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學(xué)術(shù)前沿 | 蠶絲涂層——食品包裝新材料
2024-03-18 11:44:06中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)包裝與食品工程分會(huì)閱讀量：1839 我要評(píng)論
【包裝印刷產(chǎn)業(yè)網(wǎng) 行業(yè)動(dòng)態(tài)】 食品在從農(nóng)場(chǎng)到餐桌的路上有三分之一會(huì)被浪費(fèi)掉，而果蔬產(chǎn)品損失尤為嚴(yán)重。易腐食品極易受到物理、化學(xué)和微生物的影響，導(dǎo)致外觀、氣味、味道和質(zhì)地不佳，縮短保質(zhì)期，這促使人們探索不同的保存技術(shù)。其中一種方法就是使用具有抗菌特性的可生物降解的蠶絲基食品友好型涂料，確保消費(fèi)者獲得安全優(yōu)質(zhì)的食品。
蠶絲的結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)
蠶絲的物理化學(xué)特性(形成薄膜的能力、優(yōu)異的機(jī)械和抗菌性能、低透氣性和良好的保水能力)使其成為食品質(zhì)量和安全控制的理想選擇。蠶絲因其無(wú)味無(wú)臭被美國(guó)食品和藥物管理局認(rèn)定為是安全可靠的，是可食用食品涂層的絕佳候選者。
天然蠶絲由兩種蛋白質(zhì)組成，即絲素蛋白和絲膠蛋白，分別占65-85%和15-30%。絲膠蛋白對(duì)包裹在其內(nèi)部的絲素蛋白起著保護(hù)和粘接的作用，兩根絲素蛋白又會(huì)組成絲心蛋白，是絲纖維的結(jié)構(gòu)中心。絲素蛋白有兩種形式：具有α螺旋結(jié)構(gòu)的絲素蛋白α和由其β片結(jié)構(gòu)定義的絲素蛋白β。絲素蛋白的β片含量越高，其強(qiáng)度、韌性和抗溶解性的性質(zhì)就越好。
蠶絲是一種極好的防腐劑，除了具有出色的氣體阻隔性、機(jī)械性能、抗菌性能外，還能延長(zhǎng)產(chǎn)品的新鮮度，并在不添加其他復(fù)雜化學(xué)物質(zhì)的情況下提供治療作用。已知絲膠蛋白還具有抗氧化和抗酪氨酸酶活性的功能。因此，食用蠶絲涂層可以通過(guò)其提供的抗氧化劑來(lái)清除體細(xì)胞中的自由基，并通過(guò)抑制酪氨酸酶活性來(lái)保護(hù)皮膚免受色素沉著過(guò)度的影響，從而降低患許多疾病的風(fēng)險(xiǎn)。
蠶絲食品涂料
蠶絲基涂層可以減少蒸騰作用、呼吸作用和微生物污染，同時(shí)保持果蔬產(chǎn)品的植物化學(xué)及理化特性，因此由絲素蛋白制成的涂層已在果蔬保鮮等領(lǐng)域得到應(yīng)用。一個(gè)開(kāi)創(chuàng)性的例子是基于絲素蛋白的可食用涂層，它通過(guò)減少水分流失、氧氣擴(kuò)散和水果呼吸速率(即二氧化碳產(chǎn)生)來(lái)保存呼吸躍變型水果和呼吸非躍變型水果。
Marelli等人發(fā)現(xiàn)將草莓儲(chǔ)存7天后，絲素蛋白涂層β片含量為58%的草莓要比β片含量為23%的草莓保存得更好，后者已經(jīng)開(kāi)始發(fā)霉，而沒(méi)有涂層的草莓則變質(zhì)發(fā)霉了。
Valentini等人提出了將絲素蛋白/酵母薄膜作為食品涂層，絲素蛋白經(jīng)過(guò)發(fā)酵處理后可使其β片含量從37%提高到44%。涂有絲素蛋白/酵母底物溶液的香蕉能夠保持堅(jiān)硬和顏色，表面幾乎沒(méi)有褐色斑點(diǎn)和霉菌，未涂抹該涂層的香蕉顯示出變質(zhì)跡象。
Ruggeri等人發(fā)現(xiàn)絲素蛋白與聚乙烯醇(PVOH)結(jié)合形成的多層可食用涂層能夠延長(zhǎng)蘋(píng)果的保質(zhì)期。絲素蛋白層穿透蘋(píng)果果肉覆蓋蘋(píng)果纖維，PVOH形成保護(hù)外層。切后14天，涂有絲素蛋白/PVOH溶液的新切蘋(píng)果的褐變指數(shù)為26.7±1.8，而未涂有或只涂有絲素蛋白或PVOH的褐變指數(shù)分別為70.7±8.8、34.96±6.36和51.49±8.08。因此，絲素蛋白/PVOH涂層可用于防止蘋(píng)果褐變。
智能和活性的蠶絲食品涂料
蠶絲在食品質(zhì)量和安全控制方面有各種應(yīng)用，包括作為智能包裝。最近，專(zhuān)家提出了幾種由蠶絲制成的智能和活性食品包裝。
Zhao等人提議將溫度調(diào)節(jié)絲基水凝膠作為溫度敏感食品的活性包裝。該包裝是一種絲素蛋白/纖維素/正十八烷納米復(fù)合材料，它作為溫度緩沖劑，通過(guò)吸收溫度敏感食品(如新鮮水果和蔬菜)釋放的水分，顯著減緩食物變質(zhì)，在冷鏈故障的情況下提供寬限期。純絲綢水凝膠由于其三維多孔結(jié)構(gòu)而具有高柔韌性、生物降解性和優(yōu)異的吸水能力，但是溫度緩沖性能和堅(jiān)固性較差。將絲素蛋白與具有高儲(chǔ)熱密度和精細(xì)過(guò)冷度的相變材料正十八烷結(jié)合以調(diào)節(jié)溫度，與纖維素結(jié)合以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。
Tao等人認(rèn)為含有銀納米顆粒(AgNPs)的抗菌絲素蛋白/PVOH混合物可作為潛在的食品工業(yè)活性包裝材料。PVOH 容易受到細(xì)菌的影響，發(fā)生變形和降解，但AgNPs則具有抗菌特性。絲素蛋白/PVOH 混合物是AgNPs的穩(wěn)定劑。反過(guò)來(lái)，AgNPs又能有效防止細(xì)菌在混合薄膜表面聚集，保證了食品安全。
蠶絲在農(nóng)產(chǎn)品與其環(huán)境之間形成了有效的屏障，最大限度地減少了物理、化學(xué)和微生物腐敗的可能性，延長(zhǎng)了果蔬保質(zhì)期，減少了食物浪費(fèi)，并確保消費(fèi)者能夠獲得安全可靠的食品。
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1.Silk dibroin as edible coating for perishable food preservation，Scientific reports（Nature）
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3.A multilayered edible coating to extend produce shelf-life，ACS Sustainable Chemistry & Engineering（ACS Publications）
4.Temperature buffering capacity of silk hydrogel: a useful packaging material，Materials Letters（ Elsevier）
5.Biosynthesis and characterization of AgNPs-Silk/PVA film for potential packaging application，Materials（MDPI）
統(tǒng)籌：趙丹 萬(wàn)麗娜
編輯：鐵曉鈺
整理：霍達(dá)
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