可食性膜的种类及性能

可食性膜的种类及性能

国外得到广泛研究和应用的膜有多糖膜、蛋白质膜、脂质膜和复合膜四种。
(1)多糖膜
主要有纤维素的衍生物、淀粉及海藻酸盐、卡拉胶、果胶、壳聚糖等形成的膜。
①纤维素衍生物。对纤维素进行化学改性而得到的衍生物，膜的特性如表12-10所示。这些纤维素衍生物膜有良好的阻油性，弹性好，透明、无色无味，溶于水，但阻湿性、阻氧性、机械强度一般。MC的亲水性虽然最小，但仍然难得到阻湿性较好的膜；HPC是一种热塑性胶体，因而可采用浇注、挤压的方法在食品表面形成膜。
②淀粉。直链淀粉含量高的淀粉可形成膜，淀粉膜呈透明状，在低pH条件下的透氧性非常小，但淀粉膜的阻湿性很小。据报道，含高直链淀粉的玉米淀粉（71%直链淀粉）形成的薄膜在相对湿度(relativehumidity,简称RH)低于100%时测不出透氧性，并且与薄膜的增塑与否无关。通常增塑剂的添加会增加链的运动而导致透气性增加。直链淀粉含量高的淀粉与1，2-环氧丙婦进行部分醚化作用后生成羟丙基淀粉，此淀粉形成的膜没有阻湿性，但其阻氧性非常强。在杏仁上的应用表明，经丙基淀粉膜可阻止储藏期间的氧化变质。
③海藻酸盐。海藻酸盐可通过在其溶液中加人钙盐来形成薄膜。海藻酸盐膜具有很好的阻油性和阻气性，但阻湿性很差。在食品表面涂上海藻酸盐膜可防止食品失水，但这不是因为膜的阻湿性很好，而是因为膜通过失去本身的水分来保护食品的水分，即它只能看做是一种牺牲剂。海藻酸盐膜的良好的阻气性可用来包裹高油脂食品而防止食品发生脂质氧化，从而改善食品的风味、质构。
④卡拉胶。卡拉胶可通过冷却热溶液形成薄膜。卡拉胶膜在许多食品中得到广泛应用，可用来防止食品污染微生物、防止食品失水和氧化。在防止食品失水方面，它也是一种牺牲剂。
⑤低甲氧基果胶。低甲氧基果胶在钙离子的存在下可通过凝胶作用形成薄膜。它的阻湿性很小，即水蒸气透过系数（watervaporper¬meability，简称WVP)很大，通过添加蜡可提高其阻湿性。低甲果胶膜可防止食品失水，其原理与海藻酸盐相同。
⑥壳聚糖。壳聚糖是由甲壳素经脱乙酰作用得到的，它形成的膜具有透明、弹性好、阻氧性强等特点。壳聚糖膜可防止真菌污染、腐蚀食品；果蔬表面包裹壳聚糖膜，则可有效地调节果蔬周围02和«)2的组成，在一定程度上抑制果蔬的有氧呼吸强度，从而提高其货架期。
⑦苗霉多糖、果聚糖。这两种糖是微生物产生的胞外多糖，它们形成的薄膜具有很好的阻氧性。因此，包裹在食品及药品的表面，可阻止外界氧气进入食品或药品内，从而提高其保质期。
(2)蛋白质膜
在国外研究较多的有胶原蛋白、明胶及玉米醇溶蛋白、小麦面筋蛋白、大豆分离蛋白、小麦分离蛋白、醅蛋白等形成的膜。
①胶原蛋白。胶原蛋白在动物的结蹄等组织中含量很丰富，在一定条件下可形成可食性薄膜。所形成的膜虽然阻湿性较差，但有较好的机械性能和优良的阻氧性，其阻氧性能随环境相对湿度的增加而降低。胶原蛋白膜是得到最成功应用的蛋白质膜，在香肠、烟熏肉制品如火腿等的加工中已得到广泛的应用。它不仅可赋予这些肉制品的结构完整性，而且可防止氧气和水蒸气与制品接触，提高制品的货架期。
②明胶。明胶是由胶原蛋白水解得到的。明胶属热可逆性凝胶，冷却热的明胶水溶液就能形成凝胶。明胶薄膜具有较好的阻止氧气、油脂等在食品中迁移的能力，因此在食品中得到广泛应用，可防止食品因氧气或油脂的存在而发生氧化变质。如果在明胶薄膜中添加抗氧化剂或防腐剂，则效果更好。明胶薄膜的阻湿性较差，可将其与乳酸、单宁酸或钙离子进行交联作用而提高其阻湿性。
国外研究的其他蛋白质膜包括玉米醇溶蛋白（简称CZ)、小麦面筋蛋白（简称WG)、大豆分离蛋白（简称SPI)、小麦分离蛋白（简称WPI)和酪蛋白（简称CS)。这些蛋白质薄膜的机械性能与胶原蛋白膜相似，但它们具有较高的水蒸气透过性。在这些膜中加入石蜡或其他脂质则可提高其阻湿性能。CZ、WG、SPI和WPI膜在相对湿度为0~50%时具有很小的透氧性，但随相对湿度的增加，其阻氧性降低。
(3)脂质膜
用作保护涂层的脂质化合物很多，美国FDA允许在食用膜中使用的常见脂质化合物有：脂肪酸，脂肪酸甲酯、乙酯，脂肪酸吗啉盐，蔗糖脂肪酸酷，液体石蜡，固体石蜡，石油石蜡，米糠蜡，失水山梨糖醇三硬脂酸酯，聚乙二醇等。这些脂质要么作为主要的成膜物质，要么作为一种添加剂如增塑剂、乳化剂等加人膜中以改善膜的其他性能。脂质的极性较低，因此它们的主要功能通常是阻止食品失水，所以特别适用于果蔬的涂层保鲜。脂质薄膜可防止新鲜果蔬脱水，调节新鲜果蔬的呼吸作用，降低果蔬的腐败程度。
脂质膜对氧气、水蒸气等的渗透性与其化学组成和结构有关。如脂肪酸和脂肪醇单独成膜时，因缺乏结构的完整性和稳定性，膜的渗透性很大，因此常常是和其他的成膜物质如多糖、蛋白质等混合形成复合膜；可食蜡形成的膜具有优良的阻湿性和阻气性，这是由于膜中存在脂质晶粒。但蜡的渗透性能取决于脂质晶粒的排列方式及脂质晶粒与渗透剂（氧气、水蒸气等）渗透方向的定位关系。脂质膜一般是由乳浊液（脂质为分散相）制成的，因此乳浊液中分散粒子（油粒）的大小直接影响脂质膜对水蒸气、气体等的渗透性及其他性能。如,当分散相的粒子大小在200~lOOOOnm时，则形成的脂质薄膜光泽性差，不透明；而当分散粒子大小为100~200mn时，则膜较透明。乳浊液中亲水性物质和疏水性物质的比例对脂质薄膜水蒸气的渗透能力影响很大。此外，脂质薄膜的阻湿性能还随脂质的极性、不饱和程度和支链的增加而降低，也随温度、相对湿度等外界条件而变化。
复合薄膜
可食性薄膜可由多糖、蛋白质和/或脂质混合形成复合薄膜。这种方法可更好地利用各种薄膜的特殊性能。如多糖膜的阻湿性一般较差，因此可通过在其中添加一些极性小的脂质物质如脂肪酸、石蜡等形成复合薄膜以提高膜的阻湿性。国外对甲基纤维素、羟甲基纤维素等纤维素衍生物和各种固体脂质如蜂蜡、脂肪酸等形成的复合膜进行了广泛的研究，研究表明在纤维素衍生物薄膜中加入脂质后可大大提高其阻湿性能，其对水蒸气的透过性低至与合成包装材料低密度聚乙烯（简称LDPE)相当。
Tories(1985)等人将玉米醇溶蛋白、乙酰单甘油酯及甘油混合制成复合膜，这种复合膜可使一种半干奶酪的表面保持高浓度的山梨酸。奶酪表面进行涂层后，再喷上山梨酸溶液。薄膜阻止了山梨酸向食品内部的渗透。山梨酸通过玉米醇溶蛋白薄膜的扩散常数比在食品内部的扩散常数小150~300倍。通过对金黄色葡萄球菌的培养实验证明，经涂层的奶酪增加了阻止表面细菌生长的能力。
国外除了对多糖一脂质、蛋白质一脂质复合膜开展了较广泛的研究外，还对蛋白质一多糖复合膜开展了一定的研究。如Deacy(1984)将猪皮明胶（等电点8~8.5)的水溶液与阿拉伯胶在pH4.5条件下的混合可形成一复合的凝聚层，这是由带负电荷的阿拉伯胶与带正电荷的明胶相互作用的结果。这种薄膜的固定可通过使用交联剂如钙离子来完成。复合膜的渗透性与所用的明胶及阿拉伯胶的种类、膜形成及固定方法有关。
薄膜添加剂
可食性薄膜中可以加人各种物质来改变其机械、渗透性、防护、感官或营养性能。增塑剂是一些低挥发性的化合物，它可赋予聚合物薄膜柔韧性。常用的食品级的增塑剂有甘油、山梨酸、甘露醇、蔗糖、丙二醇和聚乙二醇等多元醇。在使用水溶性的薄膜分散剂涂膜食品时，可加人少量的湿润剂以促进其在食品表面的均匀分布；在使用油/水乳浊液形成薄膜时，需要加人乳化剂。此外，可食性薄膜可作为食品添加剂如抗氧化剂、防腐剂等的载体，这种膜涂层在食品表
面，可减少许多固体食品表面的微生物生长及氧化所致的腐败。而在膜中加入香料、色素或营养添加剂则可改善食品的外观或营养性质。