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  • 改善明膠膜性能的方法
  • 來源:愛學術        2019-11-06         3095
【摘要】

明膠具有很好的成膜特性,制成的膜具有很好的生物相容性和良好的生物可降解性,但是,目前明膠膜還存在顯著的缺點,改善明膠膜性能成為首要解決的問題,通過綜合近幾年的研究成果來看,可在膜基質中添加抗菌、抗氧化、維持食品感官性狀和其他可以增強食品質量、延長食品保質期的天然添加劑,改善明膠膜的缺點,更好的滿足應用要求。

明膠具有很好的成膜特性,制成的膜具有很好的生物相容性和良好的生物可降解性,但是,目前明膠膜還存在顯著的缺點,如容易滋生細菌、氧化、質脆等,無法很好滿足實際應用的要求,如何改善明膠膜性能成為首要解決的問題。通過綜合近幾年的研究成果來看,科研工作者已逐漸將研究方向轉向開發“智能"包裝膜,即在膜基質中添加抗菌,抗氧化、維持食品感官性狀和其他可以增強食品質量、延長食品保質期的添加劑。由于越來越多的消費者擔心化學合成添加劑對身體帶來的負面影響,從具有抗菌、抗氧化的植物和香料作物中獲得的天然提取物逐漸受到消費者的青睞,通常其被認為是安全無害的,可放心使用于食品中。這些天然提取物能夠防止或減少由氧化或微生物效應引起的食品變質,從而有助于保證食品質量和延長食品的貨架期。

明膠

改善明膠膜性能的方法

添加抗菌劑

明膠是一種蛋白質,是細菌生長的營養素之一,單一的明膠膜容易滋生細菌等其他多種致病微生物,使得包裝材料與食品一起被細菌污染進而引起更多安全問題。

精油是從植物的花、葉、莖、根或果實中提煉萃取的芳香物質,因具有良好的抗菌性能,目前已被廣泛用于可食用膜中。Hosseini等在明膠-殼聚糖膜中加人不同濃度的牛至精油,發現復合膜對革蘭氏陽性細菌(金黃色葡萄球菌和單核細胞增生性李斯特菌)顯示出較高的抗菌活性,而對革蘭氏陰性細菌(腸炎沙門氏菌和大腸桿菌)的抗菌活性要低一些。之后Hosseini等在明膠-殼聚糖納米粒子復合膜中添加不同濃度的牛至精油,進一步表明精油具有抗菌作用。Martucci等將薰衣草精油、牛至精油及它們的混合物(50:50)分別添加到明膠膜中,并評價新膜對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的抗菌活性。結果表明,兩種精油都能抑制所測微生物的生長,但對革蘭氏陽性細菌更為敏感。Alparslan等研究發現將橙葉精油添加到明膠膜中也具有一定的抗菌活性,其中含2%橙葉精油的明膠膜的抗菌效果最好,對大腸桿菌與金黃色葡萄球菌的抑菌圈分別為(19.0土1.4)mm和(14.5+0.7)mm。精油是一種混合物,組分中的每種化合物對特定的食物和微生物具有獨特的作用機制,這種機制包括:損傷細胞壁、與細胞壁相互作用進而破壞細胞質膜、損傷膜蛋白、細胞組分滲漏、細胞質凝固、質子動力消耗等,所有這些機制都是通過修飾細菌細胞的結構和組成來達到抑菌的目的。

此外,多酚類物質和細菌素等其他物質也被用于制備具有抗菌作用的明膠復合膜。Fu等研究了綠原酸對明膠膜的抗菌影響,發現明膠綠原酸復合膜對大腸桿菌、銅綠假單胞菌、單核細胞增多性李斯特菌和金黃色葡萄球菌的最小抑制濃度分別為1、1.2和2mg/mL。lbarguren等將細菌素和類黃酮酯(月桂酸酯)添加到明膠膜中,發現二者具有協同作用,大大提升的明膠膜的抗菌性能。Wu等在明膠膜中添加了肉桂醛和納米脂質體,結果不僅改善了明膠膜的機械性質,也使復合膜的抗菌性能增加,同時也提升了復合膜的抗菌穩定性。

添加抗氧化劑

食品中的腐敗氣味主要來源于油脂酸敗、蛋白質降解、微生物繁殖等,食品一旦腐敗不僅影響感官品質,也會大大降低食品的貨架期。作為“智能"的可食性包裝膜,明膠膜不僅需要具備良好的機械性能和阻隔性能,同時也需具備抗氧化的能力。

研究表明,天然多酚提取物具有良好的抗氧化性能,將其應用于明膠膜,可作為具有抗氧化活性的包裝材料。Kavoosi等在明膠膜中添加了香芹酚,發現單純的明膠膜顯示出極低的抗氧化性能,而結合香芹酚的明膠膜的抗氧化性能卻很優異。

Li等將綠茶提取物、葡萄籽提取物(原花色素)、葡萄籽提取物(葡萄籽多酚)、姜提取物、銀杏葉提取物添加到明膠膜中,比較不同多酚抗氧化性能的差異,結果表明,復合1.0mg/mL銀杏葉提取物的明膠膜的DPPH自由基清除活性最高,阻光性能也得到大大改善。Fu等研究了綠原酸明膠膜的抗氧化能力,結果發現綠原酸明膠復合膜的抗氧化活性不僅高于游離綠原酸,也高于過氧化氫的抗氧化活性。Musso等將姜黃素添加到明膠膜中,發現復合膜有明顯的抗氧化作用。鄒小波等用紫甘藍.黑米、玫瑰、藍莓為原料制備天然花青素提取物,然后分別添加到明膠-殼聚糖膜中,結果表明加人天然花青索提取物后,復合膜的抗氧化活性均顯著(p<0.05)提高,且玫瑰復合膜有著較高的抗氧化活性,DPPH自由基清除能力達到95.47%。酚類化合物良好的抗氧化能力與終止脂質氧化反應有關,來自酚羥基的氫原子與脂質氧化早期階段產生的過氧基自由基反應,產生穩定的苯氧基自由基,從而導致脂質氧化鏈反應的終止。

添加增塑劑

明膠是一種蛋白質,具有蛋白質的三維網狀結構,成膜后經脫水處理就具有一定的脆性。增塑劑能減少明膠的分子間力,提高膜的彈性,減小膜的脆性。增塑劑主要是一些多元醇,如甘油、甘露糖、山梨醇、聚乙二醇、乙二醇等。宮志強等研究了甘油、乙二醇、聚乙二醇400對明膠-殼聚糖復合膜性能的影響,結果表明增塑劑的加入對膜的物理性能產生了顯著的影響,三種增塑劑都使膜的拉伸強度和吸水性降低、斷裂伸長率和透水性增大。吳婷婷等采用溶液共混法制備了明膠一淀粉復合膜,探索水、甘油、聚乙二醇(PEG)對復合膜性能的影響。結果表明甘油和PEG可以顯著提高復合膜的透光率和玻璃化轉變溫度,提高復合膜的拉伸強度,改善其斷裂伸長率。楊暉等以兔皮明膠為原料制備明膠膜,測定不同甘油濃度對明膠膜的影響。結果表明當甘油濃度達到22%時,明膠膜的抗拉強度和斷裂伸長率均顯著增加(p<0.05)。FT-IR結果表明隨甘油濃度增加,甘油分子進人膜基質,與明膠分子側鏈的N-H基團相互反應形成氫鍵;膜內無規則卷曲含量逐漸減少,而三螺旋結構含量逐漸增加,說明甘油的添加可促進明膠膜形成更有序的空間結構,進而提升明膠膜的成膜性能和力學性能。

其他添加劑

如何提高明膠膜的機械性能和阻隔性能,一直以來是可食膜研究領域的重要內容,這不僅僅局限于以上幾種方法。李博等采用酶法提取鰱魚皮明膠,并將制成的明膠膜經谷氨酰胺轉氨酶(TGase)改性,發現改性后的膜的抗拉強度、斷裂延伸率指標顯著增加,水蒸氣透過率進一步降低。王坤等將不同劑量的單寧添加于明膠液并澆注成膜,結果發現單寧有效提高了明膠膜的拉伸強度,降低了斷裂伸長率。王麗媛等發現明膠膜與檸檬酸鈉交聯改性后,明膠膜的水蒸氣透過率降低了,阻隔性能、抗拉強度、力學性能均得到了增強,但透光率下降;添加乳化劑吐溫80降低了可食膜的水燕氣透過率,增強膜的阻隔性能,同時增大抗拉強度,改善機械性能。Shi等將纖維素活性酯加入到明膠膜中,發現膜的熱穩定性、柔性、疏水性、光阻隔性得到了提高,并改善膜的吸水能力。

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