活性包装

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活性包装（active packaging）

　　活性包装是指对具有生命产品的包装。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，一旦失去生命和停止呼吸，生命产品将失去价值或贬值。常见的活性包装有：动物类和植物鲜花类的包装，如活鲜鱼类的包装、动物雏苗(鸡、鸭等)的包装，菜苗的包装、果(树)苗的包装等等，可简称活性包装为“维持生命包装”或称为保活包装。

　　活性包装中所用到的包装材料称为活性包装材料。活性包装中所使用的相关技术方法称为活性包装技术。

　　为了控制包装内的特定气体，使用能吸收或释放特定气体的化学物质。其功能体系包括使用杀菌剂、脱氧剂、气味吸收剂或释放剂、光线阻隔剂、防雾剂、防粘剂、稳定剂和酶抑制剂等。

　　(1)吸收氧气系统

　　食品包装中存在的氧会加速许多食品的腐败和变质。氧可以引起许多食品产生异味，颜色变化和营养价值的流失，并能加速细菌的繁殖。脱氧剂是所有活性包装技术中研究得最多的领域。放人包装中的装有脱氧剂的独立小袋已经获得了商业应用。小袋中的脱氧剂通常是研磨得很细的氧化铁。还可将脱氧剂设计成直接与包装材料结合。

　　三菱瓦斯化学株式会社采用脱氧剂系统是由多个不饱和脂肪酸(聚氨酯FA)组成的。借助一些载体油(豆油、芝麻油、棉籽油中的亚油酸或亚麻酸等)或聚氨酯FA与过渡金属催化剂和一种碱性物质(碳酸钙)混合使其固化成脱氧剂。解决了大多数已知的氧吸收剂都有的一个严重缺点，即吸氧反应在没有水存在时不能顺利进行。

　　(2)二氧化碳气体清除剂和发生剂

　　在某些食品包装中需要有高含量的二氧化碳气体，因为二氧化碳气体能抑制食品表面上的细菌繁殖和降低新鲜农作物(如果蔬)的呼吸速度。在气调包装中需要产生各种浓度的二氧化碳气体来适应特定的食品要求。由于二氧化碳气体比氧对大多数塑料薄膜有更大的渗透性，因此在某些包装中需要加速产生二氧化碳气体以维持必要的气体组成。而有些食品(如咖啡)会释放出二氧化碳气体，必须使二氧化碳气体被吸收，以避免食品变质或胀破包装。但到目前为止，二氧化碳气体吸收或发生系统在商业应用上也仅少数。

　　(3)乙烯清除剂

　　乙烯对某些新鲜的和未完全成熟的果蔬能起到熟化引发的作用。它能加速衰老和减少它们的货架寿命。乙烯吸收系统能不可逆地吸收水果或蔬菜所产生的乙烯，且只需少量的清除剂。有一种特殊的清除系统(澳大利亚的CSIRO)，当其同乙烯反应时会呈现粉红色并可用来显示反应的程度和乙烯清除剂的存在。还有能起到类似效果的比较常见的乙烯清除剂：装人利于乙烯渗透袋的清除剂；直接将清除剂加入到包装薄膜中，而起反应的高锰酸钾，高锰酸钾可以把乙烯氧化成醋酸酯和乙醇并使乙醇钝化。

　　(4)灭菌剂的释放系统

　　将防腐剂加入到聚合物包装材料中或附在包装材料上，以用作活性物质达到灭菌的效果。能够用作灭菌剂的活性物质包括乙醇和其他醇类、山梨酸盐、苯甲酸盐、丙酸盐、杆菌素和硫黄等。

　　已证明在包装前将乙醇喷到面包和其他烘焙食品表面上能延长其货架寿命。日本开发的一种产生乙醇蒸气以延长糕点无霉货架寿命的新方法是将食品级的乙醇先吸收到一种惰性的细粉末中，然后将它们装在一个可透入水蒸气的小袋中。惰性粉末从食品中吸收湿气并通过小袋释放出乙醇蒸气并进入包装剩余空间。活性包装的其他系统有含抗氧薄膜、气味吸收和释放系统、防粘连薄膜、防雾薄膜、阻光和调节光的组分等。活性包装的应用广泛，是一种智能型包装。

　　活性包装有清除和释放的功能。清除是指对氧、乙烯、水分和腐败异味的驱除，其包装系统包括包装袋、标签、密封口和直接加入柔性包装材料的多聚物，从而实现清除功能。例如脱氧剂能抑制好氧微生物的生长、脂类氧化、褪色、风味损失和营养元素的损失。释放是指抗微生物制剂(如银盐、酒精、二氧化硫、杆菌素)的释放和抗氧化剂(BHA、BHT)的释放。活性包装技术涉及食品、包装材料与内部气体问的相互作用机制及其相应的控制技术。其典型技术有脱氧剂技术、抗微生物制剂技术以及对不良气味、水分、二氧化碳的控制技术。下面分别加以阐述。

　　(1)脱氧剂技术

　　在日本，使用以铁为基质的优质脱氧剂，其包装内氧的浓度小于0．01％。应用的产品包括茶叶、肉制品、米糕、面食等。此外，还以含有活性铁粉的塑料标签的形式插入包装内，当然，也可以各种形状的卡片形式加入包装内。澳大利亚产的02TM是为一系列塑料包装材料设计的，在此材料中的反应组分被紫外线或高的能量所激活才呈现’活J陛，因此适合于把传统塑料加工成膜、片层、涂层等。用含有脱氧剂的EVOH／PE包装柑橘汁效果如下：在40c下，3天内氧含量为o，一年后维生素c才损失一半。通过使用吸氧剂的盒装酒的货架期比传统的包装延长1／3。然而，对于腐败味、毒性、温度抵抗性、引发机制和成本等复杂问题没有明确客观的阐述，同时对脱氧剂有待于更深入的研究。脱氧的方法有铁粉氧化(铁系)、酶氧化(酶系)、光敏感性染料氧化等。

　　目前使用的大部分脱氧剂都是基于铁粉氧化反应。这种铁系脱氧剂则可做成袋状，放入包装内，使氧的浓度降到0．01％。一般要求1g铁粉能和300mL的氧反应，使用时可根据包装后残存的氧气量和包装膜的透氧性选择合适的用量。

　　除了铁系脱氧剂，酶系脱氧剂应用也很广。酶系脱氧剂对pH、水分活度、盐含量、温度和其他因素的变化都很敏感，在反应时还需水的参与。因此可应用于高水分含量的生鲜食品。另外，也可将酶系脱氧剂固定在聚丙烯或聚乙烯膜上。有研究表明，葡萄糖氧化酶结合在塑料表面后，在刚开始的2～3周内，其活性会下降50％，而在随后的4周内活性变化很小。

　　光敏感性梁料脱氧剂脱氧技术是在透明包装袋的内顶部密封一乙基纤维素膜小薄片(内部溶解有光敏染料和单线态氧受体)，当包装膜受到合适波长的光照时，激发的染料分子就会将环境中渗入包装膜的氧分子致敏成单线态氧，此单线态氧分子与受体分子反应而被消耗掉。此类脱氧剂可有效地抑制霉菌和好氧性细菌的生长，延长食品货架期。当包装内氧浓度降到0．1％以下时可阻止许多霉菌的生长。实践中多采用气调包装除去大部分氧气，再使用较少数量的脱氧剂脱除包装内残余氧的办法。气调包装和脱氧剂结合使用时，包装袋的氧气通透性一般应小于20mL／(m·d·kPa)，否则透过包装袋渗入的氧气很快会使脱氧剂饱和而失效。

　　(2)乙烯脱除剂技术

　　乙烯是一种植物激素，对鲜果蔬具有不同的生理作用。它会加速杨梅的呼吸作用，促进成熟和衰老；还会加速其软化和后熟，对其货架期有不利影响。因此，为了延长鲜杨梅的货架期，保持其感官质量，包装袋内的乙烯必须脱除。

　　大部分乙烯脱除则是用高锰酸钾把乙烯氧化成乙酸和乙醇。当高锰酸钾的颜色从紫红色变为褐色时，就失去了脱除乙烯的功效。高锰酸钾由于有色，不能聚合入直接与食品接触的包装膜内，只能做成小袋。实际应用中常把表面积较大的惰性支持物(如矾土、硅胶、硅石、硅藻土、活性炭等)在浓度为4％～6％的高锰酸钾溶液中浸泡后，装入能透过乙烯的袋中，制成乙烯脱除包放入包装内。

　　活性炭也可将乙烯吸附，随后将其降解。据报道，一定量的活性炭在20％时可有效抑制乙烯的蓄积。

　　也可将分散均匀的矿物质如沸石、黏土等聚合入包装膜内以脱除乙烯。这种聚合包装膜大多不透明，吸附乙烯的能力不强。但聚合后膜的通透性会改变，袋内乙烯和CO：通过膜向外扩散的速度加快，CO：向膜内进入的速度也大于纯聚乙烯膜，这种通透性的改变也能降低包装内乙烯的浓度，从而延长货架期。由于乙烯用脱除剂的吸附能力不强，因此应用并不十分理想。每年仍有大量水果蔬菜在采后由于生理失调而腐烂，造成了巨大的浪费。因此应该加强这方面的研究。在13本，用活性陶土(沸石或加入塑料膜中的土)吸收乙烯，这些物质究竟是从内部包装环境驱除乙烯，还是极大地增加了乙烯的转移依然是一个问题。迄今为止，尽管这些物质在亚洲国家被广泛使用，但在包装材料中，矿物质是否真正有效仍在研究中。

　　(3)抗微生物制剂技术与抗微生物包装

　　应用最广泛的是银盐，银离子可以抑制很多酶的代谢，具有很强的抗菌效果，抗菌谱较宽。在日本，通常的做法是银离子直接与食品表面接触，使其与微生物作用，这个反应较依赖于底物的本质，银离子可能更易于与食品本身反应，也许由于pH或盐的存在而扩大了其活性。另一变化是，在可见光和水存在下，银的催化活性在极性表面，导致气态氧变成活性氧，从而破坏了微生物的结构。但这个反应可能是过氧化氢的产物。对银盐作为抗微生物包装材料的有效性和机制，仍然是研究课题。目前纳米银的制备成功为此类制剂的应用提供了一个新的领域。

　　异硫氰酸烯丙酯是从芥末和辣根中提取的一种有效的抗微生物制剂，这种化合物既抑菌又杀菌，即使在很低的浓度，仍有强烈的气味，与山榆菜烹调，其味可接受。13本已把异硫氰酸烯丙酯(烯丙基芥子油)做成抗微生物薄膜应用于商业。

　　近来已证实二氧化氯是基质含氯的试剂暴露于湿气中释放出的抗微生物气体。有研究者探讨了能产生二氧化氯的反应系统。把亚氯酸钠加入塑料中，转化为易溶于水的强氧化剂二氧化氯。二氧化氯是一种低浓度(0．05～5mg／kg)、高活性的广谱抗微生物制剂，包括病原菌和芽孢菌，反应的最终产物氯离子是无害的。二氧化氯在植物食品中作为消毒剂(果蔬清洗剂、面粉漂白剂)已得到普遍接受，它也被作为水处理的环境保护剂。它在食品包装中的主要应用是放在新鲜产品下面的托盘里，控制微生物。它是极少不需直接接触食品和包装表面的抗微生物包装之一。二氧化氯作为食品包装材料的抗微生物制剂已得到FDA的认可。

　　生鲜果品中常用的抗微生物化学制剂是一些防腐剂，如有机酸及其盐、亚硫酸盐、亚硝酸盐、抗菌素、乙醇等。抗微生物剂可以混合在蜡层中用于天然干酪，或混在湿蜡中涂在包装纸上，或者与可食蛋白质混合涂层于半干食品表面。人们还尝试将杀菌剂(杀真菌剂)和抗菌素添加到塑料中制成抗微生物包装膜。抑霉唑作为活性物质与塑料膜化学结合可延迟霉菌生长。添加抑霉唑的LDPE膜曾用于包装胡椒和契达干酪，控制干酪和胡椒的微生物污染。人们也试图用其他化学物质、气体、酶和天然成分作为防腐剂或杀菌剂，如丙酸、过氧化物、臭氧、氯的氧化物、丁香酚、桂醛、溶菌酶、乳酸链球菌素和EDTA。

　　这些抗微生物剂都可加入到包装原料中去，与过氧化氢、臭氧、氯的氧化物相比，这些天然制剂由于其可食性也许更适用于生鲜食品的抗微生物包装体系。

　　用在抗微生物包装的大多数物质只是表面活性，且大多生鲜食品有不规则的表面，以及被推荐至今对人无毒的那些化合物不是广谱的，因此用作传统微生物控制方法的补充是有意义的。

　　理想的抗微生物包装材料应有宽的光谱活性、低浓度、低成本、无恶劣的感官影响，并得到FDA的认可。传递系统包括加入聚酯、表面膜和表面接触剂。包装材料中有发展潜力的抗微生物制剂还包括有机酸、杆菌素、烯丙基芥子油、金属离子和气体释放剂。已被用于干酪、新鲜果品和面包中，有待研究的是在冷冻产品分发条件下的热稳定性和效能。

　　目前，澳大利亚开发出一种可缓慢释放SO：的抗菌包(把偏二硫酸钠聚合入微孔物质中)来抑制霉菌的生长，但SO：释放过度会对某些水果(如葡萄等)产生漂白作用。另外，SO：的积聚和食品对SO：的吸收可能会造成一定的安全隐患。此外，乙醇也具有一定的抗菌性，食品在包装前，可先在表面喷涂乙醇，也可在包装袋中放入乙醇释放包，这种乙醇释放包在日本已开始商业生产并大量使用，高水分含量的食品如面包、鱼、干酪等产品使用后，可大大延长货架期。但乙醇蒸气易被食品吸收，且成本较高，其应用受到限制。

　　抗微生物包装大部分做的都是可食膜，且测定的是其抑制区的活性，而不是真正的食品体系。大多数情况下，聚合物挤压成型会破坏试剂的抗微生物特性，但表面涂层限制了试剂的效果。另外，当它转移到内部时，食品会稀释试剂的有效性。至今还没有任何可除掉病源菌的商业化抗微生物包装材料。

　　(4)水分吸收剂技术

　　对于易产生汁液流失的食品(如杨梅等)，可在包装中使用汁液吸收垫吸收流出的汁液，使包装保持最佳状态。因为滴出物经常是产品劣化的潜在根源，基于果肉的纤维素垫虽然吸收滴出物，但也作为更多水分的根源和微生物生长的媒介。有研究者描述了直接加入托盘的CMC聚合物吸收剂，这些吸收剂与滴出物形成不可逆凝胶，这样控制食品内水分含量。通过结合了抗微生物试剂的凝胶垫，产品货架期也延长了。如果水分过多，会使干脆食品(如土豆片、饼干等)变软，奶粉、速溶咖啡结块等。而对另一些食品，如果通过包装散失的水分过多，则会使包装的食品失水干裂，并会促使食品中脂肪氧化。为了避免这些情况发生，保证包装袋内适宜的相对湿度，应根据产品的特性，除采用合适的包装膜外，还可使用干燥剂或湿度控制包(垫)。干燥剂在干酪、肉制品、马铃薯片、玉米花、糖果、调味料中均可使用，常用的吸湿剂主要是硅胶、分子筛、氧化钙或天然黏土。使用干燥剂除了可降低水分活度(Aw)，抑制霉菌、酵母和腐败菌的生长外，还可保证干、脆食品的感官品质。在马铃薯片的包装中放入含有氯化钙的干燥包，可抑制霉菌的生长，使其在20℃的货架期从5d延长到15～17d。冷冻海鲜在空运时，常使用较大的汁液吸收垫来吸收融化的冰水。吸水效果较好的聚合物主要有聚丙烯酸盐及淀粉的交联共聚物等。

　　(5)气调渗透膜技术

　　大量研究表明，每种新鲜果品都要求它们自己特有的最佳环境气体组成，以保证最长的货架期。而传统包装技术难以达到包装空间气体组成的最佳化。活性包装将会给新鲜食品贮藏保鲜带来革命性的变化。有研究者对聚合物包装结构控制气体渗透方面又进行了深入的研究。前期的研究是：在温度升高时可转换气体渗透力的能力，这样，允许外部气体进入鲜品，以避免厌氧呼吸；近来更多的进展包括：使用覆有Landee多孔薄膜和在基础包装结构上附上更大通孔的材料，可获得适宜的02渗透率[428000mL／(㎡·24h)]和CO2渗透率[1600000mL／(㎡·24h)]，且以各种可调的比率应用于高呼吸率的新鲜产品(如花茎甘蓝、蘑菇、芦笋和草莓)，效果很好。用Lan—dec多孔薄膜包装绿香蕉的新进展表明，可明显延长成熟后的货架期。

　　由于活性包装体系中CO2有抑制食品表面细菌生长的作用，并能降低鲜活果蔬的呼吸速率。另外，大部分塑料膜的CO2.透过率都比02透过率高。因此，人为地调节包装空间的CO2浓度对某些食品的保鲜是非常重要的。可产生CO2的系统很多，例如将亚硫酸盐系脱氧剂与NaHCO，混合，不仅可以除氧，而且可以产生CO2。鲜鱼、肉、草莓等鲜活食品以及对霉菌敏感的加工食品在高CO2气氛中是有利的。与此相反，像咖啡由于糖和氨基化合物的分解，在熔烤后会产生大量CO2。另外，奶酪在贮存时也会放出CO2，必须从包装中除去CO2，以避免变质或胀破包装袋。日本开发的含Ca(OH)2的包装体系对吸收CO2很有效。

　　(6)风味释放／异昧吸收技术

　　食品风味物质的散失会使其感官质量严重下降。为了防止果品风味散失，可在包装膜上聚合入风味物质或添香物质。通过香味物质的释放以增强包装内食品的感官质量，也可在包装袋中放入具有愉快气味的胶囊，当包装盒打开时，愉快气味释放。这种风味释放有可能掩盖食品或包装膜本身的异味。应该注意的是，对已腐败食品，不能用这种方法来掩盖其不良气味，以次充好，欺骗消费者。而对果汁中的异味(如葡萄柚果汁中的苦味)可通过包装去除。葡萄柚果汁的苦味主要是由柚皮苷和柠檬苦素引起的，鲜柑橘及其果汁中含有这些物质。为除去这些物质，可在包装膜内层涂上一层含有柚皮苷酶的活性乙酸纤维素，这种膜在7℃以下15d内使柚皮相水解，同时可吸收部分柠檬苦素。