可食性包装膜的发展及其前景

摘要 可食性包装是世界食品工业新科技发展的主要趋势, 涉及广泛的应用领

域,由于功能多样, 不损害环境, 取材方便, 可供食用, 因此可食用的包装薄膜和可生物降解的薄膜等新产品、新技术, 发展前景广阔。本文从可食性膜的分类、特点、以及发展趋势等几个方面对可食性膜近几年来国内外研究进展进行了综述。

关键词 可食性包装膜；分类；发展前景 一、可食性包装膜的概念及发展历史

如今随着生活水平的提高，人们越来越意识到塑料包装使用不当会造成“白色”污染。有的材料包装食品容易产生有害的气体和异味,对人体具有毒害作用，在这种形式下，可食性包装材料应运而生。

所谓可食性膜, 是指以可食性材料物质, 主要是脂质、蛋白质和多糖等天然大分子物质, 添加可食的增塑剂、交联剂等物质, 通过不同分子间相互作用, 经组合、加热、加压、涂布、挤出等方法而形成的薄膜[1]。把涂布、浸渍、喷洒在食品表面而成的薄层称为涂层。

可食性包装在食品包装中的应用有着悠久的历史。几十年来，大家熟悉的糖果包装上使用的糯米纸及包装冰淇淋的玉米烘烤包装杯都是典型的可食性包装。可食膜应用的雏形最早见于12～13世纪的中国，人们用简单的涂蜡手段来涂覆桔子、柠檬，以延缓它们的脱水失重，延长果蔬货架寿命；16世纪英国有一学者应用猪油包裹食品，开创了用脂类涂层保鲜食品的先例[2]。1596年，Harvard和Harmony提出用明胶涂层保护肉制品及其它食品；20世纪30年代，作为涂覆苹果和梨等新鲜水果可食膜原料的热融性石蜡就以商品形式出现了；在20世纪50年代早期，就开始用由巴西棕搁蜡等制成的水包油乳状液涂于新鲜果蔬表面，此后涂膜技术得到快速发展。在人工合成可食膜中比较成熟的是20世纪70年代己工业化生产的普鲁兰树脂，它是由α-葡萄糖甙构成的多聚葡萄糖，在水中易溶解，其5%～10%的水溶液经干燥或热压制成厚度为0.01mm的薄膜，这种薄膜透明、无色、无

嗅、无毒，具有韧性、高阻油性，能食用，可作为食品包装。

对可食膜的真正研究开始于20世纪50～60年代，此后世界各国政府都投入了大量的人力和物力研究和开发可食性包装膜，并取得了一定的进展。现在的可食膜改变了过去由单一成分制膜，而发展成具有多种功能性质的、由多种生物大分子和脂类制成的多组分复合膜，这种复合膜主要是通过不同分子间相互作用形成一种稳定的乳状液，然后干燥使溶剂挥发而形成薄膜。此种结构的可食膜具有明显的阻隔性能及一定的选择透过性，因而在食品行业具有广阔的应用前景。随着人们对食品品质和保藏期要求的提高，以及人们环保意识的增强，以天然生物材料制成的可食膜在食品包装领域正成为研究热点。近年来，人们在开发新型的可食包装材料、改善薄膜性质以及可食膜应用等方面做了大量深入细致的工作， 并取得了一定的成果。

二、可食性包装膜的分类及其发展进程

（一）多糖类薄膜

以植物多糖或动物多糖为基质的可食用膜主要有淀粉膜、改性纤维素膜、动植物胶膜、壳聚糖膜和葡甘聚搪膜等。 1.淀粉可食性膜

该类膜是EPF中研究开发最早的类型。国外在20世纪五、六十年代已有文献报导, 国内研究则较晚。近年来在成膜材料与工艺和增塑剂研究应用方面取得了重要进展。美国新择西州全国淀粉及化学公司的研究人员(1991)利用玉米为原料研制一种新型可食性包装材料。王淑珍(1993)以玉米淀粉、马铃薯淀粉为主料，辅以明胶、甘油等制成的可食膜在抗机械拉力、韧性、透明度和速溶性等方面都优于糯米纸。夏杨毅等(1999)以三氯氧磷为交联剂制成的可食淀粉膜，其断裂伸长率随交联剂用量的增大而递减,抗拉强度和直角撕裂强度先增后减。 2.改性纤维素可食性膜

近年来,世界各国对改性纤维素EPF的研究开发极为重视。日本最近推出以豆渣为原料的EPF,用于快餐面调味料的包装。美国的生产研究机构采用怒丙基甲基纤维素(HPMC)制造可食性纤维素膜也取得了成功。刘邻渭等(1995)将甲基纤维素充分溶解,经涂布、干燥制成的可食膜强度大,阻温、阻气性高；随后又以甲基纤维素、梭甲基纤维素为原料,以硬脂酸、棕桐酸、蜂蜡和琼脂为增塑剂、补强剂,制成半透明、柔软光滑入口即化、拉伸强度较高、透气和透湿性较小的可食用膜。赖凤英等(2001)探讨了溶剂类型对成膜工艺、膜阻隔性和膜机械性能的影响, 得出了水醉最佳配比为2:l此外,我国在蔗渣纤维素EPF的研究上也取得了重要进展。

3.动植物胶可食性膜

日本在动植物胶EPF的开发应用上一直处于世界领先水平。这类EPF是以动物胶如明胶、骨胶、虫胶,和植物胶如葡甘聚糖、角叉胶、果胶、海藻酸钠普鲁蓝等为基质而制成的EPF日本三菱人造纤维公司开发的角叉胶薄膜, 以红藻类提取的天然多糖为原料,半透明、坚韧且热封性好。美国“纳蒂克”开发的胶原薄膜, 采用动物蛋白质胶原制成,强度高,耐性和隔气性好,可食用,用于包装肉类食品不会改变其风味。阐建全等(1999)在明胶可食膜中掺用0.02%琼脂可明显改善明胶膜的机械强度和热封强度；掺用0.2%甘油其抗拉强度直角撕裂强度均有所改善。此外,我国还利用虫胶、淀粉胶及骨胶等经特殊工艺制成了可食性包装纸或包装容器。

4.壳聚糖可食性膜

壳聚糖是虾、蟹、昆虫等甲壳的提取物,即甲壳素经50%左右浓碱处理后,2位碳上的乙酸氨基被脱乙酸而得到。这类可食性膜由美国农业研究所加州农业技术研究中心研制开发成功,它是将壳聚糖与12碳链月桂酸结合一起,生成一种均匀的可食薄膜,膜厚度仅为0.2-03mm,主要用于果蔬类食品的包装。Osamu(l998)将壳聚糖的乳酸溶液渗入到由再生纤维素制得的无纺布中而形成保鲜材料,可用包装肉类、鱼类食品。吉伟之等(2001)在壳聚糖膜中加入甘油后,膜表面光滑,膜的水蒸汽透过率和透气性提高,而抗拉强度下降；添加硬脂酸后表面出现脂质层结晶, 膜的透气性提高,水蒸汽透过率和抗拉强度则下降。 （二）蛋白质类薄膜

以蛋白质为基质的可食膜主要有大豆分离蛋白膜、玉米醇溶蛋白膜、小麦面

筋蛋白膜和乳清蛋白膜等。 1.大豆分离蛋白膜

该膜以大豆分离蛋白为主要原料，添加甘油，分别在酸性和碱性两种条件下制成可食性膜。大豆分离蛋白膜具有良好的机械性能及耐湿性能。邓扬悟等人对大豆分离蛋白的成膜性进行研究后得出，在大豆分离蛋白与甘油的配比为2.5:1， 膜溶液pH值为7，膜制备温度为90℃的条件下，可制得具有较好抗拉强度及延伸率的可食性包装保鲜膜。

Rangavajhyala研究了热处理对大豆蛋白膜溶解性和分子特性的影响。研究表明，蛋白质在不同缓冲液中的溶解度随热处理温度的升高而降低，热处理使蛋白质发生聚合，主要是通过氢键和分子间的二硫键聚合，增加了分子量而降低了溶解度。

Rhim等人使用甲醛蒸气处理大豆分离蛋白膜，可以使膜不溶于水，并有效

［3］

地增加了膜的机械性能。 2.小麦面筋蛋白膜

小麦面筋主要由麦谷蛋白和麦醇蛋白组成，其中麦谷蛋白含量占30%-40%， 麦醇蛋白含量占40%-50%。由于麦谷蛋白具有弹性，麦醇蛋白具有延伸性，能与水形成网络结构，从而具有优良的黏弹性、延伸性、吸水性、吸脂乳化性和成膜性等独特的物理特性。Rayas等人以小麦面筋蛋白为原料，添加体积分数为95%的乙醇和甘油，并使用交联剂，制得膜的氧气渗透性较低，膜的机械性能比原来提高4-5倍。李振华，王金水以小麦面筋蛋白为原料，研究各因素对以山梨醇为增塑剂所制小麦面筋蛋白膜各项性能（通透性、机械性能）的影响。最终得到最佳成膜条件为：谷朊粉与山梨酸的质量比为3.5:1，乙醇体积分数为50%，反应温度为60℃。

3.玉米醇溶蛋白膜

玉米醇溶蛋白具有其他蛋白膜所没有的良好疏水特性，易于成膜，其在醇—水溶液中形成无规则线团结构，溶剂蒸发后可制成一种透明、有光泽的薄膜，具有防潮、隔氧、抗紫外线、保香、阻油和防静电等特性，且对细菌有一定抑制作用，能延长食品货架寿命。黄国平等人对玉米醇溶蛋白与3%油酸增塑的玉米醇溶蛋白膜的降解能力及水蒸气透过率进行了研究。结果表明，此类蛋白膜在机体内不能被消化，但在碱性环境中可以降解，而且具备良好的阻气性能，可以作为疏水性的包覆材料应用于医药、食品和化工领域。 4.胶原蛋白、明胶膜

在食品蛋白质中，明胶由于具有线性结构，是由有限单体组成的，并且具有多分散性， 这些结构特性使得明胶的性质与合成的聚合物的性质最相似。并且明胶的入口即化性及形成透明胶体的特点是其他食品胶体所无法比拟的，加之明胶是用动物的皮、骨经酸、碱水解得到的，含人体必需的多种氨基酸，营养价值高，在食品中的用量不受限制，因而明胶作可食膜较有优势。明胶含有纤维状的三元螺旋结构，由链间的交联和空隙间的水形成了网络结构，当明胶胶凝时，水被挤出蛋白质的矩阵收缩为橡胶态的膜，干燥后即变为玻璃态的明胶膜。明胶膜可以作粘合剂、模具延缓剂和抗氧化剂的载体，其还有阻氧和在油炸食品时阻止过分吸油等功能。此外，明胶膜还是药物胶囊和片剂被覆的主要成分。

明胶可以与壳聚糖、淀粉、纤维素等组成复合膜来提高其性能，降低其成本。Arvanitoyannis等将明胶分别与可溶性淀粉、壳聚糖复合制取可食膜，并研究了增塑剂及干燥温度对复合膜的机械、透气性、热性能等的影响。Chambi等备的

明胶/酪蛋白钠复合膜比单独的明胶膜、酪蛋白钠膜的断裂伸长率（EB）大。另外，可以加入疏水性物质改善明胶膜由于固有的亲水性对水很敏感的缺点，提高其阻水性。Bertan等发现脂肪酸、巴西榄香脂能有效提高明胶膜的阻隔水性。Karnnet等发现硬脂酸改性后的明胶膜具有较低的TS、较低的湿度吸收和较好的生物降解性［4］。 3.脂质包装膜

其形成材料如:蜂蜡、石蜡、硬脂酸、软脂酸等，它们具有极性弱和易于形成致密分子网状结构的特点，所形成的膜阻水能力极强，但由于单独由脂类形成膜的强度较低，很少单独作用，通常与蛋白质、多糖类组合形成复合薄膜。 4.多糖、蛋白质、脂肪酸复合型膜

复合型EPF的研究和应用是当前发展趋势。美国威斯康星大学食品工程系将不同配比的蛋白质、脂肪酸和多糖结合在一起, 制成一种EPF,可以满足不同食品包装的需要。美国Dean.Duxbury(1983)和日本伊藤等(1991)已分别用植物蛋白和小麦面粉制备出可食性餐具和食品包装容器。我国科技工作者也成功研制复合型EPF陈燕燕等(1996)研究了原料特性加工工艺条件、交联剂、pH值和润滑剂对淀粉一蛋白塑料的影响。刘建等(1999)研制的可食性海藻酸钠-硬脂酸复合薄膜具较好的水蒸汽阻隔性和隔油性。阐建全等(l99)研制的明胶膜海藻酸钠复合膜和甲基纤维素复合膜具有较好的热封性、阻气、阻油和阻湿性能。仇厚援等(2000)以木薯淀粉为主要成膜物质, 辅以补强剂、增塑剂等制成的可食性本薯淀粉复合膜,其机械性能透气性等均较好。

三、可食性包装膜的发展前景

由于可食性包装功能多样，无害环境，取材方便，可供食用，因此近年来发达国家食品业竞相研制开发，新产品、新技术不断涌现，未来可食性膜成一下发展趋势。

（一）最新研究课题

美国至少有八所大学的食品系设立了可食包装的研究课题。明尼苏达大学的食品科学及营养系有一个研制小组，专门研究含不同成分的可食性食品保鲜薄膜。克莱门斯大学的农业及生物工程系则广泛开展了蛋白质膜材料制作可食性薄膜的研究。威斯康星大学以菲尼玛为首的研究小组，运用多糖和脂肪研制出阻湿性不亚于聚乙烯薄膜的双层可食膜，并把它用于一种“模拟食品”而取得优越的效果。

法国以哥伯特为首的研究小组也广泛开展了可食性膜的研究。日本、德国同样也在这一领域展开了广泛研究。特别值得一提的是美国和日本在这一领域已积累了大量专利技术。 （二）多功能可食性膜

可食性包装方兴未艾的领域之一是发展多功能可食性包装膜，主要是利用天然水溶性高分子膜材，或兼用疏水性物质和乳化剂作为膜液，配加各种防腐剂，甚至配加酶制剂等生物活性物，浸涂于农产品或食品表面上，干燥后形成一层几乎看不见的薄膜，该层膜具有阻湿、阻气、防虫、防腐、抗氧化、抗褐变、抗病等不同性质，且可食用。例如，薄皮水果、大叶蔬菜及花菜的保鲜膜常常要随果蔬一起被送入口中，并要求不被发现。糕点、糖果的内包装及一些畜产品的内包装中也以能入口即化、美味透明、并有适当阻湿、止氧和防腐等功能而更为实用和高档。

（三）可降解人造肠衣的研究也是开发的领域之一

一方面是合成性的人造肠衣，如尼龙肠衣、聚氯亚乙烯肠衣等已经得到广泛的实际应用。它们强度大、耐蒸煮、有伸缩性、使用前不需用水浸；另一方面，由于合成材料人造肠衣都不可食，因而为人造食用性肠衣提供了良好的发展机会。已经发明的可食人造肠衣有胶原纤维蛋白肠衣。它分为两种，分别叫做Naturin和Devro，它们都是用牛皮制成的胶原纤维蛋白质变性浆团，然后加压挤压制成。但是，“Na-turin”的变性温度和天然肠衣的安定性不合，而“Devro”的收缩性又过高，因此还得改进。利用褐藻酸钙薄膜制造人造肠衣的尝试已经很多，但并未能产生一种可供市场上使用的肠衣，原因主要是其收缩性不足，加之它太湿时会软弱，太干时又易脆裂。因此，也还需找到能克服其弱点的复合材料来加工改进。纤维素肠衣虽为不可食肠衣，但毕竟是由天然植物材料制造的生物可降解性人造肠衣。它具有特别坚韧、高伸展力和耐湿度变化等优点，已在法兰克福香肠中使用。

（四）微胶囊化食用香精或香料的微胶囊化技术，促进了可食性包装材料的研究和应用进程

运用可食性成膜材料微胶囊化，可将液体香料转为固体，可把易挥发的香料转变成为不易挥发损失的香料，把分散性差的香料转变成为容易分散的香料，把脂溶性香料转变为水溶性香料。香料的微胶囊化还可提高它的稳定性，免受湿气、氧化、紫外线及微生物等的影响。

（五）多用途可食性包装膜作为一种载体，前景广阔

例如可用富含维生素B1 的可食性膜液浸泡精白米对其进行营养强化。可加入各种功能的添加剂，比如可用富含山梨酸的可食膜来对肉制品和干酪等进行表面防腐。这样采取局部防腐剂含量高、总体防腐剂含量却很低的方法，大大地提高了防腐剂的效率和减少了添加剂的用量，从而减轻了它们对消费者的负面作用。

由于可食性包装材料的固有性质与合成高分子材料相比有种种局限，目前远远不能代替合成高分子在食品包装材料中的地位。同时，可食性包装及天然可分解性塑料的进一步开发和研制，离不开高科技的发展。

参考文献

[1] 李爱珍,邵秀芝,张建华.2009.可食性包装膜的研究进展及其发展前景.包装与食品机械, 27(1):54-57.

[2] Mariniello L, Pierro, P. D. Esposito, ed al. Porta R Preparation and Mechanical Properties of Edible Pectin-soy Flour Films Obtained in the Absence or Presenceof Transglutaminase［J］. Journal of Biotechnology, 2003,102: 191-198.

[3] Jangchud A, Chinnan M. S. Properties of Peanut Pro-tein Film［J］. Sorption Isothem and Plastici-zer EffectLebensm.-Wiss u-Technol, 1999, 32:82-94.

[4] Simon -Lukasik Kristine V., Ludescher Richard D.Erythrosin B Phosphorescence as a Probe of OxygenDiffusion in Amorphous Gelatin Films［J］. Food Hydro-colloids 2004,18:621～630.