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活性可食膜

出版社:科学出版社出版时间:2021-11-01
开本: B5 页数: 328
本类榜单:工业技术销量榜
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活性可食膜 版权信息

活性可食膜 内容简介

本书是总结著者课题组多年来的研究成果并参考大量国内外前沿文献的基础上撰写而成的。近年来,包装引起了"白色污染"和食品安全隐患,而且,食品新鲜度监测存着专业化程度高,过程复杂的问题。因此,安全无毒的可食活性膜材料已成为广泛关注的热点。本书针对具有良好成膜性的天然多糖和蛋白质的特点和独特属性,通过低碳环保的制备获得大豆分离蛋白、决明子胶、沙蒿胶、塔拉胶及卡拉胶等系列可食性的抗氧化油脂包覆膜和智能膜材料。采用优选的测试和表征手段对可食性活性膜材料进行了分析表征,解析了成膜机制;通过具体的肉质品、海鲜等应用测试评估了其在食品领域的实际应用效果和商业化价值。本书在内容上紧密结合食品包装领域的发展前沿,同时总结了可食性活性膜在未来生产和生活中的广阔的应用前景。

活性可食膜 目录

目录
前言
1 绪论 1
1.1 食品包装概述 1
1.2 塑料包装膜 2
1.2.1 食品包装中常用的塑料树脂 2
1.2.2 塑料包装膜的隐患 4
1.2.3 应对措施 6
1.3 可食膜 6
1.3.1 可食性活性膜 8
1.3.2 可食性智能膜 11
1.3.3 影响可食膜性能的因素 14
1.3.4 可食膜的成膜机制 16
1.4 小结 17
参考文献 18
2 天然多糖 23
2.1 天然多糖的结构与性质 23
2.1.1 结构特性 23
2.1.2 功能特性 23
2.1.3 流变性能 24
2.2 纤维素及其衍生物 24
2.2.1 纤维素的来源 24
2.2.2 纤维素的结构与性质 25
2.2.3 纤维素的聚集态结构 27
2.2.4 纤维素衍生物概述 27
2.3 壳聚糖 31
2.3.1 壳聚糖的来源 31
2.3.2 壳聚糖的结构与性质 31
2.4 淀粉 32
2.4.1 淀粉的来源 32
2.4.2 淀粉的性质 33
2.5 半乳甘露聚糖 34
2.5.1 半乳甘露聚糖的结构及分类 34
2.5.2 决明子胶 36
2.5.3 塔拉胶 36
2.5.4 瓜尔豆胶 37
2.5.5 刺槐豆胶 38
2.6 卡拉胶 39
2.6.1 卡拉胶的来源 39
2.6.2 卡拉胶的结构与性质 39
2.7 其他植物多糖胶 39
2.7.1 沙蒿胶 40
2.7.2 阿拉伯胶 40
2.8 多糖的基本成膜性能 41
参考文献 41
3 蛋白质 42
3.1 蛋白质的结构与分类 42
3.1.1 蛋白质的定义与元素组成 42
3.1.2 蛋白质的结构 42
3.1.3 蛋白质的分类 50
3.1.4 蛋白质的功能 51
3.2 植物蛋白 53
3.2.1 大豆蛋白 53
3.2.2 花生蛋白 53
3.2.3 其他蛋白 54
3.3 动物蛋白 55
3.3.1 明胶 55
3.3.2 乳清蛋白 55
3.3.3 蛋清蛋白 56
3.3.4 酪蛋白 56
3.3.5 蚕丝蛋白 57
参考文献 57
4 包装膜材料的性能测试方法及表征手段 58
4.1 引言 58
4.2 性能测试 58
4.2.1 流变性能 58
4.2.2 色度 59
4.2.3 透光性能 60
4.2.4 吸湿和溶胀性能 60
4.2.5 阻隔性能 61
4.2.6 力学性能 62
4.2.7 热稳定性 63
4.2.8 热封性能 63
4.2.9 总酚含量和抗氧化性能 63
4.2.10 抗菌性能 65
4.2.11 可食性能 65
4.2.12 pH响应性能 66
4.2.13 氨气或三乙胺响应性能 66
4.3 表征 67
4.3.1 傅里叶变换红外光谱 67
4.3.2 微观形貌 67
4.3.3 组分之间的作用及相容性 67
4.4 实际应用 67
4.4.1 高强度包装膜在玉米油包装中的应用 67
4.4.2 抗氧化膜在延缓油脂氧化中的应用 68
4.4.3 智能膜在监测肉品新鲜度中的应用 68
4.5 统计分析 71
参考文献 71
5 大豆分离蛋白可食膜 73
5.1 引言 73
5.2 SPI/纳米SiO2复合膜 73
5.2.1 纳米SiO2的表征 73
5.2.2 纳米SiO2粒度的影响 75
5.2.3 纳米SiO2浓度的影响 81
5.2.4 小结 88
5.3 SPI/NCC复合膜 89
5.3.1 NCC的制备与表征 89
5.3.2 NCC对膜性能的影响 91
5.3.3 小结 95
5.4 SPI/LRE复合膜 96
5.4.1 LRE及其制备 96
5.4.2 LRE对膜性能的影响 97
5.4.3 小结 109
5.5 SPI/NCC/黄柏提取物复合膜 110
5.5.1 黄柏提取物 110
5.5.2 黄柏提取物对SPI膜性能的影响 111
5.5.3 黄柏提取物对SPI/NCC膜性能的影响 119
5.5.4 小结 123
参考文献 124
6 植物多糖胶基活性膜 127
6.1 决明子胶基活性膜 127
6.1.1 决明子胶成膜性能研究 128
6.1.2 羧基化纳米纤维素纤丝增强决明子胶膜 143
6.1.3 决明子胶基可食性智能膜 153
6.1.4 槲皮素纳米晶对膜性能的影响 175
6.1.5 小结 183
6.2 沙蒿胶基智能膜 185
6.2.1 沙蒿胶成膜性能研究 185
6.2.2 ASKG/CMC/RCA智能膜 202
6.2.3 ASKG/ACNF/RCA智能膜 217
6.2.4 小结 237
6.3 塔拉胶基活性膜 238
6.3.1 塔拉胶成膜性能研究 238
6.3.2 塔拉胶/油酸可食膜性能研究 245
6.3.3 塔拉胶/纳米纤维素可食膜性能研究 250
6.3.4 塔拉胶/纳米纤维素/葡萄皮提取物pH智能膜的性能分析 260
6.3.5 小结 277
6.4 卡拉胶基活性膜 278
6.4.1 卡拉胶/羟丙基甲基纤维素复合膜 278
6.4.2 山桃稠李果汁及提取物对膜的影响 286
6.4.3 卡拉胶基抗菌活性膜 298
6.4.4 小结 307
参考文献 308
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活性可食膜 节选

1 绪论 1.1 食品包装概述 在现代商品社会中,包装对商品贸易和流通发挥着不可替代的作用。我国国家标准(GB/T 4122.1—2008)中明确规定了包装的定义:包装是为在流通过程中保护产品,方便储运,促进销售,按一定技术方法而采用的容器、材料及辅助物等的总体名称。也指为了达到上述目的而在采用容器、材料和辅助物的过程中施加一定方法等的操作活动。从定义中可以判断,包装*重要的作用是保护商品,避免其在流通过程中遭受一些化学因素、生物因素及物理因素的破坏,同时为供应链环节中商品的运输和消费提供便利。此外,包装的外观也直接影响其商品价值。包装被誉为“无声的销售员”[1],其美观程度直接影响了人们对食品的购买欲望。因此,包装既是一门科学,又是一门艺术。 包装的起源可以追溯至原始社会。从人类祖先狩猎开始,一片树叶、一块果壳、一枚贝壳和一块兽皮揭开了食品包装的历史序幕。随着生产的发展,剩余果实的增多,人类开始摸索编织篮子、筐、篓、袋,以及制作皮囊、竹筒等。而我国的古代发明——陶制艺术和造纸术为食品包装的发展画上了浓墨重彩的一笔。直至今日,陶器依然在现代社会发挥着其独特的魅力。而造纸术为18世纪末和19世纪初纸质包装的发展奠定了基础。19世纪后期,罐藏、人工干燥和冷冻技术迅速发展,出现了马口铁罐和玻璃罐,从而刺激了食品包装材料的发展。包装材料从原始包装逐渐过渡到近代包装。随着科学技术和产业革命的发展,塑料出现了,它与纸、金属和玻璃成为现代包装的四大支柱,极大地推动了现代包装行业的高速发展。包装是随着人类的进化、社会的前进、生产的发展而逐步发展起来的,经过不断的改革、提高、完善,发展到今天,包装已经成为人类的物质生产、生活不可分割的部分。 工业和信息化部联合商务部发布的《关于加快我国包装产业转型发展的指导意见》及中国包装联合会发布的《中国包装工业发展规划(2016—2020年)》中指出:“十二五”期间,我国包装工业配套服务能力不断增强,累计为110万亿元国内商品和9.98万亿美元出口商品提供了配套服务,配套商品附加值达10%以上,完成进出口总额498亿美元。因此,我国包装产业在国民经济中的贡献能力不断提升。据统计,包装主要用于医药、化妆、食品、机械等各行各业。其中,仅用于食品的包装其比例高达40%[2],由此可见,食品行业对于包装的巨大需求。 食品是人类生存和社会发展的物质基础。2020年中国食品制造业营业收入达1.96万亿元,2019年达16508.7亿元,较2018年增加了769.52亿元。总体来看,食品行业仍继续保持较快的扩张速度。而食品包装是食品加工的*后一道工序,发挥着防止食品原始营养成分流失,保护食品质量和卫生,延长货架期和方便储运销售的重要作用[3]。随着消费者对健康和食品新鲜度的要求日益提高,食品包装已成为食品加工过程中必不可少的环节。因此,我国食品行业的快速稳定增长,势必将带动食品包装行业的相关增长。 食品包装材料是研究食品包装的基础。食品材料不同于其他包装材料,除了探究材料的机械性能、阻隔性能及稳定性能等,由于直接接触食品,材料的安全性是不容忽视的问题,其直接影响消费者的健康。因此,随着消费者安全意识的提高,食品包装材料不断改革、提高、创新和完善。下面针对目前研究较为广泛的食品类包装材料进行详细分析与讨论。 1.2 塑料包装膜 塑料是可塑性高分子材料的简称,主要以高分子树脂(聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等)为基料,加入一些提高其性能的助剂(乳化剂、稳定剂、润滑剂、除泡剂等)制成的高分子材料。凭借其良好的物理机械性能、阻断性、耐化学药品性和加工适应性,成为食品包装的四大支柱(纸、塑料、金属和玻璃)之一,仅次于纸类包装材料,占世界包装总产值的31%左右[4]。塑料在食品包装中主要加工形式为薄膜,又称软包装。塑料包装膜是目前*为方便的食品包装材料。 树脂是塑料*基本、*主要的组成部分,不仅决定了塑料的类型(热塑性或热固性),而且影响着塑料的主要性质。助剂是为改善塑料的使用性能或加工性能而添加的物质,也称塑料添加剂,在塑料制品中起着十分重要的作用,有时甚至是决定塑料材料使用价值的关键。助剂不仅能赋予塑料制品外观形态、色泽,而且能改善加工性能,提高使用性能,延长使用寿命,降低制品成本。 1.2.1 食品包装中常用的塑料树脂 1.2.1.1 聚乙烯 聚乙烯(polyethylene,PE)是使用量*大的塑料制品之一,是由乙烯经加成聚合而成的一种热塑性高分子化合物,无臭、无毒、乳白色的蜡状固体。均聚聚乙烯大部分是由乙烯单体聚合而成,同时,乙烯也可与一些小分子烯烃或某些极性官能团共聚,如乙酸乙烯、丙烯酸、乙烯醇等发生共聚反应。通常而言,聚乙烯化学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀(不耐具有氧化性质的酸,如硝酸),常温下不溶于一般溶剂,吸水性小,电绝缘性能优良,而且聚乙烯塑料的成型温度为140~220℃,所以相对而言耐高温,但耐热老化性较差[5]。 聚乙烯的产品品种很多,在使用中通常将聚乙烯按照密度和结构的不同分为低密度聚乙烯(LDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)和线型低密度聚乙烯(LLDPE)等。具体性质如表1-1所示。 表1-1 聚乙烯的基本性能 1.2.1.2 聚丙烯 聚丙烯是以丙烯单体进行聚合的热塑性聚合物,外观与聚乙烯相似,但聚丙烯的相对密度为0.90~0.91,是目前常用塑料中*轻的一种,主要包括均聚聚丙烯和无规共聚聚丙烯两类。与低密度聚乙烯及高密度聚乙烯相比,均聚聚丙烯密度低、熔点高;聚丙烯的机械性能好,拉伸强度、屈服强度及硬度等都优于聚乙烯,尤其是具有较好刚性和抗弯曲性;耐化学性极好,并能耐沸水煮,能经受高温消毒;此外,阻气性能也优于聚乙烯,但耐低温性能远不如聚乙烯[6]。无规共聚聚丙烯相对均聚聚丙烯较轻,其密度为0.89~0.90 g/cm3,具有更好的耐低温冲击强度。聚丙烯材料主要制备成薄膜类材料包装食品,吸油率是聚乙烯的1/5,故适宜包装含油食品[9]。 1.2.1.3 聚苯乙烯 聚苯乙烯由苯乙烯单体加聚而成,因大分子主链上带有苯环侧基,结构不规整、不易结晶,柔顺性很低,属于线型无定形聚合物。聚苯乙烯的阻气、阻湿性能低于聚乙烯,机械性能好,具有较好的刚性,但脆性大;不受一般酸、碱、盐等物质腐蚀,但易受有机溶剂如烃类、酯类等腐蚀。聚苯乙烯塑料主要制备成水果盘、食品盒等,发泡聚苯乙烯主要用作快餐盒及鲜鱼的活体包装等[10]。 1.2.1.4 聚氯乙烯和聚偏二氯乙烯 聚氯乙烯塑料以聚氯乙烯树脂为主体,加入增塑剂、稳定剂等添加剂混合组成。其分子结构中C—Cl键有较强极性,大分子间结合力强,故聚氯乙烯塑料柔顺性差且不易结晶。聚氯乙烯树脂热稳定性差,在空气中超过150℃会降解而释放出HCl,长期处于10℃下也会降解,在成型加工时也会发生热分解,这些因素限制了聚氯乙烯的使用温度。聚氯乙烯的阻气、阻油性优于聚乙烯塑料,但阻湿性比聚乙烯差。化学稳定性优良,透明度、光泽性比聚乙烯优良;机械性能优异,有很好的拉伸强度和刚性。聚氯乙烯树脂本身无毒,但其中的残留单体氯乙烯有麻醉和致畸致癌作用,对人体的安全限量为每千克体重1 mg,故聚氯乙烯用作食品包装材料时应严格控制材料中的氯乙烯残留[11]。 聚偏二氯乙烯由聚氯乙烯树脂、少量增塑剂和稳定剂制成,用于食品包装具有许多优异的包装性能,如化学稳定性很好,不易受酸、碱和普通有机溶剂的侵蚀,阻隔性很高,且受环境温度的影响较小,耐高低温性良好,适用于高温杀菌和低温冷藏。 1.2.1.5 聚乙烯醇 聚乙烯醇由聚乙酸乙烯酯经碱性醇液醇解而得,是一种分子极性较强且有高度结晶的高分子化合物。聚乙烯醇通常制成薄膜用于包装食品,具有如下特点:阻气性能很好,特别是对有机溶剂蒸气、惰性气体及芳香气体;但因其为亲水性物质,阻湿性差,易吸水溶胀,且随吸湿量的增加而使其阻气性能急剧降低。聚乙烯醇可直接用于包装含油食品和风味食品,吸湿性强使其不能用于防潮包装,但通过与其他材料复合可避免易吸潮的缺点,充分发挥其优良的阻气性能而广泛用于肉类制品如香肠烤肉、切片火腿等包装,也可用于黄油、干酪及快餐食品包装。由于聚乙烯醇无色、无毒易降解,且与亲水性纤维的结合能力较强,利用聚乙烯醇与纤维材料复合制备塑料包装膜的研究日益增多。 1.2.2 塑料包装膜的隐患 1.2.2.1 白色污染 在我国日常社会材料需求中,塑料材料的需求占其中很大一部分。塑料产业在20世纪初生产总量增长了将近一倍,在2010年达到31.5万t[12]。虽然塑料产品为我们的工作、生活提供了诸多的便利,但是其本身存在着很多缺点。例如,塑料使用后在自然环境中不易被微生物分解,从而对环境造成“白色污染”。众所周知,丢弃在环境中的废旧包装塑料,不仅影响市容和自然景观,产生“视觉污染”,而且难以降解,对生态环境还会造成潜在危害,例如,混在土壤中,影响农作物吸收养分和水分,导致农作物减产;增塑剂和添加剂的渗出会导致地下水污染;混入城市垃圾一同焚烧会产生有害气体,污染空气,损害人体健康。 此外,据环球塑化网统计,每年约有800万t塑料垃圾进入海洋,全部加起来可以绕地球420圈,海洋垃圾中的80%~85%为塑料垃圾。从滤食性的牡蛎、贻贝,到鱼类、海龟甚至抹香鲸体内都发现有塑料垃圾的影子!摄食尺寸较大的塑料垃圾通常会造成海洋生物的肠道穿孔、胃破裂,严重的甚至会导致海洋生物死亡。而纳米级别的塑料微粒则能够穿过细胞膜,残留在海洋生物体内,逐渐影响其生物代谢功能。据报道,探险团队在马里亚纳海沟潜水至10927 m处的海沟底部,也发现了塑料垃圾。长此以往,塑料制品就会对自然界造成灾难性的破坏。 1.2.2.2 能源危机 塑料的原材料来源于不可再生资源——原油。据不完全统计,每年约有1.625×109 L?原油用于塑料的生产[12],造成严重的资源浪费。因此,全世界都强调在使用包装材料包装制品时,要考虑4R1D,即reduce(减少包装材料),reuse(重复利用),recycle(可回收循环利用),recover(资源再生)和degradable(可降解),简而言之,既要确保包装材料的性能,又要降低成本,循环利用,减少因包装带来的环境污染。 1.2.2.3 食品安全 在发展中国家,塑料主要应用于保鲜膜和包装膜等[13]。而塑料制品在其工业生产阶段,需要添加大量的化学制剂(烷基酚、双酚A、己二酸二酯、邻苯二甲酸酯等低分子化合物,低聚物和单体等),这些化学物质容易迁移到被包装食品上,进而进入人体,干扰身体的分泌系统,从而发生病变,影响身体健康。此外,食品塑料包装材料中可能存在增白剂、阻光剂、增塑剂、光亮剂、胶黏剂、重金属和色素等对人体健康有害的化学改性添加剂等[14]。这些食品塑料包装材料与食品接触会发生物质迁移至人体,造成潜在威胁。 我国目前也对食品包装材料中的一些风险物质做出了限量规定,如《食品安全国家标准 食品接触材料及制品用添加剂使用标准》(GB 9685—2016)中规定了食品容器、包装材料添加剂的使用原则。《食品安全国家标准 食品接触材料及制品生产通用卫生规范》(GB 31603—2015)规范了食品包装材料的生产过程。但是多数添加剂没有相应的检测方法,对于市场监管是一大缺陷和难题。而这些物质正是包装材料中的安全隐患。因此,研究者们一方面积极借鉴先进国家的塑料包装材料评估体系和技术;另一方面寻找新型、环保、健康的替代材料,这些都具有重要意义。 1.2.3 应对措施 自2008年6月1日起,我国在所有超市、商场、集贸市场等商品零售场所实行塑料购物袋有偿使用制度,一律不得免费提供塑料购物袋。应该说,这些年的“白色污染”治理取

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