可食性生物聚合膜的微觀(guān)結(jié)構(gòu)與透氣性

姜 燕，馬中蘇，張海悅，鮑慧娟

（1.長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130012；2.吉林大學(xué)生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130025）

可食性生物聚合膜的微觀(guān)結(jié)構(gòu)與透氣性

姜 燕1，馬中蘇2，張海悅1，鮑慧娟1

（1.長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130012；2.吉林大學(xué)生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130025）

可食性生物聚合膜是一類(lèi)由多糖和蛋白質(zhì)等天然大分子構(gòu)成的復(fù)合膜，其透氣性與其微觀(guān)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。論述了可食膜的晶體結(jié)構(gòu)、大分子鏈的流動(dòng)性、膜的完整性以及增塑劑和環(huán)境濕度等因素對(duì)其透氣性的影響，并對(duì)示差掃描量熱法、X-射線(xiàn)衍射及掃描電鏡等在分析可食膜的微觀(guān)結(jié)構(gòu)與透氣性關(guān)系方面的應(yīng)用進(jìn)行綜述，對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)提出展望。

可食膜，透氣性，微觀(guān)結(jié)構(gòu)，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，晶體結(jié)構(gòu)

1 膜的微觀(guān)結(jié)構(gòu)對(duì)透氣性的影響

可食膜的透氣性取決于：膜的完整性、結(jié)晶區(qū)與無(wú)定形區(qū)的比例（C-A比）、親水基團(tuán)與疏水基團(tuán)的比例、大分子鏈的流動(dòng)性以及成膜基材與增塑劑或其他添加劑的相互作用等[2]。加入增塑劑的淀粉膜與未增塑的膜相比C-A比值低，所以具有較低的透氣性，且增塑劑含量增加，膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）降低[3]。添加脂質(zhì)和增塑劑的膜，相變焓（ΔH）較低，且X-RD圖譜不隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)而變化，表明增塑劑的加入減少相鄰大分子鏈間的相互作用，高聚物鏈段靈活，體系達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，阻止了多聚鏈的重組，減少了晶體的生成。山梨醇作為增塑劑，所成膜的ΔH小于甘油增塑膜的ΔH，表明其結(jié)晶度小，山梨醇的結(jié)構(gòu)與葡萄糖單元的結(jié)構(gòu)相似，和大分子鏈的相互作用機(jī)會(huì)較多，增塑作用好于甘油[2-5]。在酪蛋白酸鈉膜中，山梨酸鉀的增塑作用好于乳酸鈉[6]。Paz等[7]研究了小麥面筋蛋白膜在不同環(huán)境溫度和濕度下對(duì)乙烯的阻隔性能，發(fā)現(xiàn)透氣率與溫度關(guān)系曲線(xiàn)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的溫度為體系的Tg值，與DSC中測(cè)得的Tg值一致。明膠-欖香脂-脂肪酸復(fù)合膜的DSC結(jié)果出現(xiàn)兩個(gè)熔點(diǎn)，說(shuō)明脂質(zhì)的熔化并沒(méi)有與基質(zhì)同時(shí)進(jìn)行，差熱分析結(jié)果測(cè)得多個(gè)Tg，說(shuō)明體系的相分離[8]。Kristo等[9]在普魯蘭膜中加入淀粉晶體顆粒作為增強(qiáng)相，隨著晶體顆粒的添加，Tg增加，這是由于無(wú)定型聚合物基質(zhì)與晶體顆粒之間形成氫鍵，這種穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)阻止了基質(zhì)吸水溶脹，降低了膜的水蒸氣透過(guò)率（WVP）。乳清蛋白與0.1%的絲膠蛋白混合，由于絲膠蛋白與乳清蛋白的氫鍵作用，可以增強(qiáng)膜的機(jī)械強(qiáng)度與阻氣性，但是過(guò)量的絲膠蛋白會(huì)發(fā)生自我團(tuán)聚現(xiàn)象，從而導(dǎo)致膜的異質(zhì)性微觀(guān)結(jié)構(gòu)[10]。乳清蛋白與凝膠在pH8的條件下形成緊密的聚合體，F(xiàn)T-IR結(jié)果顯示氫鍵參與了蛋白質(zhì)的聚合以及成膜的過(guò)程[11]。

膜的晶體結(jié)構(gòu)不僅與分子剛性、分子間結(jié)合力和分子對(duì)稱(chēng)等膜結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與成膜的條件（如濕度、溫度）和溶劑等因素相關(guān)。García[12]研究表明：普通玉米淀粉膜的X-RD圖譜在儲(chǔ)存初期表現(xiàn)為尖銳的衍射峰，但不同于高直鏈淀粉膜的X-RD圖譜，表明晶體結(jié)構(gòu)與直鏈淀粉的含量有關(guān)；儲(chǔ)存100d后，二者得到類(lèi)似的衍射圖譜，但高直鏈玉米淀粉表現(xiàn)為最高的峰強(qiáng)度。高直鏈玉米淀粉膜因其較高的直鏈淀粉含量使其C-A比和ΔH高于普通玉米淀粉膜，從微觀(guān)結(jié)構(gòu)的角度解釋了高直鏈玉米淀粉膜的透氣性低于普通玉米淀粉膜的原因。DSC和偏光顯微鏡結(jié)果顯示，甘薯淀粉在成膜過(guò)程中完全膠凝；X-RD圖譜表明，甘薯淀粉膜在儲(chǔ)存過(guò)程中發(fā)生輕微的重結(jié)晶[13]。未經(jīng)處理的魔芋葡甘聚糖（KGM）膜在2θ為13°出現(xiàn)峰值；經(jīng)堿處理后，在2θ為11°出現(xiàn)較低峰值，表明其存在著大量的無(wú)定形區(qū)；羧甲基纖維素鈉（CMC）的加入抑制了KGM晶體的生成，峰值表現(xiàn)為更低；堿處理使CMC與KGM發(fā)生了脫乙酰反應(yīng)，促進(jìn)了晶體的形成，KGMKOH-CMC膜的峰值最高，有效地降低了WVP[14]；而酸處理使得KGM分子鏈變短，體系ΔH降低，使基質(zhì)中存在更多的活性部位，從而有利于水分子的吸收，WVP增加[15]。陳麗等[16]以狹鱈魚(yú)皮明膠、殼聚糖、卡拉膠和褐藻膠等海洋多糖為原料，制備了魚(yú)皮明膠復(fù)合膜。在X-RD和FT-IR圖譜中，明膠膜的衍射角為7.7°和21.2°，特征吸收峰為酰胺Ⅰ帶、Ⅱ帶和Ⅲ帶；復(fù)合膜的X-RD和FT-IR圖譜中表現(xiàn)出與單一明膠膜和多糖膜均不同的特征吸收峰，表明在復(fù)合膜中形成了新的基團(tuán)，各種多糖與明膠不是單純的混合，而是產(chǎn)生了強(qiáng)烈的相互作用，從而形成了穩(wěn)定的復(fù)合體系。在SEM圖中，單一明膠膜和復(fù)合膜的表面平整光滑，各組分均勻分散，沒(méi)有出現(xiàn)顯著的相分離現(xiàn)象，證明復(fù)合膜中的明膠與三種多糖的相容性較好；復(fù)合膜的斷面結(jié)構(gòu)更為致密，從結(jié)構(gòu)上說(shuō)明了復(fù)合膜的阻隔性和力學(xué)性能好于明膠膜的原因。

可食膜是一種半結(jié)晶的聚合物，其結(jié)構(gòu)分為無(wú)定形區(qū)與結(jié)晶區(qū)，滲透氣體分子擴(kuò)散時(shí)，主要在非結(jié)晶區(qū)分子鏈段的空隙之間運(yùn)動(dòng)，空隙的大小、形狀和分布狀況都影響氣體擴(kuò)散速率。當(dāng)材料的結(jié)晶度提高時(shí)，即使是在結(jié)晶區(qū)，如果分子鏈段間相互運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生空隙，氣體分子仍可以擴(kuò)散，但是氣體透過(guò)結(jié)晶區(qū)要比透過(guò)無(wú)定形區(qū)需要更多的擴(kuò)散活化能。因此，結(jié)晶度越高，分子鏈良好堆砌而導(dǎo)致自由體積減少，分子排列比較緊密，膜的有效滲透面積小，使得透過(guò)的氣體分子繞過(guò)晶區(qū)路徑的彎曲度增加，透氣性減小。加入增塑劑可以減少聚合物相鄰鏈間的分子內(nèi)的相互作用，阻止膜分子間因?yàn)榫植拷Y(jié)合力薄弱而出現(xiàn)裂縫或孔洞，軟化膜的剛性結(jié)構(gòu)，使膜的柔韌性和塑性增強(qiáng)，易碎性及脆性降低。但是，增塑劑的加入使膜的Tg和結(jié)晶度降低，膜基質(zhì)間的空隙增加，膜的滲透性會(huì)有所提高。

2 環(huán)境濕度對(duì)膜微觀(guān)結(jié)構(gòu)和透氣性的影響

作為一種高分子材料，可食膜的熱性能是主要的衡量指標(biāo)之一。Tg指當(dāng)膜的溫度降低至使其成為玻璃態(tài)固體時(shí)的溫度值，決定了可食膜的使用溫度和柔性，可以用來(lái)分析儲(chǔ)存條件對(duì)膜性能的影響。膜的理論使用溫度限制是Tg，當(dāng)溫度超過(guò)Tg后，膜會(huì)發(fā)生蠕變現(xiàn)象而遭到破壞[17]。淀粉和蛋白質(zhì)等大分子是無(wú)定形的或部分結(jié)晶的高彈態(tài)或玻璃態(tài)物質(zhì)，而水作為普適的增塑劑，吸收的水分子減弱了膜的氫鍵體系，使膜產(chǎn)生潤(rùn)脹作用，將大分子聚合物轉(zhuǎn)變成更松散的狀態(tài)，增加了鏈段流動(dòng)性和自由體積，Tg降低，影響可食膜的透氣性[2]。

多糖膜與蛋白膜在濕度較低時(shí)具有良好的阻氣性。在無(wú)濕度的環(huán)境中，其O2及CO2的透過(guò)率低于普通的塑料膜，而在較高濕度下，由于水的增塑作用，導(dǎo)致膜的氣體和水蒸氣的透過(guò)性有所改變。當(dāng)相對(duì)濕度（RH）＞50%時(shí)，小麥面筋蛋白膜的氧氣透過(guò)率急劇上升，這是因?yàn)楫?dāng)水分活度＞0.4時(shí)，可食膜的親水基團(tuán)與水分子相互作用，氫鍵斷裂，大分子鏈流動(dòng)性及蛋白質(zhì)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)變化，聚合物由玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變成粘彈態(tài)，加速氧分子在聚合物中的流動(dòng)性和溶解性。當(dāng)水分活度增加時(shí)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被水分子溶脹，水分子的擴(kuò)散速率增加，膜的阻濕性能變差[18]。García[3]研究發(fā)現(xiàn)，膜的含水量低于15%時(shí)，DSC吸熱曲線(xiàn)未呈現(xiàn)吸收峰，當(dāng)膜儲(chǔ)存在無(wú)濕度的環(huán)境中，其X-RD圖譜的初始圖樣不發(fā)生改變。若環(huán)境濕度增加，環(huán)境中的水分會(huì)向膜的內(nèi)部擴(kuò)散，膜的平衡水分含量增大，這種水分的滲透相當(dāng)于材料中加入了增塑劑嵌入蛋白質(zhì)大分子之間，削弱大分子之間的作用力，使得聚合物塑化，這種塑化效應(yīng)使得分子鏈間的空隙增大，薄膜內(nèi)的空穴增加，導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)的疏松，氣體的擴(kuò)散變得更加容易、速度加快。在同樣的儲(chǔ)存溫度下，含水量較低的膜處于穩(wěn)定的玻璃態(tài)，而含水量較高的膜處于不穩(wěn)定的膠質(zhì)態(tài)。在膠質(zhì)態(tài)，大分子鏈具有足夠的流動(dòng)性可以促使晶體的形成，而在Tg以下，聚合物表現(xiàn)為玻璃態(tài)，分子運(yùn)動(dòng)受到束縛，化學(xué)和物理性質(zhì)都比較穩(wěn)定，很難發(fā)生結(jié)晶現(xiàn)象[19]。不同的膜基質(zhì)需要不同的水分含量用以促進(jìn)晶體的形成和鏈段的流動(dòng)。用山梨醇或甘油增塑的膜形成晶體的最低水分含量較未增塑膜高，因?yàn)樗腡g（-135℃）低于增塑劑的Tg（甘油-65℃、山梨醇-43.5℃），若在相同的儲(chǔ)存溫度下，增塑膜需要更多的含水量來(lái)達(dá)到膠質(zhì)態(tài)，說(shuō)明增塑體系比未增塑體系穩(wěn)定[14]。

Lundberg和Zimm[20]利用水分子聚集理論解析在不同RH條件，親水性可食膜的透氣性。在RH較低的條件下，水分子的聚集作用較弱，水分子被吸附在可食膜基質(zhì)中的某個(gè)特定位置；隨著RH的提高，聚集作用逐漸加強(qiáng)，說(shuō)明水分子松弛了聚合物的結(jié)構(gòu)，使自由體積增加，從而導(dǎo)致了透氣性增加，表明聚集作用發(fā)生在RH較高的條件下。Lieberman等[21]用該理論分析膠原膜的透氣性。隨著RH的增加，聚集的水分子增加，膠原膜的透氣性呈指數(shù)增加，驗(yàn)證了Zimm-Lundberg的聚集作用理論。Lieberman等[21]進(jìn)一步解釋了交聯(lián)以及增塑劑對(duì)膠原膜透氣性的影響。高交聯(lián)膜在RH為75%時(shí)發(fā)生聚集作用，而未交聯(lián)膜在RH＞90%發(fā)生聚集作用。所以，在相同的RH下，由于交聯(lián)膜中的聚集作用使自由體積增加，其透過(guò)率高，且隨著交聯(lián)程度的增加而增加。多羥基增塑劑與水分子競(jìng)爭(zhēng)活性部位，導(dǎo)致水分子在較低的RH下聚集，說(shuō)明多羥基增塑劑使聚集作用增強(qiáng)。

氣體分子的透過(guò)是借助聚合物內(nèi)密度漲落出現(xiàn)的空穴或自由體積為通道，透氣率與瞬時(shí)晶格孔穴數(shù)目和其結(jié)構(gòu)疏松程度有關(guān)。在低環(huán)境濕度下，膜在失去水分的過(guò)程中，結(jié)晶區(qū)和無(wú)定形區(qū)邊緣的水分迅速蒸發(fā)，分子在范德華力和氫鍵的作用下逐漸靠攏；隨著水分進(jìn)一步的降低，分子之間形成的氫鍵也逐漸增多，分子間的作用力增強(qiáng)。因此，低濕度下的膜在宏觀(guān)上表現(xiàn)為膜脆、剛性、強(qiáng)度低，但阻氣性高。隨著環(huán)境濕度的增加，聚合物本體越膨脹，鏈段運(yùn)動(dòng)越劇烈，提供這種空穴的機(jī)會(huì)也越多，因而透氣性越大。

3 膜的表面形態(tài)與透氣性的關(guān)系

膜的表面形態(tài)由膜表面和橫斷面的疏密不一或均勻致密、凹凸不平或光滑平坦以及有無(wú)明顯的孔洞等來(lái)描述[4]。

脂類(lèi)物質(zhì)既能使膜更加柔韌且具強(qiáng)度，又能在添加種類(lèi)和比例適宜的條件下提高膜的阻氣性，特別是晶狀脂類(lèi)物質(zhì)（如單甘油酯、蠟等）。Bertan等[8]用共焦激光掃描顯微鏡觀(guān)察明膠-欖香脂-脂肪酸復(fù)合膜，在甘油醋酸酯-凝膠膜中，甘油醋酸酯以大小不均勻的小液滴狀、不均勻地嵌入基質(zhì)中；添加硬脂酸之后，膜基質(zhì)被脂肪酸的球狀小液滴所占據(jù)；而由于巴西棕櫚酸的極性和較短的分子鏈，使其與基質(zhì)更容易融合，所以蛋白質(zhì)-巴西棕櫚酸-醋酸甘油酯膜中，巴西棕櫚酸以更小液滴的形式均勻分布在膜基質(zhì)中，膜的阻隔性能更高。在牡豆膠-脂質(zhì)復(fù)合膜中，脂類(lèi)液滴的分布和直徑均影響膜的透氣性[22]。疏水顆粒越小，其與成膜基質(zhì)的相互作用越好，所形成的膜表面均一、結(jié)構(gòu)致密、無(wú)裂紋及針孔，阻濕性好[23-26]。羥丙基甲基纖維素膜中，不同相的表面排列和內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響膜的透氣性與光澤度[27]。脂類(lèi)在膜中的結(jié)晶程度與膜的通透性有較好的相關(guān)性，脂類(lèi)結(jié)晶度越高，膜的透氣性越低。隨著脂肪酸鏈長(zhǎng)的增加，成膜溶液中長(zhǎng)鏈脂肪酸濃度增加，由于其與高分子材料的絡(luò)合作用而使膜的組分緊密而堅(jiān)固地交聯(lián)起來(lái)，阻氣性提高。將脂肪酸按一定的比例組合添加到成膜溶液中，膜的阻氣性會(huì)更好。Kester等[28]研究了脂質(zhì)膜的阻氧性能。硬脂醇可以密集迭加成與氧氣運(yùn)動(dòng)方向相垂直的片晶平面，硬脂酸膜的表面雖然也是片狀結(jié)晶，但其片狀結(jié)晶表面存在著許多的穴縫與溝道，而烷烴膜的表面則存在著許多的孔洞。如果對(duì)硬脂醇膜進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，硬脂醇膜表面的晶格缺陷將被修復(fù)，脂質(zhì)晶體會(huì)進(jìn)一步長(zhǎng)大，膜的阻氧性將得到提高。在脂質(zhì)膜中，脂類(lèi)的晶型對(duì)阻水性有較大的影響，α態(tài)晶型的阻水能力最佳，β態(tài)晶型居中，β’態(tài)晶型最差，這與各種晶型的親水能力差異以及在晶格轉(zhuǎn)化過(guò)程中產(chǎn)生的晶格缺陷有關(guān)系。Romero-Bastida等[29]研究了淀粉的不同膠凝方法對(duì)淀粉膜性能的影響。SEM結(jié)果顯示，熱膠凝膜與冷凝膠膜相比，沒(méi)有孔洞和裂紋，表面均一，橫截面的結(jié)構(gòu)更加致密。Osés等[30]用AFM觀(guān)察了乳清分離蛋白與Mesquite樹(shù)膠復(fù)合膜的表面粗糙程度。乳清分離蛋白膜的表面粗糙度為1.49nm，隨著Mesquite樹(shù)膠含量的增加，粗糙度逐漸增加，并形成氣泡和凹陷。25%乳清分離蛋白與75%Mesquite樹(shù)膠復(fù)合膜的粗糙度達(dá)到95.6nm。這是由于乳清分離蛋白與Mesquite樹(shù)膠相互作用，形成各種類(lèi)型的鏈段，提高了聚合膜基質(zhì)中自由體積的可利用性。

經(jīng)超聲波處理的玉米磷酸酯淀粉膜，其表面結(jié)構(gòu)致密，平整光滑，阻氧性提高。而且，大白菜纖維經(jīng)超聲波預(yù)處理后添加到大豆分離蛋白膜中，可以提高與蛋白的界面粘合性，改善纖維在蛋白基質(zhì)中的分散狀態(tài)，進(jìn)一步提高復(fù)合膜的致密性[31]。在大豆分離蛋白膜液中加入谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶，可以使膜的表面疏水性增加39.2%，對(duì)WVP無(wú)明顯影響。SEM顯示，酶法交聯(lián)膜的表面比對(duì)照膜略為粗糙，但斷面更均勻致密[32]。納米復(fù)合可食涂膜保鮮劑具有更強(qiáng)的機(jī)械性能與調(diào)氣性能及保濕能力。將納米TiO2或納米SiOX添加到殼聚糖涂膜液中，可以提高膜與機(jī)體間的結(jié)合牢度，改善成膜的氣密性[33-35]。商潔靜等[36]將經(jīng)過(guò)噴霧干燥制得的乳清蛋白噴干顆粒添加到乳清蛋白成膜制備液中，制備出含微粒的乳清蛋白復(fù)合膜，并利用質(zhì)構(gòu)儀、SEM及DSC測(cè)定了顆粒對(duì)乳清蛋白膜性能的影響。結(jié)果表明，加入的顆粒未對(duì)乳清蛋白膜的水蒸氣透過(guò)率、機(jī)械性能、透明度、熔點(diǎn)及Tg產(chǎn)生顯著影響。

膜的表面形態(tài)和斷面結(jié)構(gòu)可以反映膜的工程性質(zhì)。膜的表面均一，斷面結(jié)構(gòu)致密，表明可食膜的不同組分之間存在著強(qiáng)烈的相互作用，并產(chǎn)生了良好的相容性，宏觀(guān)表現(xiàn)為較高的阻氣性。

4 結(jié)語(yǔ)

將可食膜作為食品包裝材料，其透氣性直接影響著包裝食品的保質(zhì)期，合理的膜材組成可控制食品在儲(chǔ)存期間與外界環(huán)境以及內(nèi)部組成之間質(zhì)的傳遞，使其能有效控制食品周?chē)腛2及CO2濃度，延長(zhǎng)食品的貨架壽命。綜合分析可食膜的透氣性與微觀(guān)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，得到了以下幾點(diǎn)結(jié)論，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)提出了筆者的觀(guān)點(diǎn)。

未增塑膜的晶體結(jié)構(gòu)致密，但形成的膜很脆。適宜的增塑劑種類(lèi)和劑量可以減少臨近大分子鏈間的相互作用，增加膜的柔軟性，雖然降低了結(jié)晶區(qū)-無(wú)定形區(qū)的比例，卻由于避免了氣孔和裂紋的產(chǎn)生，提高了其阻隔性能。隨著貯存時(shí)間的延長(zhǎng)，結(jié)晶區(qū)-無(wú)定形區(qū)的比例逐漸增大，可食膜趨向于高穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，氣體透過(guò)率逐漸降低。

Tg作為一個(gè)物理參數(shù)，能決定材料的柔性和使用溫度。水作為普適增塑劑，能增加聚合物鏈段的分子運(yùn)動(dòng)性，使Tg降低，影響膜的透氣性。隨著環(huán)境溫度和濕度的升高，聚合物本體越膨脹，鏈段運(yùn)動(dòng)越劇烈，自由體積增大，因而透氣性增加。

在脂質(zhì)復(fù)合膜中，雖然脂肪酸不均勻地分布在基質(zhì)中，宏觀(guān)上仍表現(xiàn)為較高的阻隔性能，并具有一定的柔韌性。

在可食膜的基礎(chǔ)性研究方面，通過(guò)對(duì)微觀(guān)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的分析，已取得了一定的成績(jī)，筆者認(rèn)為應(yīng)對(duì)以下幾方面加強(qiáng)研究：應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)計(jì)算方法等進(jìn)行材料的分析、設(shè)計(jì)和計(jì)算；利用玻璃化轉(zhuǎn)變與結(jié)晶動(dòng)力學(xué)理論解釋可食膜宏觀(guān)性質(zhì)與微觀(guān)結(jié)構(gòu)的關(guān)系。對(duì)可食膜的研究是食品行業(yè)的前沿課題，通過(guò)建立完善的可食膜理論體系，從天然高分子的微觀(guān)結(jié)構(gòu)角度揭示配方、工藝和膜性能的關(guān)系，可以為可食膜工業(yè)的技術(shù)革新提供更多的機(jī)遇。

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Gas permeability and microstructure of edible films

JIANG Yan1，MA Zhong-su2，ZHANG Hai-yue1，BAO Hui-juan1
（1.School of Chemical and Life Science，Changchun University of Technology，Changchun 130012，China；2.School of Biological and Agricultural Engineering，Jilin University，Changchun 130025，China）

Edible films can be prepared from polysaccharides，proteins，lipids and their combinations.The correlation between the gas permeability and microstructure of the edible films and the analysis methods，such as differential scanning calorimetry（DSC），X-ray diffraction，scanning electron microscopy（SEM）and atomic force microscope（AFM）were summarized.Research trends were also predicted.

edible films；gas permeability；microstructure；glass transition temperature（Tg）；crystallinity

TS201.2

A

1002-0306（2012）03-0364-05

可食性生物聚合膜（以下簡(jiǎn)稱(chēng)可食膜）是以可食性物質(zhì)為主要基質(zhì)，通過(guò)不同分子間的相互作用而形成的具有一定強(qiáng)度和選擇透氣性的薄膜，其原料來(lái)源廣泛，符合綠色環(huán)保的要求，是食品和藥品包裝領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)之一[1]。將可食膜作為食品包裝材料，其透氣性對(duì)食品的外觀(guān)、風(fēng)味和口感以及微生物的生長(zhǎng)繁殖均有較大的影響，同時(shí)影響包裝食品的保質(zhì)期，適宜的膜材組成可以控制食品在儲(chǔ)存期間內(nèi)部組成以及與外界環(huán)境之間質(zhì)的傳遞。可食膜的阻隔性能主要取決于聚合物的分子結(jié)構(gòu)及聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（分子鏈堆砌、取向度和結(jié)晶度）、不同的添加劑（增塑劑等）以及滲透氣體（氣體分子的大小、形狀和極性）和環(huán)境因素（溫度和濕度）等[2]。隨著檢測(cè)手段的不斷進(jìn)步，對(duì)可食膜的性能日益定量化，對(duì)成膜機(jī)理的認(rèn)識(shí)也不斷深化。為了更深入地掌握膜制備工藝、工程性質(zhì)與微觀(guān)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，可食膜的研究已經(jīng)轉(zhuǎn)向?qū)ξ⒂^(guān)結(jié)構(gòu)的分析。本文對(duì)可食膜的微觀(guān)結(jié)構(gòu)以及示差掃描量熱法（DSC）、熱重分析（TGA）、X-射線(xiàn)衍射（X-RD）、紅外光譜（FT-IR）及原子力顯微鏡（AFM）、掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）等在分析可食膜的微觀(guān)結(jié)構(gòu)與透氣性關(guān)系方面的應(yīng)用進(jìn)行綜述，以期為可食膜的理論研究與實(shí)際應(yīng)用提供有益的參考。

2011-03-25

姜燕（1981-），女，講師，博士，研究方向：食品包裝材料，果蔬貯藏保鮮技術(shù)。

教育部留學(xué)回國(guó)人員科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目；國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃2008AA10Z308）；吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（20060717）；長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)科學(xué)研究發(fā)展基金項(xiàng)目（2010XN08）。