饮料包装系统的新动向
关键词：活性系统；智能系统；包装；保质期；饮料；挥发性化合物；保存；氧清除剂
1.导言
包装行业受制于不同利益相关者(生产者、零售商和消费者)施加的压力，他们有着不同的优先次序，并不总是将包装视为产品的附加值。1]包装的传统功能是保护食品不受降解过程的影响(主要是由氧、光和湿度等环境因素产生的)，含有食物，并向消费者提供配料和营养信息。2]这些概念一直与惰性物质联系在一起，充当食品产品与外界环境之间的“被动”屏障，也避免有害物质从包装迁移到食品
传统上用于食品包装的材料包括玻璃、金属(铝、箔和层压板、镀锡板和成都钢)、纸和纸板以及塑料。包装材料的正确选择对保证产品在配送和储存过程中的质量和新鲜度具有重要意义。表1总结了饮料包装中各种材料的优缺点。饮料包装通常结合几种材料，以开发每种材料的功能或美学特性。这一领域的新进展包括多层体系的开发、基于活性或智能封装的新方法或作为生物基聚合物的环境影响较低的材料
表1.食品包装中典型材料的优缺点2].
Table
塑料在饮料包装中的使用继续增加，原因是材料成本低，功能优势(如热敏性、微波性、光学性能以及无限大小和形状)优于玻璃和镀锡板等传统材料。6]此外，塑料材料可以作为一个单一的薄膜，或作为多个塑料的组合，通过叠层或共同挤压。组合材料会使每种材料的性能具有加性优势，并且常常减少所需包装材料的总量。
随着消费者以负担得起的价格要求更高质量的产品和日益激烈的竞争，工业制造部门不仅在原料方面，而且在加工和包装系统方面都经历了一些重大变化。7]消费者对加工最少、天然、新鲜、方便的食品的需求不断增长，以及全球化带来的产业持续变化，导致食品安全和质量面临新的挑战。食品包装方面的创新有助于提高食品的保质期，为此开发了新的包装系统，以避免与塑料材料有关的问题，同时考虑到越来越多的法律和法规要求。8]透光和透氧可能是食品变质和质量损失的可能原因。9]控制对氧气和水分的渗透性是保护食品质量的主要挑战。事实上，氧气的存在促进了微生物的生长，增加了氧化反应，并导致了异味和颜色的变化。10]例如，果汁贮藏过程中产生的颜色变化可能与食品的营养和感官特性的恶化有关。
针对这些问题，促进了发展食品保鲜用活性包装技术的趋势。“活性包装”是指一种包装系统，其目的是有意将可将物质释放或吸收到或从包装食品或食品周围环境中释放或吸收的成分纳入包装系统，其目的是延长包装食品的保质期，或维持或改善包装食品的状况。12]因此，这种食品包装除了具有抵御外部有害因素的保护作用外，还具有在食品保藏和品质方面发挥积极作用的额外功能。
影响饮料产品质量的其他重要因素有：pH值、贮存温度、挥发物与食品成分的相互作用程度以及高分子材料的玻璃化转变温度。这些因素可能影响食品对饮料成分的吸附能力
本文综述了包装对饮料保藏的影响及消费者接受性可能存在的缺陷。此外，在材料系统的新发展和当前知识的积极和智能包装饮料被报告。
2.包装对饮料保护的影响及对消费者可接受性的影响
饮料包装可以延缓产品变质，保持加工的有益效果，延长保质期，保持或提高食品的质量和安全。包装提供了免受三大类外部影响的保护：(A)保护饮料不受机械损坏的实物保护，包括在分配过程中保护饮料免受冲击和振动；(B)防止微生物、昆虫和其他动物受到生物保护；(C)化学保护，最大限度地减少因暴露于气体(通常是氧气)、水分(得失)或光线等环境影响而引起的成分变化.
传统上，饮料是用玻璃容器包装的，瓶盖上有天然的或塑料的软木，以限制氧气的摄入，并保持饮料的有机感受质量。玻璃比气体和蒸气具有优异的阻隔性能，随着时间的推移稳定性高，透明度高，而且可以很容易地回收利用。16]然而，玻璃瓶的生产和使用由于其制造能源成本而对环境造成负面影响，容易破碎，而且相对较重。表1)为了克服这些问题，许多基于不同包装材料使用的研究报告.
低分子量分子的存在，如气体、水蒸气和挥发性化合物的存在，会影响或不利地影响食品的保质期。然后，包装产品中要控制的限制性质之一是通过包装吸收和转移这些分子[10]尽管它们在食品中的浓度较低，但芳香化合物在聚合物包装材料上的渗透和吸附会损害食品的有机感官质量。因此，香气物质的相对存在的显著变化导致产品质量的一些改变，以及消费者对产品的排斥。
应控制包装在饮料降解过程中传递氧气和光的能力，以成功地保持食品的感官和营养特性，从而保持食品的保质期。20,21]由于美拉德反应，降解过程会引起颜色和香气轮廓的变化，这会导致感官性能的下降和消费者对饮料的排斥。此外，通过氧化或酸催化反应生成新化合物，可以改善饮料的芳香型结构。此外，某些饮料(如橙汁)中的维生素C可通过氧化和非氧化途径降解，从而导致营养和感官损失[22]所有上述反应都与氧气的存在有关，氧气可以被认为是装瓶过程中的主要气体。然而，氧气也通过包装材料从周围大气扩散到饮料中，其速度取决于材料的渗透性和包装两侧氧分压的差异。因此，应选择适当的阻隔材料，以避免氧化降解，如玻璃瓶、纸箱包装的箔层压板(例如四层铝箔)或柔性袋，以及聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)瓶在果汁情况下[17,23,24]巴西加鲁皮等人 [20]研究了标准或活性PET中用除氧瓶包装对橙汁氧化的敏感性。本研究表明，氧气是抗坏血酸降解反应中的一个限制参数，随着它的透氧性能，它在进入包装时逐渐被消耗。抗坏血酸含量大幅度下降，这是衡量橙汁老化和质量的最重要指标。20]相反，据报告，在装有氧清除剂的单层PET瓶中包装的橙汁的保质期在4°C时延长9个月，在25°C时延长近8个月，在瓶盖上添加液氮和铝箔封口。22]维博沃等人 [11通过降低贮藏温度和避免包装过程中的透氧，可以延长橙汁的色泽稳定性和保质期。本研究观察了与非酶褐变相关的酸、糖、氧、维生素C、糠醛和5-羟甲基糠醛随贮藏时间和温度的变化。11].
一般来说，分子通过包装材料的吸附过程会受到不同因素的影响，如分子大小、极性、溶解度和芳香族化合物的浓度，以及包装材料的形态、玻璃转变、结晶度和极性等性能。25]就葡萄酒而言，大量研究描述了包装内氧气、二氧化碳、氮气和亚硫酸盐的修饰和/或演化[26产品的氧化稳定性[27]；芳香化合物的存在[15,18,28,29；和感官、化学的变化[30或物理性质[29,31]此外，还报告了包装后所涉及的总体机制，如化学反应(酯化、水解和氧化)、老化以及可能通过包装或可能导致芳香化合物损失、增加、出现或消失的盖子转移等。酯类对饮料的果味有一定的促进作用，其进化对不同产品的嗅觉有很强的影响。醇在贮存过程中可以通过氧化、参与酯化或经乙酸酯和其他酯类水解而形成。酸可以在较短的酸中酯化或氧化，它们是由酯的水解、醛的氧化和贮存过程中醇的还原而形成的。醛作为糠醛，一些饮料的异味由美拉德反应形成的抗坏血酸，可以出现在包装后3至5个月。最后，内酯是由同一分子中的酸和醇基酯化而形成的环状分子。18,24,30,32]然而，除了贮藏、土壤和发酵条件、气候和葡萄品种是决定葡萄酒香气的主要因素。
采用Dombre软件研究了不同包装材料(如玻璃瓶、初瓶和再生瓶)中玫瑰酒香气分布的演变过程。等人. [10,33]观察到新化合物(糠醛衍生物、5-羟甲基糠醛、丙酮酸乙酯或二恶烷)的出现与包装类型无关。然而，也观察到包装中的特殊化合物在玻璃中以酒石酸二乙酯、丙酮酸乙酯、再生PET和香草醛在初生PET中出现。18]雷维等人研究了包装材料对干白葡萄酒某些生理参数的影响。监测的参数包括可滴定的和易挥发的酸度；pH；总和游离SO_2。2含量；颜色：挥发性化合物和感官属性。采用深色玻璃和两个商业袋(低密度聚乙烯和乙烯醋酸乙烯酯-EVA内衬)作为包装材料.围口料对可滴定酸度、总酸度和游离SO含量的影响。2还有酒的颜色。葡萄酒中的大部分芳香化合物被塑料材料吸附或丢失到环境中。感官评价显示，在这两种塑料中包装的白葡萄酒在三个月内都是可以接受的质量。VS.在玻璃瓶内至少有6个月的时间[15].
用杜鲁埃法研究了草莓糖浆贮存一年期间，14种芳香化合物在PET和聚氯乙烯(PVC)中的吸附情况。等人 [34]PVC的吸收香气量是PET的4倍，但低于糖浆初始含量的0.1%。因此，芳香化合物与包装之间的相互作用可能导致保质期内食品质量的动态和时间依赖性的变化。在长期储存过程中，两种复合机制导致香气的丧失：食品本身的降解过程和包装材料中的吸附过程。34].
为了帮助食品工业了解和预测芳香化合物的行为，特别是那些在长期储存过程中对降解敏感的化合物，需要进行更多的研究，同时考虑到食品基质和包装的影响。
3.新战略
3.1.材料/结构修改
玻璃和金属对化学和其他环境剂提供了几乎绝对的屏障。用Abdellah法研究了不同包装材料(镀锌锡、聚乙烯、无色、棕色和黑色玻璃容器)对向日葵油理化性能的影响。等人 [35最大限度地减少石油变质，延长其保质期。结果表明，玻璃容器似乎比聚乙烯具有更强的抗劣化性能，而镀锌容器则是最差的。至于玻璃瓶，棕色容器显示更多的抗氧化稳定性，其次是无色和黑色容器。棕色可以作为避光的屏障，因为光会导致植物油中色素和维生素的分解。储存在黑色容器中的油样的相对降解可归因于温度被黑色所吸收，因为温度在油脂分解为脂肪酸和甘油方面起着重要作用。一般来说，玻璃容器被认为是储存食用油的最佳包装材料。35].
塑料包装提供了广泛的阻隔性能，但一般比玻璃或金属更易渗透。使用能够控制或减少不同气体向内部大气渗透的包装材料可以提高易腐产品的保质期。阻隔性能主要与聚合物的本征结构有关，如结晶度、聚合物性质、晶态/非晶相比、机械热处理、聚合物中存在的化学基团极性、交联度、玻璃化温度等。36]这些特性也取决于外部条件，如温度和压力和相对湿度的差异。
食品包装领域的新趋势一直集中在开发性能更好的新材料上，以控制食品。-包装-环境互动。在玻璃容器中，表面处理对提高玻璃表面的水解性能有很大的应用前景。纳尼卡姆等人 [37]研究了不同的表面处理方法，即在不同的溶液中对玻璃进行漂洗，然后在110°C下清洗干燥20 min。明矾4)2·12H2O)、柠檬酸、硫酸铵和乙酸作表面改性剂。用5wt%的明矾对玻璃进行处理，结果令人满意，提高了玻璃的抗水解性能。37]在塑料材料方面，PET由于其优异的力学性能、透明性、抗紫外线能力和良好的氧阻隔性能，越来越多地被应用于牛奶或油等液体的饮料包装。此外，还可以通过将不同的薄膜(多层PET)组合在一起，或添加氧清除剂来改善这些性能，这些清除剂的作用是降低饮料中的溶解氧含量，并使其存在于顶部空间，但也可以通过限制氧气的进入和提高保质期来改善这些性能。20]. 图1给出了一种气体或蒸气通过多层饮料包装系统(包括除氧剂)渗透的一般机理方案。
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图1.气体通过多层饮料包装系统渗透的一般机理的方案，包括一种除氧剂。
基于PET的包装系统对橙汁质量的影响已经有报道.鲁斯-查米利亚斯等人 [22]研究了不同的包装体系(玻璃、多层和单层PET瓶)，表明单层PET在储存和保质期中的抗坏血酸保留率低于多层PET和玻璃。氧是导致抗坏血酸降解的主要因素，这与材料透氧性的差异有关。结果表明，玻璃是透氧性最低的材料，其次是多层和单层PET。22]柏林人等人 [17]研究了降低透氧性的新型多层PET系统，以保持橙汁的质量。采用三种不同的PET基包装材料：标准单层、多层膜和等离子体处理(内碳涂层).与标准PET相比，经过3个月的贮存，获得了具有良好氧阻隔性能的多层或内碳涂层宠物，显示出较好的维生素C含量。风味物质和维生素C对保持橙汁的质量起着重要作用。17].
包装工业的创新导致了新型可持续材料的发展，作为传统包装系统的替代物。淀粉基包装材料因其具有生物降解性以缓解环境危机和传统聚合物消费带来的石油短缺而引起了人们的广泛关注。黄等人研究了淀粉基牛奶包装膜在微波加热过程中的结构变化与增塑剂迁移的关系，认为这种新型疏水食品包装材料为饮料包装应用开辟了新的机遇。38].
3.2.主动智能系统
包装行业一直集中于开发解决方案，以提供最大限度的粮食安全，同时以有竞争力的价格维持营养价值。因此，食品包装产品已经从简单的保藏容器发展到包括方便、购买点、营销问题、材料减缩、安全和环保材料等方面。8]在这方面，在这一广泛的研究领域，如智能包装和主动包装系统，正在研究新技术。39].
一些报告，如“按产品、应用、趋势和预测分列的全球活跃、智能和智能包装市场(2010-2015年)” [40]，通过技术和应用分类分析活跃和智能包装市场；同时研究北美、欧洲和亚洲这些技术的主要市场驱动因素、制约因素和机会。根据这一消息来源，2010年活跃包装技术保持了最高的增长率，估计从2010年到2015年增长10.5%。在先进的包装技术市场中，改性气氛占市场份额最大(约54%)。在全球先进包装的总市场中，食品部门的贡献为51%，而饮料的贡献率则降至19%。“主动食品包装”是一个很好的例子，它超越了包装材料的传统功能，包装材料、产品及其环境相互作用，以延长食品的保质期和(或)改善其安全性或感官性能；同时保持食品质量。抗菌药物、抗氧化剂和水分、气味和气体的控制器通常作为活性物质添加。相反，“智能食品包装”只向处理器、零售商和/或消费者提供有关食品或其周围环境状况的信息。防盗指示器、定位装置和时间温度传感器通常使用41]本节综述了近年来活跃型和智能化饮料包装的发展趋势。
3.2.1.主动系统
主动食品包装是一个多品种的概念，涉及的可能性很广，在全球范围内可分为两大类。8]：(A)活性包装，以延长保质期，通过使用不同的系统，如氧清除剂、吸湿剂或抗菌剂和抗氧化剂，控制包装内的变质机制；(B)主动包装，以便利加工和消费，使包装与食品性质相匹配，降低加工成本，甚至在包装中进行一些加工操作，或控制产品历史和质量。因此，这种包装的新颖性不仅是为了减少包装内食品的变质，而且也是为了在包装产品的保质期内引起积极的变化，减少在受控条件下直接向食品中添加化学品和/或释放剂的需要。
表2.活性饮料包装的最新趋势。
表2综述了主要用于饮料保鲜、提高其风味、色泽等有机感官品质的活性包装的主要应用。总的来说，饮料主动包装的最新趋势是开发两种系统：(A)包装系统(主要是塑料和金属材料，如瓶子和罐头)，其中含有清除剂(皇冠)；(B)新的活性塑料材料(主要是天然或合成塑料薄膜)。塑料包装的新进展导致了天然聚合物基体系的发展，具有生物降解性、环境友好性、低成本、高效的活性载体以及与合成聚合物相似的加工条件。
氧化和微生物生长是饮料质量下降的主要因素。42]在抗氧包装方面，抗氧化剂化合物通常被用作包装加工中的活性物质；也就是说，在材料的墙壁中加入抗氧化剂，通过从顶部吸收不需要的化合物，或向食物或周围的顶部空间释放抗氧化剂，从而发挥其作用。13]丁基化羟基茴香醚(BHA)和丁基羟基甲苯(BHT)是目前应用最广泛的合成抗氧化剂，用于防止食品中的氧化。57]然而，由于毒理学的考虑，目前正在讨论在食品包装配方中使用这类化合物的问题。因此，人们对在活性食品包装中使用天然抗氧化剂越来越感兴趣，这不仅是因为它们对人类无害，而且是因为它们在限制材料和/或食品中的氧化过程方面表现良好，以及消费者对使用天然添加剂的良好接受。目前正在评估使用天然抗氧化剂，特别是生育酚、草药和香料以及农业废物产品的植物提取物和精油的替代办法。为了达到抗氧化的目的，许多不同的天然萃取物被加入到可生物降解的材料中。58,59].
如今，随着微胶囊化、生物技术和包装技术的最新发展，新的抗氧化剂包装材料正被不断地应用于饮料包装的制造。例如，在PHBOTTLE项目下，正在开发一种新的果汁包装，这种果汁具有可生物降解和抗氧化的特性(以延长饮料产品的寿命)，这些果汁是由果汁瓶装工业废水中的糖和其他富含碳、氮和氧的残留物制成的。60].
许多食品对氧气非常敏感，氧气直接或间接导致许多产品变质。61]包装中氧气的存在主要是由于好氧微生物和霉菌的生长，增加了氧化反应，导致颜色变化、异味和风味的发展，降低了营养质量，增加了饮料的变质。62]氧清除剂的应用已经被许多研究人员和公司广泛研究和应用。吸氧技术是基于氧化或组合的成分，如铁粉，抗坏血酸，光敏聚合物，酶，等。这些化合物可以将氧含量降低到0.01%以下，这比传统的改进气氛、真空或内部气氛替代惰性气体系统中的典型水平(0.3%-3%)要低。为满足不同饮料产品的要求，我们开发了各种除氧系统(表2).
清除氧包装已被广泛应用于保存啤酒，其方法有两种：(A)用膜将清道夫与啤酒分离；或(B)将清除剂与封口内部的聚合物涂层结合[42]抗坏血酸是一种以抗坏血酸氧化为基础的脱氢抗坏血酸的扫氧剂。这种反应可以通过光或过渡金属来加速，而过渡金属将起到催化剂的作用，例如铜。抗坏血酸还原铜2+与Cu形成脱氢抗坏血酸。铜离子+)与O形成一个复合体。2铜离子2+)和超氧阴离子自由基。在铜的存在下，自由基导致O的形成。2和H2O2。抗坏血酸铜配合物能迅速降低H。2O2至H2O没有OH−形成，一种高活性的氧化剂。总容量2吸收由抗坏血酸的量决定。1 mol O的完全还原2需要2摩尔抗坏血酸[63]铜铁金属结合抗坏血酸盐的冠被发现在储存1-3个月后可以降低啤酒瓶中的氧气含量，保持12个月的效果。42]评价了氧在橙汁中的存在导致抗坏血酸的损失，并对氧清除膜和氧阻隔膜包装的橙汁中的抗坏血酸损失进行了研究。结果，抗坏血酸储存时间较长，这是快速除氧的结果。21]抗坏血酸和抗坏血酸盐被用于在囊袋和薄膜技术中的清除剂的设计。该活性膜可能含有一种催化剂，通常是过渡金属(Cu，Co)，并被水活化，这是一种特别适用于水相食品的技术。
另一种氧清除剂是由葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶两种酶组合而成，这种酶能与某些底物反应，清除作为包装结构一部分的进入的氧气，或放入一个独立的囊袋中。葡萄糖氧化酶将两个氢从葡萄糖的-CHOH基团中转移到O中，这两个氢最初可以存在于产品中，也可以添加到产品中。2与葡萄糖-三角洲-内酯和H的形成2O2。内酯然后自发地与水反应生成葡萄糖酸。此系统已应用于啤酒和酒瓶
另一种清除技术是基于铁在水中氧化的原理。这种除氧剂的作用机理非常复杂，主要由以下反应来描述
Fe→Fe2++2E−
1/2O2+H2O+2e−→_2O_H−
铁2++2OH−→Fe(OH)2
Fe(OH)2+1/4O2+1/2H2O→Fe(OH)3
商业上可用的氧清除剂是含有金属还原剂的小袋，如粉末氧化铁、碳酸亚铁和金属铂。一个自反应型的包中含有水分，一旦囊袋暴露在空气中，反应就开始了。在依赖水分的类型中，只有在食物中的水分被吸收后，才能清除氧气。一些重要的铁基O2吸收袋是永恒的®(三菱煤气化工有限公司，日本)®氧气清道夫(Standa Industrie，法国)®系列产品(日本ToppanPrint有限公司)，Vitalon(东京都化学)。工业公司，日本)，Sanso-削减公司(Finetec Co.，日本)，Seaqul公司(日本，日本)，FreshPax公司®(美国Multisorb技术公司)和O-Buster®(美国Dessicare Ltd.)
另一种替代使用的方法是将清道夫直接整合到聚合物薄膜结构中。扫气剂可以分散在聚合物基体中，也可以作为多层膜的内层引入，包括刚性容器的侧壁或盖子、柔性薄膜和封闭衬里。这些清除膜的速度和容量比铁基清道夫囊要低得多，但消费者更容易接受和更安全。64,65,66]马赫等人 [67]研制了一种以抗坏血酸(AA)和铁粉(Fe)为催化剂，加入挤出热塑性淀粉(TPS)薄膜中的二元除氧剂。得到的TPS-AA-Fe薄膜具有有趣的除氧性能，这是由于薄膜中水分含量的增加而引起的。因此，这种材料可能对开发短寿命活性食品包装感兴趣。67]奥克斯护卫®(东京，日本)，Shelfplus O2®(Albis塑料公司，汉堡，德国)®(三菱气体化学美国公司，纽约，美国)是一些例子铁基氧清除剂在饮料产品。Shelfplus O2®与包装材料(PP或LDPE)很好地结合在一起，作为包装顶空间和产品本身所剩氧气的吸收体，提供了大大改进的屏障和最佳保护。68]最后，以含铁高岭石为基础的新型潜在氧清除剂[66或铁纳米粒子[69]已被广泛应用于各种氧敏感食品的活性包装系统中，提高了铁粉的反应活性，进而提高了氧清除剂的吸氧能力。
在储存过程中，会产生一些不良的副产品，如有机酸、醛或酮等，影响产品的质量。作为一种溶液，吸附材料在过去的几十年里得到了发展。例如，Oxbar™是由卡诺金属盒(西约克郡，西约克郡)开发的一种系统，它涉及钴催化氧化一种在聚酯瓶中混合的尼龙聚合物，用于包装葡萄酒、啤酒、酱汁、调味酒精饮料和麦芽饮料[45]相反，使用酵母从密封的啤酒包装的顶部空间除去氧气已经获得专利。酵母被激活并在瓶内呼吸，消耗氧气，产生二氧化碳和酒精。
其他替代的氧清除系统也有报道。安蒂等人 [47开发了一种用内孢子形成的细菌属的除氧剂。淀粉菌作为“活性成分”。与PET相比，聚对苯二甲酸乙二醇酯，1，4-环己烷二甲醇(PETG)具有较低的加工温度和较高的吸湿性。使用可行的孢子作为氧清除剂与现有的化学氧清除剂相比，在消费者感知、可循环利用、安全、材料相容性和生产成本方面具有优势
在饮料包装中使用抗菌药物，通过减少加工食品的表面污染，通过延长微生物的滞后期或灭活微生物，降低微生物的增长率和最大数量，从而提高质量和安全性。62]近年来，抗菌包装材料因其在饮料包装中的应用，研究银离子、乳酸、有机酸、香料基香精油和金属氧化物等抗菌剂而得到发展。表2)二氧化碳被添加到牛奶、酸奶和发酵乳制品饮料中，作为延长保质期的抗菌剂。48]Nisin是由某些菌株产生的一种耐热细菌素。乳球菌它主要对革兰阳性细菌有活性，包括梭菌, 芽孢杆菌, 葡萄球菌和李斯特菌物种。各种聚合物薄膜已被用于将乳酸链球菌素(Nisin)输送到饮料中。金和詹开发了聚乳酸(PLA)/尼辛(Nisin)膜，可用于制造瓶子或涂在瓶表面，用于液体食品包装，如橙汁或液体蛋清，以避免微生物的繁殖。49]此外，还研究了香兰素从壳聚糖/甲基纤维素膜向水中、哈密瓜汁和菠萝汁中的扩散动力学及影响因素，对不同的微生物有抑制作用。70].
金属基微和纳米结构材料被纳入食品接触聚合物，以提高机械和阻隔性能，并防止塑料的光降解。此外，重金属是用于食品保存的有效抗菌剂，其形式有盐、氧化物、胶体、银沸石等配合物或元素纳米粒子[71]纳米材料和纳米颗粒可以包括以下任何一种纳米形式：纳米颗粒、纳米管、富勒烯、纳米纤维、纳米晶须、纳米片。银基纳米工程材料由于其抗菌能力，目前是商品中最常用的材料。铜、锌和钛纳米结构在食品安全和技术方面也显示出了希望。加入纳米银和氧化锌纳米粒子作为抗菌剂，已报告了纳米技术在提高果汁储存性方面的最新进展。50]铜因其抗菌和抗真菌的特性，在食品安全中被广泛应用于铜盐的形式。亚致死浓度铜(50毫克千克)–1)，以五水合硫酸铜的形式，已被报道停止生长。沙门氏菌, 大肠杆菌O 157：H7，及克罗尼杆菌如在婴儿配方奶粉中加入乳酸[72和胡萝卜汁[73]通过与甜瓜和菠萝汁的接触，考察了氧化铜复合材料的抗菌活性，通过减少4次对数循环、腐败相关酵母菌和霉菌的负荷，获得了优良的抗真菌活性。51]德尔尼等人血浆沉积银团簇的抗菌活性[医]酸杆菌并在模拟食品和苹果汁中发现了令人鼓舞的结果。52]此外，在与纤维素/银纳米复合材料接触的猕猴桃和甜瓜汁中，总活菌、酵母菌和霉菌减少到99.9%，证实了银纳米粒子的抗菌活性。53]然而，在工业实施之前，法规需要考虑与纳米尺寸相关的潜在风险以及金属离子在饮料中的潜在迁移。
功能性食品包装作为一种快速消费品的技术，在饮料行业中的重要性日益提高。54]一些例子包括：啤酒中的气体释放；释放风味的包装(巧克力味、瓶装水和牛奶饮料)；健康、健康和运动饮料中的营养物质释放；益生菌释放到可饮用的酸奶中。风味剥皮，或芳香组分的渗透，可能导致风味和味觉强度的丧失和/或饮料产品的感官特征的变化。例如，苦味原理，柠檬苦素，在巴氏杀菌后在橙汁中积累，使一些品种的果汁不能饮用。大量的柠檬素可以被乙酰化的纸张除去，其中包括纤维素醋酸纤维素凝胶珠。此外，一些最初应用于食品生产线的固定化酶目前正在考虑用于食品包装应用。例如，UHT牛奶可以包装在乳糖酶活性或胆固醇活性包装中，通过储存分别获得低/游离乳糖或低胆固醇产品。亚硫酸盐也被建议作为活性物质，用于葡萄酒塑料垫圈衬里。
最后，用于巧克力、汤和咖啡的自热包装，以及啤酒和软饮料的自冷容器，十多年来一直在积极发展，但还没有达到商业地位。74]自加热技术是以甘油与钾盐的反应为基础的.在这些系统中，需要量身定做热产生，以控制反应发生的速度，在反应开始前引入滞后，并控制产品达到的最终温度。关于自冷系统，皇冠软木和密封件(皇冠包装欧洲有限公司，瑞士Baarermatte)[55是一家与Tempra技术公司(佛罗里达，EE.UU)联合开发的自冷饮料罐的先驱公司[56]利用蒸发水的潜热产生冷却效果。所述水被固定在一个凝胶层中，在饮料罐内包覆一个单独的容器，并且它与该饮料保持着密切的热接触。为了激活这个系统，消费者会拧开罐子的底座，打开一个阀门，把水暴露在一个单独的真空外部室里的干燥剂中。这会在室温下引发水的蒸发，因此，当热量从系统中除去时，就会达到冷却的效果。
3.2.2.智能系统
目前，实现饮料智能包装的技术主要有三大：75]：(A)传感器、(B)指示器和(C)射频识别系统(RFID)表3).
传感器被定义为用于探测、定位或量化能量或物质的设备，为检测或测量设备响应的物理或化学特性提供信号[54]一般而言，印刷电子、碳纳米技术、硅光子学和生物技术已被用作肉、鱼、即食产品等不同食品基质的潜在传感器。75]传感器被认为是未来智能包装系统中最有前途和最能改变游戏规则的技术.
最近在饮料智能包装材料领域的研究导致了纳米传感器和纳米材料的发展，用于检测食品相关分析物质，如复杂食品基质中的小分子污染物、食品传播病原体、过敏原或掺假物[76]纳米传感器可分为三大类：纳米粒子传感器、光学纳米传感器和电化学纳米传感器。在纳米传感器中使用的许多分析方法都是基于在分析物存在下金属纳米粒子溶液中所观察到的颜色变化。例如，金纳米粒子(AuNPs)和冠醚修饰的硫醇被用来测定原料牛奶和婴儿配方中的三聚氰胺含量。三聚氰胺结合在AuNPs表面，使其颜色由红色变为蓝色。本方法无需任何先进仪器，便可即时检测三聚氰胺。77]另一种有效的荧光分析方法是用金纳米团簇的荧光猝灭法来检测饮用水中的氰化物。78]Vamvakaki公司还设计了一种纳米脂质体荧光检测器，用于测定饮用水中农药的污染。等人 [79]用纳米磁性粒子分离禽分枝杆菌SPP.副结核病从污染的全脂牛奶中，通过观察共轭诱导的磁粉团聚对附近水质子自旋弛豫时间的影响，确定细菌的浓度。80].
表3.智能饮料包装的最新动向。
电化学纳米传感器的工作方式是将选择性抗体与导电纳米材料结合起来，然后监测目标分析物与抗体结合时材料电导率的变化。与光学方法(比色法或荧光法)相比，电化学检测对食品基质可能更有用，因为可以避免各种食品成分的光散射和吸收问题。76]AuNPs和葡萄糖敏感酶可用于测定商业饮料中的葡萄糖浓度[81]还研制了一种可重复使用的压电AuNP免疫传感器，以检测受污染的牛奶样品中是否存在黄曲霉毒素-B17[82]此外，当蓝藻产生的毒素微囊藻毒素结合到抗mcr包覆的单壁碳纳米管表面时，容易在饮用水中检测到传导变化。83].
光学技术在病原体检测中的应用比较普遍，它们是基于荧光和表面等离子体共振(SPR)的。这些技术通常依赖于监测在功能化纳米材料和病原体之间发生的光信号的变化。这种类型的传感器可以被引入细胞的更深的部分，最小的物理扰动细胞。纳米材料，如AuNPs，金纳米棒(NRS)，Fe3O4NPS和量子点(QDs)具有很好的光学性能，为提高纳米传感器光学换能器表面的灵敏度提供了优良的光学标签。光学换能器对于开发坚固的、使用方便的便携设备特别有吸引力，如果可能的话，还有一个廉价的分析系统[93].
在过去几年中，由于越来越多地需要简单、小型、选择性和可逆的化学传感器，在广泛的应用范围内检测和操作温度限制较低，用于传感目的纳米材料的使用呈指数增长。特别是碳纳米材料，如纳米粒子(炭黑和富勒烯)、石墨烯、石墨(i.e.纳米纤维和纳米管引起了人们的极大兴趣。这些材料比表面积高，检测灵敏度、电性能和力学性能都很好。75]因此，这些材料在化学传感器中有着巨大的应用潜力。
指示符通过改变颜色、增加染料的颜色强度或沿着一条直线路径扩散而提供有关包装食品的即时视觉信息，这可能是不可逆的，因为它不会造成可能的虚假信息。与传感器不同，指示器不能提供有关数量的信息，也不能存储测量和时间的数据。近几年来，气体传感器、时间温度器件、热变色油墨和新鲜度指示器等主要被开发出来。气体传感器是指通过改变气体传感器的物理参数而对气体分析物的存在进行反向和定量响应的设备，并由外部设备[54]例如，OxyDot®(Oxy Sense Inc.，拉斯维加斯，EE.UU.)是一种非侵入性的、光敏的、氧气传感器，放置在瓶子或包装内，然后填充和密封。测量是用封装外的光纤读写器笔实现的[84]在该系统中，氧的测量技术是基于金属有机荧光染料的荧光猝灭，该荧光染料固定在可渗透的疏水聚合物中。染料吸收蓝色区域的光，在光谱的红色区域吸收荧光。氧的存在使染料的荧光熄灭，并使其寿命缩短。同样，UPM标签“货架生命护卫”也从透明变为蓝色，告知消费者，空气已经取代了包装内的经修饰的大气气体
时间温度指示器(Tti)是一种简单、廉价的设备，它显示了容易测量的随时间变化的温度变化，反映了其所附食品的全部或部分温度历史和质量状况。98]这样，这些指标对时间和温度的反应就像食品一样，给出了鲜度和剩余保质期的信号。一些商业指标可用于奶制品，如新鲜检查(Temptime Corp.，Morris Plines，NJ，USA)[86]它是基于固态聚合反应，产生高颜色的聚合物。同样，检查点®(VITSAB A.B.，Malm，瑞典)是一种基于酶系统的简单的粘合剂标签。这个标签是基于pH下降引起的颜色变化，这是脂质底物的受控酶水解的结果。87]关于葡萄酒，几个小时过高的温度会对它的化学产生有害的影响，因为氧化和其他不良反应会产生异味。在这方面，OnVu™(瑞士Ciba特种化学品和淡水点)[88]是一种新引入的固相反应TTI，它是以光敏化合物为基础，在温度决定的速率下，随时间而变化的。
热变色油墨是指与温度反应而非化学性质的染料。这项技术被用于饮料行业，以显示出一种消费准备。库尔之光就是一个例子®品牌瓶，用热变色墨水来表示饮料达到了预期的消费温度。89]另一个例子是智能盖子系统公司(™)(澳大利亚悉尼)的咖啡杯盖的颜色变化。91]智能盖子中加入了一种变色添加剂，使其能在温度升高的情况下从咖啡豆棕色变为鲜红色。如果红色太浓，就会向消费者表明杯子里的咖啡太热了，不适合饮用。类似的例子也出现在超市货架上的橙汁包装标签上，标签上含有基于热变色的设计，以便在冷藏橙汁足够冷到可以饮用时通知消费者。90]这项技术也已集成在饮料机械中。在此背景下，柯蒂斯ALP3GT™酿造系统采用FreshTrac™技术[92这是一种革命性的方法，可以让洗碗机随时供应刚煮好的咖啡。FreshTrac™包括一个视觉指示器来监测咖啡的新鲜度，可以从10到120分钟不等。
最后，射频识别(RFID)技术并不完全属于传感器或指示器的分类，而是代表了一种独立的基于电子信息的智能封装形式。RFID系统包括芯片、天线和外部主机系统，这些外部主机系统可以为设备供电，从而允许信息被传送到读取器。读取器(由发射机和/或接收器组成的读/写设备)使用电磁波通过天线与RFID标签通信。这些系统通常用于识别、自动化、防盗或防伪。标签可以包含各种信息，如位置、产品名称、产品代码和过期日期[99].
据Vanderoost说等人 [75RFID标签根据电源的不同可分为三种类型：无源、半无源和有源。无源RFID标签没有电池，由阅读器发射的电磁波供电。半无源标签使用电池来保持标签中的内存，或为电子设备供电，使标签能够调制读写器天线发出的电磁波。最后，活动标签由内部电池供电，用于运行微芯片的电路和向读取器广播信号。主动标签通常比被动标签有更长的读取范围，但比被动标签更昂贵。波蒂等人报道使用无源射频识别传感器监测牛奶的新鲜度[93使用德州仪器公司(Plano，TX，USA)的23×38毫米RFID标签建造。牛奶的介电特性的变化是通过这些RFID传感器感觉到的，这些传感器在牛奶纸箱的侧壁上有一个粘着的背板。RFID标签也可以用来帮助打击假酒销售，例如威士忌，用Dongle读取瓶子上的标签，通过无线互联网将每种产品的唯一验证号传送到国家税务局的服务器上。96]主动RFID电池驱动标签是由饮料计量公司使用，以提供一个完整的解决方案，跟踪酒瓶。有了这个系统，酒吧的经理可以根据RFID标签中的倾斜传感器来测量酒保每杯倒入多少酒。此外，如果一瓶酒或葡萄酒从系统中消失(因此可能被偷)，客户还可以使用该系统接收警报。97].
RFID应用的一个重大进展是将时间-温度传感器集成到RFID设备上，这些设备在运输过程中被附加到盒子或托盘上，从而可以在整个食物链中跟踪食品温度。这将提高供应链管理效率[8]例如，采用先进的技术，从生产商到消费者对优质葡萄酒进行认证和跟踪，并使用由半被动(电池辅助)和被动rfid标签组成的eprovenance精细葡萄酒冷链™系统对储存温度进行监测和记录。
近场通信(NFC)是一种常用于移动电话的数据识别技术，例如出现在人们现在熟悉的QR(快速响应)码中。这项技术是对rfid技术的升级，使设备之间在距离不到10厘米的距离上能够进行数据交换。100]这种短距离通讯技术已被帝亚吉欧公司应用于饮料包装，如葡萄酒和威士忌，并配有电子标签的瓶子，为消费者提供供应链跟踪。101]该瓶子使用NFC技术，并与标签相结合，让消费者使用NFC支持的智能手机与包装进行交互。一个薄的，灵活的NFC标签被附加到每个瓶子，使消费者只需点击他们的手机到瓶子的背面标签，以获取产品和品牌信息。防伪是印刷电子系统的另一个强大的潜在市场。NFC的地位特别好，因为该协议在智能手机上越来越普遍，允许现代消费者自己进行产品验证。102]NFC可以看作是RFID的一种演进，两者都使用无线电频率进行通信，但是RFID可以在很长的距离内工作，因此不适合交换敏感信息，因为它容易受到各种攻击。相反，NFC的传输范围很短，因此基于NFC的事务本身是安全的。
4.闭幕词
综述了几项有关饮料包装在不同材料中的研究；重点关注了随着时间的推移而产生的总体香气特征演变、化学降解过程以及通过瓶盖和瓶盖进行的分子转移(香气或氧气)。这些影响在最终的饮料中起着重要的作用，因为如果生产者不能控制这些影响，这些产品可能会被消费者拒绝。
然而，由于对加工程度最低的食品的新包装系统的需求不断增加，不同的替代品正在出现，但关键和必要的是，使这些产品能够更广泛地流通的包装形式必须发展。在这个意义上，基于活跃和智能概念的新包装技术将继续发展，以提高饮料产品的质量和保质期。
利益冲突:提交人宣布没有利益冲突。
网页标题：饮料包装系统的新动向
文章转载：https://www.syh-b.com/qtweb/news44/587194.html
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