药品包装技术09(改善和控制气氛包装技术)

第九节改善和控制气氛包装技术本节内容：概述真空和充气包装机理真空和充气包装工艺改善气氛包装（MAP）和控制气氛包装（CAP）的技术一、概述自20世纪以来，已采取改善和控制药品周围气体环境的方法来限制药品的生物活性。改善药品的气体环境，可以大大延长药品的生物生化变质。改善和控制气氛的包装主要有真空和充气包装、改善气氛包装（MAP）及控制气氛包装（CAP）。二、真空和充气包装机理（一）真空包装1、药品真空包装的意义：把药品装入气密性包装容器中，在密闭之前抽真空，使密封后的容器内达到预定的真空度。常用的包装容器有金属罐、玻璃瓶、塑料及其复合膜等包装容器。金属罐易锈蚀，玻璃瓶易破损，采用塑料及其复合材料的软包装材料逐步取代前两者，具有重量轻、贮运流通食用方便的特点。2、真空包装的保质机理真空包装的目的：减少包装内氧气的含量，防止药品的霉腐变质，保持药品原有性质，并延长保质期。真空包装保质的机理：药品表面的微生物一般在有氧条件下才能繁殖，真空包装则使微生物的生长繁殖失去条件，储存温度对细菌繁殖影响也很大。对微生物来说，当氧浓度小于1％时，它的繁殖能力急剧下降。在氧的浓度为0.5％时，多数微生物将收到抑制而停止繁殖。另外，药品的氧化、变色和褐变等发生变质反应与氧有关，当氧的浓度小于1％时，也能有效控制油脂药品的氧化变质。影响真空包装的保质效果因素：高真空度包装机械、正确合理的包装技术，如适当的杀菌和冷藏等。（二）充气包装1、充气包装的特点在包装内充填一定比例理想气体的一种包装方法，其目的与真空包装类似，也是破坏微生物的生存繁殖条件，减少包装内氧含量及充入一定量的理想气体减缓包装药品的生物生化变质。与真空包装的区别：抽真空后，还要充入理想气体入氮气、二氧化碳等。充气包装与真空包装相比较，优点？！2、充气包装的保质机理充气包装常用的充填气体有二氧化碳、氮气、氧气及其他混合气体，其他很少用的气体有二氧化氮、二氧化硫、氩气等。（1）二氧化碳空气中的二氧化碳正常含量为0.3％；二氧化碳低浓度时，促进许多微生物繁殖；高浓度时，阻碍多数需氧菌和霉菌等微生物繁殖，延长微生物生长的停滞期和延缓其指数增长期，因此有防霉和防腐作用。但是，二氧化碳不能抑制厌氧菌和酵母菌的繁殖生长。在混合气体中，二氧化碳的浓度超过30％足以抑制细菌增长。二氧化碳溶于水产生弱酸性的碳酸，pH值的降低对微生物也有抑制作用。二氧化碳对油脂以及碳水化合物等有较强的吸附作用，因而保护药品减少氧化，有利药品贮存。（2）氮气氮气在空气中占78％，是一种理想惰性气体，一般不与药品发生化学作用。当包装内提高氮气浓度，则相对降低氧气浓度，防止药品氧化和抑制细菌生长。氮气不直接参与药品中微生物的作用，它在气调包装中的作用是：一是取代、抑制药品本身和微生物的呼吸；二是作为填充气体，保证产品在呼吸包装内的二氧化碳后仍有良好外形。对极易氧化变质的药品，充氮包装能有效延缓药品的氧化变质并保全药品。（3）氧气氧气在空气中占21％，是微生物生存不可少的气体，并由于其个性活跃，会引起药品变质和加快腐败细菌的生长，一般包装内不允许存在；因此，根据包装药品的性能特点，可选单一气体或不同气体组合的理想气体充入包装内，达到理想保质效果。一般，氮气的稳定性好，可单独应用于药品充气包装；对有一定水分活度、易发生霉变等生物性变质的药品，采用二氧化碳和氮气的混合气体进行充气包装。研究表明，对同一种薄膜，三种气体的透过比例为：氮气：氧气：二氧化碳＝1：3：15～30说明，氮气是药品充气包装的一种理想气体。思考：与真空包装相比较，充气包装有哪些优点？三、真空和充气包装工艺设计（一）包装材料的选择对塑料包装材料而言，其透气、透湿性与塑料的分子结构、薄膜厚度和温湿度等因素有关；真空或充气包装后，受大气环境影响，包装容器内的氧气和混合气体的浓度、组分会发生变化。因此，选择塑料材料的原则，减少大气环境的影响，获得尽可能长的保质期。根据药品的特点，真空和充气包装对透气性要求，分为两类：一是高阻隔性包装材料。用于药品的防腐包装，减少包装容器氧含量和混合气体各组分浓度变化；二是透气性包装材料。用于药品包装时维持其低的呼吸速度。真空和充气包装对透湿性的要求是相同的，对水蒸气的阻透性越好越有利于药品保质。真空和充气包装均需要气密性好的包装材料。对真空包装而言，要有良好的阻氧性；对充气包装而言，要有对氧和对充入的气体都有良好的阻隔性。（二）真空和充气包装的工艺要点1、注意贮存环境温度对真空和充气包装效果的影响2、注意真空和充气包装过程的操作质量3、真空和充气包装的适用范围四、MAP和CAP包装技术（一）MA和CA气调系统原理MA（modifiedatmosphere），也就是改善气氛，指采用理想气体组成一次置换，或在气调系统中建立起预定的调节气体浓度，在随后的贮存期间不再受到人为的调整。CA（controlledatmosphere），也就是控制气氛，指控制产品周围的全部气体环境，即在气调贮藏期间，选择的调节气体浓度一直受到保持稳定的管理或控制。CA或MA不是单纯的排除氧，而是改善或控制药品贮存的气氛环境，延长药品的包装期。判断一个气调系统是CA型或MA型的关键是看已建立的环境气氛是否具有调整和控制功能。薄膜气调包装系统模式，见下一页。同时存在两种过程：一是产品（包括微生物）的生理生化过程，即新陈代谢的呼吸过程；一个是薄膜透气作用导致产品与包装内气体的交换过程。薄膜气调包装系统模式：水水氮氧水氮氮氧氧CO2CO2CO2VGVGVG热热热调节气体C2H4C2H4产品表面环境大气薄膜备注：VG是挥发气体（二）MAP和CAP改善和控制气氛包装统称气调包装。特点：以小包装形式将产品封闭在塑料包装容器内，其内部环境气体可以是封闭时提供的，或者是封闭后靠内部产品的呼吸作用自发形成的。封闭后包装内的理想气体一般不再人为方式进行维持管理；对于较大的包装件，在贮藏期间也可实施适当的换气管理。1、CAPCAP的主要特征：包装材料对包装内的环境气氛状态有自动调节作用，要求包装材料具有合适的气体可选择性，以适应内装产品的呼吸作用。CAP系统应该是在低氧和高二氧化碳浓度下达到两种气体平衡为主体状态，产品的呼吸速率基本等于气体对包装膜的进出速率。包装内的理想气氛状态可由包装后产品的呼吸作用自发形成，也可在包装时人为提供（配气）除了维持事宜的包装内气氛状态稳定外，还可在包装内引用活性炭之类的吸附剂，消除呼吸代谢产生的乙烯等有害气体。2、MAP改善气氛包装，用一定理想气体组分充入包装，在一定温度条件下改善包装内环境的气氛，并在一定时间内保持相对稳定，从而抑制药品的变质过程，延长药品的保质期。MAP适于呼吸代谢强度变小的药品包装。五、脱氧封存包装技术（一）脱氧包装的特点脱氧包装（de-oxygenpackaging）是在密封的包装容器内，封入能与氧起化学作用的脱氧剂，从而除去包装内的氧气，使包装物在氧浓度很低、甚至几乎无氧的条件下保存的一种技术。脱氧剂可以将包装容器内的氧全部除去，也可将外界环境种渗入包装内的氧以及溶解在液体等中的氧除去，从而有效制止包装内药品因氧而造成的各种腐败变质。脱氧包装的特点：（1）药品生产工艺中不必加入防腐剂和抗氧化剂等添加剂，从而使药品更安全；（2）脱氧剂合适时，包装内氧浓度低于0.1％，可防止维生素等成分的氧化，较好保证药品原有特色；（3）脱氧包装比真空和充氧包装更有效防止和延缓需氧微生物引起的腐败变质，因此它可适当增加药品中水分，并适当延长保质期。（二）脱氧剂及其作用原理和反应特性1、脱氧剂种类：铁系脱氧剂、亚硫酸盐系脱氧剂、葡萄糖氧化酶有机系脱氧剂和铂、钯、铑等加氢脱氧剂等。脱氧剂共性：脱氧剂中无机和有机物质与包装内的氧发生化学反应而消耗氧，使氧含量降低到要求水平甚至达到无氧水平。（1）、铁系脱氧剂的机理Fe+2H2O→…→Fe(OH)2+H2↑3Fe+4H2O→…→Fe3O4+4H2↑Fe(OH)2+1/2O2+H2O→…→2Fe(OH)3→…→Fe2O3.3H2O2Fe+3/2O2+3H2O→…→Fe(OH)3→…→Fe2O3.3H2O影响因素：温度、湿度（水分）、压力以及辅助助剂（2）、亚硫酸盐系脱氧剂的机理以亚硫酸盐为助剂、以氢氧化钙和活性炭等为助剂。H2O活性炭Na2S2O4+O2→…→Na2SO4+SO2↑Ca(OH)2+SO2→…→CaSO3+H2O2NaHCO3+SO2→…→Na2SO3+H2O+2CO2↑（3）、葡萄糖氧化酶的机理为有机脱氧剂，是葡萄糖氧化成葡萄糖酸的酶催化剂。C6H12O6（葡萄糖）活性炭+O2+H2O→…→C6H14O7（葡萄糖酸）+H2O2H2O2→…→H2O+O适宜条件：30～50℃、pH1.8～6.2（4）、铂（Pt）、钯(Pd)、铑(Rh)脱氧剂的机理通过对氧化过程的催化作用，使氢和氧化合成水。H2+O2→…→2H2O（5）、新型脱氧剂抗坏血酸（维生素C）型脱氧剂：吸收氧气，放出二氧化碳；光照除氧法：透明包装中，封装光敏色料和透氧剂的薄膜，一定强度光照射，氧被迅速除去。2、脱氧剂反应特性（1）脱氧剂的脱氧速度速效型脱氧剂和缓效型脱氧剂；亚硫酸盐系为速效型；铁系为缓效型。（2）脱氧剂反应速度与温湿度条件一般温度高，反应活性强，脱氧速度快。（3）脱氧剂反应类型一般脱氧剂需要水分条件才可反应。有自力反应型和水分依存型两类。（三）封入脱氧剂包装技术要点1、药品包装对脱氧剂的要求对人安全无毒；脱氧剂不应与被包装物发生化学反应；根据不同的脱氧要求选择适宜的脱氧剂。2、脱氧剂的使用方法、用量和使用条件（1）脱氧剂的使用方法脱氧剂有粉末、颗粒和片状等形态；使用方法一，按一定量分装在脱气性好的小袋，然后与被包装物一起封入包装内。使用方法二，将脱氧剂与包装材料接合起来，放在复合材料的夹层中。（2）用量留有一定的安全系数，一般多加15％～20％。可采用氧指示剂，检查脱氧程度。（3）脱氧剂使用的温湿度条件谢谢！