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牛奶從生產(chǎn)到消費(fèi)者手中經(jīng)歷了多個(gè)必要的階段,，包括滅菌,、包裝,、儲(chǔ)存和運(yùn)輸,。牛奶包裝能夠保護(hù)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(dá)消費(fèi)者手中,。

牛奶包裝分為兩個(gè)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(dá)到幾個(gè)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(tái)式掃描電鏡測試/

我們選擇牛奶紙盒包裝進(jìn)行這個(gè)實(shí)驗(yàn),。為了揭示牛奶包裝的復(fù)雜性，從紙盒的兩個(gè)部位截取樣本橫截面,。第一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)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(gè)樣本取自紙盒的接縫處,，這個(gè)部位通常被認(rèn)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(tái)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(jìn)行大面積成像,，并將圖像無縫拼接在一起。此外,，進(jìn)行 EDS 分析以確定包裝材料的各層成分組成,。

圖1常溫牛奶包裝紙盒的截面掃描電鏡 SEM 圖

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(jì)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(qiáng)了包裝強(qiáng)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,。

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(yùn)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,。

圖3冷藏牛奶包裝紙盒的截面掃描電鏡（SEM）圖

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(jì)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(qiáng)度,，也可提高包裝的熱絕緣性能，避免牛奶受外部溫度波動(dòng)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(jìn)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(huì)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(tái)式掃描電鏡的低真空成像,、自動(dòng)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,。