層層自組裝可食性保鮮涂層的研究進展

◎ 范孟丹，劉帥旗，羅偉華，張力銘，李 曼，張 妍，石葆瑩,2

（1.天津天獅學院，天津 301700；2.宏觀世紀（天津）科技股份有限公司，天津 301707）

目前，在食品技術領域，層層自組裝法的應用剛開始建立，主要應用于果蔬的保鮮。層層自組裝可食性涂層可延長果蔬的貯存時間，改善果蔬的外觀，并具有抗菌保護的作用。利用層層自組裝技術有望開發出結構合理、性能精確的可食性涂層，從而有效提高果蔬的貯藏周期。

1 可食性涂層

可食性涂層是目前研究較多的提高果蔬保質期的方法，它可以保護果蔬免受機械和微生物的損傷，防止有利揮發物外溢，抑制腐敗，保持外觀完好[1]。由于可食性涂層可生物降解，因此成為合成包裝的替代品，滿足了人們對食品安全的需求[2]。

1.1 可食性涂層的特點

可食性涂層不僅可以涂覆在采摘后的新鮮果蔬上，還可以應用于鮮切果蔬。果蔬在采摘后也會繼續呼吸過程，因此可食性涂層需要具有精準的透氣性，以實現正常的CO2/O2交換。同時，果蔬容易失水，會引起尺寸收縮和質地損傷，所以可食性涂層需要具有一定的水蒸氣滲透性，以抑制水分逃逸。此外，果蔬更容易受到微生物的破壞，因此可食性涂層應具有抗菌活性。可食性涂層很難黏附在自帶疏水表面的果蔬上，所以需具有良好的附著力[3]。

1.2 可食性涂層的原材料

1.2.1 脂類

脂類的疏水性使其具有良好的防潮性能，同時許多脂質材料也可以使食品具有更好的光澤，但脂類的機械性能較差，對親水表面的食品黏附性較差。

1.2.2 蛋白質

蛋白質具有多種物理和機械特性，其中水溶性蛋白質通常具有較高的透氣性、良好的力學性能和較低的防潮性，但蛋白質易引起過敏反應。

1.2.3 多糖

多糖使用范圍較廣，不易引起過敏反應，具有良好的機械性能。其特殊優勢是可以對每個單體的化學結構進行預測，從而控制涂層性能，但多糖具有較低的保水性。

綜上所述，單一涂層很難滿足果蔬保鮮中對涂層的要求，因此復合可食性涂層的開發成為研究的熱點。復合可食性涂層是將兩種或兩種以上不同種類的材料進行組合形成新的涂層，從而具有每種材料各自的優點[4]。

2 層層自組裝法

層層自組裝法（Layer-by-Layer Self-assembly，LBL）是復合涂層的多種合成方法之一，通過不同組分在物質表面的交替沉積，按照所需的不同性能來設計合理的復合涂層[5]。

2.1 層層自組裝法的特點

LBL材料在電子、光學和醫學等領域有著廣泛的應用，而該方法應用于可食性涂層領域的研究才剛剛起步，它能夠以可控的方式制備復合涂層并應用于果蔬保鮮，同時也可對涂層的性能進行調控。

2.2 層層自組裝可食性涂層的化學原理

層層自組裝技術具有在分子水平上控制可食性涂層的性質。LBL結構的實現是通過靜電的相互作用，LBL方法涉及交替順序沉積的聚電解質，聚陽離子和聚陰離子在一個帶電的表面上分層沉積，LBL結構的整體電中性是通過一種基于各層電荷補償和競爭離子配對的電荷過補償機制來完成的。在LBL組裝過程中，這種外部電荷補償轉化為內部電荷補償，導致反離子的釋放和水分子的溶劑化，為LBL組裝過程提供了內驅力[6]。

3 層層自組裝可食性涂層在果蔬保鮮中的應用

目前，層層自組裝可食性涂層主要應用于果蔬的保鮮，通過考察果蔬的感官、失重、硬度、透氣性和微生物等指標來進行保鮮效果評價。

MEDEIROS等[7]開發了以果膠和殼聚糖為基礎的多層可食性涂層。采用LBL法將5層交替聚電解質以果膠-殼聚糖-果膠-殼聚糖-果膠的形式涂覆在整個芒果上，涂層芒果的失重率約為未涂層芒果的50%，未涂層芒果果肉呈褐色，存在微生物腐敗跡象，而涂層芒果的質量卻保持良好。

POVERENOV等[8]采用LBL法制備了一種以多糖為基礎的雙層可食性涂層。內部帶負電荷的海藻酸鹽層具有良好的黏附性，外部帶正電荷的殼聚糖層具有良好的抗菌性。與未涂層的水果相比，海藻酸鹽-殼聚糖涂層和單層殼聚糖涂層顯示了抗菌活性，微生物計數減少兩個數量級。果實硬度測試表明，海藻酸鹽-殼聚糖涂層明顯優于單層涂層，內部海藻酸鹽層減少了水果水分的流失。

一直以來合成蠟被用來延長柑橘類水果的貯藏性，ARNON等[9]為柑橘類水果開發了一種有效的可食性涂層，其成為合成蠟的替代品。這種可食性涂層以甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素和殼聚糖為原料，采用LBL法對柑橘類水果進行保鮮，結果表明，該復合涂層在不影響果實天然風味和呼吸過程的前提下，使果實具有最佳的硬度、最低的失重和較好的光澤度。

MOREIRA等[10]研究了活性物質在層層自組裝涂層中的添加情況，將反式肉桂醛/β-環糊精復合物加入殼聚糖溶液中形成多層活性涂層，應用于鮮切木瓜的保鮮貯藏。與未涂層鮮切木瓜相比，多層活性涂層具有顯著的抗菌作用，可延長水果的貨架期，可在4 ℃條件下放置15 d，而未涂層鮮切木瓜的放置時間少于7 d。又將殼聚糖/果膠LBL涂層和反式肉桂醛/β-環糊精殼聚糖復合涂層對鮮切甜瓜進行抗菌效果比較，后者的有氧平板計數顯著降低。

4 結語

層層自組裝技術可以通過調整材料的性質，形成滿足個性化需求的可食性涂層。層層自組裝可食性涂層可以延長果蔬的儲存期，改善果蔬的外觀，并抑制有害微生物的生長。盡管層層自組裝法在眾多領域得到了廣泛的應用，但它在果蔬保鮮領域的研究應用才剛剛開始。采用層層自組裝技術開發設計出結構合理、能有效提高果蔬貯藏周期的新一代可食性涂層是今后研究的主要方向，具有廣闊的應用前景。