粮食储存用气调包装的发展及技术介绍.doc

粮食储存用气调包装的发展及技术介绍摘要：内容提示：现今的消费者需要方便购买、方便加工、方便食用的产品。同时更喜欢色、香、味具全，加工好的、营养丰富的、新鲜的食品。生产这类产品的 食品行业近年来增长迅速，如新鲜切片的农产品、特制干酪、冷藏三明治等。这些产品，常常采用气调包装来延长货架时间。粮食在流通中所经历的一切外部因素统称为流通环境条件。流通过程的基本环节有装卸搬运环节、运输环节和贮存。包装是粮食生产之后一个至关重要的环节，没有 包装就无法进行运输、储存、流通。然而，与其他物品相比，粮食的包装量大，难度高，不仅要防止破损撒漏，而且要防止生物、微生物的危害和自身的酸败、陈 化。其中有包装材料的问题，也有包装技术问题。据不完全统计，全世界谷物因包装、储藏不善，每年所受损失高达5400万t，价值60亿美元，我国粮食在贮 存、运输过程中因包装不善造成的损失更是惊人，个别地方由于包装不善造成的粮食破包撒漏率曾高达48.6%。经包装改进后，平均撒漏率下降到5%左右。但 距离国家规定的2.5%的损耗要求相差还很远。据估计，如果运输损耗下降1%，经铁路运输的粮食每年可减损50万t。因此，研究粮食流通过程中的包装问题 十分必要。、粮食包装中存在的问题在流通过程中装卸、运输、储存等环节的特性都是粮食包装需要考虑的因素。而粮食贮存环节对于粮食包装则是最大的考验。粮食贮存是粮食流通链中的重要一 环，也是继粮食生产之后的一个非常重要的环节。粮食贮存方法、贮存周期、贮存地点、贮存环境(如光、风、雨、虫、霉、鼠、尘、有害气体等)将直接影响粮食 的流通安全性。我国每年因储藏不当造成的粮食损失高达200亿kg-300亿kg，这是一个非常惊人的数字。粮食在储运过程中，受储运环境的影响，极易受 潮或由此而引起变质。这主要有以下几个方面的原因。1.1 包装材料方面近年来我国市场上出现的粮食包装几乎全是塑料包装，其中还有劣质塑编袋包装，塑编袋强度高，能够减少破损，但存在着渗漏、进土、进虫、进水等问题，易 使粮食生虫、发霉、变质，而且保质期短，塑料本身释放出的有害气体污染粮食，影响身体健康，尤其对儿童的健康危害更大，并且不易回收，容易造成环境污染。 总体上来讲，现行的塑编包装给粮食的计量、保存和食用带来很多问题。作为广泛使用的粮食包装材料，目前大多仍是采用普通聚乙烯单层袋。有少数厂家的小包装采用了聚乙烯/聚丙烯复合薄膜作包装袋，但在阻隔氧气方面并无突 出之处。从实质上来讲，可以说现行的小包装只起分零销售的作用，而不具保质功能。另外一个突出的问题就是在粮食包装材料的选择上随意性较大，没有统一的技 术标准，也缺少具体的管理法规，包装档次不高。此外在我国的粮食包装中仍有部分采用手工制袋，手工制袋不但劳动强度大、效率低、成本高，更人的问题是不符合食品卫生要求，容易传染疾病，东北某地就 发生过手工袋被禁用的事件。1.2 包装技术方面我国粮食加工出来之后，大致要3-6个月的时间才能到消费者手中。在加工厂、批发点、运输、粮店、消费者家中等多个环节中，对粮食的保存尚缺乏有效的 措施。尽管粮食在量的概念上看不出有何变化和损失，但是在品质上的损失相当严重，它直接造成了粮食营养价值的降低的危害。因此粮食的保质的重视。目前，国内外袋装粮食的保存方法有:自然缺氧法、真空包装法、抽空充气法及除氧剂法。但无论哪一种方法，实质上都是同一原理，既保持粮食在低温、缺氧 及干燥的条件下保存，以延长其保质保鲜期。如能配合低温条件将会获得更好的效果，但往往低温条件造价太高而难以实施。1.3 包装标准方面在粮食包装中，缺乏各种粮食、食品的绿色包装技术标准，无以规范粮食生产者、经营者对粮食、食品的包装行为。大米采用麻袋包装，难以辨别粮食品种，且 无商标、质量、数量的标记，无法树立企业形象，不利于参与竞争，不便于消费者选择。面粉采用布袋包装，价格昂贵，布袋多次反复周转使用，生产厂家之间相互 串换，给商标使用带来混乱，而且造成严重污染。2 粮食包装的发展趋势随着改革的进一步深化和人民生活水平的提高，我国粮食流通向市场经营型转变，粮食商品由大包购买向小包装销售转变，人们生活消费由温饱型向方便、卫 生、营养、快捷转变，新的粮食流通格局、新的消费观念和消费结构要求粮食商品改变包装方式。障碍(hurdle)技术的应用气调包装只是许多障碍技术中的一种，用来延长产品质量和货架时间。以鲜切农产品为例，原材料控制和良好的农业操作规范是让市场接受产品的首要的步骤。 品种，来源，季节，初成熟，加工成熟，切片设备，化学或其它处理和浸沾，包装环境，温度管理，运输等，需要控制所有影响鲜切农产品的接受性，安全性和货架 时间的因素。近来已经引入的许多新技术和可预见的新技术将会为冷藏产品带来更大的发展和变化，以满足消费者对安全、品质、方便性和整体价值的要求。其它障碍技术与MAP技术混合应用是基本的思路，因为我们不能仅仅依赖冷藏保存的条件就能确保易腐烂食品的安全性。事实上，冷藏是不足以阻止一些易传 染的或者有毒微生物繁殖的。与其它需要人类感染的病原体不同，很少量的细菌就可以导致某种类型的食物中毒，例如受污染的农产品。此外，甚至更低量的后处理 污染，也可能造成病原体微生物高度生长的环境，从而导致疾病甚至死亡。因此，对于易腐烂的食品，需要结合其它一些阻止微生物生长的方法共同形成安全稳定的 系统。这些阻隔技术的应用有效的减少了病原体微生物的繁殖和食品的腐败，例如大肠杆菌，沙门氏菌，李斯特菌和弧形杆菌。障碍技术包括酸化剂、杀菌剂、抗氧化剂和控制水份活性的工艺。此外，也可以采用非热处理技术，例如超高压处理，辐射杀菌，脉冲强光杀菌技术和脉冲电场 杀菌技术。除了采用MAP包装之外，在包装过程中也可以使用障碍技术，包括室内净化包装、活性包装系统、智能包装系统和多种可供选择的包装材料。温度对于 冷藏贮存产品的货架时间是最重要的影响因素。可以考虑综合使用这些方法以达到最佳的效果。只有严格执行和监控有害物分析和关键点控制(HACCP)方法才能确保冷藏食品的安全。HACCP方法评估从原材料到产品包装和配送的所有过程，从而 发现潜在微生物、化学和物理的有害物质产生的原因，然后对这些关键点进行控制，以避免不利结果。通过严格贯彻HACCP系统，加工企业可以建一整套操作程 序，达到安全的生产条件。创新应用过去的几年中，英国的一些新鲜绿色蔬菜的包装企业已经在实验含氧水平在70%100%的包装。这种过氧包装对抑制酶化变色，阻止厌氧发酵反应和抑制 需氧和厌氧微生物的繁殖(需氧菌对氧的需求量约为21%,厌氧菌对氧的需求量约02%)效果非常好。与MAP技术类似，过氧技术对不同产品的效果也不 同，需要进一步研究这种技术在鲜切农产品行业的应用。其应用还有可食用薄膜技术，这种技术中抗菌成份直接与产品成为一体，并且产品是在MAP条件下包装的。许多研究致力于抗菌剂的转移，例如安息香酸钠， 安息香酸，丙酸和山梨酸钾，从涂层中转移到食品中。FDA/IFT报告指出应用这种薄膜抑制微生物的最大优势在于单层结构的脂质和山梨酸层，或包含山梨酸的脂层与亲水基层形成的双分子层。正在研究如何生产具有良好表面张力的涂层，以牢固的粘在农产品表 面。TDA/IFT报告中指出为了更好的保证气调包装的安全性，还需要在一些领域进一步的研究：* 过氧条件的抗菌效果方面的研究* 农产品气调包装中微生物群与食品中病原体的相互作用，鲜切农产品在不同气体环境下，细菌病原体的生存和繁殖。* 气调包装农产品在不同温度下贮存时，如7C-12C，肉毒杆菌繁殖的特性研究。评估除了温度以外其它阻止肉毒杆菌繁殖的障碍技术。* 研究气调包装的鲜切农产品在不同气体环境，微生物种群和贮存温度下，单核李斯特菌的存活和繁殖。* 研究采用或不采用气调包装的鲜切农产品中产生志贺毒素的大肠杆菌的活动。* 气调包装农产品中辛尼菌，弧形杆菌和食品病毒，以及寄生的原生动物* 研究障碍技术或者多种处理与包装方的组合，例如辐射杀菌与MAP包装组合，抗菌薄膜与MAP包装组合* 评估智能包装系统气调包装对延长货架时间有非常好的作用。随着食品工业的发展对于气调包装的研究和应用将会与“障碍系统”组合，从而改进产品的质量，延长货架时间和安 全性。食品的气调包装在欧美及日本已广泛应用，随着改革开放的进程，在我国食品工业中，气调包装也已进入了实际应用阶段。过去对食品的保存大都采用熏烤、盐浸、 加温和添加防腐剂、消毒剂、抗氧化剂等，这些添加剂通过食品直接进入人体内，给人体健康带来不利影响，因此人们开始寻找更为安全、先进的食品保存方法，气 体包装、气调包装就此应运而生。多年的实践表明，食品的气调包装具有很大的实用性和可靠性，是一种较为科学和合理的食品防腐保鲜方法。要掌握好食品气调包装，必须解决下面两个关键问题：一是密封防渗漏无毒包装材料的选择；二是包装容器内灌充气体的选择及配比。以前对气调包装中的包装容器介绍颇多，对包装材料这方面研究也不少，介绍食品气调包装的资料也很多，但对气体包装、气调包装中最常应用的特种气体 O2、N2、CO2的质量介绍极少，甚至造成任何非食品级的气体都可作为食品气体包装及气调包装的气体来应用的不正确看法，可以说很多人不了解气调包装采 用的气体来自何处，是如何制取的。因此第二个问题就极为重要。众所周知，利用特种气体的理化性质，可进行食品的防腐保鲜。其中窒息性惰性气体N2性能稳定，使用N2的目的是排除O2，减缓食品的氧化作用和呼吸作 用，N2对食品中的细菌繁衍有窒息和抑制作用，且N2在水及油脂中的溶解度很小，食品对N2的吸附作用也较小，因此，可作为一种较好的食品防腐保鲜用气 体。CO2是目前食品气调包装中最主要的一种气体，它能抑制细菌、真菌的生长和繁衍，用于水果、蔬菜包装时，增加CO2具有减少O2、降低呼吸强度的作 用。但CO2对水和油脂的溶解度较大，附着在食品表面水膜层会改变pH值，从而导致食品的pH值和口味的改变，因此使用CO2的食品气调包装时，要考虑温 度、水分、干燥程度等因素。O2可维持食品的外观色泽，维持水果蔬菜的呼吸作用，抑制厌生物的生长，在气调包装中添加一定的O2会使食品保持新鲜。为了保证食品气调包装的质量，气体阻隔膜也是气调包装中极为重要的一环，因此必须使用具有较高气体阻隔性能的材料，以确保包装内的混合气体不渗漏。通 常采用的材料有聚苯乙烯（PS）、聚酯（PET）、聚丙烯（PP）、聚偏二氯（PVDC）、乙烯乙烯醇（EVOH）、乙烯醋酸乙烯酯（EVA）及各种 复合膜、镀金属膜等。食品的气调包装是集物理、化学、生物等多门学科于一体的综合技术，也是与特种气体结合最为密切的食品包装技术。过去在谈到气调包装时，只是强调气调包 装的科学性和优点及实用价值，而对气调包装中的气体质量极少提及，更没有专题来研究和讨论灌注气体的质量对气调包装的影响。然而气体质量恰恰是食品气调包 装中最为重要的因素，一旦包装中的气体质量出了问题，所包装的食品质量将会直接受到影响，也将直接危及到食用者的身体健康。笔者曾与一家中外合资的大型碳酸饮料公司在技术上合作过。他们对要采用的食品级液体CO2纯度要求非常严格，并有一个内部质量控制标准，凡充入饮料中 的CO2，必须做色谱分析，确定杂质组分及含量，达到其标准后才能采用。有鉴于此，笔者多次撰文强调食品气体包装、气调包装中使用的气体，必须符合食品 级，即O2、N2符合纯气的国家标准要求（参见表一、表二），CO2必须符合食品添加剂液体CO2国家标准要求（参见表三、表四）。用深冷法空气分离生产的O2、N2或用变压吸附制取后又经纯化器纯化的O2、N2，在质量上是可以加以控制和保证的。但CO2的质量则难以控制，因 CO2可出自不同的来源：合成氨尾气、石灰窑池放气、酿酒发酵气、管道烟气、烃类转化气、裂解气、地下CO2气井等。在不同来源的CO2中含有大量对人体 有害的杂质组分，如硫化物类、氮氧化物类、亚硫酸、亚硝酸类、焦油类、磷化物类、苯、酚、醛、酮等。食品表面对这些杂质组分有一定的吸附作用，并会产生一 些有毒有害的盐类或分解出有害物质。若直接用未经精馏或纯化处理的CO2来包装食品，其后果是直接影响食用者的身体健康。在食品气体包装、气调包装中，强 调气体的质量也就在于这个目的。气体质量可保证食品的质量，它们之间是相依相存的关系，忽视气体的质量也就谈不上食品的气调包装质量。正如医院病人所用的 O2，必须是医用O2，而决不能使用工业用O2，这是有严格界限，是保证人体安全的重要措施。在对食品进行气调包装时，只有重视气体质量，才能保证食品不 会被二次污染，也不会给消费者健康带来危害。随着包装工业的发展，对食品采用气体包装、气调包装的范围也将不断扩大。在气体包装、气调包装中将大量使用气体作为食品防腐保鲜的包装介质，因此气体 已成为包装工业中重要的组成部分。食品包装中所用的气体介质O2、N2、CO2总量中，N2及CO2大约占90以上，O2占510左右，因此对使 用在食品包装中的特种气体O2、N2、CO2等的要求也将会更为严格。据悉，国外在这方面已有特殊的标准，是非常严格和具体的。笔者认为，我国食品包装工 业在大力开展食品气体包装、气调包装工作时，必须从严要求，在起步之初就重视气体的质量，制订食品包装用气的国家标准，使食品的气体包装、气调包装规范 化、标准化，这更有利于我国加入WTO后包装企业的成长壮大。表一纯氮 GBT89791996项目指标优等品一等品 合格品氮气纯度，102（vv）999969999 9995氧含量，106（vv） 1050500氢含量，106（vv） 5 10一氧化碳含量，106（vv） 5 5二氧化碳含量，106（vv） 5 10 甲烷含量，106（vv） 5 5水含量，106（vv） 515 20表二医用氧气 GB898288指标名称氧含量，（vv） 995水分含量，在20和1013kpa（760mmHg）下，gm3007二氧化碳含量，（vv）001一氧化碳含量按GB8986的第五章检验应合格气态酸和碱含量按GB8986的第六章检验应合格臭氧及其他气态氧化物含量 按GB8986的第七章检验应合格气味无气味表三食品添加剂液体二氧化碳（发酵法） GB191794项目 指标优等品合格品含量，（vv）998 995游离水，（mm）02 醇类（以乙醇计），mgL 30100气味 无异味酸度 符合试验油分 不得检出表四食品添加剂液体二氧化碳（石灰窑法和合成氨法）GB1062189组分名称 组分含量 二氧化碳，（vv）995 水分，（vv）02 亚硫酸，亚硝酸 不得检出 一氧化碳、硫化氢、磷化氢及有机还原物 不得检出 油分 不得检出 酸度 符合检验 气味 无异味气调包装国外又称MAP或CAP、国内称气调包装或置换气体包装、充气包装。常用的气体有N2、O2、CO2、混合气体O2N2或 CO2N2O2（即MAP）。气调包装技术可广泛用于各类食品的保鲜，延长食品货架期，提升食品价值。一、CO2在食品包装中的应用瑞典一公司推出采用充满100CO2气体的包装袋、容器、贮藏室来贮藏肉类。高浓度的CO2能阻碍需氧细菌与霉菌等微生物的繁殖，延长微生物增长的 停滞期及指数增长期，起防腐防霉作用。该法能使猪肉不需冷冻处理可保存120天，如再加压处理，贮藏时间更长。这一方法引起美国、澳大利亚等肉类输出国的 极大关注。最近，美国专家采用新技术，用CO2制塑料包装材料。即使用特殊的催化剂，将CO2和环氧乙烷（或环氧丙烷）等量混合，制成新的塑料包装材料，其特点 具有玻璃般的透明度和不通气性；类似聚碳酸酯和聚酰胺树脂；在240温度下不会完全分解成气体；有生物分解性能不会污染环境与土壤等特点。我国已研究成功利用纳米技术，高效催化CO2合成可降解塑料。即利用CO2制取塑料的催化剂“粉碎”到纳米级，实现催化分子与CO2聚合，使每克催化 剂催化130克左右的CO2，合成含42CO2的新包装材料。其作为降解性优异的环保材料，应用前景广阔。二、氮气在食品包装中的应用氮气（N2）是理想的惰性气体，在食品包装中有特有功效：不与食品起化学反应与不被食品吸收，能减少包装内的含氧量，极大地抑制细菌、霉菌等微生物的 生长繁殖，减缓食品的氧化变质及腐变，从而使食品保鲜。充氮包装食品还能很好地防止食品的挤压破碎、食品粘结或缩成一团，保持食品的几何形状、干、脆、 色、香味等优点。目前充氮包装正快速取代传统的真空包装，已应用于油炸薯片及薯条、油烹调食品等。受到消费者特别是儿童、青年的喜爱，充氮包装可望应用于 更多的食品包装。美国应用N2增加薄铝材料的饮料罐强度，在饮料装罐前，将氮气溶解在饮料中；在饮料罐密封后，氮气就从饮料中释放出来，对罐壁形成一种压力，使饮料罐 相当于一个充气罐，从而增加了饮料罐强度，效果显著。该罐装饮料在运输、堆放中或在货架上都不会造