李育雄

摘要：生物聚合物薄膜已被證明是開發(fā)功能性包裝材料的優(yōu)良基質(zhì)，它加入了如抗菌劑、抗氧化劑、營養(yǎng)素和膠原蛋白等添加劑，這些制劑在儲存過程中被釋放到動物源性食品中，提高了食品安全性。其中，在生物聚合物基可降解薄膜中加入抗菌劑是活性食品包裝技術(shù)的重大進展之一。目前，各種生物活性物質(zhì)如植物提取物、殼聚糖、金屬納米粒子等抗菌劑，已廣泛應(yīng)用于抗菌包裝系統(tǒng)。可生物降解抗菌活性包裝膜也已經(jīng)應(yīng)用于果蔬、肉品、乳制品及水產(chǎn)品等食品中。本綜述重點介紹了可生物降解抗菌活性包裝膜在動物源性食品中的現(xiàn)狀和應(yīng)用，以期為可生物降解抗菌活性包裝膜在動物源性食品的生產(chǎn)、運輸和貯藏保鮮中的工業(yè)化應(yīng)用提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：殼聚糖;包裝膜;機械性能;阻隔性;抗菌性;抗氧化性

引言

在食品包裝領(lǐng)域，黏性液態(tài)食品難以徹底傾倒，部分附著在包裝內(nèi)表面，易造成食品浪費，增加包裝回收難度，并滋生有害物質(zhì)等問題。一些非牛頓流體，如蜂蜜、番茄醬、酸奶等，其高黏度和復雜流動性常常導致食用后部分留在包裝容器內(nèi)表面，造成大量資源浪費。調(diào)查顯示，當消費者認為包裝已被清空時，測試包裝中的產(chǎn)品平均剩余總?cè)萘康?%～10%，因此，針對食品包裝開發(fā)防粘材料、防粘涂層備受關(guān)注。

1殼聚糖分子式及簡介

殼聚糖是一種天然高分子化合物，其化學名稱為（1，4）-2-氨基-2-脫氧-β-D-葡聚糖，顏色通常為白色或淡黃色，是通過甲殼素的過度脫乙酰作用制備的，甲殼素在自然界中廣泛存在，是僅次于纖維素的第二豐富的多糖，因此從中提取的殼聚糖是一類巨大的潛在資源。對比甲殼素，殼聚糖結(jié)構(gòu)上多出-NH2基團，該基團可與大部分重金屬離子配位結(jié)合，從而可應(yīng)用于廢水處理，同時其天然活性的直鏈陽離子結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的抑菌效果，因此可適用于食品包裝。但又基于較高的結(jié)晶度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，使得殼聚糖制成的材料力學性能不足，且氣體阻隔性與耐水性也不佳，大大減少了它在實際應(yīng)用中的可能性。對此常選擇將殼聚糖與別的材料進行化學交聯(lián)，得到新的性能優(yōu)越的殼聚糖衍生物，以此提高其應(yīng)用范圍。

2塑料在食品包裝設(shè)計中應(yīng)用的優(yōu)勢分析

食品的包裝往往需要根據(jù)食品的形態(tài)采取不同的材料。液體多采用陶制品、玻璃制品等便于儲存和運輸?shù)牟牧?。固態(tài)食品則采用紙制品、植物材料，如竹編籃筐、寬大的葉子。這樣的材料可以多次重復利用，但相比較塑料來講便攜程度還是不足，并且造價相對高，加工成本會影響商品成本。在塑料產(chǎn)生以前，可用于食品包裝的材質(zhì)種類有很大的局限性，自從塑料被發(fā)明出來之后，就開始被廣泛應(yīng)用到了各種各樣的包裝領(lǐng)域，而食品包裝領(lǐng)域是其中一個重要的應(yīng)用領(lǐng)域。食品級塑料包裝在目前的食品生產(chǎn)和銷售過程中應(yīng)用非常廣泛，為食品的包裝提供了更多的包裝形式與可能性，便捷程度也大大提高了。雖然當下常見的食品包裝材料種類很豐富，塑料、玻璃制品、紙制品材料以及各類金屬各自發(fā)揮其重要作用，使目前的食品行業(yè)和食品包裝設(shè)計行業(yè)蓬勃發(fā)展，也給制造商和包裝設(shè)計工作者提供更多的發(fā)展創(chuàng)作空間。但是綜合生產(chǎn)成本、印刷技術(shù)以及塑料材料優(yōu)質(zhì)的特點后，塑料材料制品在食品包裝中的應(yīng)用市場中占據(jù)非常大的比重，成為了更多制造商和費者的第一選擇。

3紙質(zhì)包裝材料防粘方法

紙質(zhì)包裝材料的主要成分為纖維素，因組成纖維素大分子的每個葡萄糖基中含有3個醇羥基，對極性物質(zhì)有很強親和性?；趯訉幼越M裝技術(shù)，在紙表面采用交替浸漬法制備了超疏水紙。首先，將紙交替浸入帶相反電荷的溶液中，溶液組合包括：a.TiO2懸浮液、海藻酸鈉溶液;b.卡拉膠溶液、殼聚糖溶液、納米粘土懸浮液;c.陽離子淀粉和海藻酸鈉溶液。在紙表面形成粗糙的多層膜后，浸入陰離子巴西棕櫚膠體蠟乳液或用三氯甲基硅烷處理，得到超疏水紙，水接觸角達154°，經(jīng)20d儲存水接觸角仍保持在155°以上。該方法所用原料和制備過程綠色、安全，適用于食品包裝，在包裝液態(tài)食品方面很有前景。通過噴涂法在紙表面形成粗糙結(jié)構(gòu)也是常用的制備超疏水紙的方法，SiO2納米顆粒常作為構(gòu)建粗糙結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵物質(zhì)。以蓖麻油基生物硫醇為基體樹脂，添加到SiO2納米顆粒分散液中得到懸浮液，噴涂紙表面，在紫外光照射下固化形成超疏水涂層，涂層耐久性好，在可持續(xù)超疏水包裝材料方面有應(yīng)用前途。用淀粉復合液涂覆紙張，以增強紙張和納米粒子的粘合，再將疏水SiO2納米粒子懸浮液噴灑在濕淀粉表面，烘干后得到耐久性超疏水紙，其水接觸角達162°，且耐磨、抗彎折，這種方法為制備具有工業(yè)規(guī)模的耐用型超疏水防粘紙?zhí)峁┝怂悸贰?/p>

4殼聚糖薄膜的制備工藝

4.1提取溶劑的選擇

溶劑對6種酚類的溶解性影響提取溶劑的選擇。依據(jù)6種酚類物質(zhì)的極性，選擇甲醇、丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷4種溶劑進行探究。二氯甲烷的提取效率最差;乙酸乙酯對于TCBPA、OP、4-NP具有較好的提取效率，但是對BPA、BPB、BPF的提取效率不佳;甲醇對6種酚類都具有較好提取效率。這是因為6種酚類化合物是弱極性化合物，根據(jù)相似相容原理，與其極性越相近的溶劑萃取效果越好。4種萃取溶劑中，極性最強的丙酮、極性最弱的二氯甲烷對6種化合物的萃取效果較差;而極性居中的甲醇和乙酸乙酯的萃取效果相對較好，乙酸乙酯對于6種酚類的萃取效率均高于80%，甲醇對于6種酚類化合物的萃取效率均大于90%，因此甲醇為最佳提取溶劑。

4.2酸堿法

酸堿法提取甲殼素工藝是以蝦蟹殼為原料，在實際操作中發(fā)現(xiàn)，蝦殼和蟹殼的成分中大約含有10%～25%的甲殼素，且原料簡單易得。提取過程可分為三大步：脫蛋白質(zhì)和油脂、脫無機鹽、脫除色素。對于甲殼素的脫色有如下兩種辦法：日照和高錳酸鉀氧化。但二者都存在缺陷：日照耗時較長且會導致甲殼素顏色偏黃;高錳酸鉀具有強氧化性，需用還原劑還原，還原不徹底會對環(huán)境造成危害。酸堿法的缺陷有：（1）提取、純化技術(shù)工序過于復雜，浪費時間的同時增加生產(chǎn)成本;（2）產(chǎn)品制造過程中對酸堿的需求量太高，浪費資源且對環(huán)境不友好;（3）實際甲殼素分子脫乙?；谋嚷瘦^低，產(chǎn)生的殼聚糖品質(zhì)比較低劣。

4.3萃取方式

目前世界上對于氯丙醇的檢測方法最為標準、運用最廣的是美國AOAC法，該方法通過添加內(nèi)標物、吸附及洗脫來處理樣品。我國對于氯丙醇的檢測也有國家標準。國家標準檢測法的樣品前處理是以硅藻土為吸附劑，后進行固相萃取，為了達到除去非極性雜質(zhì)的目的，用正己烷和無水乙醚（體積比9∶1）的混合溶液淋洗，最后用無水乙醚進行洗脫。對于固體樣品，通常需將固體樣碾碎。用甲醇、乙醚等有機溶劑進行索式抽提，然后通過氮氣把吸附小柱中的有機溶劑吹干，隨后通過甲醇、乙醇等有機溶劑進行萃取，最后用乙酸乙酯洗脫。對于液體樣品處理，大部分研究員采用固相萃取的方式，以硅藻土作為萃取小柱的填料，采用正己烷和乙醚（體積比9∶1）的混合液作為淋洗液，然后使用乙酸乙酯洗脫。關(guān)于紙張中氯丙醇檢測的文獻較少，目前現(xiàn)有的方法是將紙張剪碎浸泡，然后通過固相萃取的方式，以硅藻土填料的萃取小柱進行萃取，通過乙醚淋洗。

4.4熒光增白劑

熒光增白劑屬于熒光染料的一種，能夠有效地幫助紙張改善當前的顏色，熒光增白劑所需成本較低，因此經(jīng)常應(yīng)用到紙張制作中。隨著人們生活水平的不斷提升，人們的環(huán)保意識逐漸增強，對紙張需求的提升使得人們開始重視紙張的外表，要求紙張顏色更加符合人們的常規(guī)審美，因此熒光增白劑被濫用。熒光增白劑的遷移狀態(tài)是隨著溫度的變化而發(fā)生改變的，在包裝一些帶有熱量的食物時會產(chǎn)生極大的安全隱患。為了最大程度保障人們的生命健康，我國的相關(guān)法律已經(jīng)不再允許在食品接觸紙中添加熒光增白劑等染料物質(zhì)，且對食品接觸紙中包含的熒光增白劑含量在出廠時進行檢測。國內(nèi)研究學者陳龍鳳等人對某地的食品接觸置當中包含的熒光增白劑的劑量進行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在當前的一些飯盒、紙袋類的產(chǎn)品當中依然含有大量的熒光增白劑，甚至有些產(chǎn)品當中存在多種不同的熒光增白劑等化學物質(zhì)，出現(xiàn)這樣情況的原因可能是一些廠家對食品接觸紙進行回收再利用，或是添加多種熒光增白劑來提升效果。這些熒光增白劑超量的食品接觸紙，應(yīng)當被送交到本地的市場監(jiān)督管理局當中進行處理。

4.5增加氣體擴散途徑

殼聚糖薄膜的阻隔性能的提高可以通過增加氣體的擴散途徑來實現(xiàn)。明膠和他拉膠的加入可以使殼聚糖復合膜的厚度和表面密度有一定程度的增加，薄膜的阻水性能提升從而降低食品因受潮而變質(zhì)的可能性。蘋果多酚作為添加劑添加到殼聚糖薄膜中后，薄膜的密度與厚度增加，水分子的滲入時間延長，起到隔絕水分的作用，因此，蘋果多酚同樣可以起到降低薄膜水蒸氣透過率的作用。SunL等通過實驗分析得到，在一定范圍內(nèi)，加入蘋果多酚的含量與制得的復合膜的水蒸氣透過率呈負相關(guān)—蘋果多酚的含量每增加1wt%，水蒸氣透過率都會降低30%[38]。菜籽油等疏水性油脂常被用于改善高聚材料的阻水性能，改善機理是加入疏水性油脂會降低薄膜中親水性物質(zhì)的含量，并且均勻分布在殼聚糖薄膜分子空隙中的油滴，降低了薄膜的水蒸氣透過率。在上述研究中證明，當菜籽油質(zhì)量分數(shù)為16wt%時，殼聚糖薄膜的水蒸氣透過率下降近20%。茶多酚降低聚乙烯醇-殼聚糖復合膜氧氣透過率的作用機理是，茶多酚的加入可以加強復合膜中分子間的作用力，使其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更為緊密，氧氣的透過時間增長，從而增強了阻隔性能。當加入質(zhì)量分數(shù)為2%的茶多酚時薄膜氧氣透過率最小，為6.33cm3/（m2d·）。

結(jié)束語

塑料在食品包裝設(shè)計中的應(yīng)用極廣，但這也僅僅是整個社會塑料生產(chǎn)大軍的一部分，塑料的應(yīng)用還體現(xiàn)在工業(yè)、醫(yī)療等更多方面。由此可見塑料垃圾數(shù)量之巨大。需要人們提高環(huán)保意識，從生產(chǎn)到使用再到處理回收形成完好的體系，才能有效緩解環(huán)保問題。在食品包裝環(huán)節(jié)應(yīng)將綠色設(shè)計理念貫穿于食品包裝設(shè)計的全過程。提倡盡可能使用環(huán)保材料進行包裝設(shè)計，設(shè)計師應(yīng)打破使用塑料的固有思維，創(chuàng)新出更多環(huán)境友好型包裝材料，使用多種材質(zhì)提高食品包裝的趣味性和觀賞性，用多種材料凸顯各類商品的特征，使設(shè)計更立體、更具有設(shè)計特色。

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