多糖可食性包装膜的研究进展.docx

多糖可食性包装膜的研究进展徐中岳, 何小维, 罗志刚, 张二娟, 谢金华( 华南理工大学轻工与食品学院, 广东 广州 510640)摘要: 从多糖可食性包装膜的分类、特点及应用对近几年来国内外多糖可食性包装膜研究进展进行综述。关键词: 多糖可食性包装膜; 研究进展; 应用research development of polysaccharide edible packing filmxu zhong- yue, he xiao- wei, luo zhi- gang,zhang er- juan, xie jian- hua( college of light industry and food sciences, south china university of technology, guangzhou 510640,guangdong, china)abstr act: from the aspects of classification, characteristics and applications of the polysaccharide edible pack- ing film, the research progress of the polysaccharide edible packing film was reviewed.key wor ds: polysaccharide edible packing film; progress; application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, 如肠衣、果蜡、糖衣、糯 米纸、冰衣和药片包衣等。由于可食性包装功能多样、 无害环境、取材方便、可供食用, 因此近年来食品业竞 相研制开发, 新产品、新技术不断涌现。多糖类可食性 膜是研究最早的可食性包装膜。多糖类可食性包装材 料主要是利用食物多糖的凝胶作用, 以多糖食品原料 为基料所制得的包装材料。多糖类可食性包装膜根据 其基料的不同, 大体上可分为淀粉膜、纤维素薄膜、葡 甘聚糖、壳聚糖薄膜、海藻酸钠、茁霉多糖薄膜等几种 形式。淀粉为基质, 多元醇( 如甘油, 山梨醇、甘油衍生物、及聚乙二醇) 及脂类物质( 如脂肪酸、单甘油酯、表面活性 剂) 为增塑剂, 少量动物或植物胶为增强剂制成。它们 具有拉伸性、透明度、耐折性、水不溶性良好和透气率 低等特点2。童群义, 朱桂兰3以马铃薯淀粉、玉米淀粉、 木薯淀粉制膜,发现马铃薯膜无论是抗拉强度、抗压强 度、还是透光率都优于另两种膜。胡新宇4等以玉米原 淀粉为成膜基质, 配以甘油( 增塑剂) 和羧甲基纤维素 钠( 增强剂) , 在 80 85 烘干 1 h 左右, 即可得到 比较理想的可食性淀粉膜。实验表明这种膜具有良好 的阻湿性与阻气性。童群义、朱桂兰用马铃薯淀粉获得了具有较好机械强度的淀粉膜, 配方为:马铃薯淀粉多糖可食性包装膜的进展100 %、马铃薯淀粉醋酸酯( 取代度 0.25 %) 20 %、卡拉胶 5 %、海藻酸钠 5 %、甘油 10 %、山梨醇 10 %。西北 农业大学的刘邻渭通过用环氧氯丙烷和二元羰酸为交 联剂, 对玉米淀粉膜进行适当的交联改性, 使淀粉膜抗 拉性能提高, 透湿和透气性降低, 水溶性部分下降, 口 感良好, 取得了更良好的更理想的效果。11.1 淀粉类可食用包装膜淀粉是一种应用最广泛的原材料,它是一种可再生资源, 价格便宜, 用淀粉作为膜材料有着广泛的应用前景。用原淀粉溶液制取的薄膜具有很高的拉伸强度,可满足包装纸的拉伸性能要求,但这种薄膜有结晶化特征, 使薄膜变脆1, 柔韧性差, 因此限制了它在可食性包装纸上的使用。淀粉可食性包装膜是可食性膜中研 究开发最早的类型。近年在成膜材料与工艺和增塑剂 研究方面取得了重要进展。淀粉可食性膜主要以直链1.2改性纤维素可食性包装膜纤维素是天然存在的最丰富的再生性高聚有机物 每年自然界合成的纤维素大约有 1 011 亿 t1 012质,亿 t。因此, 纤维素作为一种丰富而古老的生物能源被广泛地应用于现代工业。近年来世界各国对改性纤维 素可食性包装膜的研究开发极为重视。改性纤维素有作者简介: 徐中岳( 1983- ) , 男( 汉) , 在读硕士 , 研究方向 : 碳水化合物功能材料学。2008 年 7 月 第 29 卷第 7 期食品研究与开发综述180良好的成膜性质,制得的可食性膜能够阻止食品吸水聚糖为原料, 山梨糖醇、甘油等为增塑剂, 海藻酸钠、明胶等为补强剂, 氢氧化钙为胶凝剂制膜, 经过研究发现 葡甘聚糖山梨糖醇为 1.00.1,它的断裂伸长、耐折度分 别比葡甘聚糖基本成分膜提高 107.7 %,28.3 %, 拉伸强 度仅降低 5.1 % , 且流动指数增高, 膜厚仅 0.117 m, 比基本成分膜减少了 20.9 %。在其它指数如弹性、透明 度、光洁度、可分解性、耐水性、揭膜难易上变化不大。 补强剂配比中葡甘聚糖:明胶为 1.00.03 拉伸强度比葡 甘聚糖基本成分膜增加 69.5 %, 耐折度增加 3.3 %, 膜 厚增加 3.4 %, 断裂伸长仅减少 10.6 %。唐汝培等14用 溶液共混法成功地制备出魔芋葡甘聚糖 / 羧甲基淀粉 共混膜, 并用红外、xrd、sem、力学性能和水蒸汽透过 率测试研究了其结构和性能。结果表明, 共混膜中魔芋 葡甘聚糖和羧甲基淀粉存在强烈的分子间氢键相互作 用及良好的相容性; 共混膜的拉伸强度及阻水性能随 羧甲基淀粉的加入而显著提高。当羧甲基淀粉的含量 为 20 %时, 共混膜的拉伸强度达最大值为 67.1 mpa, 比纯魔芋葡甘聚糖膜的拉伸强度提高了 191.7 %; 共混膜 的阻水性能也最佳, 其水蒸汽透过率为 86.4 mg/cm2d, 比纯魔芋葡甘聚糖膜的水蒸汽透过率下降了 26.4 %。1.4 壳聚糖可食性包装膜 甲壳素是优良的被膜材料之一。它是由虾蟹壳为原料经过酸、碱处理、氧化脱色、还原漂洗、脱乙酰基而 制成。壳聚糖本身的结构对其成膜后的机械强度和抗 菌性有明显影响, 脱乙酰度越大, 成膜后的机械强度越 大。以壳聚糖为原料的甲壳素膜对氧气和二氧化碳具 有渗透性, 改性甲壳素膜具有良好半透性。由美国农业 研究所、加州农业技术研究中心研制开发成的壳聚糖 包装膜, 主要用于果蔬类食品的包装。将壳聚糖与 12 个碳原子月桂酸结合在一起, 便可生成一种均匀的可 食薄膜, 厚度仅为 0.2 mm0.3 mm。因此,透明度很高,或失水, 防止食品氧化和串味, 调节生鲜食品的呼吸强度, 提高食品表面机械强度, 改善食品表观。甲基纤维 素( mc) 膜强度大, 阻湿和阻气性高, 水溶性大, 外观无 色透明, 光泽明亮, 是一种较理想的新型可食性膜。阚 健全5等研制了一种甲基纤维素复合膜( 甲基纤维素3 %、甘油 0.2 %、明胶 1.0 %、硬脂酸 - 软脂酸( 1:1)0.1%) , 抗拉强度高, 具有热封性、阻油、阻气、阻湿的优 良特性。我国刘邻渭、陈宗道等以甲基纤维素、羧甲基 纤维素为原料, 以硬脂酸、软脂酸、蜂蜡和琼脂为增塑 剂、增强剂制得半透明、柔软、光滑、入口即化的包装 膜, 具有较高拉伸强度, 较小透湿、透气性的特点。庄荣 玉6发现羟丙基甲基纤维素( hpmc) 可食性膜可以显 著地 ( p0.05) 延缓番茄在 20 贮藏时的保存期。 hpmc 膜可以减慢番茄的呼吸速率, 阻碍蒸腾作用, 减 少水分丧失, 从而减慢番茄的后熟和硬度下降。果皮表 面光洁, 富有弹性, 颜色较浅。甲基纤维素( mc) 和羟丙 基甲基纤维素( hpmc) 通过热凝胶作用产生一种持水 性的凝胶, 油炸时可阻碍油的进入, 使得糊的吸油量下 降到 50 %。1.3 魔芋葡甘聚糖可食性包装膜 魔芋葡甘聚糖是从魔芋块茎中提取的天然高分子物质, 由于其优良的束水性、胶凝性、粘稠粘结性、溶解 可逆性、悬浮性等特性, 在食品、医药、化工领域中得到 广泛应用。魔芋葡甘聚糖形成的膜与其它天然大分子 材料膜( 如各种淀粉、蛋白膜等) 相比耐水性较好, 但和 人工合成材料膜( 如普通塑料膜等) 相比差异较大, 有 待于通过各种改性来提高其耐水性。直接用未改性的 葡甘露聚糖制膜, 存在成膜性能不良, 膜面质量及其它 特性均差等缺点7。根据魔芋胶( kgm) 溶胶在弱碱性条件下加热形成热不可逆凝胶的独特性能,制备耐水耐高温复合膜, 制备微波、焙烤、油炸食品的包被膜8- 9,火腿肠衣膜10, 快餐饭盒的涂层膜, 以及某些食品的可 食性包装等。适度改性可使葡甘露聚糖脱去乙酰基, 又 使其溶胀吸水性能得到一定改善, 有利于其溶胀、分子 间相互关联, 从而改进成膜及膜的性能。林晓艳、陈彦、 罗学刚11利用 ca( oh) 2 对魔芋葡甘露聚糖去乙酰基改 性, 在魔芋精粉浓度为 100 g/ml, 以 ca( oh) 2 进行改性 并调整 ph 为 10 时所制备的膜的膜面较为均匀, 其抗 张强度与耐折度等性能均显著高于未改性膜。杨军、 孙远明等12人以魔芋胶 8 g/l, 石蜡 4.460 g/l, 硬脂酸2.597 g/l, 乳化剂 2.406 g/l, 甘油 6.487 ml/l, 聚乙二醇1.489 ml/l 制备魔芋葡甘聚糖耐水耐高温复合膜, 可 使耐水耐高温复合膜性能较优。罗学刚13以魔芋葡甘用于去皮或者切片水果的保鲜包装,有很好的保鲜作用。日本最近用脱乙酸壳聚糖作原料加工成一种可食性包装纸, 用于包装快餐面、调味品等。岳晓华15将壳聚糖和淀粉复合成膜时,随着复合膜中壳聚糖量的增加, 膜的抗张强度增强, 透湿系数也随之上升, 在各种复合膜中, 壳聚糖木薯淀粉复合膜的透明度最好, 壳聚 糖玉米淀粉复合膜的透明度较差。徐清海、魏忠环16 发现壳聚糖- 淀粉复合膜干燥温度在 80 以上可明 显改善其机械强度。壳聚糖宜配成浓度小于 5 %的醋 酸溶液与淀粉混合, 最后要经过碱处理过程, 以防止复 合膜在水中的膨胀。所制的膜具有较高的机械强度、水 不溶性和阻气、阻湿性能。在水中放置一昼夜其性能变 化不明显, 即使在沸水中加热一段时间, 其水溶性不发食品研究与开发2008 年 7 月 第 29 卷第 7 期综述181生明显变化。1.5 海藻酸钠膜海藻酸是糖醛酸的多聚物,在果蔬表面包裹一层膜, 除可防止病菌感染外, 还由于在表面形成了一小型气调室, 大大减弱了水分挥 发, 同时也减缓果蔬的呼吸作用, 推迟果蔬的生理衰 老, 从而达到保鲜目的20。例如魔芋多糖用其涂膜龙眼 有较好的保鲜作用, 降低了烂果率, 避免了营养成分的 减少, 基本上防止了褐变, 保持了原风味, 可食性大大 增强, 使常温下龙眼的保鲜期大大延长。利用卡拉胶与 瓜尔豆胶成膜和增稠的互补性, 再加入互补性的乳化 剂配制的保鲜液, 可以在草莓表面形成较好的半透膜 气调环境, 从而可以明显延缓草莓的呼吸强度, 延长草 莓货架期。英国科学家研制成一种可食用涂膜保鲜剂, 是由蔗糖、淀粉、脂肪酸的聚酯物制成, 采用喷涂、刷涂 或浸渍方法涂于柑橘、苹果、西瓜、香蕉、番茄等果蔬表 面从而延长水果保鲜期。hpmc 可食性膜可以有效地 减慢番茄后熟, 延长番茄的保存期。加拿大研制成的 n,o- 羧甲基脱乙酰壳聚糖保鲜剂, 用 0.7 %2 %的 n, o- 羧甲基脱乙酰壳聚糖即可延长果蔬保鲜期。目前壳 聚糖保鲜膜在柑橘、猕猴桃、番茄、青椒、等多种水果的 保鲜试验中都取得了令人满意的效果。2.2 在肉类保鲜中的应用据报道, 用 20 份麦芽糖糊精、1 份葡萄糖、6 份氯 化钠与 73 份清水混合均匀, 将其喷洒在鱼肉上, 很快 形成一层透明薄膜, 可长期保鲜; 用 3 份海藻酸、2 份 果胶与 95 份清水充分混匀, 将该溶液喷洒在鱼体上,由 d- 甘露糖醛酸和l-古洛糖以( 1, 4) 糖苷键交替结构连接而成的, 和其它多糖一样, 具有良好成膜性能。海藻酸钠涂膜可减少果实中活性氧的生成, 降低脂肪过氧化程度, 保持细胞膜的完整性并使果实保持较低的酶活性,国外研究表明了海藻酸钠涂膜对柑橘、苹果具有显著的保鲜效果。海藻酸盐是一种直链型亲水性聚合物, 分子结构中含 有糖醛酸构成的链节, 与淀粉分子具有良好的相容性。 闻燕、杜予民17用溶液共混法成功制备出海藻酸钠 / 羧 甲基淀粉共混膜, 红外光谱、x- 射线衍射、扫描电镜结 构表征及力学性能、吸水性和水蒸汽透过率表明: 共混 膜中海藻酸钠和羧甲基淀粉间存在强烈分子间氢键等 相互作用及良好的相容性; 随羧甲基淀粉含量的增加, 共混膜的吸水率显著降低; 当羧甲基含量 =0.20 时共 混 膜 的 抗 张 强 度 和 断 裂 伸 长 率 分 别 为 53.1 mpa 和5.3 %, 比海藻酸钠膜分别提高了 97.4 %和 60.6 %。陈 从贵, 刘进杰等18以马铃薯淀粉为原料; 以瓜尔胶、明 胶、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠为粘粘剂; 丙三醇、草 酸、普鲁兰酶为试剂以开发淀粉多糖基包装纸, 经研究 得添加 7.5 %的丙三醇、0.15 %的 cmc 和 0.3 %的海藻 酸钠, 可使纸的耐折度提高到 48 次, 而透光率则下降 到 46.4 %。茁霉多糖膜茁霉多糖 ( 又称为短梗霉多糖, 普鲁兰, pullulan) 是由出芽短梗霉( aureobasidium pulluans) 产生的胞外 多糖, 主要是由麦芽三糖通过 - 1, 6- 糖苷键连接而 成。茁霉多糖以其易溶、透明、有光泽、强度高等特点颇 受关注。由于 o2、n2 极难透过茁霉多糖膜, 故用它制成 的薄膜和涂层是防止高脂肪食品氧化酸败和酸价升高使鱼体表面形成 2 mm 左右厚的膜, 再用 5 %cacl(2或1.6caso4) 喷洒一遍, 形成硬质覆膜, 可长期保鲜21。英国推出一项利用海藻糖保存食品的新技术, 用于保鲜肉 类, 可使肉类所含的维生素保持完好 , 其色、味、香和营养成分都没有改变, 与新鲜食品相比毫不逊色。邵 伟等22以可食性多糖保鲜膜能延长肉制品保质期, 延 缓肉质变色及减少水分流失, 它既不改变肉制品的风味, 又能提高肉质品的营养价值, 具有较保鲜价值。吕 跃钢等23 由乙醇、乳酸和醋酸组成的复合抑菌剂与海藻酸钠涂膜联合处理熟肉制品, 其保鲜效果非常显著,28 的条件下保鲜可达 7 d。该抑菌剂及涂膜材料均 为可食性的, 对人体无毒无害, 复合抑菌剂的浓度及配的一种有效的隔膜,因此它完全适合包装含油脂量高的食品及油脂制品, 同样也适用于包装维生素强化食品、酶制剂、药品等易氧化变质物品。以一定比例的水 与茁酶多糖配制成的乳化被膜剂, 涂布在水果、蔬菜 上, 能防止鲜度下降, 减少干耗。涂在鸡蛋上还能提高 鸡蛋强度, 增加表面洁度19。比对肉制品的口味没有影响,而且经过海藻酸钠涂膜处理的熟肉制品显得晶莹剔透, 更加鲜嫩柔软, 大大提高了熟肉制品的感观效果。可食性成膜保鲜剂中含有 壳聚糖成分, 能作用于微生物细胞表层,使霉菌等细胞 表层受损, 菌体漏出, 有抑菌作用。2.3 在焙烤食品中的应用可食性包装膜可作增进焙烤食品外观的光滑层。 例如将壳聚糖涂敷在面包表面可防止面包失水而干2 多糖可食性包装膜在食品工业中的应用多糖可食性包装膜在食品周围形成一层弹 性薄 膜, 隔离了食品与外界的联系, 防止了微生物的再污染 及营养成分的挥发, 能有效延长食品储存期, 所以可食 性膜在食品涂膜保鲜中得到充分应用。2.1 在果蔬保鲜中的应用2008 年 7 月 第 29 卷第 7 期食品研究与开发综述182裂。刘建24制备硬脂酸 - 海藻酸钠复合膜用于蛋糕包装的试验得出这种膜能有效的防止水分散失, 若用作 蛋糕的内包装, 不仅能克服塑料和纸作为食品内包装 材料的缺点, 且也能保证食品质量和一定的储存期。由 中国研制成功的玉米淀粉海藻酸钠或壳聚糖复合包装 膜可用于果脯、糕点等的包装。由于对油脂有较好的阻 隔性能, 纤维素也可用于焙烤食品的包装25。2.4 在油炸食品中的应用选择适当的成膜剂对油炸食品预先涂膜, 可以降 低产品的耗油量, 延长油的使用寿命。由钙交联的果胶 膜可使鱼、鸡块、蔬菜在煎炸时减少 20 %40 %油的吸 收。羟甲基纤维素和甲基纤维素可用于炸薯条和炸洋 葱圈时减少油的吸收26。淀粉基材料可用作快餐油炸 食品的包装、一次性的食品用袋和纸包装的外层膜, 避 免了长期食品包装所带来的安全问题25。业大学学报,2000,31( 3) :267- 271阚健全,陈余道,陈永红,等.可食包装膜与合成包装膜综合性质的 对比研究j.食品与发酵工业,1999( 6) :10庄荣玉.纤维素可食性膜对番茄保鲜贮藏中硬度和色泽的影响j.食品与发酵工业,2002,28( 2) :49- 53许时婴,钱和.魔芋葡甘露聚糖的化学结构与流性质j.无锡轻工 业学院学报,1991,10( 1) :1- 12mallikarjunan p, chinnan m s. edible coatings for keep- fat frying of starchy products j. lebensmittel- wissenschaft und- technologie,1997, 30( 7) :709- 714balasubramaniam v m, chinnan m s. the effect of edible film on oil uptake and moisture retention of a deep- fat fried poultry product j.journal of food process engineering, 1997, 20( 1) :17- 29.5678910 frinault a, gallant d j. preparation of casein films by a modified wetspinning process j. journal of food science, 1997, 62( 4) :744- 74 11 林晓艳,陈彦,罗学刚.魔芋葡甘露聚糖去乙酰基改性制膜特性研究j.食品科学,2002, 23( 2) :21- 2312 孙远明,杨君,张国权,等.可食性魔芋葡甘聚糖耐水耐高温复合膜 的配方优化j.农业工程学报,2002,18( 6) :155- 15713 罗学刚.高强度可食性魔芋葡甘聚糖薄膜研究j.中国包装,2000,20( 1) :89- 9114 唐汝培,杜予民,樊李红.魔芋葡甘聚糖 / 羧甲基淀粉共混膜及其 阻水性能j.高分子材料科学与工程,2003, 19( 4) :181- 18415 岳晓华. 可食性壳聚糖淀粉复合膜的研究j. 食品科学,2004,25( 增刊) :7- 1016 徐清海,魏忠环.壳聚糖 - 淀粉水不溶性可食用薄膜的制备工艺 研究j.食品研究与开发,2001,22( 2) :20- 2217 闻燕,杜予民.海藻酸钠 / 羧甲基淀粉共混膜j.功能高分子学报,2003 ,16( 4) :535- 53818 陈从贵,刘进杰,张杰, 等.淀粉多糖基可食性包装纸的改性研究j.食品科学,2003,24( 3) :39- 4319 汤兴俊,何国庆.茁霉多糖的微生物发酵及在食品工业中的应用j.粮油加工与食品机械,2002( 7) :34- 3620 郭敏.食品涂膜保鲜的研究j.食品科学,1996,17( 3) :59- 6221 张 万 萍. 水 产 品 加 工 新 技 术m. 北 京 : 中 国 农 业 出 版 社,1995:128- 129,148- 15022 邵伟,唐明,刘世玲, 等.茁霉多糖保鲜膜膜在肉制品保鲜中的应 用j.肉类工业, 2004( 8) :9- 1123 吕跃钢,