納米包裝膜在肉制品貯藏保鮮領域的研究進展

余娛樂,賀稚非,2,李洪軍,2*

1(西南大學食品科學學院，重慶，400716) 2(重慶市特色食品工程技術研究中心，重慶，400716)

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納米包裝膜在肉制品貯藏保鮮領域的研究進展

余娛樂1,賀稚非1,2,李洪軍1,2*

1(西南大學食品科學學院，重慶，400716) 2(重慶市特色食品工程技術研究中心，重慶，400716)

納米技術作為當今世界的研究熱點，已在食品領域得到了應用和發(fā)展。文章主要介紹納米技術及其在食品領域的運用，綜述國內(nèi)外各種肉制品納米包裝膜的特點、功能性質(zhì)及其在肉制品貯藏保鮮領域的研究和應用進展，并探討目前納米包裝的安全性問題，最后對納米包裝膜的發(fā)展進行展望，旨在為今后的研究提供參考。

納米技術；納米包裝膜；肉制品貯藏保鮮

隨著科技發(fā)展，納米技術在食品領域得到廣泛運用。如納米膠囊技術在食品加工過程中可以起到防止脂質(zhì)等食品成分氧化、保護揮發(fā)性成分、傳遞物質(zhì)等作用；納米乳質(zhì)地的沙拉醬、奶油、植物油等制品中，營養(yǎng)物質(zhì)能更好的分散和發(fā)揮功能活性；金屬納米粒、碳納米管、納米智能粉劑制備的納米傳感器，或由納米黏土、金屬納米粒等復合物制備的納米包裝材料[1]，常被用于糖果[2]、果蔬制品[1, 3]、軟飲、啤酒[2]等食品包裝中。

肉制品，因其成分復雜極易腐敗變質(zhì)而難以長時間貯藏。目前，肉制品貯藏保鮮常采用冷凍貯藏，也有將超高壓[4]、氣調(diào)方法與冷凍法聯(lián)用，或加入抗氧化劑或化學物質(zhì)來延長貨架期[5]。一些經(jīng)過殺菌可以常溫保存的熟肉制品，則常使用具有阻隔或抑菌作用的活性包裝[6]來達到延長保質(zhì)期的目的。提高肉制品貯藏性能的包裝材料，應具有特定的機械性能、熱力學性能以及適應不同產(chǎn)品的特性；抗菌性能，空氣阻隔性能、透過性也是重要的性質(zhì)[7]。研究學者們發(fā)現(xiàn)，利用納米技術可以有效提升包裝的阻隔性、機械性能、耐熱性，使用一些可降解材料還可以減少對環(huán)境的傷害[8]。此外，納米技術可提高抗菌材料抗菌效果[9]，從而延長肉制品的貨架期。本文將就目前國內(nèi)外納米包裝膜在肉制品儲藏保鮮領域的研究進展作以綜述。

1 納米與納米材料

納米是一種幾何尺寸的度量單位，1納米等于百萬分之一毫米，即10-9m。納米技術是指在科學和技術領域內(nèi)，在納米尺度(1～100 nm)中進行的可以理解和控制的操作，以實現(xiàn)獨特的現(xiàn)象和新奇的應用[10]。納米材料的特殊結構，決定了納米材料具有與一般材料不同的特別性能，特別是物理化學性質(zhì)、光學性質(zhì)、機械性質(zhì)以及催化性能方面，而在強度、吸收性、功能性以及重量和穩(wěn)定性方面也不同于普通材料[11]。這些特性使得納米技術在食品領域具備很好的發(fā)展前景，還可以促進食品行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展[7]。

2 肉制品納米包裝膜的研究進展

2.1 納米技術在食品領域的應用

納米技術在食品科學領域的運用如圖1[12-13]所示，具體表現(xiàn)在：

(1)開發(fā)納米級食品材料，如納米粒、納米管/線、納米乳劑等。

(2)運用納米技術加工食品，如制備納米膜分離小分子物質(zhì)，利用納米材料傳熱傳質(zhì)等。

(3)開發(fā)新產(chǎn)品，包括研發(fā)新的納米級食品包裝、營養(yǎng)物質(zhì)運送體系(載體)，以及在食品配方中加入納米食品材料等。

(4)設計用于食品安全監(jiān)測的納米示蹤器、納米傳感器等“納米機械”。

圖1 納米技術在食品科學和技術領域的運用[12-13]Fig.1 Applications of nanotechnology in food science and technology

2.2 納米包裝膜在肉制品貯藏保鮮領域的運用

2.2.1 納米復合材料提高肉制品的貯藏性能

納米復合材料一般由多聚物作為基體，通過包埋另一種具有抑菌或其他特性的物質(zhì)制得的納米級復合物，或將基體和其他材料混合后用靜電紡絲技術直接制備成納米復合纖維膜。納米復合材料能提高包裝膜的功能性，延長肉制品貨架期，提高肉品貯藏性能。納米復合材料的制備常用的聚合物基體為殼聚糖、纖維素、卡拉膠等天然高聚物，以及聚乳酸，聚乙烯醇等[7]，而填充或混合物多為具有殺菌抑菌作用和抗氧化性的香精油[14]、酚類物質(zhì)[15]等。

HU[16]將肉桂精油搭載在殼聚糖納米粒制得肉桂精油殼聚糖納米復合物，并涂布在新鮮豬肉表面形成抗菌保鮮膜，在冷藏期間，肉桂精油殼聚糖納米復合物具有良好的抗菌性和抗氧化性。肉桂精油經(jīng)殼聚糖包埋后具有緩釋效果，用于冷鮮肉涂膜保鮮可將冷卻豬肉在4℃下的貯藏期延長到7 d[17]。也有實驗用聚乳酸為基材，將肉桂精油或肉桂醛的β-糊精包合物與聚乳酸混合后，采用靜電紡絲技術制備納米纖維抗菌膜，用該納米纖維膜應用于冷卻豬肉的保鮮，可有效延長保藏期[18-19]。RAVICHANDRAN[15]將酚類物質(zhì)通過聚乳酸羥基乙酸納米粒作為載體傳遞，制得的酚類納米復合材料能有效抑制保藏過程中生/加工雞肉中的沙門氏菌和單增李斯特菌。

2.2.2 直接添加納米材料制備的活性包裝

與分子抗菌劑相比，納米級抗菌材料更容易加入包裝材料中，抗菌效果更佳。一般加入金屬或氧化物納米粒子，或其他抑菌物質(zhì)的納米微粒。加入納米材料后制備的活性包裝，可以增加包裝的抑菌能力，改變氣體的透過性，以及熱力學性質(zhì)，從而提高肉品在貯藏過程中的品質(zhì)，減少腐敗變質(zhì)，延長貨架期。

銀納米粒子，對一些革蘭氏陽性菌如金黃色葡萄球菌和革蘭氏陰性菌如大腸桿菌的生長有抑制作用，具有抗菌活性，而金、鉑納米粒子沒有此功效[20]。所以將具有抗菌活性的銀納米粒子加入到食品包裝中，可以達到更好的貯藏效果。有實驗[21]將銀納米粒子加入到纖維素膜中制成抗菌混合薄膜包裝用于牛肉的貯藏保鮮，這種活性包裝可以降低貯藏期中的總需氧菌和假單胞菌水平，但對乳酸菌無影響。ZIMOCH-KORZYCKA[22]等把納米銀加入到殼聚糖、溶菌酶混合物中制備可食用的抗菌溶膠，用于肉品保藏的表面抗菌活性膜，可以避免肉品因氧化而發(fā)生變質(zhì)以及抑制腐敗菌的生長。除了納米銀，具有優(yōu)良抗菌性能和兼有紫外吸收性能的納米ZnO，也常作為納米材料添加到食品包裝中[23]。負載納米ZnO顆粒的海藻酸鈣活性膜，作為禽肉食品包裝，可以抑制速食禽肉制品中金黃色葡萄球菌和沙門氏菌的生長[24]。ZnO納米?？梢耘c銀納米粒子一起加入低密度聚乙烯包裝中制備納米活性包裝，肉品中的致病菌如大腸桿菌、李斯特菌、銅綠假單胞菌能被抑制，具有抗菌作用，還能延緩脂質(zhì)過氧化[25]。還有實驗在羧甲基纖維素膜中加入芥子苷納米微粒，制得的包裝膜用于新鮮牛肉保鮮包裝時，可以有效抑制大腸桿菌O157：H7，而不含芥子苷納米微粒的羧甲基纖維素膜則沒有抑制大腸桿菌的作用[26]。碳納米管由于具有很強的抗菌活性，也可以作為抗菌材料[27]，用加入了碳納米管和異硫氰酸烯丙酯的抗菌纖維素膜包裝熟雞肉，能減少微生物污染、控制氧化、減少色澤變化[28]。納米TiO2可以阻隔紫外線，抑制微生物如大腸桿菌在食品表面的生長[29]，在包裝材料中加入0.1%～0.5%納米TiO2，可保護肉類食品中的營養(yǎng)物質(zhì)不受紫外線破壞，既保持營養(yǎng)價值又可以延長貨架期[30]。在包裝材料中加入粘土，可增強包裝的機械強度，或形成對氣體、揮發(fā)性成分、水分的阻礙屏障[31]。在尼龍6中加入納米蒙脫土，加入的納米粘土可以改善包裝材料的阻隔氧氣、紫外線的能力，制備的納米活性包裝用于牛里脊保鮮時可以延長貨架期[32]。

2.2.3 多層納米保鮮包裝膜

不同于一般的單層包裝膜，多層納米保鮮包裝是將納米材料在肉品表面經(jīng)逐層固定(layer by layer, LBL)組裝得到的包裝膜，其中所用的材料屬于納米級別。LBL技術將不同材料的納米層組合到一起形成多層結構，因為各層的材料不同所以各層的作用也不盡相同，不僅可以阻隔空氣和水分，抗菌層還起到抗菌作用，還可以精確控制包裝膜厚度[13]。HUANG[33]等人用醋酸納米纖維膜(cellulose acetate, CA)為襯底，將溶菌酶(lysozyme, LY)、殼聚糖(chitosan, CS)、有機累托石(organic rectorite, OREC)混合物和海藻酸鈉通過逐層固定組裝成抗菌活性膜。多層結構的納米纖維膜可以提高對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑制作用。該膜用于豬肉保鮮可將豬肉的貨架期延長3d。此外，蛋白質(zhì)、多糖、脂質(zhì)等可通過納米技術制成生物高分子納米顆粒，用LBL技術制備出天然的可食型包裝膜[13]。

2.2.4 肉制品智能包裝和納米傳感器

智能包裝，由包裝和納米器件組成，其中納米器件常作為納米傳感器，可用來監(jiān)測食品在貯藏過程中的變化，微生物、有害物質(zhì)的動態(tài)變化等，如檢測食品在貯藏過程中的顏色變化、食源性病原菌如大腸桿菌，根據(jù)溫度變化檢測食品腐敗，監(jiān)測冷凍食品的溫度變化等等。智能包裝可以用來監(jiān)測在貯藏過程中食物或貯藏環(huán)境的變化[1, 34-35]，從而使儲藏過程中肉品的品質(zhì)控制更智能化，有利于更好的貯藏保鮮。MILLS[36]用半導體納米晶作為氧氣傳感器，在聚乙烯包裝的生培根中對氧氣進行監(jiān)測，根據(jù)包裝中氧氣的變化確定包裝的密封性，以確保肉品在貯藏過程中的安全性。

2.3 納米包裝膜的安全性

通常納米包裝中的納米成分并不會影響食品的安全性，但是由于包裝材料中的納米粒子存在向食品中遷移的現(xiàn)象，所以有可能會被人體攝入或直接通過皮膚進入人體[37]。納米粒子對生物體的毒性表現(xiàn)為2種不同類型的效應，一種是通過在體內(nèi)產(chǎn)生大量的活性氧物質(zhì)(reactive oxygen species, ROS)表現(xiàn)出來，另一種為某些金屬或金屬氧化物納米粒與蛋白質(zhì)結合而導致蛋白質(zhì)功能異常，不同納米粒子如表1所示會造成不同的影響與危害[29, 38-39]。但也有研究報道，從包裝中遷移到食品的納米粒子，如納米粘土中的氧化硅、包裝中的納米銀和納米ZnO的遷移量并不大，在安全允許范圍內(nèi)，所以不會對人體造成損害[25, 40]。目前，對于納米材料的安全在國內(nèi)外還尚無一個準確定論，所以，還需進行更多更深入的研究，但這也并不代表納米材料不能在食品領域中使用。

表1 不同納米粒子對生物體的影響[29]

3 展望

納米技術的發(fā)展為肉制品貯藏保鮮提供了新思路，納米包裝膜的運用進一步提高了肉制品的保藏性能，但目前納米包裝膜的制備和研究仍然存在著一些問題：用于制備納米包裝膜的納米材料或其他原料的安全性，例如具有抗菌活性的植物香精油、金屬納米粒子等物質(zhì)本身的安全性以及由于納米粒子遷移而引發(fā)的安全問題；如何準確控制納米活性物質(zhì)的釋放以及納米包裝膜的穩(wěn)定性，保持包裝活性；如何簡化納米包裝膜的制備工藝和降低制作成本等。

因此，今后納米包裝膜的研究趨勢將向著安全、高效、經(jīng)濟三個方向發(fā)展。首先，進一步明確納米材料的生物安全性，研究納米粒子的遷移問題，使用更安全的納米材料用于包裝膜的制備甚至是制備可食型包裝膜；開發(fā)更多可用于食品包裝的納米材料，避免對肉制品及其他食品感官品質(zhì)產(chǎn)生影響，同時提高包裝穩(wěn)定性并延長納米活性物質(zhì)的作用期；還應研究更加經(jīng)濟、簡便的納米包裝膜制備方法，提高納米包裝膜的實用性，使其得以應用于更多領域。

4 結語

本文綜述了近年來國內(nèi)外納米包裝膜在肉制品貯藏保鮮領域的應用?？梢钥闯?，隨著市場需求的不斷擴大，肉類工業(yè)必須對肉制品的加工、貯藏、運輸方式進行不斷地改進，而納米材料作為當今極具發(fā)展?jié)摿Φ牟牧希陙硪言谥T多領域引起關注，將納米材料運用于肉制品乃至食品保鮮包裝將成為食品貯藏領域的研究熱點。

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Research and applications of nano-packaging films in meat preservation

YU Yu-le1,HE Zhi-fei1,2,LI Hong-jun1,2*

1(College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400716, China) 2(Chongqing Engineering Research Center of Regional Food, Chongqing 400716, China)

As a research focus, nanotechnology has been applied in the field of food. In this article, nanotechnology and its application in the field of food were briefly introduced. The characteristics and functional properties of different kinds of nano-packaging film and its application in meat products for preservation were mainly reviewed. Besides, the safety problem was also discussed and the development of nano-packaging film for meat products was prospected to provide a reference for future research.

nanotechnology; nano-packaging film; meat preservation

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201610045

碩士研究生(李洪軍教授為通訊作者,E-mail：983￣362225@qq.com)。

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)(兔)產(chǎn)業(yè)技術體系建設專項(CARS-44-D-1)

2016-02-24，改回日期：2016-03-28