可食用包裝膜在食品包裝中的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢

包裝是延長水果、蔬菜及加工食品保存期和保質(zhì)期的重要手段之一。隨著工業(yè)化的發(fā)展，食品包裝行業(yè)對(duì)于塑料的需求量急劇增加。盡管塑料作為包裝材料具有方便、價(jià)格低廉、機(jī)械強(qiáng)度高、成型容易、熱封性能優(yōu)良以及重量輕等優(yōu)點(diǎn)，但大量使用塑料包裝材料卻給環(huán)境帶來了嚴(yán)重的負(fù)面影響，因此，可食用包裝膜逐漸引起了廣泛關(guān)注。本文介紹了幾種常見的可食用包裝膜，探討了它們?cè)谑称钒b中的具體應(yīng)用，并分析了可食用包裝膜在食品行業(yè)中的發(fā)展前景，以期推動(dòng)食品行業(yè)向更加安全、環(huán)保的方向發(fā)展。

一、可食用包裝膜的類型

（一）蛋白基可食用包裝膜

由植物來源的蛋白質(zhì)制成的可食用包裝膜包括玉米醇溶蛋白、小麥面筋、大豆蛋白、花生蛋白、藜麥蛋白和芝麻蛋白等，動(dòng)物來源的成膜劑則包括角蛋白、蛋清蛋白、肌原纖維蛋白、膠原蛋白、明膠、酪蛋白和乳清蛋白。在眾多可食用薄膜材料中，基于蛋白質(zhì)的材料兼具包裝和營養(yǎng)的雙重功能，不僅適合整體包裝，還可以用于部分食品的單獨(dú)包裝，尤其適用于無法單獨(dú)包裝的產(chǎn)品，如豆類、堅(jiān)果和腰果等。

相較于脂質(zhì)和多糖薄膜，蛋白質(zhì)基可食用薄膜表現(xiàn)出更優(yōu)異的物理性能和阻氣效果，這主要得益于其緊密堆積和有序的氫鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但其阻濕性能相對(duì)較差。在高脂肪或油炸食品的包裝中，脂質(zhì)物質(zhì)的氧化是導(dǎo)致食品質(zhì)量下降和保質(zhì)期縮短的主要因素，而蛋白質(zhì)基包裝膜能夠有效抑制氧氣的滲透，從而在一定程度上減緩氧化進(jìn)程。此外，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)對(duì)透氧性也起著關(guān)鍵作用。據(jù)報(bào)道，由于其球形結(jié)構(gòu)，玉米醇溶蛋白、小麥面筋蛋白、大豆蛋白和乳清蛋白基薄膜的透氧性優(yōu)于膠原蛋白基薄膜。

（二）多糖基可食用包裝膜

多糖是最豐富的天然聚合物，常見的多糖包括纖維素、半纖維素、淀粉、果膠及其衍生物，如海藻酸鹽、普魯蘭、甲殼素和殼聚糖等，近年來這些材料被廣泛用于制備可食用薄膜或涂層?；诙嗵堑目墒秤帽∧ば纬闪擞行虻臍滏I網(wǎng)絡(luò)，具有良好的阻氧性能，能夠有效延長食品的保質(zhì)期。然而，由于其具有親水性，導(dǎo)致多糖基薄膜在防潮性能方面效率較低，因此在需要防潮保護(hù)的食品包裝中效果有限。

多糖涂層具有無油、無色、透明的特點(diǎn)，適用于食品的外層包裝，能夠延長保質(zhì)期而不引發(fā)厭氧環(huán)境。此外，多糖基薄膜可以采用濕法和干法進(jìn)行成膜，工藝靈活多樣，適用不同的場景。

（三）復(fù)合可食用膜

復(fù)合薄膜是一種多組分系統(tǒng)，將不同的疏水性和親水性化合物混合，以優(yōu)化其功能性能。通常情況下，形成聚合物基質(zhì)的單官能化合物可以構(gòu)建具有足夠內(nèi)聚性的結(jié)構(gòu)基質(zhì)，但單獨(dú)使用時(shí)可能無法滿足所有性能需求，如機(jī)械強(qiáng)度和阻隔性能等。極性生物聚合物可食用薄膜（如多糖和蛋白質(zhì)）在低相對(duì)濕度下通常具備良好的阻氣性和較佳的機(jī)械性能，但由于在高濕度條件下的親水性，所以它們的阻水性較差。

相對(duì)而言，疏水性脂質(zhì)在減少水分遷移方面表現(xiàn)優(yōu)異，但由于其非聚合物特性，故機(jī)械性能較弱，不如水膠體薄膜。因此，將疏水性脂質(zhì)與親水性多糖或蛋白質(zhì)相結(jié)合，可以制備出比單一化合物薄膜綜合性能更優(yōu)的復(fù)合薄膜。

（四）納米顆粒食用膜

根據(jù)定義，納米材料的粒徑至少在1-100nm，過去十年中，納米技術(shù)作為一種創(chuàng)新方法，已被應(yīng)用于制造具有獨(dú)特性質(zhì)的納米級(jí)有機(jī)和無機(jī)化合物。納米材料在食品包裝中的應(yīng)用是一個(gè)新興領(lǐng)域，將其摻入基質(zhì)聚合物中已被證實(shí)是改善物理和機(jī)械性能的一種有效策略，這是傳統(tǒng)材料無法實(shí)現(xiàn)的。納米封裝技術(shù)還可以通過生物活性天然材料合成高效的活性包裝材料，顯著提高生物活性化合物的穩(wěn)定性和溶解性，從而形成性能優(yōu)于傳統(tǒng)活性膜的產(chǎn)品。許多研究者探索了生物基質(zhì)聚合物與納米粒子的不同組合，特別是納米粘土因其高縱橫比和表面積體積比，在改善材料的阻隔性和機(jī)械性能方面得到了廣泛開發(fā)，也顯示了納米技術(shù)在提升食品包裝性能方面的巨大潛力。

但對(duì)于科學(xué)界而言，納米材料的安全性仍有爭議。第一，納米材料的毒性作用可能因其化學(xué)成分、粒徑分布、顆粒形狀和表面特性而異。在實(shí)驗(yàn)研究中，最常觀察到的影響包括可能引發(fā)氧化應(yīng)激，在某些情況下還可能導(dǎo)致炎癥反應(yīng)或遺傳毒性。這些有害影響的強(qiáng)度與特定食品包裝系統(tǒng)中納米材料的劑量密切相關(guān)。第二，納米顆粒根據(jù)其大小在穿透人體細(xì)胞的能力上有所不同。例如，直徑為100nm的顆粒能夠輕易穿透細(xì)胞，40nm的顆粒則可以進(jìn)入細(xì)胞核，35nm以下的顆粒甚至可以穿過血腦屏障。第三，較小尺寸的納米顆粒通常具備更強(qiáng)的催化能力，其活性氧的生成潛力、吸附速率和結(jié)合能力往往高于較大顆粒。目前，關(guān)于納米顆粒安全性和毒理學(xué)效應(yīng)的可靠數(shù)據(jù)尚未在公眾領(lǐng)域廣泛披露，因此亟需詳細(xì)研究這些納米粒子對(duì)人類健康及環(huán)境微生物群的影響，以確保消除潛在的不利影響。

二、可食用包裝膜在食品包裝中的應(yīng)用

（一）水果和蔬菜

高濕度、微生物導(dǎo)致水果和蔬菜易腐爛，儲(chǔ)存時(shí)間受限。使用適當(dāng)?shù)陌b，如可食用薄膜或涂層，能夠抑制脂質(zhì)氧化、延緩水分流失、防止變色，減少污垢和灰塵的接觸，捕捉揮發(fā)性風(fēng)味化合物，以及作為抗菌劑和抗氧化劑等食品添加劑的載體，從而提升水果和蔬菜的外觀、質(zhì)量和保質(zhì)期。

（二）奶制品

可食用包裝膜在奶制品中的應(yīng)用，不僅提升了產(chǎn)品的安全性和保質(zhì)期，還為消費(fèi)者提供了更健康、可持續(xù)的選擇，是未來食品包裝的重要發(fā)展方向?？墒秤帽∧た梢苑乐箍諝庵械难趸锖椭虏【秩耄苊馀Ｄ虤馕稊U(kuò)散，更好地保持其原有的口感、營養(yǎng)成分和維生素?？墒秤冒b膜還可以抑制微生物的生長和氧化反應(yīng)，有效降低奶制品中的細(xì)菌數(shù)量，減少腐敗現(xiàn)象，顯著延長奶制品的保質(zhì)期。

研究表明，將具有抗菌和抗氧化特性的可食用薄膜應(yīng)用于奶制品包裝中，可以顯著提升產(chǎn)品的安全性和新鮮度。此外，可食用薄膜還可以通過添加天然香料或功能性成分，進(jìn)一步增強(qiáng)奶制品的風(fēng)味和營養(yǎng)價(jià)值。例如，某些薄膜中添加了益生菌成分，不僅為消費(fèi)者提供了額外的健康益處，還提升了產(chǎn)品的市場競爭力。

（三）肉類

肉類及肉制品因其獨(dú)特的風(fēng)味和營養(yǎng)價(jià)值深受消費(fèi)者歡迎，但由于微生物和化學(xué)變化，它們極易變質(zhì)，因此對(duì)保存條件提出了較高要求。可食用包裝因其在改善肉類的物理化學(xué)特性和感官品質(zhì)方面的顯著作用，正越來越多地被應(yīng)用于肉類及肉制品的保存中。

（四）海鮮食品

由于微生物的快速繁殖，海鮮食品的保質(zhì)期通常較短，近年來，可食用包裝逐漸發(fā)展為提高海鮮食品儲(chǔ)存穩(wěn)定性的有效策略。比如基于殼聚糖和明膠的可食用薄膜或涂層，通過減少變質(zhì)、抑制揮發(fā)性化合物和氧化物質(zhì)的積累，可以最大限度地降低重量損失，有效保持海鮮食品的質(zhì)量，并延長保質(zhì)期，改善質(zhì)地和顏色。

三、可食用包裝膜的未來展望

近年來，可食用薄膜在食品加工副產(chǎn)品中的應(yīng)用愈加廣泛，不僅實(shí)現(xiàn)了工業(yè)副產(chǎn)品的增值，還因其低成本特點(diǎn)推動(dòng)了可食用薄膜的經(jīng)濟(jì)化開發(fā)，為薄膜制劑的創(chuàng)新發(fā)展提供了更多可能性。隨著可食用包裝膜的研究持續(xù)推進(jìn)，薄膜的形成、活性包裝的開發(fā)和納米技術(shù)的應(yīng)用中都引入了新的原材料，旨在開發(fā)性能媲美傳統(tǒng)合成聚合物的生物聚合物，并利用農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品作為原料以降低生產(chǎn)成本。

盡管可食用薄膜具有諸多優(yōu)勢，但也面臨重大挑戰(zhàn)。

第一，目前各國針對(duì)食品包裝中納米材料的具體立法尚不完善，且各國規(guī)定不一。根據(jù)美國的法規(guī)，可食用薄膜和涂層可被歸類為食品成分、添加劑、接觸材料或包裝材料，因此美國食品和藥物管理局（FDA）要求其配方成分需具備“普遍公認(rèn)為安全”（GRAS）狀態(tài)。根據(jù)英國食品科學(xué)與技術(shù)研究所（IFST）的指導(dǎo)意見，除非有明確的安全證據(jù)，納米材料應(yīng)被視為潛在危險(xiǎn)物質(zhì)。歐盟的立法則要求提供納米材料風(fēng)險(xiǎn)信息，并對(duì)納米材料進(jìn)行法律定義，尺寸是納米材料監(jiān)管的重要標(biāo)識(shí)符。

第二，由于薄膜顯影過程中可能發(fā)生化學(xué)變化，食品包裝膜可能轉(zhuǎn)化為有毒物質(zhì)，用于增強(qiáng)薄膜性能的交聯(lián)劑也可能引發(fā)毒性物質(zhì)的生成。一項(xiàng)研究探討了基于氧化石墨烯及其衍生物的甲基纖維素基薄膜對(duì)人體肺部細(xì)胞的毒性影響，結(jié)果顯示，還原氧化石墨烯的毒性低于氧化石墨烯。改性技術(shù)和成分選擇在食用膜的安全性中至關(guān)重要，但相關(guān)研究較為有限。此外，薄膜中添加納米材料也可能帶來多種潛在的毒理學(xué)影響。

第三，雖然已有多種方法嘗試改善薄膜性能，使其與石油基聚合物相當(dāng)，但機(jī)械性能不足、耐水性和耐氣性較弱等問題仍然限制了其在食品中的廣泛使用。為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，研究人員開發(fā)了復(fù)合薄膜和納米復(fù)合薄膜，但采用多層方法生產(chǎn)復(fù)合薄膜時(shí)，容易因分層而失敗，而且制造多層薄膜所需的時(shí)間、能源和成本都較高。

第四，熱密封性是薄膜的另一個(gè)關(guān)鍵特性，但生物基薄膜的最佳密封溫度范圍較窄，導(dǎo)致其在高溫下更易出現(xiàn)底部密封不嚴(yán)和炭化的現(xiàn)象，從而影響其的應(yīng)用。此外，商業(yè)化可食用薄膜技術(shù)的一大限制是無法生產(chǎn)大尺寸薄膜（大于25cm），并且難以保持均勻的厚度，干燥時(shí)間也較長（需要2-3天）。

第五，納米技術(shù)的應(yīng)用被視為可食用薄膜的一大發(fā)展趨勢，但納米材料在基質(zhì)聚合物中的分散和均勻性及其經(jīng)濟(jì)性仍然面臨不少挑戰(zhàn)。而且，由于缺乏關(guān)于納米材料和其他成膜成分的毒理學(xué)信息，消費(fèi)者對(duì)其安全性仍有顧慮。

綜上所述，可食用薄膜作為一種健康的食品保護(hù)手段，因其天然、廉價(jià)、可再生的特性，展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。為了促進(jìn)其成功推廣，未來的研究應(yīng)聚焦于提高薄膜的性能、安全性與監(jiān)管力度，同時(shí)探索新的來源，以達(dá)到大規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。

作者簡介：臧婧伊（2004-），女，漢族，遼寧鞍山人，大學(xué)本科在讀，研究方向?yàn)檐浖こ獭?/p>