可食性胶原包装膜的研究进展

可食性胶原包装膜的研究进展ΞProgress i n ed ible collagen packag i ng f il m 马春辉ΞΞ　舒子斌　林炜　王碧　张铭让 (四川大学轻工与食品学院,成都610065)M a ChunH u i ,Shu Z ibin ,L in W ei ,W ang B i ,Zang M ing rang(D ept .of L ight I ndustry and Food Eng i neer i ng ,Sichuan Un iversity ,Chengdu 610065)摘 要　简要描述了可食性包装膜的主要特性,并介绍了胶原包装膜的国内外研究进展状况及其功能特性。

关键词　可食膜　胶原　进展Abstract T he m ain characteristics of edib le p ackaging m aterials are b riefly described ,and the developm en t ofedib le co llagen p ackaging fil m in Ch ina and ab road together w ith its functi onal p rop erties are m ain lyin troduced .Keywords edib le fil m co llagen developm en t前 言可食性包装膜是以天然可食性物质(如:蛋白质、多糖、纤维素及其衍生物等)为原料,通过不同分子间的互相作用而形成的具有多孔网络结构的薄膜[1],通过包裹、浸渍、涂布、喷洒于食品表面(或内部)而对气体、水汽和溶质具有高度的选择透过性。

可食性膜与非可食性膜同样具有较好的机械性能、阻氧性、阻气性、抗渗透、抗微生物和抗氧化剂能力。

但可食性膜又具有非可食性膜无法比拟的优越性,主要表现在其可食性:不仅可以减少对环境的污染,而且它本身是富含多种营养成份的物质,有益于人体健康。

除此之外,还可以通过加入一些风味剂、有色剂、甜味剂等用以改善食品的感官性能[2]。

鉴于以上可食性包装膜的诸多优越性,国内外的众多食品科学家们都将可食性包装膜的研究做为开发的重点。

主要有以蛋白质为基础的大豆分离蛋白膜、玉米醇溶蛋白膜、小麦面筋蛋白膜、乳清蛋白膜、胶原膜等;以植物多糖或动物多糖为基质的淀粉膜、改性纤维素膜、壳聚糖膜和葡甘聚糖膜等;以及以自然资源糖蜜、油脂等为原料通过微生物发酵产生的3-羟基丁酯、3-羟基戊酯、4-羟基丁酯、己内酯等经过聚酯制成的可食性包装膜。

1　可食性胶原包装膜111可食性胶原膜的原料胶原包装膜是以可食用的胶原为原料,经过交联而制成的包装材料。

胶原富含于动物的皮、软骨、韧带、肌腱及其它结缔组织中,国内有极其丰富的资源,但由于我国大部分皮资源均以制革等形式加以利用,利用率极低。

据统计,只有20%左右的皮资源转化为革,60%的皮资源转化为含铬和不含铬的固体废弃物,其余约20%转变为其它形式的废弃物和副产品,这些物质如不加以回收利用,则不仅会占用场地、污染环境,而且也是对胶原蛋白资源的极大浪费。

同时,胶原是一种富含多种人体必需氨基酸的蛋白质,是人体不可多得的营养物质,将其回收并制造成可食性包装材料是实施了一项重大的绿色环保工程。

胶原膜具有阻油、阻氧、阻水、可携带抗氧剂及抗菌剂载体、保香等功能,可以广泛地应用于包装肉制品、熏鸡肉、油炸肉、酸奶、包装药粉的胶布和食品配料;还可用做肠衣包装香肠、冻肉;制作成包装袋包装可可粉、咖啡、香料以及药用胶囊等。

112国内外研究进展在1925年以前,肠衣材料都是由动物肠所制,该肠衣不仅可食用,而且在受热时能与肉类保持收缩一致。

但由于其资源严重不足,故使用范围受到了极大限制。

1925年以后,相继开发了几种合成类型的肠衣材・8・ΞΞΞ第一作者简介:马春辉,男,1975年生,硕士生国家科技部攀登-特别支持项目国科基字[1999]045号料。

最重要的是一些再生纤维素类,此类型的有些产品至今仍在应用。

该再生纤维素主要用于牛肉及猪肉腊肠的制作,但其不可食用,并且在蒸煮过程中不能够传递肉类所释放出的脂肪。

故当时急需人工制造的、可食用的,并且符合各种性能要求的肠衣材料的出现。

国内外在此方面的研究,都取得了非常重要的进展,但国外始终处于领先位置。

在30年代,美国的F reuden2 berg等便积极投入了胶原肠衣的研究,并且于1938年申请了专利。

此后,化学家们研究此类材料的热情不断高涨。

到60～70年代,不仅继续深入研究单独的胶原或明胶的成膜性能,而且,还将胶原材料与其它的可食性材料如:聚糖、调味料、果胶、淀粉等混合在一起,以弥补胶原材料成膜时某些性能的不足,或者将胶原作为填料加入到上述材料中以对它们进行改性。

如:60年代,U2 n ilever.N.V分别于1963年和1966年申请了英国和法国专利[3],主要研究了纤维状蛋白与可食性多糖的混合材料的性能;Em anuel R.L ieberm an研究了胶原—明胶材料制造管式肠衣材料的性能[4];接着,U n ilever.N.V对胶原糊的连续挤出过程进行了研究,于1968年继续申请了专利[5],并研究了用盐水凝聚的过程以及肠衣管直径与挤出过程中肠衣内部静水压与肠衣外部水压控制之间的关系。

此外,A lbert Cou rp s、Coh ly M an j A、Sanner、Jam es W等一批专家也都在这一方面作出了自己的贡献。

70年代是这一领域研究最为活跃的时期,专利文献最多,很多科学家都投入到该领域之中,最为明显的是日本、苏联、捷克等国研究人员的加入。

苏联油脂研究所的I.m.M ikhailova研究了用含抗氧化剂、过氧化氢酶延长明胶膜包装材料贮存时间的方法[6];捷克的R asch igPetr R asch igova研究了焦糖对胶原肠衣的表面着色情况,并且对椰子油、甘油酯等物质的增塑情况作了深入探讨[7]。

日本的Ito,Yasu to;Ito,T akesh i则研究了将分散了的胶原与一定量的水解胶原混合于一体在膜板上成膜的情况,其膜厚只有0133mm,湿抗张强度为173kgc m2(原文如此),延伸率为35%[8]。

Yokoyam a等人研究了将蜂蜡、羊毛脂、石蜡等物质加入胶原膜时,对于胶原肠衣材料透湿性的影响[9]。

此外,在日本还有Sum itom o、YanoN obum itsu、Kato Sakuo、Suzuk i;T atsuo等都于同一年代在此领域取得了非常重要的进展。

这一时期,美国和欧洲的其它国家则继续保持着强劲的势头。

如:Coh ly M an j等继续研究了用铝盐鞣制肠衣的效果;T hom as Engel使用了交联剂,并用非胶原成份作为分散剂及一系列机械方法来更好地分散胶原。

B u rkeN oel I则采用了在挤出以前用乙醛进行交联的方法[10～12]。

此外,还有Cou let,P ierre R、B attista、Stah lberger B runo等学者也对此领域作了较为深入的探讨。

进入80～90年代以来,日本学者对此项的研究逐步增多,且研究者们更多地投入到复合膜的研究之中。

如:T an i.T akeh iro等用tran sg2lu tam inase作为交联剂,所生产的明胶膜显示出了优秀的热稳定性、抗张强度等性质。

Kai.M assak i等人用小麦外壳与胶原混合来生产食品包装盒;Ken to等人则采用直链淀粉与明胶混合来生产可生物降解的包装材料[13～15]。

欧洲学者则向胶原膜中添加一些其它类型的添加剂如:Peiffer,B ernd等将香料、辣椒粉混于胶原悬浮液中,并将该混合物采用一种特殊的机械装置挤出成型。

此外,还将果胶、酯类、阿拉伯树胶等添料加入明胶膜;M aser F ranz则将谷朊加入明胶薄膜中而并不影响其物理性能[16～18]。

另外,还有众多国外学者活跃于该领域并作出了一定的成绩,在此不再赘述。

在实际生产中,日本的四国工业技术试验所、林源生物化学研究所、大阪化学合金公司、三菱人造丝公司先后开发出的多种动、植物胶可食性包装膜,均具有透明、强度高,印刷性、热封性、阻气性、耐水、耐湿性较好的特点,已用于调味品、甜味料、汤料、油肠等食品的包装[1]。

美、欧等国对于该领域的研究也较早,且已实现了工业化。

国内这方面的研究则较少,其中,寇柏权于1989年对肠衣的制造作了一定的研究;陈志强、黄炳华、周亚仙也较为详细地对此方面进行了探讨,陈志强先后研究了粘合胶原蛋白肠衣[19]、碱性胶原蛋白肠衣[20]、酸性胶原蛋白肠衣[21]的制作方法,黄炳华、周亚仙也分别于1995年和1996年申请了可食性胶原膜的专利[22,23]。

但他们主要是研究经过酸碱溶胀、分散后并同时借助于机械作用而产生的分散胶原的成膜性能,对水解胶原的成膜性能则涉入较少,也并未实现工业化;阚建全、陈永红等对明胶的可食性膜的机械强度和热封性能做了较为深入的探讨,对胶原成膜的基础理论和工艺条件进行了一定的探索[24]。

113制备方法制取可食性膜的成型方法有很多,但国内的大部分研究都采用浇・9・铸成膜的方法,而国外则较多地采用机械挤出的方法。

如:华南理工大学的曾庆孝、刘通讯等对于钙交联剂交联褐藻酸膜的制备[25];西北农业大学的刘邻渭等对于可食性甲基纤维素膜的制作[26];广西大学的林宝凤对于壳聚糖成膜剂的研究以及华南理工大学的高群玉等对于淀粉膜的制备等[27,28]。

国内的少数研究者也有采用机械挤出方法的,如:陈志强、黄炳华、周亚仙对可食性胶原膜的研制[19～23]。

现以美国的T ee-Pak公司胶原肠衣膜制备工艺过程为例[29],说明其机械挤出过程,工艺流程图如图1所示,其操作要点如下:通过酸溶胀真皮层,使其中的胶原纤维部分水解,经过研磨而变成浆料,向该浆料中加入部分水可以使其形成含有一定浓度胶原的粘性体,再通过环行口模挤出机挤出成型为肠衣半成品,该半成品再通过凝聚、鞣制、增塑、干燥等工序便可制成透明的可食性产品。

鲜皮水洗,除血污→去肉、中剖→浸灰→水洗→剖层→酸中和→水洗,除去Ca盐→切碎,成为0125～4英寸小块→酸溶胀→用蒸馏水清洗→研磨→过滤、均化→挤出→凝聚→鞣制→增塑→干燥→成品图1　可食性胶原包装膜机械挤出工艺流程2　结束语近年来,在西欧发达国家,过去风行一时的塑料食品包装袋已逐渐被新型的纸质包装袋和可食性包装袋所代替。

世界食品出口大国意大利1991年明确宣布禁止塑料食品包装袋的使用。

英国从1991年开始使用一种可食用、薄而透明的薄膜保鲜果蔬。

德国、瑞士、澳大利亚等国也正逐渐淘汰塑料食品包装袋。