食品包装用壳聚糖薄膜的研究进展

食品包装用壳聚糖薄膜的研究进展

李育雄

中山市朗科包装有限公司  中山市  528400

摘要：生物聚合物薄膜已被证明是开发功能性包装材料的优良基质，它加入了如抗菌剂、抗氧化剂、营养素和胶原蛋白等添加剂，这些制剂在储存过程中被释放到动物源性食品中，提高了食品安全性。其中，在生物聚合物基可降解薄膜中加入抗菌剂是活性食品包装技术的重大进展之一。目前，各种生物活性物质如植物提取物、壳聚糖、金属纳米粒子等抗菌剂，已广泛应用于抗菌包装系统。可生物降解抗菌活性包装膜也已经应用于果蔬、肉品、乳制品及水产品等食品中。本综述重点介绍了可生物降解抗菌活性包装膜在动物源性食品中的现状和应用，以期为可生物降解抗菌活性包装膜在动物源性食品的生产、运输和贮藏保鲜中的工业化应用提供理论依据。

关键词：壳聚糖；包装膜；机械性能；阻隔性；抗菌性；抗氧化性

引言

在食品包装领域，黏性液态食品难以彻底倾倒，部分附着在包装内表面，易造成食品浪费，增加包装回收难度，并滋生有害物质等问题。一些非牛顿流体，如蜂蜜、番茄酱、酸奶等，其高黏度和复杂流动性常常导致食用后部分留在包装容器内表面，造成大量资源浪费。调查显示，当消费者认为包装已被清空时，测试包装中的产品平均剩余总容量的3%~10%，因此，针对食品包装开发防粘材料、防粘涂层备受关注。

1壳聚糖分子式及简介

壳聚糖是一种天然高分子化合物，其化学名称为（1,4）-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡聚糖，颜色通常为白色或淡黄色，是通过甲壳素的过度脱乙酰作用制备的，甲壳素在自然界中广泛存在，是仅次于纤维素的第二丰富的多糖，因此从中提取的壳聚糖是一类巨大的潜在资源。对比甲壳素，壳聚糖结构上多出-NH2基团，该基团可与大部分重金属离子配位结合，从而可应用于废水处理，同时其天然活性的直链阳离子结构具有优异的抑菌效果，因此可适用于食品包装。但又基于较高的结晶度和玻璃化转变温度，使得壳聚糖制成的材料力学性能不足，且气体阻隔性与耐水性也不佳，大大减少了它在实际应用中的可能性。对此常选择将壳聚糖与别的材料进行化学交联，得到新的性能优越的壳聚糖衍生物，以此提高其应用范围。

2塑料在食品包装设计中应用的优势分析

食品的包装往往需要根据食品的形态采取不同的材料。液体多采用陶制品、玻璃制品等便于储存和运输的材料。固态食品则采用纸制品、植物材料，如竹编篮筐、宽大的叶子。这样的材料可以多次重复利用，但相比较塑料来讲便携程度还是不足，并且造价相对高，加工成本会影响商品成本。在塑料产生以前，可用于食品包装的材质种类有很大的局限性，自从塑料被发明出来之后，就开始被广泛应用到了各种各样的包装领域，而食品包装领域是其中一个重要的应用领域。食品级塑料包装在目前的食品生产和销售过程中应用非常广泛，为食品的包装提供了更多的包装形式与可能性，便捷程度也大大提高了。虽然当下常见的食品包装材料种类很丰富，塑料、玻璃制品、纸制品材料以及各类金属各自发挥其重要作用，使目前的食品行业和食品包装设计行业蓬勃发展，也给制造商和包装设计工作者提供更多的发展创作空间。但是综合生产成本、印刷技术以及塑料材料优质的特点后，塑料材料制品在食品包装中的应用市场中占据非常大的比重，成为了更多制造商和费者的第一选择。

3纸质包装材料防粘方法

纸质包装材料的主要成分为纤维素，因组成纤维素大分子的每个葡萄糖基中含有3个醇羟基，对极性物质有很强亲和性。基于层层自组装技术，在纸表面采用交替浸渍法制备了超疏水纸。首先，将纸交替浸入带相反电荷的溶液中，溶液组合包括：a.TiO2悬浮液、海藻酸钠溶液；b.卡拉胶溶液、壳聚糖溶液、纳米粘土悬浮液；c.阳离子淀粉和海藻酸钠溶液。在纸表面形成粗糙的多层膜后，浸入阴离子巴西棕榈胶体蜡乳液或用三氯甲基硅烷处理，得到超疏水纸，水接触角达154°，经20d储存水接触角仍保持在155°以上。该方法所用原料和制备过程绿色、安全，适用于食品包装，在包装液态食品方面很有前景。通过喷涂法在纸表面形成粗糙结构也是常用的制备超疏水纸的方法，SiO2纳米颗粒常作为构建粗糙结构的关键物质。以蓖麻油基生物硫醇为基体树脂，添加到SiO2纳米颗粒分散液中得到悬浮液，喷涂纸表面，在紫外光照射下固化形成超疏水涂层，涂层耐久性好，在可持续超疏水包装材料方面有应用前途。用淀粉复合液涂覆纸张，以增强纸张和纳米粒子的粘合，再将疏水SiO2纳米粒子悬浮液喷洒在湿淀粉表面，烘干后得到耐久性超疏水纸，其水接触角达162°，且耐磨、抗弯折，这种方法为制备具有工业规模的耐用型超疏水防粘纸提供了思路。

4壳聚糖薄膜的制备工艺

4.1提取溶剂的选择

溶剂对6种酚类的溶解性影响提取溶剂的选择。依据6种酚类物质的极性，选择甲醇、丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷4种溶剂进行探究。二氯甲烷的提取效率最差；乙酸乙酯对于TCBPA、OP、4-NP具有较好的提取效率，但是对BPA、BPB、BPF的提取效率不佳；甲醇对6种酚类都具有较好提取效率。这是因为6种酚类化合物是弱极性化合物，根据相似相容原理，与其极性越相近的溶剂萃取效果越好。4种萃取溶剂中，极性最强的丙酮、极性最弱的二氯甲烷对6种化合物的萃取效果较差；而极性居中的甲醇和乙酸乙酯的萃取效果相对较好，乙酸乙酯对于6种酚类的萃取效率均高于80%，甲醇对于6种酚类化合物的萃取效率均大于90%，因此甲醇为最佳提取溶剂。

4.2酸碱法

酸碱法提取甲壳素工艺是以虾蟹壳为原料，在实际操作中发现，虾壳和蟹壳的成分中大约含有10%~25%的甲壳素，且原料简单易得。提取过程可分为三大步：脱蛋白质和油脂、脱无机盐、脱除色素。对于甲壳素的脱色有如下两种办法：日照和高锰酸钾氧化。但二者都存在缺陷：日照耗时较长且会导致甲壳素颜色偏黄；高锰酸钾具有强氧化性，需用还原剂还原，还原不彻底会对环境造成危害。酸碱法的缺陷有：（1）提取、纯化技术工序过于复杂，浪费时间的同时增加生产成本；（2）产品制造过程中对酸碱的需求量太高，浪费资源且对环境不友好；（3）实际甲壳素分子脱乙酰化的比率较低，产生的壳聚糖品质比较低劣。

4.3萃取方式

目前世界上对于氯丙醇的检测方法最为标准、运用最广的是美国AOAC法，该方法通过添加内标物、吸附及洗脱来处理样品。我国对于氯丙醇的检测也有国家标准。国家标准检测法的样品前处理是以硅藻土为吸附剂，后进行固相萃取，为了达到除去非极性杂质的目的，用正己烷和无水乙醚（体积比9∶1）的混合溶液淋洗，最后用无水乙醚进行洗脱。对于固体样品，通常需将固体样碾碎。用甲醇、乙醚等有机溶剂进行索式抽提，然后通过氮气把吸附小柱中的有机溶剂吹干，随后通过甲醇、乙醇等有机溶剂进行萃取，最后用乙酸乙酯洗脱。对于液体样品处理，大部分研究员采用固相萃取的方式，以硅藻土作为萃取小柱的填料，采用正己烷和乙醚（体积比9∶1）的混合液作为淋洗液，然后使用乙酸乙酯洗脱。关于纸张中氯丙醇检测的文献较少，目前现有的方法是将纸张剪碎浸泡，然后通过固相萃取的方式，以硅藻土填料的萃取小柱进行萃取，通过乙醚淋洗。

4.4荧光增白剂

荧光增白剂属于荧光染料的一种，能够有效地帮助纸张改善当前的颜色，荧光增白剂所需成本较低，因此经常应用到纸张制作中。随着人们生活水平的不断提升，人们的环保意识逐渐增强，对纸张需求的提升使得人们开始重视纸张的外表，要求纸张颜色更加符合人们的常规审美，因此荧光增白剂被滥用。荧光增白剂的迁移状态是随着温度的变化而发生改变的，在包装一些带有热量的食物时会产生极大的安全隐患。为了最大程度保障人们的生命健康，我国的相关法律已经不再允许在食品接触纸中添加荧光增白剂等染料物质，且对食品接触纸中包含的荧光增白剂含量在出厂时进行检测。国内研究学者陈龙凤等人对某地的食品接触置当中包含的荧光增白剂的剂量进行了调查，发现在当前的一些饭盒、纸袋类的产品当中依然含有大量的荧光增白剂，甚至有些产品当中存在多种不同的荧光增白剂等化学物质，出现这样情况的原因可能是一些厂家对食品接触纸进行回收再利用，或是添加多种荧光增白剂来提升效果。这些荧光增白剂超量的食品接触纸，应当被送交到本地的市场监督管理局当中进行处理。

4.5增加气体扩散途径

壳聚糖薄膜的阻隔性能的提高可以通过增加气体的扩散途径来实现。明胶和他拉胶的加入可以使壳聚糖复合膜的厚度和表面密度有一定程度的增加，薄膜的阻水性能提升从而降低食品因受潮而变质的可能性。苹果多酚作为添加剂添加到壳聚糖薄膜中后，薄膜的密度与厚度增加，水分子的渗入时间延长，起到隔绝水分的作用，因此，苹果多酚同样可以起到降低薄膜水蒸气透过率的作用。SunL等通过实验分析得到，在一定范围内，加入苹果多酚的含量与制得的复合膜的水蒸气透过率呈负相关—苹果多酚的含量每增加1wt%，水蒸气透过率都会降低30%[38]。菜籽油等疏水性油脂常被用于改善高聚材料的阻水性能，改善机理是加入疏水性油脂会降低薄膜中亲水性物质的含量，并且均匀分布在壳聚糖薄膜分子空隙中的油滴，降低了薄膜的水蒸气透过率。在上述研究中证明，当菜籽油质量分数为16wt%时，壳聚糖薄膜的水蒸气透过率下降近20%。茶多酚降低聚乙烯醇-壳聚糖复合膜氧气透过率的作用机理是，茶多酚的加入可以加强复合膜中分子间的作用力，使其网络结构更为紧密，氧气的透过时间增长，从而增强了阻隔性能。当加入质量分数为2%的茶多酚时薄膜氧气透过率最小，为6.33cm3/(m2d·)。

结束语

塑料在食品包装设计中的应用极广，但这也仅仅是整个社会塑料生产大军的一部分，塑料的应用还体现在工业、医疗等更多方面。由此可见塑料垃圾数量之巨大。需要人们提高环保意识，从生产到使用再到处理回收形成完好的体系，才能有效缓解环保问题。在食品包装环节应将绿色设计理念贯穿于食品包装设计的全过程。提倡尽可能使用环保材料进行包装设计，设计师应打破使用塑料的固有思维，创新出更多环境友好型包装材料，使用多种材质提高食品包装的趣味性和观赏性，用多种材料凸显各类商品的特征，使设计更立体、更具有设计特色。

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