【案例】這幾種智能包裝新材料，讓產(chǎn)品具備天然抗菌延保能力

早在1992年，在倫敦召開的“智能包裝”會(huì)議上，專家就已經(jīng)給“智能包裝”下了定義，但隨著包裝技術(shù)的進(jìn)步和概念的創(chuàng)新，智能包裝的外延也發(fā)生了相應(yīng)的變化，智能包裝以新的姿態(tài)進(jìn)入包裝行業(yè)的視野。它使商品及其包裝更具親和力，可以便于消費(fèi)者選擇放心的食品、延長(zhǎng)食品的貨架期、有利于食品的儲(chǔ)藏和運(yùn)輸，具有廣闊的市場(chǎng)需求與應(yīng)用前景。按照技術(shù)應(yīng)用的不同，智能包裝可以分為功能材料型智能包裝技術(shù)、功能結(jié)構(gòu)型智能包裝技術(shù)以及信息型智能包裝技術(shù)。本文，我們重點(diǎn)收集了功能材料型智能包裝技術(shù)的應(yīng)用案例。

抗菌涂層薄膜，可預(yù)防COVID-19

Parkside Flexibles是一家英國(guó)的柔性包裝貼膜機(jī)和打印機(jī)，它與高科技表面保護(hù)供應(yīng)商Touchguard合作，推出了一種包含抗菌涂層的新包裝解決方案。這項(xiàng)新進(jìn)展使各品牌能夠保護(hù)消費(fèi)者免受細(xì)菌和病毒的侵害，包括COVID-19。該公司表示，利用銀基技術(shù)，通過(guò)在漆面上加入新的表面光滑的抗菌涂層，從而達(dá)到抑制病原體生長(zhǎng)的效果。涂層可以作為水或溶劑型的涂飾，適用于一系列包裝材料，包括蓋膜和塑料袋等軟包裝。

Parkside公司的新產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)經(jīng)理表示：“我們與Touchguard的合作，使我們能夠開發(fā)出一種真正創(chuàng)新的、業(yè)界領(lǐng)先的包裝解決方案，確保消費(fèi)者能夠安全使用包裝。當(dāng)前的COVID-19大流行對(duì)我們所有人的生活產(chǎn)生了重大影響，重要的是我們大家都在盡己所能保護(hù)自己。這一新的包裝材料，為人們防御新冠病毒提供了有力的支持?！?/p>

Touchguard技術(shù)作為一種特殊配方的溶劑型涂層，在印花涂飾過(guò)程中應(yīng)用，只要在包裝生產(chǎn)過(guò)程中每平方米增加幾個(gè)便士，就能夠降低品牌的包裝印刷成本。Touchguard還被證明可以減少99.97%的MRSA和99.96%的大腸桿菌的生長(zhǎng)，使其成為食品包裝的理想涂料。這一最新的包裝技術(shù)不能取代洗手清潔的流程，然而，它可以抑制包裝材料上的交叉污染和擴(kuò)散，通常不需要經(jīng)過(guò)任何清洗或感染控制程序?！痹摽咕繉影b已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用中進(jìn)行了嚴(yán)格的測(cè)試，證實(shí)具有穩(wěn)定的抑菌效果，并且可以使COVID-19病毒失去活性。該涂料已經(jīng)通過(guò)獨(dú)立評(píng)估和認(rèn)證，抗菌性能符合ISO 22196:2011標(biāo)準(zhǔn)。

天然食品基質(zhì)薄膜，可抑制霉菌生長(zhǎng)

總部位于美國(guó)威斯康辛州的SoFresh?開發(fā)了一種新的技術(shù)解決方案，可以將食品包裹在食品級(jí)蒸汽抑制霉菌生長(zhǎng)的環(huán)境中，從而延長(zhǎng)食品配送時(shí)間、保質(zhì)期和消費(fèi)時(shí)間。SoFresh公司解釋說(shuō)，由于空氣中有超過(guò)2500種霉菌，能將食物轉(zhuǎn)化為廢物，因此SoFresh制造了一種薄膜容器或覆蓋物，其中含有適量的有機(jī)天然成分，以增強(qiáng)對(duì)霉菌生長(zhǎng)的天然保護(hù)。

SoFresh發(fā)現(xiàn)了一些方法，可以將薄膜基質(zhì)——一種食品級(jí)天然提取物注入薄膜或容器中，從而在食品包裝中釋放出可控的活性蒸汽，減緩霉菌孢子的新陳代謝能力，抑制其生長(zhǎng)發(fā)育。由于這種蒸汽是從食品中提取的，所以對(duì)人類是安全的。SoFresh已經(jīng)在面包、奶酪和漿果等許多食物上進(jìn)行了成功的測(cè)試，并證實(shí)其不會(huì)散發(fā)出新的氣味或味道。這項(xiàng)技術(shù)不久將在各種蔬菜和水果、干肉和其他容易變質(zhì)的低水分食物上進(jìn)行測(cè)試。

該薄膜基質(zhì)是通過(guò)將惰性聚合物與天然植物提取物結(jié)合而成的，只對(duì)標(biāo)準(zhǔn)薄膜制造方法進(jìn)行了微小的改變。公司專家與FDA和獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室合作，測(cè)試并確保在包裝材料中添加經(jīng)過(guò)批準(zhǔn)的食品提取物的安全性。這種技術(shù)有許多優(yōu)勢(shì)，包括降低物流成本、擴(kuò)大配送范圍、更健康的配料和更清潔的標(biāo)簽，最終將顯著減少食品浪費(fèi)。保質(zhì)期的延長(zhǎng)可以根據(jù)包裝食品的類型以及食品制造商的個(gè)人要求進(jìn)行調(diào)整，從幾個(gè)小時(shí)到幾天不等。SoFresh聲稱，這種薄膜技術(shù)的設(shè)計(jì)不影響生產(chǎn)或包裝過(guò)程，也不需要新的成本支出，因?yàn)樗前凑帐称飞a(chǎn)商目前的工藝制定的。

自清潔包裝涂層，可抑制多種細(xì)菌

據(jù)《光明世界》雜志報(bào)道，麥克馬斯特大學(xué)的一組研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種自清潔的包裝涂層，可以抵御各種細(xì)菌，防止耐抗生素的超級(jí)細(xì)菌和其他危險(xiǎn)細(xì)菌在從醫(yī)院到廚房的環(huán)境中傳播。新的塑料表面——一種經(jīng)過(guò)處理的傳統(tǒng)透明包裝，可以被附著在手柄之類的表面上，而這些表面可能是耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）和艱難梭菌（C. difficile）等細(xì)菌的磁鐵。

這種處理過(guò)的材料是食品包裝的理想材料，正如ACS Nano雜志上發(fā)表的一篇論文所述，它可以阻止大腸桿菌、沙門氏菌和李斯特菌等細(xì)菌從肉類和其他食物中意外轉(zhuǎn)移。其抑制原理受防水荷葉的啟發(fā)，新的表面工程通過(guò)納米尺度的表面工程和化學(xué)相結(jié)合，表面紋理與微觀皺紋排除所有外部分子。例如，一滴水或一滴血落在表面時(shí)就會(huì)彈回去，這同樣適用于細(xì)菌。

這項(xiàng)研究由工程師Leyla Soleymani和Tohid Didar牽頭，他們與麥克馬斯特傳染病研究所（McMaster 's Institute for Infectious Disease research）和加拿大電子顯微鏡研究中心（Canadian Centre for Electron）的同事合作進(jìn)行。Soleymani說(shuō)，“我們正在對(duì)塑料進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，這種材料給了我們一些可以應(yīng)用于各種事情的東西。研究小組稱，該表面還經(jīng)過(guò)化學(xué)處理，以進(jìn)一步增強(qiáng)其驅(qū)避性能，從而形成一種靈活、耐用、再生成本低的屏障。我們可以看到這項(xiàng)技術(shù)被用于各種機(jī)構(gòu)和國(guó)內(nèi)環(huán)境，在世界面臨抗微生物耐藥性危機(jī)之際，我們希望它能成為抗菌工具箱的重要組成部分?！?/p>

生物聚合物膜，抑制真菌生長(zhǎng)

馬來(lái)西亞的研究人員已經(jīng)研制出一種生物聚合物膜，這種膜含有姜黃油，可以阻止一種常見(jiàn)的食用真菌的生長(zhǎng)，并在土壤中很好地降解。姜黃以其抗微生物特性而聞名，其鮮橙色的根已經(jīng)在南亞傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中使用了數(shù)千年。UiTM（Universiti Teknologi MARA）大學(xué)的化學(xué)工程師Junaidah Jai和他的同事們探索了是否可以使用姜黃來(lái)阻止真菌黑曲霉的生長(zhǎng)，這種真菌是一種常見(jiàn)的食物污染物。

研究人員將不同數(shù)量的姜黃油加入到由木薯淀粉、甘油和羧甲基纖維素制成的生物聚合物薄膜中。將膜的不同厚度涂覆到棕色包裝紙上，然后將其與黑曲霉孢子孵育。同時(shí)，將包裝樣品浸泡在水中，以模擬與食品水分的接觸。研究人員使用紫外光譜法測(cè)量了從薄膜中釋放到水中的抗菌化合物的數(shù)量。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這種薄膜是有效的，更厚的薄膜中含有更多的姜黃油，可以更好地抑制真菌的生長(zhǎng)。

然而，最厚的薄膜釋放抗菌化合物的速度太慢，最薄的薄膜釋放抗菌化合物的速度太快，這使得它們對(duì)需要很長(zhǎng)時(shí)間才能開始生長(zhǎng)的微生物無(wú)效?！敖S油和薄膜厚度的正確組合對(duì)于抑制導(dǎo)致食物腐敗的微生物至關(guān)重要，”Jai解釋說(shuō)，“最佳組合還將根據(jù)我們?cè)噲D保護(hù)的食物的質(zhì)地和形狀而有所不同?！?/p>

研究人員還測(cè)試了涂層包裝的生物降解性，將樣品埋在暴露在雨水和陽(yáng)光下的土壤中。他們發(fā)現(xiàn)，隨著姜黃油含量和薄膜厚度的增加，由于較高的含油量使土壤微生物遠(yuǎn)離，包裝的降解速度更慢。這種情況一直持續(xù)到姜黃油體積達(dá)到最高時(shí)，降解速度再次加快。UiTM的Alia Mustapha說(shuō)：“這種包裝可能是一種綠色的選擇，可以使食品保鮮更久?！毖芯啃〗M計(jì)劃下一步進(jìn)行感官測(cè)試，以評(píng)估消費(fèi)者對(duì)包裝和食品表面薄薄的姜黃油的接受程度。Jai說(shuō)，他們正在尋找合作伙伴將產(chǎn)品商業(yè)化。

會(huì)呼吸的薄膜，大幅減少食物浪費(fèi)

在印度，由于所有的包裝都是在加工階段完成的，其中大部分會(huì)吸收水分，導(dǎo)致食物迅速變質(zhì)，大約40%的食品在進(jìn)入市場(chǎng)之前就已經(jīng)腐敗，而被浪費(fèi)掉了。為解決該問(wèn)題，印度和英國(guó)的一個(gè)聯(lián)合財(cái)團(tuán)開發(fā)了一種新薄膜——BioFreshPak，該公司表示，包裝不良而導(dǎo)致的食物變質(zhì)是組織要解決的一個(gè)重要挑戰(zhàn)，食物變質(zhì)不僅是一個(gè)道德問(wèn)題，也是一個(gè)環(huán)境問(wèn)題，這就是為什么能夠提高食物的貨架壽命是關(guān)鍵的一步。該項(xiàng)目在牛頓基金的幫助下，于2017年9月在印度啟動(dòng)研發(fā)，成功完成了由可降解聚合物和廢棄淀粉制成的可呼吸薄膜的試驗(yàn)。

研究的重點(diǎn)是在運(yùn)輸過(guò)程中，即使在較高的環(huán)境溫度下，也要減緩催熟和提高食物的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。BioFreshPak被認(rèn)為可以延緩老化，其獨(dú)特的混合物包括熱塑性淀粉（TPS）和其他可在室溫下堆肥的聚合物，薄膜提供了選擇性的濕度和滲透性控制，以保持營(yíng)養(yǎng)。此外，它還能在不使用冷藏的情況下，將特定食品的貯藏壽命提高2至5天。與主要依賴轉(zhuǎn)基因玉米的PLA不同，BioFreshPak是用未充分利用的農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品生產(chǎn)的，比如從木薯加工廢料中提取的二級(jí)木薯淀粉，其在環(huán)境條件下是可堆肥的，在不到180天內(nèi)分解。

減少食品腐敗和浪費(fèi)對(duì)于解決可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)（如氣候變化、糧食安全和自然資源短缺）大有幫助，這是改變游戲規(guī)則的包裝解決方案。BioFreshPak，使我們更接近大幅減少食物浪費(fèi)的目標(biāo)。

可食用“皮”，延長(zhǎng)水果保質(zhì)期高達(dá)30天

位于印度莫哈里的國(guó)家農(nóng)業(yè)食品生物技術(shù)研究所（NABI）的科學(xué)家開發(fā)了一種無(wú)毒、可食用的涂層材料，以小麥秸稈半纖維素多糖（WP）和硬脂酸修飾的燕麥麩皮多糖（SAOP）為基礎(chǔ)，延長(zhǎng)水果和蔬菜的貨架期。這種材料有望克服農(nóng)產(chǎn)品送達(dá)消費(fèi)者之前容易變質(zhì)的問(wèn)題——目前印度這一比例為25-30%。

NAFBI的研究小組制備了這種復(fù)合材料的乳劑，并將其涂在蘋果、桃子和香蕉的樣品表面。他們發(fā)現(xiàn)，這種涂層有助于顯著減少水果重量損失、軟化，并延緩老化變質(zhì)。同時(shí)，與沒(méi)有涂層的水果相比，它們還有助于保持水果的新鮮品質(zhì)。該配方可使部分品種的蘋果，采后品質(zhì)延長(zhǎng)30天左右，桃子采后品質(zhì)延長(zhǎng)6-8天，香蕉采后品質(zhì)延長(zhǎng)9天，且在常溫下不會(huì)明顯的發(fā)黑。涂層技術(shù)簡(jiǎn)單，成本效益高。在印度，可食用的材料有可能替代市售的動(dòng)物蟲膠涂層。

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