許超群，梁旭茹，岳淑麗*，陳飛平

1(華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，廣東 廣州，510642)2(廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)與農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部功能食品重點實驗室,廣東省農(nóng)產(chǎn)品加工重點實驗室，廣東 廣州，510610)

隨著人們生活水平的不斷提高，新鮮、天然、健康、營養(yǎng)的果蔬產(chǎn)品的需求越來越大。然而，水果和蔬菜水分含量高、營養(yǎng)豐富、新陳代謝活躍，在采收與貯存過程中容易受到脫水、機械損傷、環(huán)境壓力、微生物侵染和病理破壞等的影響[1]，導(dǎo)致果蔬的貯存期縮短，甚至變質(zhì)失去食用價值，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失以及食品安全問題。如何在貯存和運輸過程中維持果蔬的天然品質(zhì)，打破地域和季節(jié)的局限性，滿足消費者高品質(zhì)新鮮果蔬的需求，是生鮮果蔬行業(yè)面臨的巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)包裝的保護(hù)作用往往是被動地隔絕外部環(huán)境，主要起到保護(hù)屏障的作用。然而，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對食品安全和食品品質(zhì)的要求逐漸提高，食品包裝作為食品生產(chǎn)加工、儲運銷售過程中保護(hù)產(chǎn)品、延長貨架期必不可少的一部分，亦不斷更新來滿足持續(xù)發(fā)展的市場需求[2]。因此，開發(fā)能最大限度地減少食品損失，并為消費者提供安全健康、高質(zhì)新鮮的食品包裝尤為重要?；钚园b技術(shù)作為一種新型且具有良好發(fā)展前景的食品包裝技術(shù),受到了國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注[3]。

活性包裝是一種通過包裝、產(chǎn)品和環(huán)境相互作用來延長食品的貨架期，改進(jìn)食品的感官品質(zhì)，提高食品的安全性，從而維持食品質(zhì)量的包裝技術(shù)[4]，目前研究報道較多可應(yīng)用于果蔬保鮮的活性包裝有：抗菌包裝、乙烯控制包裝、濕度控制包裝、除氧包裝、二氧化碳控制包裝和指示性包裝等。

1 抗菌包裝

微生物的生長繁殖是引起食品變質(zhì)的重要原因之一，抗菌食品包裝是將具有抑制病原微生物生長繁殖的活性物質(zhì)封裝或包含在膜材料中，通過釋放到包裝內(nèi)微環(huán)境或直接接觸食品，從而抑制食品腐敗變質(zhì)的一種包裝技術(shù)。目前研究較多的抗菌活性物質(zhì)有植物精油、酶和細(xì)菌素、抗菌聚合物、有機酸及其衍生物、抗菌性納米顆粒等(表1)。

表1 抗菌包裝Table 1 Antimicrobial packaging

精油是一種具有揮發(fā)性、疏水性、芳香性的植物提取物，對食品中常見的致病菌、腐敗菌具有良好的抑制效果[17]。然而植物精油具有化學(xué)不穩(wěn)定性和揮發(fā)性，易受光、氧氣、溫度等環(huán)境因素的影響而降解，從而導(dǎo)致活性降低及作用時效短[18]，因此植物精油在使用過程中常結(jié)合其他的技術(shù)應(yīng)用，如微膠囊包埋、納米乳液、Pickering乳液、多層膜和靜電紡絲技術(shù)等[8]。植物精油抑菌劑的應(yīng)用方式包括涂層在包裝或果蔬表面、加到包裝膜中以及在包裝內(nèi)添加小袋或襯墊等。ESQUIVEL-CHVEZ等[19]研究發(fā)現(xiàn)百里香微膠囊能抑制鐮刀菌、炭疽菌、鏈格孢菌等導(dǎo)致芒果腐敗的病原菌。DA SILVA BARBOSA等[20]發(fā)現(xiàn)用聚己二酸-對苯二甲酸丁二醇酯包埋的紅木和肉桂精油微膠囊對大腸桿菌、單核增生李斯特菌、腸炎沙門氏菌和金黃色葡萄球菌均有明顯抑制作用。SHAO等[21]開發(fā)了一種肉桂精油微膠囊生物活性紙，能夠抑制微生物生長，促進(jìn)抗氧化酶活性，延緩蘑菇組織的衰老和褐變。黃巍等[22]將丁香精油涂布在紙箱上，使水蜜桃的貨架期延長了4 d。盡管植物精油具有優(yōu)異的食品保鮮的能力，然而，這種基于植物精油的活性包裝尚未被廣泛商業(yè)化，這主要是由于植物精油強烈的氣味和復(fù)雜的成分使得部分消費者難以接受，植物精油的高成本和易揮發(fā)、不耐高溫的性質(zhì)也使其生產(chǎn)難度提高，探索與其他活性物質(zhì)聯(lián)用或聚合物包埋降低其揮發(fā)性和異味，是其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用首先要解決的問題。

酶和細(xì)菌素等主要來源于微生物，目前應(yīng)用較廣的有乳酸鏈球菌素(Nisin)、ε-聚賴氨酸、曲酸、納他霉素、抗菌肽等。乳酸鏈球菌素具有價格低廉、抑菌效果好、無毒等特點，但是它易被蛋白酶降解，不耐高溫，在較高pH值下無效，加上潛在耐藥菌株的出現(xiàn)，使其應(yīng)用受到限制[23]。通過包埋可以提高Nisin的穩(wěn)定性，QIAN 等[24]將Nisin與果膠和殼聚糖復(fù)合包埋制備了Nisin微膠囊，包埋后的Nisin穩(wěn)定性和緩釋性能都有所提高，在121 ℃處理10 min后殺菌活性損失率低于游離Nisin，且在緩沖溶液中具有良好的緩釋效果。納他霉素是一種天然的抗真菌劑，微溶于水，光穩(wěn)定性差，通過與真菌細(xì)胞膜甾醇結(jié)合，從而使細(xì)胞內(nèi)容物滲漏，由于細(xì)菌的細(xì)胞膜缺乏甾醇類物質(zhì)，因此納他霉素對細(xì)菌不敏感[10]。LIN等[25]用玉米醇溶蛋白/羧甲基殼聚糖核殼納米粒子包埋納他霉素，提高了納他霉素在水中的分散性和對光的穩(wěn)定性，可抑制灰葡萄孢的孢子萌發(fā)和菌絲體生長，有效減少草莓腐爛、霉變的發(fā)生，延長草莓保鮮期。

殼聚糖及其多種衍生產(chǎn)品均具有抗微生物和抗真菌活性，可作為微生物抑制劑摻入食品包裝中，用這種生物聚合物制得的包裝涂料和薄膜，除了具有優(yōu)異的抗微生物性能外，還具有許多其他優(yōu)點，例如可生物降解性，可食用性，無毒性，生物相容性，美觀性和良好的阻隔性能。ZHANG等[26]研究發(fā)現(xiàn)香蕉皮提取物殼聚糖復(fù)合膜涂層處理可降低蘋果呼吸速率，并延緩了蘋果在貯藏過程中可溶性糖、水分、質(zhì)量等的下降。有機酸類抗菌劑來源廣泛，具有高效廣譜的抑菌效果、工藝簡單、穩(wěn)定性好、造價便宜等優(yōu)點，目前應(yīng)用最廣泛的是苯甲酸、山梨酸及其衍生物。然而大劑量的有機酸攝入對人體健康存在一定的危害，隨著消費者食品安全意識的提高，該類抗菌劑的接受性正逐漸降低。納米級抗微生物劑，是一種通過理化技術(shù)手段制備的至少一維尺度<1 000 nm的抗菌劑，由于具有高的表面體積比和增強的表面反應(yīng)性，其對微生物的滅活效果明顯優(yōu)于其微觀或宏觀對應(yīng)物，常用的銀和金納米顆粒，該類顆粒殺死微生物過程存在兩種機制，第一種是基于銀和金的高氧化態(tài)，可以在其周圍產(chǎn)生原子氧，形成的原子氧與細(xì)胞壁的脂質(zhì)反應(yīng)并滲透到微生物中，然后與蛋白質(zhì)和脂多糖相互作用導(dǎo)致細(xì)菌死亡。第二種是納米顆粒與細(xì)胞膜直接接觸并通過靜電相互作用干擾微生物的細(xì)胞壁[27]。

總之，目前對抗菌包裝的研究較多，新的抗菌劑不斷被發(fā)掘出來，但能應(yīng)用于果蔬的天然安全、廣譜高效、低價環(huán)保的抗菌劑很少。如何結(jié)合果蔬的生理特性，尋找天然的新型活性抗菌劑，調(diào)整生產(chǎn)工藝，降低生產(chǎn)成本，控制抗菌劑向食品中遷移等仍是亟待解決的問題，此外，多種抗菌劑和多種殺菌方法的聯(lián)用也是目前研究的熱點。

2 乙烯控制包裝

乙烯(C2H4)是新鮮果蔬在代謝過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體，當(dāng)果蔬所處微環(huán)境中乙烯濃度達(dá)到一定量時，果蔬的成熟和衰老進(jìn)程加速，從而縮短了果蔬保鮮期[28-29]。為降低乙烯的濃度，常使用競爭性抑制劑或是乙烯吸收劑進(jìn)行脫除。1-甲基環(huán)丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)是一種小分子烴，它通過與乙烯競爭乙烯受體(Ad-ERS1a，Ad-ETR2和Ad-ETR3)并抑制其表達(dá)來防止采后果實過度成熟，由于其無毒、高效且易于處理的特性而被廣泛使用[30]。1-MCP在采前和采后處理果蔬都能起到抑制果蔬成熟的作用，XIA等[31]研究發(fā)現(xiàn)采前使用1-MCP處理比采后處理能更好的抑制乙烯的生成，將金針菇的保鮮期從8 d延長到了10 d，同時更好的保存了金針菇的鮮味物質(zhì)。周嘉佳等[32]將1-MCP、乙基纖維素和聚丙烯酸涂層在紙基上，制成可控釋放的包裝紙，能在95%的相對濕度，2 ℃下釋放1-MCP，抑制乙烯的產(chǎn)生的呼吸速率，從而提高杏的貯藏品質(zhì)。LIU等[33]使用1-MCP抑制獼猴桃乙烯的產(chǎn)生，再通過使用一定量的外源乙烯進(jìn)行調(diào)節(jié)，以減少生理病害，研究發(fā)現(xiàn) 0.25 μL/L 1-MCP+1 μL/L乙烯處理獼猴桃能減少電解質(zhì)泄漏和丙二醛含量，從而減輕低溫貯藏期間的冷害作用。

高錳酸鉀是最為常用的乙烯吸收劑，可以將乙烯氧化成二氧化碳和水，通常負(fù)載在具有大表面積的多孔惰性材料上，如沸石、硅膠、活性氧化鋁、活性炭和黏土等，以提高吸收效率[34]。同時這些具有活性表面的活性炭、沸石等多孔礦物質(zhì)也能物理吸附乙烯，并可混入聚乙烯、聚丙烯等材料制成乙烯吸附膜，使用更加便捷，適合工業(yè)化應(yīng)用[35]。LVAREZ-HARNANDEZ等[36]用海泡石負(fù)載高錳酸鉀與百里香酚混合，可有效控制櫻桃番茄灰霉病并清除包裝內(nèi)的乙烯，減緩采收后果實的重量損失，保持番茄的風(fēng)味。EBRAHIMI等[37]制備了混有納米二氧化硅和納米黏土負(fù)載的高錳酸鉀薄膜作為乙烯清除劑，經(jīng)過工藝優(yōu)化的薄膜能將香蕉在室溫下的保鮮期延長至15 d。

然而，高錳酸鉀雖然成本低，但毒性較大，不能直接與食品接觸。使用時應(yīng)當(dāng)防止其從小袋意外泄漏或消費者誤食等問題，以薄膜的形式運用可以提高安全性，同時可以結(jié)合其他保鮮劑并行應(yīng)用，消費者的接受度會更高，但是，如何根據(jù)果蔬的生理特性，設(shè)計出能夠保持其原始機械和阻隔性能的乙烯調(diào)節(jié)薄膜，在不影響食品保質(zhì)期延長的情況下提供更低的最終成本和安全的包裝系統(tǒng)，仍是一大難題。

3 濕度控制包裝

水分和水分活度是影響各種果蔬品質(zhì)和安全性的關(guān)鍵因素，控制合適的水分活度對果蔬的保存至關(guān)重要。果蔬作為具有高水分活度的食品，在包裝內(nèi)保持較高的相對濕度可以防止果蔬失水干燥，但過高的相對濕度會使食品更容易發(fā)生微生物變質(zhì)，并可能導(dǎo)致質(zhì)地和外觀發(fā)生變化，從而縮短保質(zhì)期，此外，果蔬在貯藏過程中呼吸和蒸騰作用產(chǎn)生的水分由于溫度波動而凝結(jié)在包裝內(nèi)，也會影響消費者感官體驗，降低購買欲望[38]。因此，控制食品包裝內(nèi)的水分對于抑制微生物的生長和改善食品的感官特性至關(guān)重要，使用對水分阻隔性高的包裝材料可以有效維持包裝內(nèi)的水分或隔絕外部水分進(jìn)入包裝，在包裝內(nèi)使用干燥劑也可以吸收果蔬蒸騰作用和呼吸作用帶來的水分，從而保持袋內(nèi)較低的相對濕度。

干燥劑通過吸濕材料的物理吸附與濕氣發(fā)生反應(yīng)。常用的除濕劑有硅膠，沸石，氧化鈣，氯化鈉，氯化鎂，硫酸鈣，淀粉共聚物，聚丙烯酸和山梨糖醇等[39]，干燥劑通常以小袋，微孔袋的形式放置在包裝中，或制成吸水墊、薄膜和托盤[38]。RUX等[38]使用一種添加了氯化鈉的發(fā)泡吸濕性離聚物的熱成型多層結(jié)構(gòu)制成的濕度調(diào)節(jié)托盤來包裝番茄和草莓，可以有效吸收包裝內(nèi)的水蒸氣，7 d內(nèi)包裝內(nèi)相對濕度低于97%，相對較低的濕度延緩了草莓和番茄的腐敗變質(zhì)，延長產(chǎn)品的貨架期[38]。MURMU等[41]使用粗硅膠作為吸濕劑，結(jié)合氣調(diào)包賺技術(shù)用于番石榴的保鮮。與對照相比，用粗硅膠貯藏的果實在貯藏1個月失重較小、總酚和 維生素C含量更高[40]。SNGERLAUB等[41]發(fā)現(xiàn)分散有 NaCl 顆粒的發(fā)泡聚丙烯薄膜在 75% 以上的相對濕度下能主動吸收和解吸大量水蒸氣，調(diào)控包裝內(nèi)的相對濕度。而通過熱成型的發(fā)泡聚丙烯薄膜的孔隙率從0.28增加到了0.63，有效水蒸氣擴散系數(shù)從10-11cm2/s提高到10-10cm2/s，這種薄膜可以結(jié)合更多的NaCl 顆粒，從而以更快的速度調(diào)節(jié)包裝內(nèi)的相對濕度，可以廣泛的應(yīng)用于果蔬的保鮮[42]。

不同的果蔬在生產(chǎn)、貯藏、銷售等環(huán)節(jié)對濕度的需求不同，因此需要根據(jù)食品的生理特征，結(jié)合溫度、光照、氣體濃度等其他條件構(gòu)建不同的濕度環(huán)境。但目前的研究往往局限于單一的貯藏環(huán)境，且難以維持一個穩(wěn)定的相對濕度，實際應(yīng)用時難以選擇出最合適的材料或包裝形式進(jìn)行濕度調(diào)節(jié)，需要建立更多的預(yù)測數(shù)學(xué)模型以供參考，但這無疑會增加成本，同時，除濕劑的安全性、有效性、消費者接受度等也影響著濕度調(diào)節(jié)包裝的應(yīng)用。

4 除氧包裝

食品包裝中的氧氣濃度過高可能會促進(jìn)微生物生長、異味產(chǎn)生、顏色變化和營養(yǎng)損失，從而導(dǎo)致果蔬的保鮮期的顯著減短[43]。因此，控制食品包裝中的氧氣濃度對于減緩食品中這些變質(zhì)和腐敗反應(yīng)的速度是十分重要的。食品行業(yè)常用的脫氧方法是通過真空包裝或氣調(diào)包裝進(jìn)行控制,但這些方法都存在一定的缺陷，包裝中的殘留氧氣濃度通常保持在0.5%～2%[44]，并且在貯藏過程中，可能因為空氣中氧氣通過包裝材料滲透等情況而會進(jìn)一步增加。目前常用的除氧包裝的除氧機理主要是通過除氧劑與氧氣之間的化學(xué)作用，如鐵粉氧化[45]，抗壞血酸氧化[46]，光敏染料氧化[47]，沒食子酸[48]等。最常用的是鐵系清除劑，它的安全性較高，原料易得且成本低，脫氧效果好[49]。KARTAL等[50]研究了在4 ℃下鐵粉基的商用除氧劑和雙向拉伸聚丙烯微孔薄膜對新鮮草莓貯存的影響。微孔和除氧劑可以維持包裝內(nèi)氣體成分處于最佳狀態(tài)，以提高草莓的貯存壽命和質(zhì)量，將新鮮草莓的保質(zhì)期延長到 4 周以上。ZHANG等[26]使用具有抗氧化作用的香蕉皮提取物加入殼聚糖薄膜和涂層溶液中，所制備的復(fù)合膜在各種食品模擬體系中表現(xiàn)出優(yōu)異的抗氧化性，對蘋果進(jìn)行涂層處理后，有效抑制了蘋果的呼吸作用，延緩硬度下降，3周后蘋果仍能保持較好品質(zhì)。

5 二氧化碳控制包裝

二氧化碳可溶于食品的水相和脂肪相，形成碳酸，抑制微生物的同時也伴隨著食品的酸化，不同食品的保藏對于二氧化碳的濃度的要求不一，所以此類活性包裝系統(tǒng)包含能吸收和釋放二氧化碳的體系。果蔬一般能在較高的二氧化碳濃度下保存，高濃度的二氧化碳能抑制好氧微生物的生長，從而減緩生物化學(xué)反應(yīng)，降低果蔬呼吸和衰老過程，但過量的二氧化碳累積會促使果蔬糖酵解，病菌微生物大量繁殖，加速果蔬腐敗。為避免二氧化碳濃度過高，常使用Ca(OH)2、NaOH、KOH、CaO等二氧化碳吸收劑以降低濃度。

6 指示性包裝

指示性包裝是一種能提供有關(guān)食品包裝或周圍條件發(fā)生的任何變化的信息并將直觀顯示在消費者眼中的一種可視化標(biāo)簽，可以告知消費者包裝內(nèi)果蔬的質(zhì)量狀態(tài)，例如新鮮度、成熟度、泄漏、微生物病原體和氣體成分等[1]。指示性包裝主要通過監(jiān)測包裝內(nèi)CO2、pH、乙烯、乙醇、硫化氫等[49]的變化來反應(yīng)果蔬的新鮮度和成熟度，不僅可以對包裝內(nèi)商品進(jìn)行監(jiān)控，而且還可以結(jié)合活性元素來減少果蔬劣變，從而更好地維護(hù)質(zhì)量，在未來的應(yīng)用上具有巨大潛力。

7 結(jié)論與展望

食品包裝在保護(hù)食品免受紫外線、氧氣、水蒸氣、壓力、熱量等環(huán)境因素的影響中起著至關(guān)重要的作用，隨著食品科技的發(fā)展和消費者對高質(zhì)量食品的要求不斷提升，食品包裝作為食品貯運中重要的一部分，不僅要朝著多元化發(fā)展，也向著更環(huán)保、更健康的方向邁進(jìn)。活性包裝在提高食品品質(zhì)、延長貨架期方面具有明顯的優(yōu)勢，但其在實際應(yīng)用時仍存在諸多問題。食品是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，抗菌包裝的研發(fā)必須要綜合考慮食品的化學(xué)組成、物化特性、微生物學(xué)，以及食品的貯存銷售條件、活性物質(zhì)對包裝材料的影響。許多活性物質(zhì)的添加在提升食品品質(zhì)的同時也產(chǎn)生了不愉悅的刺激氣味，降低產(chǎn)品的感官品質(zhì)，部分活性物質(zhì)的遷移、反應(yīng)機制尚不明確，存在潛在的安全隱患，活性包裝的成本也高于傳統(tǒng)包裝。另外，活性物質(zhì)往往具有分子質(zhì)量小、釋放速率快等特點，導(dǎo)致活性物質(zhì)在食品保質(zhì)期內(nèi)的性能下降，因此延長活性化合物的遞送時間，并提高釋放速率的再現(xiàn)性和可預(yù)測性的控釋包裝技術(shù)是未來活性包裝的重要發(fā)展方向。此外，消費者對于活性包裝的熟悉程度低，接受度也不高[51]，在未來的發(fā)展中，如何保證食品安全，增加消費者的接受度，并且降低成本，規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，仍然是活性包裝產(chǎn)業(yè)化亟待解決的問題。