食品與生活：食品包裝容器的發展
93/12/07
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蔣丙煌｜
臺灣大學食品科技研究所
五、六十歲以上的朋友都經歷了臺灣經濟的成長與物質生活的變遷，因此往往喜歡對後輩訴說當年生活是如何的困苦，深怕年輕人不明白自己是如何從患難中成長的。在困頓中成長的人，常有些「老」毛病，有些長者看到垃圾箱裡堆滿了瓶瓶罐罐等容器時，常看不慣，發牢騷地說：「想當年我小的時候，如果能夠看到垃圾箱裡有點兒瓶罐，早就搶著撿去換個幾毛零錢，哪會像現代人那麼好命，那麼浪費。」的確，在物質生活較艱困的年代，食品包裝容器雖然比較粗糙，但也是稀少與珍貴的。
遠古時代，當人們需要容器來裝盛食品時，通常從大自然中去尋找葫蘆、竹結、捲曲的大型葉片或大型貝殼。後來，逐漸有了利用自然資源加工而成的容器，如挖空的木頭、編織的草籃，甚至使用動物的器官，如牛角及胃或用皮革製成容器。大約在八千年前，人類開始懂得製造陶器，可以用來盛裝食物、貯存食物，甚至煮熟食物。爾後，陶器成為食品包裝容器的主流。到了三千年前，由陶瓷釉藥發展而來的玻璃問世，也逐步發展成容器。但是工業化生產玻璃容器則可能是近兩百年才發生的。
另一方面，約在兩千年前，在中國東漢的時候，蔡倫發明了紙，也逐漸用來包裝食品。在金屬容器的發展方面，則可以遠溯至青銅時代，我們的老祖先就懂得利用金屬材料製成容器，裝盛食品。然而以金屬罐頭包裝食品，使食物能長久貯存，則起始於約兩百年前的英國。至於目前在食品包裝上占最重要地位的塑膠則是包裝材料中最年輕的一類，在十九世紀才初露頭角，而在50～60年前才開始逐漸發展成為食品包裝容器的主流材料。
在物質文明高度發展的今天，食品包裝容器成為生活中隨處可見且不可或缺的產品。各種製作精美，外觀引人注目的包裝食品陳列在各型賣場的貨架上，五花八門，常令人眼花撩亂，仔細觀察這些包裝材料，不外乎塑膠、金屬、玻璃、與紙四大類。當然，有一些材料是這四種材料結合而成的複合體，使得食品包裝容器更形多樣化。
塑膠包裝容器
塑膠包裝材料的興起與人們生活形態的改變息息相關。由於人口的高度成長、糧食不足的壓力日增，使得如何利用輕便的包裝方式來方便食品的貯存與運輸，以及增加食品的保存期限，變得非常重要。而塑膠包材正好可以滿足這些需求。
塑膠包裝材料究竟擁有哪些性質使得它們這麼好用？一般而言，由於塑膠的密度低，重量比金屬或玻璃都輕很多，在加工或使用時比較輕便。塑膠有很強的韌性，不像玻璃那麼容易破碎，不像罐頭受到壓力時容易凹陷，也不像紙那樣容易被撕裂。許多塑膠材料很容易成型，稍為加熱便可以使它軟化，賦予它一定形狀，只要在溫度降低後就可以定型。我們常看到水電工在接塑膠水管時，用瓦斯槍稍為加熱一下就可以使塑膠管軟化，任人擺布成各種形狀。
許多塑膠遇熱易熔，使得它很容易密封。在許多商店都可以看到店員把食品置於塑膠袋中，用熱封機一壓就可以封袋，十分方便。另外，很重要的是，現在的科技使得塑膠包裝材料有很好的阻隔性，無論是水蒸氣或氧氣都不容易透過塑膠容器，因此可以延長貯存時間。
塑膠是由許多所謂的「單體」個個相接，聚合而成的高分子物質。分子量在五千到十萬左右。有些塑膠是由一種以上的單體構成的，形成所謂的共聚合物，而能有特殊的性質。常用於食品包裝容器的塑膠種類很多，包括聚乙烯（polyethylene, PE），聚丙烯（polypropylene, PP），聚氯乙烯（polyvinyl chloride, PVC），聚苯乙烯（polystyrene, PS）等，性質皆不盡相同。
就食品包裝容器的需求而言，最重要的性質包括強韌程度、透氧率、透水氣率、熱封性、以及耐熱性。為了產生合乎特殊需求的塑膠包裝材料，有時候會把不同材質貼合而成所謂的積層膜，使包裝材料的整體性質更合乎需求。
金屬包裝容器
利用金屬製成罐頭來包裝食品是一種簡單而有效的保存食品方式。常用於製罐的兩種金屬為馬口鐵皮和鋁。馬口鐵皮的主體是鐵皮。把鐵皮置入融熔的錫液中，通電而把錫鍍在鐵皮上製成所謂的馬口鐵皮。為了提高馬口鐵皮的耐腐蝕性，把它加熱處理，使錫層與鐵皮層之間產生錫—鐵合金；然後再使用鉻化合物使錫層上形成鉻氧化物，使馬口鐵皮不易被氧化而變質。最後，為了馬口鐵皮的表面潤滑，使它在製造罐頭時容易操作，並且防止生銹，又塗上ㄧ層很薄的油。
因此，看似簡單的罐頭鐵皮其實結構也不是那麼單純。為了進一步防止食物中的成分造成罐壁的腐蝕，馬口鐵皮也常塗布一層塗料。根據食品的特性，有一次塗漆或兩次塗漆。塗料是高分子成分，如環氧樹脂、壓克力樹脂及聚酯樹脂等。塗漆後通常需經烘烤使其固定。
鋁是一種具有良好延展性的金屬。由於鋁與空氣接觸後很容易在表面形成一層氧化鋁的薄膜，因此具有很好的抗腐蝕性。但是這一層氧化鋁薄膜遇到鹵素離子，如食鹽中的氯離子，易受到破壞，因此在實務面仍需要塗布一層高分子薄膜以免受到食物中成分的侵蝕。
金屬罐頭是一種密封性良好，可以完整保護食品的包裝容器。食物放在金屬罐中經過封罐及滅菌等程序可以儲放數年而不會腐敗。但是，現代人的飲食觀念是以「新鮮」為主流訴求，使得風光一時的金屬罐頭有逐漸沒落的傾向。不過，無論如何，金屬罐頭在可預見的將來仍然是一種相當重要的食品包裝容器。
玻璃
玻璃是利用砂、蘇打灰（碳酸鈉）、石灰石以及其他添加物，在約攝氏1,500度的高溫下融熔而成的。把一小團融熔的玻璃置入模具中，吹成容器的形狀後，經冷卻、退火等步驟即可製成玻璃容器，用於食品包裝。現代的設備每分鐘可生產一百個以上的玻璃容器，使玻璃容器在食品包裝上占一席之地。利用玻璃來包裝食品有許多優點：不會腐蝕，水蒸氣、氧氣、與香氣均無法穿透，阻隔性極佳、透明、衛生、無味、可回收再利用、可微波、可承受高溫殺菌……等。但是由於玻璃容器不耐衝擊，易碎、而且比其他材質的容器重，因此它的應用也受到一些限制。
紙
依據原料的不同，紙可分為木漿紙、非木植物纖維紙、以及再生紙。一般製紙的程序包括製漿、調製、抄造、及加工等主要步驟。為了增加紙的耐用性，使它適合用於食品包裝容器，在製紙的過程中常添加化學助劑，例如濕強劑、乾強劑、防油劑等。但是必須使用安全合乎法規的添加劑，否則在包裝食品後溶出至食品中，影響身體健康。
重要發展
利用以上四種包裝材料可以發展出許許多多的食品包裝容器。以下是近些年來比較重要發展項目的簡單介紹：
可微波包裝容器 食品包裝容器的發展是隨著人們生活形態起舞的。自一九七○年代微波技術開始應用於食品加熱以來，包裝材料或形態對微波加熱的影響的研究就蓬勃地展開。諸如包裝材質受微波加熱可能衍生的安全性問題、微波加熱時食品受熱不均勻的現象及其與包裝容器形狀的關係等，都是大家探討的課題。目前，市面上已經有許多能長期常溫儲藏、冷藏、或冷凍的包裝食品都可直接採用微波加熱。
為了解決油炸食品經微波加熱後的酥脆度不足的問題，許多包裝容器內加入了加熱片。加熱片是由金屬與塑膠貼合而成，在微波存在時會快速生溫，因此可以使與它接觸的食品呈現酥脆或焦黃的狀態，常用於冷凍披薩餅等食品。加熱片也用於需要快速升溫且可微波的爆米花產品，在局部迅速加熱的情況下，玉米才能迅速膨發。
大家可能都有個概念，就是金屬容器不能放入微波爐中加熱，否則會引起火花，導致危險。但是，現代的包裝科技已經把金屬與塑膠複合，就是把塑膠用黏著劑貼合在鋼板上，製成易開罐、餐盒等包裝容器，可以直接用微波加熱其中的食物，十分方便。
可分解性食品包裝容器 由於食品包裝容器的大量使用，造成了嚴重的環保問題。因此，近年來食品包裝產業與學術界都極為重視可分解性材料的研發。可分解性的包裝材料有三類，一是生物可分解性材料，藉由環境中微生物把它分解成二氧化碳與水。另一是光分解性材料，利用日光中的紫外線促使分解性包裝材料的大分子的主鏈斷裂，使其分解。第三類是氧化分解性材料，顧名思義，是靠包裝材料與氧作用形成氧化物而分解。有些可分解包裝材料是藉由上述分解機制的結合而達到分解目的。無論如何，生物可分解性食品包裝材料是較受到重視的。
生物可分解性包裝材料的種類很多，有利用天然原料，如澱粉、植物性蛋白質（如玉米蛋白）、幾丁聚醣、纖維素，經過化學修飾後製成包裝容器。有些合成的高分子本身就具有生物可分解性，可用作包裝容器的原料。不過這些生物可分解性材料製成的容器，大多數有氣體或水蒸氣阻隔性較差的問題，使得它們的應用受到限制。
無菌包裝 無菌包裝是現代食品包裝的重要發展項目之一。為了達到長期儲存食品的目的，一般是使用金屬罐頭或殺菌軟袋包裝食品，然後再採用高壓高溫方式殺菌。然而，無菌包裝則採用不同的方法，它是把食品與包裝材料分別殺菌之後，再在無菌的環境中，以無菌的包裝材料包裝無菌的食品，如此生產的包裝食品也可以像罐頭一樣在常溫下儲存相當長的時間。
我們在市面上常能買到不用冷藏、外觀是長方形紙盒的牛奶或果汁飲料，都是採用無菌包裝的方式製造的。但是，看似紙盒的包裝盒，結構並不單純，常由五至七層軟性材料貼合（積層）而成，其中包括塑膠、鋁箔、以及紙板，如此才能獲得一個能夠挺立、具有良好阻隔性、可以充分保護食品的產品。
活性包裝 傳統的食品包裝方式，嚴格地說，都是採用消極性的防衛措施，利用材料本身的阻隔性與形成容器時的密封性，把食品與外界環境阻隔，如此達到保護食品的目的。近年來發展的活性包裝系統則採用較為積極的措施來保護食品。活性包裝是採用特殊的材料或裝置，這種材料或裝置在包裝食品後會與包裝內部的空氣或食品產生交互作用而達到延長食品儲存期限的目的。
活性包裝的型式很多，最常見的有脫氧包裝系統、控制二氧化碳生成或吸附的包裝系統、吸附乙烯系統、含保存劑（防腐劑、抗氧化劑）的包裝系統、以及控溼包裝系統等。在控制氣體組成方面（氧氣與水蒸氣），最常使用的是在食品包裝容器中放入脫氧劑或乾燥包。
脫氧劑依組成的不同可分成兩類，一是以無機化合物，如硫酸亞鐵為主體，另一種是以有機化合物，如酵素、抗壞血酸（維生素C）、亞麻油酸、維生素E為主體。這些脫氧劑都是利用自身與包裝容器內的氧反應，把它消耗殆盡，使得容器內的食品免於受到氧氣影響而發生劣變。
除了把脫氧劑或乾燥劑小包置於食品包裝容器內之外，也有業者把它們製成薄片，直接貼在容器內。例如，有一美國專利，是以鐵粉與活性碳及氯化鈉溶液混合後乾燥，再把乾燥的粉末與紙漿及聚乙烯混合，塗布在不織布上，然後，把這具有脫氧劑成分的不織布夾在兩層高透氣性的塑膠膜之間，即成為一可貼於包裝容器內壁的脫氧貼片。
另外，也有把脫氧劑置於瓶蓋內。還有一種裝啤酒的瓶子是把活的乾燥酵母菌粉與蠟混合，塗布在瓶蓋內襯的PE膜上。在儲存期間，啤酒的水分會漸漸滲透到蠟中，使酵母菌活化。酵母菌生長代謝時會消耗氧，如此恰好能保持啤酒的風味。
類似於脫氧的功能，也可以利用化學反應使包裝容器內產生二氧化碳，以增加食品的保存期限。例如，在前述的脫氧配方中加入碳酸鹽類與有機酸，當碳酸鹽遇水解離，與有機酸反應，就會釋出二氧化碳。
在建構具有防溼功能的食品包裝容器方面，首先需要有防濕包裝材料。玻璃與金屬基本上是可以防溼的，但是不適用於需要用軟性材料包裝的食品。一般軟性包裝材料，常需使用積層膜來防溼，例如紙／PE／鋁箔／PE的基層材料就有很好的防溼效果。有一種日本的軟性包裝材料，名為「Toyal Dry」，中間層中含有吸溼樹脂，可以吸收同重量的水分，是一種能澈底防潮的軟性包裝材料。
把防腐劑或抗氧化劑等保存劑直接加入食品中可以延長食品儲存期限，而這也是在加工食品時常用的方法。但是，食品的腐敗劣變通常由表面開始，把防腐劑或抗氧化劑混合在整體食品中是有些多餘的，有一類包裝材料的設計就是為了解決這個問題。構想很簡單，只是把防腐劑或抗氧化劑加入包裝材料中。在包裝食品後，包裝材料與食品密切接觸時，保存劑可釋放到食品表面，達到保存食品的功效。但是，由於保存劑會自食品表面擴散至食品內部，而使得表面濃度降低，失去了保護食品的功效。
因此，如何控制保存劑的釋出速率，維持它在食品表面一定的濃度是一個重要的課題。日本有一家公司發展出一種抗微生物膜，膜中添加了沸石及某種金屬。根據業者提供的資訊，該膜在包裝食品後，由於有水氣與氧的存在，沸石與金屬作用產生活性氧，釋出後可以抑制微生物的生長。
近數十年來，臺灣乃至於全球先進國家的社會結構與消費行為有了不少變化。小家庭或單親家庭及單身人口在社會中占的比率愈來愈高，職業婦女大幅增加，夫妻同時在外地工作已經是年輕家庭的常態，老年人口增加、外食人口增加，以及環保訴求等現象都影響了食品包裝與容器的發展。食品包裝科技一直努力地配合時代的需求而改變。研究歷史的人常根據古人使用的器皿，從石器、陶器、鐵器等了解時代的演變與當時人們生活的方式。將來的歷史學家將更能依據食品包裝容器的發展來判斷我們今天的社會活動形態。
