蛋白基可食性包装薄膜的研究进展及其在食品包装中的应用

张红霞　成培芳

摘要:本文论述了蛋白基可食性包装薄膜的研究进展及其在食品包装领域中的应用。并对其存在的问题和发展趋势作了简要的阐述。

关键词:蛋白质;可食性薄膜;食品包装;应用;发展趋势

Abstract: This paper summarized the research progress of a kind of edible packaging film based on protein, and the application of it in the food packaging fields was discussed. Besides, the problems existed and development trend was expound.

Key words: Protein; Edible films; Food packaging; Application; Development trend

1. 前言

随着现代食品工业的飞速发展,食品包装出现了一场新的革命,一种能完善解决包装材料与环境保护之间矛盾的新型食品包装技术材料—可食性包装材料脱颖而出。可食性包装材料是一种可以作为食品成份直接食用的特殊包装材料,其中应用和研究最广泛的是可食性包装薄膜。可食性薄膜是以天然可食性物质(如多糖、蛋白质等)为原料,通过不同分子问相互作用而形成的具有多孔网络结构的薄膜。人们很早就采用天然的可食原料来包装食物,如使用动物肠衣来包装制作香肠、用豆浆煮沸后凝结的豆腐衣来包裹馅料、用糯米纸来包装糖果等。塑料薄膜的兴起很大程度上取代了这些天然的材料。但随着全球环保意识的日益增强,人们把目光又重新注视到这些以可消化的蛋白质、脂肪和淀粉为基料制成的一种不影响被包装食品风味的透明的食品包装薄膜的研究上来了。与其他可食性包装薄膜相比,由于无论动物蛋白还是植物蛋白都可以作为可食膜的原料,蛋白质本身又是人体必需的营养成份,安全性好,因此,蛋白基可食性包装薄膜以其其独特的优势而在食品包装领域备受青睐。近三十年来,世界各国在蛋白基可食性包装薄膜的研究上取得了很大的进展,美国南卡罗来纳州克雷姆逊大学研制的谷类薄膜,以玉米、大豆、小麦为原料,将玉米蛋白质制成纸状,用于香肠等食 品的包装,使用后可供家禽食用,或作肥料。美国“纳蒂克开发的胶原薄膜,采用动物蛋白胶原制成,具有强度高、耐水性和隔绝水蒸气性能好等特点,解冻烹调时即溶化可食用,用于包装肉类食品不会改变其风味。[1]此外,还有一些可食性蛋白膜种类,如牛奶蛋白膜、酪蛋白膜、玉米醇溶蛋白膜,以及最新研制成功的具有抗菌功能的可食性包装等,如在玉米醇溶蛋白或大豆蛋白单膜中添加溶菌酶等抑菌成分,可控制食品中病原菌的生长和由微生物引起的食品腐败。

我国在采用胶原蛋白原料制作肠衣上已经有商品上市,用于包装肉类制品方面取得了很好的效果。蛋白基可食性包装薄膜的应用也越来越广泛,除了其适应环保、生态的需求外.它同时迎合了现代消费快捷方便的趋势。当然目前蛋白基可食性包装薄膜还存在着阻隔性、加工性、机械强度、保护功能性方面都比塑料薄 膜差、成本高等不足之处,但随着研究开发的深人,加工工艺的改进,相信蛋白基可食性包装薄膜将会有更大的发展。本文就蛋白基可食性包装薄膜的有关研究进展和在食品包装领域的应用作一简述。

2. 蛋白基可食性包装薄膜的研究进展

以蛋白质为基质的可食性包装膜主要有大豆分离蛋白膜、玉米醇溶蛋白膜、小麦面筋蛋白和乳清蛋白膜等。

2.1 大豆分离蛋白可食性包装膜(ISP)

这种包装膜是由美国农业研究局南部地区研究中心弗雷德里克•F•施等研究开发成功的。它具有许多优点,既能保持水分,又能阻止氧气进入,还能确保脂肪类食品的原味。食用后营养价值很高,同时易于处理,完全符合环保要求。利用大豆提炼的蛋白质,制造出类似塑料的薄膜原料,与甘油、山梨醇等对人体无害的增塑剂相混合,可制成有着多种用途的可食性包装膜用于食品包装,它们具有良好的强度、弹性和防潮性,有的还具有一定的抗菌消毒能力[2]。近年来对大豆分离蛋白研究较多,王若兰(2000)的研究表明,pH值是影响蛋白质成膜质量的关键因素,大豆分离蛋白制膜液的pH值应控制在8,小麦面筋蛋白应控制在5[3]。大豆分离蛋白的各项性能均优于小麦面筋蛋白。G.L.Brandenburg比较了ISP与碱处理大豆分离蛋白(ATISP)的透水性 ,由ATISP-甘油(ATISP:甘油-5:3)形成的膜在成膜性能、透明程度、均匀性及外观上都优于由ISP一甘油(ISP:甘油一5:3)所形成的膜,但是两者的透水率接近。Genna—dios报道了不同pH条件下ISP膜的透水性[4],在pH6～12之间,ISP一甘油(ISP:甘油=5:3)膜的成膜性能好但透水率较高。见表4. Krochta认为蛋白质膜(如面筋蛋白膜与玉米醇溶蛋白膜等)与多糖膜(如HPMC.MC及HPC膜等)的透水性基本相同或比多糖膜的透水性略高,但是蛋白质膜的透氧性却相当低。对ISP的透氧性研究也很少。

Brandenburg的研究表明,ISP具有较低的透氧率(见表3),约比面筋蛋白膜的透氧率低72 ～85%[5] ,比多糖基质膜(如CMC及其衍生物)低200倍左右,与包装材料相比ISP膜的阻氧率是它们(如LDP或HDPE)的325～1750倍。

2.2小麦面筋蛋白可食性包装膜(WGF)

小麦面筋蛋白膜柔软、牢固,阻氧性好,但阻水性和透光性差。Wall、Okamoto、Krill对小麦面筋成膜基础和工艺进行了深入的研究。AydtW和Wetter发现,使小麦面筋蛋白溶于乙醇,加入甘油、氨水等作为增塑剂制得可食性包装膜。该类膜韧性较强、透明性好,具有良好的隔绝氧气和CQ能力,但防潮防湿性仍较差。小麦面筋蛋白膜在果蔬包装中很少使用。

2.3玉米醇溶蛋白可食性包装膜

醇溶蛋白是由平均分子量为25000～45000的蛋白质组成的混合物,由于醇溶蛋白的氨基酸末端带有亮氨酸、丙氨酸、脯氨酸等非极性憎水基团,增加了其疏水能力。Aydt和Kaning将醇溶蛋白溶于乙二醇或异丙醇溶液,以甘油、丙二醇或乙酰甘油作增塑剂制得可食性包装膜。醇溶蛋白可食性包装膜具有成膜速度快、高温高湿下贮藏稳定、可靠的安全性、对氧气和CO2隔绝性和防潮性极好等特点。Park等(1994)将玉米醇溶蛋白、甘油、柠檬酸溶解于95%乙醇中,对转色期番茄涂膜,在21C、相对湿度55%～65%条件下贮存。结果表明,涂膜厚5～15um番茄后熟延迟6d,无不良影响,涂66um厚的番茄发生无氧呼吸[6]。

2.4 乳清蛋白可食性包装膜

乳清蛋白最近几年才被用作可食性包装膜的基质材料。乳清蛋白中含量最多的。—乳白蛋白和p—乳球蛋白分散度高、水合力强,呈典型的高分子溶液状态。以乳清蛋白为原料,甘油、山梨醇、蜂蜡、CMC等为增塑剂研制的各种

乳清蛋白可食性包装膜具有透水、透氧率低,强度高的特点。

3. 蛋白基可食性包装薄膜在食品中的应用

3.1 在油性食品包装中应用

这种包装主要以大豆蛋白为原料,目前主要产品为薄膜包装材料。利用从大豆中提炼出来的蛋白质,加入甘油,山梨醇等对人体或动物无害的增塑剂和成膜剂等,通过流延等方法制成类似于塑料薄膜状的可食性包装材料。此种包装薄膜具有良好的防潮性,弹性和韧性,强度较高,同时,还有一定的抗菌消毒能力,对于保持水分和阻止氧所渗入,防止内容物的氧化等均有较好的效果。这种包装材料用于含脂肪较高的油性食品时,能保持食品的原味,是一种较理想的油性食品包装材料,可做成肠衣、豆腐衣、肉类包装外皮等。

3.2 在水果、禽蛋类食品包装的应用

这类包装材料主要以从玉米中提取到的蛋白质为主要原料制得的,主要产品有包装薄膜,包装板材和液体膜3种。包装薄膜是把玉米蛋白拌入增塑剂与脱膜剂后,再经特殊工艺制成类似于合成高分-Y-i膜一样的包装薄膜。具有很好的防潮、阻氧、保香和防水效果,可用来包装大米、爆米花,涂膜鸡蛋、番茄,还可与纸等复合,制作可食性纸杯、纸盒等。包装板材是在玉米蛋白原料中加入纸浆纤维或其他纤维,再经挤出或类似于造纸工艺的方法制成具有一定刚性和挺度的薄型板材,也称玉米蛋白包装纸。它具有较好的耐热性和防油效果,可用于多种水果、禽蛋类生鲜食品的包装,但其用后只能供家畜作饲料,而不能供人食用。液体包装膜(涂层或涂料)是将玉米蛋白改性制成,具有较好的成膜性、耐热性,能与其他材料产生较好的亲合性,可作为食品包装材料的内层涂料,或直接涂覆在水果、禽蛋等食品表面,达到保鲜和防渗透的目的。

3.3 在冷冻食品包装中的包装

可食性冷冻食品包装主要用乳清蛋白、小麦面筋蛋白为材料。乳清蛋白是清蛋白的一种,极易溶于水,用它制取可食性包装材料时,还应加入甘油,山梨醇、蜂蜡等增塑剂。乳清蛋白可食性包装材料多制成薄膜状,具有透氧率低,强度高,可携抗氧载体,机械破碎防护性好等特点,可用于制作袋装冻鸡丁、冻鱼。小麦面筋蛋白可食性包装材料主要是以小麦粉提取的蛋白质为原料取的,把小麦粉中的淀粉提取后,剩下的的几乎都是蛋白质,这此蛋白质主要是麦胶蛋白和麦谷蛋白。制作包装薄膜时主要以麦胶蛋白为主,利用它的延伸性、弹性、韧性等性能,将面筋蛋白溶于乙醇,再加入甘油、氨气等增塑剂,最后通过流延等工艺制得。这种包装薄膜具有较好的韧性、良好的隔绝氧气和二氧化碳气体的能力,呈半透明状。但其防潮防湿必较差,多用于冷冻食品的包装。

3.4 在焙烤食品中的应用

蛋白可食性包装膜还可作增进焙烤食品外观的光滑层。例如,小玫谷蛋白膜就可取代传统的鸡蛋膜,这种小玫谷蛋白膜可避免由生鸡蛋引起的微生物问题和起到防止水分损失的阻隔性。 将壳聚糖或玉米醇溶蛋白膜液涂敷在面包表面,可以防止面包失水而干裂。

3.5 在肉制品加工与保鲜中的应用

在肉制品加工与保鲜中的应用,胶原蛋白膜是最成功的工业应用例子,在香肠生产中胶原蛋白膜已经大量取代天然肠衣(除了那些较大的香肠需要较厚的肠衣外)。另外,大豆蛋白膜也可用于生产肠衣和水溶性包装袋。乳清蛋白膜涂敷在大鳞大麻哈鱼上,可以减少其在冷冻贮存期间的过氧化物值,从而提高了保藏品质[7]。有实验表明,

用胶原蛋白包裹肉制品后,可以减少汁液流失、色泽变化以及脂肪氧化,从而提高了保藏肉制品的品质。

4. 存在的问题以及前景展望

近年来,在西欧发达国家,过去风行一时的塑料食品包装袋已逐渐被新型的纸质包装袋和可食性包装袋所代替。世界食品出口大国意大利1991年明确宣布禁止塑料食品包装袋的使用。英国从1991年开始使用一种可食用、薄而透明的薄膜保鲜果蔬。德国、瑞士、澳大利亚等国也正逐渐淘汰塑料食品包装袋。我国也在“九五”期间实施了“绿色包装”工程。可食性包装膜特有的阻隔性和安全性、无环境污染等优点使其具有广阔的开发前景。

但可食性包装膜在商业的应用还不够广泛,还不能取代合成高分子塑料薄膜。由于天然的蛋白基可食性包装薄膜具有亲水性,阻湿性能也有限。而且,其抗拉强度不足,耐高温能力差。另外,还不能同时满足包裹性、感官特性、微生物稳定性和经济性的要求。因此,要实现天然的蛋白基可食性包装薄膜的工业化生产和实际商业应用,研究人员在提高膜的性能和实用性方面还需要做大量的工作。例如我们可以将蛋白质和脂类、多糖类共混,并通过改进加工工艺,提高材料的物化性能,如气密性、透光性、耐腐性、可保鲜性、抗老化性能等,相信预计在不久的将来,该膜将会广泛地用于果蔬、饮料、方便食品、快餐、糕点、动物性食品以及各类软罐头食品的包装上。在食品、工业、医药、化妆品生产和其它方面也具有广泛的应用前景。

参考文献:

[1] 美日食品包装技术新趋势.包装与食品机械[J].2003, 2l(3):27-29

[2] 罗学刚.国内外可食性包装膜的研究进展[J].中国包装,1999,(5):102-103

[3] 朱中亮.可食性膜的氧气阻隔性[J].台湾食品工业,2000,(7):3-7

[4] Gontard N.et a.Edible composite films of wheat gluten and lipids;Water vapor permeability and other physical,properties[nter~tinto1 J1 Food Sci,Technology l994,99:39-50

[5] Gammadions A,et.a L.Effect pH on Properties Wheat Gluten and soy Protein Isolate films J.Agric Food Chem. l993,41:1833-1839

[6] 朱浙辉.可食性包装膜的研究进展和应用[J].食品研究与开发,2004,25(3)

[7] 王海鸥.可食性膜及其在食品工业中的应用[J].食品与机械,2002,(5)

[8] 陈秀芳,许时婴 王璋.可食用膜在果蔬贮藏与保鲜中的作用[J].无锡轻工大学学报1997,(2)