层层自组装可食性保鲜涂层的研究进展

◎ 范孟丹，刘帅旗，罗伟华，张力铭，李 曼，张 妍，石葆莹,2

（1.天津天狮学院，天津 301700；2.宏观世纪（天津）科技股份有限公司，天津 301707）

目前，在食品技术领域，层层自组装法的应用刚开始建立，主要应用于果蔬的保鲜。层层自组装可食性涂层可延长果蔬的贮存时间，改善果蔬的外观，并具有抗菌保护的作用。利用层层自组装技术有望开发出结构合理、性能精确的可食性涂层，从而有效提高果蔬的贮藏周期。

1 可食性涂层

可食性涂层是目前研究较多的提高果蔬保质期的方法，它可以保护果蔬免受机械和微生物的损伤，防止有利挥发物外溢，抑制腐败，保持外观完好[1]。由于可食性涂层可生物降解，因此成为合成包装的替代品，满足了人们对食品安全的需求[2]。

1.1 可食性涂层的特点

可食性涂层不仅可以涂覆在采摘后的新鲜果蔬上，还可以应用于鲜切果蔬。果蔬在采摘后也会继续呼吸过程，因此可食性涂层需要具有精准的透气性，以实现正常的CO2/O2交换。同时，果蔬容易失水，会引起尺寸收缩和质地损伤，所以可食性涂层需要具有一定的水蒸气渗透性，以抑制水分逃逸。此外，果蔬更容易受到微生物的破坏，因此可食性涂层应具有抗菌活性。可食性涂层很难黏附在自带疏水表面的果蔬上，所以需具有良好的附着力[3]。

1.2 可食性涂层的原材料

1.2.1 脂类

脂类的疏水性使其具有良好的防潮性能，同时许多脂质材料也可以使食品具有更好的光泽，但脂类的机械性能较差，对亲水表面的食品黏附性较差。

1.2.2 蛋白质

蛋白质具有多种物理和机械特性，其中水溶性蛋白质通常具有较高的透气性、良好的力学性能和较低的防潮性，但蛋白质易引起过敏反应。

1.2.3 多糖

多糖使用范围较广，不易引起过敏反应，具有良好的机械性能。其特殊优势是可以对每个单体的化学结构进行预测，从而控制涂层性能，但多糖具有较低的保水性。

综上所述，单一涂层很难满足果蔬保鲜中对涂层的要求，因此复合可食性涂层的开发成为研究的热点。复合可食性涂层是将两种或两种以上不同种类的材料进行组合形成新的涂层，从而具有每种材料各自的优点[4]。

2 层层自组装法

层层自组装法（Layer-by-Layer Self-assembly，LBL）是复合涂层的多种合成方法之一，通过不同组分在物质表面的交替沉积，按照所需的不同性能来设计合理的复合涂层[5]。

2.1 层层自组装法的特点

LBL材料在电子、光学和医学等领域有着广泛的应用，而该方法应用于可食性涂层领域的研究才刚刚起步，它能够以可控的方式制备复合涂层并应用于果蔬保鲜，同时也可对涂层的性能进行调控。

2.2 层层自组装可食性涂层的化学原理

层层自组装技术具有在分子水平上控制可食性涂层的性质。LBL结构的实现是通过静电的相互作用，LBL方法涉及交替顺序沉积的聚电解质，聚阳离子和聚阴离子在一个带电的表面上分层沉积，LBL结构的整体电中性是通过一种基于各层电荷补偿和竞争离子配对的电荷过补偿机制来完成的。在LBL组装过程中，这种外部电荷补偿转化为内部电荷补偿，导致反离子的释放和水分子的溶剂化，为LBL组装过程提供了内驱力[6]。

3 层层自组装可食性涂层在果蔬保鲜中的应用

目前，层层自组装可食性涂层主要应用于果蔬的保鲜，通过考察果蔬的感官、失重、硬度、透气性和微生物等指标来进行保鲜效果评价。

MEDEIROS等[7]开发了以果胶和壳聚糖为基础的多层可食性涂层。采用LBL法将5层交替聚电解质以果胶-壳聚糖-果胶-壳聚糖-果胶的形式涂覆在整个芒果上，涂层芒果的失重率约为未涂层芒果的50%，未涂层芒果果肉呈褐色，存在微生物腐败迹象，而涂层芒果的质量却保持良好。

POVERENOV等[8]采用LBL法制备了一种以多糖为基础的双层可食性涂层。内部带负电荷的海藻酸盐层具有良好的黏附性，外部带正电荷的壳聚糖层具有良好的抗菌性。与未涂层的水果相比，海藻酸盐-壳聚糖涂层和单层壳聚糖涂层显示了抗菌活性，微生物计数减少两个数量级。果实硬度测试表明，海藻酸盐-壳聚糖涂层明显优于单层涂层，内部海藻酸盐层减少了水果水分的流失。

一直以来合成蜡被用来延长柑橘类水果的贮藏性，ARNON等[9]为柑橘类水果开发了一种有效的可食性涂层，其成为合成蜡的替代品。这种可食性涂层以甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素和壳聚糖为原料，采用LBL法对柑橘类水果进行保鲜，结果表明，该复合涂层在不影响果实天然风味和呼吸过程的前提下，使果实具有最佳的硬度、最低的失重和较好的光泽度。

MOREIRA等[10]研究了活性物质在层层自组装涂层中的添加情况，将反式肉桂醛/β-环糊精复合物加入壳聚糖溶液中形成多层活性涂层，应用于鲜切木瓜的保鲜贮藏。与未涂层鲜切木瓜相比，多层活性涂层具有显著的抗菌作用，可延长水果的货架期，可在4 ℃条件下放置15 d，而未涂层鲜切木瓜的放置时间少于7 d。又将壳聚糖/果胶LBL涂层和反式肉桂醛/β-环糊精壳聚糖复合涂层对鲜切甜瓜进行抗菌效果比较，后者的有氧平板计数显著降低。

4 结语

层层自组装技术可以通过调整材料的性质，形成满足个性化需求的可食性涂层。层层自组装可食性涂层可以延长果蔬的储存期，改善果蔬的外观，并抑制有害微生物的生长。尽管层层自组装法在众多领域得到了广泛的应用，但它在果蔬保鲜领域的研究应用才刚刚开始。采用层层自组装技术开发设计出结构合理、能有效提高果蔬贮藏周期的新一代可食性涂层是今后研究的主要方向，具有广阔的应用前景。