扫描电子显微镜揭示牛奶包装的微结构
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发布时间：2024-08-20 09:50
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时间：2024-08-23 03:37
牛奶包装主要分为常温牛奶包装和冷藏牛奶包装两大类。常温牛奶包装的保质期较长，通常可达几个月甚至一年，而冷藏牛奶包装则需在2-6℃的环境中存放，保质期较短，大约几周。不同类型的牛奶包装其保质期长短与生产灭菌方法、包装技术等多种因素有关。本研究采用扫描电子显微镜（SEM）技术，对这两种包装材料的微观特性进行了深入研究，以探讨其与保鲜能力的关系。
01./ 利用飞纳台式扫描电镜测试/
本研究选取牛奶纸盒包装作为实验对象，从纸盒的两个部位截取样本横截面进行测试。第一个样本来自纸盒的主体区域，代表了牛奶纸盒内的典型结构；第二个样本来自纸盒的接缝处，有助于评估接缝的密封效果和材料的稳定性。
由于牛奶纸盒包装材料为非导电材料，本研究采用飞纳台式扫描电镜大样品室版Phenom XL G2的低真空模式进行测试，以减小充电效应并直接获取样本SEM图像。同时，利用全景拼图软件（AIM）对纸盒接缝区域进行大面积成像，并将图像无缝拼接。此外，进行EDS分析以确定包装材料的各层成分组成。
图1常温牛奶包装纸盒的截面扫描电镜SEM图
表1包装盒截面元素分析结果
常温牛奶包装纸盒的微观分析：如图1所示，常温牛奶包装纸盒截面呈现多层结构，共有六层。通过扫描电镜EDS元素分析功能并结合包装材料供应商的公开信息，可知最外层为一种聚合物，用于阻隔水汽；第二层为图案印刷层，含有较高浓度的钙元素；第三层为纸板层，增强了包装强度和硬度；第四层为粘合层；第五层为铝箔层，起到阻挡光线和氧气的屏障作用；最内层为聚合物层，密封了牛奶。
图2利用全景拼图（AIM）功能检测常温牛奶包装盒接缝处的密封方式
包装的接缝处密封：接缝处密封是包装过程的关键步骤，可以防止牛奶泄漏，并在运输过程中保持结构完整。如图2所示，包装公司采用了两种不同的接缝密封技术，第一种方法是将接口处边缘重叠，并在内部加上额外的高分子密封层；第二种方法采用折叠方式，无需额外的隔离层。
图3冷藏牛奶包装纸盒的截面扫描电镜（SEM）图
图4利用全景拼图（AIM）功能检测冷藏牛奶包装盒接缝处的密封方式
冷藏牛奶包装盒的微观分析：与常温牛奶包装盒结构不同，冷藏牛奶包装盒没有铝箔层，设计类似三明治结构，中央层为纸板层，提高包装盒的强度和热绝缘性能。图4展示了冷藏牛奶盒的接缝处密封，通过边缘重叠进行封口，但没有额外的隔离材料介于牛奶和接缝之间。
02./ 包装材料的可持续性探究/
常温牛奶包装中的铝箔层对密封质量和安全至关重要，但在回收过程中会带来较大挑战。为了解决这个问题，包装材料供应商不断探索可持续的替代方案。
本研究利用飞纳台式扫描电镜的低真空成像、自动全景拼图（AIM）和EDS元素分析功能，全面分析了牛奶包装的微观结构和密封方式，揭示了包装的保鲜能力与其微观结构之间的联系，提升了我们对包装材料在维持牛奶质量和安全方面的理解。
