可食性膜的研究進(jìn)展

李 彪，倪偉超，倪 穗

(寧波大學(xué) 海洋學(xué)院，浙江 寧波 315211)

可食性膜的研究進(jìn)展

李 彪，倪偉超，倪 穗*

(寧波大學(xué) 海洋學(xué)院，浙江 寧波 315211)

可食性膜是由天然可食性大分子材料制成的選擇透過(guò)性薄膜，常用于果蔬保鮮?？墒承阅ねㄟ^(guò)控制果蔬內(nèi)部氣體交換、延緩水分流失、阻止空氣與食品接觸而減少食品氧化反應(yīng)、細(xì)菌微生物的滋生，提高食品貨架期。本文通過(guò)對(duì)前人做過(guò)的研究進(jìn)行了全面的總結(jié)，綜述了目前已有的可食性膜的主要種類(lèi)和國(guó)內(nèi)外對(duì)可食性膜的研究現(xiàn)狀，分析了可食性膜存在的問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)。

可食性膜；果蔬保鮮；研究進(jìn)展

食品包裝膜在食品的抗氧化變質(zhì)、微生物變質(zhì)和延長(zhǎng)貨架期方面起著很重要的作用。塑料制品因其價(jià)格便宜和性質(zhì)穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用于食品包裝及保鮮。但是，這些塑料包裝不易被降解，容易造成“白色污染”，此外有的塑料包裝膜易產(chǎn)生有害物質(zhì)，污染食品，對(duì)人身體具有一定的毒副作用，同時(shí)還影響著食品的風(fēng)味。近年來(lái)，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)及對(duì)食品品質(zhì)要求的提高，安全、綠色、可降解的膜材料來(lái)替代塑料包裝日益成為食品包裝研究的熱點(diǎn)之一。

目前已報(bào)道的可食性膜主要是以生物大分子物質(zhì)為主要材料，添加可食性增塑劑，表面活性劑等輔劑，通過(guò)一定的加工技術(shù)，制備成具有一定力學(xué)性能和選擇透過(guò)性的結(jié)構(gòu)致密的薄膜。果蔬在貯藏過(guò)程中依然會(huì)進(jìn)行呼吸作用，物質(zhì)循環(huán)等一系列新陳代謝作用?？墒承阅?duì)果蔬的保鮮功能是通過(guò)浸漬、包裹、噴灑和涂抹等方式，在果蔬表面形成一個(gè)類(lèi)似于微囊氣調(diào)的半封閉環(huán)境，抑制果蔬的呼吸作用[1]，同時(shí)減少氧氣、二氧化碳、水蒸氣與食品的接觸，從而降低了食品氧化與霉菌褐變的速度，另外還可以保持食品水分與香味不散失，充分的保持了食品的品質(zhì)和延長(zhǎng)食品的貨架期，提高了貯藏的穩(wěn)定性與安全性[2]。通常，在可食性膜中還可以添加一些抗菌類(lèi)的天然植物提取物，這樣涂抹于食品表面，可以有效地抵抗果蔬中腐敗菌和致病菌的生長(zhǎng)[3]。

可食性膜的組成成分來(lái)源非常廣泛，按其主要成分大體可分為蛋白質(zhì)類(lèi)可食性膜、多糖類(lèi)可食性膜、脂類(lèi)可食性膜和復(fù)合型可食性膜。本文主要總結(jié)了可食性膜的種類(lèi)及其成膜機(jī)理和研究現(xiàn)狀，此外對(duì)可食性膜材料在未來(lái)食品保鮮中的應(yīng)用進(jìn)行了展望。

1 蛋白質(zhì)類(lèi)可食性膜的成膜機(jī)理、種類(lèi)及研究狀況

天然蛋白質(zhì)是靠分子中的氫鍵、二硫鍵、離子鍵、偶極相互作用和疏水相互作用等來(lái)維持其穩(wěn)定結(jié)構(gòu)[4]。蛋白質(zhì)分子在溶液中呈現(xiàn)卷曲的緊密結(jié)構(gòu)，其表面被水化膜包圍，具有相對(duì)穩(wěn)定性。通過(guò)不同的方法，破壞蛋白質(zhì)分子間的相互作用力，使其亞基解離，分子結(jié)構(gòu)得到一定程度的伸展，內(nèi)部的疏水基團(tuán)暴露出來(lái)，分子間的相互作用加強(qiáng)，同時(shí)分子內(nèi)的一些二硫鍵斷裂，又合成新的二硫鍵，從而形成立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在合適條件下就可以得到具有一定強(qiáng)度和阻隔性的膜[5]。

蛋白質(zhì)制成的保鮮膜不僅透性小有較強(qiáng)的保鮮功能而且還有一定的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，是食品保鮮膜的理想材料。蛋白質(zhì)類(lèi)可食性膜以動(dòng)物分離蛋白和植物分離蛋白為主要原料，常見(jiàn)的有大豆分離蛋白膜、玉米醇溶蛋白膜、乳清蛋白膜、小麥面筋蛋白膜等。

1.1 大豆分離蛋白膜

大豆分離蛋白(SPI)來(lái)源豐富、價(jià)格低廉，是一種經(jīng)堿溶酸沉法提取來(lái)的高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。以大豆蛋白粉為成膜基質(zhì)，添加甘油、山梨醇等作為增塑劑，在合適的酸堿環(huán)境下，可制成具有良好強(qiáng)度、彈性和耐濕性的可食性膜或涂層。

鄧楊悟等[6]研究得出在大豆分離蛋白與甘油的配比為2.5∶1，pH值為7，溫度為90 ℃時(shí)，即可制得具有良好延伸性和抗拉強(qiáng)度的可食性保鮮膜。羅麗娟等[7]通過(guò)SPI濃度、甘油濃度、pH和溫度4個(gè)因素的L9(34)的正交試驗(yàn)來(lái)檢測(cè)對(duì)大豆分離蛋白膜性能的影響。

劉賀等[8]研究以大豆分離蛋白為主要基質(zhì)，加入甘油、LM-106As果膠、肉桂油、0.2%中性納米SiO2、0.025%的Nisin，獲得了透明度好、柔軟、光滑、抑菌效果好的可食性膜。

1.2 玉米醇溶蛋白膜

玉米醇溶蛋白在玉米中含量極為豐富，由于其自身獨(dú)特的氨基酸組成和分子結(jié)構(gòu)而具有良好的成膜性和獨(dú)特的腸溶性。以玉米醇溶蛋白為基質(zhì)，加入甘油、氨水、山梨醇等增塑劑制備的可食性膜安全可靠、有極好的儲(chǔ)藏性和氣體隔絕性，能有效的防潮防濕。

Lin等[9]研究認(rèn)為玉米醇溶蛋白膜質(zhì)地比樹(shù)脂涂抹更加堅(jiān)韌，有光澤，以及疏水性和抑菌性能力更強(qiáng)。

1.3 乳清蛋白膜

乳清蛋白營(yíng)養(yǎng)成分豐富，含有人體必需的8種氨基酸，提高人體免疫力[10]。乳清蛋白膜是一種來(lái)源于牛奶的動(dòng)物性蛋白，它是制作奶酪而產(chǎn)生的副產(chǎn)品，具有一定的抗菌性，隔氧性，易溶于水但不容于油脂[11]。

Ghanbarzadeh等[12]在乳清蛋白成膜過(guò)程中添加了增塑劑甘油，有效的改善了膜的質(zhì)地。Gounga 等[13]考察了蛋白濃度對(duì)乳清蛋白可食膜厚度、阻濕性和隔氧性的影響，并向一定比例的乳清蛋白和甘油溶液中加入普魯蘭多糖，研究其對(duì)乳清蛋白可食膜隔氧性和阻濕性的影響。王雯丹等[14]研究表明增塑劑甘油與乳清蛋白的容積比越高，成膜時(shí)間越長(zhǎng)，形成的膜越厚越柔軟。80 ℃下加熱30 min與90 ℃下加熱30 min，兩種條件下成膜的物理特性差別不大。10%乳清分離蛋白溶液，甘油與之的容積比(v/v)為1∶1，80 ℃加熱30 min為最佳成膜條件。

1.4 小麥面筋蛋白膜

小麥面筋蛋白膜主要是由麥谷蛋白和麥醇蛋白組成，其中麥谷蛋白含量占30%～40%，麥醇溶蛋白含量占40%～50%[15]。因此小麥面筋蛋白具有了麥谷蛋白的彈性、麥醇溶蛋白的延伸性，能與水形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而具有優(yōu)良的黏彈性、延伸性、吸水性、吸脂乳化性和成膜性等獨(dú)特的物理特性。

Rayas等[16]以小麥面筋蛋白為原料，加入體積分?jǐn)?shù)為95%的乙醇和甘油，并添加交聯(lián)劑，制備的膜氧氣滲透性較低且機(jī)械性能比原來(lái)提高4～5倍。李振華等[17]以谷朊粉和山梨醇的比、乙醇濃度、反應(yīng)溫度為因素，面筋蛋白膜透水率為指標(biāo)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，最終得到在谷朊粉∶山梨醇為3.5∶1，乙醇濃度為50%，反應(yīng)溫度為60 ℃的條件下成膜最好。Tanada-Palmu 等[18]以小麥面筋蛋白混合著蜂蠟、硬脂酸和棕櫚酸制得的雙層膜有效的降低了草莓在貯藏期間果實(shí)軟化率和失重率。

2 多糖類(lèi)可食性膜的成膜機(jī)理

多糖特殊的長(zhǎng)鏈螺旋分子結(jié)構(gòu)，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，適應(yīng)于長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存及各種儲(chǔ)存環(huán)境，但它們都屬親水性聚合物，阻濕性一般很小，在多糖類(lèi)物質(zhì)形成過(guò)程中，分子間氫鍵和分子內(nèi)氫鍵起到了重要的作用。同時(shí)，多糖的粘附性能優(yōu)越，可以改變內(nèi)部氣體環(huán)境，有著良好的阻氣性，從而可以減少果蔬的呼吸活動(dòng)[19]。多糖類(lèi)可食性膜一般以淀粉(變性淀粉)、殼聚糖、食用膠以及纖維素衍生物、海藻提取物等為主要原料制備，具有比蛋白質(zhì)更大的分子量和更為穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，適于各種儲(chǔ)存環(huán)境[20]。而且，有些多糖涂膜劑具有抑菌、殺菌功能，能夠有效地預(yù)防食物的腐爛[21]。

2.1 淀粉可食性膜

淀粉是大多數(shù)植物的儲(chǔ)備多糖，淀粉類(lèi)可食性膜的原料有玉米、小麥、紅薯、土豆以及魔芋等淀粉，其來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉[22]，用淀粉做涂膜材料在市場(chǎng)上有著廣闊的前景。

Valero 等[23]以直鏈淀粉為主要材料，向其中添加多元醇及脂類(lèi)物質(zhì)為增塑劑，配以少量動(dòng)物或植物膠作為增強(qiáng)劑配置出來(lái)的可食性膜在拉伸性、透明度、透氣性和水不溶性等方面效果出色。Maria 等[24]利用稀堿對(duì)淀粉進(jìn)行變性處理，添加甘油作為增塑劑制備出來(lái)的液體膜對(duì)草莓進(jìn)行涂膜，保存在0 ℃，相對(duì)濕度為84.4%的條件下30天，處理組的草莓腐爛率只有30%，而對(duì)照組的草莓腐爛率則是100%。谷宏等[25]以玉米淀粉為原料，考察了甘油用量、糊化時(shí)間、糊化方法、烘干溫度以及羧甲基纖維素鈉對(duì)其成膜性質(zhì)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)甘油用量1 mL、羧甲基纖維素鈉用量0.1 g、121 ℃糊化30 min、干燥90 ℃時(shí)的成膜條件最佳。

2.2 纖維素可食性膜

纖維素是制取食品膜的重要物質(zhì)，近年來(lái)，世界各國(guó)都加強(qiáng)了對(duì)纖維素的開(kāi)發(fā)與利用。最常見(jiàn)運(yùn)用于涂抹保鮮的纖維素衍生物有甲基纖維素(MC)、羧甲基纖維素(CMC)、羥丙基纖維素(HPC)和羥丙基甲基纖維素(HPMC)等[26]。以上纖維素均溶于水，并且具有良好的成膜性，常用脂類(lèi)物質(zhì)來(lái)改善其成膜性能[27]。

Pastor等[28]以羥丙基甲基纖維素為基膜材料混合著蜂膠提取物(EEP)制備的可食性膜能有效的抑制食源性菌以及采后致病菌的生長(zhǎng)。Balasnbramaniam 等[29]研究發(fā)現(xiàn)使用羥基甲基纖維素可食性膜對(duì)油炸前的雞肉丸進(jìn)行表面涂抹，可減少油的浸入并增大水分的滯留量。劉鄰渭等[30]以甲基纖維素和羧甲基纖維素為原料，添加硬脂酸、軟脂酸、瓊脂和蜂蠟為增塑劑，制得了半透明、光滑、柔軟、入口即化、拉伸強(qiáng)度較高、透濕性較小的可食性膜。

2.3 食用膠可食性膜

食用膠一般分為動(dòng)物膠(如明膠、骨膠、蟲(chóng)膠等)和植物膠(如葡甘聚糖、角叉膠、果膠、海藻酸鈉和普魯蘭等)，這方面的研究與開(kāi)發(fā)，日本一直走在世界的前列。以食用膠為基質(zhì)，添加甘油、多元醇、山梨醇酯等為增塑劑，制得的可食性膜具有透明性高、強(qiáng)度高，印刷性、熱封性、阻氣性和耐水耐濕性都比較好的特點(diǎn)[31]。

肖錫湘等[32]用蜂膠提取液來(lái)處理菜豆，可顯著降低菜豆的失水率，抑制糖的轉(zhuǎn)化，使呼吸代謝減慢，從而延長(zhǎng)菜豆的貯藏時(shí)間。日本[33]研究成的水果紫膠涂料，由紫膠蟲(chóng)分泌產(chǎn)物漂白后，加入一定比例的丙二醇等原料制成乳膠，涂于柑橘表面，既可防止細(xì)菌入侵，又能防止其水分蒸發(fā)，保持其新鮮外觀。

2.4 殼聚糖可食性膜

殼聚糖(chitosan，CS)是天然產(chǎn)物，是甲殼素脫乙?；漠a(chǎn)物，是由2-氨基-2-脫氧-β-D-葡萄糖單元和N-乙酰-2-氨基-2-脫氧-β-D-葡萄糖單元以β-1，4糖苷鍵連接的二元線(xiàn)性共聚物[34]。它能溶于大多數(shù)弱酸并能形成具有一定黏度的膠體溶液，然后涂于食品表面形成一層透明的薄膜，這樣既可以調(diào)節(jié)食品內(nèi)外的氣體交換、限制氧氣濃度和CO2呼吸作用，又可以阻止病菌的侵入，從而延長(zhǎng)食品貯藏保鮮的時(shí)間。

馮波等[35]以殼聚糖為保鮮劑對(duì)果蔬進(jìn)行涂膜保鮮，有效地抑制了病原菌對(duì)葡萄果實(shí)的侵襲，減少水分流失，通過(guò)調(diào)節(jié)膜內(nèi)CO2和O2的比例，從根源上鈍化酶的活性，抑制葡萄褐變。Neeta等[36]以殼聚糖為主劑，添加了CMC復(fù)合形成保鮮膜液對(duì)草莓進(jìn)行涂膜保鮮。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在涂膜保鮮的12天后，實(shí)驗(yàn)組草莓腐爛率在14.45%～28.57%，而對(duì)照組腐爛率則達(dá)到了95.59%，抗壞血酸、花青素、可溶性固形物等含量的減少實(shí)驗(yàn)組均低于對(duì)照組。弓德強(qiáng)等[37]用殼聚糖溶液對(duì)番茄枝進(jìn)行涂布處理。結(jié)果顯示，可有效的抑制果實(shí)在冷藏期間腐爛率的上升并延緩可溶性固形物和丙二醛含量的下降，同時(shí)抑制了果實(shí)中多酚氧化酶的活性。

2.5 海藻酸鹽可食性膜

海藻酸鹽多是從一種褐藻中提取的線(xiàn)性多糖，呈白色或淡黃色的粉末狀態(tài)，海藻酸鈉分子結(jié)構(gòu)中的羧基使其具有良好的水溶性，能迅速溶于水制成膜液，涂于果蔬表面可以保持肉質(zhì)緊實(shí)，降低水果呼吸強(qiáng)度，抑制乙烯釋放速度，減弱膜脂過(guò)氧化作用，保持細(xì)胞膜的完整性，延緩果實(shí)衰老，從而起到保鮮的作用[38]。

Caykara等[39]利用海藻酸鈉膜胡蘿卜進(jìn)行涂膜保鮮，胡蘿卜的腐爛率低于纖維素膜和魔芋精粉膜。Moayednia等[40]以2%海藻酸鈉與2%氯化鈣配制得到的海藻酸鈣膜液可有效地延緩草莓果實(shí)腐敗的速度。海藻酸鈉還可以與大蒜油結(jié)合成膜，能有效的抑制致病菌的生長(zhǎng)[41]。

3 脂質(zhì)類(lèi)可食性膜

用于可食性膜的脂質(zhì)類(lèi)物質(zhì)常包括植物油、脂肪酸及其單甘脂、蜂蠟和表面活性劑等。由于脂類(lèi)具有相對(duì)較低的極性和易于形成致密分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，所形成的膜具有較好的阻水性，因此其較早的被商業(yè)化應(yīng)用于新鮮水果和蔬菜的防護(hù)涂料。蠟涂料廣泛地應(yīng)用于柑橘、蘋(píng)果和黃瓜等果蔬保鮮商業(yè)中，使用后果蔬表面會(huì)呈現(xiàn)光澤與亮度[42]。為了使果蔬內(nèi)部O2和CO2含量更適合果蔬保存，在蟲(chóng)膠中適當(dāng)添加小燭樹(shù)蠟或卡那巴蠟，這樣更加有利于蘋(píng)果的保鮮[43]。

4 復(fù)合類(lèi)可食性膜

復(fù)合膜常是由多糖類(lèi)、蛋白質(zhì)類(lèi)和脂肪3種物質(zhì)按照不同的配比或不同種類(lèi)經(jīng)過(guò)一定處理而制備出來(lái)的膜。多糖類(lèi)物質(zhì)提供了結(jié)構(gòu)上的基本構(gòu)造，蛋白質(zhì)類(lèi)物質(zhì)通過(guò)分子間的交疊使結(jié)構(gòu)致密，而脂肪則是一種良好的阻水劑，正是由于三者性質(zhì)不同和功能上的互補(bǔ)性，所制備出來(lái)的膜更加符合市場(chǎng)需求。

劉尚軍等[44]以大豆分離蛋白和淀粉為主要原料制備出來(lái)的膜對(duì)草莓和圣女果進(jìn)行保鮮。結(jié)果顯示，涂膜保鮮的效果良好，能夠有效地抑制果蔬營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗，降低失水率、爛果率，抑制其呼吸強(qiáng)度，常溫下使草莓的貨架期增加1倍達(dá)到6天，圣女果達(dá)到10天。Chen等[45]對(duì)甲基纖維素與硬脂酸復(fù)合膜的研究表明當(dāng)硬脂酸分餾物的體積分?jǐn)?shù)提高至22%時(shí)，就會(huì)顯著地降低甲基纖維，若進(jìn)一步增加硬脂酸分餾物的含量，反而會(huì)使膜的水蒸氣透過(guò)系數(shù)升高。

5 展 望

在我國(guó)，隨著人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題的日益關(guān)注，對(duì)可食性膜的研究也更加重視，但仍處于起步階段，某些研究不夠透徹。如親水性的涂膜防潮性差；表面附著能力差的涂膜材料可能會(huì)被水稀釋甚至洗掉果蔬表面的天然蠟，降低其保鮮效果；涂膜材料的風(fēng)味以及外觀可能降低果蔬的商品性；某些涂膜材料具有的潛在毒性、某些致敏性都會(huì)給消費(fèi)者帶來(lái)潛在的傷害；某些涂膜材料自身的抗菌性不強(qiáng)，尤其是多糖在后期很可能成為微生物良好的培養(yǎng)基，誘導(dǎo)果實(shí)嚴(yán)重腐爛變質(zhì)。因此，現(xiàn)在的可食性膜材料應(yīng)由單一向多元方面轉(zhuǎn)變，利用各組分的長(zhǎng)處，達(dá)到更好的效果；另一方面就是利用天然植物提取物，向可食性膜材料中添加天然的抑菌劑，不僅抑菌效果佳，而且克服了化學(xué)抑菌劑帶來(lái)的毒性問(wèn)題，甚至可以添加酶制劑等生物活性物，浸涂在食品表面，干燥后形成阻濕、阻氣、防蟲(chóng)、防腐、抗氧化、抗褐變和抗病等不同性質(zhì)的一層幾乎看不見(jiàn)的薄膜，而且這層膜可食、味美。

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Research Progress of Edible Film

Li Biao，Ni Weichao，Ni Sui*

(School of Marine Science，Ningbo University，Ningbo 315211，China)

Edible film is a kind of selectively permeable membrane which is made of natural edible material，and applied to the preservation of fresh fruits and vegetables.It controls the gas exchange，delaying the water loss，preventing the air from contacting with the food to reduce food oxidation，bacteria，microbial breeding，and finally to prolong its shelf life.Based on thea comprehensive summarizing of previous research on edible films, this paper reviewed the main types of edible films at home and abroad，and analyzed the problems and development trend of edible films.

edible film；preservation of fruit and vegetable；advance research

10.3969/j.issn.1006-9690.2017.02.013

2016-06-12

寧波市科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)資助，海智專(zhuān)家寧波項(xiàng)目—果蔬自動(dòng)清洗后涂膜保鮮技術(shù)引進(jìn)與提升(X20150242)。

李彪(1991—)，男，在讀碩士。主要研究方向：食品加工與儲(chǔ)藏。E-mail：892243334@qq.com

*通訊作者： 倪穗(1965—)，女，博士，教授。主要研究方向：經(jīng)濟(jì)植物栽培學(xué)。E-mail：nisui@nbu.edu.cn

TS255.3

A

1006-9690(2017)02-0052-05