热敏性可食内包装膜及可热封性关键技术研究

钟 耕 巩 桥 徐小青 孟凡冰

前言

可食性环保包装材料将引领食品包装产业可持续发展。食品安全问题成为全球共同关注的话题之一。而食品包装是现代食品工业的最后一道工序，它起着保护、宣传和方便食品储藏、运输、销售的重要作用。所以，食品包装已经成为食品不可或缺的一个重要组成部分，对食品质量和安全产生直接或间接的影响。它不但危害消费者的身体健康，而且影响我国整个食品包装业甚至是食品工业的健康发展。食品包装与食品安全有密切的关系，随着人们环保意识的增强，越来越意识到塑料包装使用不当所造成“白色”污染，有的材料食品包装容易产生有害的气体和异味，对人体有一定毒害作用。

当前，可食性包装是世界食品工业新科技发展的主要趋势，它已涉及广泛的应用领域。由于可食性包装功能多样，无害环境，取材方便，可供食用，因此发达国家竞相研制开发，新产品、新技术不断涌现，发展前景广阔。

1.1 可食膜的定义

可食膜是以可食性天然生物大分子物质（如多糖、蛋白质、脂类等）及其衍生物为主要基质，辅以可食的增塑剂、增强剂，经过混合、加热、加压、涂布和挤出等方法，使各成膜剂分子间相互作用，经干燥后形成一种具有一定力学性质和功能特性的薄膜，可普遍用于食品和药品的包装。

1.2 可食膜的种类

根据制备可食膜基质材料的化学类别，可将其分为多糖类、蛋白类和脂质类可食膜，由其中两种或两种以上联合使用制备而成的称为复合膜。在实际生产中，可根据各成膜材料的性能特点和产品包装的要求，通过成膜基质的选择、处理、配比，采用适宜的制备工艺和条件，获得实用性高的可食膜。表1为常用的可食膜材料。

1.3 多糖类可食膜的优点

多糖是由醛糖和（或）酮糖通过糖苷键连接在一起的多聚物，是构成生物体的十分重要的有机化合物，广泛存在于动物，植物和微生物体内，是生命的物质基础。多糖的种类各异，资源丰富，来源广泛，因其安全，无毒，具有可再生，与人体亲合力强，可生物降解等独特理化特性，已越来越受到食品与药物学家的重视。多糖在生物学上的重要意义也决定了其在食品，医学领域有广阔的应用前景。大量研究表明，多糖是一类重要的生物活性物质，具有多方面的生物活性和保健功能，可以作为各种药物和保健品的有效成分，对于预防和治疗包括癌症在内的多种疾病都有巨大的潜力。随着对多糖研究的深入，对多糖结构，活性功能的进一步了解，多糖作为食品，药品基料的研究已经取得了很大的进展。特别是近年来随着社会经济的高速发展和大众绿色消费意识的增强，以多糖为基料的可食性包装已成为世界食品工业科技发展的一种趋势，也是食品包装业未来发展的主要方向。而在药品的包装上，多糖可食性膜作为胶囊包装及片剂药的被膜包装应用也较多，研究开发可食性包装材料已受到国际社会的广泛关注，是目前发达国家食品、药品包装行业的一大热点。

表1 可食性生物聚合膜材料

多糖呈特殊的长链螺旋分子结构，化学性质稳定，适于各种储存环境并可长时间储存，是较早研究并在食品中应用的一种可食膜。多糖膜的成膜材料大多来源于农产品或海洋生物，资源丰富且价格低廉，具有较强的开发潜力和良好的应用前景。在众多的天然多糖材料中，魔芋葡甘聚糖（Konjac Glucomannan, KGM）不仅具有良好的成膜性能，而且具有减肥、降血脂、降血压等功能，是一种优良的食品基料。利用这些特性,可将其制成普通水溶性膜、耐水耐高温膜和热水溶性可食膜。

1.4 葡甘聚糖可食膜

魔芋是我国西南山区主要特色经济作物之一。天然KGM特殊的分子结构使其具有多方面的生理活性和和功能性质。KGM具有良好的成膜特性，单一的KGM溶胶脱水干燥后即可形成强度与PVC薄膜相当的可食膜。以KGM为制膜基料的可食膜机械强度和舒适感明显优于其他膜材料，整个生产过程绿色环保，具有可降解、抗菌性等特点。而且KGM可食膜兼具可印刷性，可以制成新型食品、药品的可食性包装膜，利于拓宽应用范围。并且，KGM是一种优良的膳食纤维，能够促进肠道蠕动，清洁体内垃圾，对人体具有生理保健功能，对消费者十分有益。

以天然KGM优良的成膜性能为切入点，针对目前KGM可食膜应用于方便食品包装袋最为突出的热敏性能差的缺陷，针对上述优点，我们以魔芋粉为原料，在其KGM结构上引入亲水的羧甲基基团，以期改善其综合性能。羧甲基基团的引入能使KGM的水溶性增加，水溶液稳定性增强，抗潮性能和成膜性能改善，因此，经过羧甲基改性制备的魔芋KGM可食膜可具备热敏性能，达到成品膜在低温下很难溶解，但只要突破一定的温度，膜的形状、渗透速率即随之发生敏锐响应，迅速溶解至澄清的效果。使其能够广泛应用于食品尤其是方便食品的包装，如方便面调料包、奶粉、豆粉、咖啡、芝麻糊等等，也可应用于药品中冲剂的包装袋，使得消费者使用时不但方便快捷，而且能增加膳食纤维的摄入，且有效解决“白色污染”问题。

目前，多糖类可食性膜的开发在工业相对发达的国家正受到高度重视，有的技术已成功应用并创造出巨大社会和经济效益。我国在可食性包装的系统性研究与开发方面起步较晚，在成膜材料的选择，成膜机理研究与工艺改进，膜性能质量与应用以及可食性膜在方便食品中的应用等诸多方面，仍存在许多亟待解决的问题。从目前国内外的发展情况看，多糖类可食性膜主要存在：性能不高。表现在抗拉力不强，耐水性，耐高温能力差。成本高。该领域的研究生产尚属于起步阶段，没有形成规模效应。工艺不成熟，技术参数不稳定。品种单一，种类开发少。西南大学食品科学学院和四川魔力科技有限公司采用产学研合作方式，经过5年潜心研究，实现了热敏性可食膜的规模化生产。

可食性膜的未来发展趋势应立足于天然，安全，实用方面，发展适合于食品特性和工业化生产的，满足应用技术与配料要求的产品，同时在膜结构和化学性能的影响，成型的方法以及操作与性能方面应加强进一步的研究，研制开发性能更优良，功能各异的可食性食品药物膜。