防霉腐包装技术的分类及其应用

    在商品包装贮运过程中，防止商品发生霉腐（即霉变和腐败）是十分重要的问题。商品霉腐是由霉菌作用产生的，同有机物构成的商品，如生物性物品和制品或含有生物成分的物品，它们在日常环境条件下容易受霉菌作用而发生霉腐，使商品质量受到影响和损害。霉菌危害的范围非常广泛，有机物之外的材料在一定条件下也会遭到霉菌的侵蚀，如玻璃、金属、陶瓷等均可能受到霉菌的侵蚀，这主要是霉菌在粘附其上的有机物上生长，其代谢产物对此类物质产生作用的结果。由于商品种类繁多，规格、数量不一，在流通的多个环节中都有被霉腐微生物污染的机会，只要有适宜霉菌生长的环境条件，霉菌就会从商品和外界环境中不断地汲取营养和排出废物，在大量生长繁殖的同时，商品也就逐渐遭到分解破坏，也就是商品发生霉腐。因此，为了保护商品安全地通过贮存、流通、销售等各个环节，必须对易霉腐商品采用防霉腐包装技术，以防止商品发生霉变。防霉腐包装技术就是指在物品包装时，采取一定的技术措施使其处在能够抑制霉菌微生物滋长的特定条件下，从而延长商品保质期的包装技术。归纳起来，目前常用的防霉腐包装技术主要有以下几种类型。

      一、化学药剂防霉腐包装

　　化学药剂防霉腐包装技术主要是使用防霉防腐化学药剂将待包装物品、包装材料进行适当处理的包装技术。这些化学药剂统称为防霉防腐剂，一般有两大类，一类是用于工业品的防霉剂，另一类是用于食品的防霉腐剂。应用防霉腐剂，有的是将药剂添加到原材料中生产出防霉腐包装材料，有的是直接加在某个包装工序中，有的是将药物制成溶液，喷洒或涂抹在商品表面，有的用药液浸泡包装材料、包装容器后再用于包装。但是这些处理都会使有些商品的质量与外观受到不同程度的影响。利用防霉防腐剂的杀菌机理主要是使菌体蛋白质凝固、沉淀、变性。有的是用防霉防腐剂与菌体酶系统结合，影响菌体代谢；有的是用防霉防腐剂降低菌体表面张力，增加细胞膜的通透性，而发生细胞破裂或溶解。

　　使用防霉防腐剂时应选择具有高效、低毒、使用简便、价廉、易购等特点的防霉防腐剂。要特别注意防霉防腐剂的使用范围，尤其是食品、药品等生活用品的防霉腐包装一定要保证药剂符合安全卫生的标准。同时还要求该防霉防腐剂不影响商品的性能和质量，有较好的稳定性、耐热性与持久性，对金属等包装材料无腐蚀作用。通常可作为防霉腐剂的有酚类（如苯酚）、氯酚类（如五氯酚）、有机汞盐（如油酸苯基汞）、有机铜类（如环烷酸铜皂）、有机锡盐（如三乙基氯化锡）以及无机盐（如硫酸铜、氯化汞、氟化钠）等。防霉防腐剂有两大类，一类是用于工业制品的防霉剂，如多菌灵、百菌清、灭菌丹等。另一类是用于食品的防霉腐剂，如苯甲酸及其钠盐、脱氢蜡酸、托布津等。

      二、气相防霉腐包装

　　气相防霉腐包装是利用气相防霉腐剂的挥发气体直接与霉腐菌接触，杀死这些微生物或抑制其生长，以达到商品防霉腐的效果。气相防霉腐是气相分子直接作用于商品上，对商品外观和质量不会产生不良影响，但要求包装材料和包装容器具有气率小，密封性能好的特点。

　　常用的气相防霉腐剂有多聚甲醛、环气乙烷等防霉腐剂。多聚甲醛是甲醛的聚合物，在常温下可徐徐升华解聚成有甲醛刺激气味的气体，能使菌体蛋白质凝固，以杀死或抑制霉腐微生物。使用时将其包成小包或压成片剂，与商品一起放入包装容器内加以密封，让其自然升华扩散。但是多聚甲醛升华出来的甲醛气体在高温高湿条件下可能与空气的水蒸气结合形成甲酸，对金属有腐蚀性，因此不能用金属包装的商品。另外甲醛气体对人的眼睛粘膜有刺激作用，对眼睛有损害，所以操作人员应注意做好保护。环氧乙烷作为防霉腐剂，能与菌体蛋白质、酚分子的羧基、氨基、羟基中的游离的氢原子结合，生成羟乙基，使细菌代谢功能出现障碍而死亡。环氧乙烷分子穿透力比甲醛大，因此杀菌力也比甲醛强，环氧乙烷可在低温下使用，比较适宜于怕热、怕潮的商品防腐包装。但环氧乙烷能使蛋白质液化，会破坏粮食中的维生素和氨基酸，还会残留下在毒物质氯乙醇，因此不宜用作粮食和食品的防霉腐，只可用于日用工业品的防霉腐。

      三、气调防霉腐包装

　　气调防霉腐包装是将各类商品用不同的保护气体置换包装内的空气以达到防霉腐的效果。气调防霉腐包装主要用于各类食品的保鲜，以延长食品货架期，提升食品价值。气调防霉腐包装常用的气体有二氧化碳、氮气、氧气等。二氧化碳具有抑制大多数腐败细菌和霉菌生长繁殖的作用。氮气是理想的惰性气体，它一般不与食品发生化学作用，也不被食品所吸收，但能减少包装内的含氧量，极大地抑制细菌、霉菌等微生物的生长繁殖，减缓食品的氧化变质及腐败。氧气具有抑制大多数厌氧腐败细菌的生长繁殖，维持新鲜果蔬生鲜状态的呼吸代谢的作用。气调防霉腐是生态防霉腐的形式之一。霉腐微生物与生物性商品的呼吸代谢都离不开空气、水分、温度这三个因素。只要有效地控制其中一个因素，就能达到防止商品发生霉腐的目的。如只要控制和调解空气中氧的浓度，人为地造成一个低氧环境，霉腐微生物生长繁殖和生物性商品自身呼吸就会受到控制。气调防霉腐包装就是在密封包装的条件下，通过对包装盒或包装袋的空气进行置换，改变盒（袋）内食品的外部环境，抑制细菌（微生物）的生长繁衍，减缓新鲜果蔬新陈代谢的速度，从而延长食品的保鲜期或货架期。如通过改变包装内空气组成成分，以降低氧的浓度，造成低氧环境来抑制霉腐微生物的生命活动与生物性商品的呼吸强度，从而达到对被包装商品防霉腐的目的。

　　气调防霉腐包装是充以对人体无毒性，对霉腐微生物有抑制作用的气体。目前主要是充二氧化碳和氮进行降氧。二氧化碳在空气中的正常含量是 0.03%。微量的二氧化碳对微生物有刺激生长作用；当空气中二氧化碳的浓度达到 10%～14%时，对微生物有抑制作用；如果空气中二氧化碳的浓度超过 40%时，对微生物有明显的抑制和杀死作用。进行降氧防霉包装，可先将包装容器内抽真空到一定程度再充入氮气或二氧化碳，也可在包装容器内加入脱氧剂来消耗包装内的氧气，从而降低氧气的浓度。但无论如何，包装材料都必须采用对气体或水蒸气有一定阻透性的气密性材料，才能保持包装内的气体浓度。气调防霉腐包装技术的关键是密封和降氧，包装容器的密封是保证气调防霉腐的关键。降氧是气调防霉腐的重要环节，目前人工降氧的方法主要有机械降氧和化学降氧两种。机械降氧主要有真空充氮法和充二氧化碳法。化学降氧是采用脱氧剂来使包装内的氧的浓度下降。气调包装材料大多是低阻隔材料，具有较大的气体透过性。因此，要对产品进行气调包装，就必须根据产品的特性进行包装材料透气性的合理选择。大部分气调保鲜包装的包装材料都要求采用对气体高阻隔的复合包装材料，以保持包装内保护气体的组分。如货架期不必很长，一般阻隔性的 PA／PE 或 PET／PE 就可满足。货架期要求长的最好采用高阻隔性PVDC 或 EVOH 复合的包装材料。新鲜果蔬的包装薄膜起着气体交换膜的作用，通过薄膜与大气进行气体交换来维持包装内的气体成分。常用透气性的 PE、PP、PVC 薄膜，但这种薄膜还不能满足高呼吸速度的热带水果、菇类等的包装要求，需要高透气性的薄膜。因此要注意研究开发新的气调防霉腐包装材料。如美国研制开发的用二氧化碳制塑料包装材料，即使用特殊的催化剂，将二氧化碳和环氧乙烷（或环氧丙烷）等量混合，制成新的塑料包装材料，其特点具有玻璃般的透明度和不通气性；类似聚碳酸酯和聚酰胺树脂；在 240 摄氏度下不会完全分解成气体；有生物分解性能，不会污染环境与土壤等特点。我国也已研究成功利用纳米技术，高效催化二氧化碳合成可降解塑料。即利用二氧化碳制取塑料的催化剂粉碎到纳米级，实现催化分子与二氧化碳聚合，使每克催化剂催化 130 克左右的二氧化碳，合成含 42%二氧化碳的新包装材料。

      四、低温防霉腐包装

　　低温防霉腐包装技术是通过一定的技术控制商品本身的温度，使其低于霉腐微生物生长繁殖的最低界限，从而抑制商品的呼吸和代谢分解，同时也抑制微生物繁殖的代谢和生长繁殖，从而达到防霉腐的目的。低温冷藏防霉腐所需的温度与时间应按具体商品而定，在低温环境下，霉菌的活动不仅会受到极大的抑制，甚至死亡。所以一般来说，环境温度越低，持续时间越长，霉腐微生物的死亡率愈高，防霉腐的效果越好。

　　按冷藏温度的高低和时间的长短，低温防霉腐可分为冷藏和冷冻两种。冷藏防霉腐包装的温度一般为 3 摄氏度～5 摄氏度。在此温度下，霉腐微生物的酶几乎都失去了活性，新陈代谢的各种生理生化反应缓慢，甚至停止，因此霉菌的生长繁殖受到极大地抑制，但并未死亡。冷藏一般适于含水量大又不耐冰冻的易腐商品，如水果、蔬菜、鲜蛋等。冷冻是适于耐冰冻含水量大的易腐商品，温度通常控制在－12 摄氏度以下的冻结储藏，在此温度下，霉菌多数死亡。在冷冻期间，商品的品质基本上不受损害，商品上霉腐微生物同细胞内水变成冰晶脱水，冰晶水损坏细胞质膜而引起死伤。冷冻一般适合于肉类、鱼类等防霉腐包装，但低温冷冻防霉包装时应注意选用耐低温包装材料。

      五、干燥（低湿）防霉腐包装

　　水分是霉菌生长的必要条件。微生物生活环境缺乏水分即造成干燥，在没有合适水分的干燥条件下，霉菌就尤法生长繁殖，商品也不会腐烂。干燥防霉腐包装技术是通过降低密封包装内的水分与商品本身的含水量，使霉腐微生物得不到生长繁殖所需水分来达到防霉腐的效果。因此，控制商品和包装内水分可有效地抑制霉菌生长繁殖，因为干燥可使微生物细胞蛋白质变性并使盐类浓度增高，从而使微生物生长受到抑制或促使其死亡。一般控制包装内的相对温度在 60%以下，即可有效地防止霉腐。霉菌菌丝抗干燥能力很弱，特别是幼龄菌种抗干燥能力较弱。可通过在密封的包装内置放一定量的干燥剂来吸收包装内的水分，使内装商品的含水量降到允许含水量以下。一般高速失水不易使微生物死亡，缓慢干燥霉菌菌体死亡最多，且在干燥初期死亡最快。菌体在低温干燥下不易死亡，而干燥后置于室温环境下最易死亡。因此，进行干燥防霉腐包装时，需要选用气密性好和透湿度低的包装材料进行密封包装，并在其内放置适量的干燥剂（如硅胶）等和湿度指示纸，以吸收水分和指示相对湿度。

      六、电离辐射防霉腐包装技术

　　电离辐射是指能量通过空间传递，照射到物质上，射线使被照射的物质产生电离作用。电离辐射的直接作用是当辐射线通过微生物时能使微生物内部成分分解而引起诱变或死亡。其间接作用是使水分子离解成为游离基，游离基与液体中溶解的氧作用产生强氧化基团。此基团使微生物酶蛋白的－SH 基氧化，酶失去活性，因而使其诱变或死亡。辐射可导致害虫、虫卵、微生物体内的蛋白质、核酸及促进生化反应的酶受到破坏、失去活力，进而终止食品等被侵蚀和生长老化的过程，维持品质稳定。电离辐射一般是放射性同位素放出的α、β、γ射线，它们都能使微生物细胞结构与代谢的某些环节受损。α射线在照射时被空气吸收，几乎不能到达目的物上。β射线穿透力弱，只限于物体表面杀菌。γ射线穿透作用强，可用于食品内部杀菌。射线可杀菌杀虫，不会引起物体升温，故可称其为冷杀菌。但有的食品经照射后品质可能变劣或得以改善。电离辐射防霉腐包装目前主要应用β射线与γ射线。用于辐射包装的射线具有穿透力强、杀伤力大的特点，通过这种射线的辐射，寄生在食品中的病原菌、微生物及昆虫等都被杀死。同时，食品经辐照处理后还能抑制食品自身的新陈代谢过程，因而可以防止食品的变质与霉烂。包装的商品经过电离辐射后即完成了清毒灭菌的作用，经照射后，如果不再污染，配合冷藏的条件，则小剂量辐射能延长保存期数周到数月，而大剂量辐射可彻底灭菌，长期保存。但要注意，辐射射线的剂量过大也可能会加速包装材料的老化和分解，因此也要注意控制剂量。

      七、微波辐射防霉腐包装

　　微波指波长在 0.001 m～1m（频率 300～30 万 MHz）的电磁波。而用于灭菌的微波频率一般为 2450MHz。微波能以光速向前直进，遇到物体阻挡，能引起反射、穿透、吸收等现象。微波能使物质中的水分子振动、摩擦而发热，使微生物受热致死以起到灭菌作用。微波杀菌主要有热效应和非热效应两个方面的因素，即微生物在高频电磁场的作用下吸收微波能量后，一方面转变为热量升高温度而杀菌，另一方面菌体的水分和脂肪等物质受到微波的作用，生物体内的极性分子在微波场内产生强烈的旋转效应。这种强烈的旋转使微生物的营养细胞失去活性或破坏微生物细胞内的酶系统，造成微生物的死亡。微波产生的热能在内部，所以微波热能利用率高，加热时间短，加热均匀。微波火菌具有穿透力强、节约能源、灭菌快、效率高、操作简单、适用范围广，且微波灭菌便于控制，加热均匀，食品的营养成分及色、香、味在灭菌后仍接近食物的天然品质等特点，可用于液态、固态物品的灭菌，包装好的物品置于微波场中，在极短时间内即可完成灭菌过程。但在使用中应注意防止微波泄漏。目前微波灭菌主要用于肉、鱼、豆制品、牛乳、水果及啤酒等的灭菌。

      八、远红外线辐射防霉腐包装

　　远红外线是频率高于 300 万 MHz 的电磁波，其杀菌的机理与微波相似，主要是利用远红外线的光辐射和产生的高温使菌体迅速脱水干燥而死亡。利用远红外线可以直接照射食品，也可在食品装入塑料袋后以远红外线照射灭菌。红外线的利用始于 20 世纪，1935 年美国福特汽车公司的格罗维尼（Groveny）首先取得将红外线用于加热和干燥的专利。食品中的很多成分及微生物在 3μm～10μm 的远红外区有强烈的吸收。远红外加热灭菌不需要传媒，热直接由物体表面渗透到内部。因此不仅可用于一般的粉状和块状食品的灭菌，而且还可用于坚果类食品如咖啡豆、花生和谷物的灭菌与灭霉以及袋装食品的直接灭菌。

      九、紫外线辐射防霉腐包装

　　紫外线也是一种具有杀菌作用的射线，为日光杀菌的主要因素。其杀菌机理是紫外线辐射能使微生物细胞内核蛋白分子构造发生变化而引起死亡。紫外线的波长为 100nm～400mn，其中波长为 200nm～300nm 的紫外线具有杀菌作用，而杀菌力最强的波长为 250nm～260nm，因此多以253. 7nm 作为紫外线灭菌的波长。紫外线灭菌是一种使用简便的灭菌方法，且无药剂残留，效率高、速度快，并可被不同的表面反射，但由于紫外线穿透力很弱，所以只能杀死商品表面的霉腐微生物。此外，对于含有脂肪或蛋白质的食品经紫外线照射后会产生臭味或变色，因此这些商品不宜使用紫外线杀菌。紫外线一般是用来处理包装材料和容器、工作环境以及非食品业的包装商品的杀菌，还有比较适于紫外线杀菌且效果比较理想的是液体料（如饮料、牛奶等）的灭菌。使用时，可使液体料以薄层状通过紫外线照射区即可杀灭物品表面和容器表面的霉腐微生物。但要注意，紫外线必须照射到商品才能灭菌，照射不到则不能灭菌。且紫外线进行直线传播，其强度与距离平方成比例地减弱，灭菌效果与照射强度、时间、距离和空气温度有关，因此需要根据紫外线灯管的功率确定照射距离和时间。此外，紫外线灭菌还与材料表面状态有关，对于表面光滑无灰尘的包装材料，采用紫外线可杀灭表面上的细菌；对于压凸的铝箔表面，灭菌时间比光滑表面长 3 倍；对不规则形状的包装容器表面，则灭菌照射时间要比平面长 5 倍。同时，采用紫外线灭菌时还需考虑材料的特性，特别是复合材料的内层，如 PVC、PVDC、LDPE 等材料受紫外线照射后会使其热封强度降低约 50%。

      十、高压电场脉冲防霉腐包装

　　高压电场脉冲灭菌是将食品置于两个电极间产生的瞬间高压电场中，由于高压电脉冲（HEEP）能破坏细菌的细胞膜，改变其通透性，从而杀死细胞。

　　高压脉冲电场的获得有 2 种方法。一种是利用 LC 振荡电路原理，先用高压电源对一组电容器进行充电，将电容器与一个电感线圈及处理室的电极相连，电容器放电时产生的高频指数脉冲衰减波即加在两个电极上形成高压脉冲电场。由于 LC 电路放电极快，在几十至几百个微秒内即可以将电场能量释放完毕，利用自动控制装置，对 LC 振荡器电路进行连续的充电与放电，可以在几十毫秒内完成灭菌过程。另一种是利用特定的高频高压变压器来得到持续的高压脉冲电场。灭菌用的高压脉冲电场强度一般为 15 千伏／厘米～100 千伏／厘米，脉冲频率为 1kHz～100kHz，放电频率为 1kHz～20kHz。高压电场脉冲灭菌一般在常温下进行，处理时间为几十毫秒，这种方法有两个特点：一是由于灭菌时间短，处理过程中的能量消耗远小于热处理法。二是由于在常温、常压下进行，处理后的食品与新鲜食品相比在物理性质、化学性质、营养成分上改变很小，风味、滋味无感觉出来的差异。而且灭菌效果明显，可达到商业无菌的要求，尤其适用于热敏性食品。

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