脱氧包装技术及其应用

（一）脱氧包装概述

活性包装最广泛的商业应用是脱氧包装技术。脱氧包装（deoxygen packaging）是指在密封包装容器内封入能与氧起化学作用的脱氧剂（deoxygen freshkeeping agents），从而除去包装内的氧气，使被包装物在氧浓度很低，甚至几乎无氧的条件下保存的一种包装技术。

脱氧包装是在成功研制脱氧剂以后才出现的。脱氧剂最早于1925年用铁粉和硫酸铁研制而成，1933年开始在食品上使用铁化合物制成的脱氧剂；1969年开始用以亚硫酸盐为主要成分的脱氧剂，以后又研制成功有机脱氧剂等；这些脱氧剂与气密性良好的包装材料配合，可应用于不同类型的产品包装，并获得良好效果。目前封入脱氧剂包装主要用于对氧敏感的易变质食品，如蛋糕、礼品点心、茶叶、咖啡粉、水产加工品和肉制品等的保鲜包装。

脱氧包装与真空包装相比最显著的特点是在密封的包装内可使氧降低到很低水平，甚至产生一个几乎无氧的环境。真空脱氧剂能把包装容器内的氧全部除去，还能将外界环境中渗入包装内的氧以及溶解在液体中或充填在固体海绵状结构微孔中的氧除去，从而有效控制包装内产品因氧而造成的各种腐败变质，使其降低到最低限度。

许多食品对氧极为敏感，食品在接近无氧环境中贮藏，可有效地抑制油脂、色素、维生素、氨基酸、芳香物质等成分的氧化，较好地保持产品原有的色、香、味和营养；同时，氧的脱除抑制了嗜氧微生物的生长繁殖，进而减少了由此引起的腐败变质。此外，所有的害虫都需要氧维持生命，不管昆虫处于生命活动的何种阶段，只要环境中的氧气低于0.1%，半个月内可使昆虫全部死亡。

脱氧包装在日本、欧美等发达国家较广泛应用于食品贮藏保鲜。表7-9列举了封入脱氧剂包装应用于食品保鲜的一些典型实例。

表7-9 加工食品的封入脱氧剂包装

脱氧包装是在真空充气包装出现之后开发的一种新技术，与真空或充气包装结合弥补了真空充气包装去氧不彻底的缺点，且具有操作方便、高效、使用灵活等优点。此外，脱氧包装用于食品具有的显著特点如下：

①在食品包装中封入脱氧剂，可以在食品生产工艺中不必加入防霉、抗氧化等化学添加剂，从而使食品更安全，有益于人们的身体健康。

②如果采用的脱氧剂合适，可使包装内部的氧含量降低到0.1%，食品在接近无氧的环境中贮存，可防止其中的油脂、色素、维生素等营养成分的氧化，较好地保持产品原有的色、香、味和营养。

③脱氧包装比真空或充气包装能更有效地防止或延缓需氧微生物所引起的腐败变质，这种包装效果可适当增加食品中的水分含量（如面包），并可适当延长保质期。

（二）常用脱氧剂及其作用原理

虽然脱氧剂的组成有很大差异，但它们的作用原理是相同的，即利用脱氧剂中的无机或有机物质与包装内的氧发生化学反应而消耗氧，使氧的含量下降到要求的水平甚至达到基本无氧。目前，在生产上常用的脱氧剂种类有铁系脱氧剂、亚硫酸盐系脱氧剂、葡萄糖氧化酶有机脱氧剂和铂、钯、铑等加氢脱氧剂等。

1.铁系脱氧剂　铁系脱氧剂是目前使用较为广泛的一类脱氧剂。在包装容器内，铁系脱氧剂以还原状态的铁经下列化学反应消耗氧：

以上反应过程较复杂，受到诸如温度、湿度（水分）、压力、加入到脱氧剂中的辅助成分（助剂）等因素的影响。铁发生氧化反应形成的终产物有差异，因而消耗的氧量也有不同。理论上铁氧化成氢氧化铁时，1g铁要消耗0.43g（折合为约300cm3）的氧气，这相当于1500cm3正常空气中的含氧量。因此，铁系脱氧剂的除氧能力是相当强的，这是铁系脱氧剂得到较广泛应用的主要原因之一。

铁系脱氧剂主剂原料容易获得，制作简单，成本较低。但铁系脱氧剂的脱氧速度相对较慢，且脱氧时需要一定量水分的存在才有较好效果。此外，在铁氧化时常伴有氢气生成，如何抑制氢气的产生或处理已生成的氢是铁系脱氧剂使用中需解决的问题，因此在配制或生产这类脱氧剂时常需加入一些具有这一作用的助剂。

2.亚硫酸盐系脱氧剂　这类脱氧剂多以连二亚硫酸盐为主剂，以氢氧化钙、活性炭等为助剂。如在助剂中加入适量的碳酸氢钠，则除了能除去包装空间的氧外，还能生成二氧化碳，形成包装内的高二氧化碳环境，可进一步提高对产品的保护效果。

亚硫酸盐系脱氧剂发生的化学反应包括：

如果还需同时产生二氧化碳，则须再加入碳酸氢钠，发生以下反应：

总反应式：

1g连二亚硫酸钠大约可消耗0.184g氧，即在标准状态下1g连二亚硫酸钠可脱除约130 cm3的氧，它的脱氧能力不如铁系脱氧剂，但它脱氧速度快，且可生成二氧化碳，这对食品贮藏保鲜非常有利。因此，亚硫酸盐系脱氧剂使用效果较好且应用也较广泛。

3.葡萄糖氧化酶　葡萄糖氧化酶也称有机系脱氧剂，是葡萄糖氧化成葡萄糖酸的酶催化剂，在催化其氧化反应的过程中消耗了包装内部的氧，从而达到脱除氧气的目的。

此反应的适宜条件是温度30～50℃，pH4.8～6.2。目前这种脱氧剂仅在某些特定产品的包装中有应用。

4.铂（Pt）、钯（Pd）、铑（Rh）等加氢催化剂　通过Pt、Pd、Rh对氢氧化过程的催化作用，使包装内存在的氢和氧化合成水而达到脱除氧气的目的。这些催化剂中以钯的催化效果较好，因为活化状态下的钯可以吸附比其自身体积大许多倍的活泼氢。

催化的氧化反应：

铂、钯、铑等加氢催化剂是较早研制成功并应用的一类脱氧剂，由于这类脱氧剂脱除氧依赖于氢的存在，使用时需先采取一定方法（如抽真空）减少包装内的氧量，然后再充入含氢的混合气体，如92%N2+8% H2，这相对较麻烦。另外，催化剂钯或铂等都是稀有金属，成本较高，故这类脱氧剂现已很少单独使用，大多数被其他高效脱氧剂代替或与其他脱氧剂配合使用。

除上述几种主要的化学脱氧剂之外，近年又研制了新型脱氧剂，如抗坏血酸（维生素C）型脱氧剂，由于在吸收氧气的同时放出同量的CO2，可使包装内的气体量保持基本的稳定状态。另外，利用光照除氧法，即在透明的包装容器中同时封装一种含光敏色料和诱氧剂的薄膜，只要包装容器受到一定强度的光照射，容器内所含的氧便迅速除去。

（三）脱氧剂的反应特性

1.脱氧剂的脱氧速度　脱氧剂根据脱氧速度的不同可分为速效型和缓效型。

图7-14给出了几类常用脱氧剂的脱氧反应速度，亚硫酸盐系脱氧剂的吸氧速度最快，属速效型；铁系脱氧剂的吸氧速度较慢，属缓效型脱氧剂。速效型脱氧剂一般在1h左右能使密封容器内游离氧降至1%，最终达0.2%以下。缓效型脱氧剂要达到这种程度需12～24 h，但两者绝对脱氧能力无明显差别。在实际使用时，可将两种脱氧剂配合作用，并加入其他助剂，使其脱氧效果既迅速又长期有效；必要时还可加入能产生的CO2组分，造成缺氧并有CO2的较理想气氛环境。

2.脱氧剂反应速度与温湿度条件　一般地，脱氧剂随包装环境温湿度升高而活性变大，脱氧速度加快。图7-15为温度对铁系脱氧剂吸氧速度的影响。脱氧剂正常发挥作用的温度为5～40℃。若低于-5℃，脱氧能力明显下降，但目前有一种名为KEEPIT的铁系脱氧剂可在-25℃低温状态下正常工作。

图7-16为湿度对铁系脱氧剂吸氧速度的影响。(www.xing528.com)

图7-14　脱氧剂的脱氧速度

图7-15　温度对铁系脱氧剂吸氧速度的影响

图7-16　湿度对铁系脱氧剂吸氧速度的影响

3.脱氧剂反应类型　如上述，一般脱氧剂需在有水分条件下才能发生反应，根据脱氧剂组配时的水分条件，可把脱氧剂分为自力反应型和水分依存型两类。自力反应型脱氧剂自身含有水分，一旦接触空气即可发生吸氧反应，脱氧速度由水分含量、贮藏温度而定；水分依存型脱氧剂自身不含有水分，一般在空气中几乎不发生吸氧反应，但一旦感知到高水分食品中的水分时，即发生快速吸氧反应，此类脱氧剂使用保藏方便。

（四）脱氧剂包装的技术要点

用于食品脱氧包装的脱氧剂应安全无毒，不与被包装物发生化学反应，更不能产生异味。根据不同的脱氧需求选用相应的速效型或缓效型脱氧型。其具体的技术要点如下：

1.脱氧剂使用的方法、用量及使用条件

（1）脱氧剂的使用方法　脱氧剂有粉末状、颗粒状、片状等形态，使用时可以直接应用某种形态，也可采取一定的方式使其附着在某种载体如高发泡的泡沫塑料片上再使用。使用方法通常是先按一定量分装在透气性好的材料制成的小袋中（注意在袋上应印有警示标志或说明），然后再与被包装物一起封入包装内。一种更先进的方法是将脱氧剂与包装材料结合起来，融合到包装材料的成分中去，如图7-17，可通过调节包装层的厚度或组成成分来适应O2的不同含量。

（2）脱氧剂的使用量　脱氧剂的使用量不仅要保证除去包装容器内原有的氧，而且还需考虑渗入包装的氧气量，留有一定的安全系数，设计时一般增加15%～20%的使用量。

包装内脱氧程度的检查可采用氧指示剂进行。国际上可供选用的氧指示剂片，能通过自身的颜色变化来指示包装容器内氧的含量。当包装内氧含量超过0.5%时，氧指示剂显蓝色；氧含量低于0.1%，显粉红色；氧含量为0.5%～0.1%，呈现雪青色。

（3）脱氧剂使用的温湿度条件　脱氧剂的脱氧效果与脱氧环境温度密切相关。在脱氧剂通常使用的温度范围5～40℃内，脱氧剂活性随温度升高变大，除氧速度加快；温度降低则脱氧速度变慢。

图7-17　脱氧剂与包装材料的复合结构

包装容器内的相对湿度和产品含水量对脱氧剂的脱氧效果也有明显影响。如图7-16所示，当相对湿度50%时，铁系脱氧剂基本上不能吸氧；相对湿度70%时，需50h才能使包装内残存氧气含量降低到接近于零；而相对湿度达到90%以上，不足20h可使包装内氧含量接近零，这就是脱氧剂中常需加入吸湿剂作助剂的原因。虽然脱氧剂与氧反应时需要有一定的水分存在，但如果内装物的水分含量太高，则不仅达不到保持内装物的物理特性和质量，而且还会降低脱氧剂的脱氧效果。因此，被包装物的含水量不应超过70%。

脱氧包装如气密性能足够好，可贮于低温下，但为了清除缓慢渗入包装的氧，应把脱氧包装件贮存于略高于脱氧剂发挥作用的低限温度下，以免脱氧剂在低温下失效。

2.使用脱氧剂的注意事项

（1）包装材料及包装容器　用于封入脱氧剂包装的材料要求具有很高的气密性，特别是对氧的隔绝性能要好，在25℃时其透氧度要小于20 mL/（m2·0.1MPa·24h），多采用复合薄膜，如KOPP/PE，KONy/PE，KPET/PE、PETP/Al箔/PE等，以及金属、玻璃、陶瓷等包装容器。

对于体积和形状固定的包装容器，要注意脱氧后的影响。正常空气中有1/5的氧气，当氧气消耗以后，会使容器内产生负压，形成部分真空，因而要求包装材料或容器需具备一定的强度。为克服软包装因使用脱氧剂而使包装体收缩，影响美观，可选用抗坏血酸（维生素C）型等可产生二氧化碳的脱氧剂或结合充气包装来避免此缺陷。

（2）脱氧剂在分包使用前必须包装完好　脱氧剂不能直接与大气接触，同时要求在包装过程中操作迅速，以免吸氧而影响使用效果。目前用于食品包装的铁系脱氧剂一般用气密性包装材料包封，使用时应随开随用。试验表明：脱氧剂开封后在相对湿度80%、温度25～30℃的环境中放置5h，对其脱氧效果无明显影响，故自力反应型铁系脱氧剂在开封后5h内务必使用。水分依存型铁系脱氧剂放置时间可较长。

（3）注意选择合适的脱氧剂类型和脱氧效果　脱氧包装能否保全食品质量取决于脱氧剂的吸氧能力和吸氧效果，一般铁系脱氧剂在封入包装4h内，氧气浓度可降低至0.35%以下，4h后可达0.1%。如果把速效型和缓效型脱氧剂配合使用，既可实现快速脱氧，又能维护包装内长期接近无氧状态，可长期保持包装食品的风味和品质。