任佳欣1,遇世友,*,許錫凱,王秀月

(1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)英才學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150076; 2.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150076)

食品包裝膜是一種包覆在食品表面,用于保護(hù)和保存食品的包裝用品?，F(xiàn)今,食品包裝膜多為以化石燃料做原料的合成塑料類包裝膜,如聚乙烯(PE)和聚偏二氯乙烯(PVDC)等[1]。然而,合成塑料類食品包裝膜的廣泛應(yīng)用和其難以降解的特性給環(huán)境治理帶來了巨大壓力,且其中可能含有的雙酚A、鄰苯二甲酸酯等化學(xué)物質(zhì)造成了一定的人體健康隱患;同時(shí),化石燃料的全球儲(chǔ)量告急也為塑料食品包裝膜的可持續(xù)發(fā)展敲響了警鐘[2]。早在1991年,世界食品出口大國(guó)意大利就禁止了塑料食品包裝袋的使用;2019年6月11日,加拿大正式宣布將從2021年開始禁用一次性塑料用品;我國(guó)也在“九五”期間實(shí)施了“綠色包裝”工程[3]。在這種形勢(shì)下,綠色無害的食品包裝膜的研發(fā)迫在眉睫,備受關(guān)注。其中應(yīng)用天然生物大分子如蛋白質(zhì),淀粉、植物纖維素等制造的可食性包裝膜已成為近幾年的研究熱點(diǎn),尤其是以蛋白質(zhì)為主要原料的食品包裝膜。

可食性蛋白膜是在天然可食性蛋白質(zhì)中添加可食性的增塑劑、交聯(lián)劑等,通過不同分子間相互作用,以包裹、涂布、微膠囊等形式覆蓋于食品表面(或內(nèi)部)的薄層,用作保存和保護(hù)食品,阻氣阻濕,使其免受氧化和微生物的腐蝕[4]。與其他可食性膜相比,可食性蛋白膜具有以下優(yōu)點(diǎn)[5-7]:a.環(huán)保經(jīng)濟(jì),可食可再生,來源廣泛;b.可選擇性阻氣阻油,防止揮發(fā)性風(fēng)味化合物從食物中流失;c.提高了食物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,因其含有氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì);d.可兼具特殊的生理功能,比如抗氧化等；e.可改善產(chǎn)品的外觀,使產(chǎn)品更有吸引力。因此,可食性蛋白膜具有巨大的開發(fā)潛力。

按蛋白來源的不同,可將已研發(fā)的可食蛋白膜分為動(dòng)物蛋白膜、植物蛋白膜和復(fù)合蛋白膜。常用的動(dòng)物蛋白膜有明膠蛋白膜、乳清蛋白膜等;常用的植物蛋白膜有大豆分離蛋白膜、玉米醇溶蛋白膜等;復(fù)合蛋白膜可分為蛋白-多糖復(fù)合膜;蛋白-脂類復(fù)合膜、蛋白-蛋白復(fù)合膜和三種及三種以上材料復(fù)合膜。本文將對(duì)多種蛋白膜的優(yōu)缺點(diǎn)、制備方法進(jìn)行概述,總結(jié)其在食品包裝中的應(yīng)用研究進(jìn)展,分析其應(yīng)用存在的問題,對(duì)未來可食性蛋白膜的發(fā)展方向提出建議,以期為后續(xù)可食性蛋白膜的應(yīng)用研究提供參考。

1 動(dòng)物蛋白膜

1.1 明膠蛋白膜

明膠(Gelatin)是由多種氨基酸組成的具有蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的大分子,可由動(dòng)物的骨頭或皮膚膠原經(jīng)過物理、化學(xué)降解或者變性得到[8-10]。由明膠制成的可食性包裝膜具有良好的熱封性,較高的阻氣、阻油性能,且有著極好的生物相容性、生物可降解性和無免疫原性,安全性很高[11-12]。當(dāng)然,明膠膜也存在缺點(diǎn),如力學(xué)性能差、易溶于水等[8]。

明膠膜主要用于水產(chǎn)品和肉制品的包裝。它主要通過阻隔氣體(O2、CO2)來保持肉色,防止脂質(zhì)氧化和細(xì)菌滋生[8]。有實(shí)驗(yàn)表明,用明膠膜包裹豬肉制品后,可以減少豬肉汁液流失、色澤變化,延長(zhǎng)豬肉的保質(zhì)期,在含氧量小于1%的明膠膜包裝中,豬肉變色可被有效控制[13]。但是,明膠膜中存在的大量羥基、羧基等親水性基團(tuán),導(dǎo)致其耐水性較差,吸水率較高,水分含量高的環(huán)境又容易造成微生物的滋生使食品腐敗,限制了明膠膜在食品包裝中的應(yīng)用[14]。因此,科研工作者們常采用在明膠膜中添加疏水、抗菌、抗氧化或其他可以維持食品感官性狀、延長(zhǎng)食品保質(zhì)期的添加劑的方法對(duì)明膠膜進(jìn)行改性,提高明膠膜的耐水性或抗菌性,擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。綜合近幾年的研究成果來看,由于越來越多的消費(fèi)者擔(dān)心化學(xué)合成添加劑會(huì)對(duì)身體帶來負(fù)面影響,研究者們已逐漸將明膠膜改性的研究方向從在明膠膜中加入山梨酸鉀、羧甲基纖維素鈉等抗菌劑[15]轉(zhuǎn)向了從具有抗菌、抗氧化的植物和香料作物中獲得天然提取物[16-18]加入到明膠膜中。這些天然提取物,如天然多酚提取物、精油等,通常被認(rèn)為是安全無害的,可放心使用于食品中,更受消費(fèi)者青睞[8]。李媛等[9]研究發(fā)現(xiàn),使用加入了迷迭香酸(Rosmarinicacid,RosA)改性后的明膠膜包裝豬肉,可有效抑制豬肉冷藏過程中菌落總數(shù)的上升,并對(duì)豬肉脂肪氧化有一定抑制作用。單純兔皮明膠膜對(duì)照組可將豬肉的貨架期由4 d延長(zhǎng)至6 d,0.08%RosA明膠膜包裝組則可使豬肉的貨架期延長(zhǎng)至10 d。Alparslan等[19]研究了橙葉精油明膠膜對(duì)蝦的質(zhì)量和保存期的影響,發(fā)現(xiàn)與不加橙葉精油的明膠膜相比,含2%橙葉精油的明膠膜能更加延長(zhǎng)蝦的保質(zhì)期,尤其對(duì)蝦可能發(fā)生的黑色素病有明顯的預(yù)防作用,更好地保存了蝦的質(zhì)量。此類研究通過添加具抗菌性或抗氧化性的天然物質(zhì)改善了明膠包裝膜的抗菌性,彌補(bǔ)了單純明膠膜耐水性、抗菌性差的缺陷,使其包裝效果得到明顯改善,更適合用作多種食品的包裝。這些天然物質(zhì)中所含的醛類、醇類等活性成分已被證明是多酚氧化酶的抑制劑,可以起到抑制水果褐變的作用,從而達(dá)到改善果蔬保藏品質(zhì)的效果[10]。這也為明膠膜的應(yīng)用提供了一定的理論依據(jù),未來可考慮進(jìn)行將添加有這類天然物質(zhì)的明膠膜用于果蔬包裝的研究。

1.2 乳清蛋白膜

乳清蛋白膜是以乳清分離蛋白為原料,甘油、山梨醇、蜂蠟等為增塑劑制備的可食性包裝膜[1]。該類薄膜的透氧率低于高密度聚乙烯,與乙烯醇相當(dāng)[20]。同時(shí)其中含有的乳清蛋白是干酪或干酪素生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物,可作為食品的營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑和組織改良劑,提高食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,改善其品質(zhì)特性[20-21]。乳清蛋白膜還具有黏性和伸縮性,在較低的濕度條件下,具有優(yōu)良的阻隔芳香物質(zhì)和油脂的性質(zhì),但由于含有較多的親水性氨基酸,乳清蛋白膜的機(jī)械強(qiáng)度和水汽阻隔性能較差[21]。而且,乳清蛋白膜缺乏抗菌性,制備時(shí)常常需要加入丙酸、苯甲酸、山梨酸、苯甲酸鈉等抗菌物質(zhì)或者細(xì)菌素、溶酶體、乳鐵蛋白和酶等天然拮抗劑[20]。此外,其他材料,如乙二胺四乙酸(EDTA)與乳清蛋白膜混合制成的食品包裝膜,也可防止細(xì)菌和真菌生長(zhǎng)[20-21]。

乳清蛋白膜在2000年后才開始被用于食品包裝膜,一般用于包裝冷凍食品,比如制作袋裝凍魚、凍雞丁[1]。研究表明,乳清蛋白膜涂敷在大鱗大馬哈魚上,可以減少其在冷凍貯存期間的過氧化物值,從而提高保藏品質(zhì)[22]。Mariana等[23]將1%的迷迭香提取物加入到乳清蛋白膜中,發(fā)現(xiàn)該膜對(duì)單核增生李斯特菌和金黃色葡萄球菌具有較好的抗菌活性。赫晨宇[24]研究發(fā)現(xiàn),乳清蛋白-納米碳酸鈣(1%)復(fù)合膜在包裝方便面調(diào)料粉、咖啡粉、奶糖、軟糖和鮑魚片時(shí)比單一乳清蛋白膜質(zhì)量變化小,具有較低的水蒸氣滲透性,包裝效果好,不僅證明了這種乳清蛋白膜阻濕性更好,還證明了其對(duì)粉末類、糖類食品也有較好的包裝效果。由上述研究可見,加入具有抗菌性能的精油類物質(zhì)或者納米材料能夠提高乳清蛋白膜的抗菌性或阻濕性。這也可作為增強(qiáng)乳清蛋白膜的包裝效果、擴(kuò)大其在食品包裝中應(yīng)用范圍的新研究方向。

1.3 酪蛋白膜

酪蛋白是牛乳中的主要營(yíng)養(yǎng)成分,在水中溶解后能形成無規(guī)則卷曲的蛋白質(zhì),與氫鍵結(jié)合,具有優(yōu)良的成膜性[25]。酪蛋白膜可形成阻止食品與外界物質(zhì)接觸的屏障,保護(hù)其免受損壞和污染,但酪蛋白膜的機(jī)械性能較差且水溶性過強(qiáng),可通過與鞣酸交聯(lián)等方法改善[25-26]。

酪蛋白膜可有效防止脂肪被氧化,多用來包裝脂肪含量高的食品[25]。綜合近5年的文獻(xiàn)來看,酪蛋白膜的應(yīng)用研究明顯少于前兩種動(dòng)物蛋白類食品包裝膜,且國(guó)外的相關(guān)研究更多,主要著力于將酪蛋白與其他具有抗氧化性的多酚類物質(zhì)交聯(lián)制得酪蛋白膜應(yīng)用于食品包裝。Picchio等[26]將低成本的植物性酚類化合物——單寧酸交聯(lián)劑加入到酪蛋白膜的生產(chǎn)過程,經(jīng)紅外光譜測(cè)定和流變學(xué)測(cè)量發(fā)現(xiàn),對(duì)照單純酪蛋白膜組,加入了單寧酸交聯(lián)劑的酪蛋白膜的機(jī)械性能、粘彈性、熱穩(wěn)定性和水蒸氣阻隔性等理化特性得到了有效提高,可以更好地應(yīng)用于食品包裝。張巧苑[27]研究了可食性酪蛋白膜在草莓保鮮包裝中的應(yīng)用,結(jié)果表明,覆膜草莓的保鮮效果最好,保藏期間草莓中蛋白質(zhì)、可溶性糖以及抗壞血酸的含量下降均比空白對(duì)照組緩慢,證明了可食性酪蛋白膜有較強(qiáng)的保鮮效果,能夠延長(zhǎng)食品的保鮮期。該實(shí)驗(yàn)為今后酪蛋白膜在生鮮食品包裝中的應(yīng)用研究提供了一定依據(jù)。考慮到酪蛋白從牛乳中提取,成本較高,今后研究者們可以借鑒現(xiàn)有的研究成果,研究如何通過在酪蛋白膜中加入合適濃度的低成本交聯(lián)劑來提高酪蛋白食品包裝膜的水蒸氣透過性等包裝性能,且使酪蛋白的相對(duì)含量減少,從而降低酪蛋白膜成本;也可以進(jìn)行對(duì)酪蛋白膜的制備工藝的研究,改善工藝,提高生產(chǎn)酪蛋白膜過程中酪蛋白的利用率和酪蛋白膜的機(jī)械性能。

1.4 纖維蛋白膜

纖維蛋白中用于制備食品包裝膜的主要是蠶絲蛋白[1]。蠶絲蛋白是蠶絲中的主要成分,占蠶絲的70%～80%,由乙氨酸、丙氨酸、絲氨酸、酪氨酸等18種氨基酸所組成,營(yíng)養(yǎng)豐富,且具有良好的生物相容性、無毒無污染,可降解,但用其制得的膜柔軟性、伸長(zhǎng)性和彈性都較差,易溶、易碎[28]。蠶絲蛋白膜現(xiàn)主要用于內(nèi)服藥物包衣制作,牙齒正畸等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,很少用于食品包裝領(lǐng)域。王晶等[28]將絲膠蛋白膜與乳清蛋白膜復(fù)合,在制備過程中加入甘油、山梨醇、聚乙二醇200以及甘油/聚乙二醇400(3∶1)的混合物作增塑劑,發(fā)現(xiàn)增塑劑對(duì)乳清蛋白-絲膠復(fù)合膜的性能有顯著影響。隨著增塑劑添加量的升高,膜的拉伸強(qiáng)度和透明度降低,斷裂拉伸率、水蒸氣透過性、含水量和溶解性均有所提高。未來可以考慮在此實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究在纖維蛋白膜制備過程中加入一定種類和比例的增塑劑或者將纖維蛋白膜與其他蛋白膜復(fù)合后對(duì)纖維蛋白膜的性能的影響,及以食品為研究對(duì)象測(cè)試?yán)w維蛋白膜的包裝效果,探討纖維蛋白膜用作食品包裝的包裝效果和應(yīng)用價(jià)值。

2 植物蛋白膜

2.1 大豆分離蛋白膜

除動(dòng)物蛋白類食品包裝膜以外,植物蛋白類食品包裝膜也引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注,其中大豆分離蛋白膜最受青睞。大豆分離蛋白膜是以大豆分離蛋白(SPI)為主要材料,輔以增塑劑等物質(zhì),通過鑄造和壓縮成型制得的薄膜[29]。而大豆分離蛋白本身質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、來源豐富,且具良好的成膜特性[30]。相較于其他包裝材料,SPI膜具有很好的阻氧、阻油性,但其機(jī)械性能較低,延展性較差,透水率高,需對(duì)其進(jìn)行改性,提高其力學(xué)性能和抗菌性[29-31]。以近幾年的研究成果來看,國(guó)外關(guān)于制備中加入納米粒子,如肉桂醛納米粒子、納米氧化鋅等對(duì)SPI膜改性的研究居多。研究結(jié)果表明,加入上述納米粒子后的SPI膜的強(qiáng)度、彈性、耐濕性和抗菌能力均有不同程度的提高[32-33]。國(guó)內(nèi)研究則常采用抗氧化劑(如茶多酚)、抑菌劑(如納他霉素)等添加劑與大豆分離蛋白混合制膜,提高SPI膜的防腐保鮮能力性能,在一定程度上滿足食品包裝的要求。

大豆分離蛋白膜因其優(yōu)良的阻氧、阻油性被廣泛應(yīng)用于禽蛋、果蔬包裝以及抗油脂氧化的食品包裝。Ji-Mi等[34]研究發(fā)現(xiàn)大豆分離蛋白膜可有效延長(zhǎng)雞蛋保鮮期。之后,趙敏等[35]研究證明了SPI膜至少可以將雞蛋保藏期延長(zhǎng)至2周。Xu等[36]研究發(fā)現(xiàn),加入了生物甘油基聚酯的改性SPI薄膜對(duì)鮮切蘋果的褐變反應(yīng)具有良好的抑制作用,同時(shí)有效地抑制了蘋果中微生物的生長(zhǎng),延長(zhǎng)其保質(zhì)期至23 d。由此可見,SPI膜及其改性膜做禽蛋、果蔬等食品包裝都可以起到良好的抗菌效果,在保持食品原有性狀和提高食品保藏期方面有顯著作用。此外,SPI膜還可與氣調(diào)包裝、智能包裝等新型包裝技術(shù)有效組合,達(dá)到更好的食品包裝效果。黃志英等[37]研究發(fā)現(xiàn)新鮮牛肉經(jīng)抗菌SPI膜涂覆后,再結(jié)合氣調(diào)包裝可以顯著地延緩脂肪氧化,延長(zhǎng)牛肉的貨架期。

2.2 小麥面筋蛋白膜

小麥面筋蛋白(WGP)是生物乙醇燃料和小麥淀粉產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)物,成本較低[38]。WGP中含有40%～50%的麥醇溶蛋白,麥醇溶蛋白有著很好的延伸性,使小麥面筋蛋白也具有了良好的延伸性,非常適合被制成薄膜包裝食品[39]。以WGP為基質(zhì)的小麥面筋蛋白膜機(jī)械性能類似橡膠,韌性好;可選擇性阻隔氣體,阻氧、阻油性良好;具有較好的生物兼容性,可生物降解[40]。但它加工性能較差,機(jī)械強(qiáng)度有所不足,阻水性較差[41]。

小麥面筋蛋白膜因其阻氧性好,可有效減緩油脂氧化速率[42],主要應(yīng)用于焙烤食品、油炸食品和肉制品包裝。它可取代傳統(tǒng)的雞蛋膜,起到一定的阻隔氧氣的作用,避免生雞蛋的微生物問題[43]。用WGP膜對(duì)面包進(jìn)行涂覆,可有效防止其褐變,延長(zhǎng)保質(zhì)期[44]。另外在提高WGP膜的阻濕性和機(jī)械強(qiáng)度的研究方面,交聯(lián)法是非常有效的對(duì)膜進(jìn)行改性的方法。Divya等[45]以小麥面筋為原料,分別加入戊二醛交聯(lián)劑(Gtld)、檸檬酸交聯(lián)劑等,經(jīng)溶液澆鑄和壓縮成型制成薄膜,發(fā)現(xiàn)與單加入Gtld相比,采用檸檬酸與小麥面筋蛋白進(jìn)行交聯(lián),更能提高WGP膜的力學(xué)性能,降低水的透過率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明,交聯(lián)后的WGP膜均可以滿足方便面粉包、調(diào)料包包裝的要求。該研究不僅證明了交聯(lián)改性可以使WGP膜的阻濕性和機(jī)械強(qiáng)度提高,也為開發(fā)WGP膜在調(diào)料包等干燥食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用研究提供了思路。

2.3 玉米醇溶蛋白膜

玉米醇溶蛋白(Zein)是玉米中的重要儲(chǔ)存蛋白,包含了44%～79%的胚乳蛋白[46]。與大多數(shù)蛋白質(zhì)不同,玉米醇溶蛋白不溶于水,原因是其含有大量的疏水性氨基酸,如亮氨酸和丙氨酸[47]。玉米醇溶蛋白可溶于乙醇,通過分子的自組裝過程形成薄膜[48]。與其它類型蛋白膜相比,Zein膜表現(xiàn)出較好的阻隔水蒸氣和揮發(fā)性成分的性能,且耐熱性很好,但具有脆性大、可加工性能較差的缺點(diǎn)[46-48]。研究表明,在成膜過程中引入增塑劑(如脂肪酸、酯、乙二醇類等)可以降低其脆性,賦予其柔軟性及粘著性,增強(qiáng)Zein膜的熱可塑性[48]。

玉米醇溶蛋白膜可用于多種水果、禽蛋類生鮮食品的包裝,達(dá)到保鮮和防滲透的目的。早期的研究主要探討了Zein膜在果蔬包裝中的應(yīng)用。唐津忠等[49]、田崇明等[50]、Park[51]分別將香蕉、獼猴桃和番茄用玉米醇溶蛋白膜涂覆保鮮,結(jié)果均表明,玉米醇溶蛋白膜可以有效延長(zhǎng)果蔬的貯藏期及貨架壽命。王建宏等[52]的研究發(fā)現(xiàn),用玉米醇溶蛋白與80%的乙醇溶液以1∶10制膜處理枸杞鮮果時(shí),枸杞鮮果的霉變率最低,VC含量最高,丙二醛(MDA)含量最低,過氧化物酶(POD)活性最低,在一定的貯存期內(nèi)保鮮效果最好,也證明了Zein膜對(duì)食品有一定的防止氧化的作用,今后可考慮將它應(yīng)用于容易發(fā)生氧化的食品的包裝。

3 復(fù)合蛋白膜

總體來看,單一蛋白膜與合成塑料膜相比,機(jī)械性能差,阻水性較弱,因此需要用物理、化學(xué)或共混的方法對(duì)其進(jìn)行改性。其中共混改性是近年來的研究熱點(diǎn),即分別將多糖、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等與蛋白質(zhì)進(jìn)行復(fù)合,甚至將三種及以上的高分子物質(zhì)復(fù)合,進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。制得的復(fù)合蛋白膜的阻水性能及其他特性可得到改善,應(yīng)用的食品范圍也得以擴(kuò)大,可廣泛應(yīng)用于鮮切果蔬、肉制品、油性食品、焙烤食品等的包裝。

3.1 蛋白-多糖膜

根據(jù)報(bào)道,將多糖加入到蛋白膜當(dāng)中,可以通過提高分子的致密度,降低滲透率來,達(dá)到改善其阻隔性能的目的[53]。在復(fù)合膜中,多糖也可以起到增稠和凝膠作用,提高成膜溶液的穩(wěn)定性[53-54]。其中殼聚糖是近年來有關(guān)這類復(fù)合膜的研究中應(yīng)用較多的一種多糖。殼聚糖來源廣泛,安全無毒,還具有廣譜抑菌的特性,用其制作的復(fù)合膜用于食品包裝可起到防腐保鮮的效果[54]。范靜美[55]利用殼聚糖和植物蛋白制備的復(fù)合蛋白膜具有良好的水汽阻隔性。Hosseini等[56]將殼聚糖與三聚磷酸鈉離子凝膠化合成殼聚糖納米粒子(CSNPs)然后作用于魚皮明膠(FG),紅外光譜結(jié)果證實(shí)CSNPs與FG之間通過氫鍵相互作用,形成的復(fù)合膜拉伸強(qiáng)度和彈性模量相較于單一蛋白膜顯著增加,斷裂伸長(zhǎng)率降低。此外,CSNPs的添加還有助于降低水蒸氣透過率。

綜合現(xiàn)有的研究成果來看,具有更好的機(jī)械性能和水蒸氣阻隔性的蛋白-多糖復(fù)合膜適用于其對(duì)應(yīng)的單一蛋白膜可應(yīng)用的食品包裝領(lǐng)域,且有更好的包裝保質(zhì)效果[57-58],也可滿足一些水分含量較高的食品[59-61]的包裝要求。目前蛋白-多糖復(fù)合膜用于生鮮食品包裝的應(yīng)用研究較多。Tien等[62]研究制得的由半乳甘露聚糖和膠原蛋白混合物組成的復(fù)合涂膜可以通過降低水蒸氣的透過率來延長(zhǎng)蘋果和芒果等果實(shí)的貯藏期,提高其采后品質(zhì)。李愛珍等[17]研究發(fā)現(xiàn)明膠-殼聚糖復(fù)合膜能有效防止細(xì)菌對(duì)鮮豬肉的侵染,使鮮肉保鮮期達(dá)7 d以上,有效延長(zhǎng)肉品貨架期。

3.2 蛋白-脂類膜

針對(duì)大多數(shù)蛋白質(zhì)具有親水性、阻水性能較差的特點(diǎn),在成膜溶液中引入具有較強(qiáng)疏水性的脂類物質(zhì),可有效提高膜的阻水性[2]。這是由于脂質(zhì)中含有的疏水性的長(zhǎng)鏈脂肪酸或者烷烴均具有相對(duì)較低的極性,不易與水分子結(jié)合[63]。在眾多的脂質(zhì)材料中,蜂蠟和石蠟阻水性能最強(qiáng)[64]。脂質(zhì)類材料本身單獨(dú)使用時(shí),其機(jī)械性能和成膜性較差,且易產(chǎn)生不良風(fēng)味[63]。將蜂蠟、石蠟這一類阻水性很強(qiáng)的脂質(zhì)材料與成膜性良好但阻水性較差的蛋白類材料混合制膜,可互相彌補(bǔ)缺陷,制得的蛋白-脂質(zhì)復(fù)合膜的綜合性能明顯得到提高[39]。潘紅陽等[65]分別研究了蜂蠟與月桂酸對(duì)大豆蛋白膜性能的影響,發(fā)現(xiàn)在阻水性和機(jī)械性能上蜂蠟-大豆蛋白復(fù)合膜明顯優(yōu)于添加了月桂酸的改性大豆蛋白膜,且復(fù)合膜的阻水性、機(jī)械性能在蜂蠟添加量為0.02～0.1 g/g大豆蛋白時(shí)達(dá)到最佳。

僅采用脂類和蛋白混合的復(fù)合膜的應(yīng)用研究很少。Perez-Gago等[66]研究結(jié)果表明,乳清蛋白基蜂蠟復(fù)合膜能有效地延緩鮮切蘋果的酶促褐變,保持鮮切蘋果表面光澤,使其維持一定的新鮮度;研究也發(fā)現(xiàn),復(fù)合膜中蜂蠟的含量越高,阻隔性越好,但成膜越困難。由于脂類添加量高會(huì)導(dǎo)致成膜困難,研究者們常將多糖、脂類和蛋白質(zhì)三種物質(zhì)混合制膜,減少?gòu)?fù)合膜中脂類物質(zhì)的相對(duì)含量。孫月娥等[67]將羧甲基纖維素納、明膠和蔗糖酯混合制成了一種可食用復(fù)合膜,發(fā)現(xiàn)該膜應(yīng)用于食品加工中能減少抗菌劑的使用量,對(duì)食品能起到持久抑菌作用,有效地延長(zhǎng)臘肉的貨架期。蔣紅英等[68]發(fā)現(xiàn)將殼聚糖、明膠、蔗糖酯、甘油、苯甲酸鈉復(fù)配涂膜后,夏黑葡萄的保鮮期得到有效延長(zhǎng)。從此類研究來看,這種多糖-脂類-蛋白復(fù)合膜既保留了脂質(zhì)較高的阻水性,又具有良好的加工性能,已被很多研究證明可應(yīng)用于新鮮、冷凍或深加工食品,通過降低水分透過率,抑制腐敗菌的繁殖,減緩食品汁液流失率的增加等來保持食品質(zhì)量,延長(zhǎng)貨架期。

3.3 蛋白-蛋白膜

蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的交聯(lián)作用沒有蛋白質(zhì)與其他類物質(zhì)相互間的作用明顯,相應(yīng)的研究也較少。Chambi等[69]使用轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶制備交聯(lián)酪蛋白,然后將其與明膠混合,發(fā)現(xiàn)制得的復(fù)合膜與單純的明膠膜相比,拉伸強(qiáng)度和阻水性無明顯提高。Cho等[70]用玉米醇溶蛋白和大豆分離蛋白制得復(fù)合膜作為方便面調(diào)料包的包裝,發(fā)現(xiàn)該膜的氧氣透過率低于低密度聚乙烯膜。馬慧婷[71]研制的低酰基結(jié)冷膠/明膠復(fù)合可食用膜可抑制作為樣品的鮮切菠蘿的褐變,保持其中可溶性固形物的含量,抑制微生物的增長(zhǎng),可有效地延緩鮮切菠蘿品質(zhì)的劣化。石云嬌等[72]以大豆蛋白,明膠為主要原料制備可食性復(fù)合膜,采用響應(yīng)面法優(yōu)化制備條件,研究了各因素對(duì)制得的大豆蛋白基明膠復(fù)合膜的機(jī)械性能(拉伸強(qiáng)度、延伸率)的影響。結(jié)果表明,大豆蛋白添加量3.52%、明膠添加量6.99%、甘油添加量1.0%、山里糖醇添加量1.50%時(shí),復(fù)合膜的綜合機(jī)械性能最優(yōu),抗拉強(qiáng)度為(3196.97±20.22) g,延伸率為43.86%±0.66%,可以部分替代塑料膜用于食品包裝領(lǐng)域。根據(jù)現(xiàn)有的研究成果來看,選擇共混的蛋白質(zhì)種類和含量不同、制備方法不同,制得的蛋白-蛋白復(fù)合膜的機(jī)械性能不同,且在包裝效果(透氧性、抑菌性等)方面不一定高于單一蛋白膜,需要科研工作者們對(duì)此做進(jìn)一步的探索。

4 總結(jié)與建議

綜上所述,不同種類的可食性蛋白膜各具特點(diǎn),主要應(yīng)用的食品領(lǐng)域也不完全相同,不同蛋白膜的性能和主要應(yīng)用領(lǐng)域見表1。

表1 不同蛋白膜的性能和主要應(yīng)用領(lǐng)域Table 1 Properties and main application fields of different protein films

作為天然綠色的包裝膜,可食性蛋白膜均可提高農(nóng)畜產(chǎn)業(yè)加工副產(chǎn)物的利用率,可生物降解,對(duì)環(huán)境友好,并具有一定的生物功能。近年來,關(guān)于可食性蛋白膜在食品包裝中的應(yīng)用研究越來越多,并取得了一系列的研究成果,但可食性蛋白膜較差的機(jī)械強(qiáng)度、熱封性和易溶于水或透水率高的問題仍然制約著其工業(yè)化生產(chǎn)和生活化應(yīng)用,短時(shí)期內(nèi)很難完全取代傳統(tǒng)的塑料包裝膜。要充分發(fā)揮可食性蛋白膜的優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)可食性蛋白膜的商業(yè)化發(fā)展,未來的應(yīng)用研究可以一方面繼續(xù)探究蛋白膜的作用機(jī)制,改進(jìn)制備工藝,提高蛋白膜的理化性能,尤其是疏水性和機(jī)械性能,建立相關(guān)理論模型,為其應(yīng)用提供可靠的理論導(dǎo)向;另一方面,合理加入其它物質(zhì),開發(fā)多功能性(疏水性、抗菌性、抗氧化性或溫濕度變色性等)的可食性復(fù)合蛋白膜,滿足各類食品的包裝需求,形成完善的研究應(yīng)用體系。同時(shí),結(jié)合先進(jìn)的現(xiàn)代包裝新技術(shù),如氣調(diào)包裝、活性包裝、智能包裝等,研制出新型的可食性蛋白膜,使其更好地應(yīng)用于特定的食品包裝。