可食性膜在肉及肉制品保質中的應用研究進展

趙婭英，史 巧，王馨蕊，王桂瑛，廖國周，李 宏,（.云南省農業科學院農產品加工研究所，云南昆明 65022；2.云南農業大學食品科學技術學院，云南昆明 65020；.云南農業大學云南省畜產品加工工程技術研究中心，云南昆明 65020）

肉類和肉制品具有豐富的營養基質，并且是均衡膳食的重要組成部分。但肉和肉制品在貯藏不當的條件下極易腐敗變質，微生物的繁殖、脂質氧化和酶的消化等不良環境因素是影響肉制品貨架期的主要原因，肉制品中適宜的pH 為微生物提供了生長的“天然培養基”[1]。微生物來源于肉類本身或者生產儲運的環境，微生物的繁殖會導致肉品產生異味、質地粘稠、營養成分損失；脂質氧化可引起色澤的改變，肌紅蛋白會造成肉品褪色；而酶的消化對肉的風味、質地和外觀都有不良影響[2]。因此，為了保持肉制品的新鮮度，常使用包裝克服這些問題以及延長此類食品的貨架壽命，提高其安全性。

與其他食品相比，肉和肉制品的變質速度更快，污染的可能性更大，因此，包裝在肉和肉制品中扮演著更重要的角色[3]。肉類食品的包裝常用于保護其內容物不受外界污染，防止肉制品因氣體、機械作用、微生物作用等造成外觀、風味、氣味、質地的惡化和有害微生物的繁殖。包裝也可作為水分遷移的屏障來保護食品，并防止在食品儲存過程中氣體擴散導致的腐敗變質，例如氧氣或二氧化碳，還可以通過防止風味物質和香氣的遷移，以及提供結構完整性來延緩食品的品質劣變[4]。

肉品包裝應具備防腐保鮮、抗菌抗氧化、耐熱保溫、無毒無害等多種特征，可食膜通過直接或間接抗菌來調節膜內微環境，或利用選擇透過性來控制微生物的生長[5]。有相關研究顯示，直接將活性成分作用于肉類表面并不能發揮活性成分的最大作用，因為活性劑容易與肉中的營養物質發生反應而失活，而且容易影響肉的感官品質，難以在肉制品表面形成抗菌層。因此使用天然高分子材料制備活性可食膜對肉類食品進行保鮮成為一大發展趨勢。天然高分子材料由于其生態友好的特性，正逐漸成為新型食品包裝材料。在食品工業中，可生物降解薄膜是傳統塑料甚至可生物降解塑料的極好替代品。膠原蛋白膜和香腸腸衣可能是可食用膜在肉制品中最成功的商業應用[6]。本文綜述了可食性膜的制備方法，以及近年來可食膜在肉制品保質中的應用研究進展，以期為肉和肉制品的保質提供參考。

1 可食性膜

1.1 可食性膜的定義

可食性膜是以天然高分子物質（蛋白質和多糖、脂類）或其復合物為主要成膜基質，加入食品添加劑、表面活性劑，通過浸漬、噴灑、包裹、涂布等形式使分子間相互作用形成均勻網絡結構覆蓋于食物表面，用來阻隔氣體、水分和微生物等的干擾和破壞，從而延長食品保質期的薄膜或涂層[7]。生物聚合物配方的選擇在很大程度上取決于其所需的功能，與傳統包裝相比，可食性膜通過提供防潮、防氣、防脂的保護來延長加工食品的保質期[8]。含有各種成分（調味料、色素、甜味劑）的薄膜可以增強包裝食品的感官特性，也可以加入抗菌劑、抗氧化劑、營養素、香料等物質，提升食品的功能特性或感官屬性[9]。

1.2 可食性膜的制備

可食膜的制備方式主要包括兩種：乳化液形式：將熔融狀態的脂質與親水基質乳液結合，并加入食品添加劑、增塑劑、抗菌抗氧化物質調整膜的機械性能與功能特性。將形成的聚合物通過浸漬、噴淋、涂刷等方式附著于食品表面，烘干成型即可[10]。雙層涂布形式：待蛋白膜或多糖膜制備完成后，將融化的脂質涂布在其表面，脂質膜干燥后得到雙層復合膜[8]。

2 肉及肉制品儲藏中的腐敗因素

微生物的腐敗、脂質與蛋白質的氧化是導致肉類和肉類產品質量下降的主要原因。微生物腐敗會導致肉品內的肌紅蛋白氧化，新鮮度的降低與肉品褪色。肉品中含有的不飽和脂肪酸、磷脂和甘油三酯極易被氧化，氧化產生的主要產物是氫過氧化物、短鏈醛和酮[11]。當肉類脂質氧化并與其他肉類成分（例如色素和其他蛋白質，碳水化合物和維生素）相互作用時，會發生色澤、風味和營養價值的不良變化。從消費者的觀點來看，在預包裝的新鮮肉中，變色和脂質氧化都是不被期望的。隨著肉制品生產和消費的增加，控制肉和肉制品中微生物腐敗、脂質與蛋白質氧化變得越來越重要[12]。

肉和肉制品是極易腐敗的商品，在儲運過程中需要控制腐敗微生物的生長，達到延長其貨架壽命的目的。控制肉類微生物腐敗的主要內在因素包括：pH、水分含量、水活度（aw）、氧化/還原電位、營養成分、抗微生物成分和生物結構。影響肉類產品質量的另一方面是外部因素，外部因素與肉品基質特性無關，因此在制定肉類產品的儲運策略中起著重要的作用。如儲藏溫度、環境相對濕度、氣體種類和濃度等，可作為相關的外部因素[13]。由于肉品內部環境無法改變，所以只能通過調控外部因素來延長肉品的保質期，溫度是控制肉和肉制品變質的主要因素，較高的儲存溫度和較長的儲存時間會導致肉和肉制品的質量損失、不良的顏色與氣味變化，以及微生物的腐敗。相對濕度的升高會影響肉品的水分活度含量，促進需氧微生物的繁殖生長[14]。

鮮肉中的脂質氧化與甘油三酯與磷脂的降解有關。脂質的氧化分為磷脂氧化與中性脂肪氧化，通常，完整性遭到破壞或與空氣大面積接觸的肉制品更容易發生脂質氧化與微生物腐敗現象[15]。自由基級聯反應導致了不飽和脂肪的氧化，這些反應還通過各種促氧化因素如溫度、光和金屬離子的接觸進一步增強。因此，脂質的氧化會導致營養品質與感官特征的降低，有害物質的形成，例如氧化過程中形成的丙二醛，它對肉品的風味和潛在的致癌活性存在有害影響[16]。

肉與肉制品質量惡化的另一個重要因素是蛋白質氧化，肉品在存儲過程中風味變化是由于高度不飽和蛋白結合的磷脂被氧化所致，當肌肉蛋白暴露于自由基、氧、過渡金屬離子等超氧化因子下時，輻照會導致蛋白發生交聯作用、側鏈氨基酸的改性與蛋白質的結構破裂。因此，蛋白質的功能受到影響，導致氨基酸損失和影響產品質地的蛋白質功能改變，從而在肉的營養品質、持水能力和嫩度等方面產生不同的影響[17]。

采用可食性膜對肉和肉制品進行包裝，不僅可以顯著延長肉品的貯藏期，且能提高其營養品質。可食性膜通過調節肉品與環境間的關系，創造一個適宜肉品保藏的環境，以達到減緩肉品的有害微生物繁殖、脂質氧化與酶促自溶的目的。

3 可食性膜在肉及肉制品中的應用

3.1 多糖膜

天然多糖來源豐富，性質穩定，且具有凝膠特性，是制備可食性膜的理想材料，多糖可食膜多以淀粉、海藻酸鈉、果膠、殼聚糖、卡拉膠及其混合物作為成膜基質，常利用分子內與分子間的極性基團增強靜電引力等相互作用，并添加不同比例的增塑劑、耐水劑、填充劑來改變多糖膜的穩定性、阻水性等性能[18]。多糖膜還具有良好的阻氣性和成膜性，可以顯著延緩肉和肉制品由于氧氣和微生物導致的不良變化[19]。多糖膜主要包括淀粉膜、殼聚糖膜、卡拉膠膜等。

淀粉膜主要由谷類、馬鈴薯、木薯淀粉或其組分直鏈淀粉和支鏈淀粉通過溶液澆鑄（濕法）和熱塑性加工（干法）制備而成[20]。直鏈淀粉含量高的淀粉膜成膜能力較強，且具有更高的柔韌性、不透氧性、耐油性、熱封性和水溶性[21]。姚沛琳等[5]采用含有植物乳桿菌的馬鈴薯淀粉復合膜包裹經冷卻處理的雞肉，每隔2 d 測定雞肉的理化性質與菌落總數，實驗結果表明，添加植物乳桿菌的復合膜可顯著延長雞肉的貨架期，有效抑制菌群的生長，延緩脂質的氧化，使雞肉的保鮮時間達到10 d 以上。楊斌等[22]向淀粉膜中添加了納米銀，并測定其對牛肉貯藏期間的保鮮效果，分析牛肉的品質變化與理化指標，結果表明：經含有納米銀的淀粉膜處理后，牛肉的的感官評分高于對照組，氧化程度與菌落總數低于對照組，相較于對照組，處理組的貯藏期延長了9 d，說明納米銀酯化淀粉膜可有效延緩牛肉的腐敗變質，延長其保質期。

殼聚糖膜具有優異的機械性能、阻隔性能和生物相容性，殼聚糖膜的使用改善了傳統干腌肉制品的感官、理化和微生物品質，對細菌、酵母菌和霉菌也有很強的抑制作用，是目前最常見的成膜基質[23]。秦丹丹等[24]以不同含量的黑木耳多糖和殼聚糖為原料，開發了一款具有保鮮效果的可食性膜，用于提高冷鮮牛肉的抑菌保鮮效果。張盼等[25]研發了一種具有抗菌性能的殼聚糖-普魯蘭多糖復合膜，適用于冷鮮牛肉保鮮，處理組中菌落總數增長緩慢，通過分析對照組與處理組的理化性質，表明此復合膜的使用可以顯著減緩冷鮮牛肉的腐敗變質，延長其貨架期。

卡拉膠作為一種可食用的涂膜基質，具有良好的氣體阻隔性能。目前已經覆蓋了食品工業的各個領域，例如應用于防止新鮮和冷凍肉類、家禽和魚類的表面脫水[26]。Farhan[27]通過水浸提法制備了發芽葫蘆巴種子-半精制卡拉膠（src）膜，研究了src 膜對雞胸肉的保鮮作用。結果表明，發芽葫蘆巴種子的加入顯著提高了src 膜的抗氧化活性，且對雞胸肉表面微生物的生長具有良好的控制作用。

總體來說，多糖膜對于肉及肉制品具有良好的抑菌效果與保鮮效果，其能與肉中的游離脂肪酸充分結合，并生成較穩定的復合物，而后這種復合物又可與脂肪結合形成穩定的結構，通過降低游離脂肪酸的含量抑制脂質水解。多糖膜在肉及肉制品中的抗菌效果較好，且對于環境污染較低，來源廣泛、成本較低，故其具有廣闊的發展前景[28]。

3.2 蛋白質膜

蛋白膜能很好地粘附在肉類的親水表面，為氧氣和二氧化碳提供屏障，具有較高機械強度、阻氧性與透明度，但不能阻止水的擴散[8]。蛋白膜利用蛋白質的變性作用、兩性解離作用與別構效應，產生交互力形成蛋白膜的基質，這些相互作用通過氫鍵、范德華力、共價鍵和二硫化物橋的均勻分布而形成穩定的網狀結構。使用加熱加壓、輻照、機械、酸或堿、水解或酶處理，添加鹽或化學交聯來修飾蛋白質結構可以獲得適當的膜性能[29]。蛋白膜內添加增塑劑，如聚乙二醇或甘油，可以提高膜的柔韌性，而通過添加疏水性材料，如蜂蠟或油酸，可影響薄膜性能，如結晶度、疏水性、表面電荷和分子大小，從而克服水滲透性，改善薄膜特性[30]。蛋白膜主要包含明膠膜、乳清蛋白膜、膠原蛋白膜等。

明膠是一種由膠原蛋白經熱水解而得的變性蛋白質，具有優異的成膜性和對氧和光的阻隔性，但機械性能與阻隔性能較差，通常加入增塑劑可以增加膜的柔韌性，交聯劑可以提高膜的熱穩定性[31]。劉英健等[32]以具有體外抗菌性和抗氧化性的牛蒡提取物作為改性材料進行研究發現,在添加濃度為5%時與雞皮明膠制成的復合膜綜合性能最佳。

乳清蛋白是奶酪制作的副產品，具有良好的機械性能、阻隔性能與成本效益的生物降解性，相反，由于乳清蛋白的親水性，乳清蛋白膜的抗拉伸性與抗潮濕性較差，向膜內加入相容的生物聚合物或納米材料可以改善其缺點[33]。Akcan 等[34]研究了添加植物化學成分的乳清蛋白可食性膜對冷凍保存的熟肉丸子抗氧化作用。結果表明，添加了植物化學成分的可食膜提高了酚類化合物的含量，降低了熟肉丸子的氧化程度。

膠原蛋白是一種來源廣泛，種類豐富的結構蛋白，單獨使用時熱穩定性與機械性能較差，常使用改性的方法改善膜的性能[35]。肖乃玉等[36]向膠原蛋白膜中添加阿魏酸，利用膠原蛋白與其他添加物間的相互作用制備出阿魏酸-膠原蛋白抗菌膜，并以此膜對臘腸進行涂抹包覆，發現阿魏酸-膠原蛋白抗菌膜對大腸桿菌與革蘭氏陽性菌具有強烈的抑制作用，能有效延緩臘腸的新鮮度降低，并可將臘腸的保質期延長8.5 d。葉忱[37]以魚鱗膠原蛋白凝膠為基質，加入牛至精油、茶多酚與溶菌酶制備復合凝膠，研究其對三文魚的保鮮作用，結果發現添加三種抑菌劑的膠原蛋白凝膠對三文魚的腐敗變質具有不同的抑制效果，其中，牛至精油的抗菌效果最好，可使三文魚的保質期延長2 d。

蛋白質的理化特性完全取決于氨基酸取代基的排列及其在聚合物鏈上的相對數量，且蛋白質與不同分子（主要是還原糖）的化學反應性會導致其結構發生變化，因此，將蛋白質與不同的糖類結合可改變其功能。通常，蛋白質的變性是通過酸、堿、溶劑和高溫來完成，變性后蛋白鏈會通過氫鍵、離子鍵和共價鍵連接，進一步影響可食性膜的強度，蛋白鏈間相互作用越大，可食膜的緊密度越高。但此膜對蒸汽、液體與氣體的滲透性較差，即使在較低的相對濕度下，蛋白質膜也是一種高效的氧氣阻滯劑[38]。

3.3 脂質膜

由于脂質膜本身的性能缺陷，很少被單獨使用，但脂類中的蠟可用于果蔬保鮮，延緩其氧化變質[39]。由脂質組成的薄膜具有良好的水蒸氣阻隔性能，但機械強度和氧滲透性較差。與親水性材料結合，可改善脂類薄膜的機械強度與屏障功能，在肉品中應用時可降低肉制品的污染率、減少水分流失[40]。Meritaine等[41]研究了添加水解蛋白和丁香精油的瓊脂可食膜對延長比目魚片貨架期的效果，并對涂膜后比目魚片的微生物學、物理學和化學性質進行了分析，發現丁香精油抑制了冷藏存儲過程中腐敗微生物的生長，并且將涂膜樣品的保質期從10 d 提高到15 d。

3.4 復合可食膜

復合可食膜是將兩種或兩種以上的材質混合作為成膜基質制備的膜。復合膜將單一膜的優點相結合，可優化膜的特性。根據原料構成與比例不同，膜的耐水性、阻隔性、熱封性能、透明度與抗拉強度等均有不同，因此可滿足各類食品包裝的不同需求[42]。方丹丹等[43]為了研究復合膜中抗菌劑對鮮肉中大腸桿菌與金黃色葡萄球菌的抑制作用，將納米氧化鋅和丁香精油加入殼聚糖—魔芋葡甘聚糖復合膜中，發現添加了納米氧化鋅和丁香精油的復合膜具有強抗菌性，可以有效抑制菌群的生長繁殖，將鮮肉的保質期延長6～8 d。曾麗萍等[44]向殼聚糖/乳清蛋白復合膜中加入山梨酸鉀，以研究復合膜對冷鮮肉的保鮮效果，結果表明：經涂膜處理的冷鮮肉色澤、風味、香氣都優于對照組，且發現隨著貯藏時間的延長，涂膜組的冷卻肉表面微生物數量、蛋白質和脂肪的氧化分解程度及感官評分均明顯優于對照組。

近年來，可食膜領域的研究工作大多集中在復合膜上，制備復合膜的目的是為了提高膜的機械性能與阻隔性能，以探索每種膜的最適原料比，并盡可能的中和復合膜的缺點。雙層復合膜會隨著時間的流逝而分層，從而形成針孔或裂紋并顯示出不均勻的表面，許多研究描述了復合膜的改進方法，包括使用脂質和羥丙基甲基纖維素的復合涂層、甲基纖維素和脂質的復合涂層等，它們的功能特性取決于膜的制備方法，組分類別、比例及其相容性[45]。

3.5 功能可食膜

目前可食膜的發展趨勢是增加薄膜的功能性，為賦予可食膜不同的功能性，常把活性成分加入到可食膜中。功能可食膜與復合可食膜的最大區別在于，功能可食膜著重增加膜的功能性，例如抗菌性、抗氧化性等，而復合可食膜則將兩種或兩種以上的材質結合，達到優化膜的理化特性與機械性能的目的。廣泛使用的天然活性成分有精油、草本植物和香料提取物、益生菌等。精油可以延長食品在儲存期間的穩定性，抑制腐敗或致病性微生物的生長，防止氧化[46]。優良的氣體阻隔性和選擇性滲透性是制備可食性膜的必要要求，向可食膜中加入抗菌劑或抗氧化劑可以提高膜的各項性能。Maryam 等[47]將不同濃度的石榴皮萃取物加入到綠豆蛋白膜中，與對照綠豆蛋白膜相比，石榴皮復合膜的總酚含量、抗氧化活性和抗菌能力均有所提高。根據不同膜的功能，可分為以下兩種可食膜：

3.5.1 抗菌可食膜 抗菌可食膜在食品保鮮中的使用可以使微生物失去活性、生長滯后，達到有效控制微生物數量、延緩食品腐爛變質、延長食品貨架期的目的[48]。可食膜可以作為釋放防腐劑或抗菌劑的來源，改善薄膜的抗菌性、機械性與阻隔性，防止肉制品受到食源性微生物的污染[8]。黃淵等[49]研究了表沒食子兒茶素沒食子酸酯對草魚的保鮮效果，采用感官評價、色度、pH、質構、揮發性鹽基氮作為鮮度指標。結果表明，處理能有效提高草魚肉的保鮮效果，且處理組的感官評價值始終高于對照組，沒食子酸酯處理可減緩魚片pH 變化，達到了減緩草魚片腐敗變質的效果。抗菌包裝是將抗菌物質直接應用于食品的有前途的替代方法，由于活性物質的緩慢釋放以及較長時間的高濃度抗菌表面濃度，使用包含抗菌劑的包裝膜比直接施用抗菌劑更有效[50]。

3.5.2 抗氧化可食膜 肉類和肉制品與氧氣的過度接觸，會導致脂質氧化、酶促褐變、營養物質降解等不良現象，添加抗氧化劑是控制肉類和肉制品氧化變質的傳統方法，為了提高可食膜的抗氧化性，常向膜內加入活性物質[51]。Xiong 等[52]研究表明了牛至精油（OEO）和白藜蘆醇（RES）納米持肉的嫩度以及抑制微生物生長來顯著延長豬肉的貨架期。盡管合成抗氧化劑非常有效且穩定，但對毒性和致癌作用具有潛在影響，來自植物基體的天然抗氧化劑是合成抗氧化劑的良好替代品，且天然抗氧化劑中的酚類化合物和其他活性成分含量很高，可以有效地防止氧化反應的發生[53]。

3.6 其他可食膜

3.6.1 納米可食膜 將生物納米復合材料用于可食性膜有助于改善膜的機械性能，提高屏障特性[54]。納米復合膜是由至少兩種互不相溶的基質組成，均勻分散的納米粒子可以改變薄膜的納米結構、分子遷移率、弛豫行為以及熱性能和機械性能[55]。Sani 等[56]制備了乳清分離蛋白/纖維素納米纖維/TiO2納米粒子/迷迭香精油納米復合膜，發現在冷藏過程中羊肉的微生物和感官質量得到了提高。Esmaeili[57]以大蒜精油和納米膠囊為添加劑，對殼聚糖（ch）和乳清蛋白（wp）膜延長真空冷藏香腸貨架期的效果進行了評價和比較。通過對香腸微生物和脂質穩定性的分析，發現所有活性膜對脂質氧化和主要腐敗菌群的生長均有抑制作用。此外，納米組分有望通過增加水、氣體或低分子量化合物穿過薄膜的路徑的曲折性來改善膜的特性[58]。

3.6.2 精油可食膜 為了提高可食膜的性能，天然植物精油已作為抗菌劑、抗氧化劑添加到薄膜中，可減少或替代合成食品添加劑的用量。將精油加入可食膜后應用于肉及肉制品保藏，防腐保鮮效果顯著提高，可有效降低食源性微生物的數量，且能很好的阻隔氧氣與有害菌群對肉品帶來的不良影響。大多數精油具有抗菌特性，但是，儲存條件可能會降低其活性。為了避免這種影響，精油可以在薄膜澆注前進行微膠囊化[59]。張力[60]以明膠和殼聚糖為基質，采用凝膠法制備可食性復合膜，并將丁香酚包埋在膜內，研究丁香酚納米微粒-明膠-殼聚糖復合膜對冷鮮豬肉的貯藏保鮮作用，結果表明：復合膜能有效抑制冷鮮肉的脂質氧化與細菌總數的增長，降低肉品的TBARS 和TVB-N 值，延緩色澤的變化，且能延長冷鮮肉的保質期。通常，對食源性病原體具有最有效抗菌性能的EOs 含有高百分比的酚類化合物。盡管精油顯示出某些缺點，例如降低了儲存穩定性并改變了食物的感官特性，但將這些化合物摻入到基于生物聚合物的食品包裝系統中時，它們仍顯示出一些優勢[61]。

4 結語

肉及肉制品是人們日常膳食中必不可少的部分，在貯存不當的條件下極易腐敗變質，產生食源性致病菌或腐敗菌，造成安全風險。目前正在研制的新一代可食性膜可以明顯抑制致病菌的生長和脂肪蛋白質的氧化，改善肉和肉制品的感官品質，延長其貨架期。對比其他的肉品保質技術，可食性膜具有較高的安全性與環保性，但由于可食性膜的經濟性與適用性不高、抗菌抗氧化活性物質穩定性不夠等問題，使其不能普遍應用在肉品保質中，且部分添加精油成分的可食性膜會給肉品的感官品質帶來不良影響，導致了有限的行業接受度。為進一步提高可食性膜的利用率，應致力于研究成膜基質與不同種類活性物質的綜合性能，并嘗試使用包埋技術掩蓋精油的不良氣味。另外，可食性膜與納米微膠囊、氣調保鮮、高壓滅菌、輻照保鮮等技術聯用是未來發展必然趨勢。