撰文▉中国农业机械化科学研究院
马雪飞杜志龙马季威李佳伟周航卢天齐
水产品和生鲜肉制品是我国市民饮食结构的重要组成部份，具有宽广的市场空间和商业价值，但在实际运输和加工过程中均须要进行特殊处理。水产品因为其营养物质和水份浓度高，胸肌中结缔组织较少且容易变为酸性，极易遭到微生物包括真菌、酵母及霉菌的侵犯饲养和乳品内固有酶的活动影响从而造成腐败发霉。对于生鲜肉制品，肉中的酶及微生物作用会造成蛋白质分解，脂肪氧化，出现变色、变味以及表面发粘等腐败发霉特点。另外，随着国际贸易的逐渐扩大，我国对于高档水产品、生鲜肉制品的进出口规模也呈现递增趋势，宽广的进出口市场除了要求水产品、肉制品有愈发高效的包装形式以保证新鲜度，同时要求以愈发美观的包装形式来提升消费者选购欲望，降低产品的附加值。为此，保鲜、高效、美观的包装形式将会成为未来水产品、生鲜肉制品包装的一大发展方向。
相关领域现有包装形式主要为简单裹膜包装、传统真空包装和气调包装。其中，简单裹膜包装保鲜疗效较差，一般为整块物料裹包，抵达经销商处需进行进一步的物料分切、托盘包装，容易导致二次污染，同时低廉的包装给人以高端感，难以满足人们对于包装美观性的需求。传统真空包装膜对物料外观的适应性较差，膜贴近物料并形成大量皱褶，造成毛细管效应的形成，使物料树汁渗出，减小耗损，导致鲜血析出影响美观。另外真空包装中肉呈现紫灰色或棕灰色，影响消费者对肉新鲜度的判别。气调包装可对白色有挺好的保护作用，但过低含量的O2易导致好氧性真菌等微生物的生长以及不饱和脂肪酸的氧化变质，同时包装内二氧化碳较多，易导致表面雾气及反霜现象，增加物料品质及包装美观性。
目前，相关学者针对该领域包装问题，通过改进现有真空包装技术，提出乳品用真空贴体包装概念及技术来填补相应不足，延长货架期，同时提供愈发美观的包装疗效，适应未来包装保鲜、高效、美观的发展要求。
VOL.1
乳品用真空贴体包装技术
贴体包装于20世纪60年代在法国、美国、日本等地区和国家盛行，最初用于包装小五金制品类，起到防尘保护、直观展示的作用。随着真空包装技术的发展及人们对于乳品包装美观性要求的提升，研究人员逐渐提出乳品用真空贴体包装概念。
乳品用真空贴体包装技术原理
乳品用真空贴体包装是一种采用硬膜制盒，底部覆膜以实现膜贴近物料的真空包装。装有物料的硬盒底部覆膜步入密封磨具，顶膜加热软化后对膜与底盒之间的腔体抽真空。顶膜因为上下两边压差作用向上运动渐渐贴附于物料并适应物料外观，借助贴体膜表面熔体状态的胶体黏附于底盒，实现贴体疗效。顶部硬盒的支撑作用为抽真空过程不形成褶皱提供了必要条件。
真空贴体包装疗效产生的关键诱因在于特制的真空贴体包装膜。乳品用真空贴体包装膜通常为多层共挤成形，有良好的热成形拉伸性和抗穿刺性能。膜与物料接触两侧有热合层，在熔体状态下可与底盒挛缩。针对不同物料采用不同阻隔性能的贴体膜，保证二氧化碳、水汽、香味阻隔性，提升真空贴体包装疗效。
真空贴体包装特征
1）与传统真空包装相比，乳品用真空贴体包装膜体对物料外观的适应性较好，无大量褶皱的存在，降低了因毛细管效应造成的树汁耗损及鲜血析出，JosefKameník等人研究发觉，采用真空贴体包装的猪肉在储存35天时树汁损失率为1%左右，高于传统真空包装（3.9%），而且在整个贮存过程中变化较小；保鲜疗效优于传统真空包装。Vázquez等人强调真空贴体包装较传统真空包装可明显延长货架期，有效缓解厌氧、嗜温类真菌及乳酸菌等的生长繁育；针对传统真空包装抗穿刺性能较差，真空贴体包装靠膜体表面热熔胶与底盒挛缩而非传统边沿热封，无物料区出现针刺细缝时不会造成涨袋现象，抗针刺疗效较好；顶膜材质可根据物料须要选择高阻隔或低阻隔膜体，一定程度上保证了氢气与肌红蛋白结合，保持菇类的鲜黄色外形。LiXin等人研究了真空贴体包装对牛背最长肌颜色稳定性的影响，对比传统真空包装和高二氧化碳调包装，得出真空贴体包装对于牛背最长肌颜色稳定性的保护较传统真空包装要好，可达到高二氧化碳调包装颜色稳定性的水平；膜体屈从于物料外观，产生“第二层皮肤”，直接展示物料外形，降低消费吸引力。
2）与气调包装相比，真空贴体包装因为包装过程中的抽真空处理减轻了包装内部二氧化碳浓度，避免氧浓度过低导致的豆类氧化变质，减少氧化现象，避开了菇类在加热过程中发生过早酸败现象；膜体贴近，降低包装空间，避免雾气生成、水分流失，减少物料的失水率、干耗率（气调包装鸡肉储存35天树汁损失率为2.3%左右），同时物料紧固于包装内部降低了因摇晃导致的损伤；另外，膜体贴近降低了包装整体所占空间，便捷贮运。
真空贴体包装工艺流程
如图１所示，对底膜进行热成形制盒或直接采用预制盒，人工对盒内填充物料。顶膜对放置物料的底盒进行覆膜并输送底盒至真空贴体磨具，完成真空贴体包装工序，随即进行铆接包装技术与设备，输出成品的同时进行废膜回收。
图1真空贴体包装工艺流程
VOL.2
乳品用真空贴体包装设备研究现况
针对乳品用真空贴体包装的技术要求，国外外诸多研究机构及相关厂商进行了设备的研究制造，法国、意大利、西班牙等国设备较为成熟，保证贴体包装疗效的同时有较高的手动化程度，设备较为先进；国外目前在该领域处于概念阶段，因为起步较晚，与国内水平存在一定差别。为此，需对现有真空贴体包装设备特性进行剖析，为国外相关领域的进一步发展提供一定的参考。目前市场上的乳品用真空贴体包装设备大致可分为针对预制盒和热成形拉伸膜两大类。
预制盒真空贴体包装设备
针对预制盒进行贴体包装，根据预制盒规格订制磨具。设备根据连续程度可分为自动式和手动连续式，手动连续式根据预制盒输送方法又可分为旋转式和直线式。
1）卧式自动真空贴体包装设备
卧式自动真空贴体包装设备如图２所示。
图２卧式自动真空贴体包装设备
1.基座2.加热板3.卷膜轴4.上盖5.支撑杆6.底盒放置位7.下磨具8.控制面板
该设备主要分为基座和上盖两部份，其中基座下端装有真空贴体包装下磨具，内部配有真空泵、抽充气管道、电控系统等；上盖内装有加热板，同时开抽充气孔道，搭配配气系统。下磨具内部开有抽充气孔道，下方联接汽缸或曲柄曲轴机构，可沿基座内部轨道实现上下平移。
包装过程中，人工将装有物料的底盒放置在下磨具的底盒放置位后，下磨具向上平移，人工带动卷膜轴使贴体膜覆盖下磨具，压下上盖进行真空贴体工序。包装完成后打开上盖，人工进行顶膜的切割分盒，完成贴体包装。
设备运转过程中，首先对上盖内侧抽气，贴体膜在上下两边压差作用下向加热板联通，同时加热板通电加热，使贴体膜软化并形成一定拉伸量；对下磨具进行抽气，上盖充气，使软化的贴体膜向上联通，同时下磨具向下联通，使物料与贴体膜渐渐接触；下磨具继续向下联通并持续抽气，使膜贴附于物料表面，待冷却后停止抽气，形成真空贴体包装疗效。
该设备是在卧式真空包装设备的基础上，配合贴体包装工艺要求进行改进，设计出大型化自动真空贴体包装设备，适宜于小规模用户使用。设备上下两部份各开抽充气孔道，配合一定的抽充气时序控制，保证贴体疗效的产生。该设备的缺点是设备适用性较差，因为抽气时间固定不可调，各类物料只能根据统一时序进行贴体包装，未能针对物料特点保证包装疗效，同时增加了包装效率；设备运作过程中须要过多人力投入，进一步增加了设备的生丰度；人手工切割分盒使包装膜边角处形成不规则锯齿，影响整体包装的美观性。
2）旋转式真空贴体包装设备
旋转式真空贴体包装设备（图3）关键部件为上磨具和下磨具两部份，其中上磨具内部装有加热板和切割刀具，设有抽食道路；下磨具开有抽食道路，可绕竖直轴线旋转，每次旋转使半数的底盒放置位步入加工区，同时下磨具内设有顶出机构，以便包装成品脱模。底盒放置位按照包装的尺寸要求通常为双排方式，小规格要求的贴体包装也可为其他质数排。
包装过程中，人工将装有物料的底盒放置于底盒放置位后，旋转180°进入工作区，下磨具升起与上磨具合模，进行贴体包装工序。设备的运转过程与卧式自动真空贴体包装设备相像，仅是在下磨具动作时序部份有一定区别。
设备采用旋转式的包装形式，使工作区进行真空贴体包装的同时非工作区完成成品取出及底盒放置，增强了设备的包装效率；马达驱动收膜轴配合上磨具下方的导膜机构，实现膜的手动卷收，降低了人工投入；PLC控制系统针对不同物料特点设定合适的包装参数，保证真空贴体包装疗效；下磨具可开办二氧化碳冲洗口，更换上磨具并配合一定时序控制进行气调包装，实现贴体、真空、气调一机多用。旋转式似乎实现了设备的连续化运转，但因为设备规格限制，包装能力有限，以双排下磨具为例，每分钟可实现22-26盒。另外，人直接在下磨具表面进行操作，容易使下磨具表面引起锈蚀、腐蚀，增加磨具表面粗糙度，影响磨具气密性。
图3旋转式真空贴体包装设备
1.上磨具2.收膜轴3.支撑柱4.控制面板5.放膜轴6.贴体包装膜7.底盒放置位8.下磨具9.基座
3）直线式真空贴体包装设备
直线式真空贴体包装设备方式如图4所示。装有物料的预制盒放置在滑轨上，经推杆依次推送至真空贴体包装下磨具表面，此后推杆后移。下磨具在汽缸促使杆作用下与上磨具合模，进行真空贴体包装工序。包装完成后在磨具内进行切割分盒，随即开模，下磨具回位，推杆推进成品步入输送带，成品随输送带输出，废膜卷收，完成包装工序。
图４直线式真空贴体包装设备
1.机架2.汽缸推进杆3.输送带4.带散热孔防护罩5.贴体包装膜6.收膜轴7.体下磨具8.贴体上磨具9.控制面板10.测长滚轮11.放膜轴12.预制盒13.防护罩14.滑轨15.顶盖
直线式真空贴体包装设备与旋转式真空贴体包装设备相比，采用直线滑轨的输送方法，增强了设备生产效率。同时采用防护罩保护关键部件，防止了人直接与磨具接触，除了降低了设备使用的安全性，也降低了因人工操作导致磨具锈蚀的可能性。
热成形拉伸膜真空贴体包装设备
热成形拉伸膜真空贴体包装设备集底膜热成形制盒、真空贴体、分盒功能于一体，主要部件如图5所示。
图5热成形拉伸膜真空贴体包装设备
1.底膜放膜轴2.底膜拉膜轴3.热成形上磨具4.成形底膜5.操作面板6.真空贴体包装上磨具7.导膜轴8.贴体膜拉膜轴9.贴体膜放膜轴10.纵向切刀11.横向切刀12.收膜轴13.废膜卷收轴14.机架15.顶盖16.真空贴体下磨具17.热成形下磨具18.推进杆
底膜经拉膜轴拉出后，夹膜链对其两边夹持步入输送装置。底膜步入热成形工位后，热成形下磨具在推进杆作用下与上磨具合模，进行底膜的热成形制盒。完成制盒后人工装入物料，贴体膜对其下部进行覆膜，步入真空贴体工序。真空贴体下磨具在推进杆作用下与上磨具合模，进行真空贴体包装。完成后，进行横切、纵切分盒，此后输出包装成品，同时对废膜进行回收。
底盒热成形上、下磨具各开气道，下磨具开有循环冷却水道。底盒热成形过程中，首先安装于上磨具内部的加热板对底膜进行加热软化，随即对下磨具进行抽气，同时上磨具通入压缩二氧化碳，使软化的贴体膜向上运动贴附于下磨具模腔内。循环水对下磨具进行冷却，使底膜快速冷却成形。另外，在底盒热成形过程中，底盒边沿开抽真空口和二氧化碳冲洗口，便捷后续抽真空工序或进行气调包装，同时开有易撕口，便捷用户使用。
真空贴体上、下磨具均开气道，如图６所示。
图6真空贴体磨具抽气孔道示意图
抽气孔道大致分为5处。其中1、2处孔道主要作用是对磨具上腔抽气因而对贴体膜形成拉伸疗效；3、5处孔道主要是对贴体膜与底盒之间产生的腔体进行抽真空保证贴体疗效；4处孔道用于抽取盒顶部二氧化碳，使底盒贴近下磨具，避免3、5处孔道抽真空时导致的底盒变型。
真空贴体磨具合模后，首先对上磨具1、2处孔道进行抽气，贴体膜向下运动的同时对膜进行加热软化，使膜形成拉伸量；随即对下磨具3、5处孔道抽气，上磨具1、2处孔道通气，贴体膜在右侧压差作用下向上运动，逐步贴附于物料表面；贴体膜表面热合层与底盒接触挛缩，待冷却后形成真空贴体包装疗效。4号孔道在整个合模过程中一直保持抽气状态直到开模，便捷底盒脱模。
热成形拉伸膜真空贴体包装设备中底盒热成形磨具与真空贴体磨具配套，尺寸相同，进一步保证了真空贴体的疗效；PLC控制系统对各工序时序的合理分配，增强了设备手动化程度，降低了人员参与；同时，通过更换相关磨具和控制程序，实现贴体、真空、气调三种包装类型的转换，实现设备一机多用。
VOL.3
现存问题
真空贴体包装目前仍处于概念阶段，尽管有厂商进行了设备制造，但距大规模推广使用尚有一定距离，主要是设备及技术存在如下问题。
１）真空贴体包装工艺参数设定。真空贴体包装在真空度、抽气时间、含氧量等工艺参数方面无理论支撑，目前大多数以包装后的美观性作为评价指标来指导生产过程中参数确定，在一定程度上影响贴体包装在物料保鲜、颜色保护方面的疗效。相关工艺参数尚待研究。
２）真空贴体磨具型腔方式无可靠方案。虽非设计概念包装技术与设备，但相关设计参数，如拔模夹角度数控制、圆掠过渡参数等没有明晰的理论支撑，无法保证膜的拉伸疗效及磨具腔室外二氧化碳紊流的变化情况。
３）磨具型腔气孔开孔位置设计方案。目前针对抽充气孔道开孔位置仅根据经验开在磨具中央或对称位置，相关理论支持暂未发觉。开孔位置对贴体膜的拉伸疗效及抽充气时间的影响有待研究。
４）现有设备包装参数调整难度较大。通过对数家厂商制造的设备进行考察，发觉现有设备在真空度、抽气时间等参数的调试工作对使用者要求较高，难度较大，针对某种物料的包装需对ＰＬＣ控制系统程序的多种参数调整更改，而且需进行多次试验，逐次改进参数设置，减小了设备的使用难度，影响了设备的适用性。
VOL.4
展望
结合目前真空贴体包装技术及武器现存的问题，有以下方面有待研究。
１）工艺参数研究。工艺参数作为指导真空贴体包装设备设计及生产过程具有重要意义，以提升包装保鲜及护色疗效、增加包装美观性为前提进行工艺参数研究。
２）磨具设计理论支持。举办相关紊流、流体热学剖析，为磨具型腔及气道分布提供理论支持，同时结合模拟仿真软件剖析二氧化碳紊流等，优化磨具参数。
３）设备参数简化设置。对多种具有典型特点的物料进行工艺参数研究，确定设备的合理参数，同时开发一键设置系统，将典型物料的设备设置参数编入控制系统，配有人机交互界面进行参数一键设置，简化设备的使用过程。
４）进一步举办一机多用设备研究。真空贴体包装设备与真空包装、气调包装设备仅在磨具、气动回路、控制时序等方面存在差别，目前设备已实现的三种功能的融合，但只重视某一功能的疗效，其他功能实现疗效较差。进一步举办一机多用设备研究，通过更换磨具、修改控制参数等来满足不同包装形式的设备要求，真正达到一机多用且各功能疗效优良，降低设备的适用性。
乳品用真空贴体包装是针对传统真空包装、气调包装恶果进行改良的包装形式，在延长物料货架期、保持物料品质、增加包装美观性等方面具有一定优势。目前对真空贴体包装的工艺参数研究较少，同时设备的设计生产尚无可靠理论支持。随着研究的不断深入，乳品用真空贴体包装设备与工艺进一步结合，提升真空贴体包装疗效，适应保鲜、高效、美观的包装发展要求，具有宽广的发展前景。
（本文摘抄于《中国农机具物理报》第39卷第5期.）
总编辑-丁少辉
