可食用包装膜在食品包装中的应用及其发展趋势

包装是延长水果、蔬菜及加工食品保存期和保质期的重要手段之一。随着工业化的发展，食品包装行业对于塑料的需求量急剧增加。尽管塑料作为包装材料具有方便、价格低廉、机械强度高、成型容易、热封性能优良以及重量轻等优点，但大量使用塑料包装材料却给环境带来了严重的负面影响，因此，可食用包装膜逐渐引起了广泛关注。本文介绍了几种常见的可食用包装膜，探讨了它们在食品包装中的具体应用，并分析了可食用包装膜在食品行业中的发展前景，以期推动食品行业向更加安全、环保的方向发展。

一、可食用包装膜的类型

（一）蛋白基可食用包装膜

由植物来源的蛋白质制成的可食用包装膜包括玉米醇溶蛋白、小麦面筋、大豆蛋白、花生蛋白、藜麦蛋白和芝麻蛋白等，动物来源的成膜剂则包括角蛋白、蛋清蛋白、肌原纤维蛋白、胶原蛋白、明胶、酪蛋白和乳清蛋白。在众多可食用薄膜材料中，基于蛋白质的材料兼具包装和营养的双重功能，不仅适合整体包装，还可以用于部分食品的单独包装，尤其适用于无法单独包装的产品，如豆类、坚果和腰果等。

相较于脂质和多糖薄膜，蛋白质基可食用薄膜表现出更优异的物理性能和阻气效果，这主要得益于其紧密堆积和有序的氢键网络结构，但其阻湿性能相对较差。在高脂肪或油炸食品的包装中，脂质物质的氧化是导致食品质量下降和保质期缩短的主要因素，而蛋白质基包装膜能够有效抑制氧气的渗透，从而在一定程度上减缓氧化进程。此外，蛋白质的结构对透氧性也起着关键作用。据报道，由于其球形结构，玉米醇溶蛋白、小麦面筋蛋白、大豆蛋白和乳清蛋白基薄膜的透氧性优于胶原蛋白基薄膜。

（二）多糖基可食用包装膜

多糖是最丰富的天然聚合物，常见的多糖包括纤维素、半纤维素、淀粉、果胶及其衍生物，如海藻酸盐、普鲁兰、甲壳素和壳聚糖等，近年来这些材料被广泛用于制备可食用薄膜或涂层。基于多糖的可食用薄膜形成了有序的氢键网络，具有良好的阻氧性能，能够有效延长食品的保质期。然而，由于其具有亲水性，导致多糖基薄膜在防潮性能方面效率较低，因此在需要防潮保护的食品包装中效果有限。

多糖涂层具有无油、无色、透明的特点，适用于食品的外层包装，能够延长保质期而不引发厌氧环境。此外，多糖基薄膜可以采用湿法和干法进行成膜，工艺灵活多样，适用不同的场景。

（三）复合可食用膜

复合薄膜是一种多组分系统，将不同的疏水性和亲水性化合物混合，以优化其功能性能。通常情况下，形成聚合物基质的单官能化合物可以构建具有足够内聚性的结构基质，但单独使用时可能无法满足所有性能需求，如机械强度和阻隔性能等。极性生物聚合物可食用薄膜（如多糖和蛋白质）在低相对湿度下通常具备良好的阻气性和较佳的机械性能，但由于在高湿度条件下的亲水性，所以它们的阻水性较差。

相对而言，疏水性脂质在减少水分迁移方面表现优异，但由于其非聚合物特性，故机械性能较弱，不如水胶体薄膜。因此，将疏水性脂质与亲水性多糖或蛋白质相结合，可以制备出比单一化合物薄膜综合性能更优的复合薄膜。

（四）纳米颗粒食用膜

根据定义，纳米材料的粒径至少在1-100nm，过去十年中，纳米技术作为一种创新方法，已被应用于制造具有独特性质的纳米级有机和无机化合物。纳米材料在食品包装中的应用是一个新兴领域，将其掺入基质聚合物中已被证实是改善物理和机械性能的一种有效策略，这是传统材料无法实现的。纳米封装技术还可以通过生物活性天然材料合成高效的活性包装材料，显著提高生物活性化合物的稳定性和溶解性，从而形成性能优于传统活性膜的产品。许多研究者探索了生物基质聚合物与纳米粒子的不同组合，特别是纳米粘土因其高纵横比和表面积体积比，在改善材料的阻隔性和机械性能方面得到了广泛开发，也显示了纳米技术在提升食品包装性能方面的巨大潜力。

但对于科学界而言，纳米材料的安全性仍有争议。第一，纳米材料的毒性作用可能因其化学成分、粒径分布、颗粒形状和表面特性而异。在实验研究中，最常观察到的影响包括可能引发氧化应激，在某些情况下还可能导致炎症反应或遗传毒性。这些有害影响的强度与特定食品包装系统中纳米材料的剂量密切相关。第二，纳米颗粒根据其大小在穿透人体细胞的能力上有所不同。例如，直径为100nm的颗粒能够轻易穿透细胞，40nm的颗粒则可以进入细胞核，35nm以下的颗粒甚至可以穿过血脑屏障。第三，较小尺寸的纳米颗粒通常具备更强的催化能力，其活性氧的生成潜力、吸附速率和结合能力往往高于较大颗粒。目前，关于纳米颗粒安全性和毒理学效应的可靠数据尚未在公众领域广泛披露，因此亟需详细研究这些纳米粒子对人类健康及环境微生物群的影响，以确保消除潜在的不利影响。

二、可食用包装膜在食品包装中的应用

（一）水果和蔬菜

高湿度、微生物导致水果和蔬菜易腐烂，储存时间受限。使用适当的包装，如可食用薄膜或涂层，能够抑制脂质氧化、延缓水分流失、防止变色，减少污垢和灰尘的接触，捕捉挥发性风味化合物，以及作为抗菌剂和抗氧化剂等食品添加剂的载体，从而提升水果和蔬菜的外观、质量和保质期。

（二）奶制品

可食用包装膜在奶制品中的应用，不仅提升了产品的安全性和保质期，还为消费者提供了更健康、可持续的选择，是未来食品包装的重要发展方向。可食用薄膜可以防止空气中的氧化物和致病菌侵入，避免牛奶气味扩散，更好地保持其原有的口感、营养成分和维生素。可食用包装膜还可以抑制微生物的生长和氧化反应，有效降低奶制品中的细菌数量，减少腐败现象，显著延长奶制品的保质期。

研究表明，将具有抗菌和抗氧化特性的可食用薄膜应用于奶制品包装中，可以显著提升产品的安全性和新鲜度。此外，可食用薄膜还可以通过添加天然香料或功能性成分，进一步增强奶制品的风味和营养价值。例如，某些薄膜中添加了益生菌成分，不仅为消费者提供了额外的健康益处，还提升了产品的市场竞争力。

（三）肉类

肉类及肉制品因其独特的风味和营养价值深受消费者欢迎，但由于微生物和化学变化，它们极易变质，因此对保存条件提出了较高要求。可食用包装因其在改善肉类的物理化学特性和感官品质方面的显著作用，正越来越多地被应用于肉类及肉制品的保存中。

（四）海鲜食品

由于微生物的快速繁殖，海鲜食品的保质期通常较短，近年来，可食用包装逐渐发展为提高海鲜食品储存稳定性的有效策略。比如基于壳聚糖和明胶的可食用薄膜或涂层，通过减少变质、抑制挥发性化合物和氧化物质的积累，可以最大限度地降低重量损失，有效保持海鲜食品的质量，并延长保质期，改善质地和颜色。

三、可食用包装膜的未来展望

近年来，可食用薄膜在食品加工副产品中的应用愈加广泛，不仅实现了工业副产品的增值，还因其低成本特点推动了可食用薄膜的经济化开发，为薄膜制剂的创新发展提供了更多可能性。随着可食用包装膜的研究持续推进，薄膜的形成、活性包装的开发和纳米技术的应用中都引入了新的原材料，旨在开发性能媲美传统合成聚合物的生物聚合物，并利用农业副产品作为原料以降低生产成本。

尽管可食用薄膜具有诸多优势，但也面临重大挑战。

第一，目前各国针对食品包装中纳米材料的具体立法尚不完善，且各国规定不一。根据美国的法规，可食用薄膜和涂层可被归类为食品成分、添加剂、接触材料或包装材料，因此美国食品和药物管理局（FDA）要求其配方成分需具备“普遍公认为安全”（GRAS）状态。根据英国食品科学与技术研究所（IFST）的指导意见，除非有明确的安全证据，纳米材料应被视为潜在危险物质。欧盟的立法则要求提供纳米材料风险信息，并对纳米材料进行法律定义，尺寸是纳米材料监管的重要标识符。

第二，由于薄膜显影过程中可能发生化学变化，食品包装膜可能转化为有毒物质，用于增强薄膜性能的交联剂也可能引发毒性物质的生成。一项研究探讨了基于氧化石墨烯及其衍生物的甲基纤维素基薄膜对人体肺部细胞的毒性影响，结果显示，还原氧化石墨烯的毒性低于氧化石墨烯。改性技术和成分选择在食用膜的安全性中至关重要，但相关研究较为有限。此外，薄膜中添加纳米材料也可能带来多种潜在的毒理学影响。

第三，虽然已有多种方法尝试改善薄膜性能，使其与石油基聚合物相当，但机械性能不足、耐水性和耐气性较弱等问题仍然限制了其在食品中的广泛使用。为应对这些挑战，研究人员开发了复合薄膜和纳米复合薄膜，但采用多层方法生产复合薄膜时，容易因分层而失败，而且制造多层薄膜所需的时间、能源和成本都较高。

第四，热密封性是薄膜的另一个关键特性，但生物基薄膜的最佳密封温度范围较窄，导致其在高温下更易出现底部密封不严和炭化的现象，从而影响其的应用。此外，商业化可食用薄膜技术的一大限制是无法生产大尺寸薄膜（大于25cm），并且难以保持均匀的厚度，干燥时间也较长（需要2-3天）。

第五，纳米技术的应用被视为可食用薄膜的一大发展趋势，但纳米材料在基质聚合物中的分散和均匀性及其经济性仍然面临不少挑战。而且，由于缺乏关于纳米材料和其他成膜成分的毒理学信息，消费者对其安全性仍有顾虑。

综上所述，可食用薄膜作为一种健康的食品保护手段，因其天然、廉价、可再生的特性，展现出良好的应用前景。为了促进其成功推广，未来的研究应聚焦于提高薄膜的性能、安全性与监管力度，同时探索新的来源，以达到大规模标准化生产。

作者简介：臧婧伊（2004-），女，汉族，辽宁鞍山人，大学本科在读，研究方向为软件工程。