脱氧剂：商业成功的主要原因及应用

2023-06-21 理论教育版权反馈

【摘要】：国际上，脱氧剂越来越受到各国食品制造商和零售商的青睐。但三菱公司仍然在日本占脱氧剂业务的主导地位。其中接受创新包装是脱氧剂在日本商业上成功的最主要原因。其他常见的脱氧剂标签和脱氧剂包的应用包括蛋糕、面包、饼干、烘烤食品、新鲜面条、咸鱼、茶叶、奶粉、蛋、香料、香草、糖果和零食。这种情况下需要脱氧剂起到阻隔的作用。

氧气对食物的保存有相当大的不利影响。脱氧剂（也被称为氧吸收剂）可以通过减少食物代谢、减少氧化酸败、抑制不稳定的色素和维生素被氧化、控制酶变色和抑制好氧微生物的生长来保持食品质量。国际上，脱氧剂越来越受到各国食品制造商和零售商的青睐。

脱氧剂是食品活性包装中最重要的组成部分，常见的是含有催化剂的各种铁基粉末小袋包装。这个化学系统通常与食物中的水反应，产生活性水合金属还原剂，清除食品包装内的氧，并且不可逆地生成一种稳定的氧化物。这种铁粉与食物是分离的，一般包装在一个标有“不可食用”的高氧渗透的小袋中。小袋的表面通常有一个示意图，表示不可食用的警告。使用脱氧剂的主要优点是能够降低氧气浓度到小于0.01%，远远低于气调包装（MAP）达到的0.3%～3.0%残余氧含量。脱氧剂可以单独使用或与气调包装（MAP）组合使用。如果是单独使用，就不需要使用气调包装（MAP）机械，从而可以提高包装速度。但是通常在商业上更常见的是通过气调包装先除去大部分的氧气，然后使用相对少量和便宜的脱氧剂来清除食品包装中残留的氧气。

非金属脱氧剂由于可缓解金属污染而得到发展。尽管有些金属探测器可以被识别出脱氧剂信号，但同时保留了对有色金属和有色金属污染物有高度的检测灵敏度，但使用非金属脱氧剂可以使在食品包装生产线上设置在线金属探测器的问题得到解决。非金属脱氧剂包括有机还原剂，如抗坏血酸、抗坏血酸盐或邻苯二酚，以及葡萄糖氧化酶或乙醇氧化酶脱氧剂系统。这种脱氧剂可以被装入袋中使用，也可以用不干胶标签或固定到包装膜表面进行使用。

日本三菱瓦斯化学株式会社于1976年第一个在日本销售脱氧剂，其商标名称为Ageless®。此后，其他一些日本企业，包括凸版印刷有限公司、东洋制罐公司，相继进入市场。但三菱公司仍然在日本占脱氧剂业务的主导地位。图1-2是三菱瓦斯化学株式会社的Ageless®脱氧剂及其包装产品。

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图1-2　Ageless®脱氧剂及其包装产品

由于各种原因使得脱氧剂技术在日本成功地应用，这些原因包括日本消费者对创新包装的接受和日本炎热潮湿的夏天气候使食品容易腐败变质等。其中接受创新包装是脱氧剂在日本商业上成功的最主要原因。与日本市场相反，北美洲和欧洲对脱氧剂的接受相对缓慢，尽管在这两个大陆都建立了几家脱氧剂制造商和分销商。

应该指出的是，散装的脱氧剂包有一个缺点，那就是可能会被消费者误食，这也阻碍了其商业上的成功，特别是在北美洲和欧洲。后来，人们开发出了可以附着在包装内部的脱氧剂粘贴标签，并将脱氧剂材料加入到托盘和塑料薄膜中，这样有助于商业上接受脱氧剂技术。例如，玛莎百货有限公司是英国第一家将脱氧剂标签用于一系列煮熟的和腌制的肉类和家禽产品包装，这些产品对光和氧特别敏感而引起颜色变化。其他英国的零售商、分销商和供应商将这种标签应用到食品以及咖啡、比萨饼、专业烘焙食品、干燥食品配料的包装中。其他常见的脱氧剂标签和脱氧剂包的应用包括蛋糕、面包、饼干、烘烤食品、新鲜面条、咸鱼、茶叶、奶粉、蛋、香料、香草、糖果和零食。在日本，东洋制罐公司已销售一种含铁基脱氧剂的复合膜，这种膜可热成型为一个Oxyguard™托盘，用来包装商业用途的米饭。三菱瓦斯化学株式会社开发了一种带有氧气吸收功能的瓶子Oxy Vanish™（见图1-3所示）。这种瓶子具有氧气吸收功能和阻隔功能，而且由于容器本身就可以吸收氧气，省去了封装脱氧剂的工序。

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图1-3　具有氧气吸收功能的瓶子

在啤酒、葡萄酒和其他饮料中使用脱氧剂是一个潜力巨大的市场，有待进行开发。铁基脱氧剂标签和脱氧剂包不能用于饮料或高水分活性的食品中，因为当潮湿时，脱氧剂的除氧能力迅速丧失。相反，将各种对氧具有亲和力的非金属反应物和有机金属化合物加入瓶塞、皇冠盖或掺入聚合物（通常是聚酯PET）材料中，用来除去进入瓶顶空隙部位的氧气。然而，应该指出的是，含有脱氧剂的塑料薄膜和托盘的除氧能力要大大低于铁基脱氧剂包或标签。

关于不同类型的脱氧剂的技术要求等更详细的信息（如低、中、高水分活性的食物和饮料；反应速度；储藏温度；除氧能力和必要的包装标准）可以从制造商和供应商那里得到。

下面举ZerO2®脱氧剂来作为一个案例。ZerO2®是澳大利亚一家公司的注册商标，产品是一系列脱氧剂塑料包装材料，这种材料中采用传统的挤压成型方法将脱氧剂加入包装薄膜、片材、涂层、胶黏剂、油漆、瓶和罐头的涂层中。

根据需要去除氧气的来源，除氧包装问题可分为两大类。第一，大多数包装食品和饮料在密封时都存在顶部空间和溶解氧气。去除部分或全部的氧气是抑制各种食品变质所必须的。在这种情况下，需要有顶部空间脱氧剂。第二，包装密封后由于渗透或泄漏进入包装的氧气需要除去，并且最好在接触食物之前。这种情况下需要脱氧剂起到阻隔的作用。ZerO2®顶部空间除氧聚合物可以满足这两项要求，这种聚合物采用食品级的商业聚合物挤出成膜。在蒸煮温度下几分钟内或者在室温下几小时或者一两天内，可以从气相中清除氧气。在制冷温度下，除氧的速度非常低，需要两天或两天以上，正如气体进入聚合物的速度减慢时所预料的那样。

饮料特别容易遇到因氧化而使质量下降的问题，有时甚至是由于微生物生长引起的。在某些情况下，配送可能需要一年以上的保质期，因此需要增强塑料包装对氧阻隔的能力。饮料的包装形式有液体纸板盒、层压袋或多层阻隔瓶。实验条件下选择多层复合材料，包括乙烯-乙烯醇共聚物（EVOH）与ZerO2®层作为内层进行复合（与EVOH /聚乙烯层作为实验对照）。测试饮料是橙汁。饮料包装内的溶氧浓度由于与抗坏血酸反应（维生素C）从8ppm 下降到0 ppm，温度在25℃时时间超过一个月和在温度4℃时时间为75 天。在两种温度条件下，有ZerO2®层的包装去除氧气只需不到三天的时间，维生素C 损失减少50%，保质期超过一年。温度条件25℃保存一年后，其褐化指标比照其他包装也减少了三分之一。

啤酒和白酒等酒精饮料也容易遇到因快速氧化而使质量下降的问题。盒中袋（bagin-box）包装的葡萄酒使用ZerO2®材料，至少延长保质期33%。奶酪和加工过的肉属于冷藏食品，通常采用气调包装。由于顶部空间存有氧气而严重限制了这些产品的保质期。奶酪通常需要二氧化碳的存在，也需要将氧气水平控制在1%以下。对有ZerO2®层和没有ZerO2®层的包装复合材料进行对比测试的结果表明，在用很少或没有二氧化碳情况下常见的腐败霉变情况可以完全得到抑制。同时，在冷藏柜照明条件下，包装的ZerO2®层将初始氧浓度去除到非常低的水平，熏火腿片的变色问题得到抑制。ZerO2®聚合物发展出像玻璃一样的阻隔性能，目的在于抑制氧化导致食物变质的过程。迄今为止的研究案例表明，一些快速氧化变质的反应可以成功地被抑制。使用这样的除氧包装材料会影响消费者在选用对氧气敏感的饮料（如啤酒、葡萄酒和果汁）包装时选择塑料包装，而不是仅仅选择玻璃和金属包装。

脱氧剂：商业成功的主要原因及应用

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