多糖膜在食品包裝中的應用

陳艷欣

多糖膜在食品包裝中的應用

陳艷欣

（溫州大學，浙江 溫州 325035）

塑料包裝是當今不可或缺的部分，但是其不可生物降解性帶來的巨大環境問題也日益嚴峻，必須盡量減少和消除它帶來的危害。該問題的解決方案可能依賴于使用生物聚合物，特別是多糖。這些具有成膜特性的大分子生物降解材料，可應用于食品包裝。盡管從不同來源獲得的多糖具有各種優點，例如耐水性強、機械性能好和價格低，但也存在一些問題阻礙了多糖的廣泛應用和商品化。然而，隨著研究的不斷深入，人們有可能找到一些克服問題和解決問題的策略。本文綜述了近年來在食品包裝中應用最廣泛的多糖。

多糖；生物聚合物膜；包裝；微生物多糖

食品包裝對產品的包容、保護、保存、方便、提供產品信息、品牌傳播等至關重要。這項工作的重點是與食品直接接觸的初級包裝，如瓶子、托盤或袋子[1]。使用塑料包裝的關鍵問題是消費后廢物大量遺留。此外，有些材料很難再利用，估計只有不到14%的塑料包裝材料可以回收[2]。考慮到這一情況，克服這一問題的一個有效選擇是使用可再生資源中的生物基聚合物。本文綜述了幾種不同的多糖及其性質和在包裝材料中應用現狀。

多糖是由糖苷鍵構成的復雜碳水化合物，是生物圈中豐富的大分子，通常是植物（如淀粉）和動物外骨骼（如甲殼素）的主要成分之一[3]。多種多樣的多糖及其衍生物被用于生產可生物降解薄膜，并被用于食品、醫療、制藥等多個行業[4]。它們具有良好的阻隔氧氣和二氧化碳（在低或中等相對濕度）和良好的機械性能。然而，由于其親水性，對水蒸氣的屏障較低[5,6]。為了獲得令人滿意的基于生物聚合物的包裝性能，已對多糖膜的改進進行了研究，使其可用于工業應用。

1 源于動物的多糖——殼聚糖

殼聚糖通常不溶于水，但易溶于酸性溶液。殼聚糖不同于其他多糖，依賴其主鏈上的陽離子基團，使其具有對細菌、酵母菌和真菌的抗菌性能[7,8]。殼聚糖還具有良好的成膜性能，能夠被生產成膜和涂層。殼聚糖膜無毒，可自然降解，具有良好的生物相容性以及可再生性和市售性。此外，據報道殼聚糖膜對比氧氣滲透性低的氣體具有半透性，對某些食品的保存至關重要，并且具有中等的水蒸氣屏障。

盡管殼聚糖膜具有這些獨特的性質，但許多研究都集中在其改性上。殼聚糖膜的功能特性也可以通過與其他親水膠體的結合得到改善。與單純的殼聚糖膜相比，和其他多糖（如果膠、淀粉或蛋白質）、海藻酸鈉的組合在機械性能、水蒸氣滲透性和水溶解度方面的改善更好。

2 源于植物的多糖——淀粉

淀粉是植物中儲備最豐富的多糖，屬于可再生資源，具有生物降解性，成本低，可以批量生產，易于處理，并能顯示熱塑性行為。淀粉能從谷物（如小麥、玉米或大米）、蔬菜（如莧菜）甚至堅果（如腰果）中提取，但在商業上，淀粉的主要取自土豆、玉米和木薯。

淀粉顆粒不溶于水，其性質直接取決于植物來源、粒徑分布和形態、基因型、直鏈淀粉/支鏈淀粉比率和其他因素，如成分、pH值和化學修飾。

這種多糖具有形成透氧性極低的膜和涂層的能力，但其作為包裝材料的適用性取決于其高親水性、有限的機械性能和回生。已經進行了大量研究來克服這些缺點，主要使用增塑劑來增加鏈遷移率和改善柔性，以制備具有與聚烯烴衍生的機械性能相媲美的淀粉塑料。最常用的一類增塑劑就是多元醇，比如乙二醇、丙三醇（甘油）和山梨醇。

3 微生物多糖——普魯蘭

普魯蘭多糖（Pullulan）是一種水溶性的胞外多糖，主要是由酵母樣真菌使用多種含單糖的原料生產。受培養條件（溫度、pH值、碳源類型、氮源類型）的影響較大。茁霉多糖具有生物可降解、無毒、無味、無臭等特點，除用作成膜劑外，還可用作絮凝劑、食品添加劑。普魯蘭膜均質，透明，可食用，是柔性的和良好的氧氣屏障。然而，它們對水敏感，機械性能弱。

盡管普魯蘭多糖具有很多優點，但其高成本限制了普魯蘭多糖和普魯蘭多糖膜的應用。將普魯蘭多糖與其他生物聚合物、添加劑共混，能夠制備出具有較好理化性能和力學性能的膜。

4 結束語

本文描述了從不同來源（動物、植物和藻類）提取并由微生物產生的多糖，并且正在尋找新的和改進的聚合物生產方法，以獲得可取代傳統的不可生物降解聚合物作為包裝材料的生物聚合物。

未來的發展趨勢與產業發展有關，需要生產出性能和價格上有競爭力的產品。現有的多糖膜的改進，特別是關于它們的機械性能、對液態水的抵抗能力和對水蒸氣的滲透性的改進是強制性的，主要策略包括使用添加劑（如脂類），與不同的聚合物混合，多層膜的設計，納米粒子的使用，多糖的化學修飾。

［1］Coles R, McDowell D, Kirwan M J.Food Packaging Technology[M]. Oxford :Taylor & Francis, 2003.

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［3］Thakur V K, Thakur M K. Handbook of sustainable polymers: Processing and applications[M]. Singapore:Pan Stanford Publishing, 2016.

［4］Freitas F, Alves V D, Reis M A, et al. Microbial polysaccharide-based membranes: Current and future applications[J].2014, 131．

［5］Galgano F. Biodegradable packaging and edible coating for fresh-cut fruits and vegetables[J].. 2015, 27.

［6］Rhim J W, Park H M, Ha C S. Bio-nanocomposites for food packaging applications[J].,2013, 38: 1629-1652.

［7］Van den Broek L A M, Knoop R J I, Kappen F H J, et al.Chitosan films and blends for packaging material[J].,2015, 116:237-242.

［8］Rinaudo M. Chitin and chitosan: Properties and applications[J]., 2006, 31:603-632.

Application of Polysaccharide Film in Food Packaging

（Wenzhou University, Zhejiang Wenzhou 325035, China）

Plastic packaging is an integral part today. However, the huge environmental problems caused by landfill disposal of non-biodegradable polymers at the end of life have become increasingly serious, and the harm caused by it must be minimized. The solution to this problem may depend on the use of biopolymers, especially polysaccharides. These macromolecular biodegradable materials with film-forming properties may be used in food packaging. Although polysaccharides obtained from different sources have various advantages, such as water resistance, good mechanical properties and low price, there are also problems that hinder the widespread application and commercialization of polysaccharides. However, as research continues, people may find some strategies to overcome and solve problems. In this article, the most widely used polysaccharides in food packaging in recent years were reviewed.

polysaccharide; microbial polysaccharide; packaging; biopolymer film

2020-01-15

陳艷欣（1995-），女，碩士在讀，河南省鄭州市人，研究方向：生物醫藥材料。

TB484.9

A

1004-0935（2020）05-0561-02