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包装与风味间的相互作用
J.P.H.Linssen,R.W.G.van Willige & M.Dekker,Wageningen University,荷兰
8.1 引言
包装体系中各成分间的相互作用是指被包装的食品、包装材料与外部环境三者间的质量与能力交换。因此，食品与包装间的相互作用可以定义为“食品、包装与影响食品或包装的外部环境三者之间的相互作用”（Hotchkiss,1997）。
包装体系中的质量传递过程通常是指渗透、迁移和吸收（图8.1）。渗透过程包含2个基本机制：通过包装膜的分子扩散和来自/进入内部/外部气体环境的吸收/解吸。迁移是指塑料包装材料中的化合物释放到产品中去的过程（Hernandez & gavara，1999）。在研究相互作用时，首要问题就是化合物从聚合物包装材料向食品中的迁移，其原因在于，人们担心来自与聚合物包装材料（如单体、低聚物、溶剂）、添加剂（如增塑剂、色素、UV稳定剂、抗氧化剂）和油墨的渗滤溶解物有可能会危害人类的健康。另一个值得注意的问题就是，包装材料对产品中一些组分的吸收和吸附作用。产品组分向包装材料组织中的渗透会造成产品香气的损失、阻隔材料机械性能的变化以及产品感官品质的下降（Johansson，1993）。
环境 聚合物膜 食品 渗透的物质 造成的后果

⑴ 渗透 氧气 ⑴氧化
水蒸气 细菌的生长
二氧化碳 霉菌的生长
其他气体 异味
⑵ ⑵脱水、脱酸

迁移 单体 异味
添加剂 安全性问题

吸收 香气化合物 香气的流失
（吸附） 油脂 个别风味的不平衡
有机酸 包装的损坏
色素

图8.1 食品、聚合物膜及环境间的相互作用
引自 Nielsen and Jagerstad，1994
包装体系中组分迁移的基本驱动力是化学势能（Hernandez & gavara，1999）。我们通常认为，透过包装材料的质量传递是一个多级过程。首先，分子碰撞聚合物表面；接着它们被吸收并溶解到聚合物中。在聚合物薄膜里，分子“跳跃”或呈无规则的扩散，凭借分子自身的动能使它们从一个空位移动到另一个空位，就像聚合物链在运动一样。分子的运动取决于聚合物膜内的空位或“洞”的多少，这些“洞”是因热量不均引起聚合物中大链段相互滑移而形成的。这种无规则扩散的结果，形成从接触高浓度或高渗透压的聚合物膜一侧向接触低浓度或低渗透压的聚合物膜一侧的绝对运动。最后一步是在薄膜下游表面的分子的解吸和蒸发作用（Singt & Heldman,1993）。吸收过程包含上述过程的前两步，也就是吸收和扩散，而渗透则包括全部3个步骤(Delassus，1997)。
8.2 影响风味吸收的因素
随着聚合物包装材料越来越广泛地用于直接与食品相接触，我们必须考虑到产品与包装材料的相容性。风味的吸收或风味物质的吸收是最重要的相容性问题之一。人们认知到塑料包装存在吸收香气的问题已经有很长时间（Johansson，1993），世界各国科研人员对风味的吸收现象进行了广泛的研究。这个问题非常复杂，已经证实有一些因素对于包装材料对风味物质的吸收程度有重要影响（Nielsen & Jagerstad，1994）。
要理解风味化合物和聚合物包装材料之间的吸附作用，首先应了解风味物质和聚合材料的化学及物理结构方面的知识。塑料包装材料的特性是控制风味吸收量的最重要参数，而聚合物的特性又取决于它的化学本质、形态、配方（有添加剂的复合物）、工艺，甚至还包括储藏方法和使用条件。重要参数是由化学结构决定的，如影响风味吸收的玻璃态转化温度、可结晶性和空穴就取决于所选择的聚合物。
8.2.1 玻璃态转化温度（Tg）
图8.2显示的是一种无定形半晶质聚合物的众多参数之一弹性模量的变化。
1010
108
106
102
104
500
200
300
400
弹性模量E（N/m2）
Tg
Tm
液态
橡胶态
玻璃态转化
交联链
融化温度
玻璃态
刚硬
蠕变
温度
T(K)

图8.2 弹性模量随温度的变化情况
图中还显示玻璃态转化情况和融化温度。
引自 Wesselingh 和 Krishna，2000。
如图8.2中所示，在相变的地方有2个突变。在低温时，聚合物刚硬易碎，犹如“玻璃”一般。当达到玻璃态转化温度Tg时，弹性模量急剧下降，而此时聚合物的许多其他参数只是稍有变化。在高于玻璃转化温度时，聚合物变得柔软，有弹性，犹如“橡胶”。在高温时，聚合物会融化形成一种黏性流体（Wesselingh & Krishna,2000）。我们知道的玻璃态聚合物有聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚碳酸酯（PC）和聚乙烯石脑油（PEN），它们的Tg都高于常温。在室温下，玻璃态聚合物的键链坚硬，对于低浓度风味物质的扩散系数很小。橡胶态聚合物，如聚烯烃类中的聚乙烯（PE）和聚丙烯塑料（PP），其Tg低于常温。橡胶态聚合物对风味物质有较高的扩散系数，在这种结构中，能够很快达到稳态渗透（Giacin & Hernandez，1997）。除空穴较大的聚合物外，玻璃态转化温度较高的硬链化聚合物其渗透性通常较低（Miller & Krochta，1997）。
8.2.2 空穴
聚合物的空穴是指分散在固态聚合物中的分子“空闲”容积。渗透分子很容易沿着这些空间通过。通常来说，在结构上存在低对称性或长侧链的聚合物其空穴和渗透性较高（Salame，1989）。
8.2.3 结晶度
许多年以前人们就已经认识到了结晶度对吸收作用的重要性。所有的聚合物或多或少都有部分是无定形的，在这些无定形区域，聚合物链次序混乱。但是，聚合物通常也包含一些“结晶”，在这些区域，聚合物主链或多或少呈有序排列。结晶区域比无定形区域一般要密10倍，很多渗透物实际上无法渗透进去。因此，在聚合物中，扩散主要发生在无定形区域，在此区域沿着聚合物主链会有轻微的振动。这些轻微的布朗运动能够使部分聚合物链互相分离，导致“洞”的出现。就是通过这些“洞”，渗透物分子扩散进入聚合物（Johansson，1993；Wesselingh & Krishna,2000）。故聚合物中结晶度越高，其吸收作用就越小。
8.2.4 风味物质的浓度与混合物
关于风味物质吸收与液体和气体中吸收剂的相对浓度间的关系的报道很少。Mohney等（1988）报道，较低的吸收剂浓度对聚合物的影响程度很小，被吸收化合物的量直接与吸收剂的浓度成比例。在较高浓度时，聚合物材料对风味物质的吸收可能是通过膨胀来改变聚合物模型的（Charara，1992；Sadler & Braddock，1990）。因此，为了避免对被吸收的风味物质的量和聚合物膨胀程度的过高估计，建议使用多种风味物质的混合物，其浓度应在实际食品应用的期望值范围以内（Johansson & leufven，1997）。然而，为得到可靠的和重现性好的分析数据，实验过程中通常都会提高风味物质的浓度。不同的风味化合物之间的相互作用，也可能会影响到聚合物食品包装材料对小分子化合物的吸收（Delassus et al.，1988；Kwapong & Hotchkiss，1987；Letinski & Halek，1992）。与单一风味物质的系统相比，混合物中一些风味化合物的吸收率较低。出现这种情况的原因，可能是各化合物之间对于聚合物空穴的竞争，也可能是溶液中化合物溶解性的改变引起溶液与聚合物间相分离的变化。因此，使用单一种类的化合物模型溶液，有可能对实际食品包装应用中的吸收量做出过高的估计（Johansson & leufven，1997）。
8.2.5 极性
在吸收过程中，风味化合物和聚合物膜的极性也是一个重要的因素。不同种类的风味化合物的吸收行为，很大程度上取决于它们的极性。不同塑料材料的极性不同，因而对风味化合物的吸引力也不同（Gremli，1996）。如果聚合物与风味化合物的极性相近，风味化合物就比较容易被吸收进聚合物膜内（Quezada Gallo et al.，1999）。聚烯烃类聚合物的亲脂性较强，可能对脂肪、油类和香气等非极性物质的包装产品不利，因为它们有可能会被吸收并保留在包装材料内（Hernandez-Muaoz et al.，2001）。而聚酯类聚合物极性比聚烯烃类强，对非极性物质的吸引力较小。
8.2.6 分子的大小和结构
渗透物分子的大小也是另一个因素。相对于大分子来说，数量越多，分子越小，吸收越迅速。由大分子合成的聚合物，因新空穴的出现，具有较强的吸收能力（Landois-Garza & Hotchkiss，1987）。一般来说，含有同一官能团的化合物，其吸收能力随分子链上碳原子数目的增加而增强，直至达到一定的限度。Shimoda等（1987）报道，含有少于10个碳原子的醛类、醇类和甲脂类物质，其吸收能力随分子量的增加而有所增强。对于更大一些的分子而言，分子增大的影响超过了聚合物中化合物溶解性增加的影响，导致溶解系数下降。Linssen等（1991a）报道，高密度聚乙烯（HDPE）可以吸收酸奶中的含有8个及以上碳原子的化合物，而较小的分子却能保留在产品中。他们还发现，支链较多的分子要比直链分子容易被吸收。
8.2.7 温度
温度可能是影响输送过程最为重要的环境要素。根据阿伦尼乌斯方程，气体和液体对于聚合物的渗透性随温度的升高而增加。较高温度条件下，风味吸收作用增强的可能原因有（Gremli，1996）：
l 提高风味分子的动能；
l 改变了聚合物的结构，如膨胀或降低结晶度；
l 改变了挥发性成分在水相中的溶解性。
8.2.8 相对湿度
对一些聚合物来说，潮湿的环境对它们的阻隔性能有很大的影响。由于水的亲合性，水蒸气的存在加速了聚合物中气体和水蒸气的扩散。扩散到薄膜内的水，其作用就像添加的增塑剂一样。通常来说，对于亲水性薄膜，如聚乙烯醇（EVOH）和多数聚酰胺类，由于聚合网络结构所要求的动能提高，水的增塑效应将通过增加扩散而使渗透性增强（Johansson，1993）。被吸收的水分并不影响聚烯烃类和另外一些聚合物的渗透性，如PET和无定形的尼龙，它们的氧渗透性随着湿度的增加只有轻微的降低。因为在许多包装中湿气无法避免，所以湿气对包装的影响不容忽视。环境的相对湿度通常高于50%，而食品包装内部的相对湿度则接近100%（Delassus，1997）。
8.3 食品基质的作用
包装食品的质量和货架期，在很大程度上取决于聚合物膜的理化特性及储藏期内食品组分与包装的相互作用。一些调查结果表明，大量香味化合物能够被塑料包装材料吸收，这就会造成香味强度的损失或风味的不平衡(Hotchkiss，1997；Arora et al.，1991；Lebosse et al.，1991a；linssen et al.，1991a；Nielsen et al.，1992；Paik，1992)。
食品基质中的组分对于确定塑料包装材料吸收风味物质的量十分重要（除其他因素外，见图8.3）。关于食品基质对于包装材料吸收风味的影响方面的文献报道很少。Linssen等（1991b）和Yamada等（1992）指出，橙汁中的果肉可以降低聚烯烃包装材料对挥发性化合物的吸收。他们还指出，果肉颗粒能够保持风味化合物（如柠檬烯）与水相的平衡，因而减少了塑料对风味化合物的吸收。
温度、储藏时间
食品基质
吸收
聚合体
结晶度、极性、形态

风味
分子量、浓度、极性
相互渗透
亲和力

图8.3 影响塑料吸收风味物质的因素
引自 Van Willige 2002c
作为含酒精饮料模型，Fukamachi等（1996）研究了乙醇溶液中风味化合物的吸收行为。低密度聚乙烯（LDPE）膜对于均匀的挥发性成分（长度为4～12碳链的酯类、醛类和醇类）混合物的吸收量，在乙醇体积分数为5%～10%时达到最大值，随着乙醇体积分数的提高而迅速降低。EVOH膜也呈现出相似的吸收行为，在乙醇体积分数为10%～20%时吸收量达到最大。Nielsen等（1992）研究了LDPE对橄榄油中风味的吸收，发现这种塑料能够大量地吸收橄榄油及油中的风味物质。醇和短链酯在油/聚合物体系中的分配系数却比在水/聚合物体系中的要高，而醛和长链酯在油/聚合物体系中的分配系数却比在水/聚合物体系中的要低。对于香味化合物的吸收，不仅所用塑料材料的种类很重要，风味与食品成分间的相互作用可能也很重要。这些机理的相对重要性，随着风味化合物的特性（官能团、分子大小、形状、挥发性等）和食品组分的理化特性的不同而有所变化（Kinsella，1989；Thanh et al.，1992）。
关于风味成分与非挥发性食品成分的结合以及它们的相同（食品成分/水和水/聚合物）分离方面的知识，对于评价聚合物的吸收速率和吸收量相当重要。许多食品是含有脂肪和水的乳化液，如牛奶和牛奶制品，故脂肪含量是食品基质中的一个重要变量。为了降低热量的摄入使食品更为健康，通常需要降低脂肪/油的含量，去除或降低脂质含量可能会导致风味的失衡，密度也要比原来的全脂食品高得多（Widder & Fischer，1996；Ingham et al.，1996）。
De Roos（1997）曾报道，对于含有水相和油相的产品，风味化合物分散在脂肪（或油）、水和空气这三相之中。风味物质在食品的油或脂肪相中的释放速度会比在水相中慢些。这主要原因在于：首先，油脂中的传质阻力比水中的高；其次，油/水乳剂中的风味化合物先是从油脂中释放到水相中，再由水相释放到顶部空间的。Kinsella（1989）报道了风味化合物与食品组分间相互作用的几个机理。在脂质体系中，风味释放的速率受溶解度和分配速率的控制；对于多聚糖，大部分是通过非特异性吸收和内含物的形成而与风味化合物相互作用；在蛋白体系中，吸收、特殊键合、圈闭、包裹、共价键合都可以保留风味。
油脂和脂肪酸也能够被聚合物吸收（Arora & Hakek，1994；Riquet et al.，1998），这将导致其氧渗透性的提高（Johansson & Leufven，1994）和多层复合包装材料的分离（Olaffson & Hildingson，1995；Olaffson et al.，1995）。然而，关于油脂对于塑料包装材料中风味化合物吸收的影响方面的可靠数据很少。Nielsen等（1992）发现，同是采用LDPE包装，相对于加到水溶液中，将苹果香气化合物加到并储藏在纯橄榄油中，香气成分损失得更多一些；这可能是香气成分、聚合物和溶液的极性不同的缘故。因此，油脂对风味化合物（感官特性、强度、挥发性等）和包装材料的特性都有重要影响。
Van Willige等人（2000a，b）在基质组成对食品产品的影响方面做了更为详细的研究。它们使用了一个包含柠檬烯、癸醛、芫荽醇和乙烷基2-甲基丁酸（E2MB）的模拟体系，研究代表不同食品基质的各模型中超低密度聚乙烯（LLDPE）对风味的吸收行为。研究发现，蛋白质、β-ruqiu阮（β-lg）和酪蛋白都可以抑制癸醛和苧烯的吸收，这是因为β-lg能与癸醛发生不可逆反应，而酪蛋白能够通过疏水键和共价键与苧烯和癸醛结合。Dufour和Haertle（1990）及Charles等人（1996）报道，β-lg不能与柠檬烯、芫荽醇这样的萜烯键合。但是，目前人们还不能完全解释乙烷基2-甲基丁酸的状况，有待于进一步研究。
碳水化合物也会影响到LLDPE对风味化合物的吸收。在有果胶和羧甲基纤维素存在的情况下，LLDPE对柠檬烯和低浓度癸醛的吸收速率将会下降。增加黏性可以减缓基质中风味化合物向LLDPE中的扩散。Roberts等（1996）也报道过，在黏度相近的增稠溶液中，风味的释放现象并不相同。他们的研究结果表明，黏度以及增稠剂键合作用对风味的释放都有影响。含碳氢键增稠剂的键合作用通常是由吸收、微型区域中的圈闭、络合作用、包裹和适当官能团间的氢键结合作用引起的（Kinsella，1989；Damodaran，1996）。二糖、乳糖和蔗糖也能与水键合，产生盐析效应，使芫荽醇和乙烷基2-甲基丁酸等风味化合物的极性减弱，聚合物的吸收作用增强。Godshall（1997）报道，二糖通过水合作用可以减少游离水的量，水合作用可以增加风味物质的有效浓度，从而加强它们在聚合物中的吸收。
然而，食品基质影响风味吸收的主要原因是油脂的存在。即使是少量的油（50g/L）对风味的吸收量也有很大的影响，能使柠檬烯和癸醛的浓度降到5%左右。当油脂量降低2g/L时，吸收量降低了50%，这说明油脂的存在对于聚合物包装材料中风味化合物吸收水平的影响非常大（图8.4）。
实验揭示了风味化合物与油、碳水化合物和蛋白之间的相互作用，但是，在不同食品基质对于塑料包装材料吸收风味物质的影响方面，长期以来还并未研究清楚、Van Willige等（2000a，b）研究表明，食品组分影响LLDPE的风味化合物吸收量的程度顺序为：油脂>>多聚糖和蛋白质＞二糖。由于许多风味化合物的亲脂性，相对于不含或含少量油脂的食品产品来说，油脂含量较高的食品中被LLDPE的风味物质吸收而造成的风味损失要小一些。
柠檬烯
癸醛
E2MB
芫荽醇
60
50
40
30
20
10
0
1.4
1.2
1.0
0.6
0.8
0.4
0.2
油浓度（g/L）

图8.4 在4℃下放置1d后，LLDPE中油浓度对柠檬烯、癸醛、
芫荽醇和E2MB的相对吸收量的影响
引自Van Willige et al.，2000a。
8.4 包装材料的作用
选择食品包装体系的一个重要因素就是包装材料的阻隔性能。阻隔性能包括对气体（如氧气、二氧化碳、氮气及乙烯）、水蒸气、香气化合物和光的阻隔，这些因素对于保持食品的质量至关重要。对潮气和氧气的有效阻隔可以使产品保持鲜脆，减少食品成分的氧化。塑料能广泛地用于食品包装的主要原因就是它们的柔性、形状及大小多样性、热稳定性和阻隔性。由于PE和PP具有较好的热稳定性、较低的成本和较低的透湿性，它们已经使用了很长时间。但是，由于透气性差，PE必须与铝箔和纸层叠制复合包装材料。在最近几十年里，PET和PC在食品包装中的使用日益频繁。PET具有良好的机械性能、高透明度和相对低的透气性；而PC坚韧、牢固和透明，但透气性差，而且价格依然很高。
与玻璃不同，塑料不是惰性材料，它允许水、气体、风味、单体和脂肪酸等化合物因渗透、迁移和吸收作用，而在视频产品、包装及环境三者之间进行传递。塑料包装的食品质量和货架期在很大程度上取决于聚合体膜的理化特性以及储藏期内食品组分与包装材料的相互作用。一些研究表明，塑料包装材料能够吸收大量的香气化合物，导致香气浓度损失和风味失衡（Van Willige et al.，2000a，b；Arora et al.，1991；Lebosse et al.，1997；Linssen et al.，1991b；Nielsen et al.，1992；Paik，1992）。吸收作用也可能会间接地影响到食品质量，影响途径如引起多层包装材料的层间开启（Olafsson & Hildingsson，1995；Olafsson et al.，1995）和改变塑料包装材料的阻隔性能和机械性能（Tawfik et al.，1998）。对许多包装食品的货架期来说，包装材料的透氧性也是一个重要因素。有关被吸收的化合物对包装材料透氧性影响方面的文献很少。Hirose等（1998）报道，由于吸收了d-柠檬烯，LDPE和2类离子键聚合物的透氧性都有所增加。Johansson和Leufven(1994)研究了油菜籽油对不同的聚合物包装材料阻氧性的影响。他们发现，即使是在油菜籽油储藏长达40d以上，无定形聚合物的PET仍保持有良好的阻氧性。而当与油菜籽油接触40d以后，聚烯烃类（PP和HDPE）材料的氧气传递速率（OTR）升高，原因在于聚合物基质出现了膨胀。但是，氧气传递速率的上升与油脂吸收量的增加并不成正比例关系。
Sadler和Braddock（1990）的研究表明，LDPE的透氧性与柠檬烯的吸收率成正比。在另一篇文章中他们认为，LDPE的透氧性和柑橘类风味挥发性成分在LDPE内的扩散系数，与这些化合物在LDPE内的溶解度有关（Sadler & Braddock，1991）。LDPE的透氧性的这种增强只能解释为吸收作用的结果。挥发性分子附着在该聚合物表面时，会阻碍氧气的渗透，使得透氧性有可能降低，也有可能保持不变。LDPE的透氧性获得了增强，这表明在吸收了挥发性成分后，一定是引起了聚合体结构的变化。由于风味化合物吸收是影响塑料包装材料透氧性的一个主要因素，因此，在确定食品的货架期时，有必要更加彻底地弄清楚这一重要因素。
Van Willige等人（2002b）研究了LDPE，PP，PC和PET这几种包装材料的透氧性对于它们吸收几种风味化合物（柠檬烯、癸醛、乙烷基醋酸和2-甲基庚基酮）行为的影响。他们利用均衡连续流动装置，测定了裸露的聚合物的透氧率。采用这种均衡连续流动技术检测时，在整个渗透过程中测试薄膜两侧的压差始终保持不变。其中，高压侧（氧气室一侧）的压力保持恒定值，而低压侧（氮气室一侧）则采用连续的载体气流吹扫渗透过的分子从而保持压力的恒定（Hernandez & Gavara，1999）。
图8.5清楚地显示出了风味吸收总量对4种聚合物透氧性的影响。在风味化合物被吸收后，PP和LDPE的透氧性都有所增加，透氧性的增加说明，聚合体网络结构中的分子发生了变化，一些研究人员报道，利用渗透剂（也就是增塑剂）使聚合物膨胀，可以大幅度提高其扩散系数。在吸收过程中，分子将被吸收到通常存在于无定形区域的空穴（“洞”）内。扩散和聚合物分子链的逐渐松弛，通过
PET
R2=0.166 4
PC
R2=0.750 5
PP
R2=0.989 4
LDPE
R2=0.820 1
0
30
25
20
10
15
5
12
10
2
8
6
4
渗氧率（10-18m3·m/m2·s·Pa）
吸收的风味物质的总量（mg/g LDPE，PP，PC×10和PET×100）
图8.5 PP，LDPE，PC和PET在25℃下的透氧率对风味物质总量的影响
引自Van Willige等，2002b
降低交联力，甚至促进聚合物的膨胀，控制吸收速率。这将进一步提高扩散速率，进而进一步影响松弛。结果，一种成分的渗透会影响到另一种成分的渗透，也就是说，聚合体基质的增塑效果明显（Halek，1988；Hernandez-Munoz et al.，1999）。
被吸收的水分对乙烯醇（EVOH）和多数聚酰胺等一些亲水性聚合物的渗透性也有着相仿的影响。一般认为，在相对湿度较高的情况下，被吸收的水分子将与聚合物基质中的羟基结合，从而弱化聚合物分子间的氢键。结果是交链距离增加，空穴扩大，从而使氧气和其他气体的扩散更为容易。亲水性聚合物基质中水的存在不仅仅会影响到渗透物的吸收和扩散方式，而且，由于水的增塑效应，还能够导致聚合物玻璃态转化温度（Tg）降低。当Tg降到储藏温度以下时，透氧性增加的幅度就会相当大（Zhang et al.，1999；Dellassus er al.，1988）。Krizan等（1990）报道，聚合物的空穴是决定其渗透性的一个主要因素。透氧性系数的对数与比空穴的倒数呈明显的线性关系。Sadler和Braddock（1990）也报道过，透氧性与柠檬烯的吸收量成比例。风味化合物的某种分子构成的作用要比风味化合物的吸收量大一些。单一风味化合物的吸收会造成PP的膨胀，也就是说，它会增强空穴。橡胶态聚合物（LDPE和PP）的应力松弛时间较短，对于趋于改变物理条件的应力，它们的响应非常迅速。而玻璃态聚合物（PC和PET）的应力松弛时间较长，渗透（分子）就可能潜藏在“洞”或不规矩的空穴内，因而，固有扩散迁移率的差异很大（Stern & Trohalaki，1990）。
Hernandez-Munoz等人（1999）报道，被吸收的风味化合物对于氧气传递的影响可能表现在两个方面：①风味化合物和氧气竞争相同的位点，由于许多位点已经被风味化合物所占据，从而降低了氧的溶解性；②风味化合物使聚合物膨胀，打开了聚合物的结构，增大了聚合体的空穴，也就增强了氧的传递。我们假定，如玻璃态聚合物一样，橡胶态聚合物中也有洞的存在。在Tg上下，“空洞填充”都是一种重要的吸收模式，在橡胶态和玻璃态这两个区域之间，吸收机理有一个至关重要的区别；在橡胶态中不会出现空洞饱和，这是因为不断会有新空洞的形成来替代那些已经填充渗透分子的空洞（Stern & Trohalaki，1990）。Landois-Garza和Hotchkiss（1998）报道，聚合物基质中的水分子将占据渗透分子扩散使用的“空洞”，实际上延长了所需的扩散路径的长度，从而降低了渗透扩散系数。
由风味吸收而引起的PC中氧的扩散系数的线性下降表明，该研究也发现了因氧扩散路径延长而出现的“空洞填充”现象。但是，处于25℃玻璃态的PET，其透氧率受风味化合物的吸收的影响并不显著。由于PET得透氧性很低，接近氧气分析仪的检测下限，所以我们无法确定风味物质吸收对透氧性是否具有显著影响。为了更好地研究风味物质的吸收量对PET透氧性的影响，我们需要更灵敏的氧气分析仪或更小的渗透池。Van Willige等人（2002b）认为，在多种风味化合物中暴露8h后，因风味物质的吸收使PP和LDPE的透氧率分别提高了130%和21%。
由于较高的透氧性能，采用LDPE或PP包装且含有测试风味化合物的这种对于氧气敏感的产品（如橙汁和苹果汁），其货架期将会缩短。另外，经在多种风味化合物中暴露了21d后，PC的透氧率下降了11%，因此风味的吸收对PC包装的氧敏感产品的货架期也可能会有积极影响。PET的透氧性并不受风味化合物存在的影响，也就是说PET能够一直保持良好的阻氧性。应该注意到，出了柠檬烯外，风味化合物在实际食品产品中的浓度要比我们这里所研究的要低得多。因此，在食品和饮料中，这些作用效果可能会变小，甚至一点都不明显。
8.5 风味调整和感官质量
风味吸收的一个主要问题就是它影响食品质量的方式。在这一领域，针对果汁开展的研究较多。在最近几十年，在果汁的质量方面，尤其是多层复合薄膜无菌包装产品，已经进行了广泛的研究。在储藏过程中的感官质量下降问题非常常见（Marshall et al.，1985；Moshonas & Shaw 1989a，b）。利乐砖（Tetra Brik）和康美包（Combibloc）这两种LDPE多层薄膜复合包装，都是果汁常用的无菌包装，LDPE这种包装材料能够吸收大量的风味化合物（Arora et al.，1991；Nielsen et al.，1992；Van Willige et al.，2002a），据此，食品工业经常在食品中过量添加风味化合物，以保证在产品的货架期内，产品的口感和风味能够被消费者所接受（Lebosse et al.，1997）。
虽然仪器结果分析表明，大量的风味化合物被聚合体包装材料吸收，而且风味的大量损失足以影响到包装食品的感官质量，但是，很少有研究人员配合仪器分析的结果来做一些感官测试（Durr et al.，1981；Kwapong & Hotchkiss，1987；Mannbeim et al.，1987；Moshonas & Shaw，1989b；Sharma et al.，1990）。Durr等人（1981）报道，在20℃储藏3个月后，橙汁中d-柠檬烯的吸收量达到了40%，但是并没有影响到橙汁的感官质量。这说明d-柠檬烯对橙汁的风味几乎没有什么贡献。此外，他们甚至认为柠檬烯的吸收是一种有益的现象，因为它是产生α-萜品醇等异味的化合物的前提物质。他们还报道，储藏温度时影响橙汁货架期的主要质量参数。
Kwapong和Hotchkiss（1987）发现，在用LDPE薄膜条吸收了水溶液中的柑橘精油后，感官评价人员能够察觉到香味发生了很大的变化。Moshonas和Shaw（1989a）报道，将商业无菌包装的橙汁在21℃和26℃储藏6周后，感官评价人员对于风味的评分明显下降。由于吸收和潜在的异味化合物增加的共同作用会造成柠檬烯的损失，而柠檬烯的损失又引起风味发生了可察觉变化，Mannbeim等人（1987）发现，用LDPE多层复合薄膜包装的橙汁和葡萄汁的货架期比用玻璃瓶罐装的短得多。他们还观测到了抗坏血酸的损失和更为严重的褐变现象，发现柠檬烯的含量下降了40%，其他挥发性成分并没有进行分析检测。在25℃下储藏10周后，味道就开始出现变化。Sharma等人（1990）报道，对于水果片（柠檬和橙子）及饮料（芒果、橙子和蓝葡萄），PE和PP的接触并未造成产品感官质量的可察觉变化。Pieper等人（1992）分别用玻璃瓶和LDPE多层复合薄膜包装橙汁，并在4℃下储藏24周，结果发现，LDPE包装材料吸收量50%的d-柠檬烯和少量的醛、醇，但是对橙汁的感官质量没有产生明显的影响。这个结果可能与较低的储藏温度有关。Sadler等人（1995）报道，在4.5℃下降橙汁储藏3周后，根据LDPE、PET和EVON对风味化合物的一般和选择性吸收来看，没有证据证明风味的吸收与橙汁感官特性的变化有直接关系。Marin等人（1992）将橙汁与LDPE和一种高聚物（热溶液）直接接触，在25℃下存放24h，聚合物吸收了70%以上的柠檬烯。但是气相色谱-气味检测（GCO）的分析结果却说明柠檬烯只是具有很低的香气活性。而且，聚合物并没有实质性地改变橙汁中的活性香气成分。
Van Willige等人（2003）研究了同一模拟体系（含辛烷、癸烷、乙烷基丁酸和2-甲基庚基酮）和还原橙汁中3种不同的包装材料（LDPE、PET和PC）的风味吸收现象，其中的感官评价由27个评审员组成的感官评定小组完成。在这一模拟体系中，朱栾倍半萜（valencene）几乎全部被LDPE所吸收，吸收稍少的是癸烷、己基乙酸、辛烷和甲基庚基酮。PC和PET吸收的风味化合物要少得多，与LDPE相反，它们吸收的朱栾倍半萜最少，而癸醛最多。来自橙汁中的柠檬烯很容易被LDPE，而香叶烯、朱栾倍半萜、萜烯和癸醛的吸收量则较少。只有3中来自于橙汁中的风味化合物会被PC和PET吸收，而且吸收量很小，它们是柠檬烯、香叶烯和癸醛。虽然仪器分析的结果显示，与空白样品相比采用聚合物包装的样品中风味含量明显减少，这说明聚合物吸收了大量的风味化合物，但是感官评价小组并未察觉出风味被吸收而给产品带来的差别。Van Willige（2002b）认为i，聚合体包装材料的风味吸收不是造成食品产品的储藏过程中可感知风味变化的主要原因；很有可是其他机制起到了更重要的作用，如化学降解导致产生异味的化合物的出现。
Sizer等人（1988）指出，储藏温度突然是延缓风味损失和达到满意的货架期及品质最为重要的因素。根据所有已公开出版的数据资料，Gremli（1996）指出，有充分的证据证明有风味化合物从饮料和食品中迁移到塑料包装材料内。然而，有关风味化合物的损失与产品感官质量关系的研究还很不够，有些研究结果甚至是矛盾的，其主要原因是风味的变化收到很多参数的影响，如储藏温度和包装材料的种类。因此，考虑到包装材料对风味的吸收速率和吸收量随温度的升高而增加，关于风味吸收对产品感官质量影响的研究应该在室温（也就是无菌包装产品的常规储藏条件）下进行（Van Willige et al.，2002a）。此外，经聚合物处理过和未经聚合物处理的样品（对照）的可比性也很重要，即对于相近的包装，应采用评价特性相近的整个包装体系的同一个感官评定方法，如透氧性（应是玻璃-玻璃，而不是玻璃-纸板）。
8.6 包装与风味的相互作用
包装与风味的相互作用是否重要，取决于它们对包装的食品质量的影响程度。食品基质是决定包装与风味的相互作用的重要程度的主要因素。含有油脂的食品能将风味化合物保留在食品中，能够减少风味吸收引起的损失。一些但报纸能够与风味化合物键合，从而不会被塑料聚合物吸收。而亲水性食品与食品基质中风味化合物的键合能力较差，所以这些食品中的风味化合物很容易流失到包装聚合物中，形成质量缺陷。许多风味化合物是亲脂性的，对PE和PP等非极性的聚合物的亲和力很强，所发现的风味化合物的最大吸收量就出现在这类聚合物中。
聚酯类物质，如PET，PC和PEN，具有较高的极性，所以它们对一般的风味化合物的吸引力较弱。这就是说，聚酯塑料吸收的风味化合物较少，所以，作为包装材料，这类聚合物比较适用于易因风味吸收造成风味化合物损失的食品。另一方面，说明风味吸收影响产品的味道和香气的证据又几乎没有。虽然风味化合物会被包装材料大量地的吸收，但却极少发现有产品出现感官缺陷。另外一个因素就是影响聚合物特性的方式。有证据显示，风味化合物的吸收会导致聚合物透氧性的增强。就是说，作为次要方面，氧化反应也会影响到食品质量，例如脂质氧化会影响产品的品质。
决定包装与风味相互作用的重要性的第二个参数就是聚合物的机械性能，有关风味的吸收是如何影响聚合物的机械特性的研究文献极少。另一方面，包装与风味的相互作用也具有有益的一面，关于利用食品包装与风味的相互作用的尝试也曾有文献报道。