灵敏式包装的基本原理及发展

　　【摘要】智能型灵敏式食品包装在欧美等国的市场上已崭露头角，预计必将得到迅速发展并有广阔市场前景。文中介绍了这种灵敏式包装的基本原理，其中重点讨论了渗漏性指示物（剂）和新鲜度指示物（剂）的研究状况与实际应用及其开发趋势。

　　【关键词】灵敏式包装 食品包装 渗漏性指示物 新鲜度指示物

　　目前，某些智能型包装设计的产品正在走向市场，目其应用正日趋普及。带有新鲜度指示物和渗漏性指示物的灵敏式包装（在国外称之为Smart Packaging）的食品包装新方案已经取得了专利权，可以预料在不久的将来，市场上就会有这类灵敏式包装的新结构产品问世。据欧洲某些专家预言，在容易变质腐败的被包装产品中使用能表示出质量状态和安全性能的灵敏式显示标签，这种方法将在以后几十年里得到国际上普遍确认和广泛应用。

　　灵敏式包装的主要设计思路就在于这种包装方式能直接地提供有关内装物品的质量状况、内部空间气体成份及其存储变化动态的各项信息，包装食品类产品会与微生物繁殖过程中形成的代谢物发生反应，其产品质量性态则由新鲜度指示物直接敏感地显示出来。

　　如果易腐败变坏的食品储存温度高于预先规定的温度，食品中微生物就会迅速地繁殖。那么，在规定的保质期（货架寿命）之前，食品就会变质，在更糟糕的情况下，还会形成有毒的病原体细菌。但是，被包装产品表面上附加一类时间－温度指示物（T.T.I）后，在产品的整个流通过程中都会显示出温度随时间的变化关系，因此，可提供食品质量的信息。

　　对于很多容易变质的食品而言，降低氧气且提高二氧化碳浓度可以改善食品的质量稳定性，因为这样可以防止需氧微生物的繁殖。如果有任何产品渗漏现象发生的话，则丧失了气体环境的密封性。包装结构发生的渗漏现象也可能增加食品的变坏程度，因为有害微生物的侵入会导致食品的污染。在食品类产品包装过程结束后立即进行检查包装件是否有渗漏、这是完全可能实现的。但是，要在这种食品的整个流通供应链中识别出包装是否有渗漏，那就得在包装件中附加一种渗漏性指示物。

　　1.渗漏性指示物（剂）

　　近几年来，欧洲某些国家的研究中心一直在开发灵敏式食品包装的结构设计。当前，重点工作之一就是放在研究具有化学原理的渗漏性指示物方面。

　　专门使用于探测MAP（自控气调包装）是否发生渗漏的氧气指示物早已有专利了。具有氧气敏感性染料的这类指示物，适用于显示出MAP被包装品的质量。这类指示物除了具有氧气敏感成分以外，还包含有可以吸收氧气的成分，因此可以延长产品的货架寿命。然而，这种渗漏性指示物不与MAP内部氧气发生反应，因为吸氧成分包含在这种指示物内的，而且，指示物总是混入包装薄膜材料内以便防止在包装过程中发生氧化现象。

　　不过，在市场上大多数其他的可视氧气指示物与上述开发的不可逆渗漏性指示物不同，前者的变色过程是可逆的，也就是说它是根据当时氧气浓度水平而改变颜色的。但是，在渗漏性指示物中不允许这种可逆变色过程。这是由于渗漏致使包装结构完整性失效，而后进入包装件的氧气将会在微生物繁殖过程中被逐步消耗掉。

　　此外，在北欧等国家的包装技术研究部门还研究了利用虫胶类物质的催化作用在酶反应过程中生成变色物质的原理，制造渗漏性指示物用于食品包装。在氧气存在条件下，这种虫胶类物质可与很多种基本物质发生氧化反应。为了制成可观性指示物，需要有可变色物质。通过研究表明，这种可变色物质可以从某些生物化学物品中取得。例如，应用含有生化体的一种琼脂糖类材料，就具有从淡绿色变成墨绿色的特性。只要把这类材料装入容易渗透氧气的薄膜包装袋内，制成以虫胶类物质为基材的无氧条件下的氧气指示物，这种指示物一旦与氧气接触即发生反应，就会快速清晰地显示出颜色的变化。

　　2.新鲜度指示物（剂）

　　根据挥发性化合物引起的反应原理而开发出表示新鲜度直接指示物，一直是食品包装界给予充分重视的一个研究课题。在国外的一些研究机构中，研究工作主要集中于硫化氢（H2S），在长期保存的禽蛋类食品中都可能挥发出相当数量的这种物质。

　　当硫化氢与肌浆球蛋白接触后，就会形成一种绿色的色素磺胺肌浆球蛋白。应用这一原理，可制成一种基于这类肌浆球蛋白的新鲜度指示物，并已使用到MAP（自控气调包装）禽类肉产品的质量控制检验。

　　通过把普通肌浆球蛋白浓溶液吸入到琼脂糖类物质制成H2S敏感性指示物，并把它封入到可以渗透H2S的薄膜包装袋中。这种基于肌浆球蛋白的食品新鲜度指示物附加于装有禽类食品的浅盘包装件顶部的内表面，通过视觉即可探测到颜色变化，由此表明内部食品的质量状况。这种指示物颜色变化的鲜明显示特性，是与H2S类气味的溢出挥发是同时发生的。

　　除了上述基于肌浆球蛋白类指示物以外，有些研究部门还探索了对H2S具有敏感反应的其他指示物的一些材料，例如，使用化学氧化还原性反应的染料也可以取得比较满意的结果。

　　在开发能够指明食品质量及安全性的灵敏式包装结构方案中，其中一顶重要的研究要求就是要知道产品质量与细菌代谢物之间关系。同时，也要研究禽类和鱼类食品在MAP（自控气调包装）中表明质量状态的挥友性化合物的形成。目前，一些国外研究中心特别是欧洲的不少技术部门，已经把研究工作深入到其他潜在的能指示食品质量和安全性的细菌代谢物，重点是在禽类鱼类食品方面，以及有关对这些代谢物具有敏感性的新鲜度新型包接指示物的开发。这些研究项目在欧洲有些国家中已经成为国家级研究计划。

　　3. 应用及发展

　　国外的食品包装研究机构特别是欧洲的包装技术开发中心，除了研究新型智能型包装结构型式以外，还有一项主要工作是倡导和推广灵敏式包装的应用。例如，由芬兰农林部资助并由芬兰鱼产品销售协会指导的一个国家级技术推广项目，专门研究商用时间一温度指示器（T.T.I）对鱼类产品包装中质量评价时的适用性。

　　鱼类产品的质量评价可以看作为不同的规定温度和可变温度条件下时间的函数。同时，根据预定的产品货架寿命要求，选择不同的时间一温度指示物附加到零售包装件的产品表面，受到眼睛和仪器的监测。按照具体温度条件下指示物颜色的变化率与鱼类产品质量变化状态作出对比，然后可以作出质量评价。

　　在参与食品包装技术研究项目中的各方，包括制造商、批发商和零售商号相互紧密合作，对灵敏式包装的应用潜力和可能产生问题进行全面深入探讨。这些研究活动将为企业界提供必要的知识基础，有利于对灵敏式包装等的应用开发作出决策。很多欧洲国家的包装技术研究部门也参与评价主动型和智能型包装的安全性、有效性和经济一环境协调性以及消费者接受性方面的全欧计划。这项计划的目标在于考虑使用主动型或智能型包装结构时，要对全欧的包装法规的修正条例提供建议和意见。

　　目前，灵敏式包装技术在欧洲、美国等市场上已经初步得到应用，其中包括随时间和温度不同发生反应而具有可视颜色变化的指示标签，或者对某些化学化台物作出反包而具有可机颜色变化的渗漏性指示物和新鲜度指示物。从初步应用情况来看，这些目测性指示物非常适合于食品包装的大多数场台，其效果是十分明显的。

　　但是，可以预料这种包装技术在将来会具有更加复杂的远距离监控的可视信息。显示性标签中可引入电脑芯片，而且，数字技术的进步也可使用精巧的印刷电路。这种电子标签的首批产品将属于食品的安全性标签和无线电射频识别性标签。除了获取产员质量识别、生产日期、销售价格等信息外，这类电子标签还同样能显示出时间一温度、渗漏性或新鲜度各项功能的指示作用。由此可见，微电子接术和生物技术的迅速发展，将会促进灵敏式智能型包装全新结构的到来。