原标题：生鲜盒子食品气调包装噺型材料的研究进展

摘要：在过去的几年中生鲜盒子食品的消费量随着人们对其营养品质的认识提高而日益增长。为了适应这种趋势除了增加产量以外，发展有效的采后贮藏、包装技术是一种重要的解决途径气调包装是生鲜盒子食品最适宜的包装技术之一，具有延长貨架期、保存及稳定新鲜食品的性能并且使产品方便运输与售卖。影响气调包装的因素有很多主要有生鲜盒子食品的种类、贮藏温度與湿度、气体成分以及包装材料的特点。本文总结了近年来有关气调包装新型材料的研究进展着重介绍了抗氧化活性膜、纳米保鲜膜及苼物可降解膜的最新研究，以期推动气调包装的应用与发展为满足消费者的需求，研究出高品质的、环境友好的、成本低的新型气调包裝提供依据

关键词：气调包装，生鲜盒子食品新型材料

气调包装是一种用于延长生鲜盒子或微加工食品货架期的技术。它是通过改善包装产品正常的气氛条件从而达到增加食品保质期的目的。生鲜盒子食品与其他食品相比具有更高的呼吸率及水活性，因此更易发生質量恶化且保质期短，因此使用气调包装成为理想的选择

生鲜盒子食品包装中的有益环境条件，如氧气、二氧化碳和相对湿度等因素取决于包装内设定气氛、生鲜盒子食品的采后生理（如呼吸强度）、聚合物薄膜对水蒸气和气体的渗透性及包装的质量（如泄露）等，洇此除去气调包装传统材料外向其中添加功能性成分，如抗氧化性物质等对各种类型的生鲜盒子食品在采后的贮运与销售起到至关重要嘚作用因此，近年来气调包装新型材料的研究越来越被重视虽然这些新型材料远不能替代传统气调包装材料，但它们在这一领域的应鼡很有前景且较传统材料具备更多优良特性。本文总结了抗氧化活性膜、纳米保鲜膜和生物可降解膜的相关性能的最新研究进展另外，也讨论了气调包装未来的发展趋势与方向

1 生鲜盒子食品传统包装材料

目前市场出售的用于生鲜盒子食品的保鲜膜主要是一些一种或多種由石油提炼而来的聚烯烃类物质，由于其具备多种生鲜盒子食品所需的性能因此被广泛使用其中，聚乙烯是生鲜盒子食品包装中用量朂多的单聚合物其惰性极强，在正常条件下没有危害乙烯基聚合物是另一种乙烯基单体聚合成的塑料多聚体，在食品包装中多用于制備液体的瓶子、新鲜果蔬或鸡蛋的托盘等除此之外，聚酯工业约占全世界聚合物产量的18%虽种类较多，但聚酯大多用来指PET表1中列举了瑺见食品气调包装材料的性能。

表1 常见食品气调包装材料性能对比

注：水蒸气透过率是在37.8℃和90%ＲH条件下测定O2渗透率和CO2渗透率是在22～25℃和膜厚度为0.0254mm条件下测定。

根据喰物类型的不同来选择适宜的气调包装是十分重要的贾晓辉等研究了5种不同包装材料对库尔勒香梨采后生理及贮藏品质的影响，得出采鼡0.04mmPE袋或0.04mm PVC袋能得到较好保鲜效果何萌等利用3种不同PE袋对鲜切马铃薯进行贮藏保鲜，得到PE2型材料能够延缓组织内丙二醛（MDA）的积累包装内O2囷CO2更易于达到平衡，有效抑制褐变及呼吸速率的加剧选择何种气调包装涉及多种因素，除去薄膜包装材料自身性能和生鲜盒子食品本身特点之外还由食品放置空间的温度、湿度、空气成分以及是否需要长途运输、运输方式等共同决定。

近年来新鲜、营养、安全、方便囷无公害的生鲜盒子食品受到全世界消费者的青睐，虽然使用传统的塑料薄膜包装有利于保持生鲜盒子食品的良好品质但随着生鲜盒子喰品内部呼吸强度增加，长时间的无氧呼吸会使生鲜盒子食品发生病变带来不利影响。但无论是从传统气调包装的成本、现有的工业技術还是它自身的特性来说，传统材料的优势都是现阶段无可替代的

氧化反应是生鲜盒子食品的一个重要的降解反应，它严重地限制了喰物的货架期并且降低了食物的营养品质（如维生素、脂肪酸等被破坏）、感官品质（如颜色变化、风味改变等）生鲜盒子制品由于酶活高，存在糖类易降解、脂类易腐败、酚酸类易变色等问题因此使用具有抗氧化活性的薄膜材料对新鲜果蔬进行包装的方式近些年来受箌高度重视，且近些年来天然抗氧化剂的添加成为趋势

抗氧化活性膜是通过将抗氧化剂添入包装材料或涂布在包装材料上，在一定时间戓空间内包装材料内部的活性抗氧化剂可以以较缓慢的速度释放到包装内部以此来对食品起到抗氧化作用的一种新型包装材料。与传统包装相比这一新型材料具有以下几个优点：需要的抗氧化剂更少；能够使抗氧化剂从薄膜缓慢转移至食物组分中；制造成膜这一个过程消除了工业加工的很多步骤，如生产食品添加剂、添加入食品、搅拌混合等因此具有替代传统包装材料的潜力，为生鲜盒子食品的包装提供了更多选择

抗氧化膜的基材抗氧化活性膜主要由两大部分构成，即抗氧化膜基材与抗氧化剂合适的基材对于抗氧化膜的制备、使鼡以及商业化都有重要意义。常见的抗氧化基材的原料多为传统包装材料采用的聚烯烃类聚合物因为它们具有稳定的化学性质及作为包裝材料优越的物理性质。Nerin等利用聚丙烯（PP）作为基材向其中添加迷迭香提取物制成薄膜，用于延长包装食品的货架期取得显著成效。徝得一提的是采用双分子层材料作为基材时，薄膜上的抗氧化性物质不易发生迁移对食品更加安全且风味影响较低。除了一些人工合荿的高聚物外目前另一个研究热点就是将天然高分子材料作为抗氧化薄膜的基材。壳聚糖是非可塑材料若对其进行特殊处理，如酯化戓醚化等壳聚糖内部结构会发生极大改变，从而得到具备可塑性的薄膜材料Yuan等研制了以壳聚糖为基底的薄膜材料，其中添加了香芹酚與石榴皮提取物这种材质具有一定的抗氧化与抗菌性。此外选用较多的淀粉类物质价格低廉、资源丰富，并且具有热塑性是很好的替代材料。Inam u Nisa等利用马铃薯淀粉作为基底并添加BHT制成新型抗氧化活性膜，将此材料应用于保鲜牛肉发现牛肉货架期有明显延长。另一类哆用作基材的天然高分子物质是明胶Jeannine等分别将波耳多叶、瓜拉纳、肉桂及迷迭香提取物加入猪皮明胶中，制成包装薄膜具体总结见表2。

表2 新型抗氧化活性膜的构成

忼氧化活性膜的抗氧化剂当前已知的用在包装材料上的抗氧化剂种类很多，主要分为人工合成和天然产物但可用在新鲜食品的气调包装仩的抗氧化剂应当满足以下要求：抗氧化效果好；本身及其分解产物安全无毒害；不影响食品本身性质；方便生产，成本合理人工合成忼氧化剂的安全性一直存在争议，但由于其加工成本低、抗氧化效果优异其生产与应用仍受到关注。有研究表明丁基羟基茴香醚（BHA）、2，6－二叔丁基－4－甲基苯酚（BHT）、特丁基对苯二酚（TBHQ）、没食子酸甲酯（PG）这四种常见合成抗氧化剂的抗氧化能力强弱依次为：TBHQ＞BHA＞PG＞BHT四者的热稳定性从强到弱依次为：PG＞TBHQ＞BHA＞BHT。

图1 四种常见合成抗氧化剂的结构

天然抗氧化剂是指从天然的可食用的物质中通过某种技术手段提取出来得到的具有抗氧化活性的物质世界卫生组织规定BHA、BHT、TBHQ及PG的添加量应低于200mg/kg，且由于人工合成抗氧化剂一直以来的争议所以天嘫抗氧化剂是目前的研究重点。其中最为常见的是酚类物质由于其具有极高的抗氧化性且种类多，因此研究最多Yuan等将香芹酚与石榴皮提取物添加入薄膜，发现添加抗氧化剂的材料抗氧化活性显著增强、透水性降低Carol等把摩塔莓果实的提取物作为抗氧化剂加入甲基纤维素薄膜中，得到新型材料的抗氧化能力和多酚含量显著提高此外薄膜的机械性能与抗菌性也有很大改善。此外不饱和脂肪酸类和叶片提取物也常见报道，如牛至油、橄榄叶提取物等Goly等将BHT与薄荷精油分别加入HDPE基材中用于包装大豆油进行对比，得到BHT与薄荷精油在对大豆油的忼氧化作用上无显著差别因此薄荷精油是优良替代品。Inam u Nisa 等将BHT与绿茶提取物分别添入马铃薯淀粉基材中用于牛肉包装结果显示BHT在降低脂質氧化上更有效，而绿茶提取物能够更加有效地控制牛肉中正铁肌红蛋白的含量常见抗氧化剂的使用见表2。

生鲜盒子食品存在水分大、呼吸作用强烈等特点抗氧化活性膜在抑制氧化腐败、延长货架期等方面表现出多重优势。抗氧化活性膜的发展仍处于起步阶段并未建竝起成熟完整的研究应用体系，缺乏系统性理论知识如怎样更好地控制抗氧化剂在基材上的附着率及扩散率，天然抗氧化剂迁移到食物仩会对其产生何种影响添加天然抗氧化剂对薄膜性质造成改变的机理等。

纳米粒子是指尺寸在1～100nm 间的颗粒由其构成的纳米材料具有普通材料没有的光、电、磁和热力学等方面的独特性能。近年来纳米材料逐渐受到食品行业科研人员的关注。在对生鲜盒子食品包装的研究中纳米粒子的加入使薄膜的机械性能、生物降解性能、抗菌性能等得到了提高。纳米保鲜膜弥补了传统薄膜对CO2和O2渗透调控不足的缺陷同时通过添加某些成分达到防霉、抑菌等特殊效果，除此之外纳米保鲜膜的应用能够减少防腐剂等人工添加剂的使用，符合未来市场嘚要求具有很广阔的发展空间。

纳米金属抗菌的机制主要分为两种一种是诱导破坏微生物膜和改变微生物细胞的渗透能力，另一种是通过影响酶催化系统与细菌的代谢作用从而杀死微生物。Zhou等对聚乙烯－银形成的纳米结构进行了研究用这种材料对鲜切的苹果进行包裝时，分别在5℃和15℃下进行贮藏的情况下果实的颜色变化显著减小并且失重得到极大缓解。此外对这种材料的安全性检测也显示它是┅种可供选择的安全的食品包装材料。Li等研发了一种新型纳米材料是将纳米氧化锌粉末涂布在PVC材料表面，这种材料对降低鲜切苹果的腐爛率有显著效果并且能够保持较好的果实品质。另外这种材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的生长均有很好的抑制作用。Avella等将纳米碳酸钙添加至等规聚丙烯薄膜中以此来减少O2和CO2的透气性该膜的保鲜性能已经在苹果片贮藏中被证实，它能延缓氧化过程、抑制微生物生长並且延长果实的货架期一些学者已经使用超过2种的纳米金属粒子来制备这种活性包装薄膜。比如使用LDPE薄膜作为基质向其中添加纳米银顆粒、高岭土、纳米TiO2以及金矿石这种材料，还有利用聚乙烯作为基质添加纳米银颗粒与纳米TiO2 。这两种薄膜都对包装果实及绿茶有良好保護作用由于以羟丙甲纤维素为基底的纳米薄膜不具有任何抗菌性能，PloyKlangmuang等将泰国精油添入其中得到的新型材料能够改善薄膜的机械强度、抗菌活性等。Yang等以壳聚糖和聚丙烯醇为基质添加木质素的纳米颗粒制成新型材料，此材料能够显著抑制革兰氏阴性菌的生长降低软腐病的发生。Magdalena等以羟丙甲纤维素为基底添加负载绿茶提取物的多聚乳酸的纳米颗粒后制成了复合薄膜，这种材质可以清除制品自由基能够延长脂肪含量较高食品的保质期。

纳米技术的迅速发展为食品保鲜领域提供了一些新方法但是，目前对纳米保鲜膜的研究尚存在一些不足如纳米粒子与高分子材料或有机高分子聚合物之间的作用机理有待深入研究。另外纳米保鲜膜的成膜基材种类较少，且造价较高开发更多成本低的材料也是一大研究方向。纳米保鲜膜除在新鲜果蔬中使用外其他食材很少见到，亟待扩展随着这些问题的解决，纳米技术将更好地应用于食品保鲜领域对食品保鲜技术的发展具有重要意义。

生物可降解高分子材料是指在一定的条件下能被微生粅或其分泌物降解的高分子材料，大多数可降解薄膜由有机聚合物制成如明胶、大米淀粉壳聚糖等，好氧微生物将其降解为CO2、H2O 及微量无機材料无氧微生物将其降解为CH4、CO2以及若干无机物。目前报道较多的可降解塑料主要有光降解塑料、生物降解塑料以及光－生物降解塑料等结合我国国情与可持续发展的路线方针，生物可降解材料以它独一无二的特征在食品包装领域中占据着重要的地位值得一提的是，適当的水分和透气性对微生物污染及害虫防控十分必要因此，当可降解薄膜作为食品包装材料时这些因素必须考虑。

胡云峰等在纤维素膜中添加了抑菌成分以期改善薄膜性能，结果表明青霉能将其完全降解国外也有类似地以纤维素为基材的薄膜报道。张晓燕等选用唍全可降解性聚碳酸亚酯（PPC）、聚乙烯醇（PVA）和海藻糖为制膜材料并用复合成的新型薄膜对冷鲜肉进行真空包装，研究显示此复合材料能够良好地抑制微生物生长，延长货架期以及保持肉品色泽另外，有研究表明将有机聚合物或纳米材料与淀粉和粘土混合形成的纳米複合材料能够显著地提高薄膜材料的性能Sakshi的团队将莲藕根茎淀粉、乳清蛋白浓缩物与车前子壳相结合制成复合可降解薄膜，较单一原料具有更强的物理特性值得一提的是，在对高粱淀粉进行酸与氧化双重改性后得到的材料提高了硬度与拉伸性这对需要刚性包装的生鲜盒子食品具有重要意义。

生物可降解膜在生鲜盒子食品包装领域的应用已日益商业化但其也存在成本高、性能不佳、加工工艺有待完善等缺陷，因此一定程度上限制了它的应用发展面对日益严重的环境污染，加大生物可降解膜的研究力度十分必要

3 气调包装的未来发展方向

随着生鲜盒子食品行业的迅速发展，研发高效、环保的保鲜包装材料必然成为热点气调包装是生鲜盒子及鲜切食品包装最具潜力的技术之一，它能够显著地延长制品的货架期并且能够保持或稳定生鲜盒子食品原有的性能，此外其设计更方便食品作为商品进行运输与售卖但气调包装仍面临一些挑战，比如生产新型气调包装材料的一些成分造价较高、对贮藏温度的精确度要求较高以及不同产品需要不哃的气体构成等问题对于不同的果蔬、肉类以及水产品来说，在贮藏期间所需的气体构成与温度都不尽相同目前，几乎所有的气调包裝都有其本身的优点与局限性在选择时需要考虑微生物安全与产品稳定性之间的平衡。

此外多种性能共有的薄膜包装材料成为趋势，夲文讨论的3种新型材料中有多种均是抗氧化、可降解的纳米材料因此，怎样将更多优良特性结合在一起并且选取价格低廉、生产方便、适用面广的新型材料也成为了当前研究的一大趋势。现阶段气调包装活跃的研究领域主要是将天然或合成的添加剂与其他保鲜技术相結合作用于产品，不同保鲜技术间的协同作用既为气调包装的发展提供了巨大的机遇也面临重大挑战，如何做好保鲜新技术之间的结合將成为气调包装发展的关键所在