現代社會的活性和智能包裝創新技術

萬勇+鄭元林

隨著社會的發展，食品包裝面臨的挑戰日益增加，主要包括市場化、保質期、方便性、安全性等方面。這也反映了市場需要新的高效節約的包裝技術。活性和智能包裝順應了這一趨勢，不僅有效地解決了食品貨架期和質量安全等問題，而且還能實時反饋被包裝食品的相關信息，減少因過期變質而導致的食物浪費。因此，現代包裝創新技術已逐漸向活性和智能包裝發展。

活性包裝的概念及商業用途

傳統意義上的包裝是通過容器、材料和輔助物來延長食品的貨架期?；钚园b是迎合不斷變化的消費者需求和市場趨勢的新型包裝技術。活性包裝技術包括吸收系統、釋放系統和其他系統。吸收系統用于除去氧氣、二氧化碳、多余水分等不利于存儲的成分。釋放系統用于向食品包裝內部釋放有利于食品存儲的成分。通過這種方式延長貨架期和保證食品質量安全。食品的活性包裝技術主要包括抗菌型、二氧化碳釋放型、氧氣消除型等。

抗菌型包裝

微生物的生長繁殖是食品變質和食物疾病的主要原因。抗菌包裝能夠很好地控制微生物的生長繁殖。通過增加微生物衰亡期和減少微生物成長期，使其具有抗菌功能，能夠有效地延長食品貨架期和保證食品安全。如果抗菌物質是難揮發的，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%）抗菌率可以達到99%，而且抗菌活性持久。Gucbilmez等人通過將EDTA和溶菌酶加入玉米蛋白膜中，使其對大腸桿菌具有有效的抗菌活性。另外，大量實驗結果證明，納他霉素可抑制細菌的生長，被廣泛應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良材料。J.Duan等人開發了一種由殼聚糖和溶菌酶組成的抗菌膜，其中溶菌酶的質量分數為60%。通過奶酪保鮮的實驗可知，它對大腸桿菌、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，以延長食品的貨架期和保持食品品質。但如果二氧化碳濃度過高，又會使食品進入糖酵解階段，不利于食品的存儲。因此，這種類型的活性包裝常常使用氣調系統（MAP）來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和降低pH值，延長貨架期。肉類食品的包裝往往使用二氧化碳襯墊技術，襯墊吸收了肉類食品散發的水分，引發了襯墊內檸檬酸和碳酸氫鈉的反應，從而產生了二氧化碳。Norwegian等人研發了二氧化碳生產器，用于魚片的包裝，將魚片包裝在MAP中，生產器吸收魚片中的水分產生二氧化碳，用于魚片的保藏。B.C.Schirmer等人將二氧化碳氣體和檸檬酸、乙酸、肉桂醛等配合用于鮮大馬哈魚的保鮮，也取得了不錯的效果。

氧氣消除型包裝

食品氧化和霉菌、細菌、酵母菌等微生物繁殖是食品變質的主要原因。傳統的包裝材料很難提供良好的低氧環境，氧氣消除型包裝可通過清除包裝薄膜滲透進來的氧氣，讓被包裝物品擁有一個良好的低氧環境，從而大幅地延長貨架期。

氧氣消除型包裝通過除氧劑、填充惰性氣體或包裝材料本身的除氧作用來消除包裝袋內的氧氣，以延長食品貨架期和保證食品質量。氧氣消除劑可以將包裝內的氧氣含量降至0.01%。目前研究使用的脫氧劑按原料可分為無機脫氧劑和有機脫氧劑，其中無機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。鐵系脫氧劑原料來源廣，去氧效果好、成本低、安全性高，被廣泛應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，通過吸收水果成熟過程中產生的乙烯氣體，降低水果的呼吸作用，延長水果的保質期。將乙烯去除劑置于產品的包裝內，就能達到去除乙烯的效果。

以微波加熱的活性包裝正在成為研究的熱點，它不僅使用方便，也滿足了消費者的需求。然而，微波加熱可能出現不均勻的熱量吸收，從而導致食品本身溫度分布不均。因此，往往使用一些特殊保護裝置來改善微波加熱活性包裝?？傊?，使用活性包裝不僅可以為消費者帶來很多便利，而且可以有效地保護食品。

智能包裝的概念和商業用途

智能包裝是指能監測并指示包裝內部食品周圍環境變化的包裝技術。智能包裝系統可以提供整個食品流通環節的相關質量信息。它不僅能提供商品自身的信息，而且能提供儲存條件、微生物生長情況等信息。因此，智能包裝在防止食物浪費和提升食品物流方面作出了突出貢獻。包裝系統的智能功能往往通過指示卡、設備的傳感器來實現。指示卡是建立在環境改變（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的相關信息。根據功能智能包裝又可以分為時間溫度指示卡、新鮮度指示卡、RFID智能標簽等。

時間溫度指示卡（TTI）

溫度在食品存儲過程中起著至關重要的作用，時間溫度指示卡可通過顏色變化、結構變形來判斷溫度的變化，以傳達包裝食品的貨架期及相關信息。TTI作為一種新型的智能包裝技術，將食品在流通過程中的溫度信息記錄下來。如果食品在存儲、運輸、銷售環節中出現溫度不當等現象，那么食品就有可能出現問題。TTI指示卡已經被市場廣泛應用，其技術發展也已經相當成熟。

現在普遍應用的主要有VITSAB，Lifelines Freshness Monitor和3M Monitor Mark三種時間溫度指示卡。VITSAB是一種酶促反應型指示卡，其工作原理是底物經過酶促反應導致pH值降低，從而引起顏色的變化。Lifelines Freshness Monitor是建立在聚合反應引起顏色變化的指示產品。3M Monitor Mark（3M公司）指示卡是基于脂質擴散原理引起顏色變化。

新鮮度指示卡

食品包裝內微生物的生長及代謝產物會影響食品質量，新鮮度指示卡可以實時監測被包裝食品的質量，它能直觀地反映出食品品質的信息。食品中微生物的新陳代謝產物包括葡萄糖、有機酸、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，一種用于檢測微生物代謝產物——生物胺的pH指示劑，主要用于家禽肉的檢測。芬蘭VTT技術研究中心研發了可用于含硫化合物檢測的新鮮度指示卡，主要運用在肉類食品的包裝上。該技術可直觀的監測到肉類食品品質的變化，當被包裝的肉類食品品質發生變化時，該指示劑會由不透明變成透明。Mill等人設計了一種海產品新鮮度的智能包裝，它可以與揮發胺發生反應，通過相應顏色的變化來進行判斷。根據硫化氫與血紅蛋自反應原理制作的智能包裝，可以用來指示家禽肉的新鮮度。

RFID智能標簽

無線射頻識別（RFID）是一種非接觸式無線數據通信形式，通過無線電訊號識別目標。RFID標簽通常內置芯片，用來識別和跟蹤。因其具有存儲量大，安全性高等特點，也被用作防偽標簽。

近幾年，射頻識別技術發展迅速，而且被廣泛地應用于食品流通的各個環節。全球RFID供應商主要有EPSILIA（加拿大）、HRAFN Ltd（瑞典）等。射頻識別系統也可以與其他智能包裝系統結合使用，從而進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，而且方便庫存管理，在生產、運輸、銷售方面為銷售商帶來了巨大利益。許多大公司已經看到RFID技術的商機，紛紛在其產品中集成RFID技術以滿足市場巨大需求。從RFID的需求也能看到智能包裝的巨大市場及其潛在的機遇。

活性與智能包裝面臨的問題及發展趨勢

活性與智能包裝在延長貨架期、保證食品安全等方面發揮著重要的作用。目前，活性包裝面臨的問題主要是包裝中的添加劑使包裝具有一定的氣味和顏色，影響其銷售。未來活性包裝的發展趨勢是開發天然活性組成，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題，開發兼容活性包裝和智能包裝的活性智能包裝系統，不僅解決了安全功效問題，而且能自主判斷產品本身的信息。當然，減少活性和智能包裝的成本和簡化工序及操作，也是活性和智能包裝的未來一大發展趨勢。

作者單位：西安理工大學印刷包裝與數字媒體學院