可食性膜的種類及性能

國外得到廣泛研究和應用的膜有多糖膜、蛋白質膜、脂質膜和復合膜四種。
(1)多糖膜
主要有纖維素的衍生物、淀粉及海藻酸鹽、卡拉膠、果膠、殼聚糖等形成的膜。
①纖維素衍生物。對纖維素進行化學改性而得到的衍生物，膜的特性如表12-10所示。這些纖維素衍生物膜有良好的阻油性，彈性好，透明、無色無味，溶于水，但阻濕性、阻氧性、機械強度一般。MC的親水性雖然最小，但仍然難得到阻濕性較好的膜；HPC是一種熱塑性膠體，因而可采用澆注、擠壓的方法在食品表面形成膜。
②淀粉。直鏈淀粉含量高的淀粉可形成膜，淀粉膜呈透明狀，在低pH條件下的透氧性非常小，但淀粉膜的阻濕性很小。據報道，含高直鏈淀粉的玉米淀粉（71%直鏈淀粉）形成的薄膜在相對濕度(relativehumidity,簡稱RH)低于100%時測不出透氧性，并且與薄膜的增塑與否無關。通常增塑劑的添加會增加鏈的運動而導致透氣性增加。直鏈淀粉含量高的淀粉與1，2-環氧丙婦進行部分醚化作用后生成羥丙基淀粉，此淀粉形成的膜沒有阻濕性，但其阻氧性非常強。在杏仁上的應用表明，經丙基淀粉膜可阻止儲藏期間的氧化變質。
③海藻酸鹽。海藻酸鹽可通過在其溶液中加人鈣鹽來形成薄膜。海藻酸鹽膜具有很好的阻油性和阻氣性，但阻濕性很差。在食品表面涂上海藻酸鹽膜可防止食品失水，但這不是因為膜的阻濕性很好，而是因為膜通過失去本身的水分來保護食品的水分，即它只能看做是一種犧牲劑。海藻酸鹽膜的良好的阻氣性可用來包裹高油脂食品而防止食品發生脂質氧化，從而改善食品的風味、質構。
④卡拉膠。卡拉膠可通過冷卻熱溶液形成薄膜。卡拉膠膜在許多食品中得到廣泛應用，可用來防止食品污染微生物、防止食品失水和氧化。在防止食品失水方面，它也是一種犧牲劑。
⑤低甲氧基果膠。低甲氧基果膠在鈣離子的存在下可通過凝膠作用形成薄膜。它的阻濕性很小，即水蒸氣透過系數（watervaporper?meability，簡稱WVP)很大，通過添加蠟可提高其阻濕性。低甲果膠膜可防止食品失水，其原理與海藻酸鹽相同。
⑥殼聚糖。殼聚糖是由甲殼素經脫乙酰作用得到的，它形成的膜具有透明、彈性好、阻氧性強等特點。殼聚糖膜可防止真菌污染、腐蝕食品；果蔬表面包裹殼聚糖膜，則可有效地調節果蔬周圍02和?)2的組成，在一定程度上抑制果蔬的有氧呼吸強度，從而提高其貨架期。
⑦苗霉多糖、果聚糖。這兩種糖是微生物產生的胞外多糖，它們形成的薄膜具有很好的阻氧性。因此，包裹在食品及藥品的表面，可阻止外界氧氣進入食品或藥品內，從而提高其保質期。
(2)蛋白質膜
在國外研究較多的有膠原蛋白、明膠及玉米醇溶蛋白、小麥面筋蛋白、大豆分離蛋白、小麥分離蛋白、醅蛋白等形成的膜。
①膠原蛋白。膠原蛋白在動物的結蹄等組織中含量很豐富，在一定條件下可形成可食性薄膜。所形成的膜雖然阻濕性較差，但有較好的機械性能和優良的阻氧性，其阻氧性能隨環境相對濕度的增加而降低。膠原蛋白膜是得到最成功應用的蛋白質膜，在香腸、煙熏肉制品如火腿等的加工中已得到廣泛的應用。它不僅可賦予這些肉制品的結構完整性，而且可防止氧氣和水蒸氣與制品接觸，提高制品的貨架期。
②明膠。明膠是由膠原蛋白水解得到的。明膠屬熱可逆性凝膠，冷卻熱的明膠水溶液就能形成凝膠。明膠薄膜具有較好的阻止氧氣、油脂等在食品中遷移的能力，因此在食品中得到廣泛應用，可防止食品因氧氣或油脂的存在而發生氧化變質。如果在明膠薄膜中添加抗氧化劑或防腐劑，則效果更好。明膠薄膜的阻濕性較差，可將其與乳酸、單寧酸或鈣離子進行交聯作用而提高其阻濕性。
國外研究的其他蛋白質膜包括玉米醇溶蛋白（簡稱CZ)、小麥面筋蛋白（簡稱WG)、大豆分離蛋白（簡稱SPI)、小麥分離蛋白（簡稱WPI)和酪蛋白（簡稱CS)。這些蛋白質薄膜的機械性能與膠原蛋白膜相似，但它們具有較高的水蒸氣透過性。在這些膜中加入石蠟或其他脂質則可提高其阻濕性能。CZ、WG、SPI和WPI膜在相對濕度為0~50%時具有很小的透氧性，但隨相對濕度的增加，其阻氧性降低。
(3)脂質膜
用作保護涂層的脂質化合物很多，美國FDA允許在食用膜中使用的常見脂質化合物有：脂肪酸，脂肪酸甲酯、乙酯，脂肪酸嗎啉鹽，蔗糖脂肪酸酷，液體石蠟，固體石蠟，石油石蠟，米糠蠟，失水山梨糖醇三硬脂酸酯，聚乙二醇等。這些脂質要么作為主要的成膜物質，要么作為一種添加劑如增塑劑、乳化劑等加人膜中以改善膜的其他性能。脂質的極性較低，因此它們的主要功能通常是阻止食品失水，所以特別適用于果蔬的涂層保鮮。脂質薄膜可防止新鮮果蔬脫水，調節新鮮果蔬的呼吸作用，降低果蔬的腐敗程度。
脂質膜對氧氣、水蒸氣等的滲透性與其化學組成和結構有關。如脂肪酸和脂肪醇單獨成膜時，因缺乏結構的完整性和穩定性，膜的滲透性很大，因此常常是和其他的成膜物質如多糖、蛋白質等混合形成復合膜；可食蠟形成的膜具有優良的阻濕性和阻氣性，這是由于膜中存在脂質晶粒。但蠟的滲透性能取決于脂質晶粒的排列方式及脂質晶粒與滲透劑（氧氣、水蒸氣等）滲透方向的定位關系。脂質膜一般是由乳濁液（脂質為分散相）制成的，因此乳濁液中分散粒子（油粒）的大小直接影響脂質膜對水蒸氣、氣體等的滲透性及其他性能。如,當分散相的粒子大小在200~lOOOOnm時，則形成的脂質薄膜光澤性差，不透明；而當分散粒子大小為100~200mn時，則膜較透明。乳濁液中親水性物質和疏水性物質的比例對脂質薄膜水蒸氣的滲透能力影響很大。此外，脂質薄膜的阻濕性能還隨脂質的極性、不飽和程度和支鏈的增加而降低，也隨溫度、相對濕度等外界條件而變化。
復合薄膜
可食性薄膜可由多糖、蛋白質和/或脂質混合形成復合薄膜。這種方法可更好地利用各種薄膜的特殊性能。如多糖膜的阻濕性一般較差，因此可通過在其中添加一些極性小的脂質物質如脂肪酸、石蠟等形成復合薄膜以提高膜的阻濕性。國外對甲基纖維素、羥甲基纖維素等纖維素衍生物和各種固體脂質如蜂蠟、脂肪酸等形成的復合膜進行了廣泛的研究，研究表明在纖維素衍生物薄膜中加入脂質后可大大提高其阻濕性能，其對水蒸氣的透過性低至與合成包裝材料低密度聚乙烯（簡稱LDPE)相當。
Tories(1985)等人將玉米醇溶蛋白、乙酰單甘油酯及甘油混合制成復合膜，這種復合膜可使一種半干奶酪的表面保持高濃度的山梨酸。奶酪表面進行涂層后，再噴上山梨酸溶液。薄膜阻止了山梨酸向食品內部的滲透。山梨酸通過玉米醇溶蛋白薄膜的擴散常數比在食品內部的擴散常數小150~300倍。通過對金黃色葡萄球菌的培養實驗證明，經涂層的奶酪增加了阻止表面細菌生長的能力。
國外除了對多糖一脂質、蛋白質一脂質復合膜開展了較廣泛的研究外，還對蛋白質一多糖復合膜開展了一定的研究。如Deacy(1984)將豬皮明膠（等電點8~8.5)的水溶液與阿拉伯膠在pH4.5條件下的混合可形成一復合的凝聚層，這是由帶負電荷的阿拉伯膠與帶正電荷的明膠相互作用的結果。這種薄膜的固定可通過使用交聯劑如鈣離子來完成。復合膜的滲透性與所用的明膠及阿拉伯膠的種類、膜形成及固定方法有關。
薄膜添加劑
可食性薄膜中可以加人各種物質來改變其機械、滲透性、防護、感官或營養性能。增塑劑是一些低揮發性的化合物，它可賦予聚合物薄膜柔韌性。常用的食品級的增塑劑有甘油、山梨酸、甘露醇、蔗糖、丙二醇和聚乙二醇等多元醇。在使用水溶性的薄膜分散劑涂膜食品時，可加人少量的濕潤劑以促進其在食品表面的均勻分布；在使用油/水乳濁液形成薄膜時，需要加人乳化劑。此外，可食性薄膜可作為食品添加劑如抗氧化劑、防腐劑等的載體，這種膜涂層在食品表
面，可減少許多固體食品表面的微生物生長及氧化所致的腐敗。而在膜中加入香料、色素或營養添加劑則可改善食品的外觀或營養性質。