現(xiàn)代社會(huì)的活性和智能包裝創(chuàng)新技術(shù)

萬(wàn)勇+鄭元林

隨著社會(huì)的發(fā)展，食品包裝面臨的挑戰(zhàn)日益增加，主要包括市場(chǎng)化、保質(zhì)期、方便性、安全性等方面。這也反映了市場(chǎng)需要新的高效節(jié)約的包裝技術(shù)?；钚院椭悄馨b順應(yīng)了這一趨勢(shì)，不僅有效地解決了食品貨架期和質(zhì)量安全等問(wèn)題，而且還能實(shí)時(shí)反饋被包裝食品的相關(guān)信息，減少因過(guò)期變質(zhì)而導(dǎo)致的食物浪費(fèi)。因此，現(xiàn)代包裝創(chuàng)新技術(shù)已逐漸向活性和智能包裝發(fā)展。

活性包裝的概念及商業(yè)用途

傳統(tǒng)意義上的包裝是通過(guò)容器、材料和輔助物來(lái)延長(zhǎng)食品的貨架期?；钚园b是迎合不斷變化的消費(fèi)者需求和市場(chǎng)趨勢(shì)的新型包裝技術(shù)?；钚园b技術(shù)包括吸收系統(tǒng)、釋放系統(tǒng)和其他系統(tǒng)。吸收系統(tǒng)用于除去氧氣、二氧化碳、多余水分等不利于存儲(chǔ)的成分。釋放系統(tǒng)用于向食品包裝內(nèi)部釋放有利于食品存儲(chǔ)的成分。通過(guò)這種方式延長(zhǎng)貨架期和保證食品質(zhì)量安全。食品的活性包裝技術(shù)主要包括抗菌型、二氧化碳釋放型、氧氣消除型等。

抗菌型包裝

微生物的生長(zhǎng)繁殖是食品變質(zhì)和食物疾病的主要原因?？咕b能夠很好地控制微生物的生長(zhǎng)繁殖。通過(guò)增加微生物衰亡期和減少微生物成長(zhǎng)期，使其具有抗菌功能，能夠有效地延長(zhǎng)食品貨架期和保證食品安全。如果抗菌物質(zhì)是難揮發(fā)的，可將其直接涂抹在高分子聚合物的表面。因此，抗菌包裝對(duì)食品表面的微生物有很好的抑制作用。李俠等人在聚丙烯薄膜中加入酸鹽玻璃載銀作為抗菌劑，加入抗菌粉體（0.002%）抗菌率可以達(dá)到99%，而且抗菌活性持久。Gucbilmez等人通過(guò)將EDTA和溶菌酶加入玉米蛋白膜中，使其對(duì)大腸桿菌具有有效的抗菌活性。另外，大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，納他霉素可抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)，被廣泛應(yīng)用于肉類及香腸的包裝。殼聚糖及其衍生物具有良好的抗菌活性，是制備抗菌包裝的優(yōu)良材料。J.Duan等人開(kāi)發(fā)了一種由殼聚糖和溶菌酶組成的抗菌膜，其中溶菌酶的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%。通過(guò)奶酪保鮮的實(shí)驗(yàn)可知，它對(duì)大腸桿菌、單增李斯特菌、磷光假單胞菌等具有良好的抑制作用。

二氧化碳釋放型包裝

高濃度的二氧化碳可以有效地抑制食品表面微生物的生長(zhǎng)，以延長(zhǎng)食品的貨架期和保持食品品質(zhì)。但如果二氧化碳濃度過(guò)高，又會(huì)使食品進(jìn)入糖酵解階段，不利于食品的存儲(chǔ)。因此，這種類型的活性包裝常常使用氣調(diào)系統(tǒng)（MAP）來(lái)平衡包裝材料中的二氧化碳。

肉類食品的保存要使用高濃度的二氧化碳（10%～80%），這樣可以抑制肉制品表面需氧菌的生長(zhǎng)和降低pH值，延長(zhǎng)貨架期。肉類食品的包裝往往使用二氧化碳襯墊技術(shù)，襯墊吸收了肉類食品散發(fā)的水分，引發(fā)了襯墊內(nèi)檸檬酸和碳酸氫鈉的反應(yīng)，從而產(chǎn)生了二氧化碳。Norwegian等人研發(fā)了二氧化碳生產(chǎn)器，用于魚(yú)片的包裝，將魚(yú)片包裝在MAP中，生產(chǎn)器吸收魚(yú)片中的水分產(chǎn)生二氧化碳，用于魚(yú)片的保藏。B.C.Schirmer等人將二氧化碳?xì)怏w和檸檬酸、乙酸、肉桂醛等配合用于鮮大馬哈魚(yú)的保鮮，也取得了不錯(cuò)的效果。

氧氣消除型包裝

食品氧化和霉菌、細(xì)菌、酵母菌等微生物繁殖是食品變質(zhì)的主要原因。傳統(tǒng)的包裝材料很難提供良好的低氧環(huán)境，氧氣消除型包裝可通過(guò)清除包裝薄膜滲透進(jìn)來(lái)的氧氣，讓被包裝物品擁有一個(gè)良好的低氧環(huán)境，從而大幅地延長(zhǎng)貨架期。

氧氣消除型包裝通過(guò)除氧劑、填充惰性氣體或包裝材料本身的除氧作用來(lái)消除包裝袋內(nèi)的氧氣，以延長(zhǎng)食品貨架期和保證食品質(zhì)量。氧氣消除劑可以將包裝內(nèi)的氧氣含量降至0.01%。目前研究使用的脫氧劑按原料可分為無(wú)機(jī)脫氧劑和有機(jī)脫氧劑，其中無(wú)機(jī)脫氧劑包括鐵系脫氧劑、亞硫酸鹽系脫氧劑、加氫催化劑型脫氧劑等； 有機(jī)脫氧劑包括抗壞血酸類、兒茶酚類、葡萄糖氧化酶和維生素E類等。鐵系脫氧劑原料來(lái)源廣，去氧效果好、成本低、安全性高，被廣泛應(yīng)用于各種去氧包裝中。

其他類型的活性包裝

乙烯吸收型活性包裝常用作水果和蔬菜的保鮮，通過(guò)吸收水果成熟過(guò)程中產(chǎn)生的乙烯氣體，降低水果的呼吸作用，延長(zhǎng)水果的保質(zhì)期。將乙烯去除劑置于產(chǎn)品的包裝內(nèi)，就能達(dá)到去除乙烯的效果。

以微波加熱的活性包裝正在成為研究的熱點(diǎn)，它不僅使用方便，也滿足了消費(fèi)者的需求。然而，微波加熱可能出現(xiàn)不均勻的熱量吸收，從而導(dǎo)致食品本身溫度分布不均。因此，往往使用一些特殊保護(hù)裝置來(lái)改善微波加熱活性包裝?？傊褂没钚园b不僅可以為消費(fèi)者帶來(lái)很多便利，而且可以有效地保護(hù)食品。

智能包裝的概念和商業(yè)用途

智能包裝是指能監(jiān)測(cè)并指示包裝內(nèi)部食品周?chē)h(huán)境變化的包裝技術(shù)。智能包裝系統(tǒng)可以提供整個(gè)食品流通環(huán)節(jié)的相關(guān)質(zhì)量信息。它不僅能提供商品自身的信息，而且能提供儲(chǔ)存條件、微生物生長(zhǎng)情況等信息。因此，智能包裝在防止食物浪費(fèi)和提升食品物流方面作出了突出貢獻(xiàn)。包裝系統(tǒng)的智能功能往往通過(guò)指示卡、設(shè)備的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。指示卡是建立在環(huán)境改變（溫度、pH）引起顏色的變化。傳感器則能精確記錄和傳輸包裝內(nèi)的相關(guān)信息。根據(jù)功能智能包裝又可以分為時(shí)間溫度指示卡、新鮮度指示卡、RFID智能標(biāo)簽等。

時(shí)間溫度指示卡（TTI）

溫度在食品存儲(chǔ)過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，時(shí)間溫度指示卡可通過(guò)顏色變化、結(jié)構(gòu)變形來(lái)判斷溫度的變化，以傳達(dá)包裝食品的貨架期及相關(guān)信息。TTI作為一種新型的智能包裝技術(shù)，將食品在流通過(guò)程中的溫度信息記錄下來(lái)。如果食品在存儲(chǔ)、運(yùn)輸、銷(xiāo)售環(huán)節(jié)中出現(xiàn)溫度不當(dāng)?shù)痊F(xiàn)象，那么食品就有可能出現(xiàn)問(wèn)題。TTI指示卡已經(jīng)被市場(chǎng)廣泛應(yīng)用，其技術(shù)發(fā)展也已經(jīng)相當(dāng)成熟。

現(xiàn)在普遍應(yīng)用的主要有VITSAB，Lifelines Freshness Monitor和3M Monitor Mark三種時(shí)間溫度指示卡。VITSAB是一種酶促反應(yīng)型指示卡，其工作原理是底物經(jīng)過(guò)酶促反應(yīng)導(dǎo)致pH值降低，從而引起顏色的變化。Lifelines Freshness Monitor是建立在聚合反應(yīng)引起顏色變化的指示產(chǎn)品。3M Monitor Mark（3M公司）指示卡是基于脂質(zhì)擴(kuò)散原理引起顏色變化。

新鮮度指示卡

食品包裝內(nèi)微生物的生長(zhǎng)及代謝產(chǎn)物會(huì)影響食品質(zhì)量，新鮮度指示卡可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)被包裝食品的質(zhì)量，它能直觀地反映出食品品質(zhì)的信息。食品中微生物的新陳代謝產(chǎn)物包括葡萄糖、有機(jī)酸、乙醇、二氧化碳、生物胺、含氮化合物、含硫化合物等。新鮮度指示卡是基于微生物的代謝產(chǎn)物能直接引起指示卡變色的原理。

2007年DSM NV公司推出了SensorQ，一種用于檢測(cè)微生物代謝產(chǎn)物——生物胺的pH指示劑，主要用于家禽肉的檢測(cè)。芬蘭VTT技術(shù)研究中心研發(fā)了可用于含硫化合物檢測(cè)的新鮮度指示卡，主要運(yùn)用在肉類食品的包裝上。該技術(shù)可直觀的監(jiān)測(cè)到肉類食品品質(zhì)的變化，當(dāng)被包裝的肉類食品品質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，該指示劑會(huì)由不透明變成透明。Mill等人設(shè)計(jì)了一種海產(chǎn)品新鮮度的智能包裝，它可以與揮發(fā)胺發(fā)生反應(yīng)，通過(guò)相應(yīng)顏色的變化來(lái)進(jìn)行判斷。根據(jù)硫化氫與血紅蛋自反應(yīng)原理制作的智能包裝，可以用來(lái)指示家禽肉的新鮮度。

RFID智能標(biāo)簽

無(wú)線射頻識(shí)別（RFID）是一種非接觸式無(wú)線數(shù)據(jù)通信形式，通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別目標(biāo)。RFID標(biāo)簽通常內(nèi)置芯片，用來(lái)識(shí)別和跟蹤。因其具有存儲(chǔ)量大，安全性高等特點(diǎn)，也被用作防偽標(biāo)簽。

近幾年，射頻識(shí)別技術(shù)發(fā)展迅速，而且被廣泛地應(yīng)用于食品流通的各個(gè)環(huán)節(jié)。全球RFID供應(yīng)商主要有EPSILIA（加拿大）、HRAFN Ltd（瑞典）等。射頻識(shí)別系統(tǒng)也可以與其他智能包裝系統(tǒng)結(jié)合使用，從而進(jìn)一步提高食品的安全性。RFID不僅提升了被包裝食品的可追溯性，而且方便庫(kù)存管理，在生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷(xiāo)售方面為銷(xiāo)售商帶來(lái)了巨大利益。許多大公司已經(jīng)看到RFID技術(shù)的商機(jī)，紛紛在其產(chǎn)品中集成RFID技術(shù)以滿足市場(chǎng)巨大需求。從RFID的需求也能看到智能包裝的巨大市場(chǎng)及其潛在的機(jī)遇。

活性與智能包裝面臨的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)

活性與智能包裝在延長(zhǎng)貨架期、保證食品安全等方面發(fā)揮著重要的作用。目前，活性包裝面臨的問(wèn)題主要是包裝中的添加劑使包裝具有一定的氣味和顏色，影響其銷(xiāo)售。未來(lái)活性包裝的發(fā)展趨勢(shì)是開(kāi)發(fā)天然活性組成，可大大提高食品的安全性。智能包裝也存在著安全性和功效性等問(wèn)題，開(kāi)發(fā)兼容活性包裝和智能包裝的活性智能包裝系統(tǒng)，不僅解決了安全功效問(wèn)題，而且能自主判斷產(chǎn)品本身的信息。當(dāng)然，減少活性和智能包裝的成本和簡(jiǎn)化工序及操作，也是活性和智能包裝的未來(lái)一大發(fā)展趨勢(shì)。

作者單位：西安理工大學(xué)印刷包裝與數(shù)字媒體學(xué)院