飲料包裝系統的新動向
2018-06-27
摘要:飲料包裝的新趨勢是將重點放在包裝材料的結構修改和開發新的活性和/或智能系統上，這些系統可以與產品或環境相互作用，改善飲料的保存，如葡萄酒、果汁或啤酒、顧客可接受性和食品安全。本文綜述了飲料的主要營養和感官降解過程，如氧化降解或芳香族分布的變化，這些過程影響飲料的顏色和揮發性成分。最后，對飲料包裝材料的現狀及新的可能、新出現的策略進行了闡述，以克服一些有待解決的問題。
關鍵詞：活性系統；智能系統；包裝；保質期；飲料；揮發性化合物；保存；氧清除劑
1.導言
包裝行業受制于不同利益相關者(生產者、零售商和消費者)施加的壓力，他們有著不同的優先次序，并不總是將包裝視為產品的附加值。1]包裝的傳統功能是保護食品不受降解過程的影響(主要是由氧、光和濕度等環境因素產生的)，含有食物，并向消費者提供配料和營養信息。2]這些概念一直與惰性物質聯系在一起，充當食品產品與外界環境之間的“被動”屏障，也避免有害物質從包裝遷移到食品
傳統上用于食品包裝的材料包括玻璃、金屬(鋁、箔和層壓板、鍍錫板和無錫鋼)、紙和紙板以及塑料。包裝材料的正確選擇對保證產品在配送和儲存過程中的質量和新鮮度具有重要意義。表1總結了飲料包裝中各種材料的優缺點。飲料包裝通常結合幾種材料，以開發每種材料的功能或美學特性。這一領域的新進展包括多層體系的開發、基于活性或智能封裝的新方法或作為生物基聚合物的環境影響較低的材料
表1.食品包裝中典型材料的優缺點2].
Table
塑料在飲料包裝中的使用繼續增加，原因是材料成本低，功能優勢(如熱敏性、微波性、光學性能以及無限大小和形狀)優于玻璃和鍍錫板等傳統材料。6]此外，塑料材料可以作為一個單一的薄膜，或作為多個塑料的組合，通過疊層或共同擠壓。組合材料會使每種材料的性能具有加性優勢，并且常常減少所需包裝材料的總量。
隨著消費者以負擔得起的價格要求更高質量的產品和日益激烈的競爭，工業制造部門不僅在原料方面，而且在加工和包裝系統方面都經歷了一些重大變化。7]消費者對加工最少、天然、新鮮、方便的食品的需求不斷增長，以及全球化帶來的產業持續變化，導致食品安全和質量面臨新的挑戰。食品包裝方面的創新有助于提高食品的保質期，為此開發了新的包裝系統，以避免與塑料材料有關的問題，同時考慮到越來越多的法律和法規要求。8]透光和透氧可能是食品變質和質量損失的可能原因。9]控制對氧氣和水分的滲透性是保護食品質量的主要挑戰。事實上，氧氣的存在促進了微生物的生長，增加了氧化反應，并導致了異味和顏色的變化。10]例如，果汁貯藏過程中產生的顏色變化可能與食品的營養和感官特性的惡化有關。
針對這些問題，促進了發展食品保鮮用活性包裝技術的趨勢。“活性包裝”是指一種包裝系統，其目的是有意將可將物質釋放或吸收到或從包裝食品或食品周圍環境中釋放或吸收的成分納入包裝系統，其目的是延長包裝食品的保質期，或維持或改善包裝食品的狀況。12]因此，這種食品包裝除了具有抵御外部有害因素的保護作用外，還具有在食品保藏和品質方面發揮積極作用的額外功能。
影響飲料產品質量的其他重要因素有：pH值、貯存溫度、揮發物與食品成分的相互作用程度以及高分子材料的玻璃化轉變溫度。這些因素可能影響食品對飲料成分的吸附能力
本文綜述了包裝對飲料保藏的影響及消費者接受性可能存在的缺陷。此外，在材料系統的新發展和當前知識的積極和智能包裝飲料被報告。
2.包裝對飲料保護的影響及對消費者可接受性的影響
飲料包裝可以延緩產品變質，保持加工的有益效果，延長保質期，保持或提高食品的質量和安全。包裝提供了免受三大類外部影響的保護：(A)保護飲料不受機械損壞的實物保護，包括在分配過程中保護飲料免受沖擊和振動；(B)防止微生物、昆蟲和其他動物受到生物保護；(C)化學保護，最大限度地減少因暴露于氣體(通常是氧氣)、水分(得失)或光線等環境影響而引起的成分變化.
傳統上，飲料是用玻璃容器包裝的，瓶蓋上有天然的或塑料的軟木，以限制氧氣的攝入，并保持飲料的有機感受質量。玻璃比氣體和蒸氣具有優異的阻隔性能，隨著時間的推移穩定性高，透明度高，而且可以很容易地回收利用。16]然而，玻璃瓶的生產和使用由于其制造能源成本而對環境造成負面影響，容易破碎，而且相對較重。表1)為了克服這些問題，許多基于不同包裝材料使用的研究報告.
低分子量分子的存在，如氣體、水蒸氣和揮發性化合物的存在，會影響或不利地影響食品的保質期。然后，包裝產品中要控制的限制性質之一是通過包裝吸收和轉移這些分子[10]盡管它們在食品中的濃度較低，但芳香化合物在聚合物包裝材料上的滲透和吸附會損害食品的有機感官質量。因此，香氣物質的相對存在的顯著變化導致產品質量的一些改變，以及消費者對產品的排斥。
應控制包裝在飲料降解過程中傳遞氧氣和光的能力，以成功地保持食品的感官和營養特性，從而保持食品的保質期。20,21]由于美拉德反應，降解過程會引起顏色和香氣輪廓的變化，這會導致感官性能的下降和消費者對飲料的排斥。此外，通過氧化或酸催化反應生成新化合物，可以改善飲料的芳香型結構。此外，某些飲料(如橙汁)中的維生素C可通過氧化和非氧化途徑降解，從而導致營養和感官損失[22]所有上述反應都與氧氣的存在有關，氧氣可以被認為是裝瓶過程中的主要氣體。然而，氧氣也通過包裝材料從周圍大氣擴散到飲料中，其速度取決于材料的滲透性和包裝兩側氧分壓的差異。因此，應選擇適當的阻隔材料，以避免氧化降解，如玻璃瓶、紙箱包裝的箔層壓板(例如四層鋁箔)或柔性袋，以及聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)瓶在果汁情況下[17,23,24]巴西加魯皮等人 [20]研究了標準或活性PET中用除氧瓶包裝對橙汁氧化的敏感性。本研究表明，氧氣是抗壞血酸降解反應中的一個限制參數，隨著它的透氧性能，它在進入包裝時逐漸被消耗。抗壞血酸含量大幅度下降，這是衡量橙汁老化和質量的最重要指標。20]相反，據報告，在裝有氧清除劑的單層PET瓶中包裝的橙汁的保質期在4°C時延長9個月，在25°C時延長近8個月，在瓶蓋上添加液氮和鋁箔封口。22]維博沃等人 [11通過降低貯藏溫度和避免包裝過程中的透氧，可以延長橙汁的色澤穩定性和保質期。本研究觀察了與非酶褐變相關的酸、糖、氧、維生素C、糠醛和5-羥甲基糠醛隨貯藏時間和溫度的變化。11].
一般來說，分子通過包裝材料的吸附過程會受到不同因素的影響，如分子大小、極性、溶解度和芳香族化合物的濃度，以及包裝材料的形態、玻璃轉變、結晶度和極性等性能。25]就葡萄酒而言，大量研究描述了包裝內氧氣、二氧化碳、氮氣和亞硫酸鹽的修飾和/或演化[26產品的氧化穩定性[27]；芳香化合物的存在[15,18,28,29；和感官、化學的變化[30或物理性質[29,31]此外，還報告了包裝后所涉及的總體機制，如化學反應(酯化、水解和氧化)、老化以及可能通過包裝或可能導致芳香化合物損失、增加、出現或消失的蓋子轉移等。酯類對飲料的果味有一定的促進作用，其進化對不同產品的嗅覺有很強的影響。醇在貯存過程中可以通過氧化、參與酯化或經乙酸酯和其他酯類水解而形成。酸可以在較短的酸中酯化或氧化，它們是由酯的水解、醛的氧化和貯存過程中醇的還原而形成的。醛作為糠醛，一些飲料的異味由美拉德反應形成的抗壞血酸，可以出現在包裝后3至5個月。最后，內酯是由同一分子中的酸和醇基酯化而形成的環狀分子。18,24,30,32]然而，除了貯藏、土壤和發酵條件、氣候和葡萄品種是決定葡萄酒香氣的主要因素。
采用Dombre軟件研究了不同包裝材料(如玻璃瓶、初瓶和再生瓶)中玫瑰酒香氣分布的演變過程。等人. [10,33]觀察到新化合物(糠醛衍生物、5-羥甲基糠醛、丙酮酸乙酯或二惡烷)的出現與包裝類型無關。然而，也觀察到包裝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中出現。18]雷維等人研究了包裝材料對干白葡萄酒某些生理參數的影響。監測的參數包括可滴定的和易揮發的酸度；pH；總和游離SO_2。2含量；顏色：揮發性化合物和感官屬性。采用深色玻璃和兩個商業袋(低密度聚乙烯和乙烯醋酸乙烯酯-EVA內襯)作為包裝材料.圍口料對可滴定酸度、總酸度和游離SO含量的影響。2還有酒的顏色。葡萄酒中的大部分芳香化合物被塑料材料吸附或丟失到環境中。感官評價顯示，在這兩種塑料中包裝的白葡萄酒在三個月內都是可以接受的質量。VS.在玻璃瓶內至少有6個月的時間[15].
用杜魯埃法研究了草莓糖漿貯存一年期間，14種芳香化合物在PET和聚氯乙烯(PVC)中的吸附情況。等人 [34]PVC的吸收香氣量是PET的4倍，但低于糖漿初始含量的0.1%。因此，芳香化合物與包裝之間的相互作用可能導致保質期內食品質量的動態和時間依賴性的變化。在長期儲存過程中，兩種復合機制導致香氣的喪失：食品本身的降解過程和包裝材料中的吸附過程。34].
為了幫助食品工業了解和預測芳香化合物的行為，特別是那些在長期儲存過程中對降解敏感的化合物，需要進行更多的研究，同時考慮到食品基質和包裝的影響。
3.新戰略
3.1.材料/結構修改
玻璃和金屬對化學和其他環境劑提供了幾乎絕對的屏障。用Abdellah法研究了不同包裝材料(鍍鋅錫、聚乙烯、無色、棕色和黑色玻璃容器)對向日葵油理化性能的影響。等人 [35最大限度地減少石油變質，延長其保質期。結果表明，玻璃容器似乎比聚乙烯具有更強的抗劣化性能，而鍍鋅容器則是最差的。至于玻璃瓶，棕色容器顯示更多的抗氧化穩定性，其次是無色和黑色容器。棕色可以作為避光的屏障，因為光會導致植物油中色素和維生素的分解。儲存在黑色容器中的油樣的相對降解可歸因于溫度被黑色所吸收，因為溫度在油脂分解為脂肪酸和甘油方面起著重要作用。一般來說，玻璃容器被認為是儲存食用油的最佳包裝材料。35].
塑料包裝提供了廣泛的阻隔性能，但一般比玻璃或金屬更易滲透。使用能夠控制或減少不同氣體向內部大氣滲透的包裝材料可以提高易腐產品的保質期。阻隔性能主要與聚合物的本征結構有關，如結晶度、聚合物性質、晶態/非晶相比、機械熱處理、聚合物中存在的化學基團極性、交聯度、玻璃化溫度等。36]這些特性也取決于外部條件，如溫度和壓力和相對濕度的差異。
食品包裝領域的新趨勢一直集中在開發性能更好的新材料上，以控制食品。-包裝-環境互動。在玻璃容器中，表面處理對提高玻璃表面的水解性能有很大的應用前景。納尼卡姆等人 [37]研究了不同的表面處理方法，即在不同的溶液中對玻璃進行漂洗，然后在110°C下清洗干燥20 min。明礬4)2·12H2O)、檸檬酸、硫酸銨和乙酸作表面改性劑。用5wt%的明礬對玻璃進行處理，結果令人滿意，提高了玻璃的抗水解性能。37]在塑料材料方面，PET由于其優異的力學性能、透明性、抗紫外線能力和良好的氧阻隔性能，越來越多地被應用于牛奶或油等液體的飲料包裝。此外，還可以通過將不同的薄膜(多層PET)組合在一起，或添加氧清除劑來改善這些性能，這些清除劑的作用是降低飲料中的溶解氧含量，并使其存在于頂部空間，但也可以通過限制氧氣的進入和提高保質期來改善這些性能。20]. 圖1給出了一種氣體或蒸氣通過多層飲料包裝系統(包括除氧劑)滲透的一般機理方案。
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圖1.氣體通過多層飲料包裝系統滲透的一般機理的方案，包括一種除氧劑。
基于PET的包裝系統對橙汁質量的影響已經有報道.魯斯-查米利亞斯等人 [22]研究了不同的包裝體系(玻璃、多層和單層PET瓶)，表明單層PET在儲存和保質期中的抗壞血酸保留率低于多層PET和玻璃。氧是導致抗壞血酸降解的主要因素，這與材料透氧性的差異有關。結果表明，玻璃是透氧性最低的材料，其次是多層和單層PET。22]柏林人等人 [17]研究了降低透氧性的新型多層PET系統，以保持橙汁的質量。采用三種不同的PET基包裝材料：標準單層、多層膜和等離子體處理(內碳涂層).與標準PET相比，經過3個月的貯存，獲得了具有良好氧阻隔性能的多層或內碳涂層寵物，顯示出較好的維生素C含量。風味物質和維生素C對保持橙汁的質量起著重要作用。17].
包裝工業的創新導致了新型可持續材料的發展，作為傳統包裝系統的替代物。淀粉基包裝材料因其具有生物降解性以緩解環境危機和傳統聚合物消費帶來的石油短缺而引起了人們的廣泛關注。黃等人研究了淀粉基牛奶包裝膜在微波加熱過程中的結構變化與增塑劑遷移的關系，認為這種新型疏水食品包裝材料為飲料包裝應用開辟了新的機遇。38].
3.2.主動智能系統
包裝行業一直集中于開發解決方案，以提供最大限度的糧食安全，同時以有競爭力的價格維持營養價值。因此，食品包裝產品已經從簡單的保藏容器發展到包括方便、購買點、營銷問題、材料減縮、安全和環保材料等方面。8]在這方面，在這一廣泛的研究領域，如智能包裝和主動包裝系統，正在研究新技術。39].
一些報告，如“按產品、應用、趨勢和預測分列的全球活躍、智能和智能包裝市場(2010-2015年)” [40]，通過技術和應用分類分析活躍和智能包裝市場；同時研究北美、歐洲和亞洲這些技術的主要市場驅動因素、制約因素和機會。根據這一消息來源，2010年活躍包裝技術保持了最高的增長率，估計從2010年到2015年增長10.5%。在先進的包裝技術市場中，改性氣氛占市場份額最大(約54%)。在全球先進包裝的總市場中，食品部門的貢獻為51%，而飲料的貢獻率則降至19%。“主動食品包裝”是一個很好的例子，它超越了包裝材料的傳統功能，包裝材料、產品及其環境相互作用，以延長食品的保質期和(或)改善其安全性或感官性能；同時保持食品質量。抗菌藥物、抗氧化劑和水分、氣味和氣體的控制器通常作為活性物質添加。相反，“智能食品包裝”只向處理器、零售商和/或消費者提供有關食品或其周圍環境狀況的信息。防盜指示器、定位裝置和時間溫度傳感器通常使用41]本節綜述了近年來活躍型和智能化飲料包裝的發展趨勢。
3.2.1.主動系統
主動食品包裝是一個多品種的概念，涉及的可能性很廣，在全球范圍內可分為兩大類。8]：(A)活性包裝，以延長保質期，通過使用不同的系統，如氧清除劑、吸濕劑或抗菌劑和抗氧化劑，控制包裝內的變質機制；(B)主動包裝，以便利加工和消費，使包裝與食品性質相匹配，降低加工成本，甚至在包裝中進行一些加工操作，或控制產品歷史和質量。因此，這種包裝的新穎性不僅是為了減少包裝內食品的變質，而且也是為了在包裝產品的保質期內引起積極的變化，減少在受控條件下直接向食品中添加化學品和/或釋放劑的需要。
表2.活性飲料包裝的最新趨勢。
表2綜述了主要用于飲料保鮮、提高其風味、色澤等有機感官品質的活性包裝的主要應用。總的來說，飲料主動包裝的最新趨勢是開發兩種系統：(A)包裝系統(主要是塑料和金屬材料，如瓶子和罐頭)，其中含有清除劑(皇冠)；(B)新的活性塑料材料(主要是天然或合成塑料薄膜)。塑料包裝的新進展導致了天然聚合物基體系的發展，具有生物降解性、環境友好性、低成本、高效的活性載體以及與合成聚合物相似的加工條件。
氧化和微生物生長是飲料質量下降的主要因素。42]在抗氧包裝方面，抗氧化劑化合物通常被用作包裝加工中的活性物質；也就是說，在材料的墻壁中加入抗氧化劑，通過從頂部吸收不需要的化合物，或向食物或周圍的頂部空間釋放抗氧化劑，從而發揮其作用。13]丁基化羥基茴香醚(BHA)和丁基羥基甲苯(BHT)是目前應用最廣泛的合成抗氧化劑，用于防止食品中的氧化。57]然而，由于毒理學的考慮，目前正在討論在食品包裝配方中使用這類化合物的問題。因此，人們對在活性食品包裝中使用天然抗氧化劑越來越感興趣，這不僅是因為它們對人類無害，而且是因為它們在限制材料和/或食品中的氧化過程方面表現良好，以及消費者對使用天然添加劑的良好接受。目前正在評估使用天然抗氧化劑，特別是生育酚、草藥和香料以及農業廢物產品的植物提取物和精油的替代辦法。為了達到抗氧化的目的，許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，隨著微膠囊化、生物技術和包裝技術的最新發展，新的抗氧化劑包裝材料正被不斷地應用于飲料包裝的制造。例如，在PHBOTTLE項目下，正在開發一種新的果汁包裝，這種果汁具有可生物降解和抗氧化的特性(以延長飲料產品的壽命)，這些果汁是由果汁瓶裝工業廢水中的糖和其他富含碳、氮和氧的殘留物制成的。60].
許多食品對氧氣非常敏感，氧氣直接或間接導致許多產品變質。61]包裝中氧氣的存在主要是由于好氧微生物和霉菌的生長，增加了氧化反應，導致顏色變化、異味和風味的發展，降低了營養質量，增加了飲料的變質。62]氧清除劑的應用已經被許多研究人員和公司廣泛研究和應用。吸氧技術是基于氧化或組合的成分，如鐵粉，抗壞血酸，光敏聚合物，酶，等。這些化合物可以將氧含量降低到0.01%以下，這比傳統的改進氣氛、真空或內部氣氛替代惰性氣體系統中的典型水平(0.3%-3%)要低。為滿足不同飲料產品的要求，我們開發了各種除氧系統(表2).
清除氧包裝已被廣泛應用于保存啤酒，其方法有兩種：(A)用膜將清道夫與啤酒分離；或(B)將清除劑與封口內部的聚合物涂層結合[42]抗壞血酸是一種以抗壞血酸氧化為基礎的脫氫抗壞血酸的掃氧劑。這種反應可以通過光或過渡金屬來加速，而過渡金屬將起到催化劑的作用，例如銅。抗壞血酸還原銅2+與Cu形成脫氫抗壞血酸。銅離子+)與O形成一個復合體。2銅離子2+)和超氧陰離子自由基。在銅的存在下，自由基導致O的形成。2和H2O2。抗壞血酸銅配合物能迅速降低H。2O2至H2O沒有OH?形成，一種高活性的氧化劑。總容量2吸收由抗壞血酸的量決定。1 mol O的完全還原2需要2摩爾抗壞血酸[63]銅鐵金屬結合抗壞血酸鹽的冠被發現在儲存1-3個月后可以降低啤酒瓶中的氧氣含量，保持12個月的效果。42]評價了氧在橙汁中的存在導致抗壞血酸的損失，并對氧清除膜和氧阻隔膜包裝的橙汁中的抗壞血酸損失進行了研究。結果，抗壞血酸儲存時間較長，這是快速除氧的結果。21]抗壞血酸和抗壞血酸鹽被用于在囊袋和薄膜技術中的清除劑的設計。該活性膜可能含有一種催化劑，通常是過渡金屬(Cu，Co)，并被水活化，這是一種特別適用于水相食品的技術。
另一種氧清除劑是由葡萄糖氧化酶和過氧化氫酶兩種酶組合而成，這種酶能與某些底物反應，清除作為包裝結構一部分的進入的氧氣，或放入一個獨立的囊袋中。葡萄糖氧化酶將兩個氫從葡萄糖的-CHOH基團中轉移到O中，這兩個氫最初可以存在于產品中，也可以添加到產品中。2與葡萄糖-三角洲-內酯和H的形成2O2。內酯然后自發地與水反應生成葡萄糖酸。此系統已應用于啤酒和酒瓶
另一種清除技術是基于鐵在水中氧化的原理。這種除氧劑的作用機理非常復雜，主要由以下反應來描述
Fe→Fe2++2E?
1/2O2+H2O+2e?→_2O_H?
鐵2++2OH?→Fe(OH)2
Fe(OH)2+1/4O2+1/2H2O→Fe(OH)3
商業上可用的氧清除劑是含有金屬還原劑的小袋，如粉末氧化鐵、碳酸亞鐵和金屬鉑。一個自反應型的包中含有水分，一旦囊袋暴露在空氣中，反應就開始了。在依賴水分的類型中，只有在食物中的水分被吸收后，才能清除氧氣。一些重要的鐵基O2吸收袋是永恒的®(三菱煤氣化工有限公司，日本)®氧氣清道夫(Standa Industrie，法國)®系列產品(日本ToppanPrint有限公司)，Vitalon(東京都化學)。工業公司，日本)，Sanso-削減公司(Finetec Co.，日本)，Seaqul公司(日本，日本)，FreshPax公司®(美國Multisorb技術公司)和O-Buster®(美國Dessicare Ltd.)
另一種替代使用的方法是將清道夫直接整合到聚合物薄膜結構中。掃氣劑可以分散在聚合物基體中，也可以作為多層膜的內層引入，包括剛性容器的側壁或蓋子、柔性薄膜和封閉襯里。這些清除膜的速度和容量比鐵基清道夫囊要低得多，但消費者更容易接受和更安全。64,65,66]馬赫等人 [67]研制了一種以抗壞血酸(AA)和鐵粉(Fe)為催化劑，加入擠出熱塑性淀粉(TPS)薄膜中的二元除氧劑。得到的TPS-AA-Fe薄膜具有有趣的除氧性能，這是由于薄膜中水分含量的增加而引起的。因此，這種材料可能對開發短壽命活性食品包裝感興趣。67]奧克斯護衛®(東京，日本)，Shelfplus O2®(Albis塑料公司，漢堡，德國)®(三菱氣體化學美國公司，紐約，美國)是一些例子鐵基氧清除劑在飲料產品。Shelfplus O2®與包裝材料(PP或LDPE)很好地結合在一起，作為包裝頂空間和產品本身所剩氧氣的吸收體，提供了大大改進的屏障和最佳保護。68]最后，以含鐵高嶺石為基礎的新型潛在氧清除劑[66或鐵納米粒子[69]已被廣泛應用于各種氧敏感食品的活性包裝系統中，提高了鐵粉的反應活性，進而提高了氧清除劑的吸氧能力。
在儲存過程中，會產生一些不良的副產品，如有機酸、醛或酮等，影響產品的質量。作為一種溶液，吸附材料在過去的幾十年里得到了發展。例如，Oxbar?是由卡諾金屬盒(西約克郡，西約克郡)開發的一種系統，它涉及鈷催化氧化一種在聚酯瓶中混合的尼龍聚合物，用于包裝葡萄酒、啤酒、醬汁、調味酒精飲料和麥芽飲料[45]相反，使用酵母從密封的啤酒包裝的頂部空間除去氧氣已經獲得專利。酵母被激活并在瓶內呼吸，消耗氧氣，產生二氧化碳和酒精。
其他替代的氧清除系統也有報道。安蒂等人 [47開發了一種用內孢子形成的細菌屬的除氧劑。淀粉菌作為“活性成分”。與PET相比，聚對苯二甲酸乙二醇酯，1，4-環己烷二甲醇(PETG)具有較低的加工溫度和較高的吸濕性。使用可行的孢子作為氧清除劑與現有的化學氧清除劑相比，在消費者感知、可循環利用、安全、材料相容性和生產成本方面具有優勢
在飲料包裝中使用抗菌藥物，通過減少加工食品的表面污染，通過延長微生物的滯后期或滅活微生物，降低微生物的增長率和最大數量，從而提高質量和安全性。62]近年來，抗菌包裝材料因其在飲料包裝中的應用，研究銀離子、乳酸、有機酸、香料基香精油和金屬氧化物等抗菌劑而得到發展。表2)二氧化碳被添加到牛奶、酸奶和發酵乳制品飲料中，作為延長保質期的抗菌劑。48]Nisin是由某些菌株產生的一種耐熱細菌素。乳球菌它主要對革蘭陽性細菌有活性，包括梭菌, 芽孢桿菌, 葡萄球菌和李斯特菌物種。各種聚合物薄膜已被用于將乳酸鏈球菌素(Nisin)輸送到飲料中。金和詹開發了聚乳酸(PLA)/尼辛(Nisin)膜，可用于制造瓶子或涂在瓶表面，用于液體食品包裝，如橙汁或液體蛋清，以避免微生物的繁殖。49]此外，還研究了香蘭素從殼聚糖/甲基纖維素膜向水中、哈密瓜汁和菠蘿汁中的擴散動力學及影響因素，對不同的微生物有抑制作用。70].
金屬基微和納米結構材料被納入食品接觸聚合物，以提高機械和阻隔性能，并防止塑料的光降解。此外，重金屬是用于食品保存的有效抗菌劑，其形式有鹽、氧化物、膠體、銀沸石等配合物或元素納米粒子[71]納米材料和納米顆粒可以包括以下任何一種納米形式：納米顆粒、納米管、富勒烯、納米纖維、納米晶須、納米片。銀基納米工程材料由于其抗菌能力，目前是商品中最常用的材料。銅、鋅和鈦納米結構在食品安全和技術方面也顯示出了希望。加入納米銀和氧化鋅納米粒子作為抗菌劑，已報告了納米技術在提高果汁儲存性方面的最新進展。50]銅因其抗菌和抗真菌的特性，在食品安全中被廣泛應用于銅鹽的形式。亞致死濃度銅(50毫克千克)–1)，以五水合硫酸銅的形式，已被報道停止生長。沙門氏菌, 大腸桿菌O 157：H7，及克羅尼桿菌如在嬰兒配方奶粉中加入乳酸[72和胡蘿卜汁[73]通過與甜瓜和菠蘿汁的接觸，考察了氧化銅復合材料的抗菌活性，通過減少4次對數循環、腐敗相關酵母菌和霉菌的負荷，獲得了優良的抗真菌活性。51]德爾尼等人血漿沉積銀團簇的抗菌活性[醫]酸桿菌并在模擬食品和蘋果汁中發現了令人鼓舞的結果。52]此外，在與纖維素/銀納米復合材料接觸的獼猴桃和甜瓜汁中，總活菌、酵母菌和霉菌減少到99.9%，證實了銀納米粒子的抗菌活性。53]然而，在工業實施之前，法規需要考慮與納米尺寸相關的潛在風險以及金屬離子在飲料中的潛在遷移。
功能性食品包裝作為一種快速消費品的技術，在飲料行業中的重要性日益提高。54]一些例子包括：啤酒中的氣體釋放；釋放風味的包裝(巧克力味、瓶裝水和牛奶飲料)；健康、健康和運動飲料中的營養物質釋放；益生菌釋放到可飲用的酸奶中。風味剝皮，或芳香組分的滲透，可能導致風味和味覺強度的喪失和/或飲料產品的感官特征的變化。例如，苦味原理，檸檬苦素，在巴氏殺菌后在橙汁中積累，使一些品種的果汁不能飲用。大量的檸檬素可以被乙酰化的紙張除去，其中包括纖維素醋酸纖維素凝膠珠。此外，一些最初應用于食品生產線的固定化酶目前正在考慮用于食品包裝應用。例如，UHT牛奶可以包裝在乳糖酶活性或膽固醇活性包裝中，通過儲存分別獲得低/游離乳糖或低膽固醇產品。亞硫酸鹽也被建議作為活性物質，用于葡萄酒塑料墊圈襯里。
最后，用于巧克力、湯和咖啡的自熱包裝，以及啤酒和軟飲料的自冷容器，十多年來一直在積極發展，但還沒有達到商業地位。74]自加熱技術是以甘油與鉀鹽的反應為基礎的.在這些系統中，需要量身定做熱產生，以控制反應發生的速度，在反應開始前引入滯后，并控制產品達到的最終溫度。關于自冷系統，皇冠軟木和密封件(皇冠包裝歐洲有限公司，瑞士Baarermatte)[55是一家與Tempra技術公司(佛羅里達，EE.UU)聯合開發的自冷飲料罐的先驅公司[56]利用蒸發水的潛熱產生冷卻效果。所述水被固定在一個凝膠層中，在飲料罐內包覆一個單獨的容器，并且它與該飲料保持著密切的熱接觸。為了激活這個系統，消費者會擰開罐子的底座，打開一個閥門，把水暴露在一個單獨的真空外部室里的干燥劑中。這會在室溫下引發水的蒸發，因此，當熱量從系統中除去時，就會達到冷卻的效果。
3.2.2.智能系統
目前，實現飲料智能包裝的技術主要有三大：75]：(A)傳感器、(B)指示器和(C)射頻識別系統(RFID)表3).
傳感器被定義為用于探測、定位或量化能量或物質的設備，為檢測或測量設備響應的物理或化學特性提供信號[54]一般而言，印刷電子、碳納米技術、硅光子學和生物技術已被用作肉、魚、即食產品等不同食品基質的潛在傳感器。75]傳感器被認為是未來智能包裝系統中最有前途和最能改變游戲規則的技術.
最近在飲料智能包裝材料領域的研究導致了納米傳感器和納米材料的發展，用于檢測食品相關分析物質，如復雜食品基質中的小分子污染物、食品傳播病原體、過敏原或摻假物[76]納米傳感器可分為三大類：納米粒子傳感器、光學納米傳感器和電化學納米傳感器。在納米傳感器中使用的許多分析方法都是基于在分析物存在下金屬納米粒子溶液中所觀察到的顏色變化。例如，金納米粒子(AuNPs)和冠醚修飾的硫醇被用來測定原料牛奶和嬰兒配方中的三聚氰胺含量。三聚氰胺結合在AuNPs表面，使其顏色由紅色變為藍色。本方法無需任何先進儀器，便可即時檢測三聚氰胺。77]另一種有效的熒光分析方法是用金納米團簇的熒光猝滅法來檢測飲用水中的氰化物。78]Vamvakaki公司還設計了一種納米脂質體熒光檢測器，用于測定飲用水中農藥的污染。等人 [79]用納米磁性粒子分離禽分枝桿菌SPP.副結核病從污染的全脂牛奶中，通過觀察共軛誘導的磁粉團聚對附近水質子自旋弛豫時間的影響，確定細菌的濃度。80].
表3.智能飲料包裝的最新動向。
電化學納米傳感器的工作方式是將選擇性抗體與導電納米材料結合起來，然后監測目標分析物與抗體結合時材料電導率的變化。與光學方法(比色法或熒光法)相比，電化學檢測對食品基質可能更有用，因為可以避免各種食品成分的光散射和吸收問題。76]AuNPs和葡萄糖敏感酶可用于測定商業飲料中的葡萄糖濃度[81]還研制了一種可重復使用的壓電AuNP免疫傳感器，以檢測受污染的牛奶樣品中是否存在黃曲霉毒素-B17[82]此外，當藍藻產生的毒素微囊藻毒素結合到抗mcr包覆的單壁碳納米管表面時，容易在飲用水中檢測到傳導變化。83].
光學技術在病原體檢測中的應用比較普遍，它們是基于熒光和表面等離子體共振(SPR)的。這些技術通常依賴于監測在功能化納米材料和病原體之間發生的光信號的變化。這種類型的傳感器可以被引入細胞的更深的部分，最小的物理擾動細胞。納米材料，如AuNPs，金納米棒(NRS)，Fe3O4NPS和量子點(QDs)具有很好的光學性能，為提高納米傳感器光學換能器表面的靈敏度提供了優良的光學標簽。光學換能器對于開發堅固的、使用方便的便攜設備特別有吸引力，如果可能的話，還有一個廉價的分析系統[93].
在過去幾年中，由于越來越多地需要簡單、小型、選擇性和可逆的化學傳感器，在廣泛的應用范圍內檢測和操作溫度限制較低，用于傳感目的納米材料的使用呈指數增長。特別是碳納米材料，如納米粒子(炭黑和富勒烯)、石墨烯、石墨(i.e.納米纖維和納米管引起了人們的極大興趣。這些材料比表面積高，檢測靈敏度、電性能和力學性能都很好。75]因此，這些材料在化學傳感器中有著巨大的應用潛力。
指示符通過改變顏色、增加染料的顏色強度或沿著一條直線路徑擴散而提供有關包裝食品的即時視覺信息，這可能是不可逆的，因為它不會造成可能的虛假信息。與傳感器不同，指示器不能提供有關數量的信息，也不能存儲測量和時間的數據。近幾年來，氣體傳感器、時間溫度器件、熱變色油墨和新鮮度指示器等主要被開發出來。氣體傳感器是指通過改變氣體傳感器的物理參數而對氣體分析物的存在進行反向和定量響應的設備，并由外部設備[54]例如，OxyDot®(Oxy Sense Inc.，拉斯維加斯，EE.UU.)是一種非侵入性的、光敏的、氧氣傳感器，放置在瓶子或包裝內，然后填充和密封。測量是用封裝外的光纖讀寫器筆實現的[84]在該系統中，氧的測量技術是基于金屬有機熒光染料的熒光猝滅，該熒光染料固定在可滲透的疏水聚合物中。染料吸收藍色區域的光，在光譜的紅色區域吸收熒光。氧的存在使染料的熒光熄滅，并使其壽命縮短。同樣，UPM標簽“貨架生命護衛”也從透明變為藍色，告知消費者，空氣已經取代了包裝內的經修飾的大氣氣體
時間溫度指示器(Tti)是一種簡單、廉價的設備，它顯示了容易測量的隨時間變化的溫度變化，反映了其所附食品的全部或部分溫度歷史和質量狀況。98]這樣，這些指標對時間和溫度的反應就像食品一樣，給出了鮮度和剩余保質期的信號。一些商業指標可用于奶制品，如新鮮檢查(Temptime Corp.，Morris Plines，NJ，USA)[86]它是基于固態聚合反應，產生高顏色的聚合物。同樣，檢查點®(VITSAB A.B.，Malm，瑞典)是一種基于酶系統的簡單的粘合劑標簽。這個標簽是基于pH下降引起的顏色變化，這是脂質底物的受控酶水解的結果。87]關于葡萄酒，幾個小時過高的溫度會對它的化學產生有害的影響，因為氧化和其他不良反應會產生異味。在這方面，OnVu?(瑞士Ciba特種化學品和淡水點)[88]是一種新引入的固相反應TTI，它是以光敏化合物為基礎，在溫度決定的速率下，隨時間而變化的。
熱變色油墨是指與溫度反應而非化學性質的染料。這項技術被用于飲料行業，以顯示出一種消費準備。庫爾之光就是一個例子®品牌瓶，用熱變色墨水來表示飲料達到了預期的消費溫度。89]另一個例子是智能蓋子系統公司(?)(澳大利亞悉尼)的咖啡杯蓋的顏色變化。91]智能蓋子中加入了一種變色添加劑，使其能在溫度升高的情況下從咖啡豆棕色變為鮮紅色。如果紅色太濃，就會向消費者表明杯子里的咖啡太熱了，不適合飲用。類似的例子也出現在超市貨架上的橙汁包裝標簽上，標簽上含有基于熱變色的設計，以便在冷藏橙汁足夠冷到可以飲用時通知消費者。90]這項技術也已集成在飲料機械中。在此背景下，柯蒂斯ALP3GT?釀造系統采用FreshTrac?技術[92這是一種革命性的方法，可以讓洗碗機隨時供應剛煮好的咖啡。FreshTrac?包括一個視覺指示器來監測咖啡的新鮮度，可以從10到120分鐘不等。
最后，射頻識別(RFID)技術并不完全屬于傳感器或指示器的分類，而是代表了一種獨立的基于電子信息的智能封裝形式。RFID系統包括芯片、天線和外部主機系統，這些外部主機系統可以為設備供電，從而允許信息被傳送到讀取器。讀取器(由發射機和/或接收器組成的讀/寫設備)使用電磁波通過天線與RFID標簽通信。這些系統通常用于識別、自動化、防盜或防偽。標簽可以包含各種信息，如位置、產品名稱、產品代碼和過期日期[99].
據Vanderoost說等人 [75RFID標簽根據電源的不同可分為三種類型：無源、半無源和有源。無源RFID標簽沒有電池，由閱讀器發射的電磁波供電。半無源標簽使用電池來保持標簽中的內存，或為電子設備供電，使標簽能夠調制讀寫器天線發出的電磁波。最后，活動標簽由內部電池供電，用于運行微芯片的電路和向讀取器廣播信號。主動標簽通常比被動標簽有更長的讀取范圍，但比被動標簽更昂貴。波蒂等人報道使用無源射頻識別傳感器監測牛奶的新鮮度[93使用德州儀器公司(Plano，TX，USA)的23×38毫米RFID標簽建造。牛奶的介電特性的變化是通過這些RFID傳感器感覺到的，這些傳感器在牛奶紙箱的側壁上有一個粘著的背板。RFID標簽也可以用來幫助打擊假酒銷售，例如威士忌，用Dongle讀取瓶子上的標簽，通過無線互聯網將每種產品的唯一驗證號傳送到國家稅務局的服務器上。96]主動RFID電池驅動標簽是由飲料計量公司使用，以提供一個完整的解決方案，跟蹤酒瓶。有了這個系統，酒吧的經理可以根據RFID標簽中的傾斜傳感器來測量酒保每杯倒入多少酒。此外，如果一瓶酒或葡萄酒從系統中消失(因此可能被偷)，客戶還可以使用該系統接收警報。97].
RFID應用的一個重大進展是將時間-溫度傳感器集成到RFID設備上，這些設備在運輸過程中被附加到盒子或托盤上，從而可以在整個食物鏈中跟蹤食品溫度。這將提高供應鏈管理效率[8]例如，采用先進的技術，從生產商到消費者對優質葡萄酒進行認證和跟蹤，并使用由半被動(電池輔助)和被動rfid標簽組成的eprovenance精細葡萄酒冷鏈?系統對儲存溫度進行監測和記錄。
近場通信(NFC)是一種常用于移動電話的數據識別技術，例如出現在人們現在熟悉的QR(快速響應)碼中。這項技術是對rfid技術的升級，使設備之間在距離不到10厘米的距離上能夠進行數據交換。100]這種短距離通訊技術已被帝亞吉歐公司應用于飲料包裝，如葡萄酒和威士忌，并配有電子標簽的瓶子，為消費者提供供應鏈跟蹤。101]該瓶子使用NFC技術，并與標簽相結合，讓消費者使用NFC支持的智能手機與包裝進行交互。一個薄的，靈活的NFC標簽被附加到每個瓶子，使消費者只需點擊他們的手機到瓶子的背面標簽，以獲取產品和品牌信息。防偽是印刷電子系統的另一個強大的潛在市場。NFC的地位特別好，因為該協議在智能手機上越來越普遍，允許現代消費者自己進行產品驗證。102]NFC可以看作是RFID的一種演進，兩者都使用無線電頻率進行通信，但是RFID可以在很長的距離內工作，因此不適合交換敏感信息，因為它容易受到各種攻擊。相反，NFC的傳輸范圍很短，因此基于NFC的事務本身是安全的。
4.閉幕詞
綜述了幾項有關飲料包裝在不同材料中的研究；重點關注了隨著時間的推移而產生的總體香氣特征演變、化學降解過程以及通過瓶蓋和瓶蓋進行的分子轉移(香氣或氧氣)。這些影響在最終的飲料中起著重要的作用，因為如果生產者不能控制這些影響，這些產品可能會被消費者拒絕。
然而，由于對加工程度最低的食品的新包裝系統的需求不斷增加，不同的替代品正在出現，但關鍵和必要的是，使這些產品能夠更廣泛地流通的包裝形式必須發展。在這個意義上，基于活躍和智能概念的新包裝技術將繼續發展，以提高飲料產品的質量和保質期。
利益沖突: 提交人宣布沒有利益沖突。
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