《食品科学》：大连工业大学王滢教授等：可食用抗菌膜在食品包装领域的应用及研究进展

食品安全对于人体健康至关重要。食品包装膜能够发挥保鲜和保护功能，防止食品中的水分流失导致颜色变化或影响食用口感，通过隔绝外界氧气抑制微生物的繁殖和食品污染。可食用抗菌包装膜具有天然、无毒的良好特性，在保护食品的同时不会改变食品本身的成分，可广泛应用于食品包装中。目前国内外对于活性包装可食用抗菌膜的研究逐步增多，然而食品包装领域的研究缺乏系统地总结概括。

大连工业大学纺织与材料工程学院的刘妍靖、李西月和王滢*等人对可食用膜的基材、制备方法、抗菌剂以及食品包装应用进行介绍，并讨论可食用抗菌包装的未来发展趋势，以期为食品贮藏保鲜提供科学依据和理论基础。

1 可食用包装膜基材

目前，可食性涂层及包装膜的种类很多，按包装的基材不同大体上可分为4 种：蛋白质基、多糖基、脂质基和复合基。

蛋白质基可食用包装膜

蛋白质基可食用膜以动物分离蛋白和植物分离蛋白为主要原料，常见的包括乳清蛋白、小麦面筋蛋白、大豆分离蛋白和玉米醇溶蛋白等。

乳清蛋白是一种从牛奶中提取的蛋白质，分子内隐藏着许多羟基和巯基基团。乳清蛋白易在水溶液中受热变性，使蛋白质原有的三级结构发生改变，内部的基团暴露出来，这样促进了乳清蛋白干燥过程中二硫键的形成。

大豆蛋白是一种安全无毒、蛋白质含量高且不含胆固醇的植物蛋白，具有制备成为生物技术和生物科学领域应用薄膜的潜力，与乳清蛋白相同，在高温时会发生变性，破坏大豆蛋白质结构，降低营养价值。

玉米醇溶蛋白是一种广泛存在于植物中的食物蛋白，含有较多的非极性氨基酸如亮氨酸、丙氨酸、以及少量极性氨基酸，故具有疏水性质；因含有氢键和二硫键，故以玉米醇溶蛋白为基材制备的可食用膜具有良好的成膜特性。纳米复合膜能有效抑制黑曲霉、灰葡萄孢和橘青霉的生长。

小麦面筋蛋白是小麦淀粉生产的副产物，主要由麦醇蛋白和麦谷蛋白两部分组成，能与水形成三维立体网络结构，干燥后形成具有韧性较强、阻氧性和热封性良好、阻油性出色的蛋白膜。但由于其机械强度差、耐水性差、易破裂等缺点，在很大程度上限制了其在食品工业中的实际应用。

多糖基可食用包装膜

多糖基可食用膜主要由相对分子质量高的多糖类物质（如壳聚糖、纤维素及其衍生物、海藻酸盐、普鲁兰多糖等）为成膜基质，通过分子内和分子间的氢键等相互作用形成的一层网状结构薄膜。

壳聚糖通常指几丁质去乙酰化不同程度后产生的一系列聚合物，乙酰化程度反映了两种残基之间的平衡，区分了甲壳素和壳聚糖。当乙酰化程度高于60%时，该产物被称为壳聚糖，并可溶于酸性水溶液，被广泛用于生产壳聚糖的商业用途，是无毒的生物降菌基材。

淀粉是由葡萄糖分子聚合而成的多糖，淀粉分为直链淀粉和支链淀粉。直链淀粉是由D-六环葡萄糖经α-1,4-糖苷键连接组成；支链淀粉的分支位置为α-1,6-糖苷键，其余为α-1,4-糖苷键，淀粉具有成本低、可降解、成膜性好、种类丰富、应用广泛等优点，是一种适合大规模生产的可食用膜基材，常见的有玉米淀粉、绿豆淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉等。

纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，源于植物细胞壁，纤维素是由葡萄糖组成的大分子多糖，占植物界碳含量的50%以上。通常与半纤维素、果胶和木质素结合在一起，其结合方式和程度对植物源食品的质地影响很大。

海藻酸钠是从褐藻类的海带或马尾藻中提取碘和甘露醇之后的副产物，是一种天然多糖，因具有药物制剂辅料所需的溶解性、黏性和安全性，所以已经在食品工业和医药领域得到了广泛应用。单宁酸薄膜具有抗氧化性能，它们可能是传统包装材料的替代品。

普鲁兰多糖是一种由出芽短梗霉发酵所产生的类似葡聚糖、黄原胶的胞外水溶性黏质微生物多糖。普鲁兰多糖食品包装膜无色、无味、可食用，并且与其他高分子多糖相比，其显著优点为阻气性好，氧气和二氧化碳几乎不能通过。

脂质基可食用包装膜

脂质是来自动物、昆虫和植物等的天然化合物。近年来，食品工业一直关注脂类在涂料和食用薄膜中的应用。涂料和可食用膜中的脂质具有许多特点，可提供光泽、减少水分损失、降低成本和包装的复杂性。

植物精油是一种从芳香植物的叶、皮等部位提取出来的脂溶性天然化合物，具有多种生物活性，既可以促进细胞的新陈代谢，又具有抗氧化、杀菌、消毒的功能，还可以控制食源性致病菌和腐败菌的生成，减少脂质氧化，延长食品的货架期。

蜡通常是指植物、动物或者矿物质等所产生的油脂，常温下为固体、加热后容易液化或者气化，蜡易燃烧、不溶于水、具有一定的润滑作用。

树脂通常为无定形固体，其质脆，遇热发黏变软后再熔化，燃烧时有浓烟。树脂在植物体内分布广泛。

复合基可食用包装膜

复合基可食用膜通过将蛋白质、多糖和脂质等基材混合使用，发挥各类基材的性能优势，以完善包装性能。这类可食用膜可满足更多的包装需求，极具发展潜力，在目前研究较多且应用广泛。蛋白质基和多糖基薄膜的透湿透氧性优良，但其亲水性较好；脂质膜能够提供良好的保湿屏障，但薄膜表面具有针孔和裂纹，其不黏附性、不均匀性以及具有蜡质气味的缺点影响在食品包装领域的应用。可通过改变可食性膜中基材组分的含量与配比，获得理想性能的复合基可食性膜。

2 基材成膜方式

目前，根据最新可食用抗菌膜的成膜方法、制备形式不同，可食用膜的制备可以分为流延法、静电纺丝/喷雾法、涂层法、3D打印法和微胶囊技术。

流延成膜法

流延成膜法在制备可食用抗菌膜中最为常见，其特点是生产速度快、产量高，薄膜的透明性、光泽性、厚度均匀性等都极为出色，适用于工业化生产，但溶剂法生产的流延膜由于需要使用到大量有机溶剂，加热挥发去除溶剂和回收溶剂需要消耗大量能源。制备薄膜的方法是先将抗菌剂溶于有机溶剂，制成相对含量为10%～35%的黏稠溶液，并将其通过过滤、消泡，流延于平坦而均匀的旋转光滑支撑体上，经蒸发干燥制成一定厚度的薄膜，其均匀性好，表面平整干净。薄膜的厚度取决于聚合物溶液浓度、流延量及流延机速度。

静电纺丝/喷涂法

静电纺丝是生产亚微米或纳米级聚合物纤维的有效方法，所制备的纤维膜纤度细、比表面积大、孔隙率高，因而适合作为抗菌剂载体，目前应用大多只处于实验阶段，产业化批量生产还存在较大的问题。纳米纤维具有许多特性，例如纤维纤度细、比表面积大、孔隙率高，因而具有广泛的应用前景。静电纺丝是通过施加电场连续地将聚合物溶液或熔体聚合物的液滴吸引到一个细纤维中，然后沉积在一个接地的集电极上进行收集，纺丝参数（如电压、流速、距离、温度、湿度）会对静电纺丝过程中造成不同程度的影响。静电喷涂是一个利用电场力使液体雾化的过程。静电纺丝和电喷涂技术的区别基于聚合物溶液的浓度。当溶液浓度较高时，泰勒锥的射流逐步稳定，并通过射流鞭动进行伸长；当溶液浓度较低，射流由于不稳定，因此形成细液滴，溶剂挥发，最终微/纳粒子固化到收集板上或带电液滴喷射到接收液中固化得到微粒。

涂层法

可食用的涂层可以作为一种替代塑料包装的新兴技术，以延长食品的保质期。可食用的涂层或薄膜，虽然具有替代合成包装的局限性，但具有独特的特性，如可生物降解性、不含化学物质等。在食品表面涂布一层很薄、均匀、具有阻隔特性的薄膜，以减少食品表面与空气的接触，降低果蔬的氧化及酶促褐变的速度，操作简单且便于实现自动化生产，但目前由于其成本较高，对于此类材料的研究较少。

3D打印法

3D打印方法已应用于制药工业、生物组织工程和食品工业。3D打印作为一种新兴技术，在功能性材料的图案化制备中具有得天独厚的优势，具有生产速度快、周期短、成本低、污染小、适应性强等优势，可通过对所提供的材料进行逐层沉积，构建复杂3D结构的抗菌包装膜。适用于打印设计一致性高的印刷薄膜，但因技术限制，对3D打印食用膜的研究很少。

微胶囊技术

将微胶囊与包装系统结合主要有4 种形式：1）将微胶囊与包装基材原料进行混合，通过挤压吹塑或流延等方法制得包装膜；2）将微胶囊在液体中进行分散，并涂覆于包装材料表面；3）将微胶囊封入无纺布中，并放置在被包食品和包装材料之间的包装环境中；4）先将壁材固载于纤维基材料上，再将芯材包埋进入基材。目前国内对微胶囊技术与可食抗菌膜相结合的研究较少，国外有学者将微胶囊与淀粉等基材共混制成可食用膜，对水果进行涂覆，既能减少水果的水分流失，又能延长水果货架期，但因成本较高，目前并未实现工业化。

3 食品包装用防腐抗菌剂

目前，已经有许多抗菌剂在食品包装被广泛应用，在食品运用抗菌剂时必须遵循国家的指导方针和法规，例如由美国食品药品监督管理局（FDA）和美国环保署所制定的法规。使用抗菌材料应用于食品包装，需应用已经得到诸如FDA等授权机构批准的抗菌剂或者在加强或维持食品安全的浓度限量内允许使用的抗菌剂。抗菌剂一般分为天然抗菌剂、无机抗菌剂和有机抗菌剂，都可被添加到食品包装系统中。

3.1 天然抗菌剂

天然抗菌剂主要是从动、植物体内提取或经微生物合成而制得，其优点十分突出：抗菌范围广且安全性高，无毒、无害、环保，具有良好的生物相容性，资源丰富；缺点是耐热性能较差，药效期较短且生产条件及设备受制约。根据其主要来源可分为三大类：植物源天然抗菌剂（如茶多酚）、动物源天然抗菌剂（如溶菌酶、乳过氧化物酶）和微生物源天然抗菌剂（如金霉素、纳他霉素等）。

植物源天然抗菌剂

植物源天然抗菌剂根据提取工艺分为植物精油、植物提取物等。

植物精油是存在于植物体内的一类具有芳香气味的次生代谢产物，具有良好的抑菌抗菌效果，是一种来源广泛、安全环保、不易产生耐药性的天然抗菌剂，具有广阔的市场前景。

植物提取物指采用适当的溶剂或方法，从植物（或某一部分）为原料提取或加工而形成的物质，茶多酚、姜黄素等植物提取物可通过涂层或静电纺丝包封等技术应用于食品包装行业。

动物源天然抗菌剂

动物源抗菌剂有氨基酸类、天然肽类、高分子糖类等，资源十分丰富。动物源天然抗菌剂目前已成为抗菌剂的研究热点，如蜂胶、乳铁蛋白等。

微生物源天然抗菌剂

微生物分泌物和微生物自身都可用作抗菌剂，如纳他霉素、益生菌等。

纳他霉素是由土壤中的几种链霉菌发酵合成的一种天然生物防腐剂，具有良好的抑菌性，可以有效地抑制大部分霉菌、酵母菌以及真菌的生长。Namratha等开发了一种以酪蛋白、果胶、海藻酸钠和甘油对益生菌进行包封制备的薄膜，益生菌掺入的酪蛋白基可食用薄膜在抗菌和抗氧化性能方面得到显著改善，并增强了薄膜的结构、光学和热性能。此外，该薄膜能够实现包埋益生菌，可用于益生菌结合的酪蛋白基可食用薄膜包装食品。

3.2 无机抗菌剂

无机抗菌剂有两类，一类是金属（如银、锌、镁）或者其离子负载到一些多孔材料的制剂，其中银离子类抗菌剂的抗菌效果最好，无机纳米抗菌剂是一种纳米级、长效、耐热的抗菌剂，具有优良抗菌性能，且因其难以在人体内积累，安全性极高，应用较为广泛。利用金属的抗菌能力，将其加入到可食用材料中即可获得具有抗菌能力的包装膜；另一类是被光子激活的半导体氧化物（如TiO 2 、ZnO、ZrO 2 等），这种抗菌剂的加入会使材料表面附着金属，能清除羟自由基和活性氧，具有抗氧化活性，可以通过破坏微生物的正常生理活性从而达到抑菌的目的。

3.3 有机抗菌剂

大多数有机抗菌剂都是采用化学方法合成，具有抗菌活性的成分都是阳离子基团，因耐热性差、毒性大等特点使其应用受到一定的限制，有机抗菌剂主要包括季铵盐类、双胍类、醇类、酚类、有机胺类等。有机抗菌剂主要通过和微生物细胞膜表面阴离子结合逐渐进入细胞或与细胞表面的巯基等基团反应使蛋白质变性、代谢受阻从而起到杀菌、防腐及防霉等作用。有机抗菌剂的主要品种有香草醛、乙基香草醛类化合物，常将其应用于聚乙烯类食品包装膜中，克服了一般的有机抗菌剂耐热性差、易水解，有效期短的问题。

4 膜材料在食品包装中的应用

4.1 水产品

随着科学术的发展，可食用抗菌膜包装在水产品领域的应用越来越广，本文列举了部分可食用抗菌膜在水产品包装中的应用，如表1所示。

4.2 肉类

肉类在冷却、流通等环节易受外源污染，目前已有诸多研究表明可食用抗菌膜可以抑制微生物的生长，保障肉制品的食用安全，本文列举了部分可食用抗菌膜在肉制品包装中的应用，如表2所示。

4.3 果蔬

可食用抗菌膜不仅能够保证果蔬的品质，还具备一定的功能活性，人体可直接摄入果蔬和抗菌膜，增加营养摄入量。本文总结了部分可食用抗菌膜在果蔬包装中的应用，如表3所示。

4.4 其他食品

如表4所示，在其他食品包装方面，奶酪、火腿及坚果类食品由于水分含量低，可食用抗菌膜可以起到防止水分流失和氧气扩散的作用，同时，可食用抗菌膜可以提高含脂食品的稳定性，从而延长货架期。

4 结语

随着消费者对食品品质需求的日益提升，食品抗菌保鲜技术已逐步成为食品包装领域的重要课题之一。可食用抗菌膜是目前食品保鲜贮藏领域的重点研究方向，本文以可食用抗菌膜为落脚点，重点探究了包装基材、制备方法以及抗菌剂的种类等方面的内容，可食用抗菌膜已成为食品保鲜和包装领域不可或缺的技术手段。针对肉制品、蔬菜水果和其他食品等保鲜周期短的易腐食品，通过研究这些可食用抗菌膜的特性，一方面可以使用含有抗菌剂的新型可食用薄膜来抑制微生物（如大肠杆菌、霉菌）的生长和繁殖以延长食品的货架期；另一方面，可直接从营养物质（蛋白质、多糖和脂质）或从天然食物中提取其他成分（如植物精油、细菌素）用于制备具有防腐抗菌特性的薄膜，用于减少易腐食品的污染和分解。今后的研究应更多地聚焦于抗菌性和抗病毒的开发与选择、制备技术的改良，以及探究可食用抗菌薄膜、抗菌剂与食品本身的相互作用等方面。

本文《可食用抗菌膜在食品包装领域的应用及研究进展》来源于《食品科学》2023年44卷9期，作者：刘妍靖，李西月，刘跃洲，钱永芳，吕丽华，王滢。DOI：10.7506/spkx1002-6630-20220509-097。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：东北农业大学食品学院 胡婧瑶；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及百度百科。

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