果蔬汁新型包裝研究進(jìn)展

王彥淇,李 婷,趙 靚,王永濤,吳曉蒙,廖小軍

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院,國家果蔬加工工程技術(shù)研究中心,農(nóng)業(yè)部果蔬加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,食品非熱加工北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100083)

隨著軟飲料行業(yè)的消費(fèi)需求向著健康化和營養(yǎng)化轉(zhuǎn)變,飲料工業(yè)中高糖高熱量的碳酸飲料及風(fēng)味飲料占比逐年下降[1],健康營養(yǎng)的果蔬汁產(chǎn)品所占市場(chǎng)份額日益擴(kuò)大[2],果蔬汁行業(yè)正朝向“清潔標(biāo)簽”及“最小化加工”的方向發(fā)展[3-5]。“清潔標(biāo)簽”是一種保持標(biāo)簽配料欄中的食品天然、少出現(xiàn)食品添加劑的理念,它的發(fā)展推動(dòng)了果蔬汁產(chǎn)業(yè)中食品添加劑使用量的減少。但是,抗氧化劑、防腐劑等添加劑的減少使果蔬汁中營養(yǎng)物質(zhì)失去了保護(hù),產(chǎn)品中殘留氧和滲透氧氧化降解抗壞血酸、酚類物質(zhì)和有機(jī)酸化合物等營養(yǎng)物質(zhì),導(dǎo)致果蔬汁產(chǎn)品品質(zhì)劣化加快和貨架期縮短;“最小化加工”旨在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中減小加工強(qiáng)度,保護(hù)產(chǎn)品中的營養(yǎng)物質(zhì)?！白钚』庸ぁ钡墓咧a(chǎn)品通常采用非熱加工方式殺菌,包括有超高壓(Ultra-high Pressure,UHP)、脈沖電場(chǎng)(Pulsed Electric Field,PEF)和紫外(Ultraviolet,UV)殺菌等,這類殺菌方式加工強(qiáng)度較低、對(duì)果蔬汁營養(yǎng)成分保持較好,受到了消費(fèi)者的喜愛。但非熱殺菌加工強(qiáng)度的降低也導(dǎo)致其殺菌效果低于普通加工熱殺菌,果蔬汁中微生物殘留的問題成為了果蔬汁非熱加工技術(shù)推廣的瓶頸。

為了解決果蔬汁產(chǎn)業(yè)上技術(shù)革新帶來的問題,新型包裝應(yīng)運(yùn)而生。新型包裝是一種保障食品安全的重要手段,它通過包裝材料主動(dòng)釋放功能性成分或被動(dòng)地阻隔水分氣體來提高產(chǎn)品感官品質(zhì),保證食品安全性,從而延長(zhǎng)保質(zhì)期[6]。它包括吸氧包裝、高阻隔包裝和抗菌包裝等[7]。吸氧包裝和高阻隔包裝的出現(xiàn),從包裝技術(shù)方面很好地填補(bǔ)了果蔬汁產(chǎn)業(yè)的空白,通過吸收果蔬汁產(chǎn)品內(nèi)的氧氣、阻隔包裝外氧氣的滲入,減少了氧氣對(duì)果蔬汁品質(zhì)的影響,可以解決“清潔標(biāo)簽”遺留下的產(chǎn)品貨架期縮短的問題;抗菌包裝能夠?qū)Πb內(nèi)成品果蔬汁進(jìn)行抗菌,對(duì)于微生物殺滅不完全的“最小化加工”果蔬汁具有重要的意義。

本文綜述了吸氧包裝、高阻隔包裝以及抗菌包裝在食品領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀,分析其作為果蔬汁包裝的應(yīng)用前景,以期為果蔬汁活新型包裝的研發(fā)提供思路。

1 吸氧包裝

果蔬汁中含有豐富的酚類及有機(jī)酸化合物等營養(yǎng)物質(zhì),易受氧氣影響而產(chǎn)生顏色褐變、營養(yǎng)成分損失,感官品質(zhì)劣變等[7]。生產(chǎn)中采用的真空脫氣法、氮注、酶法脫氣等僅能將果蔬汁中殘留氧氣含量降低到2%～5%[8-9],而吸氧包裝可清除包裝內(nèi)殘留氧氣提高果蔬汁品質(zhì)。

吸氧包裝即含有吸氧物質(zhì)的食品包裝,其一般通過直接與氧氣反應(yīng),減少氧氣含量而保持果蔬汁品質(zhì)。吸氧包裝的分類方式有很多:根據(jù)包裝形式,可分為吸氧薄膜類(包括單層膜和多層膜)、吸氧瓶蓋或襯墊類、吸氧小袋類、吸氧標(biāo)簽類等,通常根據(jù)所適用的食品形態(tài)而變化;根據(jù)吸氧物質(zhì)種類,吸氧包裝可分為有機(jī)吸氧包裝和無機(jī)吸氧包裝。為了便于分析和總結(jié),下文根據(jù)吸氧物質(zhì)種類分別介紹有機(jī)吸氧包裝和無機(jī)吸氧包裝的應(yīng)用和效果。

1.1 有機(jī)吸氧包裝

有機(jī)吸氧包裝近年來的研究較為火熱,包括抗壞血酸、沒食子酸、茶多酚以及人工合成聚合物如1,4-聚丁二烯等?，F(xiàn)將有機(jī)吸氧包裝的研究種類整理如下表1。

表1 有機(jī)吸氧包裝的研究種類

沒食子酸是一種天然植物多酚,在堿性環(huán)境中氧化生成過氧化氫、醌和半醌,與堿性物質(zhì)混合可以實(shí)現(xiàn)吸氧。段繪葉[10]以沒食子酸為吸氧主劑,以堿金屬鹽為助劑提供堿性環(huán)境,制備了吸氧薄膜,其在果汁的高濕度體系下表現(xiàn)出了優(yōu)異的吸氧能力,達(dá)869 mL/m2。結(jié)果顯示,相比于普通包裝,該吸氧薄膜可有效吸收橙汁包裝中氧氣,抑制了橙汁的褐變和抗壞血酸的降解,也更好地保持了橙汁的感官品質(zhì)。同時(shí)吸氧包裝在貨架期內(nèi)持續(xù)吸氧,還可以減少包裝的滲透氧進(jìn)入產(chǎn)品帶來的影響,保持果汁品質(zhì)。在LDPE中加入沒食子酸與碳酸鉀的混合物制備吸氧薄膜,可作為高濕度食品(如蘋果,生肉或肉制品)的吸氧包材[11]。與沒食子酸吸氧原理類似,茶多酚通過自身氧化可清除氧氣,有研究以β-環(huán)糊精包埋茶多酚制備吸氧劑。張美英等[16]將含有β-環(huán)糊精包合茶多酚的共混薄膜貯藏鮮榨橙汁,在有效提高茶多酚的熱穩(wěn)定性的同時(shí)保證了良好的吸氧性能,貯藏期內(nèi)橙汁的褐變度、VC降解速率顯著低于普通包裝,且有更好的感官品質(zhì)。茶多酚作為另一種天然吸氧劑,可通過以自封袋、紙鋁塑或注拉吹制瓶等形式制備果蔬汁吸氧包裝,利于果蔬汁的儲(chǔ)存和品質(zhì)維持。

抗壞血酸可通過氧化消耗氧氣。Janjarasskul等[14]在WPI中加入抗壞血酸制成的薄膜,可迅速吸收包裝內(nèi)氧氣且阻氧性能優(yōu)異?？箟难岬奶烊恍院桶踩詾槠湓诠咧系膽?yīng)用奠定了基礎(chǔ),其吸氧得到的氧化產(chǎn)物脫氫抗壞血酸等均可食用,有望應(yīng)用在果蔬汁包裝中。美國W.R. Grace公司以抗壞血酸和硫化物為功能成分,開發(fā)了商品名為Darex的吸氧瓶蓋瓶塞和PureSeal吸氧瓶蓋襯墊[15],作用于瓶裝果汁的頂部空氣,在果汁飲料產(chǎn)品上得到了很好的應(yīng)用。

聚合物在果蔬汁包裝中的應(yīng)用十分廣泛,這是由于它們質(zhì)量輕、易于定型和制膜,可通過熔融共混等方式添加后與現(xiàn)有果蔬汁包裝的生產(chǎn)工藝相結(jié)合。其中,含有丁二烯的聚合物是一種很有潛力的吸氧材料,其碳碳雙鍵可實(shí)現(xiàn)吸氧功能[28-30]。姜方園等[18]利用環(huán)化苯乙烯-丁二烯共聚物制備吸氧薄膜,吸氧能力達(dá)40.5 mL/g,之后的工藝優(yōu)化進(jìn)一步提高了吸氧能力[19]。薄膜形式的包裝適用于果蔬汁的包裝和貯藏,也更有利于吸氧成分消耗氧氣。美國Chevron Phillips化學(xué)公司以乙烯/丙烯酸甲酯/丙烯酸環(huán)己烯基三元共聚物(EMCM)制備的OSPTM產(chǎn)品,通過產(chǎn)生自由基清除氧氣,吸氧能力可達(dá)60～100 mg O2/g吸氧劑[21-23]。與此類似的還有PET用吸氧劑——AMSORBTMDFC 4020[24]、Diamond ClearTM[31]。PET用吸氧劑可直接在制瓶生產(chǎn)過程中添加,無外加成本和設(shè)備投入,在果蔬汁包裝中應(yīng)用潛力巨大。

以有機(jī)物為功能物質(zhì)的吸氧包裝具有多種優(yōu)勢(shì):a. 與果蔬汁生產(chǎn)線結(jié)合度高。相比于金屬基等無機(jī)吸氧包裝,有機(jī)物不會(huì)干擾果蔬汁產(chǎn)線上金屬探測(cè)器的工作,與現(xiàn)有產(chǎn)線結(jié)合度更高;b. 安全性高。有機(jī)物不存在金屬誤食風(fēng)險(xiǎn),部分有機(jī)物同時(shí)也是安全的食品添加劑;c. 包裝力學(xué)和光學(xué)性能好。有機(jī)物具有優(yōu)異的分散性和與聚合物基質(zhì)的相容性,可以制備光學(xué)透明、力學(xué)性能優(yōu)異的包裝;d. 可回收。使用無毒的有機(jī)物與可回收基質(zhì)制得的薄膜不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。因此近年來,有機(jī)吸氧包裝在果蔬汁產(chǎn)品上的應(yīng)用研究逐漸增多,是科研人員和企業(yè)進(jìn)一步研究的熱點(diǎn)方向。但有機(jī)吸氧包裝也存在著一定問題,當(dāng)有機(jī)物分散在聚合物基質(zhì)中時(shí),其吸氧速率和吸氧能力低于無機(jī)吸氧包裝;同時(shí)有機(jī)吸氧劑成本較高,尤其是以沒食子酸、抗壞血酸為主的有機(jī)吸氧劑,限制了有機(jī)物吸氧包裝的市場(chǎng)推廣。因此,如何在降低成本的同時(shí)提升吸氧能力是當(dāng)前有機(jī)吸氧包裝需要解決的問題。

1.2 無機(jī)吸氧包裝

無機(jī)吸氧包裝在市場(chǎng)上具有多年的應(yīng)用歷史,表2對(duì)無機(jī)吸氧包裝的科學(xué)研究和企業(yè)的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié),不僅包括已經(jīng)應(yīng)用于果蔬汁的吸氧包裝,也涵蓋了未來有希望適用于果蔬汁的包裝。無機(jī)吸氧包裝形式多為初期的袋裝粉末,近年來出現(xiàn)了薄膜、標(biāo)簽、電紡絲墊等形式,也為其在果蔬汁上的應(yīng)用打開了新的思路。在成分上,無機(jī)吸氧包裝依然以鐵為最主要形式,另有鈀、氧化鈦和二氧化鈰等,根據(jù)成分將包裝種類整理如表2。

表2 無機(jī)吸氧包裝的研究種類

鐵具有無毒無味、吸氧能力強(qiáng)、吸氧速度快、安全低廉、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn),可在0.5～2 d內(nèi)將一定密封容器中氧氣的濃度由21%降至0.1%以下[32]。鐵基吸氧包裝的形式包括早期的袋裝粉末、中期的吸氧母粒和近年來的多層包裝和吸氧標(biāo)簽等。袋裝粉末由于粒徑小、比表面積大,吸氧速率高,可有效延長(zhǎng)水果的貯藏期[33],但由于袋裝不利于果蔬汁類液體食品的貯藏,鐵基吸氧包裝的形式向吸氧母粒方向轉(zhuǎn)變。吸氧母粒是一種吸氧包裝半成品,飲料瓶廠商購買后可直接生產(chǎn)果蔬汁的吸氧包裝瓶或包裝袋。其與包裝產(chǎn)業(yè)線結(jié)合度高、吸氧效率好,在全球已經(jīng)有了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。美國BP Amoco公司的吸氧商品Amosorb是世界上第一個(gè)鐵基吸氧母粒產(chǎn)品[38],另有德國Albis塑膠公司的Shelfplus?,吸氧能力可達(dá)39～48 mg O2/g吸氧劑[37]。之后包裝形式進(jìn)一步發(fā)展出現(xiàn)了吸氧薄膜和吸氧標(biāo)簽,它們作為吸氧包裝成品,可直接用于果蔬汁的包裝。具體有瑞士Clariant公司的Oxy-GuardTM產(chǎn)品[40]和美國Cadillac產(chǎn)品包裝公司的ABSO2RB?[39],均是較為有名的吸氧薄膜產(chǎn)品;美國Multisorb技術(shù)公司開發(fā)的吸氧標(biāo)簽FreshMax?的耐水性能優(yōu)異,可在果蔬汁體系中發(fā)揮較好的作用[38];法國Laboratories STANDA公司的ATCO?吸氧標(biāo)簽的吸氧水平高達(dá)100～200 cm3[37]。

鈀能夠催化氫氣和氧氣反應(yīng)生成水,在含有氫氣的環(huán)境中具有較高的吸氧能力。鈀真空沉積涂層制備的PLA/SiOx/Pd和PET/SiOx/Pd薄膜吸氧速率高達(dá)19210 cm3/(m2×h)[41]。同時(shí)也不缺乏商業(yè)應(yīng)用,美國Multisorb技術(shù)公司的FreshPax?小袋利用鈀金屬催化氫氣吸氧,能有效防止油脂及維生素氧化[15]。以鈀為吸氧主劑的無機(jī)吸氧包裝有望應(yīng)用于氣調(diào)包裝的果蔬汁體系,催化含有氫氣的頂空氣體完成吸氧效果。

無機(jī)吸氧包裝應(yīng)用早、范圍廣,源于它的優(yōu)勢(shì)十分明顯:a. 吸氧速率快、吸氧能力高;b. 成本低,尤其是鐵基吸氧包裝,有利于市場(chǎng)推廣和應(yīng)用。但其在果蔬汁上的應(yīng)用受到了一定的限制,這是因?yàn)樗鼈円滓鸸咧a(chǎn)線的金屬探測(cè)器報(bào)警,同時(shí)金屬還存在著誤食、影響食品風(fēng)味等劣勢(shì)。因此,開發(fā)適用于果蔬汁產(chǎn)品的無機(jī)吸氧包裝仍是今后研發(fā)的重點(diǎn),部分鐵基吸氧薄膜在果蔬汁上的應(yīng)用效果也有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。

2 高阻隔包裝

高阻隔包裝是一類對(duì)氣體或水分有卓越阻隔性能的包裝,可保持果蔬汁品質(zhì),延長(zhǎng)其貨架期。在果蔬汁產(chǎn)品貯藏期間,高阻隔包裝可減少外界氣體(尤其是氧氣)滲入,降低氧氣造成的營養(yǎng)成分氧化降解;同時(shí)減少果蔬汁中芳香物質(zhì)的滲出,有利于果蔬汁品質(zhì)的保持。有研究表明,高阻隔包裝中橙汁的色澤和營養(yǎng)物質(zhì)(包括維生素C和香氣等)保留率相比于普通PET瓶裝橙汁更高[44]。在高阻隔包裝中阻隔氣體和水蒸氣的成分可分為有機(jī)物和無機(jī)物兩種,下文對(duì)其種類和包裝形式進(jìn)行了總結(jié)和介紹。

2.1 有機(jī)阻隔包裝

聚合物中尼龍(MXD6)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、液晶聚合物(LCP)以及EVOH具有良好的阻隔性能常用于提高塑料包裝的阻隔性能。

乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)具有優(yōu)異的氣體阻隔性和對(duì)油和有機(jī)溶劑的抗性。Huang等[45]將EVOH與LDPE共混后吹塑成膜可顯著提高材料的氧氣阻隔性能。李義等[46]通過EVOH將PLA油瓶的氧氣阻隔性提高了1.7倍,另外多層共擠可以提高EVOH在高相對(duì)濕度下的阻隔性,有利于在果蔬汁包裝中的應(yīng)用。LDPE具有良好的水分阻隔性,Ge等[47]通過多層共擠技術(shù)制備LDPE/EVOH/LDPE薄膜,氧氣透過率低于0.09 cm3/m2·day·atm。

MXD6是以間二甲苯二胺(MXD)為基礎(chǔ),以聚間二甲苯己二胺為代表的半芳香族聚酰胺。在安全性方面,MXD6無毒無害,已經(jīng)在多層PET飲料瓶領(lǐng)域有超過25年的應(yīng)用歷史[48]。與EVOH相比,MXD6具有更強(qiáng)的阻隔性能,是工業(yè)中常用的氣體阻隔性樹脂,S?ngerlaub等[49]將其添加到PET中制備阻隔性PET瓶,可將其氣體透過率由409 mg(bottle·day·bar)-110-3降低至93 mg(bottle·day·bar)-110-3,氣體阻隔性能提高近4.4倍,有利于果蔬汁產(chǎn)品保藏。近年來,研究者希望通過生物可降解材料提高阻隔性,Eunmi等[50]用WPI對(duì)PET表面涂膜,其氧氣阻隔性是PET/尼龍/LLDPE多層材料的120倍以上。采用環(huán)境友好型材料制備高性能包裝是未來研究的重點(diǎn)。

2.2 無機(jī)阻隔包裝

無機(jī)物阻隔材料包括氧化鋁、氧化硅、沸石、蒙脫土等。紙鋁塑復(fù)合包裝在果蔬汁包裝中得到了廣泛應(yīng)用,它在保留紙張可塑性、克服鋁箔易折性的同時(shí),具備了鋁箔高阻隔性、極低透氧率的特點(diǎn),在市場(chǎng)上被大量推廣。浙江誠信包裝材料有限公司研制的PE/PET/Al/PA多層復(fù)合果汁包裝袋,在包裝果蔬汁、果蔬罐頭飲料方面性能優(yōu)越[51]。

Christoph等[52]將納米黏土、殼聚糖納米復(fù)合材料涂覆到PLA薄膜上,可將氧氣阻隔性降低到0.17 cm3/(m2·day·bar)。Tidjani等[53]通過離子改性與季銨鹽交換反應(yīng),提高了阻隔性能。Svagan等[54]在PLA表面合成殼聚糖/蒙脫土交替層,由此可將相對(duì)濕度為50%環(huán)境下的氧氣透過率降低96%?？稍偕圆牧献韪粜允悄壳把芯康臒狳c(diǎn),Wang等[55]以再生性纖維素為基底,添加凹凸棒黏土(Attapulgite Clay,簡(jiǎn)稱ATT)將材料的氧氣透過率降低至0.32 cm3μm/day/m2/kPa。

在果蔬汁高阻隔包裝領(lǐng)域,以EVOH和MXD6為代表的有機(jī)阻隔包裝和以紙鋁塑包裝為代表的無機(jī)阻隔包裝已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。它們具有力學(xué)性能優(yōu)良、柔韌性好,透氧率極低且在高濕環(huán)境下性能穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn);但高阻隔包裝的回收近年來引起了科學(xué)家們的注意。未來果蔬汁高阻隔包裝的發(fā)展趨勢(shì)將是進(jìn)一步降低包裝成本的同時(shí),提高阻隔包裝的可回收性,若能夠開發(fā)出力學(xué)性能和阻隔性能匹敵現(xiàn)有阻隔包裝的可回收包裝,將很大程度上推動(dòng)果蔬汁阻隔包裝的環(huán)境友好型發(fā)展。

3 抗菌包裝

商業(yè)無菌是保證產(chǎn)品安全和市場(chǎng)接受度的重要指標(biāo),非熱殺菌如輻照殺菌、超高壓殺菌、脈沖電場(chǎng)殺菌等可以減少對(duì)果蔬汁營養(yǎng)和感官品質(zhì)的損害,但也存在著殺菌不徹底等問題。因此可以通過結(jié)合抗菌包裝,在貯藏期內(nèi)保證果汁的商業(yè)無菌。

抗菌包裝通過向包裝體系中加入抗菌劑來抑制或殺滅微生物,保證食品安全。目前研究的抗菌包裝按照抗菌成分,主要可以分為無機(jī)抗菌包裝、有機(jī)抗菌包裝和天然抗菌包裝三種。

3.1 無機(jī)抗菌包裝

無機(jī)抗菌包裝包括氣調(diào)包裝和金屬及金屬氧化物抗菌包裝等。金屬粒子及其氧化物形成的納米材料具有巨大的比表面積及獨(dú)特的性質(zhì)[56],彌補(bǔ)了傳統(tǒng)食品包裝材料殺菌、阻氧、阻濕性能的不足,成為近年來研究的熱點(diǎn)[57],具體如表3所示。

表3 無機(jī)抗菌包裝抗菌性能

銀的使用十分廣泛,關(guān)于其抗菌的機(jī)理也一直在討論,Kim等[67]認(rèn)為納米銀通過離子溶出作用使蛋白失活,進(jìn)而細(xì)菌DNA喪失復(fù)制能力，細(xì)胞破壞甚至死亡。納米銀毒性較小,可作用于多種細(xì)菌、真菌及病毒[68]。銀在果蔬汁體系中的應(yīng)用也得到了驗(yàn)證,Emamifar等[61]以納米銀、二氧化鈦混合物為抗菌劑制備果蔬汁包裝,將未殺菌橙汁的保質(zhì)期延長(zhǎng)至28 d,同時(shí)銀離子溶出量低于限定標(biāo)準(zhǔn),保證了果蔬汁包裝的安全性,為其在果蔬汁中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。周玲等[59-60]制備以納米Ag2O為抗菌劑的保鮮包裝保藏鮮切蘋果,有效地抑制了微生物生長(zhǎng),提高了鮮切蘋果感官品質(zhì)。同時(shí),在日本、美國以及澳大利亞也已有含納米銀的食品接觸材料上市推廣[69]。

納米氧化鋅的抗菌機(jī)制尚不明晰,部分學(xué)者認(rèn)為納米氧化鋅在光照下可催化誘導(dǎo)自由基的產(chǎn)生,生成H2O2殺滅或抑制微生物生長(zhǎng)。另有學(xué)者[70]認(rèn)為納米氧化鋅是通過離子溶出效應(yīng)破壞細(xì)胞膜,達(dá)到殺菌效果的。納米ZnO在抗菌的同時(shí)可降低透氧率,延緩果蔬汁褐變。將含有0.25% 納米ZnO的LDPE薄膜包裝未殺菌的橙汁,可有效降低橙汁的VC損失及褐變,將霉菌與酵母數(shù)控制在6 log CFU/mL[61]。在安全性方面,美國食品藥品監(jiān)督局認(rèn)為普通ZnO是公認(rèn)的安全化合物。另有研究指出[71]納米級(jí)尺寸ZnO的毒性大小與其尺寸及使用劑量有關(guān),因此合成毒性更小、遷移量更低的納米氧化鋅是未來發(fā)展的重要領(lǐng)域。

納米TiO2通過光催化殺菌,在紫外照射下產(chǎn)生“電子-空穴”對(duì),誘導(dǎo)產(chǎn)生活性自由基,進(jìn)而抑制微生物的生長(zhǎng)。Bodaghi等[65]制備的TiO2-LDPE抗菌膜在紫外激活后,對(duì)假單胞菌的抑制作用顯著。在透氧率和力學(xué)性能方面[66],添加1%粉體時(shí)抗菌膜透氧率降到最低。透氧量與果蔬汁褐變密切相關(guān),目前果蔬汁包裝基本采用多層復(fù)合的紙塑包裝降低氧氣透過率,而納米顆粒與塑料復(fù)合有望提高塑料包裝的阻隔性能。

3.2 有機(jī)抗菌包裝

有機(jī)抗菌劑主要包括醇類、季胺鹽類、雙脈類、有機(jī)酸及酚類等物質(zhì)[72],通過阻礙細(xì)胞膜的合成影響微生物正常代謝活動(dòng)。常見有機(jī)抗菌劑總結(jié)于表4。

表4 有機(jī)抗菌包裝研究現(xiàn)狀

Jin等[78]將山梨酸鉀及苯甲酸鈉涂膜的PET包裝用于貯藏PEF處理后橙汁,可將貨架期延長(zhǎng)到84 d以上,菌落總數(shù)維持在1 log CFU/mL以下。潘怡丹等[74]通過溶劑澆筑法制備了麝香草酚的PLA抗菌薄膜,將其用于保藏藍(lán)莓,在54 d后抗菌薄膜內(nèi)藍(lán)莓好果率明顯高于對(duì)照組。Zhu等[73]通過溶液澆筑法制備百里香酚的PLA抗菌雙層膜,可顯著抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌。

果蔬汁作為液體食品其相對(duì)濕度較高,可促進(jìn)抗菌劑釋放提升抗菌效果。因此,抗菌包裝可作為非熱加工的輔助手段提高果蔬汁的安全性。

3.3 天然抗菌包裝

天然抗菌包裝無毒、無害且環(huán)保安全,主要包括殼聚糖、溶菌酶、細(xì)菌素以及植物精油等,其研究現(xiàn)狀如表5所示。

表5 天然抗菌包裝研究現(xiàn)狀

精油可抵抗多種微生物及病原菌,是公認(rèn)的安全化合物。丁香精油是丁香中提取的一種揮發(fā)性物質(zhì),具有抗菌、抗氧化功能。Friedman等[88]將丁香精油直接加入蘋果清汁中,可有效抑制大腸桿菌及單增李斯特菌的生長(zhǎng),驗(yàn)證了其在果蔬汁體系中抗菌的可行性,為其在果蔬汁包裝的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。精油類物質(zhì)易揮發(fā)、氧化,為提高其穩(wěn)定性,有研究[80]采用多層復(fù)合薄膜包裝西紅柿汁,在減緩肉桂精油的釋放的同時(shí)6 d可將西紅柿汁中的大腸桿菌降到檢測(cè)限以下。另有研究利用β-環(huán)糊精對(duì)精油進(jìn)行包埋[81],提高精油穩(wěn)定性以達(dá)到緩釋目的。

殼聚糖既具有抗菌能力又具有成膜性,已被廣泛用作可食性薄膜的基材。Lee等[86]用殼聚糖及乳酸鏈球菌素對(duì)紙板進(jìn)行涂膜,包裝橙汁后可將酵母數(shù)降低2 log CFU/mL,延長(zhǎng)橙汁品質(zhì)。Joerger等[84]用殼聚糖對(duì)乙烯共聚物進(jìn)行涂膜處理,4 ℃10 d內(nèi)可將雞胸肉中單增李斯特菌降低1.2 log CFU/mL。

細(xì)菌素是由部分乳酸菌代謝產(chǎn)生的多肽及小分子蛋白質(zhì),對(duì)革蘭氏陽性菌抑制作用較強(qiáng)。以細(xì)菌素為抗菌劑的食品包裝研究十分廣泛,涉及果汁、乳品及肉品多個(gè)領(lǐng)域。最為典型的就是Nisin,它通過與類脂II結(jié)合,阻斷細(xì)胞壁中肽聚糖的合成,導(dǎo)致細(xì)菌死亡[89]。Jin等[87]采用溶劑澆筑法將Nisin添加到PLA薄膜中,包裝橙汁后,可使大腸桿菌與單增李斯特菌分別降低4及4.5 log CFU/mL。Lee等[86]通過涂膜制備的包裝也在橙汁中獲得了良好的抗菌效果,其可作為一種抗菌劑用于果蔬汁包裝。

由于市面果蔬汁普遍采用了熱殺菌工藝和防腐劑聯(lián)用,殺菌效果較好,因此市面上果蔬汁產(chǎn)品對(duì)抗菌包裝的需求并不旺盛。但隨著人們對(duì)果蔬汁產(chǎn)品營養(yǎng)成分的追求,冷殺菌、低添加劑或無添加劑產(chǎn)品逐漸推廣,果蔬汁產(chǎn)品中微生物的殘留問題將引起人們的注意,果蔬汁抗菌包裝的研究將成為趨勢(shì)。在果蔬汁抗菌包裝領(lǐng)域,以納米銀、納米氧化鋅為代表的無機(jī)抗菌包裝的抗菌效果優(yōu)異,但納米級(jí)抗菌劑安全性法規(guī)仍需完善,投入市場(chǎng)還需要一段時(shí)間;以麝香草酚為代表的有機(jī)抗菌包裝和以精油為代表的天然抗菌包裝可有效延長(zhǎng)果蔬汁的貨架期,且安全性高,但它們同時(shí)存在著抗菌效率有待提升的問題,人們?yōu)榱诉_(dá)到指定的抗菌效果甚至需要濃度高達(dá)40%的百里香酚[73],無論對(duì)于成本還是包裝的品質(zhì)都是不小的挑戰(zhàn);天然抗菌劑來源天然、安全性高,具有天然的市場(chǎng)推廣優(yōu)勢(shì),但精油本身風(fēng)味是否對(duì)產(chǎn)品風(fēng)味產(chǎn)生影響也需要被進(jìn)一步探究。果蔬汁抗菌包裝未來研究趨勢(shì)為:a. 量化抗菌包裝中抗菌成分的釋放機(jī)制,選擇合適的產(chǎn)品和濃度延長(zhǎng)果蔬汁貨架期;b. 完善不同種類抗菌劑,特別是針對(duì)無機(jī)抗菌劑的監(jiān)管和檢測(cè)機(jī)制,保證產(chǎn)品的安全性;c. 提升有機(jī)抗菌包裝、天然抗菌包裝的抗菌能力,保證在高效抗菌的同時(shí)降低成本;d. 確定合適的加工方式和包裝基質(zhì),以控制抗菌劑的釋放。

4 存在的問題及展望

4.1 問題

果蔬汁作為食品產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要分支,其新型包裝的發(fā)展一直廣受人們關(guān)注并在產(chǎn)品形式和功能性上有了一定的推進(jìn),但仍然存在著需要加強(qiáng)和優(yōu)化的部分。

果蔬汁吸氧包裝的吸氧速率和能力亟待提升。以沒食子酸、抗壞血酸為代表的有機(jī)吸氧包裝有著安全性高、包裝光學(xué)力學(xué)性能優(yōu)異、與果蔬汁生產(chǎn)線結(jié)合度高的優(yōu)點(diǎn),但有機(jī)吸氧包裝中有機(jī)吸氧劑與聚合物基質(zhì)的結(jié)合顯著降低了純有機(jī)吸氧劑的吸氧能力和速率。同時(shí)有機(jī)吸氧包裝的吸氧劑成本較高,在一定程度上限制了有機(jī)吸氧包裝的市場(chǎng)推廣。

果蔬汁阻隔包裝的可回收性尚存難題。以EVOH、MXD6和紙鋁塑包裝為代表的高阻隔包裝的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)較為完善,但產(chǎn)品售出后的包裝回收鏈幾乎為空白。在我國,可降解包裝原料成本高、產(chǎn)業(yè)起步晚,造成市場(chǎng)接受度低、企業(yè)研發(fā)興趣低的問題。另外,可降解塑料的力學(xué)性能較差,在果蔬汁上的應(yīng)用也受到了局限。

果蔬汁抗菌包裝的安全性仍需完善,另外還需要最小化對(duì)食品風(fēng)味帶來的影響。新興高效的無機(jī)抗菌包裝中納米級(jí)抗菌劑的安全性有待進(jìn)一步探索,也需要更加完善的市場(chǎng)規(guī)范和法規(guī)約束;安全性較高的有機(jī)抗菌劑和天然抗菌劑,需要克服抗菌效果較低和其風(fēng)味對(duì)果蔬汁帶來的不良影響。

在不同種類的果蔬汁包裝發(fā)展進(jìn)程中,存在的共性問題有:與現(xiàn)有包裝形式的結(jié)合仍需加強(qiáng);功能物質(zhì)的穩(wěn)定性亟待增強(qiáng);安全性問題需加強(qiáng)重視;包裝的可回收性不高。

4.2 展望

隨著消費(fèi)者對(duì)品質(zhì)要求的提高和科技的進(jìn)步,果蔬汁新型包裝將朝著安全化、可持續(xù)化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展。產(chǎn)品的功能性更強(qiáng),果蔬汁新型包裝的吸氧效率、阻隔性能和抗菌效果將進(jìn)一步提升;吸氧包裝的成本降低、吸氧能力增強(qiáng)勢(shì)在必行;對(duì)于抗菌包裝安全性的政策和技術(shù)保障將成為果蔬汁抗菌包裝發(fā)展的趨勢(shì);高阻隔包裝的環(huán)境友好型應(yīng)用將趨于廣泛,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的循環(huán)發(fā)展。同時(shí),果蔬汁新型包裝的智能化將引領(lǐng)新時(shí)代。作為一種新技術(shù),其與新型包裝的結(jié)合將促進(jìn)果蔬汁包裝的整體革新與進(jìn)步。