多糖膜在食品包装中的应用

陈艳欣

多糖膜在食品包装中的应用

陈艳欣

（温州大学，浙江 温州 325035）

塑料包装是当今不可或缺的部分，但是其不可生物降解性带来的巨大环境问题也日益严峻，必须尽量减少和消除它带来的危害。该问题的解决方案可能依赖于使用生物聚合物，特别是多糖。这些具有成膜特性的大分子生物降解材料，可应用于食品包装。尽管从不同来源获得的多糖具有各种优点，例如耐水性强、机械性能好和价格低，但也存在一些问题阻碍了多糖的广泛应用和商品化。然而，随着研究的不断深入，人们有可能找到一些克服问题和解决问题的策略。本文综述了近年来在食品包装中应用最广泛的多糖。

多糖；生物聚合物膜；包装；微生物多糖

食品包装对产品的包容、保护、保存、方便、提供产品信息、品牌传播等至关重要。这项工作的重点是与食品直接接触的初级包装，如瓶子、托盘或袋子[1]。使用塑料包装的关键问题是消费后废物大量遗留。此外，有些材料很难再利用，估计只有不到14%的塑料包装材料可以回收[2]。考虑到这一情况，克服这一问题的一个有效选择是使用可再生资源中的生物基聚合物。本文综述了几种不同的多糖及其性质和在包装材料中应用现状。

多糖是由糖苷键构成的复杂碳水化合物，是生物圈中丰富的大分子，通常是植物（如淀粉）和动物外骨骼（如甲壳素）的主要成分之一[3]。多种多样的多糖及其衍生物被用于生产可生物降解薄膜，并被用于食品、医疗、制药等多个行业[4]。它们具有良好的阻隔氧气和二氧化碳（在低或中等相对湿度）和良好的机械性能。然而，由于其亲水性，对水蒸气的屏障较低[5,6]。为了获得令人满意的基于生物聚合物的包装性能，已对多糖膜的改进进行了研究，使其可用于工业应用。

1 源于动物的多糖——壳聚糖

壳聚糖通常不溶于水，但易溶于酸性溶液。壳聚糖不同于其他多糖，依赖其主链上的阳离子基团，使其具有对细菌、酵母菌和真菌的抗菌性能[7,8]。壳聚糖还具有良好的成膜性能，能够被生产成膜和涂层。壳聚糖膜无毒，可自然降解，具有良好的生物相容性以及可再生性和市售性。此外，据报道壳聚糖膜对比氧气渗透性低的气体具有半透性，对某些食品的保存至关重要，并且具有中等的水蒸气屏障。

尽管壳聚糖膜具有这些独特的性质，但许多研究都集中在其改性上。壳聚糖膜的功能特性也可以通过与其他亲水胶体的结合得到改善。与单纯的壳聚糖膜相比，和其他多糖（如果胶、淀粉或蛋白质）、海藻酸钠的组合在机械性能、水蒸气渗透性和水溶解度方面的改善更好。

2 源于植物的多糖——淀粉

淀粉是植物中储备最丰富的多糖，属于可再生资源，具有生物降解性，成本低，可以批量生产，易于处理，并能显示热塑性行为。淀粉能从谷物（如小麦、玉米或大米）、蔬菜（如苋菜）甚至坚果（如腰果）中提取，但在商业上，淀粉的主要取自土豆、玉米和木薯。

淀粉颗粒不溶于水，其性质直接取决于植物来源、粒径分布和形态、基因型、直链淀粉/支链淀粉比率和其他因素，如成分、pH值和化学修饰。

这种多糖具有形成透氧性极低的膜和涂层的能力，但其作为包装材料的适用性取决于其高亲水性、有限的机械性能和回生。已经进行了大量研究来克服这些缺点，主要使用增塑剂来增加链迁移率和改善柔性，以制备具有与聚烯烃衍生的机械性能相媲美的淀粉塑料。最常用的一类增塑剂就是多元醇，比如乙二醇、丙三醇（甘油）和山梨醇。

3 微生物多糖——普鲁兰

普鲁兰多糖（Pullulan）是一种水溶性的胞外多糖，主要是由酵母样真菌使用多种含单糖的原料生产。受培养条件（温度、pH值、碳源类型、氮源类型）的影响较大。茁霉多糖具有生物可降解、无毒、无味、无臭等特点，除用作成膜剂外，还可用作絮凝剂、食品添加剂。普鲁兰膜均质，透明，可食用，是柔性的和良好的氧气屏障。然而，它们对水敏感，机械性能弱。

尽管普鲁兰多糖具有很多优点，但其高成本限制了普鲁兰多糖和普鲁兰多糖膜的应用。将普鲁兰多糖与其他生物聚合物、添加剂共混，能够制备出具有较好理化性能和力学性能的膜。

4 结束语

本文描述了从不同来源（动物、植物和藻类）提取并由微生物产生的多糖，并且正在寻找新的和改进的聚合物生产方法，以获得可取代传统的不可生物降解聚合物作为包装材料的生物聚合物。

未来的发展趋势与产业发展有关，需要生产出性能和价格上有竞争力的产品。现有的多糖膜的改进，特别是关于它们的机械性能、对液态水的抵抗能力和对水蒸气的渗透性的改进是强制性的，主要策略包括使用添加剂（如脂类），与不同的聚合物混合，多层膜的设计，纳米粒子的使用，多糖的化学修饰。

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［3］Thakur V K, Thakur M K. Handbook of sustainable polymers: Processing and applications[M]. Singapore:Pan Stanford Publishing, 2016.

［4］Freitas F, Alves V D, Reis M A, et al. Microbial polysaccharide-based membranes: Current and future applications[J].2014, 131．

［5］Galgano F. Biodegradable packaging and edible coating for fresh-cut fruits and vegetables[J].. 2015, 27.

［6］Rhim J W, Park H M, Ha C S. Bio-nanocomposites for food packaging applications[J].,2013, 38: 1629-1652.

［7］Van den Broek L A M, Knoop R J I, Kappen F H J, et al.Chitosan films and blends for packaging material[J].,2015, 116:237-242.

［8］Rinaudo M. Chitin and chitosan: Properties and applications[J]., 2006, 31:603-632.

Application of Polysaccharide Film in Food Packaging

（Wenzhou University, Zhejiang Wenzhou 325035, China）

Plastic packaging is an integral part today. However, the huge environmental problems caused by landfill disposal of non-biodegradable polymers at the end of life have become increasingly serious, and the harm caused by it must be minimized. The solution to this problem may depend on the use of biopolymers, especially polysaccharides. These macromolecular biodegradable materials with film-forming properties may be used in food packaging. Although polysaccharides obtained from different sources have various advantages, such as water resistance, good mechanical properties and low price, there are also problems that hinder the widespread application and commercialization of polysaccharides. However, as research continues, people may find some strategies to overcome and solve problems. In this article, the most widely used polysaccharides in food packaging in recent years were reviewed.

polysaccharide; microbial polysaccharide; packaging; biopolymer film

2020-01-15

陈艳欣（1995-），女，硕士在读，河南省郑州市人，研究方向：生物医药材料。

TB484.9

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1004-0935（2020）05-0561-02