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食品活性包装材料的功能

2021年07月07日 咸阳机械设备网

食品活性包装材料的功能

“活性包装”的概念来自于与通常由法律或习惯所选定的“惰性”包装材料相反,特别指应用在食品包装上,并由目前欧洲法规认可的具有“屏蔽”功能的包装材料。或者说这种包装制品可保持包装内容物的特性,使之不受环境因素的影响而有所改变,另外也包含着某种包装制品可以突破欧洲有关法律法规,具有改善包装内容物的特性等功能性包装材料。

目前,在食品包装行业,活性包装的定义主要是根据欧洲特别研究中心提出的可改善包装物条件的体系(通过释放物质、排除或抑制),可延长包装物使用寿命;提高卫生安全性;改善气味和口感特性,同时保证其品质不变。具体概述如下:

抑氧剂

虽然目前利用对氧具有高阻隔性的塑料以及应用在包装方面的技术已十分成熟,可最大限度地减少氧气含量(例如真空或改性气体包装),但对包装物内减少氧气含量的要求还十分强烈。事实上,氧气被食物吸收而使包装内的浓度有所稀释。另外,高阻隔性塑料制品价格昂贵,并且通常难以加工。将中等阻隔性复合塑料应用在包装上,在多种应用领域其抑制氧气浓度的效果要比目前习惯使用的玻璃和金属包装要好得多。

另一个流行的开发项目是内层涂有抑氧剂的啤酒瓶盖。由于有了这种抑氧剂,可采用PET 瓶取代玻璃瓶灌装啤酒,并保证在装瓶后大约9个月时间内啤酒的原始风味和口感不变。实际上,在多年以前已经开始使用“抑氧”包装,也包括在包装物内减少由气体引起的化学和生物特性变化的包装体系,并且在不断地改进和发展。“活性包装”研究的方向是,在具有专用性的同时可转化成巨大的商业应用市场的包装体系,而目前流行的趋势是把活性剂从真正的包装材料中分离出来。

含抑氧剂的包装体系最好经过一个活化阶段而起作用,应用这种抑氧剂的复合薄膜就可广泛地应用于各种包装场合,其活化作用需要有一定的因素激发。例如:CPChem 公司(前身是Chevron-Phillips)出品的OSP 系列抑氧剂,利用紫外线辐射激发而活化。所有上述抑氧剂都需制成具有以下典型结构的复合薄膜,包括内层至外层,如有一层高阻隔性的聚合物(如PA)、抑氧剂、一层低阻隔性聚合物(如PE 或EVA)。其中,抑氧剂可隔离空气中的氧气,并且通常不直接接触到食品。

Cryovac 公司采用CPChem 公司的OSP 抑氧剂,生产出OS 1000薄膜。这种薄膜具有优异的性能,被瑞士雀巢公司下属的Nestle Buitoni公司选用,用于包装各种面食品并投放到美国市场。这种包装盒壁是热成型EVOH 阻隔结构层,盒子上部分采用拥有抑氧剂层的OS 1000型薄膜密封,如此可使食品包装盒内的氧气含量降低至0.1%以下,可延长产品货架寿命50%,因而荣获了美国软包装协会颁发的“技术创新金质奖”(Gold Award for TechnicalInnovation)。

乙烯捕捉剂

对塑料工业而言,乙烯捕捉剂是非常有趣的观点。乙烯是从石油中提炼实现工业化生产的碳氢气相单体,主要应用于生产聚乙烯塑料。令人惊奇的是,乙烯同样可以在植物的新陈代谢中产生,其作用就像催化剂一样可促使水果成熟和变软。尤其是乙烯积聚在包装材料内,就会使得在商店里采用密封包装出售的新鲜水果和蔬菜很快腐烂、变质。

其主要对策是利用放在包装内的一小袋乙烯捕捉剂先去除氧气。这一步骤使用高锰酸钾十分有效,但高锰酸钾对人体有害,因而不能直接用于食品包装。

其他用于去除乙烯单体十分有效的矿物质还有沸石、方石英以及部分种类的碳酸盐。这些矿物质在薄膜的生产应用中还可能起着关键作用。奥地利EIA Warenhandels公司利用沸石生产的Profresh品牌添加剂,可直接用于普通在第十届中国国际加工、包装及印刷科技展览会(Propak China 2004)上,美国罗克韦尔自动化公司的展位上人头攒动,观众如潮,前来参观食品、饮料、医药及包装加工设备的专业人士对该公司实现“包装机械速度与精度完美结合”的自动化解决方案、产品和技术的简捷实用性以及高投资回报性产生了极大的兴趣。这也正是我国许多包装设备生产企业当前所面临的实际挑战与竞争机遇。为此,记者专门采访了美国罗克韦尔自动化公司全球OEM 项目总监Doug Burns 先生。

Doug Burns先生告诉记者,总部位于美国威斯康星州密尔沃基市的罗克韦尔自动化公司始终定位于全球市场的不断增长。该公司在全球80多个国家设有450多个销售和支持机构,有雇员23000 名,其中有五分之一在现场直接为客户服务。除了一个遍布全球的研发中心网络,该公司还与3500多家授权的代理商、系统集成商和解决方案供应商建立了伙伴合作关系。

罗克韦尔自动化公司为用户提供世界一流的产品,汇集了国际知名的品牌,如艾伦·布拉德利——工业控制和系统解决方案的首要供应商;瑞恩电气——电机及控制方案的首要制造商;道奇——专门提供机械动力传输设备的制造商;罗克韦尔软件——开发和支持自动化软件的先驱。该公司自动化解决方案不仅符合ISO9000、欧洲CE标志准则,也满足了中国的CCIB 标准和CCC 认证,为客户提供了从控制到最终连接到负载的各种解决方案。

罗克韦尔自动化公司从1988年进入中国,在厦门建立第一个实体——艾伦·布拉德利厦门有限公司以来,在中聚乙烯薄膜的生产,无需采用多层复合薄膜也可获得良好保鲜效果,并且已获得美国FDA和德国官方颁发的食品认证。然而到目前为止,上述所有型号的添加剂,都会对包装制品的美观带来负面影响,原因是用其制造出的薄膜容易扭曲,同时呈半透明状。

包装内需要消除的其他物质,如经过存放一段时间后,从油脂中散发出的恶臭气味。在化学上称之为醛类物质,其中最具代表性的是己醛。清除醛类物质并不能使食物避免进一步氧化。无论如何,这是一项延长产品寿命而切实可行的技术。因为食物富于营养的成分在严重腐烂变质之前,这类化学物质发出的味道就很容易被人嗅到。

美国于1994年就批准了消醛薄膜专利权的申请保护,目前杜邦公司/DuPont正在进行消醛薄膜的商业化开发工作。其中使用的助剂就是乙烯捕捉剂。但是其化学作用机理仍不清楚,有几家意大利大学的科研人员正在为此进行专项研究。今天,人们普遍认识到如何消除薄膜包装内其他的难闻气味(尤其是存放鲜鱼时发出的胺类气体)以及新鲜蔬菜呼吸过程中所产生的二氧化碳气体,但到目前为止还没有商业化开发应用的报道。

抗菌剂

食品变质主要是微生物在作怪,在食品内添加杀菌剂可起到很好的作用。事实证明,在塑料中添加抗菌剂也取得了良好效果,特别是用在潮湿环境中的PVC 制品上。这种塑料要求有抑制微生物的功能,因而在生产配方中含有大量的生物降解型增塑剂,以使塑料表面易于流动成型并杀灭细菌。

开发使用抗菌剂杀菌的本意在于对革兰氏染色呈阳性的细菌进行灭杀。目前,Nisine是普遍流行采用的部分食品杀菌剂,部分有机酸(如山梨酸、丙酸、苯甲酸衍生物)也已证实可用作食品防腐剂。

除湿与抗腐功能

通常在电子和通讯器械包装制品内装有硅胶(或其他除湿物质)的小包装袋被认为是一种早期的活性包装形式。由于这些不是塑料包装材料,在这里不再讨论。另一个活性包装的例子是,无论是薄膜或纸,都属于防腐包装材料。有时用作电子和机械部件的保护外层,甚至作为整个机械设备的防撞击保护套。其中所起的作用是通过特殊的挥发性物质,称作为VCI (Volatile Corrosion Inhibitors)。VCI 通常掺入到包装材料内,这样获得了防腐纸或者可释放出VCI 的塑料薄膜。VCI 从包装层表面缓慢渗移,并充满包装层内部空间,如此给金属部件以保护作用。可根据气候条件、保持时间长短以及所需保护的金属种类,选择不同的VCI 配方。美国已开发出一种专用薄膜,用于保护银质或其他贵重金属部件,据称其中包含有一种未解密的物质,可以抑制气体对金属的腐蚀,从而避免金属表面产生发黑现象。然而,由于VCI 薄膜的作用原理不同,根据电——化学作用致使金属表面钝化,这比仅在包装层内吸收氧气或其他气体的效果要好。

作者:黄泽雄

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