New packaging technologies for the 21st century

S.J. Eilert*

Cargill, 2901 North Mead, Wichita, KS 67219, USA

Abstract

This paper reviews the major influencers that will drive change in meat packaging. A review of the current state of fresh-meat packaging in the US has shown a continued evolution to case ready packaging, with 60% of the packages audited being in the case ready format, versus 49% just two years earlier. Additionally, the market is moving to a higher degree of convenience in the meat case, and reducing the linear feet devoted to fresh meat (69% fresh meat linear feet two years ago, versus 63% in 2004). Additional evidence for the growth of convenience items was shown by a 48% growth in shelf stable meal kits between 1998 and 2003. Packaging innovations have been developed to meet these needs for convenience, but have largely been implemented outside of the meat industry. These include, but are not limited to, lines of hand-held soups, self-heating cans and cartons that are replacing the traditional steel can for retort purposes. The recent developments of films that are ovenable in traditional as well as microwave ovens are critical to the further advancement of convenience meat items. Material costs are also driving the need for packaging innovations. Polyethylene costs rose 20% during the second half of 2003, which is largely due to increased petroleum costs. As petroleum costs are sustained at the current high levels, renewable packaging for food, such as materials based on polylactide, will become more feasible. Labor costs and availability at retail will continue to drive the demand for case ready packaging innovations. The recent regulatory approval of carbon monoxide in fresh meat packaging in the US will enable greater usage of low oxygen packaging formats and should provide greater retail acceptance of case ready in the US.

2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Keywords: Meat packaging; Modified atmosphere packaging; Consumers.

1. Introduction

When tasked with a review of lsquo;lsquo;Packaging Innovations for the 21st Centuryrsquo;rsquo;, the approach chosen was to first review the influencers of change in packaging, and then the technologies that are enabling those changes. By doing so, greater relevance will be added to this discussion, as opposed to a pure discussion of technology without any regard for the need or demand for that technology. The discussions will be focused on the US industry. With respect to our global colleagues, it was felt that it would be more pertinent to focus more in depth on this geography rather than having a more cursory view of the global community. As packaging innovations were researched across the food industry, it was noted that the majority of the significant innovations were taking place in product lines outside of the meat industry. There are numerous examples of breakthrough innovations in the snack and beverage categories. These innovations will be discussed, as they may have application to the fresh or prepared meats industries. Also, it is important to study these innovations as lessons on how to change our paradigms around meat packaging. One of these recent innovations is the high-density polyethylene coffee container. Hartman (2004) outlines the development and increased market penetration of this innovation. For 150 years, coffee has been packaged in a three-piece metal can. Procter amp; Gamble (a leading manufacturer of coffee) has worked for the last few years to challenge that paradigm (that coffee has to be packaged in a metal can). In 2003, they introduced the HDPE container to the market. Since that time, they have continued to convert many of their operations from the steel can to the HDPE container. Among the advantages is a smooth rim that is devoid of the sharp edges of a typical metal can. The lid has a peelable factory seal that contains a patented one-way valve. Previously, in a metal can, coffee would have to be cooled prior to filling so that off-gassing could occur. With the design of this seal, coffee could be filled while still warm, which would simplify operations and preserve freshness. Additionally, a snap fitting lid helps preserve freshness upon opening. This package is the culmination of a series of innovations that have been successfully bundled into a consumer product. It has been influenced by the need for cost control of process and for convenience to the end user. It is an example of the type of innovations that are needed in the meat industry to maintain and stimulate demand.

2. The current state of meat packaging in the US

2.1 Fresh-meat packaging

A study was conducted in 2004 to audit and report the trends in fresh meat packaging at the retail level (Mize amp; Kelly, 2004). This study gives a detailed account of the type of packaging formats being used and the relative degree of their use, and to compare these results to a similar study conducted in 2002. In 2002, 69% of the linear footage of the self-service meat case was occupied by fresh meat and poultry. This figure declined to 63% in 2004, reflecting a growing conversion of meat items to products with greater consumer convenience, such as fully cooked entrees and marinated meats, as well as hams and sausages. Another key finding in this study is the proportion of packages that are case ready, or defined as products that were not repackaged in the backroom of the store. In 2004, 60% of the packages audited were case ready, which had increased from 49% in 2002. These data reflect an audit of packages, and does not directly measure actual volume of meat converted to case ready. However, these data are accurately reflective of the growth of case ready in the US. It is important to note the relative level of case-ready penetration by product species (Mize amp; Kelly, 2004). Chicken and turkey have continu

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二十一世纪新型包装技术

S.J.Eilert*

Cargill，2901 North Mead，Wichita，KS37219，USA

摘要

本文综述了带动肉类包装变化的主要影响因素。美国对其当前的鲜肉类包装的重新审核显示出了现有包装的不断发展，在两年前只有49%的包装达到要求的情况下，目前已经有60%的包装达到了审核要求。此外，在肉类方面市场正在向着更高的便利性发展，减少了鲜肉的长途运输（2002年有69%的鲜肉会进行长途运输，而到了2004年只有63%）。货柜商品在1998年到2003年间48%的增长也显示了便利性项目的发展。目前包装的创新发展已经可以满足这些便利性需求，而且已经在了肉类工厂内很大程度上得到了实施，包括新型加工生产线、自加热易拉罐和利乐包，并且不仅仅局限于这些。就包装薄膜的发展来说，其关键是其加热方式。材料成本亦会推动包装的创新需要，在2003年的下半年，由于石油成本的增加，聚乙烯的成本上升了20%，而石油成本的居高不下使得如聚乳酸材料等可再生食品包装成为可能。零售业的劳动成本和收益将继续推动包装创新的需要。最近在美国的关于鲜肉包装中一氧化碳含量监管的调整使得低氧包装得到更好的应用，美国也将会提供更宽广的销售渠道。

2005 Elsevier Ltd.版权所有

关键词：肉类包装；气调包装；消费者

1.引言

在负责审查“二十一世纪包装创新”时，首先需要关注的是包装影响力的变化，然后关注可能引起这种变化的技术，这样的话会有更多相关内容进行讨论，以免变成没有技术要求和技术需求的纯技术讨论。讨论将集中于美国工业，相信对于全球的各位同事来说更加专注深入的了解这个地区要比在全球范围内走马观花要好多的。在食品研究工业，大多数重大包装创新出现在肉类行业以外的地方，例如小吃和饮料，这些创新必须重点关注，因为很有可能应用到鲜肉和熟食工业当中，必须着重研究这些创新当中的经验和教训，学习如何改善肉类食品的包装。其中最新的一项创新发明是高密度聚乙烯咖啡容器。Hartman（2004）概述了这种创新容器的发展，并且已经开始为其进行市场渗透。在过去的150年中，咖啡一直被包装在金属三片罐中，Procter amp; Gamble公司（一家领先的咖啡生产商）在过去几年里一直在挑战这个传统（即咖啡必须用金属罐包装）。在2003年，他们向市场推出了HDPE容器。从那时起，Procter amp; Gamble公司一直在把他们的业务从传统金属管转向HDPE容器，其优点是边缘光滑，没有传统金属管的锋利边缘，盖子上有一个可剥离的、具有专利的单向阀。以往的金属罐包装，咖啡必须事先冷却才能保证排气，有了这个创新设计，咖啡可以在温热的时候就开始填充，这样就简化了操作，并且保证了咖啡的口感，单元盖还能保证其开启时的新鲜度。这个包装是一个系列的创新，并且已经成功的融入到消费者群体当中，因为它是受过程成本控制和方便使用者两方面影响所诞生的产品。这正是肉类工业所需要的、以维持和刺激需求的包装类型创新的例子。

1. 美国肉类包装现状

2.1 鲜肉包装

2004年美国在零售方面进行了一个鲜肉包装的调查研究报告（Mize amp; Kelly, 2004）,报告给出了2002年详细的各类包装类型以及它们被使用的相对程度，并且对比这些结果进行了类似的研究。2002年，自助类肉食产品有69%为新鲜肉类和家禽，2004年这个数据下降到了63%，这表明消费者对更方便于他们的产品的需求的不断增长，如全熟的主菜和腌制的肉类，以及火腿和香肠。本次研究中另一个重要发现是已经准备好的包装的比例，即不需要在商店进行再包装的产品。在2004年，通过审核的包装从2002年的49%上升到了60%,这些审查数据实际上并不能直接的衡量肉类包装的实际包装量，却能反映出美国的产品的包装量的增长。需要注意的是利用产品的类型来进行市场渗透的产品（Mize amp; Kelly, 2004），鸡肉和火鸡的包装量持续增长，这类产品的包装在2004年几乎全部（95%）都已经通过了审核，与之相对的，牛肉包装量虽然也在增长，但是只有23%通过了审核。另一个案例是Ground牛肉，它的审核通过率在2002年就有56%，目前更是上升到了66%。Ground牛肉的案例带动了美国牛肉包装的改革，因为它比起保证肌肉的切割完整性更加注重食品的安全性，从它精细的包装就能看出与同类产品的不同。这项研究也包括对了包装的种类的研究（Mize amp; Kelly, 2004），目前市场对包装量的需求的增加，传统的聚氯乙烯泡沫塑料的托盘的需求量在包装运输和存储却都从2002年的51%下降到了2004年的47%。因为大多数包装都采用了集中包装作业的形式，其中气调包装量在过去的两年里上升了4%（2002年9%，2004年13%），真空包装量上升了3%（2002年10%，2004年13%）。总而言之，鲜肉类包装正在不断发展当中，带动这次发展的正是肉类包装必须向着集中包装转变的需求（经济性）和对于消费者对产品便利性的要求，这些将在后文详细说明。

2.2肉类增值包装

这类包装目前大多都是利用软薄膜和真空密封包装来使产品得到增值。大多数的切片类产品就是采用这种包装方式，使得消费者能更加方便地分离这类产品。全熟类主菜在过去五年里销量有巨幅的增长，这类产品都是将已经加工过的食品用软薄膜进行初步包装后，再进行一系列的二次包装得到成品。这些经济性和消费者的便利性对包装创新的影响将在后文中进一步阐述。

1. 消费者对肉类包装的影响

3.1对便利性的要求

显然现在市场对更加青睐于便利的食品。食品研究所的一项报告（包含了2004年绝大多数肉类食品销售量）指出了消费者们对于这类食品的需求的增长。从1998年到2003年，货柜产品的销量增长了48%，但是在过去几年中其增长量越来越小，很大程度上是由于更加便利的产品的出现导致的，其中就包括肉类和家禽类产品，其销售额预计在2008年可以达到5000万美元，而这类产品在1998年的销售额仅有1100万美元。出现这种情况的因素主要有三种：首先，现在越来越多的年轻人没有时间把精力放在厨房，而且这种情况短时间内无法消除；其次，就业问题和现代人的生活方式使得他们更加没有时间可以在家做饭；最后，随着生育高峰时期的一代人的老去，他们对于花时间在一顿饭上的兴趣正在逐渐减退（2004年包含肉类的零售业关注的重要环节）。所以现在食品制造商们的技术发展已经完全以人们的需求为方向了。

3.2技术发展案例

在满足消费者对于便利性的需求方面，食品和饮料行业有着非常显著的例子。坎贝尔公司为了满足消费者对于便利性的需求设计了一条产品生产线（Soup at Hand），他们生产的这种汤罐头不需要开罐器，也不需要勺子，这就已经省去了普通汤罐头的两个程序，而且这种罐头还设计成能够适应汽车架的形状。然而，即使是这样便利的设计依然没能赶得上最新的自加热罐头（2004年4月）。这种最新的罐头其罐体有两层，在两层中间是碎石灰，消费者想要加热罐头的时候，只需按下一个按钮就能将水释放到碎石灰中，实现罐头的自加热。这种产品已经在美国上市。虽然很难预测以后人们对便利性的需求是怎样的，但是这却给了我们食品生产商一个发展方向，即尽力去满足消费者对于便利性的需求。

在肉类行业预包装也在不断发展当中。就咖啡来说，传统的包装现已被利乐包装所取代（Burn，2004），这种可回收的砖形设计无论是对经销商还是消费者都是一个很好的设计，而且这种利乐包不需要开瓶器，据推测这种可回收的砖形包装很快将取代现有的一些包装。虽然利乐包是包装设计中一个巨大的进步，但是其不能用于微波炉加热，而采用新型材料的楔形包装却能适用于微波炉加热（Burn，2004）。这种楔形包将包装材料中的铝用二氧化硅所替代了，这样使得其能够用微波炉进行加热。

目前全熟类产品需要提高其便利性，大多数的熟食都采用热塑性薄膜进行真空包装，然后进行二次包装后销售给消费者。这种包装设计有很多可以改进的地方，比如它通常需要一个利器来撕开主包装，此外其二次包装通常需要两个额外的组件来进行。简化包装（Parlin，2004）的发展改变了这种情况，这种包装方法可以在100℃以下进行加工，可以在不采用任何工具破坏原有产品的情况下直接使用微波炉进行加热，并且包装封口为了便于使用微波炉进行加热而采用自通风材料。

包装材料将会向着可回收、可在微波炉或常规炉中重复加热发展。肉类包装需要加强其在各种方式下的可加热性来体现其便利性，这种便利性已经在慢慢实现并且在向着更高程度发展。最近在这方面的主要成就是一种新型包装薄膜，这种薄膜结构使产品在微波炉和常规炉中均可加热（方便使用微波炉的消费者，2004）。这种材料通过结晶聚对苯二甲酸乙二醇酯（CPET）和非晶聚对苯二甲酸乙二醇酯（APET）复合而成，该复合结构能够适应两种加热形式，还能够用于冷藏的产品。这种包装薄膜结构将会随着市场高品质、高便利性的需求而不断发展。

1. 经济因素对肉类包装的影响

4.1材料成本

在准备这篇论文的时候，原油的价格在50美元/桶左右波动。石油的价格上涨对于制造业来说并不是什么新鲜事，但是如果石油需求的基本点发生了改变，那就会出现问题。这种经济形势上的转变将会以一系列的方式影响市场，包括包装材料价格。据DeMarrais（2004）报道，Sealed Air公司去年塑料树脂原料成本增加了6-8%，还指出其2003年下半年聚乙烯的成本增加了20%。就传统意义上来说，像生物材料这类产品很难在以石油为基础的包装材料市场取代石油，原因是其功能有限，更重要的是其经济性无法与以石油为基础的材料相抗衡。但是，正如前文所述，如果石油价格的上涨已经成为必然的话，新型材料终将得到发展，并且就经济性方面来说具有可行性。

4.2培训工人进行销售

上文中已经提到美国的鲜肉集合包装量一直在增长，这一增长对肉类产品制造业的主要影响是对高级技工的需求量的减少，过去的学徒培养模式已经不适用了，现在很少有技工学校教授基本的肉类加工制作技术。鲜肉集合包装的需求还将不断增长，这是我们必须面对的现实，此外，零售业的运营时间不断向着24小时全天服务发展，对于鲜肉的预包装的需求也将不断增长。

本文不打算深入探讨传统的包装模式，因为在过去这类包装已经被很广泛地讨论过了，这里我们将重点关注那些有可能使美国的鲜肉预包装以比过去4-5年的发展还要快的速度增长的改革和技术。

4.3新经济条件下的技术案例

4.3.1材料创新

食品包装的突破性创新是由Biota公司（美国, Telluride, CO）的一种瓶装水所使用的混合材料开创的（Lingle，2005），这种材料就是聚乳酸。这种由谷物合成的可再生的聚乳酸被称为天然聚乳酸（Cargill Dow, Minnetonka, MN），该材料首先被使用在短时间的冷藏上（大量生产于2004年4月份，应用于大部分餐饮零售部门以及微波加热便利包装）。

虽然聚乳酸的应用是有限的，但是这却是取代石油材料的关键一步。Lingle（2005）指出这种材料的成本与当前传统的塑料树脂材料的成本相差无几，而且这种材料与传统聚乙烯材料相比可以在更低的温度下进行机械包装。

4.3.2低氧鲜肉包装

通过上述美国的鲜肉包装发展趋势可以看出，日后在鲜肉包装上将会有更大的变动。在过去的5-10年里，红肉类产品的基础设计并没有太大变动，大多都在高氧环境（约80%氧气）下使其成熟，保持至少20%的二氧化碳含量来防止微生物滋生，无论这些气体是主包装内还是外包装内，基本技术在许多年里一直都没有变化，很多的大型销售商都将这种技术融入其生产线当中作为保质手段。低氧包装已经开始在美国开始投入使用，但是其使用程度并没有高氧包装广泛，而真空包装在很多情况下依然是最具有成本效益的包装方法。最近真空包装的创新在于将收缩薄膜应用在卧式成型充填封口机上 (Salvage amp; Lipsky, 2004)，这项技术的主要缺点之一就是收缩薄膜消耗过多，而且在包装上易起褶皱。除此之外，这项技术在传统充填包装和真空袋包装上都展现出了不少的优点，所以这项技术必将继续发展。

Merriman, DelDuca,Luthra以及Goulette (2003)使用了一种可以取代现有高氧包装的低氧包装技术，这项技术在进行二次包装时会在采用非PVC材料包裹的主包装外填充少量的一氧化碳（CO＜0.4%）。这项全新技术的亮点在于其首次将一氧化碳用于二次包装，而且该技术在2002年已经获得了美国食品药品监管局的使用许可。

1985年挪威就有过在鲜肉包装中使用一氧化碳的方法了(Sorheim, Nissen, amp; Nesbakken, 1999)，当时美国表示这种方法可以防止肉变质。2004年美国对这项技术进行了研究，研究表明低含量的一氧化碳并没有防止肉类的变质。衡量是否变质的指标是由食品的颜色、气味和口感决定的，美国食品药品监管局的研究表明虽然一氧化碳可以防止食品颜色的变化，但是并不能防止其气味和口感方面的变化。所以结论是低含量的一氧化碳无法抑制食品中微生物的滋生(Sorheim et al., 1999）。

美国这种在肉类包装中使用一氧化碳的技术是一个重大的突破，这将使包装产品的保质期足够长，从而使得销售区域更加广泛，此外低氧包装的一大好处是可以提高消费者的膳食质量（减少了因氧化而产生的酸味）。这将使美国肉类企业拥有更多的销售商，更加简化的包装技术以及对工人需求的减少。对于真空包装和其他的低氧包装，卫生和温度的控制是至关重要的，这直接影响到产品的质量，而通过使用一氧化碳不仅可以保持食品原有的色泽度，还能为消费者提供更好的口感和味道。

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