明胶基可食性包装膜的改性及应用研究进展

2023-09-19杨光帝和东芹

食品安全导刊 2023年7期

李越，李娇，李欣，杨光帝，和东芹

（邯郸职业技术学院，河北邯郸 056000）

随着人们生活水平的提高，食品包装材料的安全可靠性越来越受重视。塑料类包装膜在生产生活中应用广泛，但这类塑料包装膜由化石燃料合成，难以降解，给环境带来了巨大压力。此外，合成塑料包装膜可能含有邻苯二甲酸酯、双酚A等危害人体健康的化学物质。因此，新型、安全、对环境友好且符合可持续发展的可食性包装膜材料日益受到重视。

明胶是动物体中的胶原在热、酸、碱或酶的作用下，经温和且不可逆断裂后降解的产物[1]。明胶含有甘氨酸、脯氨酸及羟脯氨酸等18种氨基酸，具有较高的营养价值，在食品中的添加量没有限制[2]。明胶成本低、易获得、易降解、对环境没有危害，且具有良好的成膜性。以明胶为主要原料的可食性膜在热封性、阻气性、生物相容性方面展现出良好的性质[3]。但由于明胶中含有大量的羟基、羧基等亲水基团，其耐水性较差，吸水率较高，在潮湿的环境中容易滋生微生物致使食品腐败变质[4]。因此，相关学者对其进行了改性研究。本文对明胶膜的改性方法及应用进行综述。

1 明胶膜的改性方法

无论是哺乳动物明胶还是鱼类明胶制备的明胶膜都存在机械力学性能较差的特点，如抗拉强度和断裂伸长率低[5]，同时耐水性差、吸水率高，尤其是鱼类明胶含有较低的脯氨酸和羟脯氨酸，表现出更易溶于水、水蒸气透过率更高的特点，致使明胶膜在食品包装中的应用十分受限[6]。

为了优化明胶膜性能，针对明胶膜的缺陷，许多学者采用改性的方法以提升明胶膜性质，扩大其应用范围。常见的改性方法包括化学交联法、物理处理法、生物相容法、生物高分子共混法。

1.1 化学交联法

化学交联法是在明胶成膜液中添加化学交联剂[7]对明胶的性质进行修饰，常见的化学交联剂是醛类物质，明胶分子中的氨基与醛类物质中的醛基结合形成希夫碱式的结构产生交联，从而改善明胶膜的性质。

1.2 物理处理法

物理处理法是经过紫外线、超声波等物理方法增强明胶分子间交联，以强化明胶膜的网状结构，增强其性能[8]；物理方法改性不会引入其他物质，但是对明胶膜性质的影响程度较小，常作为明胶膜改性的辅助手段。

1.3 生物相容法

生物相容法是在明胶成膜液中添加天然产物如茶多酚、转谷氨酰胺酶、京尼平及单宁酸等，通过明胶分子中的氨基和羧基等基团与天然产物分子中的某些基团发生交联反应，提高明胶的交联程度，增强明胶膜的机械力学性能和阻湿性[9]。

1.4 生物高分子共混

生物高分子共混法是明胶与其他生物高分子物质如壳聚糖、淀粉、纤维素、其他蛋白、脂类等复合制成膜，以改善明胶膜的性能，扩大其应用范围[10]。近年来，在明胶成膜液中添加生物活性物质制备出生物活性膜是研究热点。例如多酚、维生素和多肽等天然成分，或BHT、BHA等人工合成的活性物质，制备出具有抗氧化活性或抗菌活性的明胶复合膜，可显著增强明胶膜的适用性，提高对食品的保护作用，延长食品的货架期[11]。

2 明胶基可食性膜在食品包装中的应用

近年来，许多学者开始探究将明胶基可食性膜应用在不同种类的食品中，如肉制品、香肠制品、果蔬类食品等。

2.1 在肉制品中的应用

肉制品富含蛋白质，同时是多种维生素、锌、血红素铁和必需氨基酸的良好来源，营养价值高，是生活中不可或缺的一类食物。但由于微生物污染、脂质氧化等原因，肉制品在贮藏和运输的过程中极易腐败变质。采用适当的包装技术对于保护肉制品免受微生物污染、缓解脂质氧化十分重要。所以，用于肉制品包装保藏的可食性包装膜要具备一定的机械强度，对氧气、紫外线有一定的阻隔能力，同时具备较低的水蒸气透过率和良好的可见度。

明胶膜具有良好的阻气性，对紫外线有一定的阻隔能力[4]。可以通过阻隔气体（O2、CO2）及紫外线来防止微生物滋生和脂质氧化以改善肉制品的保藏性。在鲜猪肉的保藏中使用迷迭香酸改性明胶膜包裹在猪肉表面，可以有效控制猪肉冷藏过程中菌落总数，减缓猪肉脂肪的氧化程度[12]。也有学者将壳聚糖与明胶共混以制备明胶-壳聚糖复合膜，壳聚糖具有更强的抑菌性能，可以有效防止细菌对鲜猪肉的侵染，使鲜肉保鲜期达7 d以上，有效延长鲜猪肉的货架期[13]。相比其他肉类产品，水产品更易被微生物侵染而发生氧化变质，在屠宰后新鲜度会快速降低[14]，但经过明胶-壳聚糖复合膜保藏的鱼肉在冷藏期TVB-N和pH值变化显著减缓，可抑制鲜鱼肉的腐败长达4～5 d[4]。可见，明胶基可食性包装膜对肉制品及水产品的包装防腐效果良好，但由于失水率较高，其应用有一定的局限性。

2.2 明胶基可食性肠衣的应用

肠衣是用作填制香肠和灌肠的外衣，是香肠制作中不可缺少的包装材料。传统肠衣是家畜的大肠、小肠刮制而成，但资源有限且生产效率低；塑料肠衣应用比较广泛，但存在食品安全隐患且容易造成环境污染。以明胶为主要原料的胶原蛋白可食性肠衣越来越受重视。包装效果良好的肠衣应该是坚韧、半透明的，同时具有良好的塑封性。明胶基可食性肠衣基本符合以上要求，同时具备良好的氧气阻隔性和对紫外线的阻隔性。明胶肠衣在香肠的熟化过程中，与填充肉的收缩率几乎一致，从而能赋予香肠良好的口感。添加改性剂的明胶基肠衣更适用于肠衣的加工[15]。明胶与壳聚糖[16]共混的明胶基肠衣膜机械强度更高，水渗透率和溶解度更低，表面光滑，具有与天然肠衣可比拟的机械性能。由此可见，明胶基可食性肠衣性质优良，明胶可作为原料制备可食性肠衣。但是，明胶对热敏感，明胶基肠衣膜能否在食品加工过程中像天然肠衣一样不破裂，仍需要继续研究。

2.3 在果蔬中的应用

果蔬在贮藏过程中，受呼吸作用和微生物侵染影响，其营养价值和新鲜程度会不断降低，从而影响其储藏时间，尤其是鲜切水果更易受微生物侵染。部分鲜切水果极易发生褐变，对于包装技术的要求较高。通过喷涂或浸渍的方法在果蔬表面涂可食性膜不仅可以阻隔、抑制微生物的生长，还可以降低果蔬的呼吸强度，从而延长果蔬保藏期。

明胶因具有良好的成膜性和对氧气、二氧化碳、脂质的阻隔性能，可应用在果蔬保藏中[17]。明胶-壳聚糖复合涂膜在不影响营养成分的前提下，能使辣椒的货架期延长14 d[18]。明胶-壳聚糖复合膜的使用能有效降低草莓的呼吸强度和烂果率[19]。明胶-壳聚糖复合涂膜处理能在一定程度上降低采后西番莲果实在贮藏期间的失水率，并抑制果实的呼吸作用，延缓果实衰老进程[20]。由此看来，明胶基复合涂膜在果蔬保藏中具有较好的应用效果。