王 博，鞏 涵，暢 鵬，石 碩，夏秀芳,*，張東杰*

細菌纖維素是由英國科學家Brown于1886年首次發(fā)現(xiàn)的由細菌分泌產(chǎn)生的多孔性網(wǎng)狀納米級生物高分子聚合物，由于它的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)與纖維素相同，因此將其命名為細菌纖維素[1]。細菌纖維素具有良好的成膜性，并且本身無毒無害、具有可降解性，可以成為綠色、安全、可降解的食品包裝材料[2-3]。Nguyen等[4]利用靜態(tài)發(fā)酵制得細菌纖維素水凝膠，采用浸泡熱干法將其同Nisin復合成膜，發(fā)現(xiàn)復合膜對單增李斯特菌以及需氧菌都有明顯抑制作用，同時用其覆蓋法蘭克福腸，可以有效延長產(chǎn)品的貨架期。Zhu Huixia等[5]將細菌纖維素同聚賴氨酸復合制膜，發(fā)現(xiàn)其具有作為色拉米香腸腸衣的潛質(zhì)，且復合膜結(jié)構(gòu)均勻。Jipa等[6]將細菌纖維素同山梨酸鉀和聚乙烯醇復合，制得一種具有抗菌性的活性食品包裝。同時細菌纖維素具有許多優(yōu)于植物纖維素的性能，使其有廣泛的商業(yè)用途[7]。

茶多酚的性質(zhì)主要包括抗氧化以及抗菌這兩種特性，目前在食品領(lǐng)域多作為天然保鮮劑和防腐劑[8]。研究表明，茶多酚對金黃色鏈球菌和傷寒桿菌等具有明顯的抑制作用，且其抗氧化性強于超氧化物歧化酶，是其他抗氧化劑的幾十倍[9-12]。于林等[13]發(fā)現(xiàn)經(jīng)茶多酚改性后的膠原蛋白-殼聚糖復合膜能夠有效抑制石斑魚魚肉中微生物的滋生和蛋白質(zhì)的變性，延長斜帶石斑魚的貨架期。郭叢珊等[14]將茶多酚加入大豆分離蛋白制成可食性抗菌膜，將涂抹含茶多酚-大豆分離蛋白膜組與未涂抹組比較，圣女果腐爛指數(shù)降低60%。吳艷等[15]探究聚乳酸-聚已內(nèi)酯/茶多酚活性包裝材料的理化性質(zhì)和抗氧化性能，結(jié)果表明茶多酚的添加能有效提高復合膜的柔韌性和抗氧化活性。

雖然茶多酚應用于膜制備的研究常有報道，但鮮見其與細菌纖維素復合制備膜的研究。因此本實驗將細菌纖維素同具有抗菌性的天然抗菌劑茶多酚進行復合，采用單因素試驗對復合膜的性能和結(jié)構(gòu)進行測定，探究茶多酚對復合膜的特性以及結(jié)構(gòu)的影響，為其在食品包裝領(lǐng)域的應用提供理論依據(jù)和技術(shù)指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

木醋桿菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、假單胞菌東北農(nóng)業(yè)大學食品學院實驗室。

固體斜面培養(yǎng)基：葡萄糖40 g/L、酵母浸粉10 g/L、瓊脂15 g/L，pH 4.5；液體種子培養(yǎng)基：葡萄糖40 g/L、酵母浸粉10 g/L，pH 4.5；發(fā)酵種子培養(yǎng)基：葡萄糖40 g/L、酵母浸粉10 g/L，pH 4.5。

假單胞菌固體培養(yǎng)基：蛋白胨5 g/L、牛肉膏3 g/L、氯化鈉5 g/L、瓊脂15 g/L，pH 7；液體培養(yǎng)基：蛋白胨5 g/L、牛肉膏3 g/L、氯化鈉5 g/L，pH 7。

金黃色葡萄球菌固體培養(yǎng)基：胰蛋白胨15 g/L、大豆蛋白胨5 g/L、氯化鈉5 g/L、瓊脂15 g/L，pH 7.30；液體培養(yǎng)基：胰蛋白胨17 g/L、大豆蛋白胨3 g/L、葡萄糖2.5 g/L、氯化鈉5 g/L、磷酸氫二鉀2.5 g/L，pH 7.30。

大腸桿菌固體培養(yǎng)基利用營養(yǎng)瓊脂配制；液體培養(yǎng)基：胰蛋白胨10 g/L、酵母浸粉5 g/L、氯化鈉10 g/L，pH 7。

茶多酚（純度90%，含兒茶素70%） 上海金穗生物科技有限公司；葡萄糖、酵母浸粉、瓊脂 哈爾濱市萬太生物藥品公司；葡萄糖、氯化鈉、磷酸氫二鉀天津市津東天正精細化學試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

AL-104型精密電子天平 常州萬泰天平儀器有限公司；SHENAN滅菌鍋 西化儀科技有限公司；DH3600電熱恒溫培養(yǎng)箱 成都啟運通儀器有限公司；TG16-WS型高速離心機 常州市萬合儀器制造有限公司；TU-1800紫外-可見光分光光度計 濟南博鑫生物技術(shù)有限公司；高速勻漿機 德國IKA公司；TA.XT Plus型質(zhì)構(gòu)分析儀英國Stable Micro Systems公司；傅里葉變換紅外光譜儀（Fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)TIR） 美國珀金埃爾默公司；S-3400N掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM） 日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 細菌纖維素水凝膠的制備與純化

1.3.1.1 細菌纖維素水凝膠的制備

將冷凍保存的木醋桿菌接種到新的斜面固體培養(yǎng)基上，30 ℃恒溫培養(yǎng)24 h。挑取斜面上長出的新菌落接種到液體種子培養(yǎng)基中，恒溫靜置培養(yǎng)12 h，以體積分數(shù)4%的接種量接入發(fā)酵培養(yǎng)基中，30 ℃恒溫靜置培養(yǎng)1 周。

1.3.1.2 細菌纖維素水凝膠的純化以及處理

將培養(yǎng)后得到的細菌纖維素水凝膠用去離子水反復沖洗，以去除其表面殘留的培養(yǎng)基與雜質(zhì)。后將其浸泡在質(zhì)量分數(shù)1%的NaOH溶液中，80 ℃恒溫水浴2 h，并持續(xù)浸泡使水凝膠呈無色透明狀，采用低濃度醋酸處理使其pH值至中性，得到實驗所需細菌纖維素水凝膠。

1.3.2 細菌纖維素-茶多酚復合膜的制備

將細菌纖維素水凝膠裁剪成20 cm×20 cm的正方形，浸泡于一定質(zhì)量分數(shù)的茶多酚溶液中，一定時間后取出，放入質(zhì)量分數(shù)15%增塑劑（甘油）中浸泡1～2 s，迅速取出后，瀝干表面多余液體，置于50 ℃恒溫烘箱干燥至質(zhì)量恒定。

1.3.2.1 不同茶多酚質(zhì)量分數(shù)細菌纖維素-茶多酚復合膜的制備

將細菌纖維素水凝膠在4 ℃下浸泡于100 mL一定質(zhì)量分數(shù)（0%、0.1%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）的茶多酚溶液中4 h，取出后瀝干表面多余液體，置于50 ℃恒溫烘箱干燥至質(zhì)量恒定。

1.3.2.2 不同茶多酚浸泡時間細菌纖維素-茶多酚復合膜的制備

將細菌纖維素水凝膠在4 ℃下浸泡于100 mL質(zhì)量分數(shù)為0.2%的茶多酚溶液中一段時間（0、2、4、6、8、10、12 h），取出后瀝干表面多余液體，置于50 ℃恒溫烘箱干燥至質(zhì)量恒定。

1.3.3 細菌纖維素-茶多酚復合膜性能的測定

1.3.3.1 細菌纖維素-茶多酚復合膜抗菌性能測定

采用抑菌圈法來表明復合膜抗菌性能的強弱。將大腸桿菌、假單胞菌和金黃色葡萄球菌從固體斜面培養(yǎng)基接種到液體種子培養(yǎng)基中，37 ℃恒溫培養(yǎng)一段時間制得種子液。吸取200 μL的種子液均勻涂布于固體平板培養(yǎng)基上。利用打孔器將實驗所需不同組別的細菌纖維素膜制成直徑為6 mm的小圓片，將其放置在平板中，每個平板放置3 個相同的細菌纖維素-茶多酚圓片，將其倒置在37 ℃下恒溫培養(yǎng)24 h后，觀察抑菌圈直徑的大小，利用游標卡尺進行測量和記錄。

1.3.3.2 細菌纖維素-茶多酚復合膜厚度的測定

將細菌纖維素-茶多酚復合膜裁成正方形（5 cm×5 cm）。任取5 張疊放在一起，取5 點用游標卡尺測其厚度，計算平均值。

1.3.3.3 細菌纖維素-茶多酚復合膜吸水率的測定

將（0.50±0.05）g的細菌纖維素膜在常溫條件下浸入蒸餾水中，每隔2 h稱其質(zhì)量，直至質(zhì)量恒定。將浸入水的樣品取出后離心，稱質(zhì)量，記錄吸水后樣品的質(zhì)量。干膜質(zhì)量記為m1，吸水后膜的質(zhì)量記為m2。吸水率根據(jù)式（1）計算。

1.3.3.4 細菌纖維素-茶多酚復合膜水蒸氣透過率的測定

采用擬杯子法測定水蒸氣透過率。稱取3 g無水氯化鈣放入50 mL廣口三角瓶中，將樣品放在瓶口處，用石蠟將膜密封，通過杯質(zhì)量的變化量間接反映水蒸氣透過率，水蒸氣透過率根據(jù)式（2）計算。

式中：Δm為水蒸氣遷移量/g；S為膜的面積/m2；t為測定時間/h。

1.3.3.5 細菌纖維素-茶多酚復合膜力學性能的測定

利用TA.XT Plus型質(zhì)構(gòu)儀對膜的拉伸強度和斷裂伸長率進行測定。將膜裁成長10 cm、寬2 cm的長條，有效拉伸長度為50 mm，拉伸強度為5 mm/min。將膜系于拉伸探頭（A/SPR）上，啟動儀器，使探頭慢慢將膜向上拉，直至膜斷裂。

記錄測試樣品膜斷裂時的最大張力F、伸長的距離S，每個材料樣品做3 個平行實驗[16]，按式（3）計算拉伸強度。記錄測試樣品膜斷裂時的標線之間的距離L和斷裂時膜被拉伸的長度ΔL，按式（4）計算斷裂伸長率。

1.3.3.6 細菌纖維素-茶多酚復合膜透光率的測定

通過紫外-可見光分光光度計測定細菌纖維素膜的透光率，間接反映膜的透明度。將待測樣品裁切成50 mm×12 mm的矩形狀，貼于比色皿表面，在400～750 nm波長范圍內(nèi)測定其透光率，分辨率為50 nm。將樣品緊貼比色皿內(nèi)壁，以空氣作為對照組進行測定。

1.3.4 細菌纖維素-茶多酚復合膜結(jié)構(gòu)的測定

1.3.4.1 細菌纖維素-茶多酚復合膜微觀結(jié)構(gòu)的觀察

使用S-3400N型SEM觀察細菌纖維素膜的微觀結(jié)構(gòu)，使用電壓為15 kV，觀察前，利用離子濺射儀在干燥的樣品表面噴10～15 nm的金層。在20 000 倍下觀察膜的結(jié)構(gòu)。

1.3.4.2 細菌纖維素-茶多酚復合膜分子結(jié)構(gòu)的測定

利用FTIR對細菌纖維素膜的分子結(jié)構(gòu)進行測定。將不同干燥方法制備的細菌纖維素膜裁剪成2 cm×2 cm的小方塊后，充分干燥，取一定的樣品研碎后與KBr混合壓片，然后進行FTIR測定，波數(shù)范圍為400～4 000 cm－1，分辨率4 cm－1，波數(shù)精度0.01 cm－1，掃描次數(shù)64 次，環(huán)境溫度25 ℃，結(jié)合FTIR數(shù)據(jù)庫對所得FTIR進行基團分析。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

每個實驗重復3 次，結(jié)果表示為 ±s；相關(guān)性分析具體選用Pearson相關(guān)分析中l(wèi)ine模式；數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用Statistix 8.1軟件包中Linear Models程序進行；差異顯著性分析使用Tukey HSD程序，以P＜0.05表示差異顯著；采用SigmaPlot 11.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 茶多酚質(zhì)量分數(shù)對細菌纖維素-茶多酚復合膜性能的影響

2.1.1 茶多酚質(zhì)量分數(shù)對細菌纖維素-茶多酚復合膜抑菌性能的影響

肉制品在貯藏期間，腐敗菌和致病菌的生長繁殖使其品質(zhì)受到顯著的影響，這些細菌主要包括：芽孢桿菌、假單胞菌、腸桿菌、沙門氏菌、李斯特氏菌、金黃色葡萄球菌和乳酸菌等[17-19]。本實驗選擇3 種均為肉中腐敗菌和致病菌的指示菌：金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和假單胞菌，研究能抑制其生長的最低茶多酚質(zhì)量分數(shù)的復合膜。

圖1 茶多酚質(zhì)量分數(shù)對細菌纖維素-茶多酚復合膜抑菌性能的影響Fig. 1 Effect of tea polyphenol concentration on antibacterial properties of bacterial cellulose-tea polyphenol composite film

從圖1可以看出，當質(zhì)量分數(shù)相同時，茶多酚對這3 種菌的抑菌效果為假單胞菌＞大腸桿菌＞金黃色葡萄球菌，這表明不同菌種對茶多酚的受耐性不同。費燕娜等[20]在研究茶多酚對復合膜的抑菌性能中也驗證了此觀點。圖1中針對同一菌種，當茶多酚質(zhì)量分數(shù)為0%時，即純的細菌纖維素膜并不具備抑菌活性。抑菌圈的直徑隨著茶多酚的升高而增加，與質(zhì)量分數(shù)呈正相關(guān)。當茶多酚質(zhì)量分數(shù)為0.1%時，抑菌圈直徑并未有明顯增加（P＞0.05），而當質(zhì)量分數(shù)大于0.2%時，抑菌圈直徑隨茶多酚的加入顯著增加（P＜0.05）。所以0.2%即為能有效抑制3 種肉源腐敗菌生長的最低質(zhì)量分數(shù)。在儀淑敏等[21]的實驗中發(fā)現(xiàn)，茶多酚的加入使復合膜中假單胞菌中的堿性磷酸（alkaline phosphatase，AKP）酶和三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）酶均顯著下降的同時也破壞了菌種的膜蛋白，而ATP酶又是細胞膜上的一種運輸離子的蛋白酶，說明茶多酚的加入破壞了細菌細胞膜的同時打亂了細菌的生長代謝，從而使細菌生長得到抑制。

2.1.2 茶多酚質(zhì)量分數(shù)對細菌纖維素-茶多酚復合膜力學性能的影響

圖2 茶多酚質(zhì)量分數(shù)對細菌纖維素-茶多酚復合膜力學性能的影響Fig. 2 Effect of tea polyphenol concentration on mechanical properties of bacterial cellulose-tea polyphenol composite film

伸長強度和斷裂伸長率分別代表復合膜的脆性和韌性。從圖2中可以看出，細菌纖維素-茶多酚復合膜的拉伸強度隨著茶多酚質(zhì)量分數(shù)的增加而不斷減小，斷裂伸長率則正好與拉伸強度相反。茶多酚質(zhì)量分數(shù)為0%時，拉伸強度為45.3 MPa，當質(zhì)量分數(shù)為1.0%時，拉伸強度降為30.7 MPa，兩者差異顯著（P＜0.05）。斷裂伸長率從初始的1.73%升至4.47%，雖呈上升趨勢，但仍保持在5%以下。說明復合膜從低質(zhì)量分數(shù)時的脆而弱變?yōu)楦哔|(zhì)量分數(shù)時的硬而強。其主要原因在于隨著茶多酚質(zhì)量分數(shù)的增大，茶多酚短鏈段占據(jù)了細菌纖維素膜內(nèi)部的空隙，增加了纖維分子間間距，使聚合物分子內(nèi)的氫鍵和化學鍵被破壞，分子間作用力的下降導致其拉伸性能減弱。隨著茶多酚的持續(xù)加入，茶多酚分子鏈鑲嵌在細菌纖維素結(jié)構(gòu)內(nèi)部使復合膜結(jié)構(gòu)變得更加完整而緊密，纖維素大分子主鏈由于茶多酚小分子鏈段間的旋轉(zhuǎn)而彎曲、蜷縮。當復合膜遇到外力拉伸時，彎曲狀纖維素分子先伸直進而被拉長，所以復合膜斷裂伸長率隨著茶多酚質(zhì)量分數(shù)增大而增大。

2.1.3 茶多酚質(zhì)量分數(shù)對細菌纖維素-茶多酚復合膜透光率的影響

圖3 茶多酚質(zhì)量分數(shù)對細菌纖維素-茶多酚復合膜透光率的影響Fig. 3 Effect of tea polyphenol concentration on light transmittance of bacterial cellulose-tea polyphenol composite film

由圖3可知，茶多酚質(zhì)量分數(shù)為0%、0.1%、0.2%時，復合膜在400 nm波長處的透光率分別為21.96%、21.13%、19.87%。當質(zhì)量分數(shù)為0.4%時，400、500 nm和600 nm波長處的透光率分別為19.32%、23.68%和32.51%。從圖3可以看出，不同茶多酚質(zhì)量分數(shù)的復合膜透光率隨著波長的增大而呈現(xiàn)上升的趨勢；在相同波長下，復合膜的透光率隨著茶多酚質(zhì)量分數(shù)的升高而降低。這可能是由于隨著茶多酚質(zhì)量分數(shù)的增加，本身呈棕褐色的茶多酚顏色加深，促使復合膜顏色變深，導致了透光率的下降；另一方面，由于部分茶多酚未被細菌纖維素完全吸收，使經(jīng)過干燥后的復合膜表面有顆粒狀凸起，從而影響了光透過的強度[22]。因此，透光率也能說明兩種混合分子結(jié)合效果的優(yōu)劣，若混合分子材料間的結(jié)合性較差，則降低了共混材料的均一性，光在材料表面被反射而減少了光的透過率[23]。通過圖3可以看出復合膜透光率隨質(zhì)量分數(shù)的增加下降并不明顯，所以茶多酚的質(zhì)量分數(shù)對復合膜透光率的影響并不大。

2.1.4 茶多酚質(zhì)量分數(shù)對細菌纖維素-茶多酚復合膜厚度、吸水率和水蒸氣透過率的影響

表1 茶多酚質(zhì)量分數(shù)對細菌纖維素-茶多酚復合膜厚度、吸水率和水蒸氣透過率的影響Table 1 Effect of tea polyphenol concentration on thickness, water absorption, and water vapor transmission rate of bacterial cellulose-tea polyphenol composite film

由表1可以看出，與對照組即未添加茶多酚組相比，隨著茶多酚質(zhì)量分數(shù)的增加，吸水率和水蒸透過率顯著下降（P＜0.05）。一方面是因為復合膜中所含的茶多酚分子占據(jù)了原有細菌纖維素膜的孔洞，使能容納水分子和通過氣體的孔洞間距變小，從而降低了水蒸氣的透過率以及吸水性能；另一方面是因為復合膜網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)增強，限制了起主導作用的纖維素分子鏈的柔性，使得水分子的滲透通路受阻。而當茶多酚質(zhì)量分數(shù)為0.1%和0.2%時，復合膜的吸水率并沒有顯著性變化（P＞0.05），質(zhì)量分數(shù)為0.2%和0.4%時，復合膜的水蒸氣透過率也沒有顯著性變化（P＞0.05）。說明在這兩種質(zhì)量分數(shù)下，茶多酚的添加并未明顯改變復合膜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。謝健健[24]在利用浸泡熱干法制備細菌纖維素-納米銀復合膜的研究中發(fā)現(xiàn)，由于細菌纖維素膜原有結(jié)構(gòu)遭到破壞，復合膜的吸水率以及水蒸氣透過率顯著低于細菌纖維素原膜，這與本研究結(jié)果相似。從表1可以看出，復合膜的厚度隨著茶多酚質(zhì)量分數(shù)的增大顯著增加（P＜0.05）。這是由于茶多酚分子的引入增加了復合膜結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)交錯，同時隨著茶多酚質(zhì)量分數(shù)的增加，也有未被纖維素吸收的茶多酚分子，經(jīng)干燥后在膜表面凸起，也能導致厚度的增加。

2.2 浸泡時間對細菌纖維素-茶多酚復合膜性能的影響

2.2.1 浸泡時間對細菌纖維素-茶多酚復合膜抑菌性能的影響

通過抑菌圈實驗確定細菌纖維素-茶多酚復合膜最佳的浸泡時間。從之前的實驗結(jié)果可知，茶多酚對3 種細菌的抑菌效果為假單胞菌＞大腸桿菌＞金黃色葡萄球菌，因此選取抑菌能力最弱的金黃色葡萄球菌作為受試菌株。

圖4 浸泡時間對細菌纖維素-茶多酚復合膜抑菌性能的影響Fig. 4 Effect of soaking time on antibacterial properties of bacterial cellulose-tea polyphenol composite film

從圖4可以看出，隨著浸泡時間的延長，抑菌圈直徑逐漸增大，尤其在2～4 h內(nèi)，抑菌圈直徑增長幅度大于浸泡初始階段，4 h后變化不明顯。大多植物源化合物是通過破壞菌體的細胞膜結(jié)構(gòu)的完整性和酶系統(tǒng)進行抑菌[25]。茶多酚的添加嚴重破壞了菌體細胞膜結(jié)構(gòu)的完整性，使得細胞內(nèi)容物呈絮狀外流，導致菌體死亡加速，從而達到抑菌的效果[26]。

2.2.2 浸泡時間對細菌纖維素-茶多酚復合膜力學性能的影響

圖5 浸泡時間對細菌纖維素-茶多酚復合膜力學性能的影響Fig. 5 Effect of soaking time on mechanical properties of bacterial cellulose-tea polyphenol composite film

從圖5可以看出，當浸泡時間為0 h時，拉伸強度為46.73 MPa，斷裂伸長率為1.76%，4 h后分別變?yōu)?8.45 MPa和3.17%。在質(zhì)量分數(shù)一定的情況下，隨著浸泡時間的延長，拉伸性能呈下降趨勢，一段時間后變化不明顯，斷裂伸長率的趨勢則正好相反；兩者均在4 h后呈穩(wěn)定狀態(tài)，變化不明顯（P＞0.05）。其原因在于，隨著茶多酚浸泡時間的延長，茶多酚短分子鏈段逐漸鑲嵌進細菌纖維素長分子鏈段間，它的加入阻礙了細菌纖維素鏈段間的接近。由于細菌纖維素大分子在復合膜拉伸和斷裂中起主導作用，茶多酚的加入破壞了細菌纖維素原本的結(jié)構(gòu)，使得復合膜脆性增強，難以拉伸。復合膜的斷裂伸長率隨著浸泡時間的延長而增大，其原理與茶多酚質(zhì)量分數(shù)相似。當浸泡4 h后，茶多酚短分子已經(jīng)完全鑲嵌進細菌纖維素中，拉伸強度和斷裂伸長率不再受浸泡時間影響。

2.2.3 浸泡時間對細菌纖維素-茶多酚復合膜透光率的影響

圖6 浸泡時間對細菌纖維素-茶多酚復合膜透光率的影響Fig. 6 Effect of soaking time on light transmittance of bacterial cellulose-tea polyphenol composite film

從圖6中可以看出，復合膜的透光率隨著波長的增大而增大。在同一波長下，純細菌纖維素膜的透光率最好，浸泡時間為2 h的復合膜質(zhì)量分數(shù)次之，浸泡時間6、8、10 h和浸泡時間為4 h后的細菌纖維素膜的透光率幾乎重疊，曲線難以分辨。這同吳艷等[15]的研究結(jié)果相似，其在探究茶多酚的添加量對聚乳酸-聚己內(nèi)酯共聚物復合膜性能影響的實驗中發(fā)現(xiàn)，茶多酚與共聚物的相互作用使共聚物結(jié)構(gòu)分散均一，導致復合膜的透光率降低。而且浸泡時間對復合膜透光率的影響結(jié)果同茶多酚浸泡時間對復合膜力學、抑菌能力的實驗結(jié)果的趨勢相同。

2.2.4 浸泡時間對細菌纖維素-茶多酚復合膜吸水率、水蒸氣透過率以及透光率的影響

從表2中可以看出，與純細菌纖維素相比，吸水率以及水蒸氣透過率隨浸泡時間延長都呈現(xiàn)先下降后趨于平穩(wěn)的趨勢，厚度則呈現(xiàn)先增加后平緩的趨勢。浸泡0、2、4 h后復合膜的吸水率、水蒸氣透過率和厚度都出現(xiàn)顯著變化（P＜0.05），而超過4 h后，復合膜的這幾項指標并無明顯變化（P＞0.05）。盡管茶多酚分子中有許多酚羥基能夠吸收水分子促進復合膜的吸水作用，但茶多酚小分子能進入細菌纖維素大分子中使復合膜結(jié)構(gòu)更加緊密，降低了吸水率并使水蒸氣透過路徑受阻[27]。當茶多酚浸泡時間一定后，嵌入纖維素網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的茶多酚短鏈已經(jīng)達到最大量，復合膜互相交錯的結(jié)構(gòu)已不再改變，其抑制水蒸氣透過的能力達到最大限度，雖然仍然能夠阻礙水蒸氣的透過但變化不顯著，厚度也不再增加。即在浸泡4 h后，茶多酚分子在復合膜中的數(shù)目恒定，對復合膜各個性能的影響不再變化，使得復合膜的性能趨于穩(wěn)定。

表2 浸泡時間對細菌纖維素-茶多酚復合膜厚度、吸水率和水蒸氣透過率的影響Table 2 Effect of soaking time on thickness, water absorption and water vapor transmission rate of bacterial cellulose-tea polyphenol composite film

2.3 細菌纖維素-茶多酚復合膜結(jié)構(gòu)的分析

2.3.1 細菌纖維素-茶多酚復合膜微觀結(jié)構(gòu)的觀察結(jié)果

圖7 細菌纖維素-茶多酚復合膜微觀結(jié)構(gòu)的觀察Fig. 7 Microstructure of bacterial cellulose-tea polyphenol composite film

由圖7可知，茶多酚的添加引起了細菌纖維素微觀結(jié)構(gòu)的改變，單一細菌纖維素膜中的纖絲網(wǎng)絡(luò)稀松、孔洞較大，添加茶多酚后的復合膜比細菌纖維素膜纖絲排列更緊致、孔洞結(jié)構(gòu)小而少，而且相對纖維素膜粗糙的表面，復合膜變得更為光滑、平整，但是依舊可以清晰觀察到復合膜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。纖維素分子連接了類似大分子的顆粒，同時復合膜纖維變粗，這更能證明茶多酚小分子鏈段連接到纖維素大分子鏈段上。同時在干燥的過程中，茶多酚分子填充在纖維素網(wǎng)絡(luò)間，導致復合膜結(jié)構(gòu)更為緊致。在劉忠明等[28]對納米纖維素/殼聚糖復合膜的研究中，通過對復合膜進行掃描電子顯微鏡分析發(fā)現(xiàn)，單一的殼聚糖膜斷面光滑而清晰，隨著納米纖維素的添加，由于納米纖維素更易于通過氫鍵與殼聚糖團聚在一起，致使復合膜逐漸變得緊密而伴有顆粒和褶皺，最后變得更加粗糙。

2.3.2 細菌纖維素-茶多酚復合膜的分子結(jié)構(gòu)分析

圖8 細菌纖維素膜和細菌纖維素-茶多酚復合膜的FTIR圖Fig. 8 Fourier transform infrared spectrum of bacterial cellulose and film bacterial cellulose-tea polyphenol composite film

分子間的相互作用會引起周圍的電子密度及振動頻率的改變，而這些改變在FTIR圖中通過特征吸收峰的位置和強度等表現(xiàn)出來[26]。從圖8可以看出，細菌纖維素的吸收峰，在3 400～3 250 cm－1處為O—H特征吸收峰，2 960～2 870 cm－1處為細菌纖維素中C—H特征吸收峰，1 000 cm－1附近為纖維素糖環(huán)中C—O—C和C—O—H特征吸收峰。加入茶多酚后，3 400～3 250 cm－1處的吸收峰面積變大，同時在1 600～1 400 cm－1范圍內(nèi)苯環(huán)骨架特征吸收峰面積變大[27]，細菌纖維素-茶多酚復合膜依舊具有細菌纖維素的特征吸收峰，說明茶多酚的酚羥基進入纖維素的糖環(huán)中，細菌纖維素-茶多酚復合膜中確實有茶多酚分子的存在。

3 結(jié) 論

茶多酚的添加對復合膜的特性和結(jié)構(gòu)的影響表明：隨著茶多酚質(zhì)量分數(shù)的增加及浸泡時間的延長，復合膜的抑菌圈直徑、斷裂伸長率和厚度增大，透光率、吸水率、水蒸氣透過率和拉伸強度降低。當茶多酚質(zhì)量分數(shù)為0.2%時，此為復合膜有效抑制3 種肉源腐敗菌的最低添加量，同時兼具較好的復合膜其他性能；當浸泡時間超過4 h后，各指標均趨于穩(wěn)定。茶多酚的添加使復合膜具有更好的抑菌能力；結(jié)構(gòu)的測定證明茶多酚分子連接在細菌纖維素膜結(jié)構(gòu)中，使復合膜機械性能得到提高，并有效地阻隔了食品與外界水蒸氣的交換，避免食品受外界污染。本實驗制備的細菌纖維素-茶多酚復合膜無毒無害、可降解，為食品界可食用膜的開發(fā)利用提供理論參考，具有廣闊的市場前景。