提高多糖類可食性膜機(jī)械性能的研究進(jìn)展

高丹丹，江連洲，*，張 超，馬 越，趙曉燕

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱150030; 2.北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心，北京100097)

提高多糖類可食性膜機(jī)械性能的研究進(jìn)展

高丹丹1，江連洲1，*，張 超2，馬 越2，趙曉燕2

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱150030; 2.北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心，北京100097)

多糖類可食性膜的機(jī)械強(qiáng)度強(qiáng)于蛋白類可食性膜，但是還不足以應(yīng)用到食品包裝中。影響多糖類可食性膜機(jī)械性能的主要因素有成膜原料中各組分性質(zhì)、制膜工藝以及貯藏條件等?？赏ㄟ^(guò)添加增塑劑、交聯(lián)劑和改進(jìn)成膜工藝，來(lái)提高多糖類可食性膜的機(jī)械性能。

多糖，可食性膜，機(jī)械性能

可食性包裝膜是以可食性生物大分子物質(zhì)為主要基質(zhì)，輔以可食性的增塑劑，通過(guò)一定的處理工序使各成膜劑分子間相互作用，使之在干燥后形成一種具有一定力學(xué)性能和選擇透過(guò)性結(jié)構(gòu)致密的薄膜［1］?？墒承阅つ芡ㄟ^(guò)防止氣體、水分和油脂等的遷移來(lái)保持食品的質(zhì)量，延長(zhǎng)貯藏期。它還可以作為食品風(fēng)味料、營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑、抗氧化劑、抗微生物制劑的載體，改善食品品質(zhì)和感官性能［2］。由于塑料包裝使用后的廢棄物以及對(duì)包裝食品的風(fēng)味影響，使得塑料包裝向可食性包裝發(fā)展是一個(gè)必然趨勢(shì)。可食性膜按其基質(zhì)大致可分為多糖類可食性膜、蛋白質(zhì)類可食性膜、類脂可食性膜、微生物共聚酯可食性膜以及復(fù)合型可食性膜。其中多糖類可食性膜來(lái)源廣泛、阻油好、機(jī)械性能高，且較蛋白膜透明等優(yōu)點(diǎn)，但是多糖膜機(jī)械性能的強(qiáng)度還不足以應(yīng)用到食品包裝中，機(jī)械性能亟待提高，本文主要介紹提高多糖類可食性膜機(jī)械性能的方法。

1 多糖類可食性膜的成膜特性

多糖類可食性膜以動(dòng)、植物多糖和微生物多糖為主，常用的有淀粉膜、改性纖維素膜、動(dòng)植物膠膜、殼聚糖膜、魔芋葡甘聚糖膜、褐藻酸鈉膜及微生物多糖膜等。這類膜通常具有良好的機(jī)械性能和透明度。多糖膜依靠分子間氫鍵、分子內(nèi)氫鍵和多糖特殊的長(zhǎng)鏈螺旋分子結(jié)構(gòu)，使其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，但它們都屬親水性聚合物，阻濕性不好，導(dǎo)致該類膜在較高的濕度環(huán)境下容易吸潮而發(fā)黏，而且熱封性也較差，機(jī)械性能也有待提高，這些是限制多糖可食性膜應(yīng)用的重要因素［3］。

2 提高多糖類可食性膜機(jī)械性能的方法

2.1 改變多糖類可食性膜的組成

2.1.1 添加增塑劑 對(duì)膜的柔韌性影響最大的是分子量和分子結(jié)構(gòu)。膜的抗拉強(qiáng)度隨著分子量的降低而增加，但是隨著分子量進(jìn)一步的減少抗拉強(qiáng)度降低，斷裂延伸率則呈相反的趨勢(shì)［4］。為此，添加適量的小分子增塑劑可以降低聚合物的分子量。

Guadalupe等［5］分別以果糖、甘油、山梨醇和聚乙二醇為增塑劑添加到褐藻酸鈣膜中，甘油塑化的膜抗拉強(qiáng)度和斷裂延伸率值最高，故甘油是最適合褐藻酸鈣膜的增塑劑，其中抗拉強(qiáng)度隨甘油含量的增加而降低，而斷裂延伸率隨甘油含量的增加而增加。Jia等［6］對(duì)魔芋葡甘聚糖－殼聚糖－大豆分離蛋白可食性膜，Carmen等［7］對(duì)纖維素－淀粉復(fù)合膜以及Li等［8］對(duì)魔芋葡甘聚糖－明膠膜進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，甘油能提高膜的機(jī)械性能。Eleana等［9］指出以山梨醇塑化的普魯蘭多糖膜的楊氏模數(shù)增大，抗拉強(qiáng)度增強(qiáng)，但是斷裂延伸率驟降。Abdorreza等［10］將西米淀粉膜分別添加山梨醇、甘油以及山梨醇－甘油不同的混合比為塑化劑，研究表明:山梨醇塑化的機(jī)械性能好于甘油，而山梨醇－甘油以3∶1混合塑化膜時(shí)具有最高的機(jī)械性能。所以有時(shí)復(fù)合增塑劑對(duì)于膜機(jī)械性能的改善優(yōu)于單一增塑劑的使用效果。

2.1.2 添加交聯(lián)劑 目前應(yīng)用在多糖膜上的交聯(lián)劑大多以鈣交聯(lián)、戊二醛交聯(lián)、環(huán)氧丙烷交聯(lián)和酶交聯(lián)為主，其中鈣離子交聯(lián)應(yīng)用的效果最為顯著，Huang等［11］對(duì)水性聚氨酯和羧甲基瓜爾多膠進(jìn)行鈣離子交聯(lián)，交聯(lián)前復(fù)合膜的抗拉強(qiáng)度為11.6MPa，交聯(lián)后達(dá)到56.5MPa;而斷裂延伸率交聯(lián)前為1201.6%，交聯(lián)后驟降10.1%。Mariana等［12］研究了鈣離子交聯(lián)的藻酸鹽和果膠復(fù)合膜，交聯(lián)前復(fù)合膜的抗拉強(qiáng)度和斷裂延伸率分別為39.7MPa和2.1%，交聯(lián)后達(dá)到61.5MPa和19.8%。這可能是因?yàn)閮煞N聚合物和鈣離子螯合物之間產(chǎn)生了強(qiáng)烈的氫鍵，使得機(jī)械性能顯著提高。

2.1.3 采用復(fù)合膜 成膜材料的選擇主要是依據(jù)目標(biāo)食品的生理生化特性，選擇合適的膜材料，并且輔以適合的增塑劑復(fù)配成膜，這樣不僅可以強(qiáng)化膜的機(jī)械性能，而且還能提高膜的其它特性，如阻水性、阻油性、熱封性以及抑菌性?？梢罁?jù)可食性膜機(jī)械性能的參數(shù)，來(lái)挑選多種多糖復(fù)合成膜，也可以添加蛋白類原料進(jìn)行復(fù)配成膜，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，充分發(fā)揮兩類膜的優(yōu)勢(shì)，提高膜的適用性。可食性膜的機(jī)械性能參數(shù)見表1。

表1 可食性膜的機(jī)械性能參數(shù)表Table 1 Parameter of edible film mechanical properties

Carmen等［7］將纖維素添加到淀粉膜中，與不含纖維素的淀粉膜(6.7MPa)相比，復(fù)合膜的抗拉強(qiáng)度增加了18倍，并且水蒸氣透過(guò)比降低。

Li等［8］研究了魔芋葡甘聚糖－明膠膜，復(fù)配之后的膜其抗拉強(qiáng)度和斷裂延伸率能達(dá)到60.4MPa和25.7%，比純的魔芋葡甘聚糖膜的抗拉強(qiáng)度和斷裂延伸率都增加了16.7%，并且在保持機(jī)械性能和透明度的同時(shí)，提高了膜的熱封性和降低了膜的水蒸氣透過(guò)比。

Babak等［13］研究指出純淀粉膜的極限抗拉強(qiáng)度是6.6MPa，將羧甲基纖維素添加到改性淀粉中后，其抗拉強(qiáng)度增加到16.1MPa，增加了約59.2%，并且斷裂延伸率沒有降低，為65.6%，同時(shí)降低了復(fù)合膜的水蒸氣透過(guò)比。

Lu等［14］將魔芋葡甘聚糖與聚二甲基二烯丙基氯化銨混合，制備的復(fù)合膜抗拉強(qiáng)度和斷裂延伸率能達(dá)到106.5MPa和32.0%，比純魔芋葡甘聚糖膜的抗拉強(qiáng)度提高了39.5%，斷裂延伸率提高了81.2%，且可以抑制枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌和大腸桿菌。

2.2 多糖類可食性膜成膜工藝的優(yōu)化

多糖類可食性膜可通過(guò)調(diào)整膜液濃度、成膜的原料比和塑化劑的類型與含量，最后澆鑄成膜。成膜溶液在酸溶液介質(zhì)中穩(wěn)定性較好，所以有時(shí)需要對(duì)膜液進(jìn)行酸修飾。Cheng等［4］將鹽酸溶液添加到魔芋葡甘聚糖膜液中，結(jié)果表明，隨著鹽酸的逐漸添加，膜的彈性模量和抗拉強(qiáng)度逐漸增加;其斷裂延伸率是相反的變化趨勢(shì)。Jia等［6］研究發(fā)現(xiàn)成膜溶液的pH控制在3或4時(shí)，魔芋葡甘聚糖－殼聚糖－大豆分離蛋白膜的機(jī)械強(qiáng)度最高。另外膜液均一性直接影響成膜后膜的機(jī)械性能，所以需要對(duì)其進(jìn)行攪拌均質(zhì)。攪拌均質(zhì)會(huì)使膜液產(chǎn)生過(guò)多的氣泡，氣泡的存在會(huì)使膜的機(jī)械性能降低，所以需要對(duì)膜液進(jìn)行脫氣處理。在用于食品包裝之前一般需要對(duì)膜進(jìn)行表面滅菌，有時(shí)表面輻照也能增加膜的機(jī)械性能。Li等［15］研究表明γ－射線能提高魔芋葡甘聚糖－殼聚糖膜機(jī)械性能，使其抗拉強(qiáng)度達(dá)到111.3MPa，斷裂延伸率為10.8%。

3 結(jié)論

多糖類可食性膜因其透明度高、阻油好，且機(jī)械性能和感官評(píng)價(jià)較好，所以一直是研發(fā)的熱門。但是成膜后，環(huán)境相對(duì)濕度、貯存時(shí)間和貯存溫度都會(huì)對(duì)膜機(jī)械性能有一定程度的影響，限制了膜在食品包裝上的應(yīng)用。所以需要開發(fā)多種多糖復(fù)合膜或與蛋白復(fù)合成膜，并添加具有防腐與保鮮作用的天然可食性防腐劑，在強(qiáng)化膜機(jī)械性能的同時(shí)，改善阻水性、阻油性、熱封性以及抑菌性，這對(duì)可食性膜的商品化應(yīng)用有重大的現(xiàn)實(shí)意義和良好的應(yīng)用前景。

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Research progress on improving mechanical properties of edible polysaccharides film

GAO Dan－dan1，JIANG Lian－zhou1，*，ZHANG Chao2，MA Yue2，ZHAO Xiao－yan2
(1.Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China; 2.Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Vegetable Research Center，Beijing 100097，China)

The mechanical properties of edible polysaccharides film were superior to edible proteins film，but its mechanical properties were not enough to apply in food packaging.The main factor affecting the mechanical properties of edible polysaccharides film，including components of film－forming liquid，filming technology and storage conditions that were described.The mechanical properties of edible polysaccharides film could be improved by modifying filming process and the addition of plasticizer and cross－linking agent.

polysaccharide;edible film;mechanical properties

TS201.2+3

A

1002－0306(2012)06－0432－03

2011－04－12 *通訊聯(lián)系人

高丹丹(1986－)，女，碩士研究生，研究方向:糧食、油脂與植物蛋白工程。