明膠基可食性包裝膜的改性及應用研究進展

李 越，李 嬌，李 欣，楊光帝，和東芹

（邯鄲職業技術學院，河北邯鄲 056000）

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生活中應用廣泛，但這類塑料包裝膜由化石燃料合成，難以降解，給環境帶來了巨大壓力。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物質。因此，新型、安全、對環境友好且符合可持續發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，經溫和且不可逆斷裂后降解的產物[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出良好的性質[3]。但由于明膠中含有大量的羥基、羧基等親水基團，其耐水性較差，吸水率較高，在潮濕的環境中容易滋生微生物致使食品腐敗變質[4]。因此，相關學者對其進行了改性研究。本文對明膠膜的改性方法及應用進行綜述。

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械力學性能較差的特點，如抗拉強度和斷裂伸長率低[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用十分受限[6]。

為了優化明膠膜性能，針對明膠膜的缺陷，許多學者采用改性的方法以提升明膠膜性質，擴大其應用范圍。常見的改性方法包括化學交聯法、物理處理法、生物相容法、生物高分子共混法。

1.1 化學交聯法

化學交聯法是在明膠成膜液中添加化學交聯劑[7]對明膠的性質進行修飾，常見的化學交聯劑是醛類物質，明膠分子中的氨基與醛類物質中的醛基結合形成希夫堿式的結構產生交聯，從而改善明膠膜的性質。

1.2 物理處理法

物理處理法是經過紫外線、超聲波等物理方法增強明膠分子間交聯，以強化明膠膜的網狀結構，增強其性能[8]；物理方法改性不會引入其他物質，但是對明膠膜性質的影響程度較小，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物如茶多酚、轉谷氨酰胺酶、京尼平及單寧酸等，通過明膠分子中的氨基和羧基等基團與天然產物分子中的某些基團發生交聯反應，提高明膠的交聯程度，增強明膠膜的機械力學性能和阻濕性[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如殼聚糖、淀粉、纖維素、其他蛋白、脂類等復合制成膜，以改善明膠膜的性能，擴大其應用范圍[10]。近年來，在明膠成膜液中添加生物活性物質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，制備出具有抗氧化活性或抗菌活性的明膠復合膜，可顯著增強明膠膜的適用性，提高對食品的保護作用，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用

近年來，許多學者開始探究將明膠基可食性膜應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 在肉制品中的應用

肉制品富含蛋白質，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、脂質氧化等原因，肉制品在貯藏和運輸的過程中極易腐敗變質。采用適當的包裝技術對于保護肉制品免受微生物污染、緩解脂質氧化十分重要。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械強度，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，減緩豬肉脂肪的氧化程度[12]。也有學者將殼聚糖與明膠共混以制備明膠-殼聚糖復合膜，殼聚糖具有更強的抑菌性能，可以有效防止細菌對鮮豬肉的侵染，使鮮肉保鮮期達7 d以上，有效延長鮮豬肉的貨架期[13]。相比其他肉類產品，水產品更易被微生物侵染而發生氧化變質，在屠宰后新鮮度會快速降低[14]，但經過明膠-殼聚糖復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4～5 d[4]。可見，明膠基可食性包裝膜對肉制品及水產品的包裝防腐效果良好，但由于失水率較高，其應用有一定的局限性。

2.2 明膠基可食性腸衣的應用

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。傳統腸衣是家畜的大腸、小腸刮制而成，但資源有限且生產效率低；塑料腸衣應用比較廣泛，但存在食品安全隱患且容易造成環境污染。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械強度更高，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械性能。由此可見，明膠基可食性腸衣性質優良，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，仍需要繼續研究。

2.3 在果蔬中的應用

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生褐變，對于包裝技術的要求較高。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、脂質的阻隔性能，可應用在果蔬保藏中[17]。明膠-殼聚糖復合涂膜在不影響營養成分的前提下，能使辣椒的貨架期延長14 d[18]。明膠-殼聚糖復合膜的使用能有效降低草莓的呼吸強度和爛果率[19]。明膠-殼聚糖復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，延緩果實衰老進程[20]。由此看來，明膠基復合涂膜在果蔬保藏中具有較好的應用效果。

3 結語

綜上所述，明膠來源豐富，產量大，開發明膠基可食性包裝膜有利于充分利用動物產品的下腳料，節約資源。對明膠進行必要的改性處理，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用效果需要進一步探究。