可食性涂膜保鮮技術(shù)在易腐食品中的研究進展

張曉冉，許凱

1. 上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院（上海 200000）；2. 中國建材國際工程集團有限公司（上海 200000）

食品質(zhì)量與安全問題一直是社會關(guān)注的熱點。隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，食品的種類越來越豐富，人們對生活品質(zhì)、飲食安全的要求也越來越高。如何保證來自天南地北的食品均能新鮮地呈現(xiàn)在人們餐桌上，如何通過綠色環(huán)保的食品保鮮技術(shù)高效解決易腐食品的保鮮問題逐漸得到了研究者的廣泛重視與關(guān)注。

易腐食品，主要是指在自然環(huán)境溫度下，易發(fā)生食品變質(zhì)、腐爛等異常質(zhì)量問題的動物性、植物性食品[1]。目前市面上常見的涂膜保鮮材料多以塑料、人工合成化學(xué)成分為主[2]，但這些保鮮材料在自然環(huán)境中難以降解會危害生態(tài)環(huán)境，易造成毒性殘留會危害人體健康?？墒承酝磕げ牧弦话氵x用多糖、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等天然物質(zhì)為基材，添加或不添加可食性的增塑劑、抑菌劑等成分，具有良好的保鮮效果，同時還綠色可食無公害[3]。

此次研究概述了可食性涂膜保鮮技術(shù)在易腐食品中的研究進展，旨在為今后可食型涂膜保鮮技術(shù)的研究提供理論借鑒。

1 可食性涂膜保鮮技術(shù)及其涂膜材料

1.1 可食性涂膜保鮮技術(shù)及其材料

可食用性涂膜保鮮技術(shù)是目前食品表面涂膜保鮮技術(shù)中最綠色環(huán)保、快速有效的方法，它可作為一種輔助保鮮技術(shù)協(xié)同其他保鮮方法復(fù)合使用，也可作為獨立的保鮮技術(shù)應(yīng)用于易腐食品的保鮮[4]。此涂膜保鮮技術(shù)利用可食性材料制成無色無味、透明的薄膜，通過浸涂、噴灑或涂抹等方式覆蓋于食品表面，形成的薄膜能有效阻隔外界環(huán)境，降低食品氧化率，防止食品中水分、氣體、溶質(zhì)等成分的遷移，而且還能阻隔外界微生物，防止食品腐敗霉變[5]。

可食性涂膜材料包括單一可食性涂膜材料和復(fù)合可食性涂膜材料，其中單一可食性涂膜材料以天然可食性物質(zhì)（如多糖、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等）為成膜劑，復(fù)合可食性涂膜材料則以幾種同類或不同類的成膜基質(zhì)（多糖、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)類）混合形成，加入具有增塑（蜂蠟、多元醇等）、抗褐變氧化（抗壞血酸、氨基酸等）、抑菌（溶菌酶、細菌素、茶多酚等）等作用的其他成分[6]?？墒承酝磕さ亩嗵穷惓赡┲饕ǖ矸?、纖維素、殼聚糖、植物膠等成分，蛋白質(zhì)類成膜劑主要包括玉米醇溶蛋白、大豆分離蛋白、小麥面筋蛋白、乳清蛋白等成分，脂質(zhì)類成膜劑主要包括脂肪酸及其單甘脂、天然蠟類等[7]。

單一可食用膜由于組成成分和結(jié)構(gòu)的因素存在機械性、阻隔性、成膜性差、涂膜效果不穩(wěn)定等缺點，而復(fù)合涂膜包含多種物質(zhì)成分，在功能上具有互補性，可保留各成膜基質(zhì)本身的優(yōu)點，同時又能彌補單一可食用涂膜存在的不足，綠色環(huán)?？沙掷m(xù)，近年來在食品涂膜保鮮行業(yè)中具有越來越重要的地位[8]?？墒秤猛磕けｕr技術(shù)具有以下優(yōu)點[9]：

1) 涂膜保鮮技術(shù)在食品表面形成可食用保護膜，隔離外界環(huán)境，保護食品不受到外界空氣、微生物的影響。同時還可作為一種包裝材料，保護食品不受外界機械性損傷。

2) 可食性涂膜可阻止食品內(nèi)外氣體的遷移，防止O2進入食品內(nèi)部，在涂膜內(nèi)部形成高CO2，低O2的氣體環(huán)境，有效抑制食品內(nèi)部組織的呼吸作用，延緩易腐食品衰老。

3) 可食性涂膜附著于易腐食品表面可鎖住食品水分，例如對于果蔬類新鮮食品，可設(shè)計具有吸水性的涂膜材料，使果蔬保持水分充足，維持食品的新鮮度。

4) 有些可食性涂膜材料所含有的成分（如殼聚糖、茶多酚等）具有一定的抑菌、殺菌作用，可抑制食品表面微生物的生長繁殖，延長食品的貨架期。

5) 可食性涂膜材料安全可食、無毒副作用，綠色環(huán)保，具有良好的生物可降解性，含有營養(yǎng)素的可食性涂膜材料與食品一起食用，還具有一定的營養(yǎng)價值。

1.2 可食性涂膜保鮮技術(shù)工藝

可食性涂膜保鮮工藝主要步驟如下：

1.2.1 產(chǎn)品、原料的預(yù)處理

應(yīng)選擇完好無損、無腐敗霉變、無病蟲害的食品作為研究對象。

1.2.2 涂膜材料的篩選

不同的食品有不同的儲藏特性，對存儲要求也不盡相同，因此在選擇涂膜劑之前首先應(yīng)確定影響食品保鮮的主要因素，再根據(jù)研究對象的保鮮特性選擇相對應(yīng)的涂膜材料。

1.2.3 涂膜方法的選擇

應(yīng)確定涂膜方式、涂膜工藝的最佳參數(shù)，如涂膜方式包括刷涂、噴涂和浸泡。涂膜工藝參數(shù)則包括涂膜劑濃度、涂抹時間[10]。

1.2.4 包裝儲藏

可根據(jù)實際情況，選用與其他保鮮技術(shù)（如減壓貯藏、氣調(diào)保鮮技術(shù)、低溫技術(shù)等）相結(jié)合的方法進行包裝[11]。

2 單一可食性涂膜材料的應(yīng)用

按照成膜基材的不同，單一可食性涂膜主要可分為多糖類膜、蛋白質(zhì)類膜、脂質(zhì)類膜。

2.1 多糖類可食性涂膜

多糖類可食性涂膜主要以植物或動物多糖為基質(zhì)，主要有纖維素及其衍生物、淀粉及其衍生物、果膠及其衍生物、海藻提取物（包括海藻酸鹽、角叉菜膠和瓊脂等）、樹膠（包括阿拉伯樹膠、黃芪膠和瓜爾豆等）和殼聚糖、魔芋苷聚糖、黃原膠和蜂膠[12]。

殼聚糖又稱為脫乙酰甲殼素、聚-N-乙酰-D-葡萄糖胺，是由幾丁質(zhì)脫乙酰得到的天然可食性堿性多糖，主要來源于蝦蟹等甲殼類動物的甲殼質(zhì)[13]。以殼聚糖為基材的可食性涂膜近年來被廣泛研究關(guān)注，這主要是由于：第一，殼聚糖具有抑制細菌、酵母、霉菌的活性，殼聚糖能夠與細菌外膜上的陰離子相結(jié)合，吸附細胞內(nèi)含陰離子的物質(zhì)，引起細胞壁的變形、破裂，細胞質(zhì)滲透，從而引起細胞死亡[14]；第二，殼聚糖能夠選擇性螯合對微生物生長繁殖有利的金屬離子，從而抑制微生物生長繁殖[15]；第三，殼聚糖還含有大量的游離氨基，具有良好的成膜性，附著于食品表面的半透明殼聚糖可食性薄膜通透性良好，可降低O2/CO2比值，抑制食品的呼吸作用強度，減少食品營養(yǎng)物質(zhì)的內(nèi)部消耗[16]。李芳菲等[17]采用不同濃度的殼聚糖對鮮切桃進行了涂膜保鮮研究，測定鮮切桃的腐爛率、色差、硬度、酸度、過氧化物酶以及多酚氧化酶等指標，試驗結(jié)果表明，殼聚糖涂膜可以降低細胞呼吸速率，減少有機酸的合成，降低可溶性固形物的消耗，降低果實腐爛率、褐變率，從而減緩果實衰老進程。然而單一的殼聚糖可食性涂膜材料也存在一些問題，如膜的機械強度較弱，透氧性、透光性及阻濕性不甚理想，從而影響到易腐食品的保鮮效果[18]。許多研究者通過以殼聚糖為成膜基材，復(fù)合其他具有抗菌性、塑形性的成分來制備復(fù)合膜，綜合性能和保鮮性能均較單一殼聚糖涂膜有明顯改善。

纖維素是自然界中常見的一種由D型葡萄糖基為結(jié)構(gòu)單元組成的大分子多糖，常見于植物、細菌、海藻類的細胞壁中[19]。改性后的纖維素常見的有甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥丙基纖維素和羥丙基甲基纖維素。例如，羧甲基纖維素就是由天然纖維素堿化和羧甲基化制備而得到的羧甲基纖維素醚，是一種無臭、無味、無毒、不易燃的白色化合物，由于其具有良好的成膜性、抗油脂性、吸濕性和穩(wěn)定性而被廣泛用于蔬果保鮮領(lǐng)域[20]。邢婕[21]以CMC為涂膜材料，研究發(fā)現(xiàn)1.0%質(zhì)量分數(shù)的CMC涂膜處理對光皮木瓜的保鮮效果最佳，可有效地延長光皮木瓜的保鮮期，以抑制有機酸、總糖、黃酮、總酚的減少和維生素C的降解。纖維素制成的保鮮涂膜雖具有良好的成膜性，但也存在缺點，如對于氣體的阻隔性不佳，通常需要向改性纖維素中加入其他物質(zhì)（如甘油、蛋白質(zhì)等）以改善性能。多種涂膜物質(zhì)經(jīng)過一定處理得到優(yōu)勢互補的復(fù)合涂膜，具有更高的實際應(yīng)用和研究價值[22]。

2.2 蛋白質(zhì)類可食性涂膜

蛋白質(zhì)是構(gòu)成生命的天然有機大分子物質(zhì)，相較于多糖大分子，蛋白質(zhì)分子可通過氫鍵、二硫鍵、離子鍵及疏水鍵等基團的相互作用來維持穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，從而使得可食性蛋白質(zhì)涂膜有更好的機械性、阻隔性[23]。可食性蛋白涂膜按照蛋白質(zhì)種類主要分為動物分離蛋白膜和植物分離蛋白膜，目前常用于研究的有大豆分離蛋白膜、玉米醇溶蛋白膜、小麥面筋蛋白膜、乳清蛋白膜、明膠、酪蛋白膜等[24]。

大豆分離蛋白是一種蛋白含量高達90%的高純度蛋白，通常以低溫脫脂大豆粕為原料生產(chǎn)制得，是一種蛋白質(zhì)類天然食品保鮮材料，在蛋白質(zhì)類可食性膜中應(yīng)用最廣，具有良好的生物可降解性、阻氧性，但同時也存在機械性低、不易成膜等缺點，目前研究者們多通過物理（加熱、超聲波等）、化學(xué)（添加交聯(lián)劑、塑性劑等）和酶改性的方式來改進大豆分離蛋白膜存在的不足，拓寬其應(yīng)用范圍[25]。

玉米醇溶蛋白主要來源于玉米粉，其原材料經(jīng)濟實惠。玉米醇溶蛋白富含疏水氨基酸和含硫氨基酸[26]，具有良好的可食性、成膜性，目前已有研究將可食性玉米醇溶蛋白膜應(yīng)用于香蕉、草莓、枸杞、番茄等果蔬保鮮。王建宏等[27]研究了玉米醇溶蛋白對寧夏枸杞鮮果貯藏期的保鮮作用，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)玉米醇溶蛋白與乙醇溶液按比例調(diào)制用來處理枸杞鮮果的霉變率、維生素C含量下降率變慢，過氧化氫酶活性降低，這說明玉米醇溶蛋白對枸杞有保鮮作用，可防止枸杞霉變、褐變與腐爛。

除了植物源蛋白膜，另外還有明膠、乳清蛋白、酪蛋白等動物源植物蛋白也被用于進行易腐食品的涂膜保鮮研究。

2.3 脂質(zhì)類可食性涂膜

相較于多糖膜和蛋白質(zhì)膜，研究脂質(zhì)膜的文獻篇幅略少一些，這主要是由于脂類物質(zhì)化學(xué)基團的分布、脂肪鏈的長度等原因影響了脂類物質(zhì)的極性及水分遷移的程度，使得脂類涂膜劑透氣性差，涂膜的厚度難以控制，易產(chǎn)生蠟質(zhì)口感，因此，脂質(zhì)類物質(zhì)一般與多糖、蛋白質(zhì)等其他成膜材料復(fù)合應(yīng)用于易腐食品的保鮮，很少作為單一成膜劑應(yīng)用[28]。

3 可食性復(fù)合涂膜

可食性復(fù)合涂膜主要以不同比例的多糖、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)及其衍生物等為成膜劑基質(zhì)，添加可食性塑性劑、抗菌劑、抗氧化劑等，混合制成的多功能薄膜，復(fù)合涂膜可以綜合單一膜的優(yōu)點，彌補單一膜存在的不足。

3.1 新型納米可食性復(fù)合涂膜

納米粒子因具有獨特的表面、界面及量子尺寸效應(yīng)，因而具有很強的吸附性和很高的活性[29]，使得納米技術(shù)、納米材料成為可食性涂膜新的研究熱點，研究者將納米復(fù)合材料用于可食性膜以改善膜的機械性能，提高屏障特性[30]。曾麗萍等[31]以明膠、羧甲基纖維素鈉為成膜基材，添加具有抗菌活性的納米TiO2對復(fù)合膜進行改性處理，研究納米TiO2添加量對復(fù)合膜機械性能、阻隔性能和抑菌性能等方面的影響，結(jié)果表明，納米TiO2/明膠/羧甲基纖維素鈉復(fù)合膜與對照組相比，呼吸強度增長較為緩慢，水分流失速度減慢，木質(zhì)化進程得到有效緩解，從而延長枇杷保鮮期。韋巧艷等[32]探討魔芋葡甘露聚糖/納米ZnO復(fù)合涂膜對常溫貯藏香蕉保鮮效果的影響，研究以巴西蕉為試驗材料，設(shè)置魔芋葡甘露聚糖涂膜液（A組）和魔芋葡甘露聚糖/納米ZnO復(fù)合涂膜液（B組）2種可食性涂膜液對香蕉進行涂膜處理，以不做任何處理為對照組進行試驗。結(jié)果表明，與另外兩組相比，魔芋葡甘露聚糖/納米ZnO復(fù)合膜的保鮮儲藏效果最好，能顯著維持香蕉的好果率，抑制香蕉的褐變，降低香蕉在貯藏期的質(zhì)量損失率，減少可溶性固形物和維生素C等營養(yǎng)物質(zhì)的損失。麥馨允等[33]以芒果為研究對象，以魔芋葡甘聚糖、納米SiO2為涂膜基質(zhì)，輔以甘油調(diào)配制成復(fù)合可食性涂膜。試驗結(jié)果表明，該配方有效延遲了芒果的呼吸躍變，在一定程度上減少了芒果果皮色澤的變化，抑制了果皮褐變的發(fā)生，使失重率維持在10%以下，芒果果實硬度維持在0.05 MPa以上，可溶性固形物含量、pH和維生素C含量在貯藏后期仍然維持在較高水平。除了常用的納米無機粒子，人們還選用的納米纖維素加入到食品保鮮材料中，這主要是由于納米纖維素無明顯的生物毒性，相較于納米無機粒子來說更為健康安全。余易琳等[34]制備了納米纖維素/殼聚糖復(fù)合涂膜對紅桔進行涂膜保鮮，結(jié)果表明，納米纖維素的添加有助于提高復(fù)合獨立膜的抗張性能，降低其吸濕性。相較于殼聚糖涂膜，納米纖維素/殼聚糖復(fù)合涂膜可進一步降低紅桔在貯藏期間的腐爛率，減少丙二醛的積累，有利于保持果實硬度，并維持其營養(yǎng)物質(zhì)的含量。

3.2 新型植物精油類可食性復(fù)合涂膜

精油具有抗氧化、抗菌等作用，近年來，以植物精油為代表的天然精油以其安全綠色的特性被作為抗菌劑、抗氧化劑應(yīng)用到可食性涂膜中[35]。植物精油主要含有芳香族的化合物、醛類、酸類和醇類等物質(zhì)，能夠抑制甚至殺死寄生在植物體上的病原微生物[36]，很多研究者利用此原理，將植物精油加入可食膜后應(yīng)用于易腐食品的保藏，可有效降低食源性微生物的數(shù)量，防腐保鮮效果可顯著提高，降低有害微生物對食品帶來的不良影響[37]。墻夢婕等[38]以櫻桃為研究對象，以艾葉精油為油相，制備成艾葉精油微乳保鮮劑，研究發(fā)現(xiàn)，濃度為0.1%艾葉精油微乳對櫻桃保鮮效果最好，能有效地降低果實的腐爛率和含水量，延緩櫻桃的營養(yǎng)指標的流失，但過高的精油濃度會刺激果實內(nèi)部的正常的生理代謝、呼吸速率及蒸騰作用，加快果實的衰老的進程。王亞茹[39]以大口黑鱸肌漿蛋白及殼聚糖為成膜基質(zhì)，探究生姜精油添加量對膜機械能、水蒸氣阻隔性能、水溶性、熱穩(wěn)定性及微觀結(jié)構(gòu)等性能的影響。試驗結(jié)果表明，適量的生姜精油可提高復(fù)合膜的延展性、熱穩(wěn)定性，降低復(fù)合膜的透光率、水蒸氣透過性及水溶性。郗澤文等[40]以海藻酸鈉為成膜劑，制備檸檬精油粗乳液、納米乳液兩種可食用涂膜液，研究兩種可食用涂膜液對冷藏鹵鴨脖菌落總數(shù)、pH、汁液損失率、總揮發(fā)性鹽基氮含量、硫代巴比妥酸反應(yīng)產(chǎn)物值、色差、貨架期等指標的影響。試驗結(jié)果表明，檸檬精油復(fù)合海藻酸鈉可食用膜可顯著提高鹵鴨脖保鮮效果，且精油納米乳液涂膜的保鮮效果要優(yōu)于粗乳液涂膜效果，將產(chǎn)品的貨架期由8 d延長至12 d。

3.3 新型中草藥類可食性復(fù)合涂膜

我國對中草藥的研究已有幾千年的歷史，中草藥植物中可提取醇、醛、酚、酸、黃酮、萜以及內(nèi)酯等抑菌、殺菌、抗氧化成分。將一種或幾種含有抑菌成分的中草藥與成膜基質(zhì)相結(jié)合，從而實現(xiàn)一種具有廣譜抗菌性綠色環(huán)保的可食性涂膜保鮮防腐技術(shù)，也成為了涂膜保鮮領(lǐng)域眾研究熱點方向之一。殷佳琦等[41]以新鮮雞蛋為試驗對象，對黃芩苷、姜辣素、海藻酸鈉、蔗糖酯復(fù)合保鮮防腐劑配方進行優(yōu)化，并將其應(yīng)用于雞蛋防腐保鮮試驗。試驗結(jié)果表明，當保藏溫度為37 ℃，保藏時間25 d，復(fù)合保鮮防腐劑配方為黃芩苷濃度1.9%、姜辣素濃度2.7%、海藻酸鈉濃度1.45%、蔗糖酯濃度2.00%時，雞蛋哈夫單位為69，蛋黃指數(shù)為0.38，失重率為4.8%，這表明此復(fù)合保鮮膜具有良好的保鮮效果。李文德等[42]以海鮮菇為材料，采用丁香、艾葉、大青葉三種中草藥提取液作涂膜處理，研究三種中草藥涂膜對海鮮菇品質(zhì)及生理特性的保鮮效果。結(jié)果表明：整個貯藏期間，3種中草藥涂膜處理對海鮮菇保鮮效果較好的為丁香，其次為艾葉，保鮮效果較差的為大青葉。3種中草藥涂膜液均不同程度地保持了海鮮菇在貯藏期間的品質(zhì)，具有抑制海鮮菇脯氨酸和丙二醛含量的上升，降低失重率，抑制細胞膜透性增大等多方面作用。從文獻研究中可以發(fā)現(xiàn)，中草藥中含有大量對病菌具有抑制作用的活性物質(zhì)，在易腐食品涂膜保鮮中可以顯著降低腐敗菌的侵染，減少營養(yǎng)物質(zhì)的損耗、降低果蔬呼吸強度，顯著減少果蔬的腐敗變質(zhì)。

4 結(jié)語與展望

可食性涂膜保鮮研究目前仍以多糖、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)及其衍生物的復(fù)合材料為主，除添加山梨醇、山梨酸鉀、抗壞血酸等常見的添加劑成分外，涂膜劑的種類也逐漸拓寬探索范圍到納米材料、植物精油、中草藥成分提取物等新成分領(lǐng)域。隨著研究者的不斷深入，可食性涂膜保鮮研究已涉及果蔬、冷鮮肉、水產(chǎn)、雞蛋等各類易腐食品。經(jīng)過不斷改良的食品涂膜保鮮技術(shù)，不僅能明顯延長易腐食品的貯藏期，同時還能保持良好的外觀、口感品質(zhì)，相較于其他貯藏保鮮方法也更綠色健康。

可食性涂膜技術(shù)目前還存在一些不足，如研發(fā)成本高、產(chǎn)品存在不穩(wěn)定性，如多糖類涂膜雖具有良好的阻氧性但抗菌性差、蛋白質(zhì)類涂膜雖具有良好的生物相容性且營養(yǎng)豐富但是其機械性差、透水率高。要想真正地將可食性涂膜技術(shù)應(yīng)用到食品保鮮行業(yè)，全面應(yīng)用到人們的實際生活中，建議從以下幾個方面開展深入研究：一是繼續(xù)探討可食性涂膜成膜機理，研究更加成熟的制膜方法、成膜工藝，提高涂膜質(zhì)量；二是探索發(fā)現(xiàn)更多的成膜基質(zhì)以及可添加物質(zhì)成分，改進涂膜配方，通過添加新型成分，優(yōu)化涂膜性能；三是將可食性涂膜技術(shù)與其他保藏技術(shù)相結(jié)合，各類保鮮技術(shù)揚長避短，相輔相成。