黄少云

保鲜纸箱技术原理

保鲜纸箱之所以具有保鲜功能，主要是因为采取了一定的技术手段，使纸箱能通过吸潮吸湿、调控温度、调节内部气氛、吸附乙烯等方式，降低果蔬采摘后的呼吸作用，进而实现保鲜的目的，下文将结合不同类型对其技术原理进行具体分析。

1.吸潮吸湿型

新鲜果蔬本身含有大量的水分（85%～95%），是维持果蔬生命活动和保持新鲜品质的基本条件，在储运过程中水分随着呼吸代谢和蒸腾作用逐渐散失会导致果实萎蔫、品质下降。理论上保持环境中高的相对湿度可以降低果蔬与环境水蒸气压差，能有效减少果蔬的水分蒸腾，但包装内湿度也不宜过大，因为高湿密闭环境往往容易滋生细菌进而导致果蔬霉变腐烂，同时环境湿度过大也会造成纸箱强度性能骤降。

专利（公开号：CN201510269 828.1）公开了一种双层防潮保鲜纸箱，它的基本原理是将防潮剂和保鲜剂填充在瓦楞纸板芯纸形成的凹槽处，使纸箱具备防潮保鲜的功效。可应用于果蔬类、冰冻类食品或易挥发水汽等物品的储运保鲜。近年又有类似的防潮纸箱专利出现（如CN201610494234.5、CN201711237653.1、CN2018 10453455.7等）。

2.调温控温型

储运温度的变化会引起生鲜果蔬的物理和生化反应，是决定其储藏品质的重要因素之一。低温可以减缓果蔬的呼吸和其他代谢活动，能降低水分子的动能，使液态水蒸发速率降低，从而延缓其衰老。当储运温度较高时，呼吸强度加快，乙烯产生量也增多，结果会加速其新陈代谢的进程，促进其衰老。研究表明，对于一般果蔬，0℃～30℃，温度每升高10℃，呼吸强度就提高一倍，货架期相应缩短一半以上。

专利ZL201520338318.0公开了一种具有保鲜保温功能的包装纸箱，其技术核心是在复合纸板上设置了防水层、保鲜层和保温层，保鲜层位于防水层和蜂窝纸板层之间，防水层上均匀密布有多个通孔，通孔与位于其下面的保鲜剂囊相联通，保温层采用泡沫板或者装有冷冻介质的囊状冰袋填充而成。本发明提供的包装纸箱，具有保温保鲜的效果、特别适合应用于需要低温储藏的产品包装。使用前，先将其整体冷藏，纸板内的保温层能够长时间蓄冷恒温以满足仓储运输时的保鲜需要，尤其适合果蔬以及其他低温保存的产品的包装需要。

西安理工大学郭彦峰研究了采用蓄冷剂和选择透过性膜阻隔热量传递的原理对瓦楞纸箱进行调温控温的方法，具体是将蓄冷剂溶液涂布在纸箱内表面，晾干后复合一层选择透过性性PVDC薄膜。实验数据表明，蓄冷剂和选择透过性薄膜对普通瓦楞纸箱的隔热效果有明显的调节作用，有蓄冷剂、薄膜的包装箱（复合瓦楞纸箱）的隔热效果最好，这有利于减少储运过程中外部环境温度对于包装内果蔬的影响，提升保鲜效果。

3.气氛调节型

植物细胞的代谢主要是氧化还原反应，其中O2的利用率决定代谢的快慢，从而影响果蔬储藏品质。改变储运环境中的气氛（气体组成），如降低O2浓度，提高CO2浓度，都会减缓果蔬的呼吸作用，同时低O2气氛还会对乙烯的活性产生一定的抑制作用，这是因为乙烯的合成需要O2的参与，在高CO2气氛下，乙烯与某些酶的结合位会被CO2所取代，使其丧失催熟作用。另外，还可以充入N2形成一个惰性气氛，减缓果蔬采后新陈代谢。

美国一家公司发明了一种在包装箱里减少O2、增加N2含量，以使果蔬保鲜的新方法。该方法是在空运时使用具有空调性能的新型包装箱，这种包装有一层特制的薄膜，薄膜纤维能够吸收O2分子，而讓N2通过。这样在空气中N2在浓度梯度的作用下通过薄膜进入包装箱后，箱内的N2含量可高达98%以上，从而使果蔬的呼吸作用减慢，达到较长时间保鲜的目的。

美国新泽西州H o n e y w e l l International公司推出了一系列尼龙纳米复合产品，通过向尼龙中引入纳米微粒能在聚合物内形成一种阻挡气体分子移动的屏障，能极大增强尼龙材料的气体阻隔性能。Honeywell生产的一种名为Aegis NC的产品，可阻止O2和CO2的渗透，其阻气性能是普通尼龙的6倍，适用于涂覆在包装果蔬类或冰冻食品用的硬纸箱上，可以维持纸箱“低O2浓度、高CO2浓度”的内环境，在一定程度上可降低被包装果蔬的呼吸强度，从而达到保鲜效果。

4.乙烯吸附/抑制型

乙烯又称为植物内源激素， 它是发育到一定程度后在果蔬体内特定部位产生的一种自然代谢物。环境中高的乙烯浓度会使果蔬的呼吸作用加强， 成熟和衰老过程加快，不利于果蔬的贮藏和运输保鲜。资料显示，贮藏环境中0.1μg/g的乙烯，对某些果实就有明显的催熟作用。因此，在其储运保鲜环节中控制乙烯气体产生或者将产生的乙烯及时从环境中清除，可使其对果蔬的影响降到最低。

专利ZL201510481758.6公开了由浙江理工大学完成的一种乙烯吸收型果蔬保鲜瓦楞纸箱的制作方法。该纸箱的技术核心是保鲜溶液和乙烯吸收剂溶液，将保鲜溶液均匀涂布到瓦楞纸板的里纸上，晾干后再继续均匀涂布上乙烯吸收剂溶液，保鲜溶液包括魔芋葡甘聚糖和去离子水，乙烯吸收剂溶液包括高锰酸钾和去离子水。该技术能解决了目前市场上果蔬包装无保鲜效果以及气调保鲜等成本高、应用效果不佳的问题，其涂布物质和用量符合食品安全及绿色包装的要求，且保鲜效果好。

深圳市裕同包装科技股份有限公司最近研发了一种活性保鲜纸箱（公开号：CN201710485361.3），包括纸箱本体和设置于纸箱本体内壁上的保鲜剂层，该保鲜剂层是通过将保鲜剂混入油墨后以印刷或喷涂的方式形成的，该保鲜剂主要成份是乙烯抑制剂、乙烯吸附剂和少量的抗菌剂，利用环糊精的疏水空腔对1-甲基环丙烯进行包载释放，可以调控纸箱内部果蔬的呼吸作用，达到保鲜的目的。研究表明该保鲜纸箱在室温条件下，可将呼吸跃变型水果（如香蕉和猕猴桃）的保鲜时间延长2～3倍。

5.综合增效型

新鲜果蔬是一个复杂的有机生命体，影响其储运保鲜效果的因素众多，同时一些外界因素之间还存在拮抗和增效作用，如温度、CO2和O2之间存在增效作用，它们之间的相互配合作用远强于某个因子的单独作用，在实际应用中，大多采用控温+气调的方法延长新鲜果蔬储运的保鲜时间。再比如，高的环境湿度结合较低的储藏温度才可以取得较好的保鲜增效作用，否则只会适得其反。因此，结合多种保鲜原理的综合增效型保鲜纸箱可以得到更佳的应用效果。

湖北省科学技术厅公布的一项科研成果（登记号：EK2015A010489001865）是一种综合增效型保鲜纸箱，该纸箱是通过将保鲜功能核心物质复配到纸板胶黏剂中参与瓦楞纸板的生产，最终该物质能均匀分布于纸板的瓦楞夹层中，使纸箱具备保鲜功能。该纸箱的核心物质是一种天然矿物质混合物，当经化学处理加工至纳米级后，其物理吸附性能发生突变，它能强力吸附纸箱内部果蔬产生的催熟气体乙烯，抑制果蔬的呼吸作用。同时通过辅助成份平衡吸附剂和抗菌剂的添加可以使其对乙烯和水蒸汽的选择吸附达到较好的平衡状态，能够在纸箱内部的小环境里起到维持水分、调节湿度、抗菌抑菌的作用，达到较长时间的保鲜目的，减缓腐烂的发生。

该项目是从韩国引进，后经湖北致和包装印务有限公司与荆楚理工学院合作改良，经过大量的实用测试，结果证实该纸箱对于柑橘、桃杏、芒果、甜瓜、葡萄、苹果、香梨、圣女果、火龙果、辣椒、西红柿、黄瓜、玫瑰、康乃馨等40余个果蔬、鲜花品种均具有良好的保鲜效果，常温下可延长保鲜3～10天，部分品种可以达到延长15～30天的效果。该保鲜纸箱工艺（如图2）简单、成本低廉、使用方便、效果明显，是国内果蔬行业在目前冷链物流尚不完善的条件下的一种性价比较高的保鲜方式。

保鲜纸箱生产加工方法

弄清保鲜纸箱的保鲜原理之后，如何通过合适的生产加工方法使瓦楞纸箱赋予保鲜功能至关重要，如果选择不当，不仅保鲜效果不理想，瓦楞纸箱本身的一些储运性能也会受到影响。以下介绍几种常见的保鲜纸箱生产加工方法：

1.原料端混入

如何使纸箱赋予保鲜功能，人们首先想到的就是从生产纸箱的材料入手，即采用具有保鲜功能的纸生产得到的纸箱必定具有保鲜作用。保鲜功能纸可以从纸张生产原料端添加一些能发挥保鲜功效的物质而获得，一般是在造纸助剂中混入一些具有气体吸附能力的多孔性矿物质，如高岭土、沸石、硅藻土、蒙脱石等。

上海海洋大学杨福馨教授研发了一种二氧化硅混合衬纸瓦楞纸箱，它的作用原理在于纸箱纸板的里衬纸中含有能够吸收乙烯气体的粉剂，这种粉剂是用白硅石为原料制成的以二氧化硅为主要成分的多孔型粉剂，由于白硅石对于乙烯气体具有较强的吸附能力，所以用混合了白硅石粉剂的纸张作为瓦楞纸板的里衬纸具有很好的保鲜效果。

日本食品流通系统协会研制了一种保鲜纸箱，是采用一种名为“里斯托瓦尔石”（硅酸盐的一种）的石粉作为纸浆的添加剂在造纸的原料端即混入。因这种石粉对果蔬储藏环节中各种有害气体有良好的吸附作用，而且能保持果蔬的水分不快速流失，这有利于减少果蔬远距离储运过程中的不必要损失。

2.纸板表面涂覆

在纸箱内表面涂覆（或涂布）或印刷是一种生产保鲜纸箱简便易行的方法，将具有保鲜功效的物质溶解成可以喷洒或涂覆的溶液、悬浮液或浆状，采取喷涂或涂覆的方式，使保鲜功能物质均匀地分布在纸箱内表面，另一种是按照油墨的要求，将保鲜功能物质随油墨助剂一同加入后采取印刷的方式将保鲜功能物质固定于纸箱内表面。

江南大学李金玲采用这种方法将具有远红外辐射功能的粉料与黏合剂进行适当配比制成涂料， 均匀刷涂在箱板纸里纸面上，干燥后得到远红外保鲜纸箱，通过圣女果的储藏保鲜实验发现，该保鲜纸箱相比普通纸箱可将保鲜8天的好果率提升20%～60%。这是因为红外线作用可以有效阻止细菌入侵，能与果蔬中的水分子发生强烈的“共振”，使乙烯释放能力下降，进而延缓腐烂变质。同时这一功能涂层的作用还可以通过改变涂布量来控制。

如前述的裕同公司的专利CN 201710485361.3（一種活性保鲜纸箱）是利用环糊精自组装形成的纳米微球对乙烯抑制剂1-甲基环丙烯进行包载，再将其与抗菌剂、乙烯吸附剂等按一定比例混合后加入可食性油墨中，得到的油墨采取印刷的方式在纸箱内表面形成15～23μm的保鲜功能层。制作工艺流程简单，条件温和，适合批量化工业生产。

3.纸板夹层添加

瓦楞纸板由于具有特殊的楞型结构，楞与楞之间还留有凹槽，这就为保鲜功能物质的添加提供了条件，可以在夹层凹槽处添加，也可以在夹层芯纸中添加，还可以在胶黏剂中添加（如图3），在纸箱的夹层内添加保鲜功能物质，功能物质不会与内装物直接接触，具有安全、绿色、环保的优点。

如前述专利（公开号：CN2015 10269828.1）公开的一种双层防潮保鲜纸箱，它是将防潮剂和保鲜剂填充在瓦楞纸板芯纸形成的凹槽处，使纸箱赋予防潮保鲜的功效。韩国科学家研制的保鲜纸箱是将含有一种MS天然矿物材料的玉米黏合剂作为瓦楞纸箱中胶黏剂，使得纸箱具备了自发吸附有害物质、抑制箱内微生物的生长繁殖、调节箱内温湿度的功能。致和公司在韩国技术的基础上加以改进，在多层瓦楞纸板夹层芯纸处采用添加了MS物质的胶黏剂粘合，这样就可以生产出5层和7层的保鲜功能纸箱。

4.外加结构装置

由于纸纤维的特性决定了瓦楞纸箱气体密封性不佳，这对于以温度控制和气氛调节原理的保鲜纸箱来说，必然需要一些辅助装置才能实现其功能。如前述介绍的具有蓄冷保温功能的纸箱是通过在纸箱内复合一层选择透过性性PVDC薄膜来阻隔热量传递进而实现较长时间控温保鲜的；再如前述专利ZL201520338318.0是采用泡沫板或者装有冷冻介质的囊状冰袋填充而充当保温层的。而美国一公司研发的空运保鲜包装箱，是在原有保鲜纸箱内附加一层特制的薄膜，这层薄膜能够吸收O2分子，而让N2通过，最终在包装箱内形成一种利于果蔬储藏的气氛。

前景展望

瓦楞纸箱自19世纪末在美国被发明以来，以其优良的缓冲防震性能被认为是最重要的运输包装形式之一，现已成为现代商品贸易中使用最广泛的包装容器。在发挥其优良储运性能的同时，通过一定的手段赋予其保鲜功效，可以使其兼具保护商品、仓储运输、抗菌保鲜等多种功能，增加产品附加值。虽然近年保鲜纸箱领域研发力度不断加大，各种新式的保鲜纸箱逐渐涌现出来，但与此同时，我们也应该认识到目前保鲜纸箱在实际应用中还存在许多需要解决的问题。如在纸箱内表面涂覆或印刷方式的保鲜纸箱，其功能物质会与内装物直接接触，可能存在潜在的风险。再如，控温和气调原理的保鲜纸箱往往需要再复合一层薄膜或其他结构，这样一方面提高了产品的成本，另一方面还给回收处理带来了一些不必要的麻烦。而综合来看，选择在纸板夹层中添加乙烯气体吸附功能物质的保鲜纸箱则避免了这些缺点，是一种绿色、安全、高效的技术选择。