可食性膜復合生物保鮮劑在果蔬保鮮中應用研究進展

湯友軍，魯曉翔

（天津商業大學生物技術與食品科學學院，天津市食品生物技術重點實驗室，天津300134）

水果和蔬菜富含碳水化合物、纖維素、蛋白質、必需礦物質等營養物質，在飲食和食品工業加工領域的供需量極大[1]。果蔬被認為是生命體，采摘后仍會進行呼吸作用，并在細胞水平上進行各種代謝過程[2]，且果蔬含水量高、組織細嫩，雖然含有一種天然的、通常不致病的微生物群，但它們可能受到來自許多不同來源的人類食源性病原體的污染，導致果蔬腐敗變質。因此，研發高質量的果蔬保鮮技術越來越受到重視。

近年來，可食性涂膜保鮮因具有諸多優良性能已成為果蔬等食品保鮮領域的一種新型綠色保鮮技術，比之于傳統的物理、化學保鮮措施，利用可再生和生物可降解的多糖類、蛋白質和脂類等制成的包裝材料來代替人工合成的包裝材料越來越受到人們的關注[3]，可食用薄膜和涂層被認為是“環保”的綠色保鮮方法[4]。然而，使用單一可食性膜對果蔬等食品進行涂膜保鮮，其抑菌性、抗氧化能力和膜的理化性能較差。在可食性膜中添加抗菌劑、抗氧化劑以及精油等植物提取物以提高可食性膜的生物活性及理化功能特性具有重要的研究前景。

1 可食性膜概述

1.1 可食性膜的定義

可食性膜，也稱為可食用膜，是以天然可食性生物大分子為原料，添加可食性增塑劑、交聯劑，采用吹塑、自然干燥等制膜工藝制得的具有一定力學性能的保護性阻隔薄膜[5-6]。

1.2 可食性膜的性能

可食性膜主要通過涂布、噴灑、包裹等方式覆蓋在果蔬等食品的表面，在不改變食品原有成分的情況下，對食品中的水分、氧氣和溶質運動起著阻滯劑的作用，進而減少食品水分流失，降低呼吸速率和氧化反應速率。并能有效抑制微生物的生長繁殖，提高食品材料的感官屬性、新鮮度等，延長食品的貯運貨架期[7]。

1.3 可食性膜材料的分類及特點

利用食品級化合物生產的食用薄膜可作為食品的主要包裝材料，食用多糖、蛋白質和脂類是目前生產可食用薄膜的主要原料[8]。

1.3.1 多糖類可食性膜

多糖類是一種天然聚合物，其用于制備可食性膜的成膜基材，包括殼聚糖、淀粉、纖維素及其衍生物、魔芋葡甘露聚糖、海藻酸鈉等[9]。多糖類可食性膜具有抗菌性、穩定性和阻隔性能等，能夠提高對食品的保護性能，延長食品的貨架期。

殼聚糖是一種由氨基葡萄糖通過糖苷鍵連接而成，來源于甲殼素的天然聚陽離子多糖[10]，是甲殼素中含量第二高的生物聚合物。殼聚糖具有可食、無毒、生物相容性、可生物降解性、抗菌活性和良好的成膜能力而被廣泛研究作為包裝材料之一[11-12]，特別是作為水果和蔬菜的食用薄膜和涂料，以延長食品的貨架期。但殼聚糖的防潮性能差，抗氧化性以及抗拉伸強度較弱，且抑菌譜較窄[13]。

淀粉來源于小麥、大米、馬鈴薯、玉米等，具有良好的降解性和生物相容性，其主要成分直鏈淀粉具有良好的成膜性。

羧甲基纖維素是一種水溶性纖維素衍生物，無任何毒性，具有較高的阻滯氣體滲透和黏滯性，具有良好的成膜能力和可接受的柔性[14]。

魔芋葡甘聚糖由D-甘露糖和D-葡萄糖通過β-1，4糖苷鍵連接而成的可再生天然高分子雜多糖，具有優良的成膜性、凝膠性、持水性和流變性等[15]。海藻酸鈉是從褐藻中提取的一種線性多糖[16]，具有良好的成膜性能和與其它多糖的相溶性，被用作良好的天然食用薄膜材料[17]。大豆多糖是葡萄糖、半乳糖、鼠李糖等為主要成分的酸性多糖，具有優良的抑菌性、成膜性、穩定的黏性[18]。

1.3.2 蛋白質可食性膜

蛋白類可食性膜主要以大豆分離蛋白、玉米醇溶蛋白、乳清蛋白、酪蛋白、玉米蛋白等為基材[19]。蛋白質類可食性膜被認為是高效的氧阻滯劑，透性小，保鮮效果較佳。

大豆分離蛋白作為一種蛋白質類天然食品保鮮材料，由低溫脫脂大豆粕為原料生產而得，具有良好的成膜性、生物可降解性和可食性等[20]。玉米是玉米醇溶蛋白的主要來源，玉米醇溶蛋白具有疏水性，高含量的非極性氨基酸物質是其具有疏水性的原因之一[21]，對水蒸氣和揮發性成分具有很好的阻隔作用。乳清蛋白本質上是親水的，所以形成的薄膜對水分有一定的限制，采用鋪展法可以形成彈性、透明的膜[22]。

以蛋白質為基材的可食用膜比之于其它食用材料的優點有，蛋白質由近20種氨基酸組成，具有多樣性；蛋白質通常具有良好的成膜能力，而蛋白基膜一般是良好的氣體屏障，具有良好的力學性能，也可視為營養物質[23]。

1.3.3 脂質類可食性膜

脂質類可食性膜形成材料主要有蠟類、植物油、酰基甘油或脂肪酸基等[24]。脂質類化合物具有疏水性，如巴西棕櫚蠟和蜂蠟已被用于各種食用涂膜，形成的可食性膜對水蒸氣具有很強的阻滯作用，可以避免水果等食物在貯藏過程中脫水，還能使水果表面有光澤[25]。研究表明，食用多糖和蛋白質中的聚合物大多具有較差的水汽阻隔性能，將食用多糖和蛋白質與脂質混合可以彌補其不足[26]。

漆蠟的主要成分為1%～2%游離脂肪醇、3%～5%游離脂肪酸和90%～95%三甘油酯，輔之以乳化劑能形成良好的果實涂膜保鮮劑，可以減少果實的水分流失，降低其新陳代謝和呼吸作用，并抑制果實表面微生物的生長[27]。但此類保鮮劑在制備過程中不易用有機溶劑溶解，否則會影響果蔬的品質。

2 生物保鮮劑的種類

生物保鮮劑是指從動物、植物和微生物生命體獲得的對人體無害且具有保鮮作用的保鮮劑，具有高效、無毒、天然等特點。主要分為動物源保鮮劑、植物源保鮮劑和微生物源保鮮劑[28-29]，見表1。

表1 常用的生物保鮮劑Table 1 Commonly used bio-preservatives

3 果蔬復合涂膜保鮮的研究現狀

果蔬腐爛變質的主要原因有微生物污染及自身生理生化變化，單一的果蔬保鮮技術達不到良好的防腐保鮮效果。可食性膜復合生物保鮮劑保鮮技術作為一種新型防腐保鮮方法，在果蔬保鮮等食品工業領域應用越來越廣泛。

表2為可食性膜復合生物保鮮涂膜保鮮果蔬的研究現狀。

表2 可食性膜復合生物保鮮劑在果蔬保鮮中的應用Table 2 Application of edible film composite biological preservative in the preservation of fruits and vegetables

續表2 可食性膜復合生物保鮮劑在果蔬保鮮中的應用Continue table 2 Application of edible film composite biological preservative in the preservation of fruits and vegetables

4 展望

國內外研究結果表明，可食性膜復合生物保鮮劑復合保鮮技術對果蔬具有顯著的保鮮效果，與單一可食性膜相比，在可食性膜中添加生物保鮮劑可以起到協同增效的作用，能有效增強其抑菌性和抗氧化能力，提高膜的抗拉伸強度等物理力學性能；更能有效地降低果蔬失重率、腐爛率、硬度等感官品質，延緩果蔬中可溶性固形物、可滴定酸、VC等營養品質的降低，抑制果蔬中腐敗微生物的生長，維持果蔬較高的營養品質和延長其貨架期。

可食性膜復合生物保鮮劑作為一種安全、天然、高效的食品保鮮方法，已在果蔬保鮮中取得了一定的研究成果，但仍存在一些問題：在進行鮮切果蔬保鮮的研究中，應考慮可食性膜中的成分是否會和果蔬中的酚類等物質發生反應，影響保鮮效果。例如乳清蛋白、大豆分離蛋白能夠發生美拉德反應而降低水果的感官品質和營養成分；玉米醇蛋白含有揮發性有機物，會影響空氣和水的質量；且有些食用涂料具有吸濕性，有助于微生物的生長。因此，應注意蛋白質類成膜材料的選擇。

未來研究方向：

1）近年來，植物精油因其天然無毒，來源廣泛，提取工藝簡單，具有廣譜抑菌性和強抗氧化活性等多重功效，被認為是果蔬保鮮領域最有前景的研究和發展方向之一。但植物精油易揮發，低水溶性，易發生氧化變質，穩定性差等缺點限制了其應用，因此，研究將可食性膜的成膜基材與植物精油復合使用、精油微膠囊化，以提高植物精油的穩定性和利用率。

2）微生物源保鮮劑作為天然的食品防腐保鮮材料，應用越來越廣泛，但有的保鮮劑抑菌譜窄（如nisin、溶菌酶能有效抑制G+的生長，但對G-幾乎沒有抑菌作用），且作用靶向性較單一（如極少數細菌素，在細胞膜外膜層上無特定的受體，因此很難起到殺菌作用）。采用納米技術[63]、物理、化學和生物等[64]方法對保鮮劑的分子結構進行修飾，以改變其功能特性，或是結合修飾物本身的抗菌效果協同增效，擴大抑菌譜，對于保鮮劑的進一步研究開發和綜合利用具有重要意義。