多糖可食性包装材料

1、多糖型可食性包装材料随着科学技术的发展,生活水平的提高以及人们对环保问题的日益关注,利用可食性包装代替传统的塑料包装是食品包装工业发展的必然趋势。作为一种无废弃物的资源型包装技术,可食性包装完美地解决了包装材料和环境保护之间的矛盾,使资源得到最大限度的利用。开发研制的各种新型可食性包装材料在食品包装领域具有广阔的应用前景。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。 可食性薄膜必须要具有一定的阻隔性、机械性和

2、稳定性。 (1)可食性薄膜的阻隔性包括阻气性、保香性、水汽渗透性和阻油性。 (2)可食性薄膜的机械性主要从撕裂强度、延伸性等方面考虑,因为这些性质会直接影响包装食品时材料的机械加工性能。 (3）可食性薄膜在加工和使用过程中常会因灭菌需求而受到紫外光照射,薄膜组分不同,分子结构不同,受紫外光辐射后所呈现出的特性不同。因此,薄膜要求具有一定的稳定性。 根据制备所需基料和辅料组分的不同,可将可食性包装材料分为蛋白质型、多糖型、脂肪型、复合型和蔬菜型。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。糖类可食性包装膜根据其

3、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。因此多糖类可食性膜可以从其包装材料的特性和包装材料的基料等方面进行描述，本文根据所查的文章，根据多糖类可食性膜的基料进行描述。 （1）淀粉类。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, 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

4、进展。淀粉可食性膜主要以直链淀粉为基质, 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。 童群义, 朱桂兰以马铃薯淀粉、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。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 %。 胡新宇等以玉米原淀粉为成膜基质

5、, 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。 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。 （2）改性纤维素类。纤维素是天然存在的最丰富的再生性高聚有机物质, 每年自然界合成的纤维素大约有1011亿t1012亿 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

6、发极为重视。改性纤维素有良好的成膜性质, 制得的可食性膜能够阻止食品吸水或失水, 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。 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

7、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。（3） 魔芋葡甘聚糖类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

8、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。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、油炸食品的包被膜火腿肠衣膜, 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100g/mL,以Ca(OH)2进

9、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、孙远明等人以魔芋胶8g/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。罗学刚以魔芋葡甘聚糖为原料, 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

10、数增高,膜厚仅0.117m,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

11、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/cm2·d,比纯魔芋葡甘聚糖膜的水蒸汽透过率下降了 26.4 %。（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

12、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,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

13、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, 其水溶性不发生明显变化。（5） 海藻酸钠膜海藻酸是糖醛酸的多聚物,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

14、成的链节, 与淀粉分子具有良好的相容性。闻燕、杜予民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;当羧甲基含量为0.20时共混膜的抗张强度和断裂伸长率分别为53.1MPa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

15、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%。（6） 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

16、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。4、 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。1）在果蔬保鲜中的应用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。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,

17、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

18、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） 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,使鱼体表面形成2mm左右厚的膜,再用5%CaCl2(或CaSO4)喷洒一遍, 形成硬质覆膜, 可长期保鲜。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

19、等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7d。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。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裂。刘建制备硬脂酸-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