明膠基可食性包裝膜的改性及應(yīng)用研究進(jìn)展

李越　李嬌　李欣　楊光帝　和東芹

摘 要：明膠作為來源廣、安全性高的可食性材料，具有良好的成膜性和生物相容性，可以應(yīng)用在食品包裝中。然而，單一成分的明膠無法達(dá)到食品包裝的要求，需要通過化學(xué)交聯(lián)法、物理處理法、生物相容法、生物高分子共混法對其進(jìn)行改性處理以擴(kuò)大應(yīng)用范圍。改性后的明膠基可食性包裝膜在肉制品包裝、可食性腸衣、果蔬涂膜中應(yīng)用效果良好，但仍存在一定的問題?；诖?，本文分析研究了明膠基可食性包裝膜的改性及應(yīng)用進(jìn)展，以期為相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：明膠；可食性膜；食品包裝；應(yīng)用

Research Progress in Modification and Application of Gelatin-Based Edible Packaging Film

LI Yue， LI Jiao， LI Xin， YANG Guangdi， HE Dongqin

（Handan Polytechnic College， Handan 056000， China）

Abstract： As an edible material with wide sources and high safety， gelatin has good film forming property and biocompatibility， which can be used in food packaging. However， single-component gelatin can not meet the requirements of food packaging. It needs to be modified by chemical crosslinking， physical treatment， biocompatibility， and biopolymer blending to expand its application. The modified gelatin-based edible packaging film has a good application effect in the packaging of meat products， edible casings， fruit and vegetable coatings， but there are still some problems. Based on this， this paper analyzed and studied the modification and application of gelatin-based edible packaging film， in order to provide a reference for related research.

Keywords： gelatin; edible film; food packaging; application

隨著人們生活水平的提高，食品包裝材料的安全可靠性越來越受重視。塑料類包裝膜在生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛，但這類塑料包裝膜由化石燃料合成，難以降解，給環(huán)境帶來了巨大壓力。此外，合成塑料包裝膜可能含有鄰苯二甲酸酯、雙酚A等危害人體健康的化學(xué)物質(zhì)。因此，新型、安全、對環(huán)境友好且符合可持續(xù)發(fā)展的可食性包裝膜材料日益受到重視。

明膠是動物體中的膠原在熱、酸、堿或酶的作用下，經(jīng)溫和且不可逆斷裂后降解的產(chǎn)物[1]。明膠含有甘氨酸、脯氨酸及羥脯氨酸等18種氨基酸，具有較高的營養(yǎng)價值，在食品中的添加量沒有限制[2]。明膠成本低、易獲得、易降解、對環(huán)境沒有危害，且具有良好的成膜性。以明膠為主要原料的可食性膜在熱封性、阻氣性、生物相容性方面展現(xiàn)出良好的性質(zhì)[3]。但由于明膠中含有大量的羥基、羧基等親水基團(tuán)，其耐水性較差，吸水率較高，在潮濕的環(huán)境中容易滋生微生物致使食品腐敗變質(zhì)[4]。因此，相關(guān)學(xué)者對其進(jìn)行了改性研究。本文對明膠膜的改性方法及應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 明膠膜的改性方法

無論是哺乳動物明膠還是魚類明膠制備的明膠膜都存在機(jī)械力學(xué)性能較差的特點，如抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長率低[5]，同時耐水性差、吸水率高，尤其是魚類明膠含有較低的脯氨酸和羥脯氨酸，表現(xiàn)出更易溶于水、水蒸氣透過率更高的特點，致使明膠膜在食品包裝中的應(yīng)用十分受限[6]。

為了優(yōu)化明膠膜性能，針對明膠膜的缺陷，許多學(xué)者采用改性的方法以提升明膠膜性質(zhì)，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。常見的改性方法包括化學(xué)交聯(lián)法、物理處理法、生物相容法、生物高分子共混法。

1.1 化學(xué)交聯(lián)法

化學(xué)交聯(lián)法是在明膠成膜液中添加化學(xué)交聯(lián)劑[7]對明膠的性質(zhì)進(jìn)行修飾，常見的化學(xué)交聯(lián)劑是醛類物質(zhì)，明膠分子中的氨基與醛類物質(zhì)中的醛基結(jié)合形成希夫堿式的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生交聯(lián)，從而改善明膠膜的性質(zhì)。

1.2 物理處理法

物理處理法是經(jīng)過紫外線、超聲波等物理方法增強(qiáng)明膠分子間交聯(lián)，以強(qiáng)化明膠膜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其性能[8]；物理方法改性不會引入其他物質(zhì)，但是對明膠膜性質(zhì)的影響程度較小，常作為明膠膜改性的輔助手段。

1.3 生物相容法

生物相容法是在明膠成膜液中添加天然產(chǎn)物如茶多酚、轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶、京尼平及單寧酸等，通過明膠分子中的氨基和羧基等基團(tuán)與天然產(chǎn)物分子中的某些基團(tuán)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，提高明膠的交聯(lián)程度，增強(qiáng)明膠膜的機(jī)械力學(xué)性能和阻濕性[9]。

1.4 生物高分子共混

生物高分子共混法是明膠與其他生物高分子物質(zhì)如殼聚糖、淀粉、纖維素、其他蛋白、脂類等復(fù)合制成膜，以改善明膠膜的性能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍[10]。近年來，在明膠成膜液中添加生物活性物質(zhì)制備出生物活性膜是研究熱點。例如多酚、維生素和多肽等天然成分，或BHT、BHA等人工合成的活性物質(zhì)，制備出具有抗氧化活性或抗菌活性的明膠復(fù)合膜，可顯著增強(qiáng)明膠膜的適用性，提高對食品的保護(hù)作用，延長食品的貨架期[11]。

2 明膠基可食性膜在食品包裝中的應(yīng)用

近年來，許多學(xué)者開始探究將明膠基可食性膜應(yīng)用在不同種類的食品中，如肉制品、香腸制品、果蔬類食品等。

2.1 在肉制品中的應(yīng)用

肉制品富含蛋白質(zhì)，同時是多種維生素、鋅、血紅素鐵和必需氨基酸的良好來源，營養(yǎng)價值高，是生活中不可或缺的一類食物。但由于微生物污染、脂質(zhì)氧化等原因，肉制品在貯藏和運輸?shù)倪^程中極易腐敗變質(zhì)。采用適當(dāng)?shù)陌b技術(shù)對于保護(hù)肉制品免受微生物污染、緩解脂質(zhì)氧化十分重要。所以，用于肉制品包裝保藏的可食性包裝膜要具備一定的機(jī)械強(qiáng)度，對氧氣、紫外線有一定的阻隔能力，同時具備較低的水蒸氣透過率和良好的可見度。

明膠膜具有良好的阻氣性，對紫外線有一定的阻隔能力[4]。可以通過阻隔氣體（O2、CO2）及紫外線來防止微生物滋生和脂質(zhì)氧化以改善肉制品的保藏性。在鮮豬肉的保藏中使用迷迭香酸改性明膠膜包裹在豬肉表面，可以有效控制豬肉冷藏過程中菌落總數(shù)，減緩豬肉脂肪的氧化程度[12]。也有學(xué)者將殼聚糖與明膠共混以制備明膠-殼聚糖復(fù)合膜，殼聚糖具有更強(qiáng)的抑菌性能，可以有效防止細(xì)菌對鮮豬肉的侵染，使鮮肉保鮮期達(dá)7 d以上，有效延長鮮豬肉的貨架期[13]。相比其他肉類產(chǎn)品，水產(chǎn)品更易被微生物侵染而發(fā)生氧化變質(zhì)，在屠宰后新鮮度會快速降低[14]，但經(jīng)過明膠-殼聚糖復(fù)合膜保藏的魚肉在冷藏期TVB-N和pH值變化顯著減緩，可抑制鮮魚肉的腐敗長達(dá)4～5 d[4]。可見，明膠基可食性包裝膜對肉制品及水產(chǎn)品的包裝防腐效果良好，但由于失水率較高，其應(yīng)用有一定的局限性。

2.2 明膠基可食性腸衣的應(yīng)用

腸衣是用作填制香腸和灌腸的外衣，是香腸制作中不可缺少的包裝材料。傳統(tǒng)腸衣是家畜的大腸、小腸刮制而成，但資源有限且生產(chǎn)效率低；塑料腸衣應(yīng)用比較廣泛，但存在食品安全隱患且容易造成環(huán)境污染。以明膠為主要原料的膠原蛋白可食性腸衣越來越受重視。包裝效果良好的腸衣應(yīng)該是堅韌、半透明的，同時具有良好的塑封性。明膠基可食性腸衣基本符合以上要求，同時具備良好的氧氣阻隔性和對紫外線的阻隔性。明膠腸衣在香腸的熟化過程中，與填充肉的收縮率幾乎一致，從而能賦予香腸良好的口感。添加改性劑的明膠基腸衣更適用于腸衣的加工[15]。明膠與殼聚糖[16]共混的明膠基腸衣膜機(jī)械強(qiáng)度更高，水滲透率和溶解度更低，表面光滑，具有與天然腸衣可比擬的機(jī)械性能。由此可見，明膠基可食性腸衣性質(zhì)優(yōu)良，明膠可作為原料制備可食性腸衣。但是，明膠對熱敏感，明膠基腸衣膜能否在食品加工過程中像天然腸衣一樣不破裂，仍需要繼續(xù)研究。

2.3 在果蔬中的應(yīng)用

果蔬在貯藏過程中，受呼吸作用和微生物侵染影響，其營養(yǎng)價值和新鮮程度會不斷降低，從而影響其儲藏時間，尤其是鮮切水果更易受微生物侵染。部分鮮切水果極易發(fā)生褐變，對于包裝技術(shù)的要求較高。通過噴涂或浸漬的方法在果蔬表面涂可食性膜不僅可以阻隔、抑制微生物的生長，還可以降低果蔬的呼吸強(qiáng)度，從而延長果蔬保藏期。

明膠因具有良好的成膜性和對氧氣、二氧化碳、脂質(zhì)的阻隔性能，可應(yīng)用在果蔬保藏中[17]。明膠-殼聚糖復(fù)合涂膜在不影響營養(yǎng)成分的前提下，能使辣椒的貨架期延長14 d[18]。明膠-殼聚糖復(fù)合膜的使用能有效降低草莓的呼吸強(qiáng)度和爛果率[19]。明膠-殼聚糖復(fù)合涂膜處理能在一定程度上降低采后西番蓮果實在貯藏期間的失水率，并抑制果實的呼吸作用，延緩果實衰老進(jìn)程[20]。由此看來，明膠基復(fù)合涂膜在果蔬保藏中具有較好的應(yīng)用效果。

3 結(jié)語

綜上所述，明膠來源豐富，產(chǎn)量大，開發(fā)明膠基可食性包裝膜有利于充分利用動物產(chǎn)品的下腳料，節(jié)約資源。對明膠進(jìn)行必要的改性處理，還可以制備明膠基可食性包裝膜。明膠基可食性膜在果蔬涂膜保藏中應(yīng)用效果良好，但在肉制品包裝中存在一定的局限，作為可食性腸衣的應(yīng)用效果需要進(jìn)一步探究。

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