張玉琴,齊小晶,梁 敏,王 羽,宋樹(shù)鑫,劉林林,云雪艷,成培芳,董同力嘎

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,內(nèi)蒙古呼和浩特 010018)

基于生鮮肉品和果蔬保鮮的生物可降解薄膜的研究進(jìn)展

張玉琴,齊小晶,梁 敏,王 羽,宋樹(shù)鑫,劉林林,云雪艷,成培芳,董同力嘎*

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,內(nèi)蒙古呼和浩特 010018)

生鮮肉品和果蔬具有新鮮和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高的雙重特色,同時(shí)生物可降解材料的包裝保鮮具有突出的保鮮效果和環(huán)保意義,應(yīng)用可降解材料包裝保鮮生鮮肉品和果蔬具有優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。因此,本文針對(duì)生鮮肉品和果蔬的品質(zhì)變化特點(diǎn),列舉了生物可降解薄膜保鮮技術(shù)在生鮮肉品和果蔬保鮮中的諸多應(yīng)用與進(jìn)展,為生鮮肉品和果蔬的保鮮包裝和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供參考依據(jù)。

生物可降解薄膜,生鮮肉品和果蔬,保鮮技術(shù)

生鮮食品指可供人類(lèi)食用的生鮮農(nóng)產(chǎn)品,具有代表性的是“生鮮三品”即:果蔬、水產(chǎn)品和肉類(lèi)。生鮮食品因新鮮美味且最具營(yíng)養(yǎng)價(jià)值已成為人們生活中的必需品,占據(jù)食品消費(fèi)總量的極大份額[1]。由于生鮮食品在消費(fèi)的過(guò)程中受內(nèi)外因素的影響,使其在運(yùn)輸、貯藏和消費(fèi)的過(guò)程中質(zhì)量下降極快,腐爛損失嚴(yán)重,因此需要進(jìn)行保鮮和加工。

生物可降解材料是在一定自然環(huán)境條件下,被微生物(如細(xì)菌、真菌和藻類(lèi)等)完全分解成低分子化合物的材料如CO2和H2O,被認(rèn)為是理想的食品包裝材料。目前使用較多的有聚乳酸(PLLA)、聚己內(nèi)酯(PCL)、聚乙烯醇(PVA)、聚碳酸亞丙酯(PPC)等,是難得的環(huán)保包裝材料。PLLA是一種脂肪族可降解性高分子材料,可以從食品加工過(guò)程中的殘留物中獲得,其強(qiáng)度高、生物相容性好、熔點(diǎn)高抗皺性能突出,隨老化時(shí)間延長(zhǎng)阻隔性能提高,耐油溶性好適合取代商品聚合物[2-3]。目前PLLA是應(yīng)用最為廣泛的生物可降解材料,已用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,也作為短保質(zhì)期食品的包裝袋、包裝盒、冰淇淋杯和泡罩等[4]。PPC因原料來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉,且阻隔性良好,無(wú)毒無(wú)害,被認(rèn)為是最有潛力應(yīng)用在食品包裝中的可降解材料之一[5]。PVA是一種多功能聚合物,耐化學(xué)腐蝕,物理性能和氣體阻隔性能優(yōu)異并且是水溶性聚合物中產(chǎn)量最大的聚合物,已被用于食品包裝[6]。PCL具有良好的延展性,熔點(diǎn)為60 ℃左右,由于生鮮食品的生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸和銷(xiāo)售多為冷鏈,所以其更適用于生鮮食品的保鮮包裝[7]。

選擇合適的生物可降解材料,發(fā)揮其優(yōu)越性能用于生鮮食品的包裝保鮮,既能滿足消費(fèi)者安全營(yíng)養(yǎng)健康的消費(fèi)需求,同時(shí)又能迎合現(xiàn)代綠色環(huán)保的理念。本文結(jié)合本課題組的近期研究成果,以生鮮肉品和果蔬為主要研究對(duì)象,根據(jù)其品質(zhì)特征和腐敗變質(zhì)機(jī)理,就多種生物可降解包裝材料在其保鮮中的應(yīng)用進(jìn)行了論述比較,展望其潛在的價(jià)值并為保鮮技術(shù)的研究與應(yīng)用提供參考。

1 生鮮肉品和果蔬的保鮮包裝機(jī)理

生鮮食品保鮮是根據(jù)生鮮食品自身的品質(zhì)及其腐敗變質(zhì)的機(jī)理,在運(yùn)輸、貯藏和銷(xiāo)售的過(guò)程中采用物理、化學(xué)或生物方法處理,抑制或延緩食品的變質(zhì),使其保持較好的鮮度和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[8]。目前人們?cè)谖锢?、化學(xué)和生物方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行延伸拓展,形成很多新的保鮮技術(shù),且依據(jù)的原理大多類(lèi)似,都致力于調(diào)控影響生鮮食品品質(zhì)的關(guān)鍵因素?？刂粕r食品生理生化變化進(jìn)程,延緩品質(zhì)劣變;次之控制微生物,主要抑制腐敗菌。

導(dǎo)致果蔬腐敗變質(zhì)的原因包括微生物、植物生理和化學(xué)方面的敗壞,而呼吸作用是采后果蔬主要進(jìn)行的生理活動(dòng),延緩控制呼吸作用及抑制霉菌的生長(zhǎng)成為生鮮果蔬保鮮貯藏的關(guān)鍵點(diǎn)。同時(shí)果蔬本身所含的各種化學(xué)成分與水和氧氣等物質(zhì)接觸時(shí),會(huì)產(chǎn)生一系列的化學(xué)反應(yīng),如氧化還原、合成或分解、溶解等使得果蔬的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)減少及感官品質(zhì)下降。這就要求包裝膜不宜太厚、有適量的氣體透過(guò)性且阻濕性低,保證呼吸的同時(shí)能夠降低呼吸強(qiáng)度以及包裝內(nèi)不結(jié)露,對(duì)膜材料進(jìn)行定向拉伸、沉積SiOx、發(fā)泡技術(shù)等方式獲得理想的包裝材料。而對(duì)于肉品來(lái)說(shuō),導(dǎo)致腐敗變質(zhì)的原因有很多如微生物生長(zhǎng)繁殖、溫度、光照、氧化反應(yīng)、水分的散失或增加及肉品自身酶的作用,其中微生物的生長(zhǎng)成為腐敗的主要原因,其次氧氣也是導(dǎo)致肉品變質(zhì)的關(guān)鍵因素,直接影響肉的色澤、肉中脂肪的氧化及微生物的生長(zhǎng)情況。這就要求使用的包裝膜有較好的氣體阻隔性和較好的阻濕性保證肉品水分的不散失,且選擇的包裝膜能夠耐低溫,阻光,拉伸強(qiáng)度良好。通常將材料進(jìn)行共混改性、溶液澆鑄法、層壓法或多模頭共同流延擠壓制備并結(jié)合沉積SiOx或涂覆、噴淋、化學(xué)鍵位連接抑菌物質(zhì),制備符合保鮮需求的包裝材料。

2 生鮮肉品和果蔬保鮮包裝現(xiàn)狀

目前,生鮮食品的包裝大多使用非可降解材料,主要有尼龍(PA)、乙烯/乙烯醇共聚物(EVOH)、丙烯酸乙基己酯(EHA)、聚丙烯(PP)及聚乙烯(PE)薄膜等。這些材料雖價(jià)格較低,也有一定的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)保鮮作用,但性能上各有缺點(diǎn)如PA6具有很高的阻氣、阻濕性,對(duì)鮮肉具有保鮮作用,而在果蔬保鮮中應(yīng)用很少;PE的阻濕性強(qiáng),但氣體透過(guò)量大;EVOH的阻隔性隨溫度的變化而變化巨大[9-11]。

為了延長(zhǎng)生鮮果蔬的貨架期,使用傳統(tǒng)保鮮膜進(jìn)行包裹,以及硅窗調(diào)氣薄膜、微孔果蔬保鮮膜、防霧薄膜、抗菌包裝和可食性膜等被廣泛應(yīng)用。如使用PA/PE等復(fù)合膜、不同微孔數(shù)和微孔直徑的PE薄膜以及打孔后的PP和LDPE、硅橡膠膜以及防霧保鮮膜對(duì)萵筍、香蕉等生鮮果蔬進(jìn)行真空或氣調(diào)包裝保鮮,均取得了不同程度的保鮮效果[9,12-14]。將包裝材料與抑菌劑結(jié)合制備活性包裝,如在膜表面涂覆抑菌劑、天然提取物、抗真菌劑、納米抗菌母?；蚨趸?ClO2)等氣體抑菌劑,在對(duì)果蔬進(jìn)行貯藏保鮮的過(guò)程中,均起到了保鮮抑菌的效果,有的還能夠?qū)崿F(xiàn)抑制果蔬后熟、延緩衰老和提高硬度的多重作用[15-17]。生鮮果蔬在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中,由于擠壓和振動(dòng)會(huì)造成損失,在包裝運(yùn)輸途中使用泡沫、紙板或網(wǎng)套等來(lái)起到緩沖的作用[18]。對(duì)于冷鮮肉則根據(jù)其腐敗機(jī)理通常采用保鮮膜簡(jiǎn)單包裹、托盤(pán)包裝、真空或氣調(diào)包裝、活性包裝等保鮮措施,使用的材料大多是塑料、紙、復(fù)合材料類(lèi),玻璃瓶,金屬罐等。EHA/PE、PE/EVOH/PE和PE/PA/EVOH/PA復(fù)合膜真空包裝冷鮮肉貨架期可延長(zhǎng)至22 d以上[19-20]。抑菌劑涂覆LDPE等包裝膜上,用于冷鮮牛肉的保鮮貯藏中,延長(zhǎng)貯藏期的同時(shí)起到顯著抑菌作用[21]。LDPE/PA/LDPE氣調(diào)保鮮鱸魚(yú),內(nèi)部氣體組分為60% CO2/30% N2/10% O2時(shí),在(4±0.5) ℃的條件下,貨架期可延長(zhǎng)至17 d[22]。采用紫外線-超聲波-氣調(diào)保鮮處理(50% CO2+25% O2+25% N2)冷鮮肉保質(zhì)期達(dá)到22 d[23]。研究表明對(duì)新鮮的水產(chǎn)品進(jìn)行超高壓處理抑制肉中蛋白質(zhì)的水解及脂肪的氧化同時(shí)能夠延長(zhǎng)貨架期[24]。

現(xiàn)有的食品包裝材料和技術(shù)雖然在一定程度上能滿足包裝需求及延長(zhǎng)食品的貨架期,但大多材料合成的原材料來(lái)源不廣泛,且成膜或形成包裝材料時(shí)依靠化學(xué)合成等技術(shù)不可避免添加成膜劑、增塑劑等添加物,在與食品直接接觸時(shí)遷移至食物表面造成安全隱患。同時(shí)從材料的性能來(lái)說(shuō),目前使用的非可降解材料存在一定的缺點(diǎn)不能滿足包裝需求,如阻隔性能、力學(xué)性能、耐低或高溫性能等與可降解材料相比存在一定的劣勢(shì)。而從環(huán)保及后期處理角度審視,隨著全球人口的增長(zhǎng)食物的需求量迅速的增加,隨之而來(lái)大批包裝材料被使用,由于不可降解,目前的焚燒、掩埋等措施都會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染,大量的掩埋還會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境平衡。使用生物可降解的材料來(lái)取代非生物降解材料已成為發(fā)展的趨勢(shì)和亟待解決的問(wèn)題。

3 生物可降解包裝材料在生鮮肉品和果蔬中的應(yīng)用

3.1 生鮮肉品的保鮮包裝

選擇合適的包裝材料和包裝技術(shù)可以在很大程度上延長(zhǎng)冷鮮肉的保質(zhì)期,而根據(jù)肉品腐敗機(jī)理來(lái)說(shuō)包裝材料的阻隔性能較好有利于貨架期的延長(zhǎng)。目前基于生物可降解材料在生鮮肉品中的包裝形式主要有自發(fā)性氣調(diào)包裝、氣調(diào)包裝、真空包裝以及抑菌包裝形式。

3.1.1 真空包裝 真空包裝是使用較早且比較普及的一種包裝方式,要求材料有較好的氣體阻隔性能,同時(shí)由于肉品本身是一個(gè)含水量比較大的食品,這就需要在進(jìn)行貼體包裝時(shí)包裝材料的耐濕性能突出,但使用真空包裝技術(shù)可能不能滿足保持肉色的需求。將PLLA/SiOx薄膜與PVA進(jìn)行復(fù)合時(shí)PLLA的阻隔性進(jìn)一步提高,氧氣阻隔性提高221倍,水蒸汽阻隔性提高5倍。SiOx層有效提高了PLLA的阻隔性同時(shí)有效地提高PLLA與PVA的層合性能。將其應(yīng)用在冷鮮肉的保鮮中在27 d時(shí)肉品腐敗,在貯藏過(guò)程中各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于非降解材料PA/PE復(fù)合膜,完全可將其取代[25]。利用層合的方法制備復(fù)合膜PPC/PVA/PPC,選擇其中阻隔性能及力學(xué)性能最優(yōu)的PPC/PVA20/PPC高阻隔性復(fù)合膜用于冷鮮肉的包裝中,冷鮮肉的貨架期可延長(zhǎng)至19 d,而僅用PPC包裝或裸露放置的冷鮮肉均在11 d左右腐敗變質(zhì)[26]。使用能夠釋放乳酸的聚酰胺薄膜真空包裝生鮮肉品,菌落總數(shù)顯著降低[27]。目前,真空包裝技術(shù)已成為一項(xiàng)較為成熟的包裝技術(shù),工藝簡(jiǎn)單、工作效率高,且能較好的保持肉品的色、香、味。氧氣的排除能很好的抑制微生物的生長(zhǎng),同時(shí)也避免了食物在受熱情況下膨脹破裂的現(xiàn)象,而制備的生物可降解材料阻隔性突出,應(yīng)用在肉品的真空包裝中能夠取得顯著的保鮮效果。

圖2 自發(fā)氣調(diào)包裝原理圖Fig.2 The principle of equilibrium modified atmosphere packaging

3.1.2 氣調(diào)包裝 氣調(diào)包裝是利用高阻隔性薄膜對(duì)食品進(jìn)行充氣包裝,充氣的比例由食品本身的保鮮條件來(lái)決定,一般來(lái)說(shuō)利用CO2、O2和N2的混合氣體來(lái)充氣。N2是一種無(wú)味、不溶于水及無(wú)抑菌功能的惰性氣體,用于取代氧氣和防止包裝袋塌陷,但是會(huì)對(duì)厭氧和耐氧的乳酸菌創(chuàng)建一個(gè)缺氧的環(huán)境。O2的填充用于抑制厭氧微生物的生長(zhǎng),同時(shí)也會(huì)促進(jìn)需氧微生物的生長(zhǎng),它的存在也會(huì)引起一系列的氧化反應(yīng),但高濃度氧通常可以使肉發(fā)色并且保持一種明亮的紅色。CO2易溶于水和血脂且溶解度隨溫度的降低而升高,CO2的溶解會(huì)引起包裝袋的塌陷,但它具有抑菌效果[28]。對(duì)切碎的牛肉采用PET/EVOH/LDPE復(fù)合膜進(jìn)行氣調(diào)包裝,在±4 ℃下貯藏氣體比例為50% O2+30% CO2+20% N2時(shí),其顏色、氧化穩(wěn)定性及微生物總數(shù)均在范圍內(nèi),貨架期延長(zhǎng)至40 d[29]。利用完全可降解的PPC和PVA制備高阻氧PPC/PVA/PPC復(fù)合膜,對(duì)冷鮮肉進(jìn)行充氣包裝(50%O2、25%CO2、25%N2),由PPC/PVA/PPC膜和PA/PE膜包裝的冷鮮肉貨架期均可達(dá)到23 d[30]。氣調(diào)包裝是比真空包裝更為復(fù)雜的食品保鮮包裝技術(shù),同時(shí)與真空包裝相比更利于食品的防腐保鮮及更能滿足消費(fèi)者追求天然風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的需求,它已在國(guó)外市場(chǎng)得到了廣泛應(yīng)用。與環(huán)保的生物可降解材料結(jié)合使用,實(shí)現(xiàn)了從內(nèi)到外的綠色安全,不斷完善氣調(diào)包裝技術(shù)以及與可降解材料的結(jié)合技術(shù),具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和現(xiàn)實(shí)意義。

3.1.3 自發(fā)性氣調(diào)包裝 自發(fā)氣調(diào)包裝如圖1、圖2所示,它區(qū)別于被動(dòng)氣調(diào)包裝的一點(diǎn)是對(duì)新鮮食品進(jìn)行封閉包裝時(shí)無(wú)需充氣過(guò)程,通過(guò)薄膜的氣體透過(guò)性和選擇透過(guò)性實(shí)現(xiàn)包裝內(nèi)部氣體平衡,達(dá)到高二氧化碳(CO2)和低氧氣(O2)濃度而抑菌和護(hù)色。包裝內(nèi)的O2體積分?jǐn)?shù)降低后,空氣中的O2會(huì)透過(guò)膜進(jìn)入到包裝內(nèi),同時(shí)包裝內(nèi)積累的CO2也會(huì)透過(guò)保鮮膜向外界擴(kuò)散,經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間,包裝內(nèi)的O2和CO2體積分?jǐn)?shù)將達(dá)到平衡,維持在低O2和含有一定CO2的水平。這樣的包裝方式目前多應(yīng)用于果蔬的貯藏中,在冷鮮肉的保鮮中幾乎沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。本課題組通過(guò)沉積SiOx的方式改性PLLA膜,制備的PLLA/SiOx薄膜的阻隔性和氣體選擇透過(guò)性比純PLLA薄膜有顯著的提高,適合冷鮮肉包裝時(shí)內(nèi)部氣氛與外界進(jìn)行交換,并達(dá)到內(nèi)部氣氛的理想化條件,冷鮮肉表面的微生物可以利用包裝內(nèi)的O2進(jìn)行呼吸從而隨著時(shí)間的延長(zhǎng),包裝內(nèi)部O2含量降低、CO2含量上升而氮?dú)獗３址€(wěn)定,當(dāng)內(nèi)部氣體消耗較多時(shí)膜內(nèi)外的壓力差導(dǎo)致外界空氣少量滲透進(jìn)入包裝內(nèi)。隨著貯藏時(shí)間的不斷延長(zhǎng),包裝內(nèi)和包裝外部氣氛達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,這時(shí)包裝內(nèi)的O2含量較低CO2含量較高,既能達(dá)到抑制好氧菌的目的又能實(shí)現(xiàn)抑制厭氧菌的生長(zhǎng)。在高二氧化碳濃度下起到抑菌,低氧氣濃度下實(shí)現(xiàn)護(hù)色,延長(zhǎng)冷鮮肉貨架期使其達(dá)到50 d以上。自發(fā)氣調(diào)包裝是肉品保鮮中的一種新型包裝方式,目前未廣泛應(yīng)用在肉品包裝中,因其保鮮機(jī)理在延長(zhǎng)食品貨架期的過(guò)程中取得了極其顯著的成效。同時(shí)由于其技術(shù)還未成熟完善,制備高效、經(jīng)濟(jì)的可降解膜應(yīng)用在肉的自發(fā)性氣調(diào)包裝中,為下一步科技創(chuàng)新研究提供了廣闊的平臺(tái)。

圖1 包裝內(nèi)O2和CO2體積分?jǐn)?shù)的變化趨勢(shì)Fig.1 The trends of O2 and CO2 volume fraction in packaging

3.1.4 抑菌包裝 原料肉表面的初始菌落總數(shù)和防腐保鮮處理方式是影響冷鮮肉保質(zhì)期的兩個(gè)重要因素。對(duì)于冷鮮肉進(jìn)行包裝處理將有效地控制微生物的繁殖和抵御二次污染,在包裝材料中復(fù)合抗菌劑時(shí)冷鮮肉的貨架期進(jìn)一步得到延長(zhǎng)[31]。將生物可降解材料與天然抑菌劑結(jié)合使用,通過(guò)溶液澆鑄法制備復(fù)合膜PLLA/PVA/PCL-乳酸鏈球菌素(Nisin)用于冷鮮肉的包裝,由PLLA/PVA/PCL-Nisin復(fù)合膜包裝的冷鮮肉的貨架期可達(dá)到21～23 d,而PE保鮮膜包裝的冷鮮肉貨架期僅為11 d[32]。PLA/Nisin復(fù)合膜的制備,既保持了Nisin控制食源性致病菌的生物活性同時(shí)能有效靈活的用于生鮮肉品的包裝,將生物可降解材料與天然抑菌劑結(jié)合起來(lái),在食品的保鮮領(lǐng)域具有極大的潛能[33]。將肉桂醛涂在PLA薄膜上對(duì)大腸桿菌和蠟樣芽孢桿菌抑菌作用明顯[34]。PPC/PVA/PPC及PPC/PVA/PPC-海藻糖(TH)復(fù)合膜,實(shí)驗(yàn)組中TH的添加量為0、0.06、0.1和0.2 g時(shí),復(fù)合膜的透氧量達(dá)到了高阻氧性包裝材料的標(biāo)準(zhǔn),相同處理?xiàng)l件下包裝冷鮮肉,PPC/PVA/PPC-TH復(fù)合膜的貨架期達(dá)到了32 d左右,同時(shí)TH對(duì)冷鮮肉起到了保鮮和護(hù)色的作用[35-36]。帶有負(fù)電性的蒙脫土通過(guò)正負(fù)電性吸引混入帶正電性的殼聚糖中,并均勻地涂覆在具有負(fù)電性的可降解材料聚己內(nèi)酯(PCL)薄膜表面,真空包裝的方式應(yīng)用在冷鮮肉的貯藏中,將貨架期延長(zhǎng)至23 d[37]。通過(guò)靜電紡絲技術(shù)制備的PLA/茶多酚或殼聚糖復(fù)合納米纖維抑菌膜,以及通過(guò)單螺桿共混擠出的PVA/茶多酚薄膜對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有顯著的抗菌作用,是用于肉類(lèi)保鮮良好的活性包裝[38-39]。抑菌包裝的使用,不同程度的延長(zhǎng)了肉品的貨架期,由于采用的抑菌劑及處理方式不同,結(jié)合不同的可降解材料取得了不同的保鮮效果。在抑菌包裝技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中,它很好的實(shí)現(xiàn)了天然無(wú)毒的抑菌物質(zhì)與環(huán)?？山到獠牧系慕Y(jié)合,通過(guò)噴淋、涂覆、鍵位結(jié)合等方式以緩釋或直接接觸的形式起到抑菌效果,得到了消費(fèi)者的認(rèn)可。

3.2 生鮮果蔬的保鮮包裝

生鮮果蔬已經(jīng)跳出了傳統(tǒng)的保鮮貯藏方式,隨著人們對(duì)生鮮果蔬機(jī)理的研究,出現(xiàn)了許多新型有效的貯藏保鮮方式。生物可降解包裝材料的應(yīng)用,使生鮮食品從外到內(nèi)實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保。

3.2.1 自發(fā)性氣調(diào)包裝 由于果蔬采后仍在進(jìn)行旺盛的呼吸作用,所以氣調(diào)包裝是目前使用較多的生鮮果蔬的保鮮方式,不需要注入氣體調(diào)節(jié)比例,主要是將食品密封在具有特定透氣性能的塑料薄膜制成的袋或帳中,利用食品自身的呼吸作用和塑料薄膜的透氣性能,在一定溫度條件下,自行調(diào)節(jié)密封環(huán)境中的氧氣和二氧化碳含量,使之符合氣調(diào)儲(chǔ)藏的要求,從而延長(zhǎng)食品儲(chǔ)藏期的儲(chǔ)藏方式[40],原理如圖1、圖2所示。

PCL價(jià)格較為昂貴且成膜后氣體通透性較高,作為包裝材料使用時(shí)制備的PCL薄膜的厚度要薄才能滿足生鮮食品的保鮮包裝要求,所以通過(guò)沉積SiOx的方式提高PCL薄膜的阻隔性,調(diào)節(jié)PCL的氣體選擇透過(guò)性是有利于降低薄膜的成本的同時(shí)更適合于生鮮食品的保鮮包裝。本課題組將制備的PCL/SiOx復(fù)合膜用于包裝櫻桃番茄,貨架期延長(zhǎng)至30 d且貯藏期間果實(shí)的品質(zhì)良好。用PLA薄膜以不同方式包裝金針菇、楊桃,都顯著的延長(zhǎng)了貯藏期且品質(zhì)良好[41-42]。選擇不同縱向拉伸倍數(shù)的PLLA薄膜常溫下氣調(diào)包裝櫻桃番茄,第8 d時(shí)仍可食用、品質(zhì)良好,保鮮效果良好[43]。由于果蔬自身的生理機(jī)能,自發(fā)性氣調(diào)成為較適合的包裝方式,依靠膜的選擇透過(guò)性實(shí)現(xiàn)包裝內(nèi)低氧高二氧化碳的氣氛環(huán)境,抑制呼吸作用從而減少有機(jī)物的消耗,實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累。這樣的包裝保鮮效果的實(shí)現(xiàn),依賴于薄膜的選擇透過(guò)性,生物可降解材料與非降解材料相比物理化學(xué)性能突出,更易取得理想效果。生物可降解材料聚乳酸因其來(lái)源廣泛,價(jià)格便宜,在生鮮果蔬的貯藏中已開(kāi)始普及技術(shù)也開(kāi)始趨于成熟,為智能自發(fā)性氣調(diào)包裝技術(shù)發(fā)展提供了一定的基礎(chǔ)。

3.2.2 抑菌包裝 將抑菌劑與材料結(jié)合制備活性包裝,也是新型有效的果蔬保鮮方式,它避免了直接噴涂的傳統(tǒng)方式減少消費(fèi)者抑菌劑的攝入量,安全可靠。采用靜電紡絲法,制備的甲殼素納米晶須/聚乳酸(CNW/PLA)納米纖維膜,明顯的延緩草莓的失重、抑制可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)及維生素C質(zhì)量分?jǐn)?shù)的下降,具有顯著的抗菌保鮮效果[44]。同樣處理制備孔徑小、孔隙率高的PLA納米纖維膜和TiO2/PLA復(fù)合納米纖維膜,對(duì)草莓進(jìn)行包裝處理,能夠在一定程度上降低草莓的重量損失和腐爛指數(shù)、延緩草莓中可滴定酸含量和抗壞血酸(VC)含量的下降,有助于延長(zhǎng)草莓的貯藏期限[45]。溶液澆鑄法制備抗菌、可降解的絲瓜絡(luò)/PVA/EVA復(fù)合膜以氣調(diào)方式應(yīng)用在油菜的保鮮中效果顯著[46]。殼聚糖因其抗菌、防腐及良好生物相容性等被廣泛應(yīng)用在活性包裝中,通過(guò)共混的方法制備殼聚糖/淀粉/PVA復(fù)合膜、PVA/殼聚糖共混膜透氣性良好,可廣泛的應(yīng)用在果蔬的保鮮中[47]。將茉莉酸甲酯涂覆在 PLA 膜上處理獼猴桃果實(shí),茉莉酸甲酯含量為2.24、11.2、22.4 μL/L時(shí),10 ℃條件下貯藏3周品質(zhì)保持較好[48]。對(duì)果蔬進(jìn)行抑菌包裝,其特點(diǎn)是較好的保持了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量,但與自發(fā)氣調(diào)包裝相比貨架期延長(zhǎng)不明顯。在后期的研究中,如何實(shí)現(xiàn)抑菌物質(zhì)的功效使果蔬保持高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值又能發(fā)揮可降解材料性能優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間的貯藏成為解決的關(guān)鍵點(diǎn)。

3.2.3 防震包裝 在果蔬運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中,為了避免機(jī)械損傷,通常會(huì)采用海綿、泡沫等材料進(jìn)行防震。使用生物可降解材料制備緩沖材料不僅可以達(dá)到同樣的減震作用,同時(shí)這些泡沫在后期的處理中可被微生物分解,減輕環(huán)境的承載力。采用雙螺桿擠出連續(xù)擠出發(fā)泡法,在發(fā)泡過(guò)程中,低D-丙交酯含量聚乳酸的結(jié)晶性能通過(guò)二氧化碳的溶解進(jìn)一步得到增強(qiáng),最終導(dǎo)致發(fā)泡材料泡孔結(jié)構(gòu)跟細(xì)密更均勻,獲得更高體積膨脹率的發(fā)泡材料[49]。本課題組將聚已二酸對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)和NaCO3粉末混勻后,在雙螺桿擠出機(jī)連續(xù)擠出發(fā)泡,制備的PBAT泡沫,泡孔分布均勻應(yīng)用在梨的運(yùn)輸過(guò)程中,減震效果突出。NaHCO3在發(fā)泡材料中無(wú)殘留;30 mm厚的緩沖材料緩沖效果最佳。淀粉與PCL共混物通過(guò)模型烘焙發(fā)泡而制得的共混物泡沫,PCL的加入增大了泡沫的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率同時(shí)提高淀粉基泡沫的降解率[50]。通過(guò)添加增溶劑改善粘土片分布狀態(tài),制備PLA/粘土納米復(fù)合的發(fā)泡材料,泡孔結(jié)構(gòu)細(xì)密,PLA生物質(zhì)復(fù)合材料發(fā)泡后,得到可完全生物降解的復(fù)合泡沫材料,拓寬了聚乳酸的應(yīng)用[51]。

防震包裝有別于氣調(diào)及抑菌包裝,它的包裝效果在長(zhǎng)途運(yùn)輸中得到體現(xiàn),目前果蔬面臨著大批量南北方交叉運(yùn)輸?shù)氖聦?shí),效果突出的防震包裝減少了運(yùn)輸過(guò)程中的損失。而制備使用可降解的防震材料以減輕環(huán)境污染成為一個(gè)綠色生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的熱點(diǎn),生物降解材料經(jīng)過(guò)合適的加工處理方式,可以逐步取代市面上使用的非降解泡沫板材。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著生鮮食品產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展和環(huán)境白色污染的加劇,尋求高效、環(huán)保的保鮮包裝材料成為主要的問(wèn)題。研究并不斷創(chuàng)新應(yīng)用生物可降解材料保鮮生鮮食品,既可以有效地降低產(chǎn)后損失率,提高生鮮食品的質(zhì)量和檔次,又可以減輕不可降解材料對(duì)環(huán)境造成的壓力。而且從目前的研究成果看,生物可降解材料就有適當(dāng)?shù)耐笟庑院屯笣裥?與普通塑料相比有較高的CO2/O2選擇透過(guò)性,同時(shí)在保鮮效果方面表現(xiàn)出比目前使用的保鮮膜更好的效果。基于生物可降解材料高效環(huán)保的特點(diǎn),加大其在食品保鮮領(lǐng)域的研發(fā)力度,使其完全替代,乃至超越不可降解材料對(duì)食品的保鮮效果,具有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

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Research progress of biodegradable films based on preservation of fresh meat and garden stuff

ZHANG Yu-qin,QI Xiao-jing,LIANG Min,WANG Yu,SONG Shu-xin,LIU Lin-lin,YUN Xue-yan,CHENG Pei-fang,DONG Tungalag*

(College of Food Science and Engineering,Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot 010018,China)

The dual characteristics of fresh meat and garden stuff are fresh and high nutritional value,while biodegradable materials for packaging has a prominent effect of environmental protection,application biodegradable materials preservation of fresh meat and garden stuff has the superior economic benefit and ecological benefit. The quality attributes and quality change mechanisms of fresh meat and garden stuff were briefly presented. The research was to list the research and application of biodegradable material preservation of fresh meat and garden stuff,and gave an impetus to the development of fresh food industry.

biodegradable material;fresh meat and garden stuff;preservation technology

2016-07-20

張玉琴(1991-)，女，碩士，研究方向：食品包裝與貯運(yùn)，E-mail：15247739401@163.com。

*通訊作者:董同力嘎(1972-),男，教授，研究方向：食品包裝與貯運(yùn)，E-mail：dongtlg@163.com。

國(guó)家自然科學(xué)基金(21564012)；自治區(qū)科技創(chuàng)新引導(dǎo)獎(jiǎng)勵(lì)資金項(xiàng)目(209-202111)。

TS206

A

1002-0306(2016)24-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.24.000