食品包裝的主要功能是保護(hù)商品，因此在包裝設(shè)計(jì)時(shí)要具有安全性和保護(hù)性，同時(shí)要便于生產(chǎn)和運(yùn)輸，利于銷售，還應(yīng)體現(xiàn)出產(chǎn)品的文化價(jià)值和藝術(shù)特性。在食品包裝設(shè)計(jì)中，所選用的材料也要符合產(chǎn)品的需求，滿足可持續(xù)發(fā)展的理念。包裝材料要有適當(dāng)?shù)淖韪粜裕銐虻臋C(jī)械強(qiáng)度，良好的化學(xué)穩(wěn)定性，耐高溫及光學(xué)性能等。除此之外，食品包裝還要具有多功能性(阻濕、防水、殺菌、防腐、耐油、耐酸等)，以滿足各種食品的包裝要求。
活性包裝和智能包裝是兩類新型的包裝形式，它們可使食品包裝具有傳統(tǒng)包裝無法獲得的功能特性，并滿足消費(fèi)者對食品質(zhì)量和安全的要求，這是未來食品包裝設(shè)計(jì)的新理念，也是食品包裝的發(fā)展趨勢。
一、活性包裝和智能包裝
根據(jù)Actipak的定義，活性包裝是通過改變包裝食品環(huán)境條件來延長貨架期或者改善安全性和感官特性，同時(shí)保持食品的品質(zhì)不變;智能包裝是通過監(jiān)測包裝食品的環(huán)境條件，提供在運(yùn)輸和儲藏期間包裝食品品質(zhì)的信息，這兩類包裝的特點(diǎn)如表1所示。上世紀(jì)70年代，活性包裝首先被引入日本市場，并在日本得到穩(wěn)步的發(fā)展，需求量逐年遞增。近些年在歐美市場也備受重視。有數(shù)據(jù)顯示，在美國活性包裝和智能包裝的年需求增長率為8.3%，預(yù)計(jì)2013年的產(chǎn)值可達(dá)到19億美元，其中食品和飲料兩大產(chǎn)業(yè)對活性包裝及智能包裝的需求量最大?；钚园b和智能包裝將具有巨大的市場潛力。
二、氧氣吸附型包裝
多數(shù)情況下，氧氣會使食品品質(zhì)降低，油脂發(fā)生酸敗，微生物生長繁殖，加速食物的腐敗變質(zhì)。Zerdin等研究結(jié)果表明氧氣可使橘汁發(fā)生明顯的褐變現(xiàn)象。食品包裝中的氧氣主要是通過抽真空或氣調(diào)包裝的方式清除，但是這樣的物理方法只能清除包裝中90%~95%的氧氣，其余的氧氣要通過氧吸附劑清除。氧氣吸附型的活性包裝主要是通過在包裝材料中添加或在包裝內(nèi)放置可與氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)、氧化酶等催化劑，這些物質(zhì)主要有鐵粉、維生素C、生物酶、不飽和脂肪酸等，其中含鐵的氧氣吸附劑可使食品包裝內(nèi)部的O2含量降低到0.01%，遠(yuǎn)低于氣調(diào)包裝所達(dá)到的氧氣殘留量(0.3%~3.0%)。
三、二氧化碳?xì)怏w釋放/吸附型包裝
一般情況下，鮮活食品，如鮮肉、草莓、奶酪、禽肉等需要在二氧化碳濃度較高(10%~80%)的條件下貯藏，以減緩生物化學(xué)反應(yīng)，并抑制微生物的活性，防止細(xì)菌生長。將碳酸氫鈉與亞硫酸脫氧劑混合，制成小袋置于食品包裝內(nèi)，可以產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，使包裝內(nèi)形成高濃度二氧化碳的條件。Hansen等研究以碳酸氫鈉制成的二氧化碳?xì)怏w的釋放劑對新鮮鮭魚進(jìn)行保鮮，并建立二氧化碳釋放量與鮭魚片的表面積及質(zhì)量關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，結(jié)果顯示碳酸氫鈉可使新鮮鮭魚的保鮮期達(dá)到17d。此外，在0.1℃的氣調(diào)包裝中，以碳酸氫鈉和檸檬酸為原料制成的二氧化碳釋放劑，可使超冷凍處理的鮭魚保質(zhì)期延長至28d。
在貯存水果時(shí)，二氧化碳的濃度過高，會使水果進(jìn)入糖酵解階段，造成有害物質(zhì)的積累，降低水果品質(zhì)，因此，在食品包裝內(nèi)還需控制二氧化碳的濃度。降低二氧化碳的濃度可以通過物理吸附的方法實(shí)現(xiàn)，如使用沸石或活性炭等物質(zhì)，也可以使用氫氧化鈉、氫氧化鎂等化學(xué)試劑與二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成碳酸鹽，或采用物理吸附和化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合的方法達(dá)到減少包裝材料中的二氧化碳?xì)怏w的目的。Aday等用過碳酸鈉、碳酸鈉、氯化鈉和膨潤土制成了EMCO二氧化碳吸附劑，并研究了EMCO在活性包裝中對草莓品質(zhì)的影響，結(jié)果表明EMCO的配比為過碳酸鈉50%、碳酸鈉20%、氯化鈉14%、膨潤土16%時(shí)，可延緩草莓的糖代謝作用，有效地保持草莓的品質(zhì)，將其保質(zhì)期延長到4周。
四、濕度控制型包裝
濕度控制型包裝主要用于兩大類食品，分別是干燥易碎的食品和鮮活食品。前者，如餅干等在高水分活度條件下會受潮軟化;后者在儲運(yùn)過程中會發(fā)生呼吸作用而產(chǎn)生冷凝水，若冷凝水凝結(jié)在食品的表面，食品中水溶性的營養(yǎng)物質(zhì)溶出，滋生大量微生物;若冷凝水與包裝材料接觸，會影響到材料的外觀，因此有必要控制包裝內(nèi)的水分活度和濕度。干燥劑可以吸收包裝內(nèi)多余的水分，維持相對濕度。常用的干燥劑有硅膠、氧化鈣、糖類、蒙脫土、聚丙二醇等。Azevedo等采用單體格子設(shè)計(jì)法優(yōu)化了以氧化鈣、氯化鈣和山梨醇為原料的干燥劑，結(jié)果表明3種物質(zhì)中氯化鈣的水吸收能力最強(qiáng)，最優(yōu)組合(氧化鈣50%、氯化鈣26%、山梨醇24%)的干燥劑持水力可達(dá)0.813g/g，可用于平菇的保鮮包裝。傳統(tǒng)的濕度控制型包裝是將干燥劑分裝后置于包裝容器中。目前的新技術(shù)是將干燥劑添加到高分子材料中，通過擠壓成型將干燥劑鑲嵌到包裝材料內(nèi)，此種方法可將包裝袋內(nèi)的水分活度降低到0.7。日本研制的可以控制包裝內(nèi)相對濕度的外包裝材料，是由外部的阻水層、內(nèi)部的透水層及中間夾著的葡萄糖漿組成。當(dāng)包裝內(nèi)的相對活度較高，水分可以通過內(nèi)部的透水層進(jìn)入葡萄糖漿內(nèi);當(dāng)內(nèi)部的相對活性較低時(shí)，水分會以蒸汽的形式返回到包裝內(nèi)部。
五、抗菌型包裝
延長食品保質(zhì)期，提高食品品質(zhì)是包裝行業(yè)努力的方向。近年來，歐美等發(fā)達(dá)國家正在大力的研究和開發(fā)抗菌型包裝材料和系統(tǒng)。抗菌型活性包裝主要通過以下幾類方式實(shí)現(xiàn)：①在包裝中放置含有揮發(fā)性抗菌劑的小袋；②直接在高分子聚合物中添加揮發(fā)性或非揮發(fā)性的抗菌劑；③在高分子聚合物的表面涂抹一層抗菌劑；④采用離子或共價(jià)的方法將抗菌劑固定在聚合物的表面；⑤采用本身具有抗菌特性的高分子聚合物。
包裝材料中常用的抗菌劑，它們可直接添加到高分子聚合物中使用，其中生物酶常被固定在聚合物的表面或以固定化酶的形式在包裝材料中使用。研究表明，百里香酚在支鏈淀粉膜中可明顯抑制金黃色葡萄球菌的生長，將該涂膜用于水果的保鮮，在4℃條件下橘子和蘋果分別保藏7d和14d后，表面沒有可見的微生物生長。銀離子是最常用的抗菌劑，它主要對有機(jī)物敏感，可破壞微生物的細(xì)胞壁，使酶失活。Martínez-Abad等證明在EVOH膜中添加銀離子可抑制肉制品中李斯特菌的活性，但是在使用過程中，銀離子易發(fā)生緩慢遷移而擴(kuò)散到食品中，引起安全問題，因此使用時(shí)必須符合食品添加劑的使用標(biāo)準(zhǔn)。
六、乙烯吸收型包裝
乙烯作為植物激素，是植物的代謝產(chǎn)物，可加速果蔬的呼吸作用，引起果實(shí)的成熟及進(jìn)一步的衰老。目前，高錳酸鉀常作為乙烯的清除劑，可將乙烯氧化成CO2和H2O，并且對食品不造成影響。然而高錳酸鉀有毒，不能直接添加到包裝中接觸食品，因此常將其置于小袋內(nèi)使用。近年來，有研究成功地將沸石粘土的微細(xì)顆粒分散到包裝膜中吸附乙烯，但這會影響包裝的透光性，而且也不能完全達(dá)到吸附包裝內(nèi)的乙烯的目的。另有研究表明活性炭等具有吸附功能的物質(zhì)也可以吸附乙烯氣體。
七、時(shí)間-溫度指示型包裝
時(shí)間-溫度指示型包裝是一種智能包裝，通過時(shí)間溫度積累效應(yīng)指示食品的溫度變化歷程和剩余貨架信息。商業(yè)上已應(yīng)用的有VISAB指示劑、LifeLines指示劑及3MMonitorMark指示劑。VISAB是以酶和底物反應(yīng)為指示器，LifeLines是建立在聚合反應(yīng)基礎(chǔ)上的指示產(chǎn)品，MonitorMark則是利用酯質(zhì)的擴(kuò)散速度與溫度的關(guān)系設(shè)計(jì)的時(shí)間-溫度型指示器。除以上的可視指示劑外，還有一種新型的無線射頻識別標(biāo)簽(RFID)，也被稱作智能標(biāo)簽，它是通過無線電波獲取標(biāo)簽中的產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X中進(jìn)行分析判斷。在產(chǎn)品運(yùn)輸中，RFID承載著商品的全部信息，可自動識別產(chǎn)品的變化情況。
八、其他類型
除了以上幾種常見的活性包裝和智能包裝外，還有為滿足食品的特殊包裝要求而專門設(shè)計(jì)的包裝形式。
近年來，為了提高食品安全，減少環(huán)境污染，利用天然高分子材料作為原材料制備環(huán)境友好型、可生物降解的新型包裝材料越來越受到人們的重視。預(yù)計(jì)將來，可循環(huán)再利用的環(huán)保型包裝材料將成為包裝行業(yè)發(fā)展的主要趨勢，綠色包裝材料和納米包裝材料將獲得大力開發(fā)和發(fā)展。
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