多糖基可食性复合膜在食品保鲜中的应用

◎ 李昱杰

（四川农业大学 食品学院，四川 雅安 625014）

2021年，在国家颁布“限塑令”要求的大环境下，食品行业推行的生物可完全降解材料已然成为包装材料的发展主流之一。进一步开发和研究可完全降解型、绿色环保型可食性膜，不仅可以减少环境污染问题，还可以解决塑料食品包装中有害物质向食品迁移而引起的食品安全问题。此外，多种高分子化合物与功能性助剂共混制得的可食性复合膜具有良好的阻隔性能、力学性能和抑菌性能等。

随着食品行业的不断发展，多糖基膜的改性研究也在不断深入，获得了更多性能优良的可食性膜，为多糖基可食性膜工业化的生产奠定了基石。多糖基可食性膜可以很好地延长食品的货架期，保持食品的质量、风味和色泽，减少氧气、水分和微生物等外界环境因素对食品所造成的不良影响。本文将对多糖基可食性复合膜原理和制备方法进行概述，探讨淀粉、果胶和纤维素等为成膜基质的复合型可食性膜的应用现状以及多糖基可食性膜在食品保鲜中的研究进展，为多糖基可食性复合膜的研究提供参考。

1 多糖基可食性复合膜概述

多糖基可食性复合膜的开发为食品包装行业带来了新的方向，多糖基可食性膜是由多糖类高分子化合物（淀粉、果胶、纤维素、壳聚糖及海藻酸盐等）为主要成分，添加功能性助剂共混，通过氢键作用制得的安全可食的复合膜。其制备方法主要有以下几种。

（1）浇注成膜法。浇注成膜法是将成膜基材和可溶解基材的溶剂共混，利用磁力搅拌器和均质机将溶液混合均匀，再倾倒在成膜板材上并排除气泡，在一定温度下干燥一段时间后得到均一薄膜。浇注成膜法可分为分批浇注和连续浇注成膜法。其中分批浇注成膜法常用于实验室制膜，采用电热恒温鼓风干燥箱干燥和室温自然干燥的方法；而连续浇注成膜法一般用于工业化制膜，采用对流和红外加热干燥较多，且生产效率和成膜质量较高[1]。

（2）挤压吹塑法。挤压吹塑法需先将成膜基材混匀后，装填到螺杆挤出机的料斗中，再调节螺杆挤出机腔体的温度使物料熔化，物料在螺杆的推动下通过剪切和挤压等作用形成颗粒状物，最后在吹塑机中吹塑制成薄膜。挤压吹塑法具有价格经济、加工效率高、成型周期短等优点，通常用于塑料包装的生产。

（3）其他。制备多糖基可食性复合膜除了上述两种方法外，还有刮刀法、浸没法和涂膜法等多种方法。刮刀法是利用刮刀将成膜溶液刮涂在被包装物上，可用于工业化大批量生产。浸没法是通过将被包装物完全浸没在成膜溶液中，使得成膜溶液能够均匀覆盖在被包装物表层，经过一段时间的干燥后即可形成薄膜。涂膜法是将成膜溶液均匀涂覆在被包装物的表面上，干燥后形成薄膜覆盖在被包装物上的方法。浸没法和涂膜法操作简单，更适合实验室小批量制备薄膜。

2 成膜基材

多糖类可食膜基材来源丰富、价格低廉，比较具有代表性的成膜基质包括淀粉、果胶、纤维素、壳聚糖和海藻酸盐等。单一基质的膜材料在某些性能上不可避免地存在某些缺陷，由于其耐水性较差、机械性能易受到空气中水分含量的影响而未得到广泛的应用[2]。因此，有学者常常将多种成膜基质进行复合，可发挥成膜物质的协同作用以及更好地改善膜的性能，使得其空间和应用前景更为广阔。多糖基可食性复合膜种类繁杂，本文将根据主要成膜基材的不同进行分类。

2.1 淀粉基可食膜

淀粉基可食复合膜是以直链淀粉为主要原料，根据需求添加增塑剂、增强剂、交联剂和活性物质等制备而成的薄膜。但由于单一淀粉膜具有阻水性较差、机械强度较低、脆性较大的缺点，常与二元或多元成膜基材进行复合以改善淀粉类可食膜的性能。用于制备淀粉基可食膜的淀粉原料主要是木薯淀粉、玉米淀粉和马铃薯淀粉，也有葛根淀粉、豌豆淀粉和小麦淀粉等[3]。MⅠCHELLY等[4]发现木薯淀粉与最佳添加量的明胶和酪蛋白混合制成的可食性薄膜，可将水蒸气透过膜的概率显著降低并且在一定程度上保持了果实新鲜度。谢玮等[5]用玉米淀粉和姜渣制备出了一种纯天然的抑菌性复合可食膜，该膜对酵母菌和霉菌的生长都有较好的抑制效果，且添加姜渣后可以明显改善纯玉米淀粉的透油性和抗菌活性。

2.2 果胶基可食膜

果胶是广泛存在于高等植物中的天然高分子化合物，果胶及其衍生物具有一定的生物活性、成膜性和可再生性，因而广泛应用于食品、药品和包装等领域。果胶基可食膜具有阻油性、抗氧化和易改性等优点，但纯果胶薄膜的热稳定性和阻湿性都较差。因而制备果胶基可食膜需要添加其他高分子化合物、生物活性剂、塑化剂等与果胶分子间进行相互作用以改善薄膜质量。付孟等[6]利用橘皮果胶和魔芋葡甘聚糖复合保鲜剂对红提进行保鲜试验，制备出的复合膜对果蔬保鲜的时间相较于单一膜更长，同时可以减缓红提的腐烂速度使红提贮藏更久。樊彦玲[7]用果胶作为基材，添加海藻酸钠和黄原胶制备复合可食膜，结果表明复合膜能够延缓马铃薯的褐变、降低马铃薯的质量损失和丙二醛含量，为鲜切果蔬贮藏提供新的方法。

2.3 纤维素基可食膜

纤维素是地球上分布最广且储量最丰富的一种多糖，是由葡萄糖分子通过特定糖苷键聚合而成的高分子化合物。纤维素基可食膜因其内部可通过氢键形成致密的网络结构，而表现出优良的隔绝氧气的能力，使得其在食品包装中有着巨大的应用潜力。但单一纤维素膜也因其成膜性较差、水分敏感性强且力学性能较低的特点而在实际应用中受到限制[8]。因此在研制纤维素基可食膜时常常将其或纤维素衍生物（如羟甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素）与其他基材复合来制备薄膜。MAHSA等[9]采用流延工艺制备了冷水鱼明胶和羟甲基纤维素复合的可食用膜，通过力学试验发现在一定浓度范围内羟甲基纤维素的添加量与复合膜的拉伸强度和杨氏模量成正相关。孙丽娜等[10]将乳清蛋白、羟丙基甲基纤维素和转谷氨酰胺酶进行复合制得拉伸性能、柔韧性能和阻油性能优良的共混膜，在奶茶粉、方便面调料包和油包等的包装方面具有一定的应用潜能。

2.4 壳聚糖基可食膜

壳聚糖是由甲壳素在碱性环境中经过脱乙酰反应得到的高分子化合物。壳聚糖膜虽具有一定的成膜性能、抗拉性能和抗菌性能，但因脆性较大、在酸性介质中溶解性大且抗氧化能力较差，常将其与其他材料复合以弥补其缺陷。孙晗等[11]用壳聚糖和秋葵多糖复合得到可食膜，使得壳聚糖基可食膜的机械性能、阻水性和阻氧性得到一定程度的提升和完善，指出可以从原材料的结构关系上入手来改进多糖膜的性能。郑玉玺等[12]向壳聚糖中加入荔枝木质精油增强膜抑制微生物的性能并将其应用于基围虾的保鲜中，结果发现用复合可食膜浸涂的基围虾在冷藏环境下的货架期比用普通保鲜膜包覆的情况长3 d。

2.5 海藻酸盐基可食膜

海藻酸盐是甘露糖醛酸和古洛糖醛酸单体通过不同比例和排列方式组合而成的多糖。不同海藻酸盐的内部结构不同，但与二价离子（如钙离子）结合后可以显著降低其水溶性和流动性，更适合用于制备食品包装膜[13]。海藻酸盐中主要用于制备可食膜的是海藻酸钠，GⅠZ等[14]用海藻酸钠薄膜与不同浓度的氯化钙溶液进行交联反应，在甘油的共同作用下使得海藻酸钠薄膜的力学强度和断裂应变特性得到显著改善，且在一定浓度范围内钙离子加入量与薄膜透水率呈现负相关。董宇豪等[15]为改进鱼明胶和海藻酸钠单一膜的各项指标，按一定比例将两种原料混合制得持水性、隔水性和拉伸强度较高的复合可食膜，研究发现其适合于干性食品的储藏。

2.6 其他

除了以上述基材制备可食性复合膜外，研究人员也采用其他材料进行探索以求获得综合性能更好的薄膜。ZHOU等[16]利用普鲁兰多糖和羟甲基壳聚糖相容性良好的特点制备出活性复合可食膜，确定出羟甲基壳聚糖和普鲁兰多糖比为2.5∶2.5时最佳，且此复合膜可延长芒果的保质期达9 d。KOWALCZYK等[17]在普鲁兰多糖和明胶共混物中加入了增塑剂山梨酸钾制成薄膜，改善了单一普鲁兰多糖膜抗紫外能力弱和拉伸强度低的缺点。

3 多糖基复合膜在食品保鲜中的应用

3.1 在果蔬保鲜中的应用

由于新鲜果蔬含水量丰富、营养价值高、呼吸作用强，容易受到温湿度变化、微生物侵染和病虫害等影响[18]。因此如何延长果蔬在运输、储藏和销售等流通过程中的保鲜期是近代研究人员一直想要解决的难题。传统的塑料保鲜膜只是起到隔绝外界环境的作用，无法保障食品安全、不能维持果蔬感官品质且具备较少的功能性[19]。LⅠU等[20]用羟乙基纤维素和海藻酸钠涂层与芦苇废料的提取物进行混合得到可食膜，该膜在一定温、湿度下可延长草莓8 d的储藏期，并且复合膜还表现出对意大利青霉优良的抗菌活性。唐瑛等[21]以马铃薯变性淀粉作为成膜基液，添加氧化醋酸酯淀粉、β-环状糊精和甘油等制成可食性涂膜对青椒的保鲜进行研究，结果表明最佳薄膜可维持青椒可滴定酸和维生素C的保有量且降低青椒的腐烂率。

3.2 在肉及肉制品保鲜中的应用

肉及肉制品主要含有蛋白质、脂质和水分，是腐败微生物生长繁殖的绝佳温床，在流通过程中不注意控制极其容易导致肉及肉制品的腐败变质，造成食品安全问题[22]。可食性复合膜可抑制微生物生长、抵抗外界环境变化和保持肉及肉制品的质量。CARDOSO等[23]用壳聚糖和明胶制备可食性双层涂膜，可以有效减缓牛肉脂质的氧化并且抑制嗜冷细菌、霉菌和酵母菌的繁殖，有效延长牛肉的保质期4 d。王利强等[24]将马铃薯淀粉、普鲁兰多糖和明胶作为基材制备抗菌复合膜，研究发现抗菌膜可延缓微生物对冷却肉中蛋白质的分解、一定程度维持肉中的水分并且延长冷却肉的货架期。

3.3 在其他食品保鲜中的应用

多糖基可食性复合膜不仅在果蔬保鲜和肉及肉制品保鲜中得到应用，在水产品及其他食品保鲜中也可以体现出其价值。史建如[25]通过向壳聚糖和羟甲基纤维素中添加褐藻多酚制备复合可食膜，结果表明该膜对多种细菌的生长具有一定的抑制效果，并且可以延长冷藏大菱鲆鱼片的货架期。

4 结语

多糖基可食性复合膜的开发为食品包装行业带来了新的方向，为了进一步扩大其应用范围、增加其综合性能，探寻更多可与多糖基质复合的可食性活性材料以获得价格低廉、绿色环保和性能优良的复合膜是未来的发展方向。如未来的应用方向可能会从实验室小批量制备向工业化大批量生产过渡；在可食性复合膜中添加以微胶囊包埋的添加剂增加复合膜缓释效果、通过3D打印和静电纺丝等技术制备复合膜等是未来值得关注的研究方向。因此笔者将继续探索新型成膜材料的研发，以期为后继研究工作提供更多技术以及商业支持。