可食性涂膜保鲜技术在易腐食品中的研究进展
时间：2022-11-18 16:30:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
张晓冉，许凯
1. 上海市质量监督检验技术研究院（上海 200000）；
2. 中国建材国际工程集团有限公司（上海 200000）
食品质量与安全问题一直是社会关注的热点。随着人们物质生活水平的不断提高，食品的种类越来越丰富，人们对生活品质、饮食安全的要求也越来越高。如何保证来自天南地北的食品均能新鲜地呈现在人们餐桌上，如何通过绿色环保的食品保鲜技术高效解决易腐食品的保鲜问题逐渐得到了研究者的广泛重视与关注。
易腐食品，主要是指在自然环境温度下，易发生食品变质、腐烂等异常质量问题的动物性、植物性食品[1]。目前市面上常见的涂膜保鲜材料多以塑料、人工合成化学成分为主[2]，但这些保鲜材料在自然环境中难以降解会危害生态环境，易造成毒性残留会危害人体健康。可食性涂膜材料一般选用多糖、蛋白质、脂质等天然物质为基材，添加或不添加可食性的增塑剂、抑菌剂等成分，具有良好的保鲜效果，同时还绿色可食无公害[3]。
此次研究概述了可食性涂膜保鲜技术在易腐食品中的研究进展，旨在为今后可食型涂膜保鲜技术的研究提供理论借鉴。
1.1 可食性涂膜保鲜技术及其材料
可食用性涂膜保鲜技术是目前食品表面涂膜保鲜技术中最绿色环保、快速有效的方法，它可作为一种辅助保鲜技术协同其他保鲜方法复合使用，也可作为独立的保鲜技术应用于易腐食品的保鲜[4]。此涂膜保鲜技术利用可食性材料制成无色无味、透明的薄膜，通过浸涂、喷洒或涂抹等方式覆盖于食品表面，形成的薄膜能有效阻隔外界环境，降低食品氧化率，防止食品中水分、气体、溶质等成分的迁移，而且还能阻隔外界微生物，防止食品腐败霉变[5]。
可食性涂膜材料包括单一可食性涂膜材料和复合可食性涂膜材料，其中单一可食性涂膜材料以天然可食性物质（如多糖、蛋白质、脂质等）为成膜剂，复合可食性涂膜材料则以几种同类或不同类的成膜基质（多糖、蛋白质、脂质类）混合形成，加入具有增塑（蜂蜡、多元醇等）、抗褐变氧化（抗坏血酸、氨基酸等）、抑菌（溶菌酶、细菌素、茶多酚等）等作用的其他成分[6]。可食性涂膜的多糖类成膜剂主要包括淀粉、纤维素、壳聚糖、植物胶等成分，蛋白质类成膜剂主要包括玉米醇溶蛋白、大豆分离蛋白、小麦面筋蛋白、乳清蛋白等成分，脂质类成膜剂主要包括脂肪酸及其单甘脂、天然蜡类等[7]。
单一可食用膜由于组成成分和结构的因素存在机械性、阻隔性、成膜性差、涂膜效果不稳定等缺点，而复合涂膜包含多种物质成分，在功能上具有互补性，可保留各成膜基质本身的优点，同时又能弥补单一可食用涂膜存在的不足，绿色环保可持续，近年来在食品涂膜保鲜行业中具有越来越重要的地位[8]。可食用涂膜保鲜技术具有以下优点[9]：
1) 涂膜保鲜技术在食品表面形成可食用保护膜，隔离外界环境，保护食品不受到外界空气、微生物的影响。同时还可作为一种包装材料，保护食品不受外界机械性损伤。
2) 可食性涂膜可阻止食品内外气体的迁移，防止O2进入食品内部，在涂膜内部形成高CO2，低O2的气体环境，有效抑制食品内部组织的呼吸作用，延缓易腐食品衰老。
3) 可食性涂膜附着于易腐食品表面可锁住食品水分，例如对于果蔬类新鲜食品，可设计具有吸水性的涂膜材料，使果蔬保持水分充足，维持食品的新鲜度。
4) 有些可食性涂膜材料所含有的成分（如壳聚糖、茶多酚等）具有一定的抑菌、杀菌作用，可抑制食品表面微生物的生长繁殖，延长食品的货架期。
5) 可食性涂膜材料安全可食、无毒副作用，绿色环保，具有良好的生物可降解性，含有营养素的可食性涂膜材料与食品一起食用，还具有一定的营养价值。
1.2 可食性涂膜保鲜技术工艺
可食性涂膜保鲜工艺主要步骤如下：
1.2.1 产品、原料的预处理
应选择完好无损、无腐败霉变、无病虫害的食品作为研究对象。
1.2.2 涂膜材料的筛选
不同的食品有不同的储藏特性，对存储要求也不尽相同，因此在选择涂膜剂之前首先应确定影响食品保鲜的主要因素，再根据研究对象的保鲜特性选择相对应的涂膜材料。
1.2.3 涂膜方法的选择
应确定涂膜方式、涂膜工艺的最佳参数，如涂膜方式包括刷涂、喷涂和浸泡。涂膜工艺参数则包括涂膜剂浓度、涂抹时间[10]。
1.2.4 包装储藏
可根据实际情况，选用与其他保鲜技术（如减压贮藏、气调保鲜技术、低温技术等）相结合的方法进行包装[11]。
按照成膜基材的不同，单一可食性涂膜主要可分为多糖类膜、蛋白质类膜、脂质类膜。
2.1 多糖类可食性涂膜
多糖类可食性涂膜主要以植物或动物多糖为基质，主要有纤维素及其衍生物、淀粉及其衍生物、果胶及其衍生物、海藻提取物（包括海藻酸盐、角叉菜胶和琼脂等）、树胶（包括阿拉伯树胶、黄芪胶和瓜尔豆等）和壳聚糖、魔芋苷聚糖、黄原胶和蜂胶[12]。
壳聚糖又称为脱乙酰甲壳素、聚-N-乙酰-D-葡萄糖胺，是由几丁质脱乙酰得到的天然可食性碱性多糖，主要来源于虾蟹等甲壳类动物的甲壳质[13]。以壳聚糖为基材的可食性涂膜近年来被广泛研究关注，这主要是由于：第一，壳聚糖具有抑制细菌、酵母、霉菌的活性，壳聚糖能够与细菌外膜上的阴离子相结合，吸附细胞内含阴离子的物质，引起细胞壁的变形、破裂，细胞质渗透，从而引起细胞死亡[14]；
第二，壳聚糖能够选择性螯合对微生物生长繁殖有利的金属离子，从而抑制微生物生长繁殖[15]；
第三，壳聚糖还含有大量的游离氨基，具有良好的成膜性，附着于食品表面的半透明壳聚糖可食性薄膜通透性良好，可降低O2/CO2比值，抑制食品的呼吸作用强度，减少食品营养物质的内部消耗[16]。李芳菲等[17]采用不同浓度的壳聚糖对鲜切桃进行了涂膜保鲜研究，测定鲜切桃的腐烂率、色差、硬度、酸度、过氧化物酶以及多酚氧化酶等指标，试验结果表明，壳聚糖涂膜可以降低细胞呼吸速率，减少有机酸的合成，降低可溶性固形物的消耗，降低果实腐烂率、褐变率，从而减缓果实衰老进程。然而单一的壳聚糖可食性涂膜材料也存在一些问题，如膜的机械强度较弱，透氧性、透光性及阻湿性不甚理想，从而影响到易腐食品的保鲜效果[18]。许多研究者通过以壳聚糖为成膜基材，复合其他具有抗菌性、塑形性的成分来制备复合膜，综合性能和保鲜性能均较单一壳聚糖涂膜有明显改善。
纤维素是自然界中常见的一种由D型葡萄糖基为结构单元组成的大分子多糖，常见于植物、细菌、海藻类的细胞壁中[19]。改性后的纤维素常见的有甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素和羟丙基甲基纤维素。例如，羧甲基纤维素就是由天然纤维素碱化和羧甲基化制备而得到的羧甲基纤维素醚，是一种无臭、无味、无毒、不易燃的白色化合物，由于其具有良好的成膜性、抗油脂性、吸湿性和稳定性而被广泛用于蔬果保鲜领域[20]。邢婕[21]以CMC为涂膜材料，研究发现1.0%质量分数的CMC涂膜处理对光皮木瓜的保鲜效果最佳，可有效地延长光皮木瓜的保鲜期，以抑制有机酸、总糖、黄酮、总酚的减少和维生素C的降解。纤维素制成的保鲜涂膜虽具有良好的成膜性，但也存在缺点，如对于气体的阻隔性不佳，通常需要向改性纤维素中加入其他物质（如甘油、蛋白质等）以改善性能。多种涂膜物质经过一定处理得到优势互补的复合涂膜，具有更高的实际应用和研究价值[22]。
2.2 蛋白质类可食性涂膜
蛋白质是构成生命的天然有机大分子物质，相较于多糖大分子，蛋白质分子可通过氢键、二硫键、离子键及疏水键等基团的相互作用来维持稳定结构，从而使得可食性蛋白质涂膜有更好的机械性、阻隔性[23]。可食性蛋白涂膜按照蛋白质种类主要分为动物分离蛋白膜和植物分离蛋白膜，目前常用于研究的有大豆分离蛋白膜、玉米醇溶蛋白膜、小麦面筋蛋白膜、乳清蛋白膜、明胶、酪蛋白膜等[24]。
大豆分离蛋白是一种蛋白含量高达90%的高纯度蛋白，通常以低温脱脂大豆粕为原料生产制得，是一种蛋白质类天然食品保鲜材料，在蛋白质类可食性膜中应用最广，具有良好的生物可降解性、阻氧性，但同时也存在机械性低、不易成膜等缺点，目前研究者们多通过物理（加热、超声波等）、化学（添加交联剂、塑性剂等）和酶改性的方式来改进大豆分离蛋白膜存在的不足，拓宽其应用范围[25]。
玉米醇溶蛋白主要来源于玉米粉，其原材料经济实惠。玉米醇溶蛋白富含疏水氨基酸和含硫氨基酸[26]，具有良好的可食性、成膜性，目前已有研究将可食性玉米醇溶蛋白膜应用于香蕉、草莓、枸杞、番茄等果蔬保鲜。王建宏等[27]研究了玉米醇溶蛋白对宁夏枸杞鲜果贮藏期的保鲜作用，研究结果发现玉米醇溶蛋白与乙醇溶液按比例调制用来处理枸杞鲜果的霉变率、维生素C含量下降率变慢，过氧化氢酶活性降低，这说明玉米醇溶蛋白对枸杞有保鲜作用，可防止枸杞霉变、褐变与腐烂。
除了植物源蛋白膜，另外还有明胶、乳清蛋白、酪蛋白等动物源植物蛋白也被用于进行易腐食品的涂膜保鲜研究。
2.3 脂质类可食性涂膜
相较于多糖膜和蛋白质膜，研究脂质膜的文献篇幅略少一些，这主要是由于脂类物质化学基团的分布、脂肪链的长度等原因影响了脂类物质的极性及水分迁移的程度，使得脂类涂膜剂透气性差，涂膜的厚度难以控制，易产生蜡质口感，因此，脂质类物质一般与多糖、蛋白质等其他成膜材料复合应用于易腐食品的保鲜，很少作为单一成膜剂应用[28]。
可食性复合涂膜主要以不同比例的多糖、蛋白质、脂质及其衍生物等为成膜剂基质，添加可食性塑性剂、抗菌剂、抗氧化剂等，混合制成的多功能薄膜，复合涂膜可以综合单一膜的优点，弥补单一膜存在的不足。
3.1 新型纳米可食性复合涂膜
纳米粒子因具有独特的表面、界面及量子尺寸效应，因而具有很强的吸附性和很高的活性[29]，使得纳米技术、纳米材料成为可食性涂膜新的研究热点，研究者将纳米复合材料用于可食性膜以改善膜的机械性能，提高屏障特性[30]。曾丽萍等[31]以明胶、羧甲基纤维素钠为成膜基材，添加具有抗菌活性的纳米TiO2对复合膜进行改性处理，研究纳米TiO2添加量对复合膜机械性能、阻隔性能和抑菌性能等方面的影响，结果表明，纳米TiO2/明胶/羧甲基纤维素钠复合膜与对照组相比，呼吸强度增长较为缓慢，水分流失速度减慢，木质化进程得到有效缓解，从而延长枇杷保鲜期。韦巧艳等[32]探讨魔芋葡甘露聚糖/纳米ZnO复合涂膜对常温贮藏香蕉保鲜效果的影响，研究以巴西蕉为试验材料，设置魔芋葡甘露聚糖涂膜液（A组）和魔芋葡甘露聚糖/纳米ZnO复合涂膜液（B组）2种可食性涂膜液对香蕉进行涂膜处理，以不做任何处理为对照组进行试验。结果表明，与另外两组相比，魔芋葡甘露聚糖/纳米ZnO复合膜的保鲜储藏效果最好，能显著维持香蕉的好果率，抑制香蕉的褐变，降低香蕉在贮藏期的质量损失率，减少可溶性固形物和维生素C等营养物质的损失。麦馨允等[33]以芒果为研究对象，以魔芋葡甘聚糖、纳米SiO2为涂膜基质，辅以甘油调配制成复合可食性涂膜。试验结果表明，该配方有效延迟了芒果的呼吸跃变，在一定程度上减少了芒果果皮色泽的变化，抑制了果皮褐变的发生，使失重率维持在10%以下，芒果果实硬度维持在0.05 MPa以上，可溶性固形物含量、pH和维生素C含量在贮藏后期仍然维持在较高水平。除了常用的纳米无机粒子，人们还选用的纳米纤维素加入到食品保鲜材料中，这主要是由于纳米纤维素无明显的生物毒性，相较于纳米无机粒子来说更为健康安全。余易琳等[34]制备了纳米纤维素/壳聚糖复合涂膜对红桔进行涂膜保鲜，结果表明，纳米纤维素的添加有助于提高复合独立膜的抗张性能，降低其吸湿性。相较于壳聚糖涂膜，纳米纤维素/壳聚糖复合涂膜可进一步降低红桔在贮藏期间的腐烂率，减少丙二醛的积累，有利于保持果实硬度，并维持其营养物质的含量。
3.2 新型植物精油类可食性复合涂膜
精油具有抗氧化、抗菌等作用，近年来，以植物精油为代表的天然精油以其安全绿色的特性被作为抗菌剂、抗氧化剂应用到可食性涂膜中[35]。植物精油主要含有芳香族的化合物、醛类、酸类和醇类等物质，能够抑制甚至杀死寄生在植物体上的病原微生物[36]，很多研究者利用此原理，将植物精油加入可食膜后应用于易腐食品的保藏，可有效降低食源性微生物的数量，防腐保鲜效果可显著提高，降低有害微生物对食品带来的不良影响[37]。墙梦婕等[38]以樱桃为研究对象，以艾叶精油为油相，制备成艾叶精油微乳保鲜剂，研究发现，浓度为0.1%艾叶精油微乳对樱桃保鲜效果最好，能有效地降低果实的腐烂率和含水量，延缓樱桃的营养指标的流失，但过高的精油浓度会刺激果实内部的正常的生理代谢、呼吸速率及蒸腾作用，加快果实的衰老的进程。王亚茹[39]以大口黑鲈肌浆蛋白及壳聚糖为成膜基质，探究生姜精油添加量对膜机械能、水蒸气阻隔性能、水溶性、热稳定性及微观结构等性能的影响。试验结果表明，适量的生姜精油可提高复合膜的延展性、热稳定性，降低复合膜的透光率、水蒸气透过性及水溶性。郗泽文等[40]以海藻酸钠为成膜剂，制备柠檬精油粗乳液、纳米乳液两种可食用涂膜液，研究两种可食用涂膜液对冷藏卤鸭脖菌落总数、pH、汁液损失率、总挥发性盐基氮含量、硫代巴比妥酸反应产物值、色差、货架期等指标的影响。试验结果表明，柠檬精油复合海藻酸钠可食用膜可显著提高卤鸭脖保鲜效果，且精油纳米乳液涂膜的保鲜效果要优于粗乳液涂膜效果，将产品的货架期由8 d延长至12 d。
3.3 新型中草药类可食性复合涂膜
我国对中草药的研究已有几千年的历史，中草药植物中可提取醇、醛、酚、酸、黄酮、萜以及内酯等抑菌、杀菌、抗氧化成分。将一种或几种含有抑菌成分的中草药与成膜基质相结合，从而实现一种具有广谱抗菌性绿色环保的可食性涂膜保鲜防腐技术，也成为了涂膜保鲜领域众研究热点方向之一。殷佳琦等[41]以新鲜鸡蛋为试验对象，对黄芩苷、姜辣素、海藻酸钠、蔗糖酯复合保鲜防腐剂配方进行优化，并将其应用于鸡蛋防腐保鲜试验。试验结果表明，当保藏温度为37 ℃，保藏时间25 d，复合保鲜防腐剂配方为黄芩苷浓度1.9%、姜辣素浓度2.7%、海藻酸钠浓度1.45%、蔗糖酯浓度2.00%时，鸡蛋哈夫单位为69，蛋黄指数为0.38，失重率为4.8%，这表明此复合保鲜膜具有良好的保鲜效果。李文德等[42]以海鲜菇为材料，采用丁香、艾叶、大青叶三种中草药提取液作涂膜处理，研究三种中草药涂膜对海鲜菇品质及生理特性的保鲜效果。结果表明：整个贮藏期间，3种中草药涂膜处理对海鲜菇保鲜效果较好的为丁香，其次为艾叶，保鲜效果较差的为大青叶。3种中草药涂膜液均不同程度地保持了海鲜菇在贮藏期间的品质，具有抑制海鲜菇脯氨酸和丙二醛含量的上升，降低失重率，抑制细胞膜透性增大等多方面作用。从文献研究中可以发现，中草药中含有大量对病菌具有抑制作用的活性物质，在易腐食品涂膜保鲜中可以显著降低腐败菌的侵染，减少营养物质的损耗、降低果蔬呼吸强度，显著减少果蔬的腐败变质。
可食性涂膜保鲜研究目前仍以多糖、脂质、蛋白质及其衍生物的复合材料为主，除添加山梨醇、山梨酸钾、抗坏血酸等常见的添加剂成分外，涂膜剂的种类也逐渐拓宽探索范围到纳米材料、植物精油、中草药成分提取物等新成分领域。随着研究者的不断深入，可食性涂膜保鲜研究已涉及果蔬、冷鲜肉、水产、鸡蛋等各类易腐食品。经过不断改良的食品涂膜保鲜技术，不仅能明显延长易腐食品的贮藏期，同时还能保持良好的外观、口感品质，相较于其他贮藏保鲜方法也更绿色健康。
可食性涂膜技术目前还存在一些不足，如研发成本高、产品存在不稳定性，如多糖类涂膜虽具有良好的阻氧性但抗菌性差、蛋白质类涂膜虽具有良好的生物相容性且营养丰富但是其机械性差、透水率高。要想真正地将可食性涂膜技术应用到食品保鲜行业，全面应用到人们的实际生活中，建议从以下几个方面开展深入研究：一是继续探讨可食性涂膜成膜机理，研究更加成熟的制膜方法、成膜工艺，提高涂膜质量；
二是探索发现更多的成膜基质以及可添加物质成分，改进涂膜配方，通过添加新型成分，优化涂膜性能；
三是将可食性涂膜技术与其他保藏技术相结合，各类保鲜技术扬长避短，相辅相成。
