可食性薄膜(Edible Packaging Films,EPF),一般分为涂膜(液态)和独立膜(固态)两种。涂膜的气体通透性较好,而对机械性要求较低,其应用较广,往往用作食物保鲜。而独立膜在包装前必须预成形,与塑料合成包装膜相似。下面所指的可食性薄膜即指可食性独立薄膜。
可食性薄膜要想满足食品包装的要求,必须具有一定的包装性能,往往要考查外观性能、机械性能、阻隔性能、热封性能。
1 外观性能
通常指厚度、颜色、气味等表观可见的特性。一般用游标卡尺在膜上随机取几个点,再计算平均值作为薄膜的厚度;可用色度计来测量样品的颜色值;透明度可用分光光度计测定的透光率(指透过透明或半透明体的光通量与其入射光通量的百分率)间接表示,一般淀粉薄膜的颜色偏白色,透明度较低,蛋白质薄膜颜色偏黄,透明度较高。
2 机械性能
可食性包装薄膜必须具有较强的机械强度,经受其在运输、应用和处理中的压力,以维持完整性和屏障特性。抗拉强度(即单位横截面积的抗张力)和断裂伸长率(膜断裂时伸长的长度与原来长度相比的百分比值)是评价薄膜机械性能的两大指标。大部分文献资料采用拉伸试验来测定这两个指标,也有用穿刺试验的方法来测定的。蛋白质薄膜的机械性能明显比淀粉薄膜要好。迄今为止,几乎没有可食性包装薄膜得到工业化生产和实际商业应用,一个重要的原因是可食性薄膜机械强度不足,如塑料薄膜的抗拉强度可以达到可食性薄膜的10倍以上,断裂伸长率达到几十倍以上。已经有许多种方法用于尝试提高可食性包装薄膜的机械性能,如Ki Myong Kim等对大豆蛋白膜进行热处理24 h,使蛋白质薄膜的抗拉强度呈线性的提高。
3 阻隔性能
包装材料具有很好的阻隔性能,可以阻止气体的侵入,以免商品受潮霉变,有些材料又需要较好的透气性和透湿性,以利于包装内外的气体交换,所以测量阻隔性至关重要。一般用阻湿性、阻气性和阻油性三个指标来衡量。
阻湿性是人们研究最多的特性,用水蒸气透过系数表示,系数越大,阻湿性越小,通常,由于可食性薄膜材料的亲水特性,阻湿性都很差,不同的湿度环境也会影响可食性薄膜的机械性能,这也是其没有得到工业化生产和实际商业应用的另一重要原因。虽然可引用憎水基团(常用油脂)提高薄膜的阻湿性,但会降低机械性能,所以要特别注意添加量。
包装内的特定气体含量直接影响包装食品的品质,阻气性一般用透气度表示,透气度越大,阻气性越差,蛋白质薄膜比用油脂、多糖制备的薄膜具有较好的阻气特性,在透过包装材料的气体中,氧气的影响最为显著,氧气的透性低能延缓食品的氧化变质,可用所包装食品的过氧化值(油脂和脂肪酸被氧化程度的一种指标,说明样品是否因氧化而变质)表示,过氧化值越高,阻氧性越差。
阻油性也体现包装材料的密封性好坏,用透油系数表示,蛋白质膜也具有较好的阻油性,这一点可与塑料薄膜媲美。
在可食性薄膜中添加增塑剂可改变其机械、阻隔等特性,增塑剂是一些低挥发性的化合物,通常能够降低沿着聚合物链的分子间的力,从而避免薄膜产生裂纹和孔洞。然而增塑剂会导致薄膜的机械强度的降低,因此加入的量是受限制的。常用的食品级的增塑剂有甘油、山梨醇、甘露醇、蔗糖、丙二醇和聚乙二醇等多元醇。Cuq等人(1997)得出结论,对蛋白质基质的薄膜来说,甘油是一种很好的增塑剂。
4 热封性能
所谓热封就是利用外界条件使薄膜的封口部位变成黏流状态,并借助刀具的压力,使上下两层薄膜彼此融合为一体,冷却后能够保持一定的强度。热封离不开热封温度、热封压力和热封时间,它们构成了热封三要素。
热封温度指薄膜在达到一定的熔融温度后,具有热粘合性能,能相互粘连在一起,这时候的温度叫热封温度,热封温度是最主要的因素,实际操作中,根据不同薄膜材料和厚度进行调整。
热封压力指热封刀具之间的压力,使已处于粘流状态下的薄膜在封口界面间产生有效的大分子相互渗透、扩散现象,促进热封面材料的贴合和互熔,对热封效果的提高起积极作用,如果热封压力不够或不均匀,会使热封部位产生气泡或造成虚焊,导致热封不良,但是热封压力过高,会使熔融状态的薄膜材料挤出,造成热封边缘发脆,易开裂,从而影响热封效果,降低热封强度。
热封时间指薄膜在热封刀下停留的时间,热封时间与热封压力和热封温度相关,当热封温度低时,需要增加热封时间,当热封温度高时,需要减少热封时间。
评价薄膜的热封效果用热封强度指标,热封强度指两层或多层薄膜在一定的熔融温度下经一定的压力后,热粘合在一起,冷却后所保持的剥离强度。食品工业要求薄膜成袋后保持一定的强度和密封性,以承受一定重量内容物的压力,保证商品在流通过程中不开裂泄漏,达到保护商品的目的,热封强度是恒量软包装品质的重要指标之一。
可食性薄膜热封性的文献报道较少,以上资料是参照合成包装材料即塑料的热封性而言的,可食性包装膜所用材料中,有的具有热塑性,能够进行热封。如B.Li等(2006)研究了魔芋葡甘聚糖-明胶基质可食薄膜的特性,得出可食性魔芋葡甘聚糖薄膜具有相当低的热封强度,几乎不能热封,添加明胶使得热封强度提高11.5倍。
由于环保意识的提高,人们不断地寻找可代替塑料的包装材料,把可食性薄膜作为包装材料,有较好的通透性,其成膜材料取材于可食成分,完成包装任务之后,即使不食用,也很容易降解,不会对环境造成污染。可食性包装正成为世界食品工业新科技发展的主要趋势。
但在包装性能上,可食性薄膜与塑料相比还有很大的差距,尽管用可食性薄膜完全代替塑料包装膜是不可能的,但如果把可食性薄膜用做方便食品的内部小包装,实现塑料包装的部分代替还是有现实意义的。
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收稿日期:2017-11-15
作者简介:王春景(1975-),女,辽宁辽阳人,佛山市南海技师学院中级化学讲师,研究方向:食品化学。