保鮮功能性瓦楞紙箱在農(nóng)產(chǎn)品包裝上的應用分析

黃少云

保鮮紙箱技術(shù)原理

保鮮紙箱之所以具有保鮮功能，主要是因為采取了一定的技術(shù)手段，使紙箱能通過吸潮吸濕、調(diào)控溫度、調(diào)節(jié)內(nèi)部氣氛、吸附乙烯等方式，降低果蔬采摘后的呼吸作用，進而實現(xiàn)保鮮的目的，下文將結(jié)合不同類型對其技術(shù)原理進行具體分析。

1.吸潮吸濕型

新鮮果蔬本身含有大量的水分（85%～95%），是維持果蔬生命活動和保持新鮮品質(zhì)的基本條件，在儲運過程中水分隨著呼吸代謝和蒸騰作用逐漸散失會導致果實萎蔫、品質(zhì)下降。理論上保持環(huán)境中高的相對濕度可以降低果蔬與環(huán)境水蒸氣壓差，能有效減少果蔬的水分蒸騰，但包裝內(nèi)濕度也不宜過大，因為高濕密閉環(huán)境往往容易滋生細菌進而導致果蔬霉變腐爛，同時環(huán)境濕度過大也會造成紙箱強度性能驟降。

專利（公開號：CN201510269 828.1）公開了一種雙層防潮保鮮紙箱，它的基本原理是將防潮劑和保鮮劑填充在瓦楞紙板芯紙形成的凹槽處，使紙箱具備防潮保鮮的功效?？蓱糜诠哳?、冰凍類食品或易揮發(fā)水汽等物品的儲運保鮮。近年又有類似的防潮紙箱專利出現(xiàn)（如CN201610494234.5、CN201711237653.1、CN2018 10453455.7等）。

2.調(diào)溫控溫型

儲運溫度的變化會引起生鮮果蔬的物理和生化反應，是決定其儲藏品質(zhì)的重要因素之一。低溫可以減緩果蔬的呼吸和其他代謝活動，能降低水分子的動能，使液態(tài)水蒸發(fā)速率降低，從而延緩其衰老。當儲運溫度較高時，呼吸強度加快，乙烯產(chǎn)生量也增多，結(jié)果會加速其新陳代謝的進程，促進其衰老。研究表明，對于一般果蔬，0℃～30℃，溫度每升高10℃，呼吸強度就提高一倍，貨架期相應縮短一半以上。

專利ZL201520338318.0公開了一種具有保鮮保溫功能的包裝紙箱，其技術(shù)核心是在復合紙板上設(shè)置了防水層、保鮮層和保溫層，保鮮層位于防水層和蜂窩紙板層之間，防水層上均勻密布有多個通孔，通孔與位于其下面的保鮮劑囊相聯(lián)通，保溫層采用泡沫板或者裝有冷凍介質(zhì)的囊狀冰袋填充而成。本發(fā)明提供的包裝紙箱，具有保溫保鮮的效果、特別適合應用于需要低溫儲藏的產(chǎn)品包裝。使用前，先將其整體冷藏，紙板內(nèi)的保溫層能夠長時間蓄冷恒溫以滿足倉儲運輸時的保鮮需要，尤其適合果蔬以及其他低溫保存的產(chǎn)品的包裝需要。

西安理工大學郭彥峰研究了采用蓄冷劑和選擇透過性膜阻隔熱量傳遞的原理對瓦楞紙箱進行調(diào)溫控溫的方法，具體是將蓄冷劑溶液涂布在紙箱內(nèi)表面，晾干后復合一層選擇透過性性PVDC薄膜。實驗數(shù)據(jù)表明，蓄冷劑和選擇透過性薄膜對普通瓦楞紙箱的隔熱效果有明顯的調(diào)節(jié)作用，有蓄冷劑、薄膜的包裝箱（復合瓦楞紙箱）的隔熱效果最好，這有利于減少儲運過程中外部環(huán)境溫度對于包裝內(nèi)果蔬的影響，提升保鮮效果。

3.氣氛調(diào)節(jié)型

植物細胞的代謝主要是氧化還原反應，其中O2的利用率決定代謝的快慢，從而影響果蔬儲藏品質(zhì)。改變儲運環(huán)境中的氣氛（氣體組成），如降低O2濃度，提高CO2濃度，都會減緩果蔬的呼吸作用，同時低O2氣氛還會對乙烯的活性產(chǎn)生一定的抑制作用，這是因為乙烯的合成需要O2的參與，在高CO2氣氛下，乙烯與某些酶的結(jié)合位會被CO2所取代，使其喪失催熟作用。另外，還可以充入N2形成一個惰性氣氛，減緩果蔬采后新陳代謝。

美國一家公司發(fā)明了一種在包裝箱里減少O2、增加N2含量，以使果蔬保鮮的新方法。該方法是在空運時使用具有空調(diào)性能的新型包裝箱，這種包裝有一層特制的薄膜，薄膜纖維能夠吸收O2分子，而讓N2通過。這樣在空氣中N2在濃度梯度的作用下通過薄膜進入包裝箱后，箱內(nèi)的N2含量可高達98%以上，從而使果蔬的呼吸作用減慢，達到較長時間保鮮的目的。

美國新澤西州H o n e y w e l l International公司推出了一系列尼龍納米復合產(chǎn)品，通過向尼龍中引入納米微粒能在聚合物內(nèi)形成一種阻擋氣體分子移動的屏障，能極大增強尼龍材料的氣體阻隔性能。Honeywell生產(chǎn)的一種名為Aegis NC的產(chǎn)品，可阻止O2和CO2的滲透，其阻氣性能是普通尼龍的6倍，適用于涂覆在包裝果蔬類或冰凍食品用的硬紙箱上，可以維持紙箱“低O2濃度、高CO2濃度”的內(nèi)環(huán)境，在一定程度上可降低被包裝果蔬的呼吸強度，從而達到保鮮效果。

4.乙烯吸附/抑制型

乙烯又稱為植物內(nèi)源激素， 它是發(fā)育到一定程度后在果蔬體內(nèi)特定部位產(chǎn)生的一種自然代謝物。環(huán)境中高的乙烯濃度會使果蔬的呼吸作用加強， 成熟和衰老過程加快，不利于果蔬的貯藏和運輸保鮮。資料顯示，貯藏環(huán)境中0.1μg/g的乙烯，對某些果實就有明顯的催熟作用。因此，在其儲運保鮮環(huán)節(jié)中控制乙烯氣體產(chǎn)生或者將產(chǎn)生的乙烯及時從環(huán)境中清除，可使其對果蔬的影響降到最低。

專利ZL201510481758.6公開了由浙江理工大學完成的一種乙烯吸收型果蔬保鮮瓦楞紙箱的制作方法。該紙箱的技術(shù)核心是保鮮溶液和乙烯吸收劑溶液，將保鮮溶液均勻涂布到瓦楞紙板的里紙上，晾干后再繼續(xù)均勻涂布上乙烯吸收劑溶液，保鮮溶液包括魔芋葡甘聚糖和去離子水，乙烯吸收劑溶液包括高錳酸鉀和去離子水。該技術(shù)能解決了目前市場上果蔬包裝無保鮮效果以及氣調(diào)保鮮等成本高、應用效果不佳的問題，其涂布物質(zhì)和用量符合食品安全及綠色包裝的要求，且保鮮效果好。

深圳市裕同包裝科技股份有限公司最近研發(fā)了一種活性保鮮紙箱（公開號：CN201710485361.3），包括紙箱本體和設(shè)置于紙箱本體內(nèi)壁上的保鮮劑層，該保鮮劑層是通過將保鮮劑混入油墨后以印刷或噴涂的方式形成的，該保鮮劑主要成份是乙烯抑制劑、乙烯吸附劑和少量的抗菌劑，利用環(huán)糊精的疏水空腔對1-甲基環(huán)丙烯進行包載釋放，可以調(diào)控紙箱內(nèi)部果蔬的呼吸作用，達到保鮮的目的。研究表明該保鮮紙箱在室溫條件下，可將呼吸躍變型水果（如香蕉和獼猴桃）的保鮮時間延長2～3倍。

5.綜合增效型

新鮮果蔬是一個復雜的有機生命體，影響其儲運保鮮效果的因素眾多，同時一些外界因素之間還存在拮抗和增效作用，如溫度、CO2和O2之間存在增效作用，它們之間的相互配合作用遠強于某個因子的單獨作用，在實際應用中，大多采用控溫+氣調(diào)的方法延長新鮮果蔬儲運的保鮮時間。再比如，高的環(huán)境濕度結(jié)合較低的儲藏溫度才可以取得較好的保鮮增效作用，否則只會適得其反。因此，結(jié)合多種保鮮原理的綜合增效型保鮮紙箱可以得到更佳的應用效果。

湖北省科學技術(shù)廳公布的一項科研成果（登記號：EK2015A010489001865）是一種綜合增效型保鮮紙箱，該紙箱是通過將保鮮功能核心物質(zhì)復配到紙板膠黏劑中參與瓦楞紙板的生產(chǎn)，最終該物質(zhì)能均勻分布于紙板的瓦楞夾層中，使紙箱具備保鮮功能。該紙箱的核心物質(zhì)是一種天然礦物質(zhì)混合物，當經(jīng)化學處理加工至納米級后，其物理吸附性能發(fā)生突變，它能強力吸附紙箱內(nèi)部果蔬產(chǎn)生的催熟氣體乙烯，抑制果蔬的呼吸作用。同時通過輔助成份平衡吸附劑和抗菌劑的添加可以使其對乙烯和水蒸汽的選擇吸附達到較好的平衡狀態(tài)，能夠在紙箱內(nèi)部的小環(huán)境里起到維持水分、調(diào)節(jié)濕度、抗菌抑菌的作用，達到較長時間的保鮮目的，減緩腐爛的發(fā)生。

該項目是從韓國引進，后經(jīng)湖北致和包裝印務有限公司與荊楚理工學院合作改良，經(jīng)過大量的實用測試，結(jié)果證實該紙箱對于柑橘、桃杏、芒果、甜瓜、葡萄、蘋果、香梨、圣女果、火龍果、辣椒、西紅柿、黃瓜、玫瑰、康乃馨等40余個果蔬、鮮花品種均具有良好的保鮮效果，常溫下可延長保鮮3～10天，部分品種可以達到延長15～30天的效果。該保鮮紙箱工藝（如圖2）簡單、成本低廉、使用方便、效果明顯，是國內(nèi)果蔬行業(yè)在目前冷鏈物流尚不完善的條件下的一種性價比較高的保鮮方式。

保鮮紙箱生產(chǎn)加工方法

弄清保鮮紙箱的保鮮原理之后，如何通過合適的生產(chǎn)加工方法使瓦楞紙箱賦予保鮮功能至關(guān)重要，如果選擇不當，不僅保鮮效果不理想，瓦楞紙箱本身的一些儲運性能也會受到影響。以下介紹幾種常見的保鮮紙箱生產(chǎn)加工方法：

1.原料端混入

如何使紙箱賦予保鮮功能，人們首先想到的就是從生產(chǎn)紙箱的材料入手，即采用具有保鮮功能的紙生產(chǎn)得到的紙箱必定具有保鮮作用。保鮮功能紙可以從紙張生產(chǎn)原料端添加一些能發(fā)揮保鮮功效的物質(zhì)而獲得，一般是在造紙助劑中混入一些具有氣體吸附能力的多孔性礦物質(zhì)，如高嶺土、沸石、硅藻土、蒙脫石等。

上海海洋大學楊福馨教授研發(fā)了一種二氧化硅混合襯紙瓦楞紙箱，它的作用原理在于紙箱紙板的里襯紙中含有能夠吸收乙烯氣體的粉劑，這種粉劑是用白硅石為原料制成的以二氧化硅為主要成分的多孔型粉劑，由于白硅石對于乙烯氣體具有較強的吸附能力，所以用混合了白硅石粉劑的紙張作為瓦楞紙板的里襯紙具有很好的保鮮效果。

日本食品流通系統(tǒng)協(xié)會研制了一種保鮮紙箱，是采用一種名為“里斯托瓦爾石”（硅酸鹽的一種）的石粉作為紙漿的添加劑在造紙的原料端即混入。因這種石粉對果蔬儲藏環(huán)節(jié)中各種有害氣體有良好的吸附作用，而且能保持果蔬的水分不快速流失，這有利于減少果蔬遠距離儲運過程中的不必要損失。

2.紙板表面涂覆

在紙箱內(nèi)表面涂覆（或涂布）或印刷是一種生產(chǎn)保鮮紙箱簡便易行的方法，將具有保鮮功效的物質(zhì)溶解成可以噴灑或涂覆的溶液、懸浮液或漿狀，采取噴涂或涂覆的方式，使保鮮功能物質(zhì)均勻地分布在紙箱內(nèi)表面，另一種是按照油墨的要求，將保鮮功能物質(zhì)隨油墨助劑一同加入后采取印刷的方式將保鮮功能物質(zhì)固定于紙箱內(nèi)表面。

江南大學李金玲采用這種方法將具有遠紅外輻射功能的粉料與黏合劑進行適當配比制成涂料， 均勻刷涂在箱板紙里紙面上，干燥后得到遠紅外保鮮紙箱，通過圣女果的儲藏保鮮實驗發(fā)現(xiàn)，該保鮮紙箱相比普通紙箱可將保鮮8天的好果率提升20%～60%。這是因為紅外線作用可以有效阻止細菌入侵，能與果蔬中的水分子發(fā)生強烈的“共振”，使乙烯釋放能力下降，進而延緩腐爛變質(zhì)。同時這一功能涂層的作用還可以通過改變涂布量來控制。

如前述的裕同公司的專利CN 201710485361.3（一種活性保鮮紙箱）是利用環(huán)糊精自組裝形成的納米微球?qū)σ蚁┮种苿?-甲基環(huán)丙烯進行包載，再將其與抗菌劑、乙烯吸附劑等按一定比例混合后加入可食性油墨中，得到的油墨采取印刷的方式在紙箱內(nèi)表面形成15～23μm的保鮮功能層。制作工藝流程簡單，條件溫和，適合批量化工業(yè)生產(chǎn)。

3.紙板夾層添加

瓦楞紙板由于具有特殊的楞型結(jié)構(gòu)，楞與楞之間還留有凹槽，這就為保鮮功能物質(zhì)的添加提供了條件，可以在夾層凹槽處添加，也可以在夾層芯紙中添加，還可以在膠黏劑中添加（如圖3），在紙箱的夾層內(nèi)添加保鮮功能物質(zhì)，功能物質(zhì)不會與內(nèi)裝物直接接觸，具有安全、綠色、環(huán)保的優(yōu)點。

如前述專利（公開號：CN2015 10269828.1）公開的一種雙層防潮保鮮紙箱，它是將防潮劑和保鮮劑填充在瓦楞紙板芯紙形成的凹槽處，使紙箱賦予防潮保鮮的功效。韓國科學家研制的保鮮紙箱是將含有一種MS天然礦物材料的玉米黏合劑作為瓦楞紙箱中膠黏劑，使得紙箱具備了自發(fā)吸附有害物質(zhì)、抑制箱內(nèi)微生物的生長繁殖、調(diào)節(jié)箱內(nèi)溫濕度的功能。致和公司在韓國技術(shù)的基礎(chǔ)上加以改進，在多層瓦楞紙板夾層芯紙?zhí)幉捎锰砑恿薓S物質(zhì)的膠黏劑粘合，這樣就可以生產(chǎn)出5層和7層的保鮮功能紙箱。

4.外加結(jié)構(gòu)裝置

由于紙纖維的特性決定了瓦楞紙箱氣體密封性不佳，這對于以溫度控制和氣氛調(diào)節(jié)原理的保鮮紙箱來說，必然需要一些輔助裝置才能實現(xiàn)其功能。如前述介紹的具有蓄冷保溫功能的紙箱是通過在紙箱內(nèi)復合一層選擇透過性性PVDC薄膜來阻隔熱量傳遞進而實現(xiàn)較長時間控溫保鮮的；再如前述專利ZL201520338318.0是采用泡沫板或者裝有冷凍介質(zhì)的囊狀冰袋填充而充當保溫層的。而美國一公司研發(fā)的空運保鮮包裝箱，是在原有保鮮紙箱內(nèi)附加一層特制的薄膜，這層薄膜能夠吸收O2分子，而讓N2通過，最終在包裝箱內(nèi)形成一種利于果蔬儲藏的氣氛。

前景展望

瓦楞紙箱自19世紀末在美國被發(fā)明以來，以其優(yōu)良的緩沖防震性能被認為是最重要的運輸包裝形式之一，現(xiàn)已成為現(xiàn)代商品貿(mào)易中使用最廣泛的包裝容器。在發(fā)揮其優(yōu)良儲運性能的同時，通過一定的手段賦予其保鮮功效，可以使其兼具保護商品、倉儲運輸、抗菌保鮮等多種功能，增加產(chǎn)品附加值。雖然近年保鮮紙箱領(lǐng)域研發(fā)力度不斷加大，各種新式的保鮮紙箱逐漸涌現(xiàn)出來，但與此同時，我們也應該認識到目前保鮮紙箱在實際應用中還存在許多需要解決的問題。如在紙箱內(nèi)表面涂覆或印刷方式的保鮮紙箱，其功能物質(zhì)會與內(nèi)裝物直接接觸，可能存在潛在的風險。再如，控溫和氣調(diào)原理的保鮮紙箱往往需要再復合一層薄膜或其他結(jié)構(gòu)，這樣一方面提高了產(chǎn)品的成本，另一方面還給回收處理帶來了一些不必要的麻煩。而綜合來看，選擇在紙板夾層中添加乙烯氣體吸附功能物質(zhì)的保鮮紙箱則避免了這些缺點，是一種綠色、安全、高效的技術(shù)選擇。