食品活性包装技术介绍

2023-06-21 理论教育版权反馈

【摘要】：传统的食品包装主要是通过物理方式使被包装食品与外界相对隔绝而保持食品品质的，这种静态的包装方式称为惰性包装。活性包装技术是通过包装材料与包装内部的气体及食品之间的相互作用，来有效地延长商品的货架期或改善食品的安全性和感官性质，并保持食品的品质。活性包装作为一种新型的包装技术，大大促进了食品工业的发展，并展示出了其良好的应用前景。而活性包装技术正是将这些活性包装系统通过各种形式应用于食品包装上。

传统的食品包装主要是通过物理方式使被包装食品与外界相对隔绝而保持食品品质的，这种静态的包装方式称为惰性包装。但是随着食品加工、运输和储存一体化技术的大规模发展，食品的流通扩展到世界各地，不仅需要食品维持较长的货架寿命，还要保持营养新鲜的品质。同时随着人们对身体健康的关注以及对食品质量要求的不断提高，又希望食品加工中尽量减少化学添加剂，因此这对从加工产地流通到销售市场的食品的安全和质量提出了新的挑战，因此，具有特定功能的活性包装应运而生。活性包装最先出现的形式是在包装袋内加入各种气体吸收剂和释放剂，除去多余的CO2、乙烯及水蒸气，及时去除或补充O2，使包装袋内维持一种具有生物活性的适合食品储藏保鲜的气体环境，从而在保持食品原有品质的同时，提高食品的安全性和感官特性，延长食品货架期。这种包装最先用于具有生命的产品包装，也称“维持生命包装”。其包装特点是维持其产品所具有的生命，而不是单纯地保护其色、香、味，是一种动态的包装。传统的活性包装材料主要是气体吸收剂和释放剂，但是随着活性包装的发展，它所涉及的范畴已不仅仅限于此。按照现在的观点，只要是能够主动对食品质量产生正面影响的包装技术都归类到了活性包装技术范畴，是一种智能的包装（也叫作“智能包装”），活性包装所用到的材料称为活性包装材料，所用的技术称作活性包装技术。活性包装技术是通过包装材料与包装内部的气体及食品之间的相互作用，来有效地延长商品的货架期或改善食品的安全性和感官性质，并保持食品的品质。活性包装作为一种新型的包装技术，大大促进了食品工业的发展，并展示出了其良好的应用前景。

1．活性包装的分类

按所包装的产品类别分，活性包装有植物活性包装和动物活性包装。植物活性包装主要研究幼苗花卉及果蔬的包装，动物活性包装重点研究水产品如活鲜鱼类的包装、动物雏禽（鸡、鸭等）的包装。

按功能特性分类，活性包装可分为抗菌、控氧、调湿、除乙烯、风味释放和吸收控温及智能检测等类型。

2．活性包装系统及活性包装技术

活性包装系统又称活性保鲜系统，是指用于活性包装、解决活鲜物品在一段时间内维持生命的系统，这种系统将向活鲜物品（动、植物）提供维持生命的起码条件和动态保证食品的安全与便利性。目前主要的活性包装系统有氧气控制系统、二氧化碳控制系统、乙烯吸收系统、水分控制系统、抗菌系统、温度控制系统、智能检测系统。而活性包装技术正是将这些活性包装系统通过各种形式应用于食品包装上。

（1）氧气控制系统

氧气控制系统是向包装内提供氧气或调节氧气浓度，有的还可吸收氧气。生命的维持缺不了氧，特别是活鲜动植物。例如，很多鲜活植物苗因缺少氧气而失去生命，但有的却不能供氧太多。这种控氧系统也可称为供氧系统，其控氧或供氧原理是在包装中或包装材料中加入能自动产生供氧反应的材料或消耗氧气的材料达到控制氧气的效果。

目前常用的方法是在食品包装袋内放一种装有铁粉的小袋，通过铁粉消耗掉包装袋中的氧气。但这个方法存在明显不足，因为小袋上“不可食用”的警示标志容易引起消费者反感。为此，美国新泽西州的一家密封气体公司正在生产一种本身可以清除氧气的包装袋材料。这种材料有一个可氧化的聚合物内层，它能像铁粉一样捕获并消耗包装袋内的氧气。

天然抗氧剂加入型包装技术的研究是比较热的研究方向。天然的抗氧化剂有生育酚即维生素E、茶多酚、米糠素、甘草抗氧物、栎精等。天然抗氧化剂由于其自身安全、低毒的特点，可以直接用作食品的添加剂，也可加于食品的包装材料如蜡纸、聚乙烯及纸板上，抗氧化剂通过挥发渗透于食品中起抗氧化作用，不仅可以预防食品的氧化，还可以预防包装材料的氧化。

（2）二氧化碳控制系统

二氧化碳控制系统主要用于生鲜食品包装。日本已开发出一种磁土充填的低密度聚乙烯薄膜，具有较高的氧气、二氧化碳及乙烯通过率。法国研制的二氧化碳控制系统则由一个含多孔性化学物质的小包组成，将其粘在包装盘底部，当食品中有液体渗出时，小包装内物质会释放二氧化碳，从而抑制生物滋生；有的还要对包装中的二氧化碳进行吸收，减少二氧化碳浓度，以提高其生命的活性。

（3）乙烯吸收系统——防后熟包装技术

乙烯吸收系统对植物活性包装十分重要，因植物体释放出的乙烯气体会促进植物、果蔬等生长及腐败，而乙烯气体又可以被多孔性的无机矿物质如硅石、沸石等所吸收，故将这类材料研成粉末，直接混入聚乙烯或聚丙烯材料，经挤出成型，制成具有吸收乙烯功能的薄膜。在日本，已用这种薄膜包装青花菜，并将其贴在瓦楞纸板箱上。用于花卉运输时的主要缺点是价格过高且不具透明性。传统的去除乙烯的方法是使用高锰酸钾制成小包装放在新鲜食品的托盘上，这样可以去除由于呼吸作用产生的和周围环境中存在的乙烯，从而延长货架期。除了传统用高锰酸钾去除乙烯外，澳大利亚专家还开发了一种“乙烯特效药”（C2N2N4）作为除乙烯制剂，它可以在4 小时内有效去除包装空间内的乙烯。

（4）水分控制系统——调湿包装技术

水分控制系统主要是在两层聚乙烯醇薄膜中夹一层丙二醇，再将四周密封，形成一张包装薄膜，用来包装鲜肉、鲜鱼，其水分可被丙二醇吸收，并抑制微生物的繁殖。用这种薄膜包装新鲜蔬菜，不但吸水，而且能吸收乙烯气体，利于活鲜物料（海鲜等）的活性包装及生命的延续。

天然活性干燥剂MT 是金属硫蛋白（Metallothionein）的简称，广泛存在于动植物组织和人体中，具有天然生物活性。用透湿性袋包装的活性MT，主要成分是双八面体的蒙脱石，其蒙脱石的含量在90%以上。它具有固定和抑制病毒的功能，蒙脱石吸水后引起晶格膨胀再吸水，在吸水过程中依靠双八面体吸收被干燥物品中的氧原子，不吸收气体，它具有吸水、除氧、保鲜、防腐等性能。MT 活性干燥剂的除氧、防腐和保鲜功能优于硅胶，废弃的干燥剂埋入土中成为黏土，是一种新型的、健康的、绿色的环保产品，是硅胶的升级换代产品，尤其适用于食品、药品、金属和有色金属、军工、电子与微电子工业、冶金工业等方面。

（5）抗菌系统——抗菌活性包装技术

抗菌系统实际上是一个包装环境卫生保持系统，通过它可使包装内的细菌等微生物受到抑制。抗菌包装技术和材料是无菌包装技术的核心内容，传统的抗菌方法往往是通过材料对某些特定细菌的阻隔性或通过特殊工艺在包装成型前将包装内环境中的细菌杀灭来达到除菌或无菌的效果。但是这种被动的除菌技术的效果会随着产品储存时间的延长或者包装本体的结构性的破坏而大大降低。目前活性抗菌包装技术系统主要有以下几种方式：

①通过杀菌（酒精等）剂、抗生素及其材料所制得，主要有酒精剂小包装和抗生素薄膜等，采用酒精剂小包装置于食品包装内，其方法是：在纸与E/A 共聚物的积层材料制成的小袋内，将食品级酒精吸附于二氧化硅粉末中，小袋重量0.6～6 g，内装有0.5～3 g酒精，可蒸发到包装内部空隙中。用其包装年糕与某些鲜物，酒精蒸气可抑制10 种不同霉菌、15 种细菌及3 种致腐败菌的滋生，使保存期延长5～20 倍。用抗生素可制得抗生素薄膜而形成杀菌材料，用它制造卫生的包装环境。有些活性包装抗生素薄膜则是在其内面涂有一层与金属结合的沸石，当空气透过薄膜时会产生臭氧，能杀死微生物。用该薄膜来包装面包，可保鲜两周不发霉。此外，保护高油脂食品，最简单的做法是将抗氧化剂加入包装膜涂蜡层的内层，但这种做法尚未商品化。SO2 释放尽管由于它的过敏性反应使许多国家还不提倡使用，但是SO2 是一种有效的葡萄球菌抗菌剂并可以延长产品的保质期。最近开发的纤维板包装材料结构中可以释放SO2。这种结构中含有由有机酸与亚硫酸钙组成的夹层，当有水蒸气存在时，SO2 就会形成，并连续地外释。

②抗菌垫片。由PPI 公司生产的抗菌垫片，将以往的聚合度很高的固性抗菌材料做成液体抗菌试剂，然后吸收分散在垫片材料的纤维素中或者具有超高吸收性的聚合物材料中。当人们使用含这种抗菌垫片的材料包装生鲜食品时，抗菌成分会缓缓释放到包装内环境中，而且会随着释放的速度和包装内因生鲜食品生理活动导致的体态变化而发生相应调整，因此能长时间保证包装内环境中保持浓度相同的抗菌气氛，所以这种抗菌垫片相对以往的抗菌技术能更好地保证包装内环境中的无菌氛围。

③天然抑菌剂。迷迭香、壳聚糖都是很好的天然抑菌剂。壳聚糖是甲壳素脱乙酰基的衍生物，是一种来源丰富、可再生、无毒、可吸收降解的天然抗菌剂。1%～2%的壳聚糖醋酸溶液显示了对李斯特菌（Listeria）有抗菌活性。一些食品经杀菌进行无菌包装或者真空包装后，在运输过程中食品的包装破损或者是开封后再储藏，就很难达到原有的无菌效果了。在这种情况下，选择抗菌薄膜包装是最有益的，它能不断释放抗菌剂来抑制微生物的生长，保证食品的安全，延长食品的货架寿命。食品变质主要是受微生物影响，在塑料中添加抗菌剂也可以有效抑制微生物的繁殖，特别是用在潮湿环境中的PVC 制品上。天然抗菌剂薄膜和高分子抗菌剂薄膜的抗菌机制都是通过分子链上的电荷与微生物作用，从而抑制微生物繁殖，起到抗菌作用。目前用于食品包装的主要有壳聚糖、山梨酸、姜黄根醇。

目前，根据抗菌包装体系中抗菌剂应用形式的不同，抗菌食品包装主要可以分为五大类：

①将含有挥发性防腐剂的小包或固体片剂直接装入包装袋；

②将抗菌剂直接混入聚合物的包装材料中；

③在聚合物的包装材料上涂膜或吸收一层防腐剂；

④通过化学键合方法将抗菌剂固定在聚合物的包装材料上；

⑤直接使用本身具有抗菌功能的聚合物包装材料。

（6）温度控制系统

温度控制系统包括自冷、自热型食品活性包装技术。自冷、自热型食品活性包装由于能够自主地改变包装内环境或者包装内容物的温度，是近年来活性包装发展和研究的一个热点。为方便消费者食用，利用光能、化学能及金属氧化原理，使食品在短时间内实现自动加热或自动冷却，满足室外工作者、旅游者、老人及儿童的需要。如美国的自冷式饮料，罐内装有压缩CO2 的小容器，在开启时CO2 体积迅速膨胀，可在9 秒内使饮料温度下降到4.4℃。在日本，有生产商利用生石灰与水混合产热的原理，开发了清酒的自热包装，可在3 分钟内将一罐清酒加热到58℃。日清公司利用金属氧化原理开发了一种自热方便罐头，可使罐内面条在5 分钟内煮熟。还有食品保温纸，可将光能转化为热能，把纸包装放在阳光照射的地方可将食物加热。在美国，也有一种独特的活性包装技术，被称为智能啤酒密封罐技术。当这种智能啤酒罐拧开后，可使啤酒在3 分钟内自动冷却至16.7℃，从而让人们喝到爽口的冰镇啤酒。该啤酒罐之所以能达到这样的效果，是由于啤酒罐采用了独特的活性包装技术。这种啤酒罐有上、下两部分，上部分装啤酒，啤酒瓶外部用含水凝胶包裹，下部分由真空层、干燥剂和热吸收剂层组成。当啤酒罐被拧开后，就会触动下部分的热吸收剂反应，使啤酒瓶内的温度在短时间内降低，瓶外包裹的含水凝胶这时能够保证瓶内的低温长时间不会升高。

（7）智能检测系统

法国的不二价（Monoprix）超市连锁店已经在许多新鲜食品上使用一种被称为“时间-温度指示器”（简称TTI）的包装技术。实际上它是一个标签，可以显示食品在某一温度下保存了多长时间。这种标签像射击用的靶子，有许多圈套圈的透明圆环，中心的环含有一种化学物质。这种化学物质会随时间和温度的不同而产生聚合作用，并由透明变成黑色。如果包装的食品保持在低温状态，该化学物质的聚合反应就很缓慢，一旦温度增加，聚合反应就会加速，化学物质就会由透明变成黑色。由于食品上的细菌随温度和时间的增加而增加，因此化学物质变黑的程度会越来越严重。当内圈变黑时，就意味着食品不再新鲜。消费者可以通过这种标签颜色的变化判断食品是否在高温状态下保存了很长时间。使用这种标签包装食品，便于消费者有针对性地选择，不易误选变质的食品，同时还可以避免因食品变质要求退货而造成的纠纷。另一种食品安全指示包装技术，是一种掺杂染料的塑料圆片，它通过与包装袋内食品释放的气体发生作用，显示肉类和蔬菜是否变质。把这种塑料片放入食品包装袋后，如果包装袋中的食品腐烂，就会释放出气体，使塑料片改变颜色。消费者根据塑料片的颜色就能知道食品是否变质。

RFID 活性包装技术被应用于供应链上，从生产商到零售商之间。产品运输的加快和延迟是供应与需求的有效匹配中重要的操作因素。为了完善管理，获得高质量和准确的数据是必需的，并且还不能增加销售过程中的费用和时间。射频识别（RFID）系统可以明显地改善获得数据的过程，它可以在贯穿整个供应链中的必要位置上自动、有效地提供大量产品或集装箱的识别探测信息，并将数据传输到控制系统，使人们对产品运送过程达到有效的控制。它的优点包括缩短运输车辆的装卸时间，减免其他识别系统（如条码）等所用的人工部分，并可以对标识中重要的资料数据进行更新或改变。更重要的是，RFID 使产品仿造者的处境变得极其困难或无利可图。在美国，药品行业软件开发商Supply Scape公司和系统公司的RFID 产品为医药行业提供了有效的射频识别解决方案，有利地支持了美国FDA 打击药品假冒活动的工作。RFID 的应用也使人们的生活更加便利。例如，当人们从冰箱中拿出肉类半成品放入微波炉时，微波炉上的RFID 射频识别传感器会自动读取标签上的说明，自动设置蒸煮强度以保证食品被烹调得恰到好处，并且选择合适的时间以保证食品能安全食用。这种在产品的流通过程中，通过追踪技术和电子技术对包装产品进行实时监测的技术也是活性包装领域很热门的研究方向。

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