可食性包裝膜及其制備工藝優(yōu)化研究

蔣春啟+周然

摘要：塑料包裝帶來的環(huán)境污染問題引起了食品包裝研究人員的重視，可食性包裝膜由于其綠色安全，成本低廉等特性成為近年來取代塑料包裝的研究熱點之一?？墒承园b膜主要采用可食性生物聚合物和食品級添加劑制成，主要通過阻止氣體、水氣和溶質(zhì)的遷移，添加抗氧化、抑菌性物質(zhì)等提高食品質(zhì)量，保護食品免受物理、化學(xué)和生物的破壞，從而延長食品貨架期。對關(guān)于可食性包裝膜的介紹、分類、制備工藝優(yōu)化等方面的研究進(jìn)行綜述，為可食性包裝膜的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：可食性包裝膜；分類；制備工藝優(yōu)化

中圖分類號：TS206.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）21-4119-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.21.031

Research on Edible Packaging Film and Its Preparation Process Optimization

JIANG Chun-qi，ZHOU Ran

（College of Food Science and Technology，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306，China）

Abstract： As the growing social and economic consequences of pollution caused by plastics， edible packaging films have become one of the hot spots instead of plastic packaging because of its green， safe and low cost in recent years. Edible films are produced from edible biopolymers and food-grade additives. They can enhance the quality of food products， protecting them from physical， chemical， and biological deterioration， finally extend the shelf life， mainly through the prevention of gas， water vapor and solute migration， adding antioxidant， antibacterial substances. The recent literatures on edible films were summarized， and the classification of edible films and the optimization of preparation technology were reviewed. The reference was provided for the application of edible packaging film.

Key words： edible packaging film； classification； preparation progress optimization

隨著時代發(fā)展，社會進(jìn)步及人類生活水平的提高，消費者對品質(zhì)高、保質(zhì)期長、自然新鮮食品的需求日益增加。為了延長貨架期，各類存貯包裝技術(shù)被大力發(fā)展，如通過氣體調(diào)節(jié)或溫度控制貯藏，再進(jìn)行傳統(tǒng)包裝，如紙質(zhì)包裝或塑料包裝。在注重低碳環(huán)保的今天，綠色包裝越來越得到社會的重視[1]?？墒承园b膜是近年來研究廣泛的一類綠色包裝，同時也是一種通過溫度和相對濕度結(jié)合管理來延長采后壽命的技術(shù)[2]。由于可食性包裝膜很好地解決了保鮮、環(huán)保、包裝的問題，因此它的研究與應(yīng)用也越來越廣泛[3]。本研究就可食性包裝膜的介紹、分類及制備工藝的優(yōu)化進(jìn)行綜述，以期為這方面的研究提供參考。

1 可食性包裝膜的簡介

可食性包裝膜是一類包裹在食物表面，可食用的薄膜材料?？墒承员∧ぐ寡趸瘎⒁志鷦?，可為食品提供水分、氧和溶質(zhì)運動的屏障，從而產(chǎn)生更好的保存質(zhì)量[4]?？墒承园b膜的優(yōu)點包括成本低（比塑料包裝成本高很多）、提供水分和氣體交換的部分屏障、提高機械處理性能（大部分可食膜需要添加增塑劑甘油等提高機械性能，尤其是淀粉類膜），有利于保持結(jié)構(gòu)的完整性，并保留揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。

2 可食性包裝膜的結(jié)構(gòu)材料

根據(jù)可食性包裝膜的結(jié)構(gòu)材料可將其分為蛋白質(zhì)、多糖、脂質(zhì)和復(fù)合類。這種結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點在于它們可生物降解[5]?？墒承园b膜是可以吃的膜，所以在可生物降解方面不在闡述。為了提高可食性包裝膜的機械性能，增塑劑（如甘油、山梨糖醇、單酸甘油酯、聚乙二醇、葡萄糖等）會被添加到膜液中。

2.1 蛋白質(zhì)類

蛋白質(zhì)分子在溶液里被卷曲，結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，加入添加劑后，提高分子間相互作用，并促進(jìn)新的二硫鍵形成，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，此時在一定條件下可以獲得具有一定強度和阻隔性的薄膜[6]。

2.1.1 膠原蛋白膜 膠原蛋白多存在于動物的皮、韌帶、軟骨、肌腱及其他結(jié)締組織中，國內(nèi)資源豐富。膠原蛋白是由甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸等19類氨基酸形成的天然蛋白質(zhì)。膠原蛋白具有較好的生物降解性、相容性以及較低的抗原性[7]。

膠原蛋白膜能夠阻止油、水、氧氣的進(jìn)入；能夠攜帶抗菌劑及抗菌載體，被廣泛應(yīng)用在包裝酸奶、肉制品和食品配料中；也可制成腸衣，用于凍肉、香腸；制成包裝袋，包裝膠囊、香料、咖啡等[8]。

2.1.2 大豆蛋白膜 大豆蛋白是一類資源豐富、價格低廉且完全可生物降解的天然高分子材料，具備優(yōu)良的生物相容性、功能特性和成膜性[9]。大豆蛋白制成的可食性包裝膜，蛋白質(zhì)分子間的交聯(lián)更強烈，透氣性較差，而且大豆蛋白可以提高食品的營養(yǎng)價值[10]。endprint

目前，針對大豆蛋白膜的研究主要集中在對其物理、化學(xué)功能性質(zhì)的改性研究。鄒小武[11]利用帶有醛基的交聯(lián)劑二醛淀粉（DAS）對大豆蛋白進(jìn)行交聯(lián)改性，結(jié)果表明，二醛淀粉的交聯(lián)改性可明顯提高大豆蛋白膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以及力學(xué)性能，同時還能降低大豆蛋白膜的水蒸氣透過率；同時也發(fā)現(xiàn)經(jīng)過接枝聚己內(nèi)酯的改性大豆蛋白膜，大豆蛋白膜吸水率明顯下降，膜在高度潮濕環(huán)境中的拉伸性能得到提高。郭寬等[12]發(fā)現(xiàn)甘油含量是大豆蛋白膜機械性能的一個主要影響因素，隨著甘油含量的提高，大豆蛋白膜的抗張強度逐漸降低，而氧氣透過率、水蒸氣透過率和斷裂延伸率逐漸增加。馬力[13]通過磷酰化改性方法以及曼尼希反應(yīng)對大豆蛋白多肽鏈中賴氨酸和精氨酸殘基上的伯氨基進(jìn)行化學(xué)改性，得到了一款力學(xué)性能良好的大豆蛋白膜。

2.1.3 乳清蛋白膜 乳清蛋白營養(yǎng)豐富，具有良好的功能特性，比如成膜性、新型乳化性等[14]。乳清蛋白膜是一類具有機械特性（拉伸強度）和阻隔特性（阻濕/阻氧/阻油）的蛋白膜，國內(nèi)學(xué)者也對其進(jìn)行了研究[15]。

Gounga等[16]研究了蛋白濃度和甘油比例對分離乳清蛋白可食性包裝膜厚度和水蒸氣滲透性的影響，發(fā)現(xiàn)選擇5%蛋白和3.6∶1.0的蛋白甘油比時，可食性包裝膜的表現(xiàn)最好；進(jìn)一步添加普魯蘭多糖發(fā)現(xiàn)，蛋白與普魯蘭多糖比為1∶1時，膜的透氧性、水蒸氣滲透性、水分含量和溶解性都表現(xiàn)最好。馬中蘇等[17]研究了綠豆皮納米纖維素對濃縮乳清蛋白可食性包裝膜性能的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)添加1%綠豆皮納米纖維素時，濃縮乳清蛋白可食性包裝膜的水蒸氣透過系數(shù)最小，膜的透光率最大；當(dāng)添加2%綠豆皮納米纖維素量時，濃縮乳清蛋白可食性包裝膜的抗拉強度最大，氧氣透過率最小，添加綠豆皮納米纖維素能有效提高濃縮乳清蛋白膜的性能。

2.2 多糖類

多糖類可食性包裝膜以淀粉及其衍生物、纖維素衍生物及動植物膠為主材料制成，這種可食性包裝膜具有良好的力學(xué)性能和透明性[18]。常用的有淀粉膜、改性纖維素膜、殼聚糖膜及動植物膠膜（果膠、卡拉膠、海藻酸和魔芋葡甘聚糖等）。

2.2.1 淀粉膜 淀粉可食性包裝膜是研究較早的可食性膜，它主要由直鏈淀粉制成。孟令偉等[19]研究了淀粉和甘油不同配比對玉米淀粉基可食包裝薄膜透氣性能的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)各添加5%（m/V）淀粉和甘油，以植物油為脫膜劑時，薄膜對O2和N2的阻隔性最好。蔣瓊鳳等[20]通過正交試驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)矸?、CMC和甘油的添加比為10（g）∶1（g）∶2（mL），80 ℃烘烤40～45 min時，甘薯淀粉膜的性能（抗拉強度/伸長率）最好。Moreno等[21]通過分析薄膜結(jié)構(gòu)、力學(xué)、障礙、光學(xué)和生物等特性研究了加入不同比例的未加熱或加熱（95 ℃）脫脂乳對玉米淀粉（CS）薄膜的影響，發(fā)現(xiàn)隨著混合物中脫脂乳的增加，平均粒徑和成膜分散體的表觀黏度都有下降；這兩種材料的低兼容性導(dǎo)致了異質(zhì)結(jié)構(gòu)，影響了薄膜的機械和阻隔性能，從而薄膜的耐性和擴展性更好、滲透性更差；只有加入了加熱過的脫脂乳的薄膜表現(xiàn)出抗氧化活性；脫脂乳對英諾克李斯特氏菌的生長沒有影響。

2.2.2 改性纖維素膜 改性纖維素可食性包裝膜是指由植物纖維經(jīng)過化學(xué)改性，如甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素和羧甲基纖維素為原料制得的膜，它具有拉伸強度較好、透濕性和透氣性較小等特點。莊榮玉[22]發(fā)現(xiàn)羥丙基甲基纖維素可食性包裝膜可以有效減緩番茄后熟，延長番茄的貯藏期。陳妮娜等[23]發(fā)現(xiàn)羧甲基纖維素基可食性復(fù)合膜可以較好地維持葡萄的貯藏品質(zhì)，延長貯藏壽命。

2.2.3 殼聚糖膜 殼聚糖是由甲殼素經(jīng)脫乙酰作用得到的，具有良好的成膜性和廣譜抗菌性?？镢y近等[24]研究了不同質(zhì)量濃度（0.5%、1.0%、2.0%）殼聚糖涂膜處理對（4±0.5） ℃貯藏條件下鮮切蓮藕的保鮮效果。結(jié)果表明，殼聚糖涂膜處理能夠有效降低鮮切蓮藕的水分、維生素C等成分的損失、延緩褐變的發(fā)生，從而延長貨架期；其中2.0%殼聚糖涂膜處理對鮮切蓮藕具有較好的保鮮效果。劉瑩等[25]通過添加香菇多糖制得一類殼聚糖-香菇多糖可食性復(fù)合膜，并檢測了香菇多糖添加量對復(fù)合膜性能的影響，結(jié)果顯示隨著香菇多糖的添加，殼聚糖-香菇多糖可食性復(fù)合膜的斷裂延伸率降低、抗拉強度增強、水溶性增加，阻氧性增強后逐漸穩(wěn)定，水蒸氣透過率先降低后升高。

2.2.4 動植物膠膜 這類膜是指以動物膠（骨膠、蟲膠等），植物膠（葡甘聚糖、果膠、海藻酸鈉、卡拉膠等）為基質(zhì)制得的可食性膜，它具有強度高、阻氣性好等特點。

高丹丹等[26]為了提高明膠-普魯蘭多糖可食性包裝膜的性能，研究了甘油添加量對其透氧性、透油性、水蒸氣透過率、溶水性、顏色和機械性能的影響，結(jié)果表明，甘油可以明顯提高明膠-普魯蘭多糖可食性包裝膜的斷裂延伸率，降低透氧性、水溶性和抗拉強度，提高水蒸氣透過率。張超等[27]研究了環(huán)境濕度對明膠-普魯蘭多糖可食性膜性能的影響，發(fā)現(xiàn)在較高的環(huán)境濕度（80%）下，明膠-普魯蘭多糖膜的抗拉強度降低，柔韌性提高，而透明度、阻氧性和阻油性沒有顯著變化。Galus等[28]研究了不同比例海藻酸鈉和低甲氧基果膠復(fù)合薄膜的厚度、顏色、水蒸氣滲透性、機械性能和微觀結(jié)構(gòu)等物理性質(zhì)。結(jié)果顯示，海藻酸鈉-果膠復(fù)合膜是一種連續(xù)、均勻、透明的可食性薄膜。復(fù)合薄膜的視覺外觀不受成分比例變化的影響，厚度取決于薄膜的制備形式，與果膠或海藻酸鈉-果膠復(fù)合膜相比，海藻酸鈉膜表現(xiàn)出更高的水蒸氣吸附率，高含量的果膠有干擾薄膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的趨勢，果膠薄膜分子網(wǎng)絡(luò)組織性比海藻酸鈉薄膜差。Ma等[29]發(fā)現(xiàn)油酸的添加使塔拉膠膜偏向黃色，同時降低了水分含量和水蒸氣滲透性。接觸角從76.75°增加到107.28°，但拉伸強度從57.4 MPa下降到26.8 MPa，同時熱穩(wěn)定性增加?？偟膩碚f，油酸的添加顯著改善了塔拉膠膜的疏水性。

2.3 脂質(zhì)類

常用于制備脂質(zhì)類可食性包裝膜的材料有天然蠟、微生物共聚酯、硬脂酸和棕櫚酸等，他們具有較低的極性，分子往往形成致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有較強的阻水能力，但由于脂質(zhì)單獨成膜的強度較低，故通常是與蛋白質(zhì)或多糖組合制成復(fù)合類可食性包裝膜。endprint

Rodrigues等[30]研究了O/W型乳劑超聲時間和棕櫚果油含量（基于牧豆樹種子膠）對薄膜性能的影響。結(jié)果表明，所有O/W型乳劑均呈現(xiàn)納米微滴，且棕櫚果油含量越低，微滴越小。增加棕櫚果油含量可提高疏水性，降低透明度和拉伸性能（除伸長率）。Dick等[31]發(fā)現(xiàn)隨著甘油濃度的增加，芡歐鼠尾草膠膜的水蒸氣滲透性，斷裂伸長率水溶性增加，而拉伸強度和楊氏模量明顯下降。Haq等[32]研究了蜂膠對膠木屬膜性能的影響，發(fā)現(xiàn)添加蜂蠟后薄膜的抗拉強度、楊氏模量和斷裂伸長率下降，同時水蒸氣滲透性比未添加蜂蠟的小了一個數(shù)量級，且水蒸氣滲透性活化能比未添加蜂蠟的高。唐亞麗等[33]通過添加脂類物質(zhì)和增塑劑，研究了脂質(zhì)-羧甲基纖維素（CMC）可食性復(fù)合膜的阻濕性能，發(fā)現(xiàn)蜂蠟和硬脂酸含量的增加可以降低復(fù)合膜的水蒸氣透過率、機械性能和阻油性，提高阻氧性；得出復(fù)合膜最佳配比為水/乙醇=95∶5（體積比），0.02 g/mL硬脂酸，1.5% PEG400，0.004 g/mL蜂蠟，0.03 g/mL CMC。

2.4 復(fù)合類

復(fù)合類可食性包裝膜一般是通過脂質(zhì)與蛋白質(zhì)或多糖的組合，獲得一種功能性和適用性更廣的膜。復(fù)合膜的制備方式分為涂布法和乳化法。涂布法是將液態(tài)脂質(zhì)涂布于已形成的蛋白質(zhì)膜（或多糖膜）上，獲得雙層的復(fù)合膜；乳化法是將脂質(zhì)與蛋白質(zhì)（或多糖）共同溶于溶劑中，加入合適的乳化劑使之溶解均勻，再干燥成膜。Galus等[34]發(fā)現(xiàn)可通過添加低濃度（0.5%和1.0%）的杏仁或核桃油乳化改變?nèi)榍宸蛛x蛋白膜的功能性質(zhì)，低濃度的杏仁和核桃油可以增強的乳清蛋白膜的疏水性，并具有摻入到乳清蛋白分離物的潛質(zhì)，可應(yīng)用于食品。Fakhouri[35]等開發(fā)和評估了基于玉米淀粉和明膠，利用甘油或山梨醇增塑的復(fù)合膜的理化特性，發(fā)現(xiàn)明膠的添加能顯著增加膜的機械強度、水溶解度、水蒸氣滲透性和厚度，同時增加透明度；而且利用山梨醇增塑的復(fù)合薄膜比利用甘油增塑的復(fù)合薄膜明顯具有較低的水蒸氣滲透性和較高的拉伸強度。Pan等[36]利用共同干燥過程或直接添加的方式將不同類型的多糖（海藻酸丙二醇（PGA）、果膠、卡拉膠和蘆薈多糖）加入到大豆分離蛋白（SPI）和月桂酸（LA）薄膜中，形成具有改性水蒸氣滲透性和優(yōu)良力學(xué)性能的可生物降解的復(fù)合薄膜。王虹霞等[37]制備不同質(zhì)量比的果膠/魔芋復(fù)合涂膜，利用DSC、IR表征結(jié)構(gòu)檢測了他們的機械性能、吸濕性能、透光率、溶脹性能、抗菌性等性能，結(jié)果顯示果膠和魔芋分子間具有良好的相容性，當(dāng)果膠和魔芋膠質(zhì)量比為7∶3時，復(fù)合膜的機械性能最好，溶脹性也較好，同時抗菌性也更強。王耀松等[38]通過測定殼聚糖/乳清蛋白復(fù)合膜的厚度、透光性、穿刺強度和水化性能等性能發(fā)現(xiàn)，復(fù)合膜的厚度隨著殼聚糖的增加而增加，而透明性、穿刺強度以及吸水性隨著殼聚糖的增加而降低，同時殼聚糖的增加有助于對光線的攔截（特別是紫外線）。

3 常用的可食性包裝膜制備工藝

制作可食性包裝膜最常用的技術(shù)是溶劑澆鑄。將可食用物料的分散液鋪展在合適的基體材料上，然后讓它干燥。在溶液干燥過程中，溶劑蒸發(fā)導(dǎo)致聚合物的溶解度降低，直到聚合物鏈對齊形成薄膜。干燥速率和環(huán)境條件對所得膜的最終厚度和結(jié)構(gòu)特點具有較高影響力，要注意控制[39]。紅外線會加速干燥過程，因此是有利的[40]。另一種是干法工藝，依靠一些多糖和蛋白質(zhì)在低水分水平的熱塑性狀態(tài)完成壓縮成型和擠壓。

4 制備工藝優(yōu)化

近年來，可食性包裝膜的研究內(nèi)容已經(jīng)開始從可食性包裝膜的應(yīng)用發(fā)展到可食性包裝膜工藝條件的優(yōu)化和性能的改善[6]。其中，研究最多的就是響應(yīng)面分析優(yōu)化法。高丹丹等[41]利用單因素法和響應(yīng)面法優(yōu)化普魯蘭多糖-明膠復(fù)合膜配方。發(fā)現(xiàn)當(dāng)添加2.00%普魯蘭多糖、5.00%明膠、1.00%甘油時，普魯蘭多糖-明膠復(fù)合膜的抗拉強度達(dá)到最大值85.18 MPa。王振宇等[42]通過響應(yīng)面分析，得到桔梗多糖可食用復(fù)合膜的最佳配比條件為多糖含量2.0%、海藻酸鈉含量1.8%、甘油含量2.0%，此時抗拉強度、耐折度等綜合指標(biāo)最好。包鴻慧等[43]采用響應(yīng)面分析法優(yōu)化CCMS/WG復(fù)合包裝膜的制備工藝，研究表明每100 g水加入谷朊粉0.65 g、交聯(lián)羧甲基玉米淀粉4.77 g、丙三醇1.05 g時，CCMS/WG復(fù)合包裝膜的性能最佳。宋佳明等[44]利用響應(yīng)面分析法研究了干燥溫度、甘油濃度、卡拉膠濃度對卡拉膠-明膠復(fù)合膜拉伸特性的影響。結(jié)果表明，干燥溫度對卡拉膠-明膠復(fù)合膜拉伸強度的影響最小，卡拉膠濃度對其影響最大，同時得出卡拉膠-明膠復(fù)合膜的拉伸強度最佳制備工藝為干燥溫度34.6 ℃、甘油濃度0.87%、卡拉膠濃度0.74%。陳文平等[45]通過響應(yīng)面優(yōu)化得到魔芋葡甘聚糖膜的最佳制備工藝為2.19 g/100 mL魔芋葡甘聚糖膜、60.0 ℃攪拌190 min、靜置156 min、51.1 ℃干燥，得到的膜表面平整光滑，拉伸強度最佳，耐水性較好。

另外，還有一些研究者通過其他方法優(yōu)化可食性包裝膜的制備工藝，如王昊[46]利用基因工程技術(shù)獲得谷氨酞胺轉(zhuǎn)胺酶（TGase）改性大豆分離蛋白膜，并得出其最佳制備工藝為室溫干燥，pH 8.4， 大豆蛋白濃度5.12%，甘油濃度2.04，酶濃度為0.21%。

5 展望

近年來，可食性包裝膜作為一種綠色包裝方式越來越受社會重視，應(yīng)用也越來越廣泛。目前，更多的研究集中在材料的選擇和配方工藝優(yōu)化，但是可食性膜的制備流程繁瑣復(fù)雜，制備條件要求嚴(yán)格，阻礙了可食性包裝膜的進(jìn)一步發(fā)展。以后的研究應(yīng)在不斷開發(fā)新材料、優(yōu)化配方工藝的同時，注重制備技術(shù)的提升，以滿足商業(yè)條件中新食品的應(yīng)用特性，提高經(jīng)濟效益。

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