抗菌食品包装撬动市场走俏未来(上)

杨忠敏

(湖北十堰市化工材料科技开发公司)

目前，消费者对于方便、快捷、新鲜的食品需要量不断增大，食品安全和食品质量也就成了人们最关注的问题。抗菌包装是通过使用具有杀菌作用的包装材料，抑制贮藏过程中食品微生物的生长并避免食品的二次感染，从而延长食品的保质期。食品抗菌包装是使用对人体安全的抗菌剂，使包装材料具有抗菌功能，以提高被包装食品的货架寿命。抗菌包装作为一种新型活性包装技术，将会对食品安全性的提高和货架期的延长产生重大的积极影响。现在，为了解决食品在物理、生物化学和有害微生物等因素的作用下腐烂变质，甚至产生有毒物质，严重影响消费者身体健康的问题，抗菌包装技术成了一个热点而值得关注。

1.市场流行的抗菌食品包装及杀菌设备新技术

无菌包装是将经过杀菌的食品(饮料、奶制品、调味品等)在无菌环境中包装，在经过杀菌的容器中，以期在不加防腐剂，不经冷藏的条件下取得较长的货架寿命。简单地说，无菌包装是将包装材料、包装容器和内容物先杀菌，在无菌环境下包装。非无菌包装是先包装，而后将包装容器和内容物一起杀菌，或不杀菌。

无菌包装的最大优点是在无菌条件下最大限度地保留食品原有的营养成分和风味。这一优点主要是运用了超高温瞬时灭菌技术，使食品在高温下只经受很短的时间迅速灭菌，然后很快降温，大大缩短了食品经受高温的时间，避免了营养成份和风味的过度损失。无菌包装的包装成本比较低、储存运输方便、外观美观、易受商家及消费者的欢迎。新的技术产品和环保材料的出现，对食品包装也提出了新的要求，目前市场上流行如下几种新的食品包装。

食品无菌包装。它是根据产品要求，在无菌状态下把经过灭菌处理的物料，装进事先灭菌或经无菌处理的包装容器内，让其储存于不透风、不透气甚至不透光的特定环境中，在常温下无需冷藏也能保持较长的时期而品质不变。无菌包装是对一种特殊的包装方法的简称。无菌包装是指用铝箔作阻隔材料制成附带有(饮用汽水时)吸管孔的长方形纸盒包装。用PET和HDPE制成的饮料瓶和以薄膜类为基材的可挠曲性包装材料，一般均用于无菌包装。今后发展趋势是多作为大容量的食品无菌包装。美国食品包装对于大多数的新型包装来说，主要采用基于石油化工产物的原材料，无菌包装的进一步发展将减少冷藏设备的需要。愿意使用塑料罐和塑料瓶者越来越多，将会取代玻璃制品，在某种情况下还可以代替金属制品。

柔性包装材料。包装用铝材可以分为柔性材料、半刚性材料和具有各种各样柔性的刚性材料。代表性的奶油、干酪的包装材料与微生物控制方法如下:奶油包装材料为金属罐、硫酸纸和铅箔薄膜、低温流通防止微生物再污染。软质奶油采用无菌塑料包装、低温流通。新鲜干酪采用铝箔和塑料薄膜无菌包装，聚苯乙烯容器无菌包装、低温流通。纸合干酪包装材料为硫酸纸、塑料包装料和纸盒、铝箔薄膜、加热处理、防止微生物再污染。棒状干酪采用PVOC膜包装、加热处理、防止微生物再污染。通过改进包装材料性能降低包装成本，而不是片面追求材料价格的降低。包装件与一般产品不同，需要经常装料、包封、储存、运输等商品流程，顾客买来后往往有一个保管和使用的过程，所以必须保证和提高包装质量。

轻型化包装。对于需要库存的产品包装的轻型化使货物搬运时更加方便。由于塑料包装较轻，托盘负荷相应减少，可少用拖车和起重叉车。用来把单个的纸盒、玻璃和塑料容器以及柔性包装等食品包装集装起来的包装，需要增加其强度，以便于安全运输，因而塑料包装也就成了首选。包装轻型化、包装单纯化、包装机械化、符合集装单元化和标准化的要求。

高温杀菌塑料罐。其材料组成为PP/EVOH/PP，其特点在于夹层以EVOH为材料。用这种塑料罐包装的食品，保存期与罐头相同，常温下可保存两年，可取代金属罐。

可挤压瓶。用挤压技术制造而成，具有良好的保气性和挤压性，材料组成也为PP/EVOH/PP，是果酱调味酱料理想的高温杀菌包装。当挤压包装瓶时，产品从树脂真空管中被挤出，而当手指松开，真空管道可被重新封上，这可以确保外界空气不会污染剩余的产品。

除上述食品包装之外，低密度聚合物适用于高温及酸性食品的包装;高阻隔积层材料食品包装，该材料阻气性能较高，金属化镀膜，适用于糕点、饼干等食品的包装，以及微波炉、烤箱用塑料盘。以结晶性PET为材料，是可耐高温的食品包装。食品杀菌设备操作界面以立体动画的方式展现设备的工作原理，操作灵敏度高，具有故障提示功能。近年来，杀菌设备在食品行业应用十分广泛，下面介绍几种国际市场流行的食品杀菌设备:

高压电场杀菌设备。该技术是利用强电场脉冲的介电阻断原理，对微生物产生抑制作用。高压脉冲电场的杀菌是在两个电极间产生瞬时高压脉冲电场作用于食品而杀菌，其基本过程是用瞬时高压处理放置在两极间的低温冷却食品。非热食品处理技术因为能最大限度地保持食品的天然风味，正受到越来越多的关注，其中最具有发展前景的脉冲电场处理技术更是近年来的研究热点之一。国外一些厂家已将这种强电场杀灭细胞的新技术用于食品加工中，这种技术可避免加热法引起的蛋白质变性和维生素被破坏。当食物送入装有平行的两个碳极的脉冲管时触头接通，电容器便开始充电;充电后触头转向另一端，电容器通过一对碳极放电并在几秒钟内完成。使用温度45℃～50℃、场强在30KV/cm时对微生物的杀灭效果尤佳。

感应电子杀菌设备。以电为能源的线性感应电子加速器所产生的电谱辐照技术，可导致微生物细胞发生变化，进而钝化和杀死有害微生物。这种新技术设备是将电子加速，去撞击重金属铅板。铅板产生具有宽带电子能量频谱的强射线，因此具有较高的杀菌能量，使用也较方便。另外，强光脉冲杀菌新方法是用连续的宽带谱短而强的脉冲，抑制食品和包装材料表面、透明饮料、固体表面和气体中的微生物。

微波杀菌设备。微波杀菌是利用了电磁场的热效应和生物效应的共同作用的结果。微波对细菌的热效应是使蛋白质变化，使细菌失去营养，繁殖和生存的条件而死亡。微波对细菌的生物效应是微波电场改变细胞膜断面的电位分布，影响细胞膜周围电子和离子浓度，从而改变细胞膜的通透性能，细菌因此营养不良，不能正常新陈代谢，细胞结构功能紊乱，生长发育受到抑制而死亡。此外，微波能使细菌正常生长和稳定遗传繁殖的核酸RNA和脱氧核糖核酸DNA，是由若干氢键松弛，断裂和重组，从而诱发遗传基因突变，或染色体畸变甚至断裂。德国贝斯托夫公司新近研制成功微波混合室系统，利用微波对食品进行杀菌处理，效果十分理想。该系统由附有相应电源设备的微小发生器、波导管连接器及处理室组成。它能够以食品内极其微小的温度差异，对在连续流动的食品进行快速的巴氏处理。在处理室内，微波的能量可以均匀地分布于被处理的食品上，加热到72℃ ～85℃的巴氏灭菌温度，时间保持1～8分钟，而后送入贮藏室，贮藏前温度降至15℃以下。

x射线杀菌填充包装机。辐照是利用原子能射线的辐照能量对食品杀菌的一种物理方法，其具有环保、安全、高效的特点，可以有效抑制或消灭食品中的致病致腐微生物。食品辐照技术利用的辐照源包括γ射线、电子束和X射线。X射线不仅具有电子加速器的可控性和无放射源的特点，又具有较强的穿透能力，因此利用X射线辐照杀菌对于食品辐照技术的发展具有一定的意义。日本东洋自动机构公司和藤森工业公司最近联合研制开发成功利用X射线杀菌的密封连带式无菌食料填充包装机。采用x射线对食品进行预杀菌，杀菌过程不像其他同类填充包装机那样先制袋，然后将袋一只只送到填充包装机前进行袋内杀菌，而是将以复合膜为原料、经过杀菌制成袋，在密封状态下直接送到填充包装机前进行填充包装，从而简化普通包装机采用的填充后再加热杀菌的工序，既快捷，又可避免破坏食品的风味。

红外线杀菌包装机。食品中的很多成分及微生物在3～10μm的远红外区有强烈的吸收。远红外加热杀菌不需要传媒，热直接由物体表面渗透到内部，因此不仅可用于一般的粉状和块状食品的杀菌，而且还可用于坚果类食品如咖啡豆、花生和谷物的杀菌与灭霉以及袋装食品的直接杀菌。日本三兹公司首创的红外线无菌包装机，全机由封装机和通道式红外线收缩机组成。该机可根据被包装物的形状和大小，选用相应厚度和颜色的热收缩薄膜，同时在辐射中灭菌，能大大提高灭菌工序与包装效率。

2.杀菌的好坏直接影响着食品的质量

现代生活方式越来越影响着人们的饮食习惯，人们对所有的包装软饮料都大感兴趣，因为它们更适应现代忙碌的生活方式。生产商也不断创新，为市场带来新的产品，而这些新产品对于可能出现的微生物非常敏感，容易引起污染问题，以及带来颜色和味道上的转变。传统上这些问题的解决一直是利用热灌装工艺，以热力来进行产品和包装的消毒，但耐热的瓶子成本昂贵，高温也使得产品损失了风味和颜色。无菌灌装的出现带来了一种新的解决方案，产品先经瞬间巴氏杀菌，在利用化学法消毒瓶子，并一直保持在无菌的状态下直至封装完毕为止。

包装的主要功能是保护商品，使之便于使用和保存。而对于食品来说，由于其与人们的生命健康息息相关，因此，为防止食品污染变质，不仅要求食品包装外形美观宜人，方便实用，重要的是要从内在保证质量，确保食品安全。无疑这对食品包装材料本身的性能优劣、是否绿色环保及包装的生产设计、制作工艺等提出了更高的要求。用于食品包装的材料必须有较高的阻隔性，如油脂食品要求高阻氧性和阻油性。干燥食品要求高阻湿性。芳香食品要求高阻异味性。而果品、蔬菜类鲜活食品又要求包装有一定的氧气、二氧化碳和水蒸气的透过性。同时包装材料要有良好的机械性能，主要包括材料的抗拉伸强度、耐撕裂、耐冲击程度等。还要有良好的化学稳定性，不应与内装食品发生任何化学反应。另外，还要有较高的耐温性，适合食品的高温消毒和低温储藏等特点。杀菌是食品生产中的一个非常重要的环节，杀菌的好坏直接影响着食品的品质。传统的热力杀菌技术对一些产品特别是热敏性产品的色、香、味、功能性以及营养成分等具有破坏作用。为满足消费者对营养、原汁原味、不含防腐剂、天然安全的要求，高压脉冲电场技术倍受瞩目。高压脉冲电场(PEF)用于食品杀菌，从20世纪60年代在美国就已开始研究，并逐渐扩大到工业应用，进入90年代中后期我国开始进行这方面的研究，但由于设备的限制，研究水平已经相对比较落后，特别是在产业化方面。该项新技术设备的投入相对较高、处理量少、但产品品质较好。而且与传统热力杀菌相比，非热力技术在能耗方面有着明显的优势，可以节约一定的能源，体现了一定的经济效益。

微生物种类极其繁多，各种微生物的生理结构都有所差异。如根据微生物的细胞结构可以明确地把生物细胞分成两个基本类型:一类称为真核细胞，其细胞中有明显的核膜包裹着细胞核，并有发达的膜系统;另一类称为原核细胞，细胞核不被核膜包围，只有核区，没有膜系统或膜系统不发达。除此之外，尚有一类微生物连细胞的基本形态和结构都不具备，称为非细胞型生物，如病毒等微生物。细菌也有很多种类，结构也不相同，此外，还有些细菌的细胞壁中不含肽聚糖，肽聚糖含量决定了细胞壁的坚韧性和多孔性。由于抗菌剂和微生物的作用是通过抗菌剂和微生物的特定结构相互作用进行的，因此结构的差异必然会引起不同微生物对同一抗菌剂的不同反应，最具体的体现就是抗菌剂对不同的微生物有着不同的MIC和MBC，甚至部分抗菌剂对一种微生物具有优异的抑制和杀菌性能，而对另一种微生物可能完全没有作用。微生物生长过程可分为迟缓期、对数生长期、稳定期和衰亡期。在这4个阶段中微生物的形态和活性是不一样的。在迟缓期微生物个体相对较大，代谢活跃，DNA合成多，微生物个体活性较高;在对数生长期微生物生长迅速，处于分裂繁殖状态，形态、生理活性都很典型。对外界敏感，对抗菌剂也敏感;在稳定期微生物繁殖速度下降，形态和生理可能出现变异。活性在生长期也可能出现较大差异，如有些革兰氏阳性菌的染色性可能变为革兰氏阴性特征，芽孢微生物在此阶段形成芽孢，对环境变化适应性增加;到了衰亡期微生物繁殖速度更慢，形态显著改变，可能出现畸形或衰退型的细胞。生理代谢趋于停滞，对环境反应更加迟钝，抗菌剂作用也明显降低。

抗菌剂本身的结构、性能和状态是决定和影响抗菌剂抗菌性能的最主要因素。目前应用的抗菌剂品种很多，包括有机抗菌剂、无机抗菌剂、光催化抗菌剂及天然抗菌剂等许多种类，每个品种对微生物的抗菌作用机理及抗菌剂最低抑菌浓度(MIC)和最高杀菌浓度(MBC)都不尽相同，因此不同抗菌剂的抗菌性能也不一致。抗菌剂在基材中的分散状态也是直接影响抗菌材料抗菌性能的主要因素之一。抗菌剂本身的存在状态很多，可以是固体颗粒、粉末、液体、淆液、乳液甚至气体。在抗菌材料中以固体形式存在的抗菌剂的颗粒大小、分布均匀性等因素都直接影响抗菌材料的抗菌性能。一般来说，以固体颗粒形式分散在抗菌材料中的抗菌剂颗粒越小，抗菌性能越好。所以在抗菌材料加工及使用固体抗菌剂过程中应该充分考虑加工过程中抗菌剂在基材中的分散情况，尽量使抗菌剂以小粒径颗粒存在于材料中。

抗菌剂浓度越大抗菌性能越好，这一点很好理解。但是在实际应用中抗菌剂在材料中往往不是均匀分布在基材中，而是在材料中有一定的浓度分布梯度，即在同一抗菌材料中材料各个部分的抗菌剂浓度可能是不一致的。而真正起作用的抗菌剂浓度仅仅是材料表面层的浓度，材料整体的抗菌剂浓度并不能很准确地反映材料表面的抗菌剂浓度。利用这一点可以制备表面浓度和内部浓度不一致的梯度材料，保证表面抗菌剂一定的有效浓度，通过调节内部浓度控制抗菌材料的有效抗菌作用时间，合理经济地利用抗菌剂，降低抗菌材料的制备成本。

常见食品杀菌设备的主要特点:一是操作界面人性化。操作界面以立体动画的方式展现设备的工作原理，操作灵敏度高，显示逼真，具有故障提示功能，使操作更具有人性化;二是过程操作简单化。整个生产过程只需按一个启动按钮就能按预设的杀菌公式完成你所想要的杀菌过程;三是三道安全联锁实现自动化。设备采用三道安全联锁控制功能，只有在设备完全正常情况下才能工作，使整个生产过程中更加安全;四是工作记录多样化。能根据实际要求，采用不同方式记录杀菌参数，符合美国FDA和HACCP标准;五是程序设定智能化。设备里有250种杀菌公式可以选择，用户可以很方便的将自己的要求事先输入到的程序里，工作时只需调出公式就能正常生产;六是设备运行可靠性高。设备主要元器件均采用进口器件。