摘要：目前，塑料制品的濫用致使“白色污染” “能源危機(jī)”等問(wèn)題引起熱議。生物基包裝材料由于獨(dú)特的可降解與可食性，使其在食品包裝領(lǐng)域展露出巨大潛力。因此，本文首先介紹了生物基包裝材料中的常見(jiàn)植物蛋白，包括大豆分離蛋白、玉米醇溶蛋白、小麥面筋蛋白及其形成的膜的性質(zhì)和成膜機(jī)理。其次，本文重點(diǎn)闡述植物蛋白基薄膜的制備方法和用于提升植物蛋白膜性質(zhì)的方法—復(fù)合成膜的原理、常用物質(zhì)以及性能變化。最后，本文綜述了植物蛋白基復(fù)合膜在果蔬保鮮的應(yīng)用，以期為植物蛋白基薄膜在食品工業(yè)的實(shí)際應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：植物基蛋白膜；制備方法；復(fù)合成膜；果蔬保鮮

中圖分類號(hào)：TS206.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20240622

基金項(xiàng)目：河南省高校科技創(chuàng)新人才項(xiàng)目（23HASTIT033）；國(guó)家自然科學(xué)基金-面上項(xiàng)目（32272249）。

Advances in plant protein-based films and application in fruit and vegetable preservation

Song Yiqian， Li Li， Wang Xiaoxi， Ma Sen

（College of Food Science and Engineering， Henan University of Technology， Zhengzhou， Henan 450001）

Abstract： At present， the abuse of plastic products led to \"white pollution\"， \"energy crisis\" and other issues have aroused heated discussions. Bio-based packaging materials have shown great potential in the field of food packaging due to their unique degradability and edibility. Therefore， this review firstly introduces the common plant proteins in bio-based packaging materials， including soybean isolate protein， zein， and wheat gluten protein， the properties and film-forming mechanism. Secondly， this paper focuses on the preparation methods of plant protein-based films and the principle of composite film formation， common substances and performance changes to improve the properties of plant protein films. Finally， the application of protein-based composite films in the preservation of fruits and vegetables is expounded to provide a theoretical basis for the practical application of plant protein-based films in the food industry.

Key words： plant-based protein film； preparation method； composite film； fruit and vegetable preservation

目前，人們對(duì)塑料的依賴性反映在衣食住行各個(gè)方面[1]。然而，在塑料生產(chǎn)過(guò)程中存在的不規(guī)范操作、使用過(guò)程中的浪費(fèi)以及回收處置過(guò)程中的不當(dāng)行為，都可能導(dǎo)致白色污染的產(chǎn)生[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球塑料年產(chǎn)量已超過(guò)2億噸，但由于針對(duì)廢棄塑料的回收及處理缺乏有效的方法，導(dǎo)致微塑料的污染已遍及海洋、土壤及大氣?，F(xiàn)有的主流包裝材料主要依賴于以化石資源為原料的傳統(tǒng)塑料制品，如塑料薄膜、包裝袋、盒、托盤等。近年來(lái)，由于能源危機(jī)和白色污染等問(wèn)題的日益嚴(yán)重，人們逐漸意識(shí)到使用生物基包裝材料替代化石類包裝材料的重要性[3]。因此，隨著環(huán)保意識(shí)的提高和食品安全的重視，可食用膜以其可食用、可降解、環(huán)境友好、天然綠色等優(yōu)點(diǎn)，逐漸從眾多包裝材料中脫穎而出，成為食品包裝領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[4]。

在各種生物高分子中，蛋白質(zhì)因其優(yōu)良性能和相對(duì)豐富的來(lái)源成為常用的生物基包裝材料。但蛋白基包裝材料與石油基材料在性能方面還存在一定差距。蛋白質(zhì)的種類、結(jié)構(gòu)、膜的制備方法以及復(fù)合材料等因素均對(duì)蛋白基包裝材料的性能產(chǎn)生影響，使其應(yīng)用受限。目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)提升蛋白質(zhì)膜性能的研究主要集中于蛋白質(zhì)改性、增塑劑添加和生產(chǎn)工藝優(yōu)化等方面。此外，也有部分文獻(xiàn)綜述蛋白質(zhì)與生物聚合物復(fù)合成膜及在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用[5]。然而，復(fù)合成膜的機(jī)理、復(fù)合材料的種類和復(fù)合膜性能方面的具體介紹還需要進(jìn)一步明確。因此，基于目前已有的研究，本文首先基于性能評(píng)價(jià)和應(yīng)用場(chǎng)景闡述植物蛋白的優(yōu)勢(shì)與特性。其次，綜合經(jīng)濟(jì)性、安全性和技術(shù)性等角度，分別介紹干法、濕法和靜電紡絲法等三種常用的蛋白基薄膜制備方法的優(yōu)劣。最后，基于復(fù)合材料的種類，包括大分子生物聚合物（多糖、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)及納米材料）和具有抗氧化性、抑菌性的小分子生物聚合物（天然色素、酚類化合物及細(xì)菌素），對(duì)添加復(fù)合材料的蛋白質(zhì)膜的性能變化進(jìn)行綜述。

1 植物蛋白

蛋白質(zhì)因其良好的生物相容性和較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，常作為可食用膜的成膜基質(zhì)。由于蛋白分子之間的化學(xué)鍵合作用制備的可食性薄膜具有優(yōu)良的力學(xué)性質(zhì)，可用于低濕度食品的包裝。然而，隨著世界人口的增加以及對(duì)蛋白需求量的增加，植物蛋白在消費(fèi)及科學(xué)研究中的作用日益凸顯[6]，使得人們更傾向于選擇植物蛋白產(chǎn)品。大豆蛋白形成的膜結(jié)構(gòu)，具有氣體透過(guò)率低、力學(xué)性能好、阻隔性差等特點(diǎn)[7]。然而，在實(shí)際生產(chǎn)中，其力學(xué)性能在高濕環(huán)境中易受到外界溫度和濕度等因素的影響[8]。玉米醇溶蛋白具有優(yōu)異的疏水性、成膜能力和氧氣阻隔能力，能夠有效降低水、氧等外界條件對(duì)食品的影響。然而，玉米醇溶蛋白較低的力學(xué)性能，限制了其在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。小麥面筋蛋白膜的透明度和柔韌性優(yōu)異，且對(duì)CO2和O2的阻隔性好。但由于小麥面筋蛋白膜對(duì)水蒸氣的阻隔性差，使面筋蛋白膜的應(yīng)用受限。

2 蛋白質(zhì)薄膜的成膜機(jī)制、性能評(píng)價(jià)以及制備方法

2.1 成膜機(jī)制

蛋白質(zhì)通常通過(guò)氫鍵、離子鍵、二硫鍵、疏水作用以及偶極相互作用等分子間作用力以維持其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。然而，在一定的溫度或酸堿條件下，蛋白質(zhì)的三維空間結(jié)構(gòu)被破壞，蛋白質(zhì)發(fā)生解聚，使得隱藏在分子間的疏水基團(tuán)暴露。蛋白質(zhì)的構(gòu)象變化主要取決于蛋白質(zhì)的展開(kāi)程度以及蛋白質(zhì)鏈間相互作用的類型和比例，包括共價(jià)鍵（如二硫鍵）和非共價(jià)鍵（如疏水作用、離子鍵和氫鍵等）。蛋白質(zhì)變性后，鏈間反應(yīng)變得更加容易和劇烈，尤其是二硫鍵的反應(yīng)[9]，這些鏈間反應(yīng)導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子間相互作用和聚合作用增加，從而促進(jìn)形成致密的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最終可形成具有一定阻隔性能和機(jī)械強(qiáng)度的蛋白質(zhì)膜。

2.2 性能評(píng)價(jià)

食物包裝的主要作用是防止食物受到外界污染，并在貨架期內(nèi)保證其質(zhì)量。由于食品包裝材料需要與食物直接接觸，但不能與食物相互作用，這就要求植物蛋白膜需要具備優(yōu)良的機(jī)械性能和阻隔性能[10]。

2.2.1 機(jī)械性能

在運(yùn)輸及儲(chǔ)存過(guò)程中，蛋白質(zhì)薄膜要求有一定的力學(xué)性能，以確保食物在運(yùn)輸及儲(chǔ)存過(guò)程中的完整性。拉伸強(qiáng)度（tensile strength，TS）和斷裂伸長(zhǎng)率（elongation at break，EAB）被認(rèn)為是表征機(jī)械性能的重要指標(biāo)。通常認(rèn)為TS和EAB值越大，膜的機(jī)械性能越好。膜成分和環(huán)境條件是影響其機(jī)械性能的主要因素。膜成分中最常見(jiàn)的是增塑劑對(duì)機(jī)械性能的影響，增塑劑的加入通常用于減少蛋白質(zhì)鏈與鏈之間的相互作用以提高柔韌性[11]。環(huán)境條件中最常見(jiàn)的是pH對(duì)機(jī)械性能的影響，在堿性條件下，TS和EAB都增加，膜的機(jī)械性能更好。TS的增加主要因?yàn)榇龠M(jìn)增溶作用和蛋白質(zhì)變性與展開(kāi)[12]。相似地，Cho等[13]認(rèn)為EAB的增加是因?yàn)榭扇苄缘鞍讈喕ń怆x和再聚集）的重排。Zhang等[14]認(rèn)為EAB的增加是由于在較高的堿性條件下，蛋白質(zhì)具有更松散的結(jié)構(gòu)，增加了薄膜的延展性。

2.2.2 阻隔性能

蛋白質(zhì)膜作為包裝材料，須具備合適的傳遞功能，以防止水分、氣體、香氣、風(fēng)味或顏色在食物本身與周圍環(huán)境之間的傳遞。因此，蛋白質(zhì)膜的阻隔性能顯得尤為重要。蛋白膜的阻隔性能通常由阻水性和阻氣性衡量。其中，阻水性常用水溶性、水蒸氣透過(guò)性、疏水性等指標(biāo)表征。阻氣性通常是指阻擋O2的進(jìn)入和N2和CO2的逸出。薄膜的阻隔性能受到成分以及周圍環(huán)境的影響。由于蛋白質(zhì)的高極性，以蛋白質(zhì)為基質(zhì)的薄膜通常表現(xiàn)出高水蒸氣透過(guò)率和低氣體滲透率。此外，環(huán)境中的溫度、濕度對(duì)阻隔性能也有一定影響。例如，在中低水分的條件下，蛋白質(zhì)膜具有良好的阻氧性能；隨著周圍環(huán)境溫度的增高，氧氣和水分的透過(guò)率增加，阻隔性能下降。

2.3 制備方法

薄膜是指預(yù)制的食品分離的包裝材料，將其覆蓋在食品表面。常用的薄膜制備方法主要分為干法、濕法和靜電紡絲法。

2.3.1 干法

干法制備蛋白質(zhì)膜，其本質(zhì)是將蛋白質(zhì)熱塑化與熔融技術(shù)（如擠出，熱壓，注射，吹塑等）相結(jié)合。與濕法制膜相比，干法具有無(wú)溶劑添加、生產(chǎn)周期短、工藝條件要求低等優(yōu)點(diǎn)，更適合大規(guī)模生產(chǎn)。以干法制備的蛋白質(zhì)膜性能優(yōu)良，膜的水蒸氣透過(guò)率降低，抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率提高。另外，在高溫和壓力的協(xié)同作用下，薄膜具有較高的透光性和較平滑的表面。然而，蛋白的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度與其熱解溫度十分接近，因此高溫處理過(guò)程，易導(dǎo)致蛋白質(zhì)降解和活性物質(zhì)的活性喪失，從而限制蛋白膜的應(yīng)用。

2.3.2 濕法

濕法又稱溶液澆鑄法，是利用蛋白質(zhì)在溶劑中的分散或增溶特性制備蛋白膜的方法。因其簡(jiǎn)便性及可重復(fù)性，成為實(shí)驗(yàn)室制備薄膜的常用方法。然而，實(shí)際生產(chǎn)中，溶液流延法存在干燥時(shí)間長(zhǎng)、生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本高、溶劑用量大等缺點(diǎn)，以及部分有機(jī)溶劑對(duì)環(huán)境的污染等問(wèn)題，很難實(shí)現(xiàn)規(guī)模化連續(xù)生產(chǎn)。

2.3.3 靜電紡絲法

根據(jù)可紡溶液以及針頭的不同，靜電紡絲技術(shù)分為單軸靜電紡絲、同軸靜電紡絲和乳液靜電紡絲，見(jiàn)圖1。

單軸靜電紡絲可能存在生物活性物質(zhì)突然釋放的問(wèn)題。為了解決此問(wèn)題，研究人員先將生物活性進(jìn)行封裝后再進(jìn)行單軸靜電紡絲，從而起到對(duì)生物活性物質(zhì)雙重保護(hù)的作用。同軸靜電紡絲制備出具有核殼結(jié)構(gòu)的纖維，用聚合物核層將生物活性分子包埋在納米纖維的中心。外殼能夠使生物活性分子逐漸擴(kuò)散并降解，以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期持續(xù)釋放[15]，也為生物活性物質(zhì)的過(guò)早釋放提供了一種解決方案。乳液靜電紡絲是將提前混合好的乳液進(jìn)行單噴頭紡絲，該方法是將不穩(wěn)定的生物活性封裝在殼層中，從而增強(qiáng)活性成分的穩(wěn)定性和控制釋放動(dòng)力學(xué)。

靜電紡絲法包埋天然活性物質(zhì)，不僅可以提高蛋白膜的力學(xué)性能、賦予蛋白膜抑菌性和抗氧化性，而且無(wú)需高溫和高壓條件，就可以極大提高活性物質(zhì)的穩(wěn)定性，故在食品包裝領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。范鑫等[16]通過(guò)靜電紡絲法制備了玉米醇溶蛋白和肉桂醛的納米纖維膜，發(fā)現(xiàn)該膜對(duì)香蕉有保鮮作用。Mohammad等[17]利用靜電紡絲法制備了封裝孜然精油的玉米醇溶蛋白電紡纖維，其熱穩(wěn)定性和抑菌性得到提高。這表明靜電紡絲包埋活性物質(zhì)有較好的效果，未使活性物質(zhì)失活，使其發(fā)揮本身的作用。植物蛋白質(zhì)在靜電紡絲法中的應(yīng)用增多，但蛋白質(zhì)的二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜導(dǎo)致可紡性較差[18]，制約其進(jìn)一步發(fā)展。因此，通常將蛋白質(zhì)和其他天然或合成聚合物混合后進(jìn)行靜電紡絲。另外，靜電紡絲法使用的電紡液中部分有機(jī)溶劑（例如六氟異丙醇和甲酸）具有毒害作用，若揮發(fā)不完全，會(huì)產(chǎn)生食品安全問(wèn)題。且該方法目前仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段，大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。

綜上所述，各種制備方法都有弊利以及其適用的場(chǎng)景。其中，干法制膜常用于工業(yè)化生產(chǎn)，濕法制膜多用于實(shí)驗(yàn)室，若要制備負(fù)載活性物質(zhì)的蛋白膜則可采用靜電紡絲法。為了擴(kuò)大制備工藝的應(yīng)用場(chǎng)景，首先要對(duì)制膜工藝的關(guān)鍵影響因素以及作用規(guī)律深入研究，還要將制膜工藝進(jìn)行優(yōu)化并向工業(yè)化生產(chǎn)方向發(fā)展；其次，尋找綠色安全的溶劑，以減少食品安全問(wèn)題；最后，蛋白膜的生產(chǎn)成本高，大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)需要盡可能削減生產(chǎn)成本。

3 植物蛋白基膜的性能提升-復(fù)合成膜

以目前的情況，市場(chǎng)更需要的性能優(yōu)異的蛋白膜，相較于多糖膜，蛋白膜具有良好的阻隔性能，但機(jī)械性能和抗菌性差，微生物易滋生，引起食品腐敗，使蛋白膜的應(yīng)用范圍受限[19]。另外，因?yàn)槭称贩N類眾多，對(duì)包裝材料的性能要求不同，這就需要對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行不同的修飾以達(dá)到預(yù)期性能。目前，研究者們通常采用復(fù)合成膜的方法，將蛋白質(zhì)的天然結(jié)構(gòu)展開(kāi)，使其分子重排，通過(guò)自身共價(jià)交聯(lián)或者與外源物共價(jià)交聯(lián)形成新的結(jié)構(gòu)以賦予不同的功能性質(zhì)。

3.1 大分子物質(zhì)

常用于復(fù)合成膜的物質(zhì)分為兩類，一類是糖類、蛋白質(zhì)、脂類以及納米材料等大分子物質(zhì)，另一類是具有抗菌性和抗氧化性的小分子物質(zhì)，表1總結(jié)了常用的大分子物質(zhì)與蛋白質(zhì)復(fù)合成膜的性能變化。

3.1.1 多糖

將蛋白質(zhì)和多糖復(fù)合成膜，可以進(jìn)一步改善膜的致密性，增強(qiáng)阻隔性和滲透性，從而更好地保護(hù)食品質(zhì)量[20]。多糖的添加對(duì)溶液體系的黏稠度和凝膠特性也有所提升，從而使成膜溶液更加穩(wěn)定[21]。此外，還有許多蛋白膜與多糖復(fù)合時(shí)，存在抗拉強(qiáng)度提高，而斷裂延伸率降低的現(xiàn)象[25-26]。這可能是因?yàn)閺?fù)合時(shí)蛋白質(zhì)和多糖發(fā)生了一定程度的交聯(lián)，其分子作用力增強(qiáng)，但是剛性連續(xù)的膜結(jié)構(gòu)可能會(huì)限制基質(zhì)分子的運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致柔韌性的下降[27]。

3.1.2 蛋白質(zhì)

單一蛋白膜的性能較差，但當(dāng)兩種或兩種以上蛋白質(zhì)復(fù)合時(shí)，其產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)可以賦予薄膜適合于食品包裝的良好性能。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特性與形成的蛋白膜的性能密切相關(guān)，因此需要利用蛋白質(zhì)的特性選擇合適的蛋白質(zhì)，形成符合需求的蛋白膜。

3.1.3 脂質(zhì)

脂質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)特征決定了其在水相中易形成團(tuán)聚體或片層結(jié)構(gòu)，從而賦予其優(yōu)異的疏水性。由于脂質(zhì)化合物的潤(rùn)滑作用，這一疏水性也影響蛋白質(zhì)膜在改善柔韌性和斷裂延伸率方面的力學(xué)特性[30]。植物蠟、植物油、脂肪酸是常見(jiàn)用于制備復(fù)合膜的脂類。

3.1.4 納米材料

納米材料分為有機(jī)和無(wú)機(jī)納米材料，具體分類見(jiàn)圖2。納米材料具有高表面/體積比、低成本和耐用性，故可以通過(guò)形成氫鍵穩(wěn)定的3D網(wǎng)絡(luò)和通過(guò)交聯(lián)來(lái)增強(qiáng)蛋白質(zhì)膜的力學(xué)、阻隔和熱學(xué)性能[33]。在眾多納米材料中，細(xì)菌和木質(zhì)纖維素副產(chǎn)物（如，小麥秸稈）制成的納米纖維素在增強(qiáng)蛋白膜應(yīng)用中被廣泛研究。

納米纖維素的親水性，能夠通過(guò)與蛋白質(zhì)形成氫鍵從而形成內(nèi)聚網(wǎng)絡(luò)，能夠減少親水基團(tuán)，因此大多數(shù)研究表明其具有降低薄膜對(duì)水分敏感性的潛力。

無(wú)機(jī)納米材料中，金屬和金屬氧化物也是制備蛋白膜常用的納米材料。金屬納米粒子與蛋白質(zhì)相結(jié)合使得復(fù)合膜能夠發(fā)揮出金屬納米粒子該有的機(jī)械強(qiáng)度、抗菌以及抗氧化等功能，從而收獲具有優(yōu)異性能的包裝材料。部分金屬納米粒子還具有乙烯清除和智能指示的功能。納米TiO2和ZnO等金屬氧化物粒子與金屬粒子同樣具有抑菌性，對(duì)食源性微生物具有一定的抗菌活性，且在低水平就可達(dá)到高抗菌性[36]。與其他抗菌物質(zhì)相比，金屬和金屬氧化物的抗菌性能較好。常用的金屬和金屬氧化物有Ag、Cu、TiO2、ZnO等。其中，納米Ag的成本比較高，納米TiO2必須在光催化的情況下才能發(fā)揮抑菌和防腐作用。因此，從性能、價(jià)格和實(shí)用性等多個(gè)角度來(lái)看，ZnO更適合用于果蔬的貯藏保鮮。然而，1年以上的長(zhǎng)期毒性試驗(yàn)數(shù)據(jù)很少，其安全問(wèn)題依然存在。因此，對(duì)其遷移毒性的問(wèn)題仍有待進(jìn)一步的研究[37]，這使復(fù)合納米材料的復(fù)合膜應(yīng)用范圍受到限制。非金屬納米材料中的SiO2也常用于復(fù)合蛋白膜，并且還可以負(fù)載活性物質(zhì)。這一功能不僅保證活性物質(zhì)的生物活性，還可以提高蛋白膜的性能。

3.2 小分子物質(zhì)

3.2.1 具有抑菌和抗氧化性物質(zhì)

常用于蛋白質(zhì)復(fù)合膜的具有抗氧化和抑菌作用的物質(zhì)主要有天然色素、酚類化合物和細(xì)菌素，表2總結(jié)了小分子物質(zhì)和蛋白質(zhì)復(fù)合成膜的抗氧化性和抑菌性的變化。

（1）天然色素

常見(jiàn)的天然色素包括姜黃素、花青素等。由于富含酚羥基，天然色素能夠有效地清除羥基和過(guò)氧自由基，同時(shí)還具有強(qiáng)烈的還原性，能夠淬滅單線態(tài)氧。因此，可作為一類天然抗氧化劑應(yīng)用于復(fù)合膜中改善其抗氧化性，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。此外，天然色素的顏色依賴于環(huán)境的pH值，故可作為天然指示劑，為其應(yīng)用于智能包裝中測(cè)定食品的新鮮度提供了可能。然而，姜黃素和花青素的生物利用率低，在環(huán)境中不穩(wěn)定易發(fā)生分解，導(dǎo)致天然色素的應(yīng)用受限。因此將天然色素應(yīng)用于智能包裝時(shí)，可將色素進(jìn)行納米封裝或者微膠囊化等，防止活性喪失。

（2）酚類化合物

常用于制備復(fù)合膜的酚類化合物有黃酮類（兒茶素）、酚酸類和植物精油。酚類化合物在復(fù)合膜中主要起到抗菌和抗氧化的作用。酚類物質(zhì)具有較強(qiáng)的抗氧化性，主要是通過(guò)清除自由基，提供氫原子或電子、與金屬陽(yáng)離子結(jié)合而發(fā)揮作用。

（3）細(xì)菌素

細(xì)菌素是由一些細(xì)菌產(chǎn)生的天然抗菌化合物，可被載入活性膜中，以控制食源性致病菌。乳酸鏈球菌素和納他霉素是常用的細(xì)菌素。其中，乳酸鏈球菌素具有良好的抗革蘭氏陽(yáng)性菌活性，特別是對(duì)單核增生李斯特菌具有很好的抑菌效果。納他霉素是鏈霉菌產(chǎn)生的天然真菌化合物，在低濃度的條件下可以抑制霉菌、酵母菌的生長(zhǎng)[44]，還能減少真菌毒素的產(chǎn)生。

4 植物蛋白基膜在果蔬保鮮的應(yīng)用

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)用于蔬菜、水果等產(chǎn)品物流運(yùn)輸和銷售的材料多以塑料為主，但由于其過(guò)度使用，造成了許多“白色垃圾”。蛋白質(zhì)因環(huán)境友好且綠色環(huán)保的特點(diǎn)，使得生物可降解的智能包裝和活性包裝膜成為研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。目前，活性包裝和智能包裝均應(yīng)用于包裝領(lǐng)域，但兩者的最終目的不同。其中，活性包裝最終目的是改善果蔬儲(chǔ)存環(huán)境，而智能包裝則起到監(jiān)測(cè)和評(píng)估果蔬儲(chǔ)藏環(huán)境的變化情況。

4.1 活性包裝

根據(jù)作用的不同，活性包裝可分為氣體清除包裝、濕度調(diào)控以及抑菌包裝。蛋白膜更適用于抑菌包裝，而氣體清除包裝和濕度調(diào)控更多將活性物質(zhì)袋裝后與食品放置一起。隨著人們對(duì)食品安全的關(guān)注度的增加，人們更傾向于選擇含有具有低毒性和良好的熱穩(wěn)定性的天然抑菌劑的食品，比如植物精油、殼聚糖以及抗菌肽等。雖然無(wú)機(jī)抗菌劑如納米銀的加入對(duì)許多食源性病原體表現(xiàn)出良好的抗菌活性，但因?yàn)楹幸恍┙饘僭睾突瘜W(xué)物質(zhì)，需要注意抗菌劑的劑量和可能存在的食品包裝安全性問(wèn)題[45]。陳歡鑫等[46]人將負(fù)載乳酸鏈球菌素的燕麥蛋白與普魯蘭多糖復(fù)合涂膜后發(fā)現(xiàn)，草莓果實(shí)的腐敗時(shí)間延遲7天。

4.2 智能包裝

根據(jù)檢測(cè)方法的不同，智能包裝可分為傳感器型和指示劑型。其中傳感器型的智能包裝檢測(cè)靈敏且精確度高，但傳感器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，不符合消費(fèi)者的需求。指示劑型則是通過(guò)視覺(jué)上的改變，使其具備提示功能，研發(fā)費(fèi)用低廉，并且可以在不損壞食品包裝的情況下，根據(jù)食物本身的生理、微生物等因素對(duì)食物質(zhì)量的影響進(jìn)行直觀、科學(xué)的評(píng)價(jià)，對(duì)于食品包裝具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值[47]。與活性包裝發(fā)展方向一致，智能包裝也在尋求以天然物質(zhì)為包裝，減少化學(xué)物質(zhì)和金屬的加入，以防食品包裝存在安全問(wèn)題。研究人員發(fā)現(xiàn)花青素[48]、姜黃素[49]等天然色素可作為天然指示劑加入包裝膜中，并根據(jù)其在不同的pH條件下呈現(xiàn)不同的顏色來(lái)提示食品的狀態(tài)。

5 結(jié)論與展望

蛋白膜因良好的生物相容性和較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值使其在可持續(xù)且可食性食品包裝材料的開(kāi)發(fā)中表現(xiàn)出巨大的潛力。其中，植物基蛋白的生物利用率高且能優(yōu)化膳食結(jié)構(gòu)，符合綠色的理念。與傳統(tǒng)塑料包裝相比，植物蛋白膜的機(jī)械性能和阻隔性能都相差較多。通過(guò)與天然聚合物共混形成蛋白基復(fù)合膜可有效改善蛋白膜機(jī)械性能和阻隔性能，并且賦予其多組分復(fù)合的優(yōu)勢(shì)，比如抗氧化性和抗菌性以提高蛋白膜的實(shí)用性。此外，蛋白基還可作為優(yōu)異的載體材料應(yīng)用于智能包裝和活性包裝中，通過(guò)有效負(fù)載抗氧化劑或抗菌劑，以抑制食品的氧化變質(zhì)或微生物污染，這為維持食品品質(zhì)和確保食品安全提供了更多的保障。

然而，共混蛋白膜也存在一些問(wèn)題：（1）與天然聚合物共混后，雖比純蛋白膜的性能有所提升，但與塑料、紙質(zhì)包裝相比還存在差距，故可以嘗試物理交聯(lián)比如超聲波與共價(jià)交聯(lián)共同作用或者尋找性能更好的天然聚合物或者無(wú)食品安全問(wèn)題的合成聚合物。（2）蛋白膜的制備工藝中的部分溶劑存在毒性，這使蛋白膜的制備方法的選擇有限，應(yīng)繼續(xù)開(kāi)發(fā)綠色溶劑。（3）蛋白質(zhì)成膜的生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)效率低，故大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)難以實(shí)現(xiàn)。（4）在果蔬保鮮領(lǐng)域，活性包裝可以調(diào)控儲(chǔ)存環(huán)境但不能監(jiān)測(cè)，智能包裝只能監(jiān)測(cè)但不能調(diào)控，這就使果蔬保鮮時(shí)期不能達(dá)到最大值，應(yīng)聯(lián)合使用兩種以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和調(diào)控的雙重作用。

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