利用壳聚糖制作食品包装的探索与研究

利用壳聚糖制作食品包装的探索与研究

【摘要】壳聚糖（chitosan）属含氨基的均态直链多糖衍生物，是由自然界广泛存在的几丁质（chitin）经过脱乙酰作用得到的少数具有荷电性的天然产物之一，也是迄今发现的唯一一种天然碱性多糖。在大多数弱酸条件下壳聚糖可以溶解成胶体，可以制成薄膜。本文就壳聚糖成膜后具有抗菌性，抗氧化性等对食品有保鲜功能展开研究，并证明其利用在食品包装材料上具有广阔的前景。

【关键词】壳聚糖保鲜食品包装

引言

虾壳、蟹壳是水产工业的废弃物，堆放一段时间就会腐坏，造成环境污染；而广泛存在于蟹、虾和昆虫的外壳及菌类、藻类的细胞壁中的甲壳素等物质（还有蛋白质和红色素）可经过1，4键链接而成的线形聚合物――壳聚糖（化学名称为：聚葡萄糖胺（1-4）-2-氨基-B-D葡萄糖），是天然多糖中唯一的碱性多糖。壳聚糖具有优良的物理化学性能、生物相容性、抗菌性、生理活性、成膜性，由壳聚糖制得的功能材料且有较强的抗菌性能，可应用于医药、农业、工业、食品及化妆品等行业[1]。

（1）研究发展过程。1811年，法国科学家H.Braconnot

从动物的甲克中提取到甲壳素。1859年，法国一位名叫Rouget的研究者将甲壳素放在浓KOH溶液中煮沸，洗净后溶于有机酸，便得到了壳聚糖。1934年，在美国才首次出现了关于制备壳聚糖及相关物质的专利，并于1941年成功制备壳聚糖人造皮肤和手术缝合线。20世纪90年代，壳聚糖的应用和生产达到了高潮――全球壳聚糖的年产量数万吨。

（2）结构。经研究证实，壳聚糖的空间结构是一个复杂的双螺旋结构，每个螺旋平面有6个糖残基，螺距为

0.515nm。壳聚糖的基本组成单位是氨基葡萄糖，基本结构单元是壳二糖。

（3）物理性质。壳聚糖是一种白色或灰白色固体，没有固定形状，色泽上呈半透明，略带有珍珠光泽。不能溶于水和碱溶液中，可溶于烯酸（pH<6）。壳聚糖在溶液中是带正电荷多聚电解质，具有优良的吸附性、成膜性和通透性、保湿性等。

（4）化学性质。壳聚糖链官能团较多，能发生各种反应，O-酰基化和N-酰基化、含氧无机酸酯化、醚化、N-烷基化、氧化、螯合、酸吸附、接枝共聚和交联反应，其中比较重要的是酰基化和醚化反应[2]。

（5）壳聚糖的制备。壳聚糖的制备有化学制备法、生物降解法、机械加工法，其中化学制备法如下流程：虾壳→稀酸溶液搅拌（1.5h）→加入氢氧化钠水溶液（加热2h）→

得甲壳素→一定浓度下氢氧化钠水溶液（20h）→得壳聚糖。

反应条件影响：影响因素主次顺序：浸酸时间>脱乙酰基时使用的碱的浓度>除蛋白质的碱煮时间>脱乙酰化时的

温度>脱乙酰化的反应时间>盐酸浓度。

1 壳聚糖应用于食品包装方面的性能

（1）抗菌剂。某些微生物（真菌、细菌和病毒）因为壳聚糖及其衍生物的作用能够抑制生长与繁殖，故在抗菌方面体现出良好的抗菌活性。

目前研究证明，其抗菌的机制存在以下三种可能性：首先壳聚糖的多聚阳离子可改变病原菌细胞膜的流动性和通

透性；其次壳聚糖在DNA的复制与转录中可起到干扰作用；最后壳聚糖可阻止并中断病原菌的代谢。应用于食品包装的壳聚糖会在食品表面形成一层致密的膜，此膜可以阻止细胞内、外间物质的相互传递，从而营养不能输送到菌丝细胞内导致细菌无法生长。

（2）果蔬保鲜剂。果蔬由于生物学因素、化学因素、物理因素在采摘后直到货架期这段期间内易发生腐败变质。果蔬保鲜的目的主要是在此期间能维持果蔬正常的品质、品味、营养素及外观，提高其商品价值。壳聚糖具有良好的成膜性，利用此性能成的膜覆盖在食品表面是一层阻气、阻水、无色膜，这层膜可增加各种气体分子的穿透阻力，从而在食品中形成一个良好的微气调环境：低O2，高CO2浓度的环

境。这样的环境有利于果蔬的保鲜是因为：一方面这种气体条件可以减少果实内物质、能量的转化和呼吸机制的消耗，抑制了生物氧化，并使果实的细胞呼吸途径发生改变

（EMP-TAC途径在总呼吸中所占的比例减少，磷酸戊糖途径所占比例增加）；另一方面果实中若低浓度的氧气进入，活

性氧的形成可减少，活性氧会使膜脂过氧化功能降低，细胞膜的损伤降到最小，从而延迟了细胞的衰老及死亡。这种材料做成的保鲜剂抑制了果蔬的呼吸代谢并减少了水分的散失，延缓了果蔬组织和结构的衰老，能够有效地延长采后果蔬的寿命[3]。

（3）抗氧化剂。肉类食品易腐败变质是因为肉类食品

中含有含量比较高的不饱和脂类化合物，故易被氧化。不饱和脂类化合物的存在会缩短肉制品的储存寿命并破坏肉制

品的原有独特的风味。壳聚糖良好的成膜性，可使经壳聚糖覆盖过的肉类比起其他肉类具有明显的抗氧化作用。壳聚糖对肉类能抑制氧化作用机理是不同于果蔬保鲜的氧化作用：当肉被热处理后，肉的血红蛋白中的自由铁离子会释放出来，与壳聚糖形成螯合物，从而抑制铁离子的催化活性。

2 壳聚糖在食品保鲜包装上的应用

（1）壳聚糖在冷冻肉保鲜上的应用、将壳聚糖与淀粉

复合后制备成可食性膜，对此膜展开研究表明：在其他条件相同的情况下，复合膜中的壳聚糖所占比例越大，保鲜效果

越好。当壳聚糖与淀粉量为9：1时，测定的保鲜指标分别是：菌落总数的对数值为4.98，汁液流失率为1.59%，红度值为17.86，TVB-N值为17.91mg（100g），且冷冻肉还处于鲜肉状态[4]。应用在其他实验中得到以下结果：4℃，冷冻肉储藏28d，保鲜液与壳聚糖淀粉复合膜处理的冷冻肉保鲜效果最好，并与对照组存在明显差异。以上数据均证明壳聚糖成膜的保鲜技术对肉类保鲜有明显的效果。

（2）壳聚糖在鸡蛋保鲜上的应用。普通鸡蛋在常温下的保鲜期大概有半个月左右，而煮鸡蛋最多为3d。鸡蛋自身的外壳就是一层天然的保护屏障，其主要成分是CaCO3，但其表面存在极细小的孔隙，使氧分子（O2）能自由进入蛋内。在鸡蛋储藏期间，蛋内会因通过空隙进入的氧而发生氧化作用而逐渐变质腐烂，质量变小，并伴随着营养大量流失。相关研究表明：壳聚糖在鸡蛋保鲜上具有显著的效果。在鸡蛋外表面涂抹壳聚糖，鸡蛋表面就多了一层致密的薄膜，此膜能够减少蛋白与外界的接触；与此同时壳聚糖具有明显的抑菌性，能够有效抑制了细菌的生长。鸡蛋的保鲜期在两者共同的作用下即可延长。另有实验进一步显示：涂抹了壳聚糖的鸡蛋，微生物（大肠杆菌、霉菌、酵母菌等）的数量明显少于未涂抹的，并且质量只下降了4.1%～4.8%，而未涂抹的鸡蛋质量下降了7.1%。pH值变化上，涂抹壳聚糖的鸡蛋也小于未涂抹的鸡蛋[5]。