可食性包装膜及其制备工艺优化研究

蒋春啟+周然

摘要：塑料包装带来的环境污染问题引起了食品包装研究人员的重视，可食性包装膜由于其绿色安全，成本低廉等特性成为近年来取代塑料包装的研究热点之一。可食性包装膜主要采用可食性生物聚合物和食品级添加剂制成，主要通过阻止气体、水气和溶质的迁移，添加抗氧化、抑菌性物质等提高食品质量，保护食品免受物理、化学和生物的破坏，从而延长食品货架期。对关于可食性包装膜的介绍、分类、制备工艺优化等方面的研究进行综述，为可食性包装膜的应用提供参考。

关键词：可食性包装膜；分类；制备工艺优化

中图分类号：TS206.4 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）21-4119-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.21.031

Research on Edible Packaging Film and Its Preparation Process Optimization

JIANG Chun-qi，ZHOU Ran

（College of Food Science and Technology，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306，China）

Abstract： As the growing social and economic consequences of pollution caused by plastics， edible packaging films have become one of the hot spots instead of plastic packaging because of its green， safe and low cost in recent years. Edible films are produced from edible biopolymers and food-grade additives. They can enhance the quality of food products， protecting them from physical， chemical， and biological deterioration， finally extend the shelf life， mainly through the prevention of gas， water vapor and solute migration， adding antioxidant， antibacterial substances. The recent literatures on edible films were summarized， and the classification of edible films and the optimization of preparation technology were reviewed. The reference was provided for the application of edible packaging film.

Key words： edible packaging film； classification； preparation progress optimization

随着时代发展，社会进步及人类生活水平的提高，消费者对品质高、保质期长、自然新鲜食品的需求日益增加。为了延长货架期，各类存贮包装技术被大力发展，如通过气体调节或温度控制贮藏，再进行传统包装，如纸质包装或塑料包装。在注重低碳环保的今天，绿色包装越来越得到社会的重视[1]。可食性包装膜是近年来研究广泛的一类绿色包装，同时也是一种通过温度和相对湿度结合管理来延长采后寿命的技术[2]。由于可食性包装膜很好地解决了保鲜、环保、包装的问题，因此它的研究与应用也越来越广泛[3]。本研究就可食性包装膜的介绍、分类及制备工艺的优化进行综述，以期为这方面的研究提供参考。

1 可食性包装膜的简介

可食性包装膜是一类包裹在食物表面，可食用的薄膜材料。可食性薄膜包括抗氧化剂、抑菌剂，可为食品提供水分、氧和溶质运动的屏障，从而产生更好的保存质量[4]。可食性包装膜的优点包括成本低（比塑料包装成本高很多）、提供水分和气体交换的部分屏障、提高机械处理性能（大部分可食膜需要添加增塑剂甘油等提高机械性能，尤其是淀粉类膜），有利于保持结构的完整性，并保留挥发性风味物质。

2 可食性包装膜的结构材料

根据可食性包装膜的结构材料可将其分为蛋白质、多糖、脂质和复合类。这种结构的主要优点在于它们可生物降解[5]。可食性包装膜是可以吃的膜，所以在可生物降解方面不在阐述。为了提高可食性包装膜的机械性能，增塑剂（如甘油、山梨糖醇、单酸甘油酯、聚乙二醇、葡萄糖等）会被添加到膜液中。

2.1 蛋白质类

蛋白质分子在溶液里被卷曲，结构相对稳定，加入添加剂后，提高分子间相互作用，并促进新的二硫键形成，形成三维网状结构，此时在一定条件下可以获得具有一定强度和阻隔性的薄膜[6]。

2.1.1 胶原蛋白膜 胶原蛋白多存在于动物的皮、韧带、软骨、肌腱及其他结缔组织中，国内资源丰富。胶原蛋白是由甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸等19类氨基酸形成的天然蛋白质。胶原蛋白具有较好的生物降解性、相容性以及较低的抗原性[7]。

胶原蛋白膜能够阻止油、水、氧气的进入；能够携带抗菌剂及抗菌载体，被广泛应用在包装酸奶、肉制品和食品配料中；也可制成腸衣，用于冻肉、香肠；制成包装袋，包装胶囊、香料、咖啡等[8]。

2.1.2 大豆蛋白膜 大豆蛋白是一类资源丰富、价格低廉且完全可生物降解的天然高分子材料，具备优良的生物相容性、功能特性和成膜性[9]。大豆蛋白制成的可食性包装膜，蛋白质分子间的交联更强烈，透气性较差，而且大豆蛋白可以提高食品的营养价值[10]。endprint

目前，针对大豆蛋白膜的研究主要集中在对其物理、化学功能性质的改性研究。邹小武[11]利用带有醛基的交联剂二醛淀粉（DAS）对大豆蛋白进行交联改性，结果表明，二醛淀粉的交联改性可明显提高大豆蛋白膜的玻璃化转变温度以及力学性能，同时还能降低大豆蛋白膜的水蒸气透过率；同时也发现经过接枝聚己内酯的改性大豆蛋白膜，大豆蛋白膜吸水率明显下降，膜在高度潮湿环境中的拉伸性能得到提高。郭宽等[12]发现甘油含量是大豆蛋白膜机械性能的一个主要影响因素，随着甘油含量的提高，大豆蛋白膜的抗张强度逐渐降低，而氧气透过率、水蒸气透过率和断裂延伸率逐渐增加。马力[13]通过磷酰化改性方法以及曼尼希反应对大豆蛋白多肽链中赖氨酸和精氨酸残基上的伯氨基进行化学改性，得到了一款力学性能良好的大豆蛋白膜。

2.1.3 乳清蛋白膜 乳清蛋白营养丰富，具有良好的功能特性，比如成膜性、新型乳化性等[14]。乳清蛋白膜是一类具有机械特性（拉伸强度）和阻隔特性（阻湿/阻氧/阻油）的蛋白膜，国内学者也对其进行了研究[15]。

Gounga等[16]研究了蛋白浓度和甘油比例对分离乳清蛋白可食性包装膜厚度和水蒸气渗透性的影响，发现选择5%蛋白和3.6∶1.0的蛋白甘油比时，可食性包装膜的表现最好；进一步添加普鲁兰多糖发现，蛋白与普鲁兰多糖比为1∶1时，膜的透氧性、水蒸气渗透性、水分含量和溶解性都表现最好。马中苏等[17]研究了绿豆皮纳米纤维素对浓缩乳清蛋白可食性包装膜性能的影响，发现当添加1%绿豆皮纳米纤维素时，浓缩乳清蛋白可食性包装膜的水蒸气透过系数最小，膜的透光率最大；当添加2%绿豆皮纳米纤维素量时，浓缩乳清蛋白可食性包装膜的抗拉强度最大，氧气透过率最小，添加绿豆皮纳米纤维素能有效提高浓缩乳清蛋白膜的性能。

2.2 多糖类

多糖类可食性包装膜以淀粉及其衍生物、纤维素衍生物及动植物胶为主材料制成，这种可食性包装膜具有良好的力学性能和透明性[18]。常用的有淀粉膜、改性纤维素膜、壳聚糖膜及动植物胶膜（果胶、卡拉胶、海藻酸和魔芋葡甘聚糖等）。

2.2.1 淀粉膜 淀粉可食性包装膜是研究较早的可食性膜，它主要由直链淀粉制成。孟令伟等[19]研究了淀粉和甘油不同配比对玉米淀粉基可食包装薄膜透气性能的影响，结果发现当各添加5%（m/V）淀粉和甘油，以植物油为脱膜剂时，薄膜对O2和N2的阻隔性最好。蒋琼凤等[20]通过正交试验发现当淀粉、CMC和甘油的添加比为10（g）∶1（g）∶2（mL），80 ℃烘烤40～45 min时，甘薯淀粉膜的性能（抗拉强度/伸长率）最好。Moreno等[21]通过分析薄膜结构、力学、障碍、光学和生物等特性研究了加入不同比例的未加热或加热（95 ℃）脱脂乳对玉米淀粉（CS）薄膜的影响，发现随着混合物中脱脂乳的增加，平均粒径和成膜分散体的表观黏度都有下降；这两种材料的低兼容性导致了异质结构，影响了薄膜的机械和阻隔性能，从而薄膜的耐性和扩展性更好、渗透性更差；只有加入了加热过的脱脂乳的薄膜表现出抗氧化活性；脱脂乳对英诺克李斯特氏菌的生长没有影响。

2.2.2 改性纤维素膜 改性纤维素可食性包装膜是指由植物纤维经过化学改性，如甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素和羧甲基纤维素为原料制得的膜，它具有拉伸强度较好、透湿性和透气性较小等特点。庄荣玉[22]发现羟丙基甲基纤维素可食性包装膜可以有效减缓番茄后熟，延长番茄的贮藏期。陈妮娜等[23]发现羧甲基纤维素基可食性复合膜可以较好地维持葡萄的贮藏品质，延长贮藏寿命。

2.2.3 壳聚糖膜 壳聚糖是由甲壳素经脱乙酰作用得到的，具有良好的成膜性和广谱抗菌性。匡银近等[24]研究了不同质量浓度（0.5%、1.0%、2.0%）壳聚糖涂膜处理对（4±0.5） ℃贮藏条件下鲜切莲藕的保鲜效果。结果表明，壳聚糖涂膜处理能够有效降低鲜切莲藕的水分、维生素C等成分的损失、延缓褐变的发生，从而延长货架期；其中2.0%壳聚糖涂膜处理对鲜切莲藕具有较好的保鲜效果。刘莹等[25]通过添加香菇多糖制得一类壳聚糖-香菇多糖可食性复合膜，并检测了香菇多糖添加量对复合膜性能的影响，结果显示随着香菇多糖的添加，壳聚糖-香菇多糖可食性复合膜的断裂延伸率降低、抗拉强度增强、水溶性增加，阻氧性增强后逐渐稳定，水蒸气透过率先降低后升高。

2.2.4 动植物胶膜 这类膜是指以动物胶（骨胶、虫胶等），植物胶（葡甘聚糖、果胶、海藻酸钠、卡拉胶等）为基质制得的可食性膜，它具有强度高、阻气性好等特点。

高丹丹等[26]为了提高明胶-普鲁兰多糖可食性包装膜的性能，研究了甘油添加量对其透氧性、透油性、水蒸气透过率、溶水性、颜色和机械性能的影响，结果表明，甘油可以明显提高明胶-普鲁兰多糖可食性包装膜的断裂延伸率，降低透氧性、水溶性和抗拉强度，提高水蒸气透过率。张超等[27]研究了环境湿度对明胶-普鲁兰多糖可食性膜性能的影响，发现在较高的环境湿度（80%）下，明胶-普鲁兰多糖膜的抗拉强度降低，柔韧性提高，而透明度、阻氧性和阻油性没有显著变化。Galus等[28]研究了不同比例海藻酸钠和低甲氧基果胶复合薄膜的厚度、颜色、水蒸气渗透性、机械性能和微观结构等物理性质。结果显示，海藻酸钠-果胶复合膜是一种连续、均匀、透明的可食性薄膜。复合薄膜的视觉外观不受成分比例变化的影响，厚度取决于薄膜的制备形式，与果胶或海藻酸钠-果胶复合膜相比，海藻酸钠膜表现出更高的水蒸气吸附率，高含量的果胶有干扰薄膜内部结构的趋势，果胶薄膜分子网络组织性比海藻酸钠薄膜差。Ma等[29]发现油酸的添加使塔拉胶膜偏向黄色，同时降低了水分含量和水蒸气渗透性。接触角从76.75°增加到107.28°，但拉伸强度从57.4 MPa下降到26.8 MPa，同时热穩定性增加。总的来说，油酸的添加显著改善了塔拉胶膜的疏水性。

2.3 脂质类

常用于制备脂质类可食性包装膜的材料有天然蜡、微生物共聚酯、硬脂酸和棕榈酸等，他们具有较低的极性，分子往往形成致密的网络结构，具有较强的阻水能力，但由于脂质单独成膜的强度较低，故通常是与蛋白质或多糖组合制成复合类可食性包装膜。endprint

Rodrigues等[30]研究了O/W型乳剂超声时间和棕榈果油含量（基于牧豆树种子胶）对薄膜性能的影响。结果表明，所有O/W型乳剂均呈现纳米微滴，且棕榈果油含量越低，微滴越小。增加棕榈果油含量可提高疏水性，降低透明度和拉伸性能（除伸长率）。Dick等[31]发现随着甘油浓度的增加，芡欧鼠尾草胶膜的水蒸气渗透性，断裂伸长率水溶性增加，而拉伸强度和杨氏模量明显下降。Haq等[32]研究了蜂胶对胶木属膜性能的影响，发现添加蜂蜡后薄膜的抗拉强度、杨氏模量和断裂伸长率下降，同时水蒸气渗透性比未添加蜂蠟的小了一个数量级，且水蒸气渗透性活化能比未添加蜂蜡的高。唐亚丽等[33]通过添加脂类物质和增塑剂，研究了脂质-羧甲基纤维素（CMC）可食性复合膜的阻湿性能，发现蜂蜡和硬脂酸含量的增加可以降低复合膜的水蒸气透过率、机械性能和阻油性，提高阻氧性；得出复合膜最佳配比为水/乙醇=95∶5（体积比），0.02 g/mL硬脂酸，1.5% PEG400，0.004 g/mL蜂蜡，0.03 g/mL CMC。

2.4 复合类

复合类可食性包装膜一般是通过脂质与蛋白质或多糖的组合，获得一种功能性和适用性更广的膜。复合膜的制备方式分为涂布法和乳化法。涂布法是将液态脂质涂布于已形成的蛋白质膜（或多糖膜）上，获得双层的复合膜；乳化法是将脂质与蛋白质（或多糖）共同溶于溶剂中，加入合适的乳化剂使之溶解均匀，再干燥成膜。Galus等[34]发现可通过添加低浓度（0.5%和1.0%）的杏仁或核桃油乳化改变乳清分离蛋白膜的功能性质，低浓度的杏仁和核桃油可以增强的乳清蛋白膜的疏水性，并具有掺入到乳清蛋白分离物的潜质，可应用于食品。Fakhouri[35]等开发和评估了基于玉米淀粉和明胶，利用甘油或山梨醇增塑的复合膜的理化特性，发现明胶的添加能显著增加膜的机械强度、水溶解度、水蒸气渗透性和厚度，同时增加透明度；而且利用山梨醇增塑的复合薄膜比利用甘油增塑的复合薄膜明显具有较低的水蒸气渗透性和较高的拉伸强度。Pan等[36]利用共同干燥过程或直接添加的方式将不同类型的多糖（海藻酸丙二醇（PGA）、果胶、卡拉胶和芦荟多糖）加入到大豆分离蛋白（SPI）和月桂酸（LA）薄膜中，形成具有改性水蒸气渗透性和优良力学性能的可生物降解的复合薄膜。王虹霞等[37]制备不同质量比的果胶/魔芋复合涂膜，利用DSC、IR表征结构检测了他们的机械性能、吸湿性能、透光率、溶胀性能、抗菌性等性能，结果显示果胶和魔芋分子间具有良好的相容性，当果胶和魔芋胶质量比为7∶3时，复合膜的机械性能最好，溶胀性也较好，同时抗菌性也更强。王耀松等[38]通过测定壳聚糖/乳清蛋白复合膜的厚度、透光性、穿刺强度和水化性能等性能发现，复合膜的厚度随着壳聚糖的增加而增加，而透明性、穿刺强度以及吸水性随着壳聚糖的增加而降低，同时壳聚糖的增加有助于对光线的拦截（特别是紫外线）。

3 常用的可食性包装膜制备工艺

制作可食性包装膜最常用的技术是溶剂浇铸。将可食用物料的分散液铺展在合适的基体材料上，然后让它干燥。在溶液干燥过程中，溶剂蒸发导致聚合物的溶解度降低，直到聚合物链对齐形成薄膜。干燥速率和环境条件对所得膜的最终厚度和结构特点具有较高影响力，要注意控制[39]。红外线会加速干燥过程，因此是有利的[40]。另一种是干法工艺，依靠一些多糖和蛋白质在低水分水平的热塑性状态完成压缩成型和挤压。

4 制备工艺优化

近年来，可食性包装膜的研究内容已经开始从可食性包装膜的应用发展到可食性包装膜工艺条件的优化和性能的改善[6]。其中，研究最多的就是响应面分析优化法。高丹丹等[41]利用单因素法和响应面法优化普鲁兰多糖-明胶复合膜配方。发现当添加2.00%普鲁兰多糖、5.00%明胶、1.00%甘油时，普鲁兰多糖-明胶复合膜的抗拉强度达到最大值85.18 MPa。王振宇等[42]通过响应面分析，得到桔梗多糖可食用复合膜的最佳配比条件为多糖含量2.0%、海藻酸钠含量1.8%、甘油含量2.0%，此时抗拉强度、耐折度等综合指标最好。包鸿慧等[43]采用响应面分析法优化CCMS/WG复合包装膜的制备工艺，研究表明每100 g水加入谷朊粉0.65 g、交联羧甲基玉米淀粉4.77 g、丙三醇1.05 g时，CCMS/WG复合包装膜的性能最佳。宋佳明等[44]利用响应面分析法研究了干燥温度、甘油浓度、卡拉胶浓度对卡拉胶-明胶复合膜拉伸特性的影响。结果表明，干燥温度对卡拉胶-明胶复合膜拉伸强度的影响最小，卡拉胶浓度对其影响最大，同时得出卡拉胶-明胶复合膜的拉伸强度最佳制备工艺为干燥温度34.6 ℃、甘油浓度0.87%、卡拉胶浓度0.74%。陈文平等[45]通过响应面优化得到魔芋葡甘聚糖膜的最佳制备工艺为2.19 g/100 mL魔芋葡甘聚糖膜、60.0 ℃搅拌190 min、静置156 min、51.1 ℃干燥，得到的膜表面平整光滑，拉伸强度最佳，耐水性较好。

另外，还有一些研究者通过其他方法优化可食性包装膜的制备工艺，如王昊[46]利用基因工程技术获得谷氨酞胺转胺酶（TGase）改性大豆分离蛋白膜，并得出其最佳制备工艺为室温干燥，pH 8.4， 大豆蛋白浓度5.12%，甘油浓度2.04，酶浓度为0.21%。

5 展望

近年来，可食性包装膜作为一种绿色包装方式越来越受社会重视，应用也越来越广泛。目前，更多的研究集中在材料的选择和配方工艺优化，但是可食性膜的制备流程繁琐复杂，制备条件要求严格，阻碍了可食性包装膜的进一步发展。以后的研究应在不断开发新材料、优化配方工艺的同时，注重制备技术的提升，以满足商业条件中新食品的应用特性，提高经济效益。

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