒸气透过包装材料的渗透系数P与水蒸气在这种边装材料中的扩散系数D和溶解度系数S有关。因而，水蒸气对包装材料的渗透性就取决于水蒸气在包装材料中的扩散能力和溶解能力.,水蒸气渗透量qwv与m之间的关系为：m=qwv/At（单位面积、时间的透湿量）式中 A薄膜包装总面积，；t时间，s;代入式（13-3）得出:qwv/At=Pwv(P1-P2)/d或者 Pwv=qwv d/(P1-P2)At(13-4),式中f为Q与 Pwv的面积与时间单位换算系数（1m224h=864106cm2s=fcm2s)Q-透湿率（）Pwv-透湿系数(g.cm/cm2.s.kpa)Q40-表示标准条件（40，900%RH）下的透湿率,-2,如果在温度40条件下测得的薄膜透湿率为Q40，在任意温度条件下测得的薄膜透湿率为Q，它们关系为：,13-6,9,P40、P在温度为40、时薄膜两侧饱和水蒸气压强Kpa见表13-2,（90-0）%、h%在温度为40、时薄膜两侧的相对湿度差；绝对湿度的气压差 P4090%、Ph%在温度为40（高湿为90%RH，低湿为0%RH）差为90、时薄膜两侧水蒸气压差Kpa；,注：P40、P25、P5改为PWV40、PWV25、PWV5，分别表示40、25、5时的透湿系数，以免与对应温度下的饱和水蒸气压强混淆。,借助于物理化学中化学反应动力学的理论，研究在渗透中各个因素（温度、湿度、浓度、压力、材料等等）对渗透速度的影响。以温度对反应速度影响为例。(1)经验公式 范特霍夫规则 PT+10/PT=24(2)定量公式（阿仑尼乌斯方程）Pwv=P0exp(-E/(RT)其中：P0-指前因子 E 活化能,Jmol-1 T 热力学温度，K,4、渗透反应动力学,R 摩尔气体常数，8.314Jmol-1K-1,结论：在一定温度条件下，渗透系数是一个常数；从阿伦尼乌斯方程可知，温度对渗透系数有显著影响；活化能越高，渗透系数越小，渗透反应速度就越慢；反之亦然。在选择包装材料时，应选择活化能较高，渗透系数较小的材料。,(4)活化能较大，温度对渗透系数的影响越显著；活化能较小，温度对渗透系数的影响也较小；(5)指前因子P0与活化分子发生渗透反应的速度有关。三、防潮包装的设计与计算 防潮包装的分类1、第一类防潮包装的设计与计算 采用干燥剂和透湿率低的防潮包装材料。,保护产品质量，防止产品增加水分，加入干燥剂,防止被包装物品吸收或排除水分，采用低透湿率的防潮包装材料,
