食品智能包装膜的研究进展

作者: 黄维 吴永军 王滢 陈荣华

摘 要:本文综述了食品智能包装膜的研究进展,重点总结了其在肉制品保鲜、水产品保鲜、抗菌、防氧化、智能显色、pH敏感方面的研究。目前,食品智能包装膜的研究主要集中在功能性方面,而对安全性的研究还不够充分,食品智能包装膜仍有很大的发展空间。

关键词:智能包装膜;食品保鲜;应用前景

Research Progress of Intelligent Packaging Membrane for Food

HUANG Wei, WU Yongjun, WANG Ying, CHEN Ronghua

(Department of Food Engineering, Ma’anshan Teacher’s College, Ma’anshan 243041, China)

Abstract: This paper reviews the research progress of food intelligent packaging film, focusing on its application in meat product preservation, aquatic product preservation, antibacterial, anti-oxidation, intelligent color development and pH sensitivity. At present, the research of food intelligent packaging film mainly focuses on functional aspects, but the research on safety is not enough, and there is still a lot of room for development of food intelligent packaging film.

Keywords: intelligent packaging film; food preservation; application prospect

1 活性包装技术

随着人们生活水平的提高,对食品安全的要求也越来越高。传统的食品包装材料已经无法满足人们对食品安全的要求[1-2]。传统的包装方式主要是通过阻挡和隔离,以保持食品的质量在可接受的范围内。然而,随着智能包装膜的出现和应用,包装方式发生了重大的变革[3]。智能包装膜不再是被动性的保护材料,而具备主动性的功能,可以提供更加主动的食品保护。为满足人们对食品安全的需求,许多新型的智能包装材料被开发出来。

智能活性包装膜可与外部环境积极互动,具备方便、沟通、保护和包容4个基本功能[4]。智能活性包装膜可以吸收不利于保鲜的成分或释放有益于保鲜的成分。此外,智能包装膜还具备抗菌和抗氧化的功能,从而起到防腐保鲜的作用。智能活性包装膜能够积极改变包装条件,提高食品的安全性,延长食品的保质期,提高食品的感官特性,从而确保食品的质量和安全性[5-6]。

智能活性包装技术的发展为消费者提供了更多选择[7]。然而,为了更好地满足市场需求,智能活性包装技术还面临一些挑战,如降低成本、提高包装材料的稳定性等。未来研究的重点可以放在开发低成本的天然材料制备智能包装膜方面,以提高其可行性、扩大其应用范围。这将促进智能包装技术的进一步发展,从而更好地满足人们对食品安全的需求。

2 智能包装膜在不同领域的应用

2.1 肉制品保鲜

在肉制品智能包装膜的研发过程中,主要关注将不同功能的成分添加到成膜材料中,并研究相应的保鲜指标。目前,对于猪肉智能包装膜的研究较为广泛。

胡郑[8]使用活性物质根皮素胺乙基醚(Aminoethyl-Phloretin,AEP)和聚丙烯酸/聚乙烯醇(PAA/PVA)作为原料,研发了一种pH响应型智能食品抗菌膜,并将其应用于肉品保鲜领域。将活性物质AEP作为抗菌抗氧化成分加入PVA/PAA3载体中制备PVA/PAA3-AEP靶功能膜。该膜对DPPH·的净化效率为80%,自由基抗氧化活性优良;同时能抑制细菌的生长,能够抑制71%的单核细胞增生李斯特氏菌、76%的金黄色葡萄球菌、3.6%的大肠杆菌。功能膜能在25 ℃条件下可将猪肉的保质期延长到4 d。pH响应PVA/PAA3-AEP3功能膜控释反应在智能食品包装领域具有广阔的发展潜力[9]。

杨铭[10]以壳聚糖和纤维素硫酸钠为成膜材料,添加姜黄素、柚皮苷、葡萄籽原花青素等功能活性成分,制备了新鲜度指示的复合食品包装膜。含姜黄素的壳聚糖/纤维素硫酸钠复合膜具有优良的物理、生物学性能,在监测猪肉新鲜度的同时,可应用于猪肉保鲜[9-11]。

王圣[12]采用可降解材料结合从天然原料中提取的花青素制备了活性智能包装膜,将这种活性智能包装膜应用在猪肉的新鲜度检测和保鲜中,用麦氏酸活化的呋喃和葡萄皮花青素作为肉类新鲜度的指示剂。李宁[13]结合聚氯乙烯、聚乙烯醇、淀粉和金属有机框架材料,开发了一种新鲜度指示型的包装膜,可用于监测猪肉和鱼肉的新鲜度[14]。

王芳[15]从不同天然植物原料中提取出4种不同的花青素,然后用壳聚糖和淀粉作基质材料,甘油作为增塑剂,制备出能检测猪肉新鲜度的复合膜。这些复合花青素膜可用于检测猪肉的新鲜度,其中黑麦花青素表现出最佳的性能[16]。胡灿[17]则以农牧废弃物油菜秆为原料,制备了载银混杂纳米纤维素/乙基纤维素抗菌复合膜和pH颜色响应智能包装膜。在抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌方面,这些复合膜均表现出良好的性能,尤其对大肠杆菌的抑菌性能更强。智能包装膜对鱼肉和猪肉的新鲜度指示效果明显。

李晨[18]利用Schiff碱的酸敏特性,研究最容易发生腐败变质的食品表面,研发出新型的纳米包装膜。这种纳米包装膜能够对食品的pH信号进行响应,同时根据响应信号对抗菌剂的释放进行动态调节。进一步的研究表明,这种膜在猪肉的保鲜防腐方面表现出较出色的效果。

ZHANG等[19]制备了监测猪肉的新鲜度的智能包装膜,通过将承载花青素的卵蛋白-海藻酸丙二醇纳米复合物添加到聚乙烯醇中制备该膜。猪肉新鲜度在降低的过程中,该膜的颜色会发生显著变化,从紫红色变为深蓝色,说明该膜可用于监测肉制品的新鲜度。

PIRSA等[20]制备了猪肚片的新型包装材料,该包装材料是以聚乙烯醇、壳聚糖、从红卷心菜中提取的花青素为原料制成的。在弱碱性条件下,薄膜会变黄,表明该膜可用于指示肉制品在贮藏过程中的腐败情况。

RAJI等[21]制备出pH敏感膜,该膜是用壳聚糖作为基础,将海泡石矿物纳米黏土和红甘蓝花青素分子作为功能添加剂。该膜在pH值低于6时呈粉红色,在pH值高于6时呈现出黄色,可根据膜的颜色变化指示牛乳的变质情况。

2.2 水产品保鲜

在水产品智能保鲜膜研究领域,研究者采用相关方法制备了智能膜,对冷藏带鱼、巴沙鱼、黑鲈鱼片、大黄鱼、虾和鱼等进行了保鲜研究。

刘佳琳[22]利用溶液浇筑法制备基于聚乙烯/纳米氧化锌/醇壳聚糖/花色苷的活性智能包装膜,研究其对冷藏带鱼的保鲜效果并进行了新鲜度监测,研究结果发现该膜通过释放抑菌成分从而达到抑菌效果,同时还可以延缓各种氧化指标的上升。

刘迪[23]制备出一种将皮克林乳液添加到淀粉和聚乙烯醇基材中的智能包装膜。皮克林乳液膜在巴沙鱼保鲜方面效果突出,具有良好的抗氧化和抑菌的性能。秦燕[24]制备出一种可对黑鲈鱼片进行冷藏保鲜和新鲜度监测的活性智能包装膜,使用的原料是木薯淀粉、聚乙烯醇、通过纳米包埋技术增强花色苷稳定性的黑枸杞花色苷。

岳志敏[25]利用紫甘蓝花青素和低酰基结冷胶制备了活性智能包装膜,该膜具有抗氧化活性,并能指示鲜度。研究结果显示,活性智能膜的色差与鲜度指标之间存在显著相关性,可用于对大黄鱼的新鲜度指示。此外,活性智能膜还能有效减少猪油的氧化酸败程度,表现出优异的保鲜性能。

李密[26]以聚乳酸为基础,通过纳米强化制备了基础膜,并采用静电纺丝技术原位复合活性层,制备了3种功能复合膜(pH智能指示复合膜、抑菌功能可再生复合膜、迁移型抑菌复合膜)。这些功能复合膜被应用于生鲜农产品(鱼肉、黄瓜)的保鲜和贮藏,实现了延长保质期和智能指示新鲜度的目标。

刘景荣[27]通过流延法制备了一种新型的pH感应食品包装膜,该膜以黑枸杞提取物和κ-卡拉胶为基质,具有较好的抗氧化性能。这种复合膜已经成功用于对虾和牛奶的新鲜度监测,为后续研究提供了有力的支持。郑舒文[28]在鱼的新鲜度监测中使用了一种新型薄膜,该薄膜在制作过程中添加了甘油和羧甲基纤维素混合红肉火龙果肉色素作为天然pH响应色素。研究结果表明,该薄膜能够对鱼腐败程度的潜在指标挥发性二甲胺进行比色响应。

EZATI等[29]使用溶液浇铸法制备富含花青素的茜草色素-壳聚糖pH响应复合膜,并用该膜进行鱼肉品质的监测。研究发现,随着鱼肉储藏时间的增加,鱼肉的品质逐渐下降,膜的颜色会由微黄色变成浅棕色最后变为紫色。毕会敏等[30]采用流延法制备以大豆分离蛋白作为基材,紫薯花青素作为指示剂的智能包装膜,使用该膜对鱼肉的新鲜度进行监测,膜的颜色会随着鱼肉的腐败变质发生变化。王文娇[31]制备了具有pH响应性的淀粉/琼脂-花青素复合膜,该膜能对于牛奶、猪肉和鲜虾的腐败情况进行指示。

程萌等[32]采用流延法以乙酰化和磷酸化双改性木薯淀粉为原料、以花青素作为颜色指示剂制备新鲜度指示型包装膜。可通过膜的颜色变化指示鱼片的新鲜程度。ZHANG等[33]向壳聚糖薄膜中添加具有pH敏感的从紫荆花中提取的活性物质,制成可以指示鱼片新鲜度的智能保鲜膜。

2.3 抗菌、防氧化、智能显色

刘婉莹[34]以半乳甘露聚糖为原料,利用乙酸酐进行疏水改性,加入脱乙酰几丁质作为增强剂、纳米氧化锌作为功能改性剂,成功制备了半乳甘露聚糖基食品包装膜。该复合膜表现出了优良的抗菌性能,能够较好地抑制枯草杆菌和大肠杆菌的活性。

吴富奇[35-36]采用可降解塑料聚乙烯醇和木薯淀粉作为基材,制备了一种具有复合活性的新型食品包装膜。通过添加甘油和乙酸,制备了聚乙烯醇/木薯淀粉复合膜。研究表明,该复合活性包装膜具有较强的抗菌性能。增加LAE的含量可以有效阻隔紫外线和可见光,并具有抗氧化的作用。此外,还可以在聚乙烯醇/木薯淀粉/LAE复合活性包装膜中添加显色剂桑葚花青素,制备智能显色活性包装膜,该膜的颜色可以随pH值的改变而发生变化。

吴悦寒等[37]利用溶剂挥发法制备复合膜,该膜可通过颜色变化指示食品的剩余货架期,同时因为该膜能释放杀死微生物的成分,从而起到延长食品保质期的作用。

郭浩[38]制备出一种新鲜度比色传感型智能食品包装膜,主要采用山竹壳提取物和荔枝壳提取物作为原料,并添加其他不同成分,可用于延长食品的货架期。何迎[39]采用包封技术和添加辅色素的方式,对花青素进行保护和增色,以提高花青素和花青素智能膜的稳定性。同时利用胶原蛋白水解物和阿魏酸的天然优势,改善生物聚合膜的结构和功能特性,开发出具有稳定性、高抗氧化活性、抗菌活性的花青素智能包装膜。研究发现,阿魏酸可以提高花青素智能膜的储藏稳定性、抗氧化活性和抗菌活性,并提高花青素智能膜的鲜度指示灵敏度。

2.4 pH敏感

廖伟[40]以罗非鱼皮为原料,利用谷氨酰胺转移酶改性制备明胶薄膜,并优化了不同pH值条件下制备具有pH值敏感性功能的花色苷-明胶活性智能包装膜。同时评价了这些薄膜的基本性能,并研究了其在不同酸碱介质中接触后的颜色变化。马倩云[41]使用天然多糖TG、甘油、酸水解纳米纤维素、聚乙烯醇、季铵盐改性氧化纳米纤维素、葡萄皮提取物及姜黄素等材料制备了pH响应膜。这些膜材料同时具备抗氧化、抗菌、智能响应的特性。

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