蛋白基可食性包裝薄膜的研究進展及其在食品包裝中的應用

張紅霞　成培芳

摘要:本文論述了蛋白基可食性包裝薄膜的研究進展及其在食品包裝領域中的應用。并對其存在的問題和發(fā)展趨勢作了簡要的闡述。

關鍵詞:蛋白質;可食性薄膜;食品包裝;應用;發(fā)展趨勢

Abstract: This paper summarized the research progress of a kind of edible packaging film based on protein, and the application of it in the food packaging fields was discussed. Besides, the problems existed and development trend was expound.

Key words: Protein; Edible films; Food packaging; Application; Development trend

1. 前言

隨著現(xiàn)代食品工業(yè)的飛速發(fā)展,食品包裝出現(xiàn)了一場新的革命,一種能完善解決包裝材料與環(huán)境保護之間矛盾的新型食品包裝技術材料—可食性包裝材料脫穎而出?？墒承园b材料是一種可以作為食品成份直接食用的特殊包裝材料,其中應用和研究最廣泛的是可食性包裝薄膜?？墒承员∧な且蕴烊豢墒承晕镔|(如多糖、蛋白質等)為原料,通過不同分子問相互作用而形成的具有多孔網(wǎng)絡結構的薄膜。人們很早就采用天然的可食原料來包裝食物,如使用動物腸衣來包裝制作香腸、用豆?jié){煮沸后凝結的豆腐衣來包裹餡料、用糯米紙來包裝糖果等。塑料薄膜的興起很大程度上取代了這些天然的材料。但隨著全球環(huán)保意識的日益增強,人們把目光又重新注視到這些以可消化的蛋白質、脂肪和淀粉為基料制成的一種不影響被包裝食品風味的透明的食品包裝薄膜的研究上來了。與其他可食性包裝薄膜相比,由于無論動物蛋白還是植物蛋白都可以作為可食膜的原料,蛋白質本身又是人體必需的營養(yǎng)成份,安全性好,因此,蛋白基可食性包裝薄膜以其其獨特的優(yōu)勢而在食品包裝領域備受青睞。近三十年來,世界各國在蛋白基可食性包裝薄膜的研究上取得了很大的進展,美國南卡羅來納州克雷姆遜大學研制的谷類薄膜,以玉米、大豆、小麥為原料,將玉米蛋白質制成紙狀,用于香腸等食 品的包裝,使用后可供家禽食用,或作肥料。美國“納蒂克開發(fā)的膠原薄膜,采用動物蛋白膠原制成,具有強度高、耐水性和隔絕水蒸氣性能好等特點,解凍烹調時即溶化可食用,用于包裝肉類食品不會改變其風味。[1]此外,還有一些可食性蛋白膜種類,如牛奶蛋白膜、酪蛋白膜、玉米醇溶蛋白膜,以及最新研制成功的具有抗菌功能的可食性包裝等,如在玉米醇溶蛋白或大豆蛋白單膜中添加溶菌酶等抑菌成分,可控制食品中病原菌的生長和由微生物引起的食品腐敗。

我國在采用膠原蛋白原料制作腸衣上已經(jīng)有商品上市,用于包裝肉類制品方面取得了很好的效果。蛋白基可食性包裝薄膜的應用也越來越廣泛,除了其適應環(huán)保、生態(tài)的需求外.它同時迎合了現(xiàn)代消費快捷方便的趨勢。當然目前蛋白基可食性包裝薄膜還存在著阻隔性、加工性、機械強度、保護功能性方面都比塑料薄 膜差、成本高等不足之處,但隨著研究開發(fā)的深人,加工工藝的改進,相信蛋白基可食性包裝薄膜將會有更大的發(fā)展。本文就蛋白基可食性包裝薄膜的有關研究進展和在食品包裝領域的應用作一簡述。

2. 蛋白基可食性包裝薄膜的研究進展

以蛋白質為基質的可食性包裝膜主要有大豆分離蛋白膜、玉米醇溶蛋白膜、小麥面筋蛋白和乳清蛋白膜等。

2.1 大豆分離蛋白可食性包裝膜(ISP)

這種包裝膜是由美國農(nóng)業(yè)研究局南部地區(qū)研究中心弗雷德里克?F?施等研究開發(fā)成功的。它具有許多優(yōu)點,既能保持水分,又能阻止氧氣進入,還能確保脂肪類食品的原味。食用后營養(yǎng)價值很高,同時易于處理,完全符合環(huán)保要求。利用大豆提煉的蛋白質,制造出類似塑料的薄膜原料,與甘油、山梨醇等對人體無害的增塑劑相混合,可制成有著多種用途的可食性包裝膜用于食品包裝,它們具有良好的強度、彈性和防潮性,有的還具有一定的抗菌消毒能力[2]。近年來對大豆分離蛋白研究較多,王若蘭(2000)的研究表明,pH值是影響蛋白質成膜質量的關鍵因素,大豆分離蛋白制膜液的pH值應控制在8,小麥面筋蛋白應控制在5[3]。大豆分離蛋白的各項性能均優(yōu)于小麥面筋蛋白。G.L.Brandenburg比較了ISP與堿處理大豆分離蛋白(ATISP)的透水性 ,由ATISP-甘油(ATISP:甘油-5:3)形成的膜在成膜性能、透明程度、均勻性及外觀上都優(yōu)于由ISP一甘油(ISP:甘油一5:3)所形成的膜,但是兩者的透水率接近。Genna—dios報道了不同pH條件下ISP膜的透水性[4],在pH6～12之間,ISP一甘油(ISP:甘油=5:3)膜的成膜性能好但透水率較高。見表4. Krochta認為蛋白質膜(如面筋蛋白膜與玉米醇溶蛋白膜等)與多糖膜(如HPMC.MC及HPC膜等)的透水性基本相同或比多糖膜的透水性略高,但是蛋白質膜的透氧性卻相當?shù)?。對ISP的透氧性研究也很少。

Brandenburg的研究表明,ISP具有較低的透氧率(見表3),約比面筋蛋白膜的透氧率低72 ～85%[5] ,比多糖基質膜(如CMC及其衍生物)低200倍左右,與包裝材料相比ISP膜的阻氧率是它們(如LDP或HDPE)的325～1750倍。

2.2小麥面筋蛋白可食性包裝膜(WGF)

小麥面筋蛋白膜柔軟、牢固,阻氧性好,但阻水性和透光性差。Wall、Okamoto、Krill對小麥面筋成膜基礎和工藝進行了深入的研究。AydtW和Wetter發(fā)現(xiàn),使小麥面筋蛋白溶于乙醇,加入甘油、氨水等作為增塑劑制得可食性包裝膜。該類膜韌性較強、透明性好,具有良好的隔絕氧氣和CQ能力,但防潮防濕性仍較差。小麥面筋蛋白膜在果蔬包裝中很少使用。

2.3玉米醇溶蛋白可食性包裝膜

醇溶蛋白是由平均分子量為25000～45000的蛋白質組成的混合物,由于醇溶蛋白的氨基酸末端帶有亮氨酸、丙氨酸、脯氨酸等非極性憎水基團,增加了其疏水能力。Aydt和Kaning將醇溶蛋白溶于乙二醇或異丙醇溶液,以甘油、丙二醇或乙酰甘油作增塑劑制得可食性包裝膜。醇溶蛋白可食性包裝膜具有成膜速度快、高溫高濕下貯藏穩(wěn)定、可靠的安全性、對氧氣和CO2隔絕性和防潮性極好等特點。Park等(1994)將玉米醇溶蛋白、甘油、檸檬酸溶解于95%乙醇中,對轉色期番茄涂膜,在21C、相對濕度55%～65%條件下貯存。結果表明,涂膜厚5～15um番茄后熟延遲6d,無不良影響,涂66um厚的番茄發(fā)生無氧呼吸[6]。

2.4 乳清蛋白可食性包裝膜

乳清蛋白最近幾年才被用作可食性包裝膜的基質材料。乳清蛋白中含量最多的?！榘椎鞍缀蚿—乳球蛋白分散度高、水合力強,呈典型的高分子溶液狀態(tài)。以乳清蛋白為原料,甘油、山梨醇、蜂蠟、CMC等為增塑劑研制的各種

乳清蛋白可食性包裝膜具有透水、透氧率低,強度高的特點。

3. 蛋白基可食性包裝薄膜在食品中的應用

3.1 在油性食品包裝中應用

這種包裝主要以大豆蛋白為原料,目前主要產(chǎn)品為薄膜包裝材料。利用從大豆中提煉出來的蛋白質,加入甘油,山梨醇等對人體或動物無害的增塑劑和成膜劑等,通過流延等方法制成類似于塑料薄膜狀的可食性包裝材料。此種包裝薄膜具有良好的防潮性,彈性和韌性,強度較高,同時,還有一定的抗菌消毒能力,對于保持水分和阻止氧所滲入,防止內容物的氧化等均有較好的效果。這種包裝材料用于含脂肪較高的油性食品時,能保持食品的原味,是一種較理想的油性食品包裝材料,可做成腸衣、豆腐衣、肉類包裝外皮等。

3.2 在水果、禽蛋類食品包裝的應用

這類包裝材料主要以從玉米中提取到的蛋白質為主要原料制得的,主要產(chǎn)品有包裝薄膜,包裝板材和液體膜3種。包裝薄膜是把玉米蛋白拌入增塑劑與脫膜劑后,再經(jīng)特殊工藝制成類似于合成高分-Y-i膜一樣的包裝薄膜。具有很好的防潮、阻氧、保香和防水效果,可用來包裝大米、爆米花,涂膜雞蛋、番茄,還可與紙等復合,制作可食性紙杯、紙盒等。包裝板材是在玉米蛋白原料中加入紙漿纖維或其他纖維,再經(jīng)擠出或類似于造紙工藝的方法制成具有一定剛性和挺度的薄型板材,也稱玉米蛋白包裝紙。它具有較好的耐熱性和防油效果,可用于多種水果、禽蛋類生鮮食品的包裝,但其用后只能供家畜作飼料,而不能供人食用。液體包裝膜(涂層或涂料)是將玉米蛋白改性制成,具有較好的成膜性、耐熱性,能與其他材料產(chǎn)生較好的親合性,可作為食品包裝材料的內層涂料,或直接涂覆在水果、禽蛋等食品表面,達到保鮮和防滲透的目的。

3.3 在冷凍食品包裝中的包裝

可食性冷凍食品包裝主要用乳清蛋白、小麥面筋蛋白為材料。乳清蛋白是清蛋白的一種,極易溶于水,用它制取可食性包裝材料時,還應加入甘油,山梨醇、蜂蠟等增塑劑。乳清蛋白可食性包裝材料多制成薄膜狀,具有透氧率低,強度高,可攜抗氧載體,機械破碎防護性好等特點,可用于制作袋裝凍雞丁、凍魚。小麥面筋蛋白可食性包裝材料主要是以小麥粉提取的蛋白質為原料取的,把小麥粉中的淀粉提取后,剩下的的幾乎都是蛋白質,這此蛋白質主要是麥膠蛋白和麥谷蛋白。制作包裝薄膜時主要以麥膠蛋白為主,利用它的延伸性、彈性、韌性等性能,將面筋蛋白溶于乙醇,再加入甘油、氨氣等增塑劑,最后通過流延等工藝制得。這種包裝薄膜具有較好的韌性、良好的隔絕氧氣和二氧化碳氣體的能力,呈半透明狀。但其防潮防濕必較差,多用于冷凍食品的包裝。

3.4 在焙烤食品中的應用

蛋白可食性包裝膜還可作增進焙烤食品外觀的光滑層。例如,小玫谷蛋白膜就可取代傳統(tǒng)的雞蛋膜,這種小玫谷蛋白膜可避免由生雞蛋引起的微生物問題和起到防止水分損失的阻隔性。 將殼聚糖或玉米醇溶蛋白膜液涂敷在面包表面,可以防止面包失水而干裂。

3.5 在肉制品加工與保鮮中的應用

在肉制品加工與保鮮中的應用,膠原蛋白膜是最成功的工業(yè)應用例子,在香腸生產(chǎn)中膠原蛋白膜已經(jīng)大量取代天然腸衣(除了那些較大的香腸需要較厚的腸衣外)。另外,大豆蛋白膜也可用于生產(chǎn)腸衣和水溶性包裝袋。乳清蛋白膜涂敷在大鱗大麻哈魚上,可以減少其在冷凍貯存期間的過氧化物值,從而提高了保藏品質[7]。有實驗表明,

用膠原蛋白包裹肉制品后,可以減少汁液流失、色澤變化以及脂肪氧化,從而提高了保藏肉制品的品質。

4. 存在的問題以及前景展望

近年來,在西歐發(fā)達國家,過去風行一時的塑料食品包裝袋已逐漸被新型的紙質包裝袋和可食性包裝袋所代替。世界食品出口大國意大利1991年明確宣布禁止塑料食品包裝袋的使用。英國從1991年開始使用一種可食用、薄而透明的薄膜保鮮果蔬。德國、瑞士、澳大利亞等國也正逐漸淘汰塑料食品包裝袋。我國也在“九五”期間實施了“綠色包裝”工程?？墒承园b膜特有的阻隔性和安全性、無環(huán)境污染等優(yōu)點使其具有廣闊的開發(fā)前景。

但可食性包裝膜在商業(yè)的應用還不夠廣泛,還不能取代合成高分子塑料薄膜。由于天然的蛋白基可食性包裝薄膜具有親水性,阻濕性能也有限。而且,其抗拉強度不足,耐高溫能力差。另外,還不能同時滿足包裹性、感官特性、微生物穩(wěn)定性和經(jīng)濟性的要求。因此,要實現(xiàn)天然的蛋白基可食性包裝薄膜的工業(yè)化生產(chǎn)和實際商業(yè)應用,研究人員在提高膜的性能和實用性方面還需要做大量的工作。例如我們可以將蛋白質和脂類、多糖類共混,并通過改進加工工藝,提高材料的物化性能,如氣密性、透光性、耐腐性、可保鮮性、抗老化性能等,相信預計在不久的將來,該膜將會廣泛地用于果蔬、飲料、方便食品、快餐、糕點、動物性食品以及各類軟罐頭食品的包裝上。在食品、工業(yè)、醫(yī)藥、化妝品生產(chǎn)和其它方面也具有廣泛的應用前景。

參考文獻:

[1] 美日食品包裝技術新趨勢.包裝與食品機械[J].2003, 2l(3):27-29

[2] 羅學剛.國內外可食性包裝膜的研究進展[J].中國包裝,1999,(5):102-103

[3] 朱中亮.可食性膜的氧氣阻隔性[J].臺灣食品工業(yè),2000,(7):3-7

[4] Gontard N.et a.Edible composite films of wheat gluten and lipids;Water vapor permeability and other physical,properties[nter~tinto1 J1 Food Sci,Technology l994,99:39-50

[5] Gammadions A,et.a L.Effect pH on Properties Wheat Gluten and soy Protein Isolate films J.Agric Food Chem. l993,41:1833-1839

[6] 朱浙輝.可食性包裝膜的研究進展和應用[J].食品研究與開發(fā),2004,25(3)

[7] 王海鷗.可食性膜及其在食品工業(yè)中的應用[J].食品與機械,2002,(5)

[8] 陳秀芳,許時嬰 王璋.可食用膜在果蔬貯藏與保鮮中的作用[J].無錫輕工大學學報1997,(2)