文章鉴读|东北农业大学食品学院夏秀芳教授团队：壳聚糖基复合膜的成膜机理和特性研究进展

食品工业科技编辑部

2025-05-08

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摘要

壳聚糖通过分子内和分子间氢键连接形成具有粘性的成膜溶液，流延干燥后可形成高透明度的可食膜。又因壳聚糖膜具有一定的机械性能、阻气性和抑菌性，已广泛应用于食品贴体包装，来提高食品质量。纯壳聚糖膜的力学性能、阻水性等不能满足理想包装的高保护性、高防潮性的要求，限制了其在食品包装方面的应用。在实际生产中，壳聚糖常与其他成膜材料、抗菌物质复合，改善其机械性能、阻隔性及抑菌性能，延长食品货架期。本文概述了壳聚糖的制备、纯壳聚糖膜的成膜机理和特性；重点综述了壳聚糖分子上的氨基、羟基等与多糖类（如淀粉、果胶）、蛋白质类（如明胶）、脂质（如甘油、植物精油）等聚合物分子上的羰基、羟基、乙酰基等通过氢键、静电相互作用，形成抗拉强度高、阻气性好、抑菌能力强的复合膜，为壳聚糖复合膜的开发和应用、提高食品安全性提供技术支持。

壳聚糖（Chitosan, CS）是以甲壳类动物（如蟹、虾）外壳为原料经脱乙酰得到的天然阳离子多糖。其单体可通过分子内、分子间的氢键连接形成高透明性、优异阻气性、广谱抑菌性的薄膜，广泛应用于食品的贴体包装中，提高食品在加工、运输、储藏过程中的质量。又因CS原料来源广泛、成本低、具有可食性和可生物降解性等特点，已被列为可替代合成塑料、减少白色污染的材料，深受研究者的关注。

壳聚糖薄膜的阻气性、抗氧化性良好，但单一CS膜的阻水性、机械性能、保鲜性能等特性较弱，限制了其的广泛应用。因此，目前研究主要集中在其复合膜的制备及性能提高上，CS可与淀粉、果胶、明胶、精油等物质通过分子间的氢键、离子键、物理缠结等作用，制得性能优良的可食性复合薄膜，扩大其在食品包装领域的应用。

了解CS基成膜溶液的体系状况及干燥后固态膜的形态、结构等与复合膜特性的相关性对CS基薄膜的应用具有重要意义。因此，本文综述了CS中存在的氨基、羟基等与成膜材料（如淀粉、明胶、植物精油）中存在的羧基、羟基、乙酰基等通过氢键、静电作用结合的机理及复合膜的特性，以期为开发具有环保性、食用性、保鲜性的新型包装材料提供一定的参考。

结果与分析

1. 壳聚糖膜的成膜机理及特性

1.1 壳聚糖膜的成膜机理

壳聚糖，聚（1，4）-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖，是自然资源非常丰富的线性高分子化合物，一般用化学方法提取获得。壳聚糖的制备流程如图1所示，首先将蟹、虾壳粉浸入NaOH溶液中，洗涤干燥后经脱蛋白、脱矿物质和脱色过程获得甲壳素，甲壳素再经脱乙酰化获得CS。

图 1 壳聚糖的制备流程

Figure 1. Preparation process of chitosan

壳聚糖膜是将CS粉末溶于乙酸溶液中，均匀搅拌后经流延干燥所获得的可食膜。壳聚糖膜的形成机理主要包括：a.CS分子上NH2、OH等亲水基团可与水分子通过氢键连接，迅速吸水膨胀，均匀分散在乙酸溶液中；b.CS游离出NH3+，通过离子键与溶液中阴离子结合，在溶液中形成三维网络；c.CS分子上的C₂-NH₂、C₃-OH、C₆-OH均可形成分子内和分子间氢键，其中最主要的氢键作用是通过C₃-OH与同一分子中相邻、另一分子链上的糖苷键的氧原子连接形成（图2）；d.成膜溶液干燥过程中，水分蒸发，CS分子间疏水相互作用和缠结程度增加，最终形成具有一定力学性能、阻气性的固态膜。

图 2 壳聚糖溶液中分子内和分子间作用力

Figure 2. Intramolecular and intermolecular forces in chitosan solution

注：a、b分别表示壳聚糖分子内、分子间氢键的相互作用。

1.2 壳聚糖膜特性

壳聚糖膜是由CS通过分子内和分子间氢键作用形成粘性溶液，经流延干燥获得的具有优异阻气性、广谱抑菌性、良好抗氧化性的薄膜。

1.2.1 阻气性

壳聚糖膜可充当保护性屏障，对O₂、CO₂阻隔性良好。蒙桂娥证明CS膜保鲜的果蔬释放的CO₂渗透到外界少，使果蔬呼吸强度下降，从而延长产品贮藏期。ŞEYDA等发现用0.5% CS涂膜保鲜的苹果生成CO₂的速率下降了50%。王晶指出涂覆有CS膜的鸡蛋储存16 d后失重率下降了29%，表明CS涂抹显著降低了蛋内部CO₂的逸出。

1.2.2 抗菌活性

壳聚糖可食膜对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌等多种微生物都具有抗菌活性，其抑菌机制主要有两点：a.CS分子中的-NH₃⁺带正电荷，可与细胞表面负电荷结合，改变细胞膜的通透性，进一步与细胞内蛋白质、遗传物质作用，使细胞死亡；b.CS具有螯合金属离子的能力，可抑制微生物的各种代谢酶的活性，进而影响细胞正常生理活动。ALI等发现与未处理组相比，CS薄膜保鲜鲈鱼贮藏30 d后，挥发性盐基氮（total volatile basic nitrogen, TVB-N）、嗜温菌数分别下降了25%、16%，货架期延长了24 d。CAMPANIELLO等指出CS可食膜保鲜草莓时，细菌总数减少了20%，货架期延长了一倍。MOREIRA等报道称CS可食膜保鲜西兰花14 d后，嗜温菌数、嗜冷菌数、酵母和霉菌总数分别减少了31.4%、14%、8%。

1.2.3 抗氧化性

壳聚糖分子上的-NH₂及-OH具有清除自由基、螯合金属离子的作用，可抑制肉类的脂肪氧化。JRIDI等测定CS膜的抗氧化性，发现CS膜的DPPH自由基清除活性、铁离子还原能力分别为1.24、1.36 mmol VC当量/g。WANG等发现CS薄膜保鲜猪肉16 d后，硫代巴比妥酸值（thiobarbituric acid，TBA）较未处理组减少了45%。余达威指出与未处理组相比，2% CS膜保鲜的冷藏草鱼片的TBA值降低了33%。

壳聚糖膜因具有以上优点而受到研究者的广泛关注，但纯CS膜的机械性能、阻水性、保鲜效果较CS基可食膜存在不足。故实际生产中，CS常与多糖、蛋白质及脂质等物质复合来改善CS薄膜的性能。

2. 壳聚糖与多糖的复合膜

多糖（如淀粉、果胶和海藻酸盐）具有无毒、成本低、来源广泛、成膜性和水溶性良好等优势，可作为成膜组分添加至CS成膜液中，其分子上的活性官能团可与CS分子上的-NH₂、-OH、N-乙酰基等官能团通过不同的方式结合，提高复合膜的机械性能和阻隔性能。表1汇总了目前已开发的CS基可食膜的种类并就CS复合膜和纯CS膜的特性进行了比较。

表 1 壳聚糖复合膜与纯壳聚糖膜的特性比较

Table 1. Comparison of characteristics of chitosan composite film and pure chitosan film

2.1 CS与淀粉共混

2.1.1 CS/淀粉复合膜成膜机理

CS/淀粉粘性溶液体系的形成机理主要包括：a.淀粉的糊化和凝沉。淀粉在和CS溶液混合前，需进行预糊化，此过程中淀粉分子的-OH与水分子的-OH通过氢键连接，淀粉颗粒吸水膨胀，内部的直链淀粉游离出来。b.氢键作用。CS与糊化后的淀粉混合后，淀粉分子间、淀粉-OH与水分子-OH间的氢键断开，与CS分子上极性更强的-NH₂结合，均匀的分布在CS聚合网络中。张枝健利用流变学技术发现，与单一CS溶液相比，CS/淀粉共混溶液的黏度、储存模量、损耗模量均升高，表明CS与淀粉反应形成了新的大分子，并增强了凝胶网络。

CS/淀粉混合溶液经流延干燥后脱去水分子，CS与淀粉分子间距离缩短，形成具有良好刚性和弹性的固态膜。CS/淀粉复合膜的形成过程如图3（A）所示。利用傅里叶红外光谱（fourier infrared spectroscopy, FTIR）、X射线衍射（diffraction of x-rays, XRD）、扫描电子显微镜（scanning electron microscope, SEM）等方法可对CS/淀粉固态膜进行结构表征。SINDHU等利用XRD分析发现，CS/淀粉混合膜较单一CS膜在11.6°和20.25°的峰强度降低，同时出现了一个强度更高的宽的无定形峰，且结晶度降低，表明两组分很好结合；FTIR结果显示，原有的淀粉-OH峰及CS的-NH2峰均移至更高的频率，表明淀粉的-OH与CS的-NH₂产生更强的氢键作用。CHETAN等利用SEM观察到CS的微区分散在共混膜的淀粉基质中，两种成分之间具有相对良好的界面附着力。

图 3 CS复合膜形成过程和机理

Figure 3. The formation process and mechanism of chitosan composite film

2.1.2 CS/淀粉复合膜特性
由于淀粉的凝沉性和CS与淀粉分子间更强的氢键作用，增强了CS凝胶网络，增加了CS分子间的距离，复合后的CS/淀粉薄膜刚性和柔韧性均得到改善。但因CS与淀粉均具有亲水性，两者的复合膜水蒸气透过率（Water vapor transmission rate, WVP）增加，限制了其在饼干、干制果蔬等低水分含量食品包装中的应用。XU等发现与单一的CS膜相比，CS/玉米淀粉（1:1）复合膜的TS、EB、WVP分别增加了60%、71%、13%。THAWIEN等发现在CS/大米淀粉复合膜中再加入一倍的淀粉后，复合膜的EB提高了38.5%。

2.2 CS与果胶共混

2.2.1 CS/果胶复合膜成膜机理

CS酸溶液与果胶水溶液混合后，经流延干燥可获得CS/果胶复合膜。复合膜的成膜机理主要依靠两种相互作用：a.静电相互作用。CS分子上的-NH2在乙酸溶液中部分质子化为NH₃⁺，同时果胶含有的半乳糖醛酸在水溶液中产生游离的COO^-，两者混合初期，CS上的NH₃⁺与果胶的COO^-通过离子键结合。b.氢键作用。随着果胶的增溶，其结构趋于无序，暴露出-OH基团，与CS上的-NH₂、-OH、N-乙酰基通过氢键连接。通过这两种相互作用，最终形成具有复杂、致密网状的CS/果胶成膜溶液，干燥后形成外观均一、无大孔的膜，如图3（B）所示。

通过FTIR、XRD等技术可分析出CS与果胶的结合作用。HEBA等利用FTIR发现与单一CS膜、果胶膜相比，复合膜中COO-的吸收峰由1634 cm⁻¹处转移到更低的频率，CS的N-H峰转移到高频率，表明CS的NH₃⁺和果胶的COO^-相互作用；XRD图显示，与CS膜相比，复合膜在24.4°和26.12°的衍射峰消失，薄膜呈完全非晶态，表明两者有很好的相容性。

2.2.2 CS/果胶复合膜特性

CS与果胶以合适的比例混合后，两者间的静电相互作用使两组分充分交联，复合膜结构牢固，刚性增强，但膜延展性变差，表现为CS/果胶复合膜的TS提高，EB降低。另外，因果胶是亲水性多糖，故CS/果胶复合膜的阻水性较单一CS膜差。CHEN等发现与单一CS膜相比，CS/果胶复合膜的TS、吸水性分别增加了2.5倍、0.6倍，EB下降了0.7倍。当CS与果胶的比例为1:1时，CS/果胶复合膜的性能改善更显著。MANISH等发现CS：果胶从30%：70%到50%：50%时，复合膜TS、EB分别增加了3倍、0.5倍，溶胀指数下降了1.13倍。

2.3 CS与海藻酸盐共混

2.3.1 CS/海藻酸盐复合膜成膜机理

CS/海藻酸钠复合膜是将CS溶液与海藻酸钠混合干燥后，再经CaCl₂溶液洗涤干燥获得。复合膜的形成机理包括：a.静电相互作用。海藻酸钠游离出COO^-与CS上的-NH₃⁺形成离子键。b.氢键作用。海藻酸盐上的-OH可与CS上-OH、-NH₂、糖苷键上的氧原子通过氢键连接。c.Ca²⁺交联作用。当CS与海藻酸钠形成弱的复合膜后，用CaCl₂溶液洗涤，Ca²⁺和未与CS结合的游离的阴离子结合，进一步稳定复合物结构，最终形成具有良好延展性、阻隔性的复合膜。CS与海藻酸钠复合膜形成过程如图3（C）所示。

利用FTIR、XRD、X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy，XPS）等技术可观察到CS与海藻酸盐复合膜形成过程及作用力。MENG等利用FTIR发现与单一CS膜相比，CS/海藻酸盐复合膜在1636 cm⁻¹处的-NH2伸缩振动峰消失，在3446 cm⁻¹的-OH峰变窄并移动到更低的波数，表明CS和海藻酸盐发生氢键作用。GWEN等利用XPSN1s扫描得出48%的NH₂被质子化为-NH₃⁺；FTIR分析出复合膜在1530 cm⁻¹处出现新的谱带，该谱带为-NH₃⁺振动模式之一，且与单一海藻酸盐膜相比，复合膜在1620、1416 cm⁻¹处的COO^-的不对称和对称拉伸振动峰移动至1635、1403 cm⁻¹处，说明CS和海藻酸盐之间存在强的静电作用力。HEND等利用XRD得出较单一CS膜，CS/海藻酸盐复合膜的XRD曲线在10.5°和19.8°处无结晶峰，表明海藻酸盐和CS具有良好相容性。

2.3.2 CS/海藻酸盐复合膜特性

由于带大量正电荷的CS与带负电荷的海藻酸盐发生静电、氢键作用，使CS与海藻酸盐分子间结合紧密，复合膜结构致密，TS增加，阻水性显著提高。又因海藻酸盐具有亲水性，复合膜中部分水分子的存在，使得分子链的柔性增强，复合膜结晶度下降，使得复合膜EB显著增加。WANG等发现CS/海藻酸盐复合膜较单一CS膜的EB增加了10%，WVP下降了28.6%。

2.4 CS/其他多糖共混

天然多糖来源广泛，除上述淀粉、果胶、海藻酸盐外，CS还可与纤维素及其衍生物、树胶（如角叉菜胶、阿拉伯胶）、功能性植物多糖（如白芨多糖、苦荞粗多糖）等多糖类成膜材料复合制得性能优良的可食膜（表1），以扩大CS膜在实际生产中的应用。

3. CS与蛋白质的复合膜

蛋白质依靠基团间的二硫键和疏水键等作用，性质、结构均较稳定，且具有良好成膜性。CS的活性基团可与玉米醇溶蛋白、明胶等蛋白质肽链上的游离-OH、-SH、COO^-通过不同键连接，形成表面光滑致密，具有良好机械性能、阻水性的复合膜。

3.1 CS与玉米醇溶蛋白共混

3.1.1 CS/玉米醇溶蛋白复合膜成膜机理

CS与玉米醇溶蛋白复合膜的形成过程和机理包括：a.氢键作用。将玉米醇溶蛋白溶于乙醇，玉米醇溶蛋白肽链上的-OH与亚氨基间的氢键打开，且亲水和疏水基团的排列发生变化，与CS溶液混合后，肽链上游离的-OH、-NH₂与CS上的-NH₂、-OH、N-乙酰基形成氢键。b.静电相互作用。CS在稀酸溶液中质子化游离出NH₃⁺，与肽链两端COO^-以离子键结合。c.疏水作用。混合溶液在流延干燥过程中，温度升高，玉米醇溶蛋白的-SH和疏水基团等暴露在表面，进一步与CS上的反应性基团作用。d.分子链缠结。CS与玉米醇溶蛋白均属于高分子聚合物，两者混合后结构均处于无序状态，分子相互碰撞发生物理缠结。干燥后，分子作用和缠结更紧密，最终获得具有良好机械性能和阻隔性能的复合膜。

利用流变学可对CS和玉米醇溶蛋白混合膜液的状态进行分析。张利铭等利用流变学技术发现，随着玉米醇溶蛋白的添加，混合膜液的黏度活化能增加；动态频率扫描显示混合膜液的G'和G"值均增加，并且曲线的交叉点向低频方向移动，这均说明CS和玉米醇溶蛋白形成较强的网络结构。

通过拉曼光谱、FTIR、SEM等分析方法可直接对固态复合膜进行表征。GARCÍA等发现与单一CS膜相比，CS/玉米醇溶蛋白复合膜的拉曼光谱图出现新的谱带，同时玉米醇溶蛋白中半胱氨基和赖氨酸反应基团的峰消失，表明膜组分之间存在相互作用。ZHANG等利用FTIR分析出与单一CS膜相比，复合膜的氢键位置从3357 cm⁻¹移至较低波数，表明两者间有强氢键作用；酰胺II基团的谱带从1558 cm⁻¹处移至1547 cm⁻¹，表明两者存在另一作用力—静电作用；SEM观察到CS/玉米醇溶蛋白复合膜的表面比纯CS膜表面更光滑，且未熔融颗粒减少。

3.1.2 CS/玉米醇溶蛋白复合膜特性

与纯CS薄膜相比，由于亲水性的CS与含众多疏水基团的玉米醇溶蛋白间更牢固的分子间作用力的形成，当CS与玉米醇溶蛋白以合适的比例混合时，复合膜的机械性能、阻水性、透明度均会显著提高。但玉米醇溶蛋白占比过大时，复合膜的各项性能均会下降。ZHANG等发现与单一CS膜相比，CS/玉米醇溶蛋白复合膜（1:1）的TS、EB分别提高了34%、12%，WVP、不透明度分别下降了34.4%、45%；CS/玉米醇溶蛋白复合膜（1:5）的TS、EB分别下降25.6%及24.6%。

3.2 CS与明胶共混

3.2.1 CS/明胶复合膜成膜机理

CS/明胶复合膜是将CS酸溶液与明胶水溶液混合后，倾倒至玻璃皿上干燥后剥离获得。复合膜的形成机理包括：a.明胶吸水溶胀。维持明胶结构的次级键断开，游离的-OH与水分子间形成氢键，均匀地分布在溶液中。b.氢键作用：CS的-NH₂、乙酰氨基与明胶分子游离的-NH₂、-OH通过氢键连接。c.静电相互作用。CS游离出NH₃⁺与肽链端COO-形成离子键。通过这些分子间作用，混合溶液中形成一个新的黏度相。最后在混合膜液中添加增塑剂后，经流延干燥形成延展性、阻水性良好的膜，如图3（D）所示。

利用XRD、DSC等可分析出CS、明胶混合物的交联状况。PEREDA等通过动态力学分析得出与CS膜相比，CS/明胶共混膜的分解温度高出30 ℃左右，表明两组分发生相互作用。SIONKOWSKA等进一步发现与单一CS膜相比，CS/明胶复合膜的FTIR图中酰胺III振动波长减小，且OH和NH振动带的变宽，表明薄膜中聚合物分子之间存在静电、氢键作用。MOURAD等利用SEM观察到CS与明胶通过氢键、静电相互作用形成的混合薄膜具有均一的外观，横截面致密，表面无大孔形成。

3.2.2 CS/明胶复合膜特性

CS的阻水性较差，但将明胶添加到CS基质中时，混合膜的WVP及氧渗透率显著降低。这是由于在共混膜中，明胶可通过离子键和氢键与CS交联，发生自由体积的减小或聚合物基质的网状物的致密化，从而降低水分子及O₂通过薄膜的扩散速率。且明胶的加入削弱了CS分子上-NH₂与-OH的氢键作用，原本规整的CS分子结构变得无序，从而使复合膜的无定形区含量增大，结晶度下降，故所形成复合膜的TS下降、EB升高。XU等发现与单一CS薄膜相比，CS/明胶复合膜的EB增加了13%，TS、WVP、氧渗透率分别下降了30.5%、57.8%、30%。

3.3 CS/其他蛋白质共混

蛋白质可根据来源分为植物蛋白质和动物蛋白质。植物蛋白除玉米醇溶蛋白外，大豆蛋白、小麦面筋等均具有成膜性能，且成膜后膜性能良好，故现已研究开发了CS与大豆、藜麦蛋白等复合的可食膜，并对其性能进行了探究。另外，考虑到大豆、小麦作为过敏原限制了其作为膜组分的使用，故相较于植物蛋白，CS常与肌原纤维蛋白、胶原蛋白、酪蛋白等动物蛋白复合以获得性能优良、营养丰富的可食膜（表1）。

4. CS与脂质的复合膜

脂质在可食用涂膜中具有提供光泽，减少水分流失，降低成本及包装的复杂性等功能。CS常与甘油、植物精油等的-OH、-COOH以不同的方式结合，在成膜溶液中形成复杂致密的聚合网络，干燥后获得具有优异延展性、阻水性、抑菌性和抗氧化性的固态膜。

4.1 CS与甘油共混

4.1.1 CS/甘油复合膜成膜机理

CS/甘油复合膜的形成机理主要包括：a.氢键作用。加入合适比例的甘油后，单位体积的-OH数目增多，一部分-OH与水分子的-OH通过氢键结合，一部分-OH和CS的-OH、-NH₂、-CONH₂通过氢键连接最终形成复杂的CS-甘油-水分子结合的网状结构。LI等利用XRD分析出，加入甘油后，复合膜在2θ=10°和20°的结晶峰明显变弱，表明CS分子间氢键作用力减弱。CHEN等观察1H MAS NMR光谱发现CS/甘油膜在2.6 ppm处出现新的尖锐的峰，表明CS分子移动率增加，进一步证实了甘油的加入，改变了CS分子间的结合作用。赵郁聪等从FTIR图得出，与单一CS膜相比，CS/甘油膜的-OH峰位置发生红移，且峰面积变大，说明CS和甘油的OH基团间存在氢键作用。

4.1.2 CS/甘油复合膜成膜特性

将合适比例的甘油添加至CS溶液后，干燥后得到的复合膜的强度下降，韧性、柔韧性和阻水性均提高。这是由于CS与甘油间的氢键阻碍了水分子的扩散，且增大了聚合物的自由体积，使得CS分子的相互滑动作用增强，薄膜断裂伸长率增加。RIVERO等发现与单一CS膜相比，CS/甘油膜的强度下降了69%，WVP增加了13%，这主要是因为当甘油的浓度高于0.25%时，甘油与水的相互作用增加，增加了薄膜的渗透力。WANG等指出加入30 wt%甘油后，CS薄膜的EB增加了13%。

4.2 CS与植物精油共混

4.2.1 CS/植物精油复合膜成膜机理

CS/植物精油复合膜的形成机理主要包括：a.氢键作用。CS上的活性基团如-NH₂、-OH可与植物精油中的酚羟基形成N-H-O型、O-H-O型氢键。b.静电相互作用。CS在酸性溶液中质子化产生NH₃⁺，推测可与植物精油中酸类的COO-形成离子键。c.疏水作用。植物精油中的憎水基团如烃基、酯基等使CS与水分子间的氢键断开，增强了CS分子内和分子间氢键作用，且植物精油均匀分布在CS基质中。

利用FTIR、SEM等可分析出CS与植物精油间存在相互作用。NEDA等利用FTIR发现与单一CS膜相比，CS/百里香精油复合膜在3175 cm⁻¹处的-OH峰转移至3234 cm⁻¹处，且峰高度增加了0.95倍，推测为两组分的-OH键合。LIU等指出CS/薄荷精油复合膜的SEM图中可清楚地看到精油液滴分布在连续的CS网络中。

4.2.2 CS/植物精油复合膜特性

一些与CS具有良好相容性的植物精油，其与CS形成的复合膜的机械性能、阻隔性能、抑菌性能和抗氧化性均显著提高。这与CS和植物精油间的作用力有关，一方面CS与植物精油间形成更强的氢键作用，两者交联增加，水分子的扩散受到限制，表现为固态膜的TS、EB提高，WVP下降；另一方面精油的疏水性有助于降低复合膜的WVP。WANG等指出与单一CS薄膜相比，CS/丁香精油复合膜的TS、EB分别提高了0.2倍、2.3倍，WVP下降了0.4倍，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈扩大了4.2倍、4倍，DPPH自由基清除能力增强了5倍左右。ALTIOK等发现与单一CS膜相比，CS/1%百里香精油复合膜在24 h内对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抑制圈明显增大，CS/1.2%百里香精油复合膜的抗氧化活性高了4~8倍。HAN等分析出加入柠檬草精油后，复合膜EB增加了1倍，TS和WVP下降了1倍、0.2倍。

4.3 CS/其他脂质共混

在CS/脂质复合膜中，甘油作为增塑剂可提高CS膜的柔韧性，植物精油可赋予CS膜更强的抑菌活性和抗氧化活性，可扩大CS膜在食品包装中的应用，故关于CS/甘油、CS/植物精油复合膜的研究最为广泛。另外，除甘油、植物精油外，现已有研究开发了CS与硬脂酸、蜂蜡等脂质复合的薄膜，且相较于纯CS膜，复合膜的机械性能和阻隔性均能得到改善（表1）。

结语

CS单体通过分子内或分子间氢键、范德华力、物理缠结等作用交联，在乙酸溶液中形成三维网状结构，经流延干燥后能形成具有可生物降解性、良好阻气性、广谱抑菌性的可食膜，在食品包装、保鲜领域受到广泛关注。CS分子上的羟基、氨基等活性基团可与淀粉、果胶、玉米醇溶蛋白、精油等聚合物上存在的羟基、乙酰基、羧基等发生氢键、静电、疏水作用，增强单一CS膜的机械性能、阻水性、抗菌活性，提高食品安全性、延长食品货架期，对开发环保型塑料替代品具有重要作用。

另外，除本文所述的CS/多糖、蛋白质、脂质复合膜外，CS还常与纳米抗菌材料（如纳米氧化锌、银纳米粒子）、天然矿物如蒙脱土等复合以改善CS膜的性能。

目前，国内对CS基可食膜的成膜机理和特性的研究较少，还有许多问题亟需解决：

首先，CS与一些多糖、蛋白质复合后，阻水性能还存在一定缺陷，故后续研究应着力开发能提高CS膜阻水性的材料；其次，CS基可食膜成膜机理的分析方法局限于傅里叶红外光谱、X射线衍射等，且大多以分析固态干燥膜为主，分析方法不够多样且对成膜过程的研究不够深入；最后，CS基可食膜的性能受多种因素的影响，目前国内关于CS基可食膜成膜方法及成膜条件对其性能的影响研究较少，故探讨多种影响因素对CS基可食膜性能的影响仍是下一步的研究重点。

引用本文：李莹，杨欣悦，王雪羽，等. 壳聚糖基复合膜的成膜机理和特性研究进展[J]. 食品工业科技，2022，43（7）：430−438. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2021040015.

Citation: LI Ying, YANG Xinyue, WANG Xueyu, et al. Research Progress on the Film-forming Mechanism and Characteristics of Chitosan-based Composite Membranes[J]. Science and Technology of Food Industry, 2022, 43(7): 430−438. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2021040015.

基金项目： 黑龙江省百千万工程科技重大专项（2019ZX07B03）。

通信作者简介

夏秀芳，三级教授、博导，全球前2%顶尖科学家、省高层次人才、省教学名师、杰出学者。主要从事原料肉贮藏保鲜、精深加工，以及新型肉类食品开发及质量安全控制等教学和科研工作。主持国家自然科学基金面上项目4 项、省应用技术研究与开发计划重大项目1 项、省“百千万”工程科技重大专项1 项、省“揭榜挂帅”项目1 项；获省科技进步发明类一等奖1 项，二等奖2 项、中国轻工业联合会一等奖1 项。首批国家级一流课程（肉品科学与技术）负责人、黑龙江省教学竞赛二等奖，教支委课程思政竞赛一等奖；以第一或通信作者发表高水平学术论文132 篇，其中SCI 81 篇，ESI TOP 1%高被引论文16 篇，ESI全球TOP 0.1%热点论文3 篇；获授权专利22 项；在校研究生27 人，获研究生国家奖学金11 人次。已聘为国家、省级学会理事，省规划编制组专家、2 部期刊编委，国内外18 部期刊包括《食品科学》《现代食品工业科技》《食品工业科技》、Trends in Food Science & Technology、Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety、Food Hydrocolloids、Food Chemistry、LWT-Food Science & Technology、Food Research International、Meat Science、Journal of Food Science等的审稿专家。

（以上信息来自东北农业大学官网）

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