可食性膜的種類及性能

可食性膜的種類及性能

國外得到廣泛研究和應(yīng)用的膜有多糖膜、蛋白質(zhì)膜、脂質(zhì)膜和復(fù)合膜四種。
(1)多糖膜
主要有纖維素的衍生物、淀粉及海藻酸鹽、卡拉膠、果膠、殼聚糖等形成的膜。
①纖維素衍生物。對纖維素進(jìn)行化學(xué)改性而得到的衍生物，膜的特性如表12-10所示。這些纖維素衍生物膜有良好的阻油性，彈性好，透明、無色無味，溶于水，但阻濕性、阻氧性、機(jī)械強(qiáng)度一般。MC的親水性雖然最小，但仍然難得到阻濕性較好的膜；HPC是一種熱塑性膠體，因而可采用澆注、擠壓的方法在食品表面形成膜。
②淀粉。直鏈淀粉含量高的淀粉可形成膜，淀粉膜呈透明狀，在低pH條件下的透氧性非常小，但淀粉膜的阻濕性很小。據(jù)報道，含高直鏈淀粉的玉米淀粉（71%直鏈淀粉）形成的薄膜在相對濕度(relativehumidity,簡稱RH)低于100%時測不出透氧性，并且與薄膜的增塑與否無關(guān)。通常增塑劑的添加會增加鏈的運動而導(dǎo)致透氣性增加。直鏈淀粉含量高的淀粉與1，2-環(huán)氧丙婦進(jìn)行部分醚化作用后生成羥丙基淀粉，此淀粉形成的膜沒有阻濕性，但其阻氧性非常強(qiáng)。在杏仁上的應(yīng)用表明，經(jīng)丙基淀粉膜可阻止儲藏期間的氧化變質(zhì)。
③海藻酸鹽。海藻酸鹽可通過在其溶液中加人鈣鹽來形成薄膜。海藻酸鹽膜具有很好的阻油性和阻氣性，但阻濕性很差。在食品表面涂上海藻酸鹽膜可防止食品失水，但這不是因為膜的阻濕性很好，而是因為膜通過失去本身的水分來保護(hù)食品的水分，即它只能看做是一種犧牲劑。海藻酸鹽膜的良好的阻氣性可用來包裹高油脂食品而防止食品發(fā)生脂質(zhì)氧化，從而改善食品的風(fēng)味、質(zhì)構(gòu)。
④卡拉膠?？ɡz可通過冷卻熱溶液形成薄膜?？ɡz膜在許多食品中得到廣泛應(yīng)用，可用來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，它也是一種犧牲劑。
⑤低甲氧基果膠。低甲氧基果膠在鈣離子的存在下可通過凝膠作用形成薄膜。它的阻濕性很小，即水蒸氣透過系數(shù)（watervaporper?meability，簡稱WVP)很大，通過添加蠟可提高其阻濕性。低甲果膠膜可防止食品失水，其原理與海藻酸鹽相同。
⑥殼聚糖。殼聚糖是由甲殼素經(jīng)脫乙酰作用得到的，它形成的膜具有透明、彈性好、阻氧性強(qiáng)等特點。殼聚糖膜可防止真菌污染、腐蝕食品；果蔬表面包裹殼聚糖膜，則可有效地調(diào)節(jié)果蔬周圍02和?)2的組成，在一定程度上抑制果蔬的有氧呼吸強(qiáng)度，從而提高其貨架期。
⑦苗霉多糖、果聚糖。這兩種糖是微生物產(chǎn)生的胞外多糖，它們形成的薄膜具有很好的阻氧性。因此，包裹在食品及藥品的表面，可阻止外界氧氣進(jìn)入食品或藥品內(nèi)，從而提高其保質(zhì)期。
(2)蛋白質(zhì)膜
在國外研究較多的有膠原蛋白、明膠及玉米醇溶蛋白、小麥面筋蛋白、大豆分離蛋白、小麥分離蛋白、醅蛋白等形成的膜。
①膠原蛋白。膠原蛋白在動物的結(jié)蹄等組織中含量很豐富，在一定條件下可形成可食性薄膜。所形成的膜雖然阻濕性較差，但有較好的機(jī)械性能和優(yōu)良的阻氧性，其阻氧性能隨環(huán)境相對濕度的增加而降低。膠原蛋白膜是得到最成功應(yīng)用的蛋白質(zhì)膜，在香腸、煙熏肉制品如火腿等的加工中已得到廣泛的應(yīng)用。它不僅可賦予這些肉制品的結(jié)構(gòu)完整性，而且可防止氧氣和水蒸氣與制品接觸，提高制品的貨架期。
②明膠。明膠是由膠原蛋白水解得到的。明膠屬熱可逆性凝膠，冷卻熱的明膠水溶液就能形成凝膠。明膠薄膜具有較好的阻止氧氣、油脂等在食品中遷移的能力，因此在食品中得到廣泛應(yīng)用，可防止食品因氧氣或油脂的存在而發(fā)生氧化變質(zhì)。如果在明膠薄膜中添加抗氧化劑或防腐劑，則效果更好。明膠薄膜的阻濕性較差，可將其與乳酸、單寧酸或鈣離子進(jìn)行交聯(lián)作用而提高其阻濕性。
國外研究的其他蛋白質(zhì)膜包括玉米醇溶蛋白（簡稱CZ)、小麥面筋蛋白（簡稱WG)、大豆分離蛋白（簡稱SPI)、小麥分離蛋白（簡稱WPI)和酪蛋白（簡稱CS)。這些蛋白質(zhì)薄膜的機(jī)械性能與膠原蛋白膜相似，但它們具有較高的水蒸氣透過性。在這些膜中加入石蠟或其他脂質(zhì)則可提高其阻濕性能。CZ、WG、SPI和WPI膜在相對濕度為0~50%時具有很小的透氧性，但隨相對濕度的增加，其阻氧性降低。
(3)脂質(zhì)膜
用作保護(hù)涂層的脂質(zhì)化合物很多，美國FDA允許在食用膜中使用的常見脂質(zhì)化合物有：脂肪酸，脂肪酸甲酯、乙酯，脂肪酸嗎啉鹽，蔗糖脂肪酸酷，液體石蠟，固體石蠟，石油石蠟，米糠蠟，失水山梨糖醇三硬脂酸酯，聚乙二醇等。這些脂質(zhì)要么作為主要的成膜物質(zhì)，要么作為一種添加劑如增塑劑、乳化劑等加人膜中以改善膜的其他性能。脂質(zhì)的極性較低，因此它們的主要功能通常是阻止食品失水，所以特別適用于果蔬的涂層保鮮。脂質(zhì)薄膜可防止新鮮果蔬脫水，調(diào)節(jié)新鮮果蔬的呼吸作用，降低果蔬的腐敗程度。
脂質(zhì)膜對氧氣、水蒸氣等的滲透性與其化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)。如脂肪酸和脂肪醇單獨成膜時，因缺乏結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性，膜的滲透性很大，因此常常是和其他的成膜物質(zhì)如多糖、蛋白質(zhì)等混合形成復(fù)合膜；可食蠟形成的膜具有優(yōu)良的阻濕性和阻氣性，這是由于膜中存在脂質(zhì)晶粒。但蠟的滲透性能取決于脂質(zhì)晶粒的排列方式及脂質(zhì)晶粒與滲透劑（氧氣、水蒸氣等）滲透方向的定位關(guān)系。脂質(zhì)膜一般是由乳濁液（脂質(zhì)為分散相）制成的，因此乳濁液中分散粒子（油粒）的大小直接影響脂質(zhì)膜對水蒸氣、氣體等的滲透性及其他性能。如,當(dāng)分散相的粒子大小在200~lOOOOnm時，則形成的脂質(zhì)薄膜光澤性差，不透明；而當(dāng)分散粒子大小為100~200mn時，則膜較透明。乳濁液中親水性物質(zhì)和疏水性物質(zhì)的比例對脂質(zhì)薄膜水蒸氣的滲透能力影響很大。此外，脂質(zhì)薄膜的阻濕性能還隨脂質(zhì)的極性、不飽和程度和支鏈的增加而降低，也隨溫度、相對濕度等外界條件而變化。
復(fù)合薄膜
可食性薄膜可由多糖、蛋白質(zhì)和/或脂質(zhì)混合形成復(fù)合薄膜。這種方法可更好地利用各種薄膜的特殊性能。如多糖膜的阻濕性一般較差，因此可通過在其中添加一些極性小的脂質(zhì)物質(zhì)如脂肪酸、石蠟等形成復(fù)合薄膜以提高膜的阻濕性。國外對甲基纖維素、羥甲基纖維素等纖維素衍生物和各種固體脂質(zhì)如蜂蠟、脂肪酸等形成的復(fù)合膜進(jìn)行了廣泛的研究，研究表明在纖維素衍生物薄膜中加入脂質(zhì)后可大大提高其阻濕性能，其對水蒸氣的透過性低至與合成包裝材料低密度聚乙烯（簡稱LDPE)相當(dāng)。
Tories(1985)等人將玉米醇溶蛋白、乙酰單甘油酯及甘油混合制成復(fù)合膜，這種復(fù)合膜可使一種半干奶酪的表面保持高濃度的山梨酸。奶酪表面進(jìn)行涂層后，再噴上山梨酸溶液。薄膜阻止了山梨酸向食品內(nèi)部的滲透。山梨酸通過玉米醇溶蛋白薄膜的擴(kuò)散常數(shù)比在食品內(nèi)部的擴(kuò)散常數(shù)小150~300倍。通過對金黃色葡萄球菌的培養(yǎng)實驗證明，經(jīng)涂層的奶酪增加了阻止表面細(xì)菌生長的能力。
國外除了對多糖一脂質(zhì)、蛋白質(zhì)一脂質(zhì)復(fù)合膜開展了較廣泛的研究外，還對蛋白質(zhì)一多糖復(fù)合膜開展了一定的研究。如Deacy(1984)將豬皮明膠（等電點8~8.5)的水溶液與阿拉伯膠在pH4.5條件下的混合可形成一復(fù)合的凝聚層，這是由帶負(fù)電荷的阿拉伯膠與帶正電荷的明膠相互作用的結(jié)果。這種薄膜的固定可通過使用交聯(lián)劑如鈣離子來完成。復(fù)合膜的滲透性與所用的明膠及阿拉伯膠的種類、膜形成及固定方法有關(guān)。
薄膜添加劑
可食性薄膜中可以加人各種物質(zhì)來改變其機(jī)械、滲透性、防護(hù)、感官或營養(yǎng)性能。增塑劑是一些低揮發(fā)性的化合物，它可賦予聚合物薄膜柔韌性。常用的食品級的增塑劑有甘油、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劑涂膜食品時，可加人少量的濕潤劑以促進(jìn)其在食品表面的均勻分布；在使用油/水乳濁液形成薄膜時，需要加人乳化劑。此外，可食性薄膜可作為食品添加劑如抗氧化劑、防腐劑等的載體，這種膜涂層在食品表
面，可減少許多固體食品表面的微生物生長及氧化所致的腐敗。而在膜中加入香料、色素或營養(yǎng)添加劑則可改善食品的外觀或營養(yǎng)性質(zhì)。