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可食性膜研究进展与发展前景(上)

0. 前言

目前商业上大量使用的聚合包装膜,聚合物材料遗弃于环境中不易分解、长期存留所带来的严重污染和部分材料的毒性, 它们对环境产生”白色污染”,使之在越来越多的国家受到禁用 基于上述原因,近年对于可食性膜的研究方兴未艾, 因此可食用膜等”绿色”包装应运而生。

早在数百年前,我国就已经开始可食性保护涂层的使用。当时,仅仅是给新鲜的柑桔和柠檬涂蜡的方法来防止水果发干,延长其贮藏期,到了16世纪,英国人开始使用脂肪来涂抹食品,其目的也是为了减缓食品的失水.但那时仅仅是一种原始的,简单的利用,使用范围很窄.近40年来有许多关于可食性薄膜的材料和应用研究,如:水果涂蜡和石蜡保鲜,明胶囊包装粉末,蛋卷冰淇淋的可可脂层即防水分渗透等,并已得到广泛应用.可食性膜即指通过食品包裹.浸渍，涂布，喷洒等形式覆盖于食品物质组成的薄层。它可以阻止（或最少观测6个测回减少）水分，气体（2）.芳香成分和脂质等的迁移，有时，独立的可食性膜具有很好的机械性质，就可取代合成包装膜对食品起到机械保护作用.而且，作为合成包装膜，它既是包装，又是是食品中的一种组分，是可食性的，不会对环境造成污染，此外，可食性膜可做为特殊功能成分（例如抗氧化剂，防腐剂，调味料等食品添加剂）的载体，它既可将食品与外界环境隔离开来，又可将食品各组分隔开，保证了食品质量，延长了货架期。当前对可食性薄膜和涂膜的兴趣正与日俱增,部分是因为可食性薄膜和涂膜对食品的保鲜功能。可食性包装材料是一种以蛋白中国工程院院士金涌近日接受采访时说质、脂肪、多糖等为基料制成的能保鲜食品、无毒、可食用的包装材料，该膜视其阻隔性、机械性、稳定性等的差异可包装不同种类的食品。.

据报道,美国8所大学的食品院系建立了保鲜膜研究小组,研制出用于葡萄干、干酪和饼干的可食性包装薄膜;;日本酒井理论研究所利用生物技术,以豆渣为原料研压光机制出一种遇热熔化的可食性包装材料;澳大利亚昆士兰土豆容器公司推出可食性土豆容器,成为一次性、无废弃物的畅销食品包装.资料显示,美国至少有5所大学设立了可食性膜的研究课题,其中明尼苏达州立大学研究了不同食品的可食性膜,如谷物食品、葡萄干、奶酪等并已取得新的突破 另外涂膜所获得良好的保藏及外观效果,使之成为竞争手段在商业上应用起来,美、日、意等国的绝大部分柑桔、苹果、梨上市前都进行涂膜,而且经处理的品种已由水果发展到蔬菜、冻禽、冻肉及蛋品等[1] 此外它在医药、化妆品、香精香料等多方面也得到广泛应用 可以想见,塑料包装袋高度发达的今天将是可食性膜辉煌发展的明天。

1.可食性膜的特性

可食性膜是以可食性生物大分子物质为主要基质,辅以可食性增塑剂,通过一定的处理工序使各成膜剂分子之间相互作用,使之在干燥后形成一种具有一定力学性能和选择透过性的结构致密的薄膜可食性膜是一种可以食用,并具有一定的包装保护功能的薄膜.它是以天然可食性物质蛋白质、多糖、脂肪为原料,通过分子间相互作用形成的具有多孔络结构的薄膜。

可食性包装薄膜的优点如下：（１）容易被生物降解，无任何环境污染；（２）可作为食品风味剂、甜味剂、营养强化剂、抗氧化剂、抗微生物制剂等的载体;(3)可以作为各种食品添加剂的载体,并可控制它们在食品中的扩散速率。(4)有的可食性成膜材料本身具有营养价值,尤其是蛋白膜。(5瘦身健体)可以用于小容量、体形差异大的单体食品包装。(6)可防止食品组分间水分和其它物质的迁移而导致食品变质。(7)可食性膜和不可食用薄膜构成多界面、多层次的复合包装,提高整体阻隔性能。

1．1 常用的成膜基质及其透过性

从可食性膜的要求来看,可作为成膜基质的主要有蛋白质、多糖、脂类及其不同形式的复合物等,而增塑剂常采用多元醇等小分子物质。许多研究结果表明,蛋白质膜具有良好的阻氧性,目前常用的蛋白质有大豆蛋白、乳清蛋白、酪蛋白、面筋蛋白、玉米醇溶蛋白以及胶原蛋白等[2～7]。多糖类可食性膜大多以动植物多糖和微生物多糖为主,常用的有改性淀粉、改性纤维素、壳聚糖、魔芋葡聚甘糖以及微生物多糖等。这类膜通常具有良好的机械性能和透明性,其中壳聚糖膜对许多微生物具有抑制作用。茁霉多糖也以其易溶、透明、有光泽、强度高等特点颇受关注，但由于多糖类的大分子具有一定的亲水性,所以具有相对较高的透水汽性。可食性膜中常用的脂类成分有植物油、脂肪酸及其单甘酯、蜂蜡和表面活性剂等。由于它具有相对低的极性,其形成的膜有很好的阻水性。因此,如果在成膜剂中加入脂类物质也可大大降低膜的透水性[14～15].了获得更好的膜性能,现在可食性膜的制作已由单一基质为主发展到由蛋白质、多糖或脂类等多种基质复合而成,而且由于其不同的配比,膜的透明度、机械强度、阻气阻水等性能也各不相同,达到理想的效果.

2．研究进展

随着科技的发展及人类生活水潜孔钻机平的提高，特别是近年环保意识的不断增强，对环境和食品安全的要求越来越高，世界一些国家已投入了相当的人力物力对多糖薄膜，蛋白质薄膜，脂质薄膜，以及由上述材料中两种或两种以上复合而成的复合薄膜等可食性膜进行了研究。

2.1多糖膜

是以淀粉，变性淀粉，食用胶及纤维衍生物等为主要原料制成的，由于多糖特殊的长链螺旋分子结构，其化学性质稳定，适应于长时间储存及各种储环境，淋膜机但它们都属亲水性鄹合物，阻湿性一般很小，在多糖类物质形成过程中，分子间氢键和分子内氢键扮演了重要角色。

Ｂｒａｎｄｅｎｂｅｒｇｅｒ于1908年制得首张纤维素膜—玻璃纸,80年代起,人们开始将纤维素作为可食性膜和涂层进行研究。Ｋａｍｐｅｒ与Ｆｅｎｎｅｍａ等人研究了不同类型的脂类对膜阻隔性能的影响,发现均匀分布在膜表面的脂肪球小颗粒构成良好的疏水层,使透湿性降低,甚至在相对湿度高达97%的环境中仍有较好的阻湿性。 Ｓａｐｒｕ与Ｌａｂｕｚａ报道了在ＭＣ-ＳＡ-ＰＥＧ乳化膜中,ＳＡ最佳含量为22%。有人研究了纤维素分子量、干燥温度和成膜液中乙醇浓度、增塑剂对膜性能的影响。除纤维素膜外,许多研究也涉及其它的多糖膜。Ｂｕｔｌｅｒ等研究了增塑剂,Ｃａｎｅｒ等研究了不同种类的酸(乙酸、甲酸、乳酸、丙酸)对壳聚糖膜性能的影响,发现乳酸壳聚糖膜具有良好的阻氧性、阻湿性和延伸性。何慧华系统研究了褐藻酸盐的成膜性能及含脂褐藻酸钠膜的性能,Ｗｏｎｇ等探讨了ｐＨ值控制的钙膜与不同温度下褐藻酸钙凝胶膜对山梨酸和抗坏血酸的渗透性的影响。Ｓｃｈｕｌｔｚ(1949)报道了果胶酸盐的透湿性,他们研制的通过与脂复合而成的高性能膜现已作为抗氧化剂载体而用于坚果与果脯食品,Ｍｃｈｕｇｈ等直接用果泥研制可食性。据报导,采用改性纤维素和长链饱和脂质,用量比(Ｗ/Ｗ)为5～4.5/1,水和乙醇用量比(Ｖ/Ｖ)为95/5,膜干燥温度为60～70℃所制备的可食膜性质相对最优。

2.2 蛋白膜

形成材料主要来自动物分离蛋白和植物分离蛋白，如：乳清蛋白，谷蛋白，玉米醇溶蛋白等.蛋白薄膜成膜过程中,主要依靠二硫键（S--S）的作用，首先通过S—S键还原裂解成巯基，在溶剂中扩散开来，使多肽分子降低，然后扩散开的蛋白质分子在空气中又被氧化，重新形成S—S键，形成薄膜结构。

蛋白质膜的研究不及多糖膜深入,但蛋白质膜因出色的阻氧性以及自身的营养价值而颇具潜力。Gennadics等研究了蛋白质膜的形成，性质及应用；Ｇｏｎｔａｒｄ等研究了面筋含量、乙醇含量、成膜液ｐＨ值、增塑剂、水、甘油对小麦面筋(ＷＧ)膜性能的影响及含脂ＷＧ膜的性能。Ｇｅｎｎａｄｉｏｎｓ等通过浸渍15%乳酸、1ＭＣａＣｌ2、ｐＨ7.5缓冲液处理及改变成膜液成分(加入矿物油、亚硫酸钠、水解角朊)等方法改良ＷＧ膜的性能,但效果并不显著。对大豆分离蛋白膜的研究主要集中于ｐＨ值、热处理和辣根过氧化酶处理对膜性能的影响,其它强化膜的方法包括褐藻酸钠烷基化作用(ｓｈｉｈ,1994)、藻酸丙二醇酯处理(ｓｈｉｈ,1994)、乙酸酐和琥珀酸酐的酰基化作用,甲醛交联,紫外线辐射,添加小麦面筋蛋白和半胱氨酸等 。其它蛋白质膜如玉米醇溶蛋白膜、肌原纤维蛋白膜、鸡蛋白蛋白膜、明胶蛋白膜和米糠蛋白膜等的研究也见有报道 。最新的研究表明, 大豆蛋白膜具有一定的阻湿性和机械强度，大豆分离蛋白(ＳＰ人字拖Ｉ)的阻氧性特别好且透氧率比玉米蛋白膜和面筋蛋白膜低72～85%,比多糖基质膜(如纤维素及其衍生物)低200倍左右。与包装材料相比,ＳＰＩ膜的阻氧率是它们(如ＬＤＰＥ或ＨＤＰＥ)的325～1750倍 。

2.3 脂质薄膜

其形成材料如：蜂蜡，古蜡，硬脂酸，软脂酸等，它们具有极性弱和易于形成致密状结构的特点，所形成的膜阻水能力极强，但由于单独由脂类形成膜的强度较低，很少单独作用，通常与蛋白质，多糖类组合形成复合薄膜。

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