呂妍霄，薛偉

（東北林業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)于食品包裝的選擇更注重安全和環(huán)保，因此可食性包裝膜是目前包裝材料領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。明膠由于其具有良好的流動(dòng)性和成膜性等，已成為生物可降解包裝膜的主要材料[1,2]，其多由動(dòng)物的皮、骨等經(jīng)過處理轉(zhuǎn)化提取制得。雞肉作為低脂肪和高蛋白的優(yōu)質(zhì)食材備受人們青睞，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)平均每年消耗近1350萬t雞肉，雞皮作為副產(chǎn)物，價(jià)格低廉、易獲取且蛋白質(zhì)含量高，若不能合理利用則會(huì)造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。研究發(fā)現(xiàn)將雞皮作為明膠提取的來源材料，擁有比豬皮、牛皮更好的凝膠性和流動(dòng)性，且雞皮明膠膜的水蒸氣透過率（WVP）比水產(chǎn)明膠膜低且力學(xué)性能更強(qiáng)[3]。

新鮮食品的腐爛多是由于脂質(zhì)的氧化，烷基自由基和過氧化物等反應(yīng)性物質(zhì)會(huì)形成氫過氧化物，這些化合物則會(huì)改變食品的營(yíng)養(yǎng)成分[4]。抗氧化劑能夠預(yù)防或抑制這些自由基的破壞性作用，將抗氧化劑加入到成膜材料中可以改善食品脂質(zhì)氧化，是目前食品保鮮領(lǐng)域研究的新方向，其中植物提取物作為主要的天然抗氧化劑是國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱點(diǎn)。

Bodini[5]和Nú?ez[6]等發(fā)現(xiàn)，將天然提取物加入到明膠薄膜中可以提高明膠膜的機(jī)械性能，甚至還有一定抗氧化性和抗菌性。精油是一種常用的防腐抗菌劑，其有效抗菌成分為小分子的芳香類、烯萜類和脂類等物質(zhì)，一般從植物的根莖等部位提取，是添加劑的首要選擇。

Kalemba等[7]參考已有的研究總結(jié)了精油功能基團(tuán)抗菌活性的強(qiáng)弱，發(fā)現(xiàn)酚類>醇類>醛類>碳?xì)浠衔镱悺＝S素是一種天然食用色素，屬于酸性多酚類化合物，無污染、可降解且能夠表現(xiàn)出良好的抗氧化性和抗菌性[8]。王躍猛等[9]通過將姜精油添加到明膠、碳酸鈣中制成復(fù)合膜，結(jié)果表明添加姜精油后復(fù)合膜的抑菌活性提高，水溶性、WVP等降低且對(duì)冷鮮肉有一定的保鮮效果。Bitencourt等[10]將不同梯度的姜黃素添加到明膠膜中，發(fā)現(xiàn)姜黃素含量為2%時(shí)自由基清除率達(dá)到最大，且有一定的抗菌效果。

因此在包裝膜中添加姜黃素能夠有效改善基膜的機(jī)械性能，同時(shí)提高了膜抑菌和抗氧化的能力，能夠有效延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期。目前現(xiàn)有的研究主要是針對(duì)姜黃素對(duì)商業(yè)明膠（豬、牛的皮或骨中提?。┑挠绊?，而姜黃素對(duì)于雞皮明膠膜的作用及機(jī)理沒有深入的研究。

本文通過提取雞皮明膠后，將姜黃素添加到雞皮明膠膜中以提高膜的性能，考察復(fù)合膜的阻隔性能、透光率、力學(xué)性能、抑菌性、抗氧化性和熱穩(wěn)定性，并用紅外光譜表征膜微觀結(jié)構(gòu)的變化，旨在研發(fā)出一種新型的天然活性包裝。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 原料與試劑

新鮮肉雞的雞腿皮購(gòu)置于北大荒養(yǎng)殖場(chǎng)；鹽酸，西隴科學(xué)股份有限公司；氫氧化鈉，天津市天力化學(xué)試劑有限公司；氯化鈉，天津市科密化學(xué)試劑有限公司；甘油，天津市福晨化學(xué)試劑廠；姜黃素，天津市天新精細(xì)化工開發(fā)中心；

DPPH（1,1-二苯基-2-苦基肼），南京奧多福尼生物科技有限公司；瓊脂、牛肉膏和蛋白胨，北京奧博星生物技術(shù)有限公司；大腸桿菌、金黃色葡萄球菌購(gòu)置于黑龍江省科學(xué)院微生物研究所；以上試劑均為分析純。

1.2 設(shè)備與儀器

HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋，鎮(zhèn)江市科密儀器儀表有限公司；85-2A恒溫磁力攪拌器，常州市凱航儀器有限公司；RE-201D旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，鄭州特爾儀器設(shè)備有限公司；恒溫干燥箱和生化培養(yǎng)箱，天津市泰斯特儀器有限公司；高速離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；SHZ-88A水浴恒溫振蕩器，蘇州市培英實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；WGT-S透光率/霧度測(cè)定儀，上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司；壓差法氣體滲透儀，濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司；力學(xué)拉伸實(shí)驗(yàn)儀，長(zhǎng)春市月明小型試驗(yàn)機(jī)有限責(zé)任公司；7230G可見分光光度計(jì)，上海精密儀器有限公司；Frontier傅里葉紅外光譜儀，珀金埃爾默企業(yè)管理有限公司；SDT-Q600綜合熱分析儀，美國(guó)TA公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 雞皮明膠的提取

雞皮明膠制備參考謝苗等[11]采用的方法，具體做法是：秤取新鮮雞皮500 g，清洗后切成均勻的小塊，浸入濃度為3.5%的HCl溶液中浸泡2 d。取出后加入0.2 mol/L的NaOH溶液，雞皮pH為4～5后沖洗至中性，以液料比為1:4放入水浴鍋，溫度為65 ℃時(shí)提膠，6 h后將混合溶液靜置并去除上層的油脂，紗布粗過濾后的膠液離心20 min，取上層清液于烘箱烘干。

1.3.2 明膠膜制備方法

參考涂宗財(cái)?shù)萚12]的方法制備明膠膜，稱取3 g明膠，加入質(zhì)量為明膠質(zhì)量20%的甘油，添加100 mL去離子水成為明膠溶液，姜黃素分別以明膠質(zhì)量0.5%、1%、2%和3%的比例加入明膠溶液中，在恒溫磁力攪拌器中溫度設(shè)為65 ℃攪拌3 h，超聲波震蕩10 min后取60 mL溶液，用流延法涂布在聚四氟乙烯板上，之后放置于溫度為37 ℃、濕度55%的恒溫恒濕箱中，靜置24 h后取出揭膜。

1.4 性能測(cè)試

測(cè)定前先將樣品放置于溫度為25 ℃、濕度為55%的干燥器中平衡48 h，每種類型膜隨機(jī)抽取5個(gè)樣品，并在樣品中取6個(gè)不同的測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試結(jié)果取平均值。

1.4.1 水蒸氣透過率和水溶性測(cè)定

根據(jù)GB 1037-88，并按照ASTM[13]和王坤等[14]提供的杯式法測(cè)定膜的水蒸氣透過率。

水溶性測(cè)定參照Wang等[15]的方法，稱量完全干燥的膜質(zhì)量，將膜浸泡于蒸餾水24 h后取出烘干稱取膜質(zhì)量，按照公式計(jì)算水溶性。

1.4.2 抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定

根據(jù)GB 13022-1991，將完好無損的膜剪切成100 mm×15 mm的長(zhǎng)條，用力學(xué)拉伸儀測(cè)量膜的機(jī)械性能。

稱取充分干燥的膜3 mg放入坩堝中，以空坩堝為對(duì)比，用氮?dú)獗Ｗo(hù)，溫度設(shè)定為10～600 ℃，升溫速率為20 ℃/min[19]。

1.4.3 透光率和霧度測(cè)定

1.5 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)GB/T 2410-2008，利用透光率/霧度測(cè)定儀測(cè)量，將膜緊貼在透光口處進(jìn)行測(cè)試其透光度和霧度。

1.4.4 透氧性測(cè)定

用Origin 9.1數(shù)據(jù)處理軟件繪圖，用SPSS 21進(jìn)行分析，方差采用ANOVA進(jìn)行顯著性差異分析（p<0.05），數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差體現(xiàn)。

根據(jù)GB 1038-1970塑料薄膜透氣性試驗(yàn)方法，將膜裁成直徑為80 mm的圓形，膜放入工作臺(tái)，邊緣用硅油密封好，氧流量設(shè)定為1500 mL/min通氧5 min，記錄數(shù)據(jù)[16]。

2 結(jié)果與分析

2.1 水蒸氣透過率和水溶性分析

1.4.5 紅外光譜掃描

用傅里葉紅外光譜儀（600～4000 cm-1）進(jìn)行全反射掃描得到數(shù)據(jù)。

1.4.6 抗氧化能力測(cè)定

明膠膜的抗氧化能力采用羥基自由基清除率的方法進(jìn)行測(cè)定[17]，配置羥基自由基（DPPH）溶液，不同梯度樣品膜放在55 ℃水浴鍋溶解，之后取1 mL膜溶液放于10 mL試管中，再加入2.5 mL的DPPH自由基溶液，用無水乙醇作為空白對(duì)照，以同樣比例1:2.5將無水乙醇溶液與自由基溶液、膜溶液與無水乙醇溶液分別加入兩支試管，避光反應(yīng)2 h，用分光光度計(jì)在517 nm處測(cè)量吸光度，按照公式計(jì)算自由基清除率。

1.4.7 抗菌性試驗(yàn)

配置營(yíng)養(yǎng)肉湯，取營(yíng)養(yǎng)肉湯分別放入大腸桿菌和金黃色葡萄球菌，水浴震蕩12 h保證細(xì)菌活化。配置營(yíng)養(yǎng)瓊脂，吸取活化好的細(xì)菌稀釋，從稀釋細(xì)菌液中吸取1 mL加入到營(yíng)養(yǎng)瓊脂中。將膜放入含菌瓊脂培養(yǎng)皿中，生化培養(yǎng)箱溫度設(shè)定37 ℃培養(yǎng)24 h后測(cè)量抑菌圈的大小[18]。

1.4.8 熱穩(wěn)定性測(cè)定

表1表示了姜黃素的濃度對(duì)雞皮明膠膜性能指標(biāo)的影響，由表1可知，姜黃素濃度在2%以下時(shí)，雞皮明膠復(fù)合膜的水蒸氣透過率明顯下降，由原來的2.24×10-8g/(m·s·Pa)變?yōu)?.72×10-8g/(m·s·Pa)，當(dāng)姜黃素濃度超過2%時(shí)水蒸氣透過率有所提高。姜黃素是一種酚類化合物，酚類化合物可跟明膠發(fā)生共混反應(yīng)或產(chǎn)生交聯(lián)，能夠與蛋白質(zhì)側(cè)鏈間形成氫鍵，使得有效的親水基團(tuán)下降并且增加了膜的致密性，減小分子間的空隙，使得水分子難以在膜中擴(kuò)散，提高了阻隔性。水蒸汽透過率是影響膜保鮮性能的主要因素，姜黃素的添加可以改善雞皮明膠膜的性能。

此外，由表1也可分析出隨著姜黃素濃度增加，復(fù)合膜的水溶性逐漸降低，其中姜黃素濃度為3%時(shí)水溶性為70.22%達(dá)到最低，相比姜黃色濃度為0%的膜（以下簡(jiǎn)稱對(duì)照膜）降低了9.88%。明膠屬于親水性物質(zhì)，在水中極易溶解，溶解度的降低是因?yàn)榻S素中含有一定的疏水物質(zhì)，能夠有效降低明膠膜的水溶性，且姜黃素中具有多酚羥基結(jié)構(gòu)，能與蛋白質(zhì)側(cè)鏈間形成氫鍵，減少了蛋白質(zhì)側(cè)鏈與水發(fā)生反應(yīng)，隨著姜黃素濃度的增加，蛋白質(zhì)側(cè)鏈與水分子的反應(yīng)更少，疏水性物質(zhì)更多。

表1 不同濃度姜黃素對(duì)雞皮明膠膜各項(xiàng)性能的影響Table 1 Effects of the curcumin loadings on the properties of chicken skin gelatin films

2.2 力學(xué)性能分析

抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率是衡量包裝材料力學(xué)性能主要的參考因素，良好的保鮮膜應(yīng)具有較大的抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，防止在運(yùn)輸過程中由于野蠻裝卸等造成包裝膜破損。由表1可知，隨著姜黃素的添加使抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)姜黃素濃度在0.5%和1%時(shí)變化不大，在2%時(shí)顯著增加（p<0.05），抗拉強(qiáng)度達(dá)到32.87 MPa。因?yàn)榻S素的加入破壞了原始的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，共價(jià)交聯(lián)形成了更加緊密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，降低了蛋白質(zhì)分子鏈之間的滑動(dòng)。當(dāng)姜黃素濃度為3%時(shí)，復(fù)合膜的抗拉強(qiáng)度反而下降，過多的姜黃素在成膜液中不易溶解，導(dǎo)致存在姜黃素顆粒阻礙了與明膠相互作用和蛋白質(zhì)間肽鏈的結(jié)合，同時(shí)使膜的結(jié)構(gòu)不完整，導(dǎo)致了明膠膜的抗拉強(qiáng)度下降。

斷裂伸長(zhǎng)率反應(yīng)明膠膜的柔韌性及延展性，由表1亦可知隨著姜黃素濃度的增加斷裂伸長(zhǎng)率呈下降趨勢(shì)，當(dāng)姜黃素濃度為0.5%時(shí)與對(duì)照膜顯著性差異不大，但當(dāng)姜黃素濃度為3%時(shí)斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到3.64%，相比對(duì)照膜下降了0.47%。由于添加姜黃素后增加了復(fù)合膜的厚度，降低了膜的延展性，當(dāng)濃度過高時(shí)姜黃素與雞皮明膠的相容性變差，姜黃素顆粒會(huì)覆蓋在膜表面，導(dǎo)致膜的質(zhì)地變硬、變脆。

圖1 不同濃度姜黃素對(duì)雞皮明膠膜外觀的影響Fig.1 Effects of the curcumin loadings on the appearance of chicken skin gelatin film

2.3 透光率和霧度分析

包裝膜的透光率和霧度直接影響著包裝產(chǎn)品的保鮮效果及外觀。由表2可觀察到復(fù)合膜透光率隨著姜黃素量增加而下降，濃度低于1%以下時(shí)稍有降低，當(dāng)濃度在2%以上時(shí)透光率顯著下降（p<0.05），其中濃度為3%時(shí)為81.23%透光率最低，與對(duì)照膜相比下降了10.12%。由于姜黃素自身為黃色且屬于芳香族化合物，具有吸收紫外線的能力，且將姜黃素添加到雞皮明膠膜中，與明膠分子間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)破壞了原有排列結(jié)構(gòu)，形成高分子聚合物，使光難以穿過薄膜。姜黃素-雞皮明膠膜具有良好的阻隔效果，應(yīng)用于食品包裝中能夠減少紫外線對(duì)食品的影響。

從表2數(shù)據(jù)還可以看出，隨著姜黃素的添加，復(fù)合膜的霧度逐漸上升，如圖1所示，與對(duì)照膜（a）相比，添加姜黃素后復(fù)合膜（b～e）顏色有明顯變化，隨著姜黃素濃度的增加，雞皮明膠膜的顏色由無色變?yōu)辄S色且質(zhì)地變得醇厚，當(dāng)姜黃素濃度為3%時(shí)復(fù)合膜（e）顏色明顯加深且不溶性顆粒增多。姜黃素濃度為1%以下時(shí)膜外觀表現(xiàn)出光滑、無裂痕且均勻，霧度相對(duì)較小，濃度為1～3%時(shí)霧度明顯上升，其中在3%時(shí)霧度為53%達(dá)到最大，幾乎完全不透明。過多的姜黃素不能與明膠完全相容，使膜的密度降低，粒子的粒度變大且分布不均勻，顆粒物阻擋了光線的通過導(dǎo)致霧度調(diào)高。

表2 不同濃度姜黃素對(duì)雞皮明膠膜的阻隔性能的影響Table 2 Effects of the curcumin loadings on the barrier properties of chicken skin gelatin films

2.4 透氧性分析

氧氣透過率是衡量保鮮膜對(duì)外界空氣的阻隔性，良好的食品保鮮膜能夠有效阻止氧氣及二氧化碳進(jìn)入到包裝中，平衡包裝內(nèi)部氣體環(huán)境，抑制細(xì)菌、霉菌滋生延長(zhǎng)保質(zhì)期。表2中發(fā)現(xiàn)隨著姜黃素的增加，復(fù)合膜的透氧性呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，其中在姜黃素濃度為2%時(shí)氧氣透過值最小為6759.26 cm3/(m2·24 h·0.1 MPa)。姜黃素自身具有一定的抗氧化能力，一定條件下能夠與氧氣發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致想要透過的氧氣量大大減少，同時(shí)當(dāng)姜黃素濃度在2%以下時(shí)，姜黃素的加入使得雞皮明膠分子結(jié)構(gòu)排列密度變大，使得氧氣分子難以穿過。當(dāng)姜黃素濃度為3%時(shí)，氧氣透過率為7104.69 cm3/(m2·24 h·0.1 MPa)，對(duì)比2%稍有上升，但相對(duì)空白對(duì)照膜是降低的。未容的姜黃素顆粒會(huì)覆蓋在明膠膜表面，使膜表面變得不平滑，內(nèi)部分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞，出現(xiàn)階梯狀形成孔隙，導(dǎo)致氧氣穿過孔隙進(jìn)而造成氧氣透過率上升。

2.5 紅外掃描分析

圖2 不同濃度姜黃素雞皮明膠膜的紅外光譜圖Fig.2 FT-IR spectra of chicken skin gelatin films with different concentrations of curcumin

圖2為添加不同濃度的姜黃素制成的雞皮明膠復(fù)合膜的紅外光譜圖，由圖2可以看出所有的明膠膜都有5個(gè)明顯的特征峰。其中在3200～3300 cm-1處為酰胺A帶的吸收峰，表示N-H鍵的伸縮振動(dòng)，隨著姜黃素濃度的增加，波數(shù)呈現(xiàn)先右移后左移的變化，其中在姜黃素含量為2%時(shí)波數(shù)最小為3278.34 cm-1。姜黃素與雞皮明膠相容，其中酚羥基分子成為了電子供體，與蛋白質(zhì)側(cè)鏈中的N-H基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)形成氫鍵，使得電子云密度平均化，降低了伸縮振動(dòng)頻率導(dǎo)致波數(shù)右移。酰胺Ⅱ帶的吸收峰表示N-H鍵的彎曲振動(dòng)，在1530～1550 cm-1處，隨著姜黃素濃度變化波數(shù)也發(fā)生變化，說明姜黃素與雞皮明膠相容較好。酰胺Ⅲ帶的吸收峰在1230～1240 cm-1處，表示C-N鍵的伸縮振動(dòng)，可看出波數(shù)發(fā)生輕微右移，說明膜內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)逐漸由有序變?yōu)闊o序的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。1020～1030 cm-1處為甘油吸收峰，隨著姜黃素濃度的增加特征峰出現(xiàn)右移，姜黃素的添加促進(jìn)了明膠與甘油反應(yīng)，且分子間形成的相互作用力較強(qiáng)，增塑效果更好。酰胺I帶的吸收峰在1600～1700 cm-1處，主要為C=O鍵的伸縮振動(dòng)，是表征蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的特征峰，隨著姜黃素濃度的增加，酰胺I帶譜峰向低波級(jí)移動(dòng)，從原有的1240.57 cm-1移至1233.23 cm-1，說明姜黃素的添加能夠改變蛋白質(zhì)的性質(zhì)。酰胺I帶是由多個(gè)氨基酸基團(tuán)重疊而成的峰，需要對(duì)其做分峰處理[20]，本研究中對(duì)酰胺I帶進(jìn)行基線校準(zhǔn)、去卷積、二階導(dǎo)數(shù)和高斯擬合，經(jīng)多次擬合之后保證殘差最小，得到主要結(jié)構(gòu)的定量信息。圖3中的a～e分別表示了姜黃素濃度從0%至3%的雞皮明膠膜的二階導(dǎo)數(shù)擬合子峰譜圖，表3為蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)定量信息，所有樣品的RMS均小于0.005。

圖3 不同濃度姜黃素雞皮明膠膜二階導(dǎo)數(shù)擬合子峰譜圖Fig.3 Second derivative of fitting subpeak spectrum of chicken skin gelatin films with different curcumin loadings

表3 不同濃度姜黃素雞皮明膠膜的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)定量Table 3 Protein secondary structure compositions of chicken skin gelatin films with different curcumin loadings

由圖3可以看出，對(duì)酰胺I帶做完去卷積和二階導(dǎo)之后可以分離出不同的子峰，其中主要的特征峰分布在1620、1635、1646、1652和1668 cm-1附近。根據(jù)已有研究成果[21,22]，本文對(duì)子峰做如下歸屬：1615～1637 cm-1和1682～1700 cm-1為β-折疊結(jié)構(gòu)，1637～1645 cm-1、1646～1664 cm-1和1664～1681 cm-1分別為無規(guī)則卷曲、α-螺旋和β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)。從表3可以看出β-折疊在4種結(jié)構(gòu)中含量最多，且隨著姜黃素濃度的增加，β-折疊呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，由于姜黃素分子與明膠內(nèi)蛋白質(zhì)分子有很強(qiáng)的氫鍵作用導(dǎo)致變化幅度較大，其中姜黃素濃度為2%時(shí)，β-折疊含量達(dá)到最大為57.95%。α-螺旋含量則呈現(xiàn)相反的變化趨勢(shì)，說明姜黃素的添加使得蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出由螺旋向折疊化轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。無規(guī)卷曲與β-轉(zhuǎn)角含量的比值可以表示出明膠膜的特性，無規(guī)則卷曲含量的減少及β-轉(zhuǎn)角含量的增加反應(yīng)了蛋白質(zhì)分子構(gòu)象由有序向無序排列轉(zhuǎn)變，形成穩(wěn)定的三股螺旋結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步說明了姜黃素添加能夠提高雞皮明膠成膜性能，且濃度2%時(shí)雞皮明膠膜能表現(xiàn)較好力學(xué)性能及阻隔性能。

2.6 抗氧化性分析

表4通過DPPH清除率反應(yīng)了姜黃素的添加量對(duì)雞皮明膠膜抗氧化性的影響，由表4可知，凡是添加了姜黃素的雞皮明膠膜都會(huì)有具有一定的抗氧化能力，隨著姜黃素量增加，膜的抗氧化性顯著增加，當(dāng)姜黃素濃度為0.5%時(shí)自由基清除率為20.38%，濃度3%時(shí)自由基清除率高達(dá)65.17%。姜黃素是一種典型的鏈斷型抗氧化劑，主要有酚羥基單元和β-二酮單元兩個(gè)活性部位，這兩個(gè)活性部位都能夠提供質(zhì)子阻氧化反應(yīng)[23]。β-二酮單元中的亞甲基提供質(zhì)子，C-H鍵斷裂后的不成對(duì)電子能夠在不相鄰的碳原子和氧原子之間離域，酚羥基中可提供H原子且O-H化學(xué)鍵裂解焓變值較低，能夠與羥基自由基發(fā)生還原反應(yīng)從而實(shí)現(xiàn)了抗氧化性。將姜黃素與雞皮明膠膜共混后，雞皮明膠作為功能載體能夠?qū)⒖寡趸肿庸潭ㄔ诿髂z分子結(jié)構(gòu)中，從而最大程度上發(fā)揮了復(fù)合膜的抗氧化性?？寡趸允欠从嘲b膜保鮮效果最直觀的體現(xiàn)方式，利用姜黃素改性后的雞皮明膠膜能夠應(yīng)用于新鮮食品包裝中。

表4 不同濃度姜黃素對(duì)雞皮明膠膜抗氧化及抗菌活性的影響Table 4 Effects of the curcumin loadings on antioxidation and antibacterial activities of chicken skin gelatin films

2.7 抗菌性分析

具有一定的抗菌效果的包裝材料不僅能起到保護(hù)作用，還能通過添加劑的緩慢釋放抑制或防止微生物的生長(zhǎng)，有效延長(zhǎng)食品保質(zhì)期。由表4可以看出對(duì)照膜沒有抑菌效果，添加姜黃素之后的復(fù)合膜對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均有一定的抑菌效果，且隨著姜黃素含量的增加，雞皮明膠膜對(duì)兩種菌的抑菌效果都有顯著性增加，其中對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌效果優(yōu)于大腸桿菌。姜黃素中的一種疏水性物質(zhì)能夠直接作用于微生物細(xì)胞膜，攻擊細(xì)胞膜上的磷脂，使細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)破壞以增加膜流動(dòng)性，細(xì)胞膜內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸和內(nèi)容物會(huì)發(fā)生滲漏且微生物的酶系統(tǒng)發(fā)生損傷，最終導(dǎo)致微生物細(xì)胞死亡。研究發(fā)現(xiàn)姜黃素等酚類化合物能夠?qū)Υ竽c桿菌中的鈉鉀-ATP酶、琥珀酸和蘋果酸脫氫酶活性表現(xiàn)出良好的抑制作用，從而抑制大腸桿菌發(fā)生氧化還原反應(yīng)[24]，但由于大腸桿菌細(xì)胞壁周圍覆蓋著脂多糖和蛋白對(duì)細(xì)胞具有一定的保護(hù)作用，能夠限制疏水性物質(zhì)通過脂多糖層擴(kuò)散，因此對(duì)大腸桿菌的抑制作用較差。

2.8 熱穩(wěn)定性分析

圖4表示了姜黃素濃度對(duì)雞皮明膠膜熱穩(wěn)定性的影響，由圖4可知，全部樣品膜都表現(xiàn)出了3個(gè)質(zhì)量損失階段。第一階段主要為水分子及甘油等小分子物質(zhì)的揮發(fā)，失重速率隨溫度升高呈現(xiàn)拋物線狀，添加姜黃素的各膜失重速率溫度變大但顯著性不大，吸收峰出現(xiàn)輕微右移，失重率顯著上升，其中姜黃素濃度為2%時(shí)，與對(duì)照膜相比失重速率溫度由105.36 ℃升為112.47 ℃，失重率由9.8%變?yōu)?.1%。第二階段為劇烈失重階段，失重率達(dá)到了70%以上，主要是明膠肽鏈熱分解和破壞了姜黃素與明膠分子之間形成的氫鍵，復(fù)合膜失重速率溫度變大，是由于姜黃素與明膠分子發(fā)生鍵合作用，提高了復(fù)合膜的熱穩(wěn)定性。第三階段的樣品主要以炭殘?jiān)问酱嬖冢心なе芈首兓徛?，且失重速率幾乎一致，通過殘?jiān)堪l(fā)現(xiàn)姜黃素濃度為3%時(shí)殘?jiān)孔疃嗥浯螢?%，最少為對(duì)照膜且差異顯著，說明姜黃素與雞皮明膠膜有很好相容性。由此可見，添加姜黃素能明顯改善雞皮明膠膜熱穩(wěn)定性，尤其姜黃素濃度2%時(shí)能夠表現(xiàn)出良好熱穩(wěn)定性。

圖4 不同濃度姜黃素對(duì)雞皮明膠膜熱穩(wěn)定性的影響Fig.4 Effect of the curcumin loadings on thermal stability of chicken skin gelatin films

3 結(jié)論

3.1 本文從雞皮中提取明膠，并將姜黃素添加到雞皮明膠液中流延制成膜，通過對(duì)復(fù)合膜宏觀特性測(cè)定和結(jié)構(gòu)表征分析發(fā)現(xiàn)：當(dāng)姜黃素濃度在1%以下時(shí)對(duì)雞皮明膠膜的性能沒有顯著性影響，當(dāng)姜黃素濃度在2%以上時(shí)雞皮明膠膜的抗拉強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、DPPH清除率和抑菌率顯著增強(qiáng)，水蒸氣透過率、透氧率和透光率顯著下降，但表面粗糙度增大且顏色加深透明度差。FT-IR圖譜表明姜黃素分子能夠與雞皮明膠分子發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)形成氫鍵且姜黃素分子中含有疏水鍵，這些相互作用使的雞皮明膠分子重新排列形成穩(wěn)定的三股螺旋結(jié)構(gòu)，有利于姜黃素在明膠膜中擴(kuò)散，使姜黃素和雞皮明膠具有良好相容性。綜合表明，當(dāng)姜黃素濃度為2%（基于雞皮明膠質(zhì)量）時(shí)，復(fù)合明膠膜的各項(xiàng)性能達(dá)到最優(yōu)，與Bitencourt[10]研究結(jié)果一致，表明姜黃素對(duì)提取的雞皮明膠與商業(yè)明膠作用相似。

3.2 研發(fā)的姜黃素-雞皮明膠膜屬于環(huán)境友好型和食品級(jí)保鮮膜，不僅擁有較好的阻隔性能和力學(xué)性能，且能夠有效抑制食品中脂質(zhì)的氧化和細(xì)菌滋生，用于食品包裝中可延長(zhǎng)保質(zhì)期，具有很大的潛在應(yīng)用價(jià)值，為新型可食性包裝材料的研發(fā)提供一定的依據(jù)。但由于姜黃素自身顏色為黃色及其他理化性質(zhì)，增加了復(fù)合膜的粗糙度和不透明度，同時(shí)雞皮明膠膜的親水性沒有得到理想改善效果，因此在未來可嘗試再添入其他的添加劑制成三元復(fù)合膜，以便保證抗菌及抗氧化性的前提下進(jìn)一步降低雞皮明膠膜的親水性，擴(kuò)大姜黃素-雞皮明膠膜的應(yīng)用范圍。

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