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復(fù)納科學(xué)儀器(上海)有限公司

掃描電子顯微鏡揭示牛奶包裝的微結(jié)構(gòu)

時間:2024-7-5 閱讀:727
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牛奶從生產(chǎn)到消費者手中經(jīng)歷了多個必要的階段,包括滅菌、包裝、儲存和運輸。牛奶包裝能夠保護牛奶免受外界污染物的影響,防止變質(zhì),并確保以最佳狀態(tài)送達消費者手中。

牛奶包裝分為兩個主要類別:常溫牛奶包裝和冷藏牛奶包裝。常溫牛奶通常存放在室溫下,具有更長的保質(zhì)期,可以達到幾個月甚至一年。冷藏牛奶通常存放在 2-6℃ 的環(huán)境中,保質(zhì)期相對較短,大約幾周。不同類型牛奶的保質(zhì)期與生產(chǎn)滅菌方法和選擇的包裝技術(shù)等因素密切相關(guān)。本文利用掃描電子顯微鏡(SEM)研究這兩種包裝材料的微觀特性,探討其與保鮮能力的關(guān)系。

01./ 利用飛納臺式掃描電鏡測試/

我們選擇牛奶紙盒包裝進行這個實驗。為了揭示牛奶包裝的復(fù)雜性,從紙盒的兩個部位截取樣本橫截面。第一個樣本取自牛奶紙盒的主體區(qū)域,該部分在包裝生產(chǎn)過程中經(jīng)歷了一系列標準化的工藝步驟,代表了牛奶紙盒內(nèi)的典型結(jié)構(gòu)。第二個樣本取自紙盒的接縫處,這個部位通常被認為是包裝材料中最脆弱的部分之一,有助于評估接縫的密封效果和材料的穩(wěn)定性。

由于牛奶紙盒包裝材料由非導(dǎo)電材料組成,使用飛納臺式掃描電鏡大樣品室版 Phenom XL G2 的低真空模式來減小測試過程中的充電效應(yīng),并直接獲取樣本 SEM 圖像。使用全景拼圖軟件(AIM)對紙盒接縫區(qū)域進行大面積成像,并將圖像無縫拼接在一起。此外,進行 EDS 分析以確定包裝材料的各層成分組成。

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圖1常溫牛奶包裝紙盒的截面掃描電鏡 SEM 圖

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表1包裝盒截面元素分析結(jié)果

常溫牛奶包裝紙盒的微觀分析:如圖 1 所示,常溫牛奶包裝紙盒截面呈現(xiàn)多層結(jié)構(gòu),由外到內(nèi)共有六層。通過掃描電鏡 EDS 元素分析功能并結(jié)合包裝材料供應(yīng)商的公開信息,最外層是一種聚合物,設(shè)計用于阻隔水汽。第二層是圖案印刷層,在 SEM 圖像中可以看到該層由顆粒狀材料組成,含有較高濃度的鈣元素。第三層,厚度約 220 微米,是一層由空心纖維組成的紙板層,增強了包裝強度和硬度,是包裝材料的主要構(gòu)成。第四層是將紙板層粘合到約 8 微米厚的鋁箔層上。第五層是鋁箔層,起到阻擋光線和氧氣的屏障作用。通過 EDS 結(jié)果分析,這一鋁箔層由高純鋁制成,阻擋了光線和氧氣。最內(nèi)層是一層聚合物層,密封了牛奶并將其與包裝材料隔離開來。

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圖2利用全景拼圖(AIM)功能檢測常溫牛奶包裝盒接縫處的密封方式

包裝的接縫處密封:接縫處密封是包裝過程的關(guān)鍵步驟,可以防止牛奶泄漏,并在運輸過程中保持結(jié)構(gòu)完整。需要說明的是,接縫密封是指包裝盒主體上的封口處,而不是灌裝牛奶后的頂部或底部封口。圖2展示了包裝公司采用的兩種不同接縫密封技術(shù)。第一種方法(如圖 2a 所示)是將接口處邊緣重疊,并在內(nèi)部加上額外的高分子密封層,防止牛奶與密封處的內(nèi)部材料接觸。相比之下,第二種方法(如圖 2b 所示)采用折疊的方式,為了方便折疊將紙板層以外的部分剪去,內(nèi)壁被粘合在一起,因此無需額外的隔離層。

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圖3冷藏牛奶包裝紙盒的截面掃描電鏡(SEM)圖

 

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圖4利用全景拼圖(AIM)功能檢測冷藏牛奶包裝盒接縫處的密封方式

冷藏牛奶包裝盒的微觀分析:與常溫牛奶包裝盒結(jié)構(gòu)不同,冷藏牛奶包裝(如圖 3 所示)沒有鋁箔層。其設(shè)計類似三明治結(jié)構(gòu),中央層為厚度約 400 微米的紙板,不僅提高包裝盒的強度,也可提高包裝的熱絕緣性能,避免牛奶受外部溫度波動的影響。此外,圖 4 展示了冷藏牛奶盒的接縫處密封,是通過邊緣重疊進行封口,但沒有額外的隔離材料介于牛奶和接縫之間。

02.包裝材料的可持續(xù)性探究/

常溫牛奶包裝中的鋁箔層對密封質(zhì)量和安全至關(guān)重要,但在回收過程中會帶來較大挑戰(zhàn)。僅有 8 微米厚的鋁箔層比人的頭發(fā)還要薄,使得在回收過程中難以分離并使回收成本增加。這一難題促使包裝材料供應(yīng)商不斷探索可持續(xù)的替代方案。

利用飛納臺式掃描電鏡的低真空成像、自動全景拼圖(AIM)和 EDS 元素分析功能探究了牛奶包裝的微觀結(jié)構(gòu)和密封方式。揭示了包裝的保鮮能力與其微觀結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系。這種全方面的分析方法提升了我們對包裝材料在維持牛奶質(zhì)量和安全方面的理解。



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