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文档简介

第9卷第2期 24年6月 集美大学学报(自然科学版) Journal of Jimei University( Natural Science) 文章编号17 -7405(24)02 -0131 -07 综述 食品活性包装的现状及研究进展 吴光斌,吴永沛 (集美大学生物工程学院,福建厦门361021) Vol. 9 No.2 Jun. 24 摘要综述了食品活性包装及其应用,包装为被包装的产品提供了一个与外部环境隔离的屏障,包 装类型是影响包装食品货架期的重要因素之一.活性包装可以降低外部因素对包装内部食品的影响,保持 食品的品质和安全.最后还提出今后食品活性包装的发展方向. 关键词食品活性包装;乙烯脱除1lIl;抗菌包装 中团分类号TS 206 文献标识码A 0 引言 包装在对食品提供保护、防止食品受外界微生物或其它物质的污染、防止或减少食品氧化和其它 反应方面有着不可替代的作用,是食品保藏的重要手段.刚采收的果蔬或刚屠宰的动物仍然具有生理 活性,由于其新陈代谢活动而产生气体(如CO2)和水分,而使得包装食品周围气体环境不断发生 变化,如采后的新鲜果蔬新陈代谢要消耗包装顶隙的02同时产生CO2,而使得顶隙内CO2浓度增 加.但由于新陈代谢产生水分而使得顶隙内湿度增加,从而增加了腐败微生物生长的可能性.许多的 果蔬新陈代谢产生乙烯,而乙烯有催熟和老化的作用1)这就是为什么诸如香蕉、鄂梨等水果与成 熟或损伤水果一起贮藏时衰老加速的原因.研究表明,每一种果蔬都有其最适贮藏气体条件和温度范 围,这决定其最长货架期.活性包装便可做到这一点,而简单包装很难使包装顶隙的气体和水蒸气达 到食品贮藏所要求的最佳条件. 同样,加工食品的货架期也会受到食品包装顶隙的气体和水蒸气的影响.对于某些加工食品,降 低其周围氧气浓度有利于食品的贮藏,如可以减缓方块肉和奶粉的变色、阻止坚果及其它高脂肪食品 的酸败等,但过高浓度CO2或过低浓度O2又可导致新鲜果蔬的厌氧呼吸而加速腐烂变质2)不过在 包装内的鲜肉或加工肉、奶酷和蜡烤食品中,高CO2却有抗菌作用. 活性包装技术是在现代材料和生物科学技术成果的影响下,于近年来发展起来的一种新型包装技 术,它是通过调节包装材料与包装体内部的气体及食品之间的相互作用,有效地延长食品的货架寿命 和新鲜食品的新鲜品质,最大限度地保持食品的质量和营养价值的一种包装技术.目前在西方发达国 家,该技术已较普遍地应用于新鲜食品和加工食品领域.现将食品活性包装及其应用,以及食品活性 包装的发展方向介绍如下. 收稿日期23 -07- 作者简介吴光斌(1967-) ,女,工程师,从事食品工程与生物工程方向研究. 吴永沛为通讯作者.E-mail:wuypeiT 132. 集美大学学报(自然科学版)第9卷 1 除氧和能产生或吸收CO2的活性包装系统 包装内剩余空间的氧气会加速许多食品的氧化,促进大多数细菌的繁殖、降低货架寿命.虽然气 体置换或真空租接可解决氧气影响的问题,但此种机械脱辑方式仍有2%阳3%的氧气腾留在包装 中,食品仍然会产生异味、改变主要色、营养损失(如维生素A、维生素E和维生素C的摸失、好氧 微生物廉政酶)生长繁疆等尤其是多孔性食物,有更多的残留量.采用脱氧包装技求,可使包 蝶内氧气浓度降至0.01%.脱氧剂可做成小颗粒状,装入商氧气透过性的袋中,或将脱氧剂粉末制 成片状,也可以将脱氧剂涂覆戒浸渍在泡沫翻料块载体上,然后将食品和脱辄剂同时封人商阻氧性的 密封包装中山. 膜氧弗j根据其组成可分为两种,一种是以无杭基贵为主体的挠氧剂,如还原铁粉,其原理是教粉 在氧气和水蒸吨的存在下,被氧化成氢氧化缺.由于铁粉氧化需要水分参与,故包装内需维持一定的 相对湿度,脱氧效果才能最佳,现已开发了水分活度为零的铁粉包装袋;另一种是以有机基质为主 体,如酶类、抗坏血酸、油酸等.吕本的Mi阳bishiGas Chernicals Yoshihisa Sakakibara公持已经推出 了二赞铁类的内黠式去氧剂产品,将该产品贴子包装内捕或部定在内置棕璧标签上即可有效地去除包 糙内氧气成分.澳大利亚研究去氧剂方面的著名专家MichaelRooney指出,现有60多种世界范围内 的有关内贴式去氧剂方面的专利和50种关于去除氧气的塑料包装材料,在日本、欧美超市上巳广泛 应用,主要用于西包、蛋糕、饼干、比萨饼、面条、熏肉、黑鱼、茶叶、组干、妈醋、豆豆类、土豆 片、香料、干巢类、嘴啡和巧克力的包装上.吕前食品行业使用最广的是指本三菱气体化学公司开发 的脱氧剂小包4 包装食品的脱氧剂主要是用来控制霉菌的生长.霉菌的生长必须有氧气的存在,霉菌的繁殖会降 低一些包装嬉烤食品(如糕点、烤饼)和包接妈酷的货架期.实验研究表明,用活性包装的嬉烽食 品30 d内不会出菠霉菌生长现象;活性包装也能大大改善包装奶酷的票最.另外用黠氧娟来拇制植 物油的氧化酸股也较常使用. 使用脱氧钮装也存在一些问题,如包装有可能塌陷,水分活度高的食品包装内有可能有异味,厌 氧细菌有可能生长,消费者可能误食股氧剂小包等等.针对上述问题,已研制开发出了脱氧膜.将铠 片或铝片包理于理黯层及透氧层之商量g或多层透氧膜,也可将蕾萄糖氧化酶和乙醇氧住酶部定在包装 膜的内侧,也有在包装膜内装人有机整合物来达到吸氧目的.葡萄糖氧化部是一种很有前途的脱氧 剂,它将葡萄糖的-CHOH基阔的两个氢转移到氧上形成葡啕糖酸-8-内酣和过氧化氢,内醋自发 与水反应生成葡噶糖酸.瓶装啤酒或果酒中存在的氧气会使溜的风味变坏.亘在酒中添加锚萄糖氧化 酶或使雷通过韶定住爵生物反应器就能延长嚣的货架辑4 美国还开发了“智慧“瓶盖活性包装系就,在一般的瓶盖内,使用一种特殊材料的内垫,这种 材料的结构类似血红素,具有与氧结合的能力.因此这种瓶麓可吸收进入瓶盖或瓶子上部空隙的氧 气,而达到去除氧气的目的.这种瓶盖主要应用于饮料包装上. CO2有持制食品表雷结爵生长的作用,并能薛保鲜活果麓的呼暖速率.另外,大部分塑料蔑的 CO2透过率都比O2透过率高.因此,在一些食品包装内部保持较高浓度的CO2对保持食品的品质非常 有利,如鲜肉、禽肉、鱼肉、奶醋、草莓等,因为高CO2能抑制许多微生物的生长川由于包装膜 对CO2的透过率大于O2,为保持高CO2必须使用CO2释放剂或是补充CO2以罐持高水平的CO2放度. 可产生CO2的系统很多,倒如将豆疏酸盐系挠氧ffJJ与NaHC03、渥合,不仅可以除氧,部且可以产 生CO2与此相反,像咖啡由于糖和氨基化合物的分解,在精烤后会产生大最CO2,另外,奶酷在贮 砰时也会放出CO2,这时需要CO2去除剂,以避免变质或胀脏包装袋.氢氧化钙与CO2作用形成碳酸 第2期吴光斌等:食品活性包装的现状及研究进展 133 钙的反应可以用于新鲜烘蜡咖啡包装中达到除CO2的要求.国外有一种称为“保险锁囊“的产品, 兼具除氧及除 CO2功能,它已被用于昕装和筒袋装咖啡并获得很大成功3 2 乙烯脱除剂和湿度调节活性包装系统 乙烯气体能加速水果和蔬菜的成熟与衰老.水果与蔬菜自身能释放一定量的乙烯,当释放的乙烯 在果蔬周围达到一定量(浓度很低)时,便会加速水果蔬菜的成熟与衰老1只要在包装内部加入 少量的乙烯脱除剂便可消除此影响.现已开发了以下几种脱乙烯剂:1)含高锺酸御的硅胶,高锤酸 何能将乙烯氧化成CO2和H20而除去.由于高锺酸饵不能与果蔬直接接触,因此应将其放入小包装 内待用.小包装膜采用对乙烯具有高透过性的材料,果蔬释放出的乙烯透过包装材料被高锺酸饵氧 化,以达到脱除乙烯的目的;2)含钮的活性碳,它能吸收乙烯而将其降解,常将其放人小织袋 内S;3)多孔性的无机矿物质(如沸石),将粉末状或多孔性无机物质直接混人聚乙烯或聚丙烯的 塑料材料内挤压成薄膜,就具有吸收乙烯气体的功能.最近已有把乙烯脱除剂作为添加剂加到包装膜 或托盘中,做成含有乙烯脱除剂的包装膜和托盘.目前此类产品存在的缺陷是不能直观显示包装中的 乙烯脱除剂的使用程度及何时已用完. 包装食品在流通过程中,如果表面冷凝结水,会造成营养物质流出溶于水中,使得霉菌和细菌繁 殖加快.采用硅胶、石灰、氧化钙等干燥剂可降低湿气含量,可以通过控制干燥剂用量及干燥剂小包 装袋的透湿率等,控制包装空间的湿度.现已研制开发出吸水薄膜,用来降低冷冻食品表面的水分活 度,延长保质期.这种包装膜系统将两层聚乙烯醇(PAV)薄膜以三明治式夹合丙二醇,再将四周 密封形成一张包裹薄膜.聚乙烯醇膜具有很高的水分或水汽透过性,但丙二醇对水具有阻隔性.具体 使用时,再包上一层玻璃纸,当与新鲜的肉类或鱼类接触时,由于食品与丙二醇的水分活度不同 (分别是0.99和O.),水分便很快从食物表面脱离.这种活性包装可使鱼类的货架寿命延长 3 -4 d.该吸水薄膜干燥后可重复使用10次9 3 能产生抗菌剂的活性包装系统 食品表面的微生物是影响食品货架期和安全性的主要因素之一.抗菌包装能杀死或抑制食品在加 工、储运和处理过程中表面的微生物,延长食品的货架期和增加安全性.将包装材料和防腐剂组合、 对包装材料的聚合物进行辐射处理或气流喷射等方法都可以使包装具有抗菌活性抗菌包装有两 种体系:有机体系和无机体系. 3. 1 无机体系 无机体系主要依赖金属离子的抗菌活性.无机系列抗菌剂中的抗菌成分是银、铜和镑,这些金属 是以离子的状态存在的,通过离子交换或直接合成,以制剂的形式与载体结合.由于银或铜等金属离 子有着与细菌或霉菌的活性酶中心强有力的结合能力,而具有抗菌作用.在古代人们就知道,为了防 止水和食物的腐败以及能够安全地饮用和食用,而采用银和铜为材料制成的容器.几乎所有的无机系 列抗菌剂都是使用无机质多孔体材料作为载体的,用于食品方面的要求符合食品添加剂的标准,以达 到高标准安全性的要求.无机体系稳定,本身不具有活性,与其它试剂如水分混合才发生反应.荷兰 Moeimura Bros (Europe)公司首次在欧洲展示的来自日本的抗菌材料“Zeomic“是一种由离子工艺开 发的无气味白色细粒无机粉末.该沸石阳离子被银离子交换,抑制了细菌的繁殖.该材料的优点是无 毒,有广谱抗菌性,耐热性高(达8C),且长期有效.耐酸性达pH3.耐碱性达pH13,其平均 134 集美大学学报(自然科学版)第9卷 粒径为0.6-2.5m.但这种沸石材料的价格较贵,通常的加量在1%-3%,于塑料膜上是 3 -6m很薄的一层11然而,将含有银的包装材料用于食品,在许多国家还没有明确的规定. 另外,502可以用来控制某些水果霉菌的生长1若不控制霉菌的繁殖,贮藏葡萄的品质会很快 降低.因此,结合冷藏和使用低浓度502作为杀真菌剂对于葡萄的贮藏是十分必要的.在一些用纸箱 包装的水果的冷藏中,也可以使用真菌杀菌剂.纸板箱用的真菌杀菌剂由快速释放系统和慢速系统组 成,以释放少量的502,这种502释放系统对于新鲜葡萄贮藏以及允许含有少量502的加工食品的贮 藏非常有利口 3.2 有机体系 近年来报道的食品包装中的有机抗菌剂包括:有机酸及其盐(如山梨酸盐、丙酸盐、苯甲酸 盐)、抗菌素(如乳链球菌肤)、酶(如溶菌酶)、金属和杀真菌剂(如抑霉嗖).含抑霉瞠的LDPE 膜可作为胡椒和Cheddar奶酷的包装材料.含有抑霉瞠的离子交联聚合物膜具有抗菌性能,能控制奶 酷和胡椒的微生物污染问.抑霉嗖可以作为塑料膜中的抗菌活性物质来抑制霉菌的生长14一种叫 氯苯酣DP-3的二苯酶衍生物triclosan已是新近面市的商业抗菌剂产品.该产品具有安全和长时间 的抗菌效果,也是一种“清洁界面“的保护剂.表1列出了常见的抗菌食品包装及应用15抗菌剂 的安全性也是限制性的因素.一些研究表明,通过化学修饰将一些功能性基团引人并使其固定在聚合 物膜的表面,可避免抗菌物质扩散到食品上,提高了食品的安全性.如用电子辐射修饰聚合物,使其 产生具有抗菌作用的胶基.uv激发态原子激光在空气中193nm下辐照尼龙膜,能将聚合物的酷氨基 转化为具有抗菌作用的胶基,激光的波长影响膜获得的抗菌性能16 乙醇是非常理想的食品杀菌系统.可以将食品级乙醇先吸收到一种惰性粉末裁体上,然后将其装 人透气性小袋中.惰性粉末物质从食品中吸收水蒸气后向包装空间放出乙醇蒸气,从而使食品长期处 于含乙醇蒸气的气氛中.日本研制了一种乙醇蒸气释放小包,此小包由纸与乙烯醋酸乙烯醋共聚物积 层材料制成,内装55%食品级酒精、10%水分及35%的二氧化硅粉末.有时为了掩蔽酒精昧,可 加人少量的香料.小包的大小取决于食品的重量、食品的水分活度和要求的食品货架寿命.食品的水 分活度越低,所需的酒精量越少,此酒精蒸气可控制10种不同的霉菌、15种细菌及3种致腐败的酵 母菌气此方法可用于饼干、奶醋、半干鱼类等食品的保藏,特别适合鱼类的保藏. 4 气调包装及温度监控系统 欧洲市场近年出现一种用于果蔬食品包装的气调包装袋.这种高氧自发性气调包装袋,袋内氧 气、二氧化碳和氮气的组合比例,可根据不同果蔬食品的生理特性调节,如对易腐果蔬食品可用 80 % -90 %氧和10% -20 %二氧化碳.这种包装具有抑制酶活性,防止果蔬食品褐变,防止无氧 呼吸所引起的发酵,保持果蔬食品的品质,有效地抑制好氧和厌氧微生物生长,防止腐烂等优点.采 用高氧气调包装袋包装鲜蘑菇,在8气温下,货架期可达到8d口 温度控制系统能减少冷冻食品在贮藏过程中由于温度控制不当而导致的品质劣变.冷冻食品在贮运 过程中温度每升高10,其品质劣变速度加快2-8倍1食品的保质期是指食品在一定条件下的品质 保持时间,实际上食品在贮运过程中条件会有变化,因此在包装上配有能反映食品在贮运过程中温度变 化的装置就很重要,它能向消费者指示食品在贮运过程中温度控制是否恰当,保质期还有多少. 时间-温度积分指示器(四)装在食品包装上,可设计为可发送和不可发送的可见标签,亦可 设计为在超市出口可由扫描仪显示的标签,可避免出售过期食品.四是根据物质的扩散原理、化学 反应和酶系统原理制成,如果食品品质有变化,则有不可逆转的记录,这种变化与温度有关,温度升 高,反应速度加快.目前已有1多种时间一温度积分指示器专利,但商业化的不多.法国的Mono 第2期吴光斌等:食品活性包装的现状及研究进展 135 Prix连锁超市已在其180个分店中使用这种指示器.意大利的Barillia公司在其冷冻产品和一部分部 制品上也装了这种指示器18 襄1抗菌食品包装的应用 抗菌jflj包袭材料 食品 LDPE 奶酶 山梨酸铮MCI亮聚糖培养篝 法粉/甘浊鸡醺 有机酸山梨酸钙CMCI纸 面包 丙酸壳猿糖 水 乙酸亮聚糖水 苯甲酸育手PE 鱼片 掷霉哇 离子交联聚合物培养基 LDPE 费酶 抗生萦 硅涂层培养巍 乳链球菌肤(多肤) S凹,玉米纤维膜培养基 溶菌酶“。日,起龙,乙酸纤维素,如膜,玉米纤维膜培养蕃 多肤/蛋白质/酶樊葡萄糖氧化酶海藻酸盐 鱼 乙董事氧化酶 醇/硫醇乙离事 硅肢培养器 氧化硅烙炜食品 氧气吸收养/拉氧化剂B狡YHDPE 谷物等餐食品 CO2 咖啡 气体氢氧化钙水果J囊莱 502 葡萄 uv辐射尼龙培养罄 其他银沸石LDPE 培养基 葡萄籽提取物LDPE 生菜 5 适于微波处理的包装 微披烹调给消费者带来很大方便.欧美国家使用微波炉的家庭已达90%,但微渡烹调往往不均 匀,如果烹调时闰过短,容易使新鲜食品烹调后仍带菌.开发微波包装是食品包装的新趋势.微被 “感受体“是最典型的一种活性包装辅助材料,是由聚醋膜真空涂铝膜制成,它在微波炉中可吸收微 攘,并将其转变成丢在撞,以升高自身温度,从黯揣摸包装内的食品,主要居以微波爆米花,也可做焦 脆的比萨饼、果馅饼、法式商包削.瑞典SPrinter公司生产了一种扁盘式微波钮裳,该包糙选用c PET材料,采用PET衬里、多层复合,并压制出加强筋.采用这种包麓的食品从冰箱取出就可直接 进人撮披妒拱烤,哥哥?受230c高温近几年还研究开发了镀SiOX材料,它是在PET、PA、PP等藩 材上镀一层硅氧化物,这种镀膜具有高陋隔性、商微波透过性、透明性,可用于高温蒸煮、微波加工 等食品软包装,也可制成饮料和食用油的包装容器.SiOX镀膜成本较高,大规模生产技术还不完善, 垣由于其特殊的优越性,将成为21世纪一种引人注吕的包装材料20 136 集美大学学报(自然科学版)第9卷 6 活性包装的发展前景及注意问题 随着食品科技的发展和消费者对高质量食品的要求,活性包装及其在延长食品货架寿命上的显著 效能成为目前食品包装发展的主要方向之一.一些活性包装技术在日本、北美、欧洲、澳大利亚已使 用多年,尤以日本使用活性包装技术最多.由于活性包装本身的技术先进性和包装食品后所产生出的 高附加值,世界上许多食品科研机构和食品企业正不惜财力、物力研制开发更多的活性包装技术,并 使之更快商业化,造福于人类.正如美国明尼苏达州大学的回eodoreLahuza博士宣称“在不久的将 来.活性包装的变化将不是一般性进展而是革命性的巨变“活性包装作为智能型包装的一种,被看 成是包装工业的革命性变化和新世纪的希望,有着十分广阔的应用前景. 在使用活性包装技术时要看它能否满足所用包装食品的需要,例如活性包装技术中广泛应用的脱 氧包装和抗菌包装,其所使用的去氧剂和从生物材料中提取元毒无害抗菌物质具有良好的应用前景, 但是,提取的天然抗菌物质要求直接固定在膜内侧、而且元需迁移到食品表面就能起作用,去氧系统 必须是得到证实和经济可行方可应用.在实际应用过程中,最好是将几种活性包装技术连用,从而达 到最佳效果.但活性包装技术最终能否应用于食品包装还要看它是否符合有关法规,主要包括三个方 面: 1)活性包装材料要能与食品接触.如食品添加剂,要符合食品添加剂的法规. 2)活性包装材料要能回收或有助于回收.活性包装系统应减少包装材料的使用或简化包装材 料,达到节省资源的目的. 3)要有明确的使用活性包装的标示,如脱氧剂.除考虑技术上的可行性外,还必须考虑环境保 护等问题. 在研制抗菌包装的关键技术一一抗菌剂或抗菌膜时应考虑如下问题: 1)膜的抗菌范围例如MAP只抑制腐败而不能控制病原体的增长将导致食用安全问题. 2)抗菌膜中抗菌剂的作用机理和物理特性.例如抗菌剂强有力的抗菌活力可能会减弱包装密封 性能,反而影响了安全性. 3)抗菌剂的抗菌活动是减少细胞增加还是导致细胞死亡. 4)抗菌剂迁移到食品的程度和毒理学及有关法规方面的

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