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学术前沿 | 蚕丝涂层——食品包装新材料
2024-03-18 11:44:06中国机械工程学会包装与食品工程分会阅读量：1397 我要评论
导读： 食品在从农场到餐桌的路上有三分之一会被浪费掉，而果蔬产品损失尤为严重。易腐食品极易受到物理、化学和微生物的影响，导致外观、气味、味道和质地不佳，缩短保质期，这促使人们探索不同的保存技术。
【包装印刷产业网 行业动态】 食品在从农场到餐桌的路上有三分之一会被浪费掉，而果蔬产品损失尤为严重。易腐食品极易受到物理、化学和微生物的影响，导致外观、气味、味道和质地不佳，缩短保质期，这促使人们探索不同的保存技术。其中一种方法就是使用具有抗菌特性的可生物降解的蚕丝基食品友好型涂料，确保消费者获得安全优质的食品。
蚕丝的结构与理化性质
蚕丝的物理化学特性(形成薄膜的能力、优异的机械和抗菌性能、低透气性和良好的保水能力)使其成为食品质量和安全控制的理想选择。蚕丝因其无味无臭被美国食品和药物管理局认定为是安全可靠的，是可食用食品涂层的绝佳候选者。
天然蚕丝由两种蛋白质组成，即丝素蛋白和丝胶蛋白，分别占65-85%和15-30%。丝胶蛋白对包裹在其内部的丝素蛋白起着保护和粘接的作用，两根丝素蛋白又会组成丝心蛋白，是丝纤维的结构中心。丝素蛋白有两种形式：具有α螺旋结构的丝素蛋白α和由其β片结构定义的丝素蛋白β。丝素蛋白的β片含量越高，其强度、韧性和抗溶解性的性质就越好。
蚕丝是一种极好的防腐剂，除了具有出色的气体阻隔性、机械性能、抗菌性能外，还能延长产品的新鲜度，并在不添加其他复杂化学物质的情况下提供治疗作用。已知丝胶蛋白还具有抗氧化和抗酪氨酸酶活性的功能。因此，食用蚕丝涂层可以通过其提供的抗氧化剂来清除体细胞中的自由基，并通过抑制酪氨酸酶活性来保护皮肤免受色素沉着过度的影响，从而降低患许多疾病的风险。
蚕丝食品涂料
蚕丝基涂层可以减少蒸腾作用、呼吸作用和微生物污染，同时保持果蔬产品的植物化学及理化特性，因此由丝素蛋白制成的涂层已在果蔬保鲜等领域得到应用。一个开创性的例子是基于丝素蛋白的可食用涂层，它通过减少水分流失、氧气扩散和水果呼吸速率(即二氧化碳产生)来保存呼吸跃变型水果和呼吸非跃变型水果。
Marelli等人发现将草莓储存7天后，丝素蛋白涂层β片含量为58%的草莓要比β片含量为23%的草莓保存得更好，后者已经开始发霉，而没有涂层的草莓则变质发霉了。
Valentini等人提出了将丝素蛋白/酵母薄膜作为食品涂层，丝素蛋白经过发酵处理后可使其β片含量从37%提高到44%。涂有丝素蛋白/酵母底物溶液的香蕉能够保持坚硬和颜色，表面几乎没有褐色斑点和霉菌，未涂抹该涂层的香蕉显示出变质迹象。
Ruggeri等人发现丝素蛋白与聚乙烯醇(PVOH)结合形成的多层可食用涂层能够延长苹果的保质期。丝素蛋白层穿透苹果果肉覆盖苹果纤维，PVOH形成保护外层。切后14天，涂有丝素蛋白/PVOH溶液的新切苹果的褐变指数为26.7±1.8，而未涂有或只涂有丝素蛋白或PVOH的褐变指数分别为70.7±8.8、34.96±6.36和51.49±8.08。因此，丝素蛋白/PVOH涂层可用于防止苹果褐变。
智能和活性的蚕丝食品涂料
蚕丝在食品质量和安全控制方面有各种应用，包括作为智能包装。最近，专家提出了几种由蚕丝制成的智能和活性食品包装。
Zhao等人提议将温度调节丝基水凝胶作为温度敏感食品的活性包装。该包装是一种丝素蛋白/纤维素/正十八烷纳米复合材料，它作为温度缓冲剂，通过吸收温度敏感食品(如新鲜水果和蔬菜)释放的水分，显著减缓食物变质，在冷链故障的情况下提供宽限期。纯丝绸水凝胶由于其三维多孔结构而具有高柔韧性、生物降解性和优异的吸水能力，但是温度缓冲性能和坚固性较差。将丝素蛋白与具有高储热密度和精细过冷度的相变材料正十八烷结合以调节温度，与纤维素结合以增强结构。
Tao等人认为含有银纳米颗粒(AgNPs)的抗菌丝素蛋白/PVOH混合物可作为潜在的食品工业活性包装材料。PVOH 容易受到细菌的影响，发生变形和降解，但AgNPs则具有抗菌特性。丝素蛋白/PVOH 混合物是AgNPs的稳定剂。反过来，AgNPs又能有效防止细菌在混合薄膜表面聚集，保证了食品安全。
蚕丝在农产品与其环境之间形成了有效的屏障，最大限度地减少了物理、化学和微生物腐败的可能性，延长了果蔬保质期，减少了食物浪费，并确保消费者能够获得安全可靠的食品。
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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）
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5.Biosynthesis and characterization of AgNPs-Silk/PVA film for potential packaging application，Materials（MDPI）
统筹：赵丹 万丽娜
编辑：铁晓钰
整理：霍达
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