16 第十三章 渗透机理和包装储存期
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（食糖、味精，含结晶水多的明矾、氯化钙etc.)
④ 某些结晶粒状或粉状易溶解物品，放湿，失水结成 硬块 ⑤ 新鲜果蔬中的营养成分与味觉物质大多溶解于细胞 汁中
专用包装工艺
⑥ 金属制品（水膜） ⑦ 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.
专用包装工艺
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。
专用包装工艺
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：
专用包装工艺
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
水分活性（Water Activity, Aw）
专用包装工艺
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。
AW
0.98~0.99 0.80~0.85 0.70 0.65
微生物生长能力
大多数微生物生长 1~2周内，霉菌等引起变质 较长时间防止微生物生长
极少数微生物有生长可能，较长期不变质
专用包装工艺
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
专用包装工艺
专用包装工艺
一、湿气与物品变质的关系
2、含水包装产品及其性质 ①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.
线饼 干 的 等 温 吸 脱 湿 曲
专用包装工艺
一、湿气与物品变质的关系
2、含水包装产品及其性质 ②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 ③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.
专用包装工艺
水蒸气渗透量qwv与m之间的关系为： m=qwv/A· t （单位面积、时间的透湿量）
式中 A——薄膜包装总面积，㎝² ；
t——时间，s;
代入式（13-3）得出: qwv/At = Pwv× (P1-P2)/ d
或者
Pwv = qwv × d /(P1-P2)· t A·
(13-4)
专用包装工艺
-2
式中f为Q与 Pwv的面积与时间单位换算系数（ 1m2·24h=864×106cm2·s=fcm2·s) Q-透湿率（g.m2.24h） Pwv-透湿系数(g.cm/cm2.s.kpa)
Q40-表示标准条件（40℃，90~0%RH）下的透湿率
专用包装工艺
如果在温度40℃条件下测得的薄膜透湿率为Q40 ，在 任意温度θ ℃条件下测得的薄膜透湿率为Qθ ，它们 关系为：
活性水分子扩散 对水分子的吸附，塑料溶解，吸湿性加强
专用包装工艺
• 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 。
3.防潮包装的透湿机理
水蒸汽压 水蒸汽压
透湿程度影响因素：
材料的种类
pH
pL
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
透湿材料有哪 些？
专用包装工艺
• 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
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。
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。
专用包装工艺
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：
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
专用包装工艺
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
第一节 水蒸气渗透与包装储存期
一、湿气与物品变质的关系
专用包装工艺
1、空气湿度及蒸汽压 ① 绝对湿度（单位：g/m3 ） ② 水蒸汽压（单位： Pa） ③ 饱和水蒸汽压（单位：Pa,温度的函数） ④ 相对湿度（ ） ⑤ 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)
（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
专用包装工艺
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。
专用包装工艺
专用包装工艺
结论： (Fra Baidu bibliotek)在一定温度条件下，渗透系数是一个常数； (2)从阿伦尼乌斯方程可知，温度对渗透系数有显著影响；
(3)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。
专用包装工艺
(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。
含水量 (g/m ) 19.1 21.4 23.9 26.6
2
温度 (℃) 32 34 36 38
含水量 (g/m ) 32.8 36.4 40.2 44.3
2
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。
专用包装工艺
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。 AW〈0.7 较长时间内不变质。 AW〈0.65 2-3年内不变质。
P251 表13-1 空气中饱和水蒸气的含水量
大气中饱和水蒸气的含水量 温度 (℃) 2 4 6 8 含水量 (g/m ) 5.61 6.43 7.33 8.31
2
专用包装工艺
温度 (℃) 12 14 16 18
含水量 (g/m ) 10.6 12 13.5 15.1
2
温度 (℃) 22 24 26 28
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)
专用包装工艺
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，g·cm/cm²·s·Kpa.
专用包装工艺
专用包装工艺
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？
专用包装工艺
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 ① 水分能溶解微生物所需的营养物质（含70-85%水分） ② 水分是仓库害虫生长和繁殖的重要条件 ③ 对于溶于水的物品：吸湿->潮解->溶化成液
三、防潮包装的设计与计算 防潮包装的分类
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
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。
专用包装工艺
专用包装工艺
注：③P40、P25、P5改为PWV· 、PWV· 、PWV·，分别表示40℃、25℃、5℃时的透湿系 40 25 5 数，以免与对应温度下的饱和水蒸气压强混淆。
4、渗透反应动力学
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=2～4 (2)定量公式（阿仑尼乌斯方程） P’wv=P0exp(-E/(RT)) 其中：P0 - 指前因子 E – 活化能, J﹒mol-1 T – 热力学温度，K R – 摩尔气体常数，8.314J﹒mol-1﹒K-1
专用包装工艺
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.
13-6
专用包装工艺
9
P40、Pθ——在温度为40℃、θ℃时薄膜两侧 饱和水蒸气压强Kpa见表13-2
专用包装工艺
（90-0）%、Δ h%——在温度为40℃、θ ℃时薄膜两侧的相对湿度差； 绝对湿度的气压差 P40· 90%、Pθ · h%——在温度为40℃（高湿为90%RH，低 Δ 湿为0%RH）差为90、θ ℃时薄膜两侧水蒸气压差Kpa；
④ 某些结晶粒状或粉状易溶解物品，放湿，失水结成 硬块 ⑤ 新鲜果蔬中的营养成分与味觉物质大多溶解于细胞 汁中
专用包装工艺
⑥ 金属制品（水膜） ⑦ 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.
专用包装工艺
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。
专用包装工艺
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：
专用包装工艺
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
水分活性（Water Activity, Aw）
专用包装工艺
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。
AW
0.98~0.99 0.80~0.85 0.70 0.65
微生物生长能力
大多数微生物生长 1~2周内，霉菌等引起变质 较长时间防止微生物生长
极少数微生物有生长可能，较长期不变质
专用包装工艺
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
专用包装工艺
专用包装工艺
一、湿气与物品变质的关系
2、含水包装产品及其性质 ①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.
线饼 干 的 等 温 吸 脱 湿 曲
专用包装工艺
一、湿气与物品变质的关系
2、含水包装产品及其性质 ②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 ③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.
专用包装工艺
水蒸气渗透量qwv与m之间的关系为： m=qwv/A· t （单位面积、时间的透湿量）
式中 A——薄膜包装总面积，㎝² ；
t——时间，s;
代入式（13-3）得出: qwv/At = Pwv× (P1-P2)/ d
或者
Pwv = qwv × d /(P1-P2)· t A·
(13-4)
专用包装工艺
-2
式中f为Q与 Pwv的面积与时间单位换算系数（ 1m2·24h=864×106cm2·s=fcm2·s) Q-透湿率（g.m2.24h） Pwv-透湿系数(g.cm/cm2.s.kpa)
Q40-表示标准条件（40℃，90~0%RH）下的透湿率
专用包装工艺
如果在温度40℃条件下测得的薄膜透湿率为Q40 ，在 任意温度θ ℃条件下测得的薄膜透湿率为Qθ ，它们 关系为：
活性水分子扩散 对水分子的吸附，塑料溶解，吸湿性加强
专用包装工艺
• 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 。
3.防潮包装的透湿机理
水蒸汽压 水蒸汽压
透湿程度影响因素：
材料的种类
pH
pL
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
透湿材料有哪 些？
专用包装工艺
• 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
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。
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。
专用包装工艺
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：
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
专用包装工艺
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
第一节 水蒸气渗透与包装储存期
一、湿气与物品变质的关系
专用包装工艺
1、空气湿度及蒸汽压 ① 绝对湿度（单位：g/m3 ） ② 水蒸汽压（单位： Pa） ③ 饱和水蒸汽压（单位：Pa,温度的函数） ④ 相对湿度（ ） ⑤ 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)
（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
专用包装工艺
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。
专用包装工艺
专用包装工艺
结论： (Fra Baidu bibliotek)在一定温度条件下，渗透系数是一个常数； (2)从阿伦尼乌斯方程可知，温度对渗透系数有显著影响；
(3)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。
专用包装工艺
(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。
含水量 (g/m ) 19.1 21.4 23.9 26.6
2
温度 (℃) 32 34 36 38
含水量 (g/m ) 32.8 36.4 40.2 44.3
2
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。
专用包装工艺
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。 AW〈0.7 较长时间内不变质。 AW〈0.65 2-3年内不变质。
P251 表13-1 空气中饱和水蒸气的含水量
大气中饱和水蒸气的含水量 温度 (℃) 2 4 6 8 含水量 (g/m ) 5.61 6.43 7.33 8.31
2
专用包装工艺
温度 (℃) 12 14 16 18
含水量 (g/m ) 10.6 12 13.5 15.1
2
温度 (℃) 22 24 26 28
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)
专用包装工艺
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，g·cm/cm²·s·Kpa.
专用包装工艺
专用包装工艺
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？
专用包装工艺
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 ① 水分能溶解微生物所需的营养物质（含70-85%水分） ② 水分是仓库害虫生长和繁殖的重要条件 ③ 对于溶于水的物品：吸湿->潮解->溶化成液
三、防潮包装的设计与计算 防潮包装的分类
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
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。
专用包装工艺
专用包装工艺
注：③P40、P25、P5改为PWV· 、PWV· 、PWV·，分别表示40℃、25℃、5℃时的透湿系 40 25 5 数，以免与对应温度下的饱和水蒸气压强混淆。
4、渗透反应动力学
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=2～4 (2)定量公式（阿仑尼乌斯方程） P’wv=P0exp(-E/(RT)) 其中：P0 - 指前因子 E – 活化能, J﹒mol-1 T – 热力学温度，K R – 摩尔气体常数，8.314J﹒mol-1﹒K-1
专用包装工艺
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.
13-6
专用包装工艺
9
P40、Pθ——在温度为40℃、θ℃时薄膜两侧 饱和水蒸气压强Kpa见表13-2
专用包装工艺
（90-0）%、Δ h%——在温度为40℃、θ ℃时薄膜两侧的相对湿度差； 绝对湿度的气压差 P40· 90%、Pθ · h%——在温度为40℃（高湿为90%RH，低 Δ 湿为0%RH）差为90、θ ℃时薄膜两侧水蒸气压差Kpa；