新加坡国立大学:食品包装要“光鲜”更要“保鲜”

【FBIF2016演讲文稿(整理)

演讲嘉宾:田英山,工程学院机械工程系副教授,新加坡国立大学

图为:田英山

演讲视频


今天的演讲当中我想跟大家分享一下我们如何用壳聚糖葡萄柚籽提取物这个非常新的包装材质来增长食物的货架期。

我随手摘录了几个新闻,第一个新闻是说一个很小的面包店,他导致了40个人的食物中毒,第二则新闻是牛肉末,因为受到了大肠杆菌O157的污染,被召回。还有一则新闻,一位年轻人因为食物中毒导致的疾病不得不截肢。我们看到很多这样的新闻。其实食品安全是对人类健康挑战的很大因素,如果食物没有拓展的包装或者运输,它就会产生很大的危险物质和微生物。

现在在消费领域,包装里面有很多的化学成份是为了能够增加货架期,这样一来大家就会担心这些加入的添加剂是否安全,还有就是人工防腐剂的问题。对于制造商来说他们希望增长货架期,这样能够提高他们在成本方面的节省。他们也都在不断的鼓励厂商提高在这方面的安全措施,提高环保方面的要求,因为食物如果腐坏就必须扔掉,这点对于食品包装也提出了更多的挑战。

图1

在2014年的食品安全报告里面,我们可以看美国的报告(图1)。他们每年都有一个这样的报告,里面会看到各种病菌的感染情况,包括大肠杆菌、李斯特菌、弧菌等各种细菌的情况。比如说弯曲霉菌是增长的,大肠杆菌是下降的,李斯特菌没有太大的变化。我们其实可以看到差不多每年因此患病的人次可以达到7600万,可能会导致325000人次入院,五千人死亡,这是和食品相关的疾病的情况。2001年到2013年新加坡的情况,我们可以看到在这张图里(图2),随着时间的推移有一些疾病没有特别大的变化,但这仍然是一个非常重要的问题,或者说很严峻的挑战。因为我们看到这个速度是在加快的,因为这些问题,我们现在对于食品包装上面的要求也要越来越严格。

图2

包装用的最多的是聚乙烯的材料,因为它在工业材料里面有最合理的特性,所有的特质非常容易被用来进行食物包装。而且它的形状容易成型,可以有不同的大小。就像前面所提到的,塑料的使用是最多的(图3),但是因为这个包装所造成的塑料浪费也是非常大的,差不多占到15.2%,从这些塑料的浪费的过程当中来说,如果说你能够提升它的货架期和其他的特性,在塑料的浪费上就会减少,你如果有更多的塑料浪费你就需要找到更多填埋的场地,政府就要有更多相应的政策。

我们再来看这张图(图3),前面已经提到这张图,它是整个浪费或者说污染当中的主要的来源,差不多占40%,所以我们需要找到天然的可以生物降解的聚合物,这是重中之重。它有抗微生物的特性,然后同时又是可降解的材料,这是大家非常关注的。是否是天然的,是否是可降解的,是否会节省垃圾填埋的场地。我们使用新材料,一个是食品安全,是否能够延缓食物的腐败,能够延长食物的货架期。这就给了我们一方面的动力,另外一方面的动力来自于环保,我们为什么会使用我们所提到的壳聚糖的材料?壳聚糖其实是一种天然的聚合物,是在生物上可被兼容可抗微生物,可抗真菌无毒,同时可降解。非常重要的一点就是,如果你用这个东西做包装的话,你可以延长货架期,同时在最后扔掉这个包装之后一段时间之后它就可以自己降解,所以这也被认为是一个非常环保的材料,不仅如此,这种产品还有抗微生物和抗真菌的作用,这是我们选择壳聚糖这种材料做新的包装材料研究的原因。

图3

对于这个材料来讲,确实是有一些抗微生物的特性,但是它有限,所以我们在这个过程当中呢,要提升它的抗微生物的特性,在这个时候呢我们就要选择在里面添加其它的物质,我们选择葡萄柚籽提取物,通过这种天然的物质的添加,他在这两个性能上就会有很好的提升,提升了抗微生物和抗真菌的能力,这样材料又可以进一步的提升食品的货架期。前面介绍讲到了这样的新材料,这种新材料还有一些我们需要去研究的方面。这个研究的方向包含哪几条?首先是薄膜的透明性,可以算是我们重点关注的三个。

讲到透明度,我们也做了很多的测试,把它和其他的一些聚乙烯和其他的材料做一些对比,包括和PVDC聚酯材料都做了对比,实际上我们可以发现它的材料可以达到或者是接近其他的塑料的总材料,可以作为一个透明的材料使用,我们可以看到应该说有很多的食物包装其实不需要透明,因为可能厂商反而希望不透明,但是如果说你想要有透明的包装效果,那我认为比如说像一些新鲜产品,比如海鲜龙虾贝壳鱼类,特别是在亚洲,亚洲人应该说有这种趋势或者说喜好。这时透明包装的特性就有意义了。

对于壳聚糖,跟其他的PEPP这些塑料透明度相比,这个材料物理特征也很坚固。我们可以看到如果你把壳聚糖葡萄柚籽提取物的薄膜和PE薄膜去进行对比,在力学上的强度也是可媲美PE的,这方面我们也做了一些抗真菌的试验。我们从超市买了面包,把这个面包切成小块,大小相同的小块,使用不同的薄膜,用PE的薄膜还有用壳聚糖的薄膜以及壳聚糖葡萄柚籽提取物复合薄膜。刚才讲过了,为了能够增强抗真菌的能力,所以说我们还往里面放了葡萄柚籽提取物。这里大家看到的是三份样品(图4),实验证明这样添加葡萄柚籽提取物确实能够增强食物的货架期,大家看到这个实验,我们把这个面包包起来,7天之后你就可以看到区别了。7天之后PE和壳聚糖上都有一些霉菌,真菌已经开始长了,在壳聚糖葡萄柚籽提取物的样本上没有什么肉眼可见的真菌,肉眼可见的真菌你看到三种不同的包装,PE包装第三天肉眼就可以看到真菌了,如果说PE就是3天,然后纯壳聚糖的薄膜包装第5天你的肉眼就可以看到面包上长真菌。但是你如果使用壳聚糖葡萄柚籽提取物的薄膜,那么直到第10天你的肉眼才可以看到上面的真菌增长,所以我们得出结论就是说通过把葡萄柚籽提取物放到加入的薄膜当中,它可以增强食品的货架期,增强包装材质的抗真菌性,而且基本上是增强了一倍,把它的货架期延长了一倍。

图4

如果说你观察更久的时间,比如到第20天可以看到PE薄膜包的面包已经是惨不忍睹,但是你看壳聚糖和葡萄柚籽提取物的包装,肉眼还不太看的清楚上面有真菌。如果说你把壳聚糖和葡萄柚籽的比例进行一些调整,其实还能够进一步的去加强抗真菌性,但是你在抗菌性和力学兼任性之间要做平衡,如果你想要更加抗真菌,可能在力学上要做出一些牺牲,所以说这个取决于你的需求,你究竟想要包装更坚固还是保质期更长。

生产这种壳聚糖葡萄柚籽提取物包装有几个要点:首先这种材质足够透明,可以肉眼透视包装内的产品。在力学的坚固程度上,是堪比通用的塑料薄。抗真菌和抗菌方面确实能够增强物品的货架期。它能够带来哪些益处呢?首先壳聚糖是自然的材料,所以是非常环保的包装解决方案,并且是生物可降解的,能够减少化学防腐剂的添加,并且还能够增加食物的安全,因为你可以通过使用这种包装材质减缓真菌的滋生,这样你就能够增长食物的货架期。

最后,我想感谢一下同仁和我们大学的学生,他们确实是功不可没。感谢他们对这个项目的投入。

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