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脫氧包裝技術在食品工業中的應用
時間:2013-05-08   來源: 包裝前沿   閱讀:12533次

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?????隨著生活水平的不斷提高,人們對食品的要求也越來越高,不僅要求新鮮優質而且要求營養安全。然而,食品在儲藏運輸過程中易發生腐敗變質,從而降低食品的質量和營養價值,嚴重時甚至產生有害物質,危及人體健康。食品腐敗變質是由于食品氧化或霉菌、細菌、酵母等微生物和蟲類繁殖的結果。食品氧化是氧氣直接作用所致,而微生物和蟲類的滋生也與氧氣密切相關。因此,去除食品中的氧氣就顯得十分重要。脫氧包裝技術就是利用脫除食品包裝內的氧氣來實現食品保鮮保質。目前,脫氧包裝技術已在食品工業中得到廣泛應用。
?????一、脫氧包裝技術的定義及其特點
?????1、脫氧包裝技術的定義
?????脫氧包裝是指在密封的包裝容器內,封入能與氧起化學作用的脫氧劑,從而除去包裝內的氧氣,使被包裝物在氧濃度很低,甚至幾乎無氧的條件下保存的一種包裝技術。
?????2、脫氧包裝技術的特點
?????脫氧包裝是在真空和充氣包裝出現之后形成的一種新的包裝方法,它與真空和充氣包裝技術相比,最顯著的特點是在密封的包裝內可使氧降低到很低水平,甚至產生一個幾乎無氧的環境。這是因為脫氧劑不僅能把包裝容器內的氧全部除去,還能將從外界環境中滲入包裝內的氧以及溶解在液體中或充填在固體海綿狀結構微孔中的氧除去。
?????此外,脫氧包裝技術與其他包裝技術相比還有以下特點:可以在食品生產工藝中減少或不加入防霉、抗氧化等功能的食品添加劑,從而使食品更安全;可以防止各種食品的氧化破壞,如防止油脂和脂肪產生異味,避免動植物組織的變色(如肉類)和風味損失,減少營養元素的損失,從而能較好地保持產品原有的色、香、味和營養;可以有效地防止或延緩需氧微生物所引起的腐敗變質,從而適當延長保質期。綜上所述,脫氧包裝技術是一種高效、方便、安全的食品包裝技術。
?????二、脫氧劑分類及其作用機理
?????1、脫氧劑的分類
?????從組分進行分類可分為2類,一類是無機系脫氧劑即以無機性基質為主體的脫氧劑,如鐵系脫氧劑、亞硫酸鹽系脫氧劑、加氫催化劑型脫氧劑等;另一類是有機系脫氧劑即是以有機性基質為主體的脫氧劑,如酶、抗壞血酸類、油酸、亞油酸或生育酚等。其中以原料易得、成本低、除氧效果好、安全性高的鐵系脫氧劑的應用最廣。
?????從反應形式進行分類,可分為自力反應型(即在脫氧劑預先含有水分,一旦接觸到氧就立即開始吸收氧的反應)和水分依賴型(即從食品中吸收水分后才開始吸收氧的水分)兩大類。自力反應型脫氧劑主要適用于茶葉、海苔、紫菜、堅果類和干性物料等水分活性低的食品。水分依賴型脫氧劑則適用于年糕、豆醬、匹薩餅外皮等水分活性高的食品。
?????2、常用脫氧劑的作用機理??
?????脫氧劑都是利用其本身具有還原作用,能和氧氣發生反應的原理而使包裝內的氧氣脫除。其除氧反應的機理因脫氧劑的不同而不同,下面對幾種常用脫氧劑的脫氧機理作簡單介紹。
?????(1)鐵系脫氧劑
?????這是目前使用較為廣泛的一類脫氧劑。以鐵粉為主劑的脫氧劑,鐵粉系脫氧劑的脫氧方式,主要是利用鐵氧化生銹的原理,其脫氧過程的主要反應如下:

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?????其中反應(1)和(3)可以除去包裝中的氧氣,而反應(2)是可能發生的副反應之一。此反應的凈產物4Fe(OH)3,即俗稱的鐵銹,實際鐵銹是由α-FeO(OH)及β-FeO(OH)水合物所構成,故化學式應以Fe2O3·3H2O表示。從反應機理看,鐵系脫氧劑反應時應有水存在,故適用于含水較高的食品脫氧。
?????在標準狀況下,按理論計算可得,1g鐵粉可以和300mL氧氣反應。鐵的半致死量LD50為16g/kg。商業使用中的袋裝脫氧劑的劑量最多為7g鐵粉,因此對于一個體重70Kg的人,相對劑量僅為0.1g/kg。因此,鐵系脫氧劑是安全和高效的,但也有不足,如無法通過安裝在包裝生產線上的金屬探測器。
?????(2)硫酸鹽系脫氧劑
?????該脫氧劑主要是以連二亞硫酸鹽為主劑,以氫氧化鈣、活性炭等為助劑。如在助劑中加入適量的碳酸氫鈉,則除了能除去包裝空間的氧外,還能生成二氧化碳,形成包裝內的高二氧化碳環境,可進一步提高對產品的保護效果。其反應機理如下:??

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?????其中反應(4)是主要的脫氧反應,Ca(OH)2主要用來吸收SO2。活性碳和水是反應(4)的催化劑,因此活性碳的用量及包裝空間的相對濕度對脫氧速度均會產生不同程度的影響。按理論計算,1g的連二亞硫酸鈉可去除130ml氧氣。它的脫氧能力不如鐵系脫氧劑,但它脫氧速度快,且可生成二氧化碳,這對食品貯藏保鮮非常有利。
?????(3)加氫催化劑型脫氧劑
?????最早使用的是以鉑、銠、鈀等加氫催化劑為主劑的脫氧劑,其中以鈀應用較多。有微孔的加氫催化劑在活化狀態下可吸附比自身體積大許多倍的活潑氫,而且可催化氫和氧反應生成水,因而可達到除去包裝中的氧氣的目的。如果在包裝中加入吸水劑或干燥劑,就可除去反應生成的水。這種脫氧劑的成本高,使用不便,使用范圍也受到一定的限制,因此,現在只在特殊場合使用,或配合其它脫氧劑少量使用。
?????(4)葡萄糖氧化酶
?????這種方法是利用酶技術,葡萄糖氧化酶通常采用固定化技術與包裝材料結合,在一定的溫度、濕度條件下,利用葡萄糖氧化成葡萄糖酸時消耗氧來達到脫氧目的。此反應的適宜條件溫度是30~50℃,pH4.8~6.2,反應中的葡萄糖可以來自食品本身,也可以是后來添加的。目前這種脫氧劑僅在某些特定產品的包裝中應用。
?????(5)抗壞血酸脫氧劑
?????抗壞血酸(AA)本身就是強還原劑,在有氧的情況下,可被氧化形成氧化型抗壞血酸(DHAA),從而除去環境中的氧,常用此法來除去液態食品中的氧,反應如下:
?????AA+1/2O2→DHAA+H2O?????????????????????????(7)
?????抗壞血酸即維生素C,因此抗壞血酸脫氧劑的使用安全性較高。利用此系統中抗壞血酸的氧化量可用來測定液態食品中氧氣的含量。
?????三、脫氧包裝技術開發進展
?????脫氧包裝中使用的袋裝脫氧劑,存在著可能被消費者誤食的問題,還可能出現泄露從而污染食物。為了消除這些問題,可以將脫氧劑合成到包裝材料中,比如脫氧劑薄片、聚合物薄膜、標簽、瓶蓋或密封墊等。
?????1、脫氧劑薄片
?????有專利提出將脫氧劑制成積層薄片,可避免消費者因將脫氧劑小包拆封而誤食,其制備方法為:將100g鐵粉與1g活性碳及5g的20%氯化鈉溶液充分混合,經蒸發干燥后,再取其100g與10g紙漿及20gPE纖維混合后,平均涂布在不織布(Non-woven?fabric)上,然后再以熱量熔延方式(180℃,0.2kg/cm2)制成三明治式積層薄片。
?????2、脫氧膜
?????1970年由Kuhn提出將鈀片或鉑片包埋于阻隔層及透氣層之間,制成積層脫氧膜。它是利用鈀或鉑片催化包裝內氧和氫作用產生水的原理,達到脫氧之效果。而后,American?Can公司改以兩層離子性膜包埋鈀片,結果發現此產品的脫氧效率更佳,可以使包裝內的氧氣濃度降至0.001%以下,且可維持6個月之久,但由于使用此種脫氧膜須先將包裝內的氣體置換成92%氮氣及8%氫氣,且鈀片及鉑片都相當昂貴,故使用情況并不普遍。近年來研究的脫氧膜產品中,大致可分為下列3類。
?????(1)光化學脫氧薄膜
?????1981年澳大利亞的CSIRO研究所開發出一種特殊的光化學脫氧薄膜,其原理是將光化學染料及活性氧接受劑涂抹于乙基纖維薄膜上,當光線照射至染料后,被激發的染料會將能量傳給包裝內的氧氣而形成激發態的活性氧,再由活性氧接受劑將其接收而達到脫氧的效果。此種光化學脫氧膜主要應用于瓶蓋上,曾經以包裝試驗測試菜籽油的品質安定性,結果顯示使用脫氧膜包裝可降低過氧化價約66%。但在光線不足的環境下,則無法起作用,是其最大的缺點。
?????(2)包埋脫氧膜
?????日本三菱氣體化學公司推出了薄膜型脫氧劑新產品,名為“埃琪蘭斯·奧瑪克”。目前已廣泛應用于既要保持優良的食品風味,又無添加劑的高附加值、高溫高壓滅菌的食品軟包裝中。“埃琪蘭斯·奧瑪克”的脫氧吸收量為0.1~0.5ml/cm,脫氧反應開始時必須提供的適宜水分活性為0.85以上,薄膜的厚度為100~300μ。該產品使用的薄膜由外層、阻隔層、氧吸收層和內層等4層結構組成。氧吸收層是加入鐵類氧吸收劑的聚烯烴類薄膜;阻隔層由鋁箔、MXD6、EVOH、蒸鍍二氧化硅薄層的薄膜組成,食品包裝后可以起到防止外來氧氣侵蝕的作用;內層同樣采取聚烯烴類薄膜;外層和內層采用的是PET、尼龍等塑料薄膜材料。
?????(3)固定化酶的脫氧膜
?????日本有多項研究將酶系統(葡萄糖氧化酶,過氧化氫酶)以固定化技術,結合在殼聚糖、聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)等的薄膜上,利用酶催化葡萄糖氧化成葡萄糖酸的原理,作為液態食品包裝中的脫氧系統。酶反應所需的葡萄糖可以利用微膠囊方式包埋于包裝膜中,或是由食品直接提供,在理想狀態下,0.78g葡萄糖氧化后可將500ml空氣中的氧氣完全去除。但是其最大的缺點為酶在制備過程中易失活,且脫氧效果不易控制,故商業化產品不多。
?????四、脫氧包裝技術在食品工業中的應用
?????脫氧包裝技術在食品工業上的應用,時間并不長。它最早出現于1925年,但直到70年代末才與密封性高、阻隔性強的材料配合使用,應用于食品包裝上。目前,脫氧劑在不同食品加工中的應用情況為:糕點甜食為45%,畜產、水產品和農產品加工食品為30%,茶葉、咖啡等為15%,健康食品、家常菜肴等其他食品為10%,現已推廣應用到高水分含量的食品、短保質期的配送食品以及長保質期的醫藥品和健康食品等產品中。
?????1、在糕點食品上的應用
?????糕點是最早也是最廣泛利用脫氧包裝技術實現防腐保鮮目的的食品之一。糕點食品大多含有較高的油脂,組織結構或柔軟或松脆,不宜采用真空包裝,否則易變形,尤其是月餅和餅干,貯存期長,易出現氧化腐敗,而面包和蛋糕易引起霉菌生長。如果在包裝中封入脫氧劑,不僅除去了氧氣,最重要的是阻止了油脂因氧化而使產品出現哈敗味或霉菌的生長,從而延長了保藏期。另外,由于脫氧劑對好氣性微生物生長有良好的抑制作用,因此對蛋糕、年糕等食品的防腐有明顯效果。目前,我國脫氧包裝技術在月餅的包裝中應用最為廣泛,月餅盒中的脫氧劑主要為鐵系脫氧劑。
?????2、在肉食品加工貯藏方面的應用
?????用于鮮肉貯藏過程中防止肌紅蛋白被氧化,達到除氧護色的作用。這是因為鮮肉在貯藏過程中易發生色澤的變化,在空氣中氧的作用下,紫紅色的肌紅蛋白可氧化成亮紅色的氧合肌紅蛋白,并產生人們熟悉的肉的“紅潤”感。利用這一原理,采用脫氧包裝,可使包裝環境短時間達到基本無氧狀態,此時肌紅蛋白不被氧化,處于紫紅色狀態,一旦包裝打開,肉立刻被氧化成氧合肌紅蛋白所具有的“鮮肉”色澤,從而達到除氧護色的作用。除此之外,對于熟肉制品還具有防止脂肪氧化、防止霉菌繁殖、保持風味的作用。目前,脫氧包裝技術在火腿和香腸中應用廣泛。
?????3、在茶葉包裝中的應用
?????在茶葉包裝中的作用主要是防止褐色變色,防止維生素的氧化。茶葉中的葉綠素、兒茶素、脂類、葉紅素及Vc極易氧化,尤其是綠茶的變化特別突出,一旦被氧化,就會失去嫩綠色彩而泛黃,對品質影響極大。故若能在防潮,遮光的同時再加上脫氧包裝,則在低溫中貯存一年后,仍能使綠茶保持湯清葉嫩的新茶狀態。
?????4、在咖啡包裝中的應用
?????為了保持純正咖啡產品應有的風味,一些生產廠家在生產簡單享受型小包裝咖啡制品時也使用了脫氧包裝技術,這是為了防止氧化反應破壞咖啡的純正香味。咖啡豆焙煎時有大量CO2產生,采用焙煎后立即密封包裝,CO2會使袋膨脹甚至破裂。因此,通過在包裝袋內添加吸收CO2型脫氧劑,能長期吸收10倍體積氧氣量的CO2,達到防氧化、保香的效果。
?????5、在谷物貯藏中的應用
?????谷豆類食品中的成蟲、蟲卵對食品質量有嚴重危害,脫氧包裝技術能使蟲類缺氧窒息死亡,能防止霉菌繁殖,從而防止大米、花生等的蟲蛀現象和霉變現象,使大米、小麥、綠豆、大豆等食品保藏較長時間。
?????6、在水產品包裝中的應用
?????脫氧包裝技術應用到水產品上,可防止蟲蛀和霉菌繁殖。此外水產品應用脫氧包裝技術可使保存在包裝中的魚肉、蟹、蝦等海產品的色澤鮮艷。目前,脫氧包裝技術在精制水產品中廣泛應用,特別是魚干、魚片類產品。
?????7、其它食品
?????脫氧包裝技術可以應用于許多食品的包裝中。如膨化食品是以油炸為主要工藝的一大類食品,油脂易氧化,通過脫氧包裝可除去膨化后海綿結構中的氧,達到延長貯藏期的作用。在花生、核桃、芝麻等油脂含量高的堅果中,防油脂哈敗的效果也十分突出。也可以應用于奶粉、豆粉中防止脂肪的氧化,并可減少因采用抽氣包裝后粉狀物結餅對沖調性的不利影響。在水果和蔬菜的干制品或粉劑中,防維生素變性和變色。另外在醫藥和化妝品中也有廣泛的應用。
?????五、展望
?????目前,脫氧劑良好的脫氧作用使得脫氧包裝作為一種新型的包裝方法正在我國和世界各地蓬勃發展,各種新型的脫氧劑被研制并發揮更為廣泛的用途。隨著科學和技術的發展,新型高效的脫氧劑將會不斷滿足市場的需求,也隨之會為我國的包裝業及與其配套的相關產業帶來一場革新。

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