魏風(fēng)軍專欄：包裝行業(yè)觀察 活性包裝技術(shù)國(guó)外研發(fā)熱點(diǎn)與前沿概覽

魏風(fēng)軍 陳芳飛

活性包裝是一種新型包裝技術(shù)，為了使包裝袋內(nèi)維持適合于鮮果蔬菜貯藏保鮮的適宜氣體環(huán)境，可以向包裝袋內(nèi)加入各種氣體吸收劑和釋放劑以除去包裝內(nèi)過(guò)多的CO2、乙烯及水氣而及時(shí)補(bǔ)充O2。目前，科學(xué)家已研究出一系列活性包裝技術(shù)，一些可以顯示食品是否變質(zhì)，一些則可以延長(zhǎng)包裝食品的保質(zhì)期，這些技術(shù)對(duì)保障消費(fèi)者安全具有重大作用。在食品包裝領(lǐng)域，活性包裝憑借保質(zhì)期長(zhǎng)、環(huán)境友好性及安全性等方面相對(duì)于傳統(tǒng)包裝都有極大改善，具有巨大的市場(chǎng)潛力。國(guó)際上對(duì)活性包裝的研究可追溯到20世紀(jì)60年代，在日本問(wèn)世以后活性包裝技術(shù)就受到極大重視，目前活性包裝技術(shù)在日本、北美、歐洲和澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家已使用多年，其中活性包裝技術(shù)的先行者日本的研究成果最多，近些年歐美市場(chǎng)在該領(lǐng)域也取得重大進(jìn)展。總得來(lái)說(shuō)，活性包裝技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已有較多研究成果。本文結(jié)合科學(xué)知識(shí)圖譜與可視化技術(shù)，以文獻(xiàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)近20年活性包裝技術(shù)國(guó)外研發(fā)熱點(diǎn)與前沿進(jìn)行闡述，希冀對(duì)國(guó)內(nèi)從事活性包裝技術(shù)的研發(fā)人員有所裨益。

國(guó)內(nèi)外活性包裝技術(shù)的當(dāng)前研究現(xiàn)狀

活性包裝的發(fā)展可追溯到20世紀(jì)70年代，這一概念首先被引入日本市場(chǎng)，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的研究發(fā)展，當(dāng)前活性包裝技術(shù)在國(guó)外已有較多研究成果，D.Granda-Restrepo團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種復(fù)合膜，在復(fù)合膜內(nèi)加入一定量的氧氣去除劑可有效地保存奶粉中的維生素成分，從而有效地延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期。法國(guó)研發(fā)出一種名為Verifrais的氣調(diào)包裝，目前被廣泛應(yīng)用于肉制品包裝中，可以在肉分泌出大量液體時(shí)，增加氧氣的吸收并產(chǎn)生CO2，保持整個(gè)包裝完好。C.Gomes等研發(fā)了一種被水蒸氣激活后即可發(fā)揮作用的夾有鐵系脫氧劑層壓的包裝材料，這種材料十分有利于干酪的保存。國(guó)際上發(fā)表的關(guān)于活性包裝的第一篇文獻(xiàn)可追溯到1991年美國(guó)密歇根大學(xué)的ANSBACHER，R在期刊《CONTRACEPTION》發(fā)表的《INTERCHANGEABILITY OF LOW-DOSE ORAL-CONTRACEPTIVES-ARE CURRENT BIOEQUIVALENT TESTING MEASURES ADEQUATE TO ENSURE THERAPEUTIC EQUIVALENCY》一文，文獻(xiàn)說(shuō)明了目前食品藥品監(jiān)督管理局對(duì)非專利口服避孕藥和包裝之間生物利用度的差異性評(píng)估不足，從而難以確保治療等效性。其評(píng)估準(zhǔn)則沒(méi)有考慮到那些血液中的活性成分水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出可接受范圍的婦女。由于類固醇的治療范圍狹窄，這些婦女可能會(huì)懷孕或增加出血的發(fā)生率。這是將口服避孕藥列入關(guān)鍵藥物類別的擬議原因之一，在這些藥物類別中，不允許產(chǎn)品進(jìn)行非專利替代。此后活性包裝領(lǐng)域得到進(jìn)一步發(fā)展，發(fā)表文獻(xiàn)也越來(lái)越多。2002年Quintavalla，S和Vicini，L在期刊《MEAT SCIENCE》發(fā)表的《Antimicrobial food packaging in meat industry》一文中闡述了抗菌包裝的包裝概念， 抗菌包裝被認(rèn)為是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的技術(shù)，對(duì)延長(zhǎng)肉類產(chǎn)品的保質(zhì)期和食品安全有極大作用。使用抗菌物質(zhì)可以控制微生物的數(shù)量，并能針對(duì)特定微生物提高食品安全性和食品質(zhì)量。許多類別的抗菌化合物已在薄膜中進(jìn)行了評(píng)估，包括合成聚合物和食用薄膜，有機(jī)酸及其鹽類、酶、細(xì)菌素以及各種化合物，如三氯甲烷、銀沸石和殺菌劑。這篇文獻(xiàn)綜述了一些抗菌包裝系統(tǒng)的特點(diǎn)，還對(duì)歐盟抗菌包裝的監(jiān)管狀況進(jìn)行了審查。

國(guó)內(nèi)雖然在活性包裝研究領(lǐng)域起步較晚，但發(fā)現(xiàn)較快，我國(guó)開發(fā)的活性包裝系統(tǒng)在控制CO2含量、去除O2、控制水分和濕度、脫除乙烯、抗菌可食性包裝材料研究等方面已經(jīng)取得了一定的研究成果。如2018年唐川在期刊《Science and Technology of Food Industry》發(fā)表的《超臨界溶液浸漬法及其在食品活性包裝材料中的應(yīng)用研究進(jìn)展》一文較系統(tǒng)地闡述了超臨界溶液浸漬技術(shù)（supercritical solution impregnation，SSI）的機(jī)理，介紹了超臨界溶液浸漬過(guò)程中各組分之間的相互作用、超臨界溶液浸漬技術(shù)的流程，最后結(jié)合國(guó)內(nèi)外對(duì)超臨界溶液浸漬技術(shù)的研究，對(duì)超臨界溶液浸漬技術(shù)在制備食品活性包裝材料的研究重點(diǎn)進(jìn)行展望。殷誠(chéng)、黃崇杏、黃興強(qiáng)和張霖雲(yún)在期刊《Food Research and Development》發(fā)表的《可食涂膜在鮮切果蔬包裝上的研究進(jìn)展》一文，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外鮮切果蔬包裝的研究現(xiàn)狀和研究成果的分析，總結(jié)了果蔬保鮮方法以及可食涂膜的研究進(jìn)展，以期為研究鮮切果蔬可食涂膜材料提供科學(xué)依據(jù)。

綜合以上，我國(guó)活性包裝研究總體發(fā)展迅速，但現(xiàn)在我國(guó)活性包裝技術(shù)還存在一些問(wèn)題，例如成本高昂、人力和物力消耗大、許多活性包裝技術(shù)仍在實(shí)驗(yàn)階段以及對(duì)設(shè)備要求嚴(yán)格等，除了提高包裝技術(shù)外，環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展等因素也要兼顧到，因此我國(guó)要加大力度發(fā)展可食性和可降解性包裝材料。雖然我國(guó)活性包裝技術(shù)在商品包裝市場(chǎng)上尚未普及，但是總得來(lái)說(shuō)，該領(lǐng)域正朝著更加健康、高效、方便、廉價(jià)等方面發(fā)展，未來(lái)我國(guó)活性發(fā)展應(yīng)用必然成為食品領(lǐng)域的一大亮點(diǎn)趨勢(shì)。

國(guó)外活性包裝技術(shù)的研究進(jìn)展、機(jī)構(gòu)與研究熱點(diǎn)

筆者對(duì)近20年來(lái)活性包裝技術(shù)的相關(guān)研究文獻(xiàn)進(jìn)行了梳理與分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，從圖1可以看出，2000～2006年國(guó)際活性包裝學(xué)術(shù)研究處于萌芽階段，年均文獻(xiàn)發(fā)表量很少，幾乎都低于20篇，說(shuō)明此時(shí)該領(lǐng)域并沒(méi)有引起學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，只有個(gè)別機(jī)構(gòu)的少數(shù)學(xué)者開展基礎(chǔ)性研究。2007～2011年活性包裝研究逐漸升溫但總體進(jìn)展緩慢，在這一階段，年均發(fā)文量穩(wěn)定在40篇左右，雖然這個(gè)階段發(fā)展不是特別快，但相對(duì)而言，發(fā)文量處于較高水平，意味著有較穩(wěn)定的科研機(jī)構(gòu)和學(xué)者長(zhǎng)期開始關(guān)注活性包裝研究領(lǐng)域，有助于國(guó)際活性包裝研究領(lǐng)域?qū)W術(shù)群體或流派的形成。

據(jù)筆者統(tǒng)計(jì)，所分析的1278篇論文共涉及1176個(gè)研究機(jī)構(gòu)（此統(tǒng)計(jì)不區(qū)分研究機(jī)構(gòu)的排名）。表1為國(guó)際活性包裝研究領(lǐng)域發(fā)文量（篇）13篇及以上的研究機(jī)構(gòu)。

表1為按發(fā)文量（篇）降序排列的研究機(jī)構(gòu)及各研究機(jī)構(gòu)發(fā)文量（篇）占總發(fā)文量（篇）的百分比。從表1可知，國(guó)際食品活性包裝研究領(lǐng)域排名前17位的機(jī)構(gòu)分別是西班牙國(guó)家研究委員會(huì)（CSIC）（55篇）， 薩拉戈薩大學(xué)（UNIV ZARAGOZA）（46篇）， 福賈大學(xué)（UNIV FOGGIA）（36篇）， 威克莎大學(xué)（UNIV FED VICOSA）（21篇）， 薩勒諾大學(xué)（UNIV SALERNO）（20篇）， 圣地亞哥大學(xué)（UNIV SANTIAGO DE COMPOSTELA）（20篇），國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)（IATA CSIC）（19篇）， 馬薩諸塞州國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)（UNIV MASSACHUSETTS）（19篇）， 米蘭大學(xué)（UNIV MILAN）（19篇）， 北卡羅來(lái)納（CNR）（18篇）， 伊斯蘭阿扎德大學(xué) （ISLAMIC AZAD UNIV）（17篇）， 密歇根州立大學(xué)（MICHIGAN STATE UNIV）（16篇）， 那不勒斯費(fèi)德里科大學(xué)（UNIV NAPLES FEDERICO II）（16篇）， 塞維利亞大學(xué)（UNIV SEVILLE）（16篇）， ITENE（15篇），南里奧格蘭德大學(xué)（UNIV FED RIO GRANDE DO SUL）（15篇）等17個(gè)機(jī)構(gòu)。這17所研究機(jī)構(gòu)是國(guó)際活性包裝研究領(lǐng)域的主要研究陣地。其中薩勒諾大學(xué)（UNIV SALERNO）和圣地亞哥大學(xué)（UNIV SANTIAGO DE COMPOSTELA）并列，國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)（IATA CSIC）、馬薩諸塞州國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)（UNIV MASSACHUSETTS）和米蘭大學(xué)（UNIV MILAN）并列，伊斯蘭阿扎德大學(xué)（ISLAMIC AZAD UNIV）和巴倫西亞大學(xué)（UNIV VALENCIA）并列，密歇根州立大學(xué)（MICHIGAN STATE UNIV）， 那不勒斯費(fèi)德里科大學(xué)（UNIV NAPLES FEDERICO II）和塞維利亞大學(xué)（UNIV SEVILLE）并列。

上述進(jìn)展顯示國(guó)外在活性包裝技術(shù)領(lǐng)域各家研究機(jī)構(gòu)做了很多? 研究。

上述圖2、圖3表明，“acid（酸）”是國(guó)際活性包裝研究領(lǐng)域出現(xiàn)頻次最高的高頻關(guān)鍵詞，同時(shí)結(jié)合后續(xù)高頻關(guān)鍵詞“alpha tocopherol（a-生育酚）”“active film（活性薄膜）”“antibacterial（抗菌劑）”“antimicrobial（抗菌劑）”“agent（藥劑）”“adsorption（吸附）”可知，國(guó)際活性包裝研究領(lǐng)域重點(diǎn)活性包裝的抗菌作用，由于活性包裝大部分應(yīng)用于食品領(lǐng)域，擁有抗菌性能的活性包裝可以提高食品的保質(zhì)期，食品包裝用的抗菌劑，是能用于食品添加的防腐劑和經(jīng)監(jiān)管部門批準(zhǔn)的允許用于食品接觸的抗菌劑。另外，在研究開發(fā)抗菌包裝產(chǎn)品時(shí)，根據(jù)包裝體系來(lái)篩選薄膜所用的基材和抗菌劑，是十分重要的，所以與活性包裝相關(guān)的活性薄膜也是國(guó)際活性包裝領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，例如α-生育酚的加入致使新化學(xué)鍵的建立和結(jié)晶度的降低對(duì)殼聚糖基薄膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)有影響。并且有研究結(jié)果表明，α-生育酚能成功地添加到殼聚糖薄膜中，提高食品的最終質(zhì)量和保質(zhì)期。

圖4顯示了2000～2018年國(guó)際活性包裝的高頻突現(xiàn)詞，包括：antioxidant（抗氧化劑）、bacteriocin（細(xì)菌素）、antimicrobial packaging（抗菌包裝）、bacteria（細(xì)菌）、antimicrobialactivity（抗菌性）、antibacterial activity（抗菌活性）、alpha tocopherol（a-生育酚）、agent（藥劑）、active film（活性薄膜）等。將這些研究前沿與圖2的研究熱點(diǎn)比較可知，antioxidant（抗氧化劑）、antimicrobial packaging（抗菌包裝）、alpha tocopherol（a-生育酚）、agent（藥劑）、active film（活性薄膜）不僅是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，同時(shí)也是揭示活性包裝新知識(shí)理論的研究前沿，尤其是抗氧化劑、抗菌包裝、a-生育酚等高頻突現(xiàn)詞引領(lǐng)者國(guó)際活性包裝潮流，開啟了該研究領(lǐng)域的新一輪議題。

總體來(lái)說(shuō)，活性包裝研究前沿與該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)具有一定的一致性，主要側(cè)重抗氧化與抗菌包裝、活性薄膜、各類藥劑以及a-生育酚等方面的研究，說(shuō)明活性包裝這一新進(jìn)包裝技術(shù)近年來(lái)研究主題變化不大。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，活性包裝是適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)、迎合消費(fèi)者需求的絕佳包裝技術(shù)，國(guó)內(nèi)外都在活性包裝技術(shù)領(lǐng)域作出了很多研究，盡管傳統(tǒng)食品包裝技術(shù)仍在廣泛使用，但食品包裝工業(yè)的未來(lái)無(wú)疑將屬于活性包裝等創(chuàng)新性包裝技術(shù)。然而就目前而言，活性包裝仍存在一些研發(fā)方面的問(wèn)題，要想取得商業(yè)上的成功必須依賴于不斷改進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)、愈加高效的運(yùn)作機(jī)制，將活性包裝技術(shù)推向更廣闊的未來(lái)。基于此，活性包裝技術(shù)還需要更多的研究與實(shí)驗(yàn)以演繹來(lái)自各個(gè)層面的食品需求。

作者單位：河南科技大學(xué)包裝工程系

責(zé)任編輯：王蕾 wl@cprint.cn