现代社会的活性和智能包装创新技术

万勇+郑元林

随着社会的发展，食品包装面临的挑战日益增加，主要包括市场化、保质期、方便性、安全性等方面。这也反映了市场需要新的高效节约的包装技术。活性和智能包装顺应了这一趋势，不仅有效地解决了食品货架期和质量安全等问题，而且还能实时反馈被包装食品的相关信息，减少因过期变质而导致的食物浪费。因此，现代包装创新技术已逐渐向活性和智能包装发展。

活性包装的概念及商业用途

传统意义上的包装是通过容器、材料和辅助物来延长食品的货架期。活性包装是迎合不断变化的消费者需求和市场趋势的新型包装技术。活性包装技术包括吸收系统、释放系统和其他系统。吸收系统用于除去氧气、二氧化碳、多余水分等不利于存储的成分。释放系统用于向食品包装内部释放有利于食品存储的成分。通过这种方式延长货架期和保证食品质量安全。食品的活性包装技术主要包括抗菌型、二氧化碳释放型、氧气消除型等。

抗菌型包装

微生物的生长繁殖是食品变质和食物疾病的主要原因。抗菌包装能够很好地控制微生物的生长繁殖。通过增加微生物衰亡期和减少微生物成长期，使其具有抗菌功能，能够有效地延长食品货架期和保证食品安全。如果抗菌物质是难挥发的，可将其直接涂抹在高分子聚合物的表面。因此，抗菌包装对食品表面的微生物有很好的抑制作用。李侠等人在聚丙烯薄膜中加入酸盐玻璃载银作为抗菌剂，加入抗菌粉体（0.002%）抗菌率可以达到99%，而且抗菌活性持久。Gucbilmez等人通过将EDTA和溶菌酶加入玉米蛋白膜中，使其对大肠杆菌具有有效的抗菌活性。另外，大量实验结果证明，纳他霉素可抑制细菌的生长，被广泛应用于肉类及香肠的包装。壳聚糖及其衍生物具有良好的抗菌活性，是制备抗菌包装的优良材料。J.Duan等人开发了一种由壳聚糖和溶菌酶组成的抗菌膜，其中溶菌酶的质量分数为60%。通过奶酪保鲜的实验可知，它对大肠杆菌、单增李斯特菌、磷光假单胞菌等具有良好的抑制作用。

二氧化碳释放型包装

高浓度的二氧化碳可以有效地抑制食品表面微生物的生长，以延长食品的货架期和保持食品品质。但如果二氧化碳浓度过高，又会使食品进入糖酵解阶段，不利于食品的存储。因此，这种类型的活性包装常常使用气调系统（MAP）来平衡包装材料中的二氧化碳。

肉类食品的保存要使用高浓度的二氧化碳（10%～80%），这样可以抑制肉制品表面需氧菌的生长和降低pH值，延长货架期。肉类食品的包装往往使用二氧化碳衬垫技术，衬垫吸收了肉类食品散发的水分，引发了衬垫内柠檬酸和碳酸氢钠的反应，从而产生了二氧化碳。Norwegian等人研发了二氧化碳生产器，用于鱼片的包装，将鱼片包装在MAP中，生产器吸收鱼片中的水分产生二氧化碳，用于鱼片的保藏。B.C.Schirmer等人将二氧化碳气体和柠檬酸、乙酸、肉桂醛等配合用于鲜大马哈鱼的保鲜，也取得了不错的效果。

氧气消除型包装

食品氧化和霉菌、细菌、酵母菌等微生物繁殖是食品变质的主要原因。传统的包装材料很难提供良好的低氧环境，氧气消除型包装可通过清除包装薄膜渗透进来的氧气，让被包装物品拥有一个良好的低氧环境，从而大幅地延长货架期。

氧气消除型包装通过除氧剂、填充惰性气体或包装材料本身的除氧作用来消除包装袋内的氧气，以延长食品货架期和保证食品质量。氧气消除剂可以将包装内的氧气含量降至0.01%。目前研究使用的脱氧剂按原料可分为无机脱氧剂和有机脱氧剂，其中无机脱氧剂包括铁系脱氧剂、亚硫酸盐系脱氧剂、加氢催化剂型脱氧剂等； 有机脱氧剂包括抗坏血酸类、儿茶酚类、葡萄糖氧化酶和维生素E类等。铁系脱氧剂原料来源广，去氧效果好、成本低、安全性高，被广泛应用于各种去氧包装中。

其他类型的活性包装

乙烯吸收型活性包装常用作水果和蔬菜的保鲜，通过吸收水果成熟过程中产生的乙烯气体，降低水果的呼吸作用，延长水果的保质期。将乙烯去除剂置于产品的包装内，就能达到去除乙烯的效果。

以微波加热的活性包装正在成为研究的热点，它不仅使用方便，也满足了消费者的需求。然而，微波加热可能出现不均匀的热量吸收，从而导致食品本身温度分布不均。因此，往往使用一些特殊保护装置来改善微波加热活性包装。总之，使用活性包装不仅可以为消费者带来很多便利，而且可以有效地保护食品。

智能包装的概念和商业用途

智能包装是指能监测并指示包装内部食品周围环境变化的包装技术。智能包装系统可以提供整个食品流通环节的相关质量信息。它不仅能提供商品自身的信息，而且能提供储存条件、微生物生长情况等信息。因此，智能包装在防止食物浪费和提升食品物流方面作出了突出贡献。包装系统的智能功能往往通过指示卡、设备的传感器来实现。指示卡是建立在环境改变（温度、pH）引起颜色的变化。传感器则能精确记录和传输包装内的相关信息。根据功能智能包装又可以分为时间温度指示卡、新鲜度指示卡、RFID智能标签等。

时间温度指示卡（TTI）

温度在食品存储过程中起着至关重要的作用，时间温度指示卡可通过颜色变化、结构变形来判断温度的变化，以传达包装食品的货架期及相关信息。TTI作为一种新型的智能包装技术，将食品在流通过程中的温度信息记录下来。如果食品在存储、运输、销售环节中出现温度不当等现象，那么食品就有可能出现问题。TTI指示卡已经被市场广泛应用，其技术发展也已经相当成熟。

现在普遍应用的主要有VITSAB，Lifelines Freshness Monitor和3M Monitor Mark三种时间温度指示卡。VITSAB是一种酶促反应型指示卡，其工作原理是底物经过酶促反应导致pH值降低，从而引起颜色的变化。Lifelines Freshness Monitor是建立在聚合反应引起颜色变化的指示产品。3M Monitor Mark（3M公司）指示卡是基于脂质扩散原理引起颜色变化。

新鲜度指示卡

食品包装内微生物的生长及代谢产物会影响食品质量，新鲜度指示卡可以实时监测被包装食品的质量，它能直观地反映出食品品质的信息。食品中微生物的新陈代谢产物包括葡萄糖、有机酸、乙醇、二氧化碳、生物胺、含氮化合物、含硫化合物等。新鲜度指示卡是基于微生物的代谢产物能直接引起指示卡变色的原理。

2007年DSM NV公司推出了SensorQ，一种用于检测微生物代谢产物——生物胺的pH指示剂，主要用于家禽肉的检测。芬兰VTT技术研究中心研发了可用于含硫化合物检测的新鲜度指示卡，主要运用在肉类食品的包装上。该技术可直观的监测到肉类食品品质的变化，当被包装的肉类食品品质发生变化时，该指示剂会由不透明变成透明。Mill等人设计了一种海产品新鲜度的智能包装，它可以与挥发胺发生反应，通过相应颜色的变化来进行判断。根据硫化氢与血红蛋自反应原理制作的智能包装，可以用来指示家禽肉的新鲜度。

RFID智能标签

无线射频识别（RFID）是一种非接触式无线数据通信形式，通过无线电讯号识别目标。RFID标签通常内置芯片，用来识别和跟踪。因其具有存储量大，安全性高等特点，也被用作防伪标签。

近几年，射频识别技术发展迅速，而且被广泛地应用于食品流通的各个环节。全球RFID供应商主要有EPSILIA（加拿大）、HRAFN Ltd（瑞典）等。射频识别系统也可以与其他智能包装系统结合使用，从而进一步提高食品的安全性。RFID不仅提升了被包装食品的可追溯性，而且方便库存管理，在生产、运输、销售方面为销售商带来了巨大利益。许多大公司已经看到RFID技术的商机，纷纷在其产品中集成RFID技术以满足市场巨大需求。从RFID的需求也能看到智能包装的巨大市场及其潜在的机遇。

活性与智能包装面临的问题及发展趋势

活性与智能包装在延长货架期、保证食品安全等方面发挥着重要的作用。目前，活性包装面临的问题主要是包装中的添加剂使包装具有一定的气味和颜色，影响其销售。未来活性包装的发展趋势是开发天然活性组成，可大大提高食品的安全性。智能包装也存在着安全性和功效性等问题，开发兼容活性包装和智能包装的活性智能包装系统，不仅解决了安全功效问题，而且能自主判断产品本身的信息。当然，减少活性和智能包装的成本和简化工序及操作，也是活性和智能包装的未来一大发展趋势。

作者单位：西安理工大学印刷包装与数字媒体学院