多糖基可食性復合膜在食品保鮮中的應用

◎ 李昱杰

（四川農業(yè)大學 食品學院，四川 雅安 625014）

2021年，在國家頒布“限塑令”要求的大環(huán)境下，食品行業(yè)推行的生物可完全降解材料已然成為包裝材料的發(fā)展主流之一。進一步開發(fā)和研究可完全降解型、綠色環(huán)保型可食性膜，不僅可以減少環(huán)境污染問題，還可以解決塑料食品包裝中有害物質向食品遷移而引起的食品安全問題。此外，多種高分子化合物與功能性助劑共混制得的可食性復合膜具有良好的阻隔性能、力學性能和抑菌性能等。

隨著食品行業(yè)的不斷發(fā)展，多糖基膜的改性研究也在不斷深入，獲得了更多性能優(yōu)良的可食性膜，為多糖基可食性膜工業(yè)化的生產奠定了基石。多糖基可食性膜可以很好地延長食品的貨架期，保持食品的質量、風味和色澤，減少氧氣、水分和微生物等外界環(huán)境因素對食品所造成的不良影響。本文將對多糖基可食性復合膜原理和制備方法進行概述，探討淀粉、果膠和纖維素等為成膜基質的復合型可食性膜的應用現狀以及多糖基可食性膜在食品保鮮中的研究進展，為多糖基可食性復合膜的研究提供參考。

1 多糖基可食性復合膜概述

多糖基可食性復合膜的開發(fā)為食品包裝行業(yè)帶來了新的方向，多糖基可食性膜是由多糖類高分子化合物（淀粉、果膠、纖維素、殼聚糖及海藻酸鹽等）為主要成分，添加功能性助劑共混，通過氫鍵作用制得的安全可食的復合膜。其制備方法主要有以下幾種。

（1）澆注成膜法。澆注成膜法是將成膜基材和可溶解基材的溶劑共混，利用磁力攪拌器和均質機將溶液混合均勻，再傾倒在成膜板材上并排除氣泡，在一定溫度下干燥一段時間后得到均一薄膜。澆注成膜法可分為分批澆注和連續(xù)澆注成膜法。其中分批澆注成膜法常用于實驗室制膜，采用電熱恒溫鼓風干燥箱干燥和室溫自然干燥的方法；而連續(xù)澆注成膜法一般用于工業(yè)化制膜，采用對流和紅外加熱干燥較多，且生產效率和成膜質量較高[1]。

（2）擠壓吹塑法。擠壓吹塑法需先將成膜基材混勻后，裝填到螺桿擠出機的料斗中，再調節(jié)螺桿擠出機腔體的溫度使物料熔化，物料在螺桿的推動下通過剪切和擠壓等作用形成顆粒狀物，最后在吹塑機中吹塑制成薄膜。擠壓吹塑法具有價格經濟、加工效率高、成型周期短等優(yōu)點，通常用于塑料包裝的生產。

（3）其他。制備多糖基可食性復合膜除了上述兩種方法外，還有刮刀法、浸沒法和涂膜法等多種方法。刮刀法是利用刮刀將成膜溶液刮涂在被包裝物上，可用于工業(yè)化大批量生產。浸沒法是通過將被包裝物完全浸沒在成膜溶液中，使得成膜溶液能夠均勻覆蓋在被包裝物表層，經過一段時間的干燥后即可形成薄膜。涂膜法是將成膜溶液均勻涂覆在被包裝物的表面上，干燥后形成薄膜覆蓋在被包裝物上的方法。浸沒法和涂膜法操作簡單，更適合實驗室小批量制備薄膜。

2 成膜基材

多糖類可食膜基材來源豐富、價格低廉，比較具有代表性的成膜基質包括淀粉、果膠、纖維素、殼聚糖和海藻酸鹽等。單一基質的膜材料在某些性能上不可避免地存在某些缺陷，由于其耐水性較差、機械性能易受到空氣中水分含量的影響而未得到廣泛的應用[2]。因此，有學者常常將多種成膜基質進行復合，可發(fā)揮成膜物質的協(xié)同作用以及更好地改善膜的性能，使得其空間和應用前景更為廣闊。多糖基可食性復合膜種類繁雜，本文將根據主要成膜基材的不同進行分類。

2.1 淀粉基可食膜

淀粉基可食復合膜是以直鏈淀粉為主要原料，根據需求添加增塑劑、增強劑、交聯(lián)劑和活性物質等制備而成的薄膜。但由于單一淀粉膜具有阻水性較差、機械強度較低、脆性較大的缺點，常與二元或多元成膜基材進行復合以改善淀粉類可食膜的性能。用于制備淀粉基可食膜的淀粉原料主要是木薯淀粉、玉米淀粉和馬鈴薯淀粉，也有葛根淀粉、豌豆淀粉和小麥淀粉等[3]。MⅠCHELLY等[4]發(fā)現木薯淀粉與最佳添加量的明膠和酪蛋白混合制成的可食性薄膜，可將水蒸氣透過膜的概率顯著降低并且在一定程度上保持了果實新鮮度。謝瑋等[5]用玉米淀粉和姜渣制備出了一種純天然的抑菌性復合可食膜，該膜對酵母菌和霉菌的生長都有較好的抑制效果，且添加姜渣后可以明顯改善純玉米淀粉的透油性和抗菌活性。

2.2 果膠基可食膜

果膠是廣泛存在于高等植物中的天然高分子化合物，果膠及其衍生物具有一定的生物活性、成膜性和可再生性，因而廣泛應用于食品、藥品和包裝等領域。果膠基可食膜具有阻油性、抗氧化和易改性等優(yōu)點，但純果膠薄膜的熱穩(wěn)定性和阻濕性都較差。因而制備果膠基可食膜需要添加其他高分子化合物、生物活性劑、塑化劑等與果膠分子間進行相互作用以改善薄膜質量。付孟等[6]利用橘皮果膠和魔芋葡甘聚糖復合保鮮劑對紅提進行保鮮試驗，制備出的復合膜對果蔬保鮮的時間相較于單一膜更長，同時可以減緩紅提的腐爛速度使紅提貯藏更久。樊彥玲[7]用果膠作為基材，添加海藻酸鈉和黃原膠制備復合可食膜，結果表明復合膜能夠延緩馬鈴薯的褐變、降低馬鈴薯的質量損失和丙二醛含量，為鮮切果蔬貯藏提供新的方法。

2.3 纖維素基可食膜

纖維素是地球上分布最廣且儲量最豐富的一種多糖，是由葡萄糖分子通過特定糖苷鍵聚合而成的高分子化合物。纖維素基可食膜因其內部可通過氫鍵形成致密的網絡結構，而表現出優(yōu)良的隔絕氧氣的能力，使得其在食品包裝中有著巨大的應用潛力。但單一纖維素膜也因其成膜性較差、水分敏感性強且力學性能較低的特點而在實際應用中受到限制[8]。因此在研制纖維素基可食膜時常常將其或纖維素衍生物（如羥甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素）與其他基材復合來制備薄膜。MAHSA等[9]采用流延工藝制備了冷水魚明膠和羥甲基纖維素復合的可食用膜，通過力學試驗發(fā)現在一定濃度范圍內羥甲基纖維素的添加量與復合膜的拉伸強度和楊氏模量成正相關。孫麗娜等[10]將乳清蛋白、羥丙基甲基纖維素和轉谷氨酰胺酶進行復合制得拉伸性能、柔韌性能和阻油性能優(yōu)良的共混膜，在奶茶粉、方便面調料包和油包等的包裝方面具有一定的應用潛能。

2.4 殼聚糖基可食膜

殼聚糖是由甲殼素在堿性環(huán)境中經過脫乙酰反應得到的高分子化合物。殼聚糖膜雖具有一定的成膜性能、抗拉性能和抗菌性能，但因脆性較大、在酸性介質中溶解性大且抗氧化能力較差，常將其與其他材料復合以彌補其缺陷。孫晗等[11]用殼聚糖和秋葵多糖復合得到可食膜，使得殼聚糖基可食膜的機械性能、阻水性和阻氧性得到一定程度的提升和完善，指出可以從原材料的結構關系上入手來改進多糖膜的性能。鄭玉璽等[12]向殼聚糖中加入荔枝木質精油增強膜抑制微生物的性能并將其應用于基圍蝦的保鮮中，結果發(fā)現用復合可食膜浸涂的基圍蝦在冷藏環(huán)境下的貨架期比用普通保鮮膜包覆的情況長3 d。

2.5 海藻酸鹽基可食膜

海藻酸鹽是甘露糖醛酸和古洛糖醛酸單體通過不同比例和排列方式組合而成的多糖。不同海藻酸鹽的內部結構不同，但與二價離子（如鈣離子）結合后可以顯著降低其水溶性和流動性，更適合用于制備食品包裝膜[13]。海藻酸鹽中主要用于制備可食膜的是海藻酸鈉，GⅠZ等[14]用海藻酸鈉薄膜與不同濃度的氯化鈣溶液進行交聯(lián)反應，在甘油的共同作用下使得海藻酸鈉薄膜的力學強度和斷裂應變特性得到顯著改善，且在一定濃度范圍內鈣離子加入量與薄膜透水率呈現負相關。董宇豪等[15]為改進魚明膠和海藻酸鈉單一膜的各項指標，按一定比例將兩種原料混合制得持水性、隔水性和拉伸強度較高的復合可食膜，研究發(fā)現其適合于干性食品的儲藏。

2.6 其他

除了以上述基材制備可食性復合膜外，研究人員也采用其他材料進行探索以求獲得綜合性能更好的薄膜。ZHOU等[16]利用普魯蘭多糖和羥甲基殼聚糖相容性良好的特點制備出活性復合可食膜，確定出羥甲基殼聚糖和普魯蘭多糖比為2.5∶2.5時最佳，且此復合膜可延長芒果的保質期達9 d。KOWALCZYK等[17]在普魯蘭多糖和明膠共混物中加入了增塑劑山梨酸鉀制成薄膜，改善了單一普魯蘭多糖膜抗紫外能力弱和拉伸強度低的缺點。

3 多糖基復合膜在食品保鮮中的應用

3.1 在果蔬保鮮中的應用

由于新鮮果蔬含水量豐富、營養(yǎng)價值高、呼吸作用強，容易受到溫濕度變化、微生物侵染和病蟲害等影響[18]。因此如何延長果蔬在運輸、儲藏和銷售等流通過程中的保鮮期是近代研究人員一直想要解決的難題。傳統(tǒng)的塑料保鮮膜只是起到隔絕外界環(huán)境的作用，無法保障食品安全、不能維持果蔬感官品質且具備較少的功能性[19]。LⅠU等[20]用羥乙基纖維素和海藻酸鈉涂層與蘆葦廢料的提取物進行混合得到可食膜，該膜在一定溫、濕度下可延長草莓8 d的儲藏期，并且復合膜還表現出對意大利青霉優(yōu)良的抗菌活性。唐瑛等[21]以馬鈴薯變性淀粉作為成膜基液，添加氧化醋酸酯淀粉、β-環(huán)狀糊精和甘油等制成可食性涂膜對青椒的保鮮進行研究，結果表明最佳薄膜可維持青椒可滴定酸和維生素C的保有量且降低青椒的腐爛率。

3.2 在肉及肉制品保鮮中的應用

肉及肉制品主要含有蛋白質、脂質和水分，是腐敗微生物生長繁殖的絕佳溫床，在流通過程中不注意控制極其容易導致肉及肉制品的腐敗變質，造成食品安全問題[22]。可食性復合膜可抑制微生物生長、抵抗外界環(huán)境變化和保持肉及肉制品的質量。CARDOSO等[23]用殼聚糖和明膠制備可食性雙層涂膜，可以有效減緩牛肉脂質的氧化并且抑制嗜冷細菌、霉菌和酵母菌的繁殖，有效延長牛肉的保質期4 d。王利強等[24]將馬鈴薯淀粉、普魯蘭多糖和明膠作為基材制備抗菌復合膜，研究發(fā)現抗菌膜可延緩微生物對冷卻肉中蛋白質的分解、一定程度維持肉中的水分并且延長冷卻肉的貨架期。

3.3 在其他食品保鮮中的應用

多糖基可食性復合膜不僅在果蔬保鮮和肉及肉制品保鮮中得到應用，在水產品及其他食品保鮮中也可以體現出其價值。史建如[25]通過向殼聚糖和羥甲基纖維素中添加褐藻多酚制備復合可食膜，結果表明該膜對多種細菌的生長具有一定的抑制效果，并且可以延長冷藏大菱鲆魚片的貨架期。

4 結語

多糖基可食性復合膜的開發(fā)為食品包裝行業(yè)帶來了新的方向，為了進一步擴大其應用范圍、增加其綜合性能，探尋更多可與多糖基質復合的可食性活性材料以獲得價格低廉、綠色環(huán)保和性能優(yōu)良的復合膜是未來的發(fā)展方向。如未來的應用方向可能會從實驗室小批量制備向工業(yè)化大批量生產過渡；在可食性復合膜中添加以微膠囊包埋的添加劑增加復合膜緩釋效果、通過3D打印和靜電紡絲等技術制備復合膜等是未來值得關注的研究方向。因此筆者將繼續(xù)探索新型成膜材料的研發(fā)，以期為后繼研究工作提供更多技術以及商業(yè)支持。