雷晏琳，彭巧梅，吳賀君*，董知韻，于冰洋，申光輝，張志清，黎杉珊

隨著人們對(duì)食品安全問(wèn)題的日益重視和環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，可食性包裝因能緩解塑料包裝可能產(chǎn)生的食品污染及其廢棄物造成的“白色污染”等問(wèn)題，對(duì)其研究正逐漸成為當(dāng)前食品工業(yè)和包裝領(lǐng)域科技發(fā)展的重要趨勢(shì)[1]。其中，果蔬基可食性膜（又稱(chēng)果蔬紙）是以水果和蔬菜等天然農(nóng)副產(chǎn)品為基材，添加合適的輔助劑（如增稠劑和增塑劑等）制成的一類(lèi)可食性包裝材料[2]，是一種兼具可食和包裝功能的新型果蔬深加工產(chǎn)品，不僅保留了果蔬的大部分營(yíng)養(yǎng)，同時(shí)具備一定的機(jī)械性能和阻隔性能[3]，綠色無(wú)毒且能自然降解，近年來(lái)已經(jīng)成為食品行業(yè)的一大研究熱點(diǎn)。

現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道關(guān)于果蔬基可食性膜大多是以新鮮果蔬為原料來(lái)制備，因其營(yíng)養(yǎng)豐富而容易滋生微生物，對(duì)膜的貯藏特性和包裝效果造成不利影響[4]。因此，強(qiáng)化果蔬基可食性膜的抗菌活性、防止膜自身及被包裝食品受到微生物污染成為該領(lǐng)域重要的研究方向之一[5]。目前植物精油作為天然抗菌劑，因其特有的安全性優(yōu)勢(shì)和良好的抗菌活性，在可食性膜領(lǐng)域中受到廣泛關(guān)注[6]。國(guó)外學(xué)者的研究表明，添加香芹酚等精油能顯著提升蘋(píng)果膜抵抗沙門(mén)氏菌、埃希氏大腸桿菌和單增李斯特菌的能力，可用于雞胸肉和火腿等肉制品和畜禽產(chǎn)品的包裝[7-8]。王新偉等[9-10]也研究了香芹酚等對(duì)胡蘿卜膜熱學(xué)性能和吸濕性能的影響，以期為其作為可食性包裝材料應(yīng)用于食品加工提供數(shù)據(jù)參考。從可持續(xù)發(fā)展的角度來(lái)看，相比于直接利用新鮮果蔬，以果蔬加工副產(chǎn)物為原料制備果蔬基可食性膜更具經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也有利于資源的循環(huán)利用和環(huán)境保護(hù)，應(yīng)該引起研究者的重視。本課題組前期以柚子皮等果蔬加工副產(chǎn)物為原料制備了一系列果皮基可食性膜[11-13]，優(yōu)化確定了其最佳的制備配方和工藝參數(shù)，發(fā)現(xiàn)柚子皮漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%、甘油質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%、海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%時(shí)，柚子皮基膜各項(xiàng)性能均較好。為使柚子皮基膜獲得較好的抗菌活性，本實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究香芹酚的添加量對(duì)柚子皮基膜外觀、微觀結(jié)構(gòu)、阻隔性能、機(jī)械性能及抗菌活性等的影響，為后期基于果皮的可食性抗菌膜的實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

柚子皮：柚子品種為琯溪蜜柚，于雅安水果市場(chǎng)收集。

海藻酸鈉、甘油、氯化鈉（分析純） 成都市科龍化工試劑廠；去離子水由實(shí)驗(yàn)室自制；牛肉膏、蛋白胨（生化試劑） 北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司；瓊脂粉、香芹酚（生化試劑） 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所。

1.2 儀器與設(shè)備

FJ-200-SH型數(shù)顯高速分散均質(zhì)機(jī) 上海標(biāo)準(zhǔn)模型廠；SHB-III型循環(huán)水式真空泵 鞏義市英裕華科儀器廠；CS101型電熱鼓風(fēng)干燥箱 重慶試驗(yàn)備制造廠；HD-E702-100型恒溫恒濕箱、HD-B609B-S型電腦伺服拉力材料試驗(yàn)機(jī) 海達(dá)國(guó)際儀器有限公司；148-121型螺旋測(cè)微器 鄭州中天實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；W3/031型水蒸氣透過(guò)率測(cè)試儀 濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司；玻璃成膜器（模腔尺寸為20.0 cm×50.0 cm×0.5 cm）由實(shí)驗(yàn)室自制；GZ-150-M型霉菌培養(yǎng)箱 韶關(guān)市廣智科技設(shè)備有限公司；SW-CJ-2FD型立式壓力蒸汽滅菌器 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；BHC-1300IIA2型潔凈工作臺(tái) 蘇凈集團(tuán)蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司；Nicolet IS10型傅里葉變換紅外光譜儀 美國(guó)賽默飛公司；ZNC-300型超微粉碎機(jī) 北京燕山正德機(jī)械設(shè)備有限公司；WGW光電霧度儀 上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司；TCP2全自動(dòng)測(cè)色色差儀 北京奧依克光電儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 柚子皮基抗菌膜的制備

柚子皮基膜的制備方法參照本課題組前期的研究[11]，其制備流程如下：選擇新鮮的柚子皮，無(wú)腐蝕、無(wú)臟污、無(wú)蟲(chóng)蛀等，將其切碎至2 cm×2 cm左右的方塊，放入烘箱中在60 ℃下干燥24 h。使用超微粉碎機(jī)將其打磨成粉，放入塑封袋，備用。稱(chēng)取適量柚子皮粉加入一定量的蒸餾水制成膜漿料，膜漿料中加入一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增稠劑（海藻酸鈉）和增塑劑（甘油）在14 000 r/min下均質(zhì)15 min，使?jié){汁細(xì)膩均勻。將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%）的香芹酚加入柚子皮膜液中，均質(zhì)5 min得到均勻漿料，空白膜不加香芹酚。于常溫、真空度為－0.095 MPa下脫氣以除去溶解在漿料中的氣泡，將脫氣后的漿料靜置10 min，每次取200 mL漿料流延至成膜器表面，于60 ℃熱風(fēng)干燥4～5 h，最后將干燥后的半成品拿出，室溫下晾置，小心揭膜得到成品，置于溫度為23 ℃、相對(duì)濕度為55%的恒溫恒濕箱中平衡48 h。

1.3.2 柚子皮基抗菌膜性能的測(cè)定

1.3.2.1 色差的測(cè)定

采用全自動(dòng)測(cè)色色差計(jì)測(cè)定柚子皮基抗菌膜的色澤差異，L*值代表明度，a*值代表紅綠色度，正值表示紅色程度，負(fù)值表示綠色程度，b*值代表黃藍(lán)色度，正值表示黃色程度，負(fù)值表示藍(lán)色程度，用標(biāo)準(zhǔn)白板GSB A67002-86（L＝96.69、a＝－0.64、b＝0.28）校正，并根據(jù)公式（1）計(jì)算總色差ΔE。

1.3.2.2 透光率的測(cè)定

參照GB/T 2410—2008《透明塑料透光率和霧度的測(cè)定》，采用光電霧度儀測(cè)定光通量T，將膜剪成正方形（50 mm×50 mm），每組做5 個(gè)平行試樣，按公式（2）計(jì)算透光率Tt。同時(shí)用膜包裹葡萄，用相機(jī)拍下薄膜的透光效果。

式中：T1和T2分別為入射光通量和透射光通量/%，其中T1為100%。

1.3.2.3 傅里葉變換紅外光譜分析

用傅里葉變換紅外光譜儀對(duì)空白柚子皮基膜和含不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)香芹酚的柚子皮基抗菌膜樣品進(jìn)行傅里葉變換紅外光譜分析，掃描范圍為4 000～500 cm－1。

1.3.2.4 掃描電子顯微鏡觀察

將樣品置于50 ℃的恒溫干燥箱中干燥12 h，取約2 mm×2 mm的試樣，以導(dǎo)電膠固定于金屬載物片上，于離子濺射儀中真空狀態(tài)下表面鍍金，取出樣品臺(tái)，放入鎢燈絲掃描電子顯微鏡，抽真空20 min后進(jìn)行觀察，電子束加速電壓為20 kV。

1.3.2.5 厚度的測(cè)定

用螺旋測(cè)微器在膜表面隨機(jī)測(cè)量5 個(gè)點(diǎn)，取平均值，厚度單位為mm。

1.3.2.6 水蒸氣透過(guò)系數(shù)的測(cè)定

水蒸氣透過(guò)系數(shù)按照GB/T 1037—1988《塑料薄膜和片材透水蒸氣性試驗(yàn)方法 杯式法》及GB/T 16928—1997《包裝材料試驗(yàn)方法 透濕率》進(jìn)行測(cè)定。試樣面積33 cm2，以水蒸氣透過(guò)率測(cè)試儀配套軟件計(jì)算得到水蒸氣透過(guò)系數(shù)，其單位為g·cm/（cm2·s·Pa）。

1.3.2.7 抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定

參考GB/T 1040.3—2006《塑料 拉伸性能的測(cè)定 第3部分：薄塑和薄片的試驗(yàn)條件》，使用電腦伺服拉力材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)定。試樣尺寸為80 mm×15 mm，初始間距為35 mm，拉伸速率為60 mm/min，每組做10 個(gè)平行試樣，抗拉強(qiáng)度（tensile strength，TS）、斷裂伸長(zhǎng)率（elongation at break，EB）分別按公式（3）、（4）計(jì)算。

式中：F為試樣斷裂時(shí)承受的最大張力/N；A為試樣橫截面積/mm2。

式中：L0為試樣測(cè)試前的長(zhǎng)度/mm；L為試樣在斷裂時(shí)的長(zhǎng)度/mm。

1.3.2.8 抗菌活性的測(cè)定

參照Du Wenxian等[7]的方法，通過(guò)抑菌圈法測(cè)定柚子皮基抗菌膜的抑菌效果。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

以SPSS 20.0軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表示為±s。采用Duncan多重比較檢驗(yàn)法進(jìn)行顯著性分析，以P＜0.05表示差異顯著，以O(shè)rigin 8.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 香芹酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)膜顏色和透光率的影響

表1 香芹酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)柚子皮基抗菌膜顏色及透光率的影響Table 1 Effect of carvacrol concentration on color and light transmittance of pomelo peel based films

從表1可以看出，隨著香芹酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，柚子皮基膜的L*值逐漸減小，而b*值及ΔE值均增大。L*值的變化說(shuō)明柚子皮基抗菌膜的亮度有所減弱，b*值的變化則說(shuō)明其顏色逐漸變黃，ΔE值的變化說(shuō)明其顏色更加鮮艷。這是由于：一方面原料柚子皮中含有黃色素而使所制備的空白柚子皮基膜呈現(xiàn)淡黃色；另一方面香芹酚本身也為黃色的油狀液體，加入后會(huì)使膜的顏色進(jìn)一步加深。同時(shí)，膜的透光率也隨香芹酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而有所下降。空白柚子皮基膜的透光率最高，用作包裝材料時(shí)將具有良好的內(nèi)裝物展示效果；而加入香芹酚后，因受到精油的分布及精油與成膜基質(zhì)之間的相互作用的影響[5]，進(jìn)一步阻礙了光的透過(guò)，使柚子皮基抗菌膜透光率有所下降。

圖1 添加香芹酚前后柚子皮基膜的數(shù)碼照片F(xiàn)ig. 1 Pictures of pomelo peel based film with and without carvacrol

如圖1所示，相比于空白柚子皮基膜，加入1.0%香芹酚后膜的顏色逐漸變黃且亮度略顯暗淡，可能會(huì)在一定程度上影響視覺(jué)效果，這和表1的測(cè)定結(jié)果是一致的，但透過(guò)膜仍然可以看到里面包裝的葡萄。因此總體而言，本實(shí)驗(yàn)制備的柚子皮基（抗菌）膜呈淺黃色，且外觀平整光滑，同時(shí)具有一定的透光性，在果蔬保鮮膜等可食性包裝領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價(jià)值。

2.2 傅里葉變換紅外光譜分析結(jié)果

圖2 添加香芹酚前后柚子皮基膜的傅里葉變換紅外光譜圖Fig. 2 Fourier transform infrared spectra of pomelo peel based films with and without carvacrol

采用傅里葉變換紅外光譜儀進(jìn)一步研究香芹酚添加前后柚子皮基膜分子結(jié)構(gòu)的變化，因掃描時(shí)發(fā)現(xiàn)空白柚子皮基膜與及柚子皮基抗菌膜的傅里葉變換紅外光譜圖間有明顯的差異，而含不同香芹酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)的柚子皮基抗菌膜間差異微小，故在圖2中僅給出了空白柚子皮基膜及含有1.0%香芹酚的柚子皮基抗菌膜的傅里葉變換紅外光譜圖以供對(duì)照分析。在圖2曲線a中，波數(shù)為3 283.67 cm－1處較寬的吸收峰歸屬為O—H伸縮振動(dòng)吸收峰，證明膜中存在處于締合狀態(tài)的氫鍵；2 918.23 cm－1處的吸收峰對(duì)應(yīng)于C—H的伸縮振動(dòng)；1 742.94 cm－1處的窄峰為C＝O伸縮振動(dòng)峰；1 605.27 cm－1處的吸收峰是芳香環(huán)上C＝C伸縮振動(dòng)；1 024.13 cm－1處的吸收峰則來(lái)自于C—O—C的對(duì)稱(chēng)伸縮[14-15]。而加入1.0%香芹酚后，相比于空白柚子皮基膜，圖2曲線b中柚子皮基抗菌膜的O—H伸縮振動(dòng)峰波數(shù)為3 269.13 cm－1，明顯向低波數(shù)移動(dòng)，說(shuō)明香芹酚與膜組分間發(fā)生了相互作用[14]；同時(shí)該吸收峰的強(qiáng)度有所下降，說(shuō)明抗菌膜的親水性減弱[16]。這是由于香芹酚本身是一種含羥基的疏水性物質(zhì)，其加入后能與膜中纖維素和果膠等主要大分子組分通過(guò)表面羥基形成氫鍵等相互作用，提高膜的疏水性，進(jìn)而可能會(huì)對(duì)膜的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能產(chǎn)生一定的影響。

2.3 掃描電子顯微鏡觀察

由圖3a、b可見(jiàn)，空白柚子皮基膜表面較為光滑平整，無(wú)裂紋、孔洞等缺陷，橫斷面結(jié)構(gòu)緊湊。這是由于柚子皮本身富含纖維素和果膠等多糖類(lèi)大分子物質(zhì)[17-18]，是一種良好的成膜基質(zhì)，在適當(dāng)?shù)妮o助劑配合作用下成膜后具有較為穩(wěn)定的微觀組織結(jié)構(gòu)。而添加1.0%香芹酚后的柚子皮基抗菌膜的表面變得更為粗糙，膜的結(jié)構(gòu)也相對(duì)松散（圖3c、d）。這是由于香芹酚加入后與膜組分的大分子形成氫鍵等作用，部分取代了膜本身大分子之間較強(qiáng)的相互作用，同時(shí)膜在干燥過(guò)程中由于香芹酚的揮發(fā)會(huì)留下一些凹洞，導(dǎo)致膜的連續(xù)性和緊密結(jié)構(gòu)遭到破壞[19-21]。結(jié)果表明香芹酚的添加會(huì)對(duì)膜的表面和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響，應(yīng)控制在適當(dāng)比例。

圖3 添加香芹酚前后柚子皮基膜的掃描電子顯微鏡圖（×2 000）Fig. 3 Scanning electron microscopic images of pomelo peel based films with and without carvacrol (× 2 000)

2.4 香芹酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)膜厚度及水蒸氣透過(guò)系數(shù)的影響

表2 香芹酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)柚子皮基抗菌膜厚度及水蒸氣透過(guò)系數(shù)的影響Table 2 Effect of carvacrol concentration on thickness and water vapor permeability of pomelo peel based films

由表2可知，在相同成膜漿料量（200 mL）的情況下，柚子皮基抗菌膜的厚度隨著香芹酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大，其厚度范圍約在0.103～0.143 mm。香芹酚加入后與膜組分大分子間形成氫鍵等相互作用，打亂了大分子鏈之間原有的緊密連接，使膜的結(jié)構(gòu)變得較為松散，導(dǎo)致膜厚度增加[21]，這在圖2、3中都已得到證實(shí)。同時(shí)，膜結(jié)構(gòu)的變化也會(huì)對(duì)其阻隔性能產(chǎn)生一定的影響。水蒸氣透過(guò)系數(shù)是評(píng)價(jià)膜阻隔性能的重要指標(biāo)。隨著香芹酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，膜的水蒸氣透過(guò)系數(shù)先增加后降低。這一方面是由于香芹酚的加入使得膜原本緊湊的結(jié)構(gòu)變得疏松，故阻隔性能變差；另一方面是由于香芹酚的疏水性質(zhì)，在膜中會(huì)阻止水分子與膜結(jié)合及向膜內(nèi)部的滲透，提高膜的阻濕性[21-22]。在香芹酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大（質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.0%）時(shí)，后者成為主要的影響因素，此時(shí)柚子皮基抗菌膜的水蒸氣透過(guò)系數(shù)減小，說(shuō)明其阻濕性有所提高。

2.5 香芹酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)膜力學(xué)性能的影響

如圖4所示，隨著香芹酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，柚子皮基抗菌膜的抗拉強(qiáng)度逐漸降低，而斷裂伸長(zhǎng)率卻隨之升高。相比于空白柚子皮基膜（抗拉強(qiáng)度（18.87±0.93）MPa、斷裂伸長(zhǎng)率（13.72±0.24）%），含2.0%香芹酚的柚子皮基抗菌膜抗拉強(qiáng)度減小至（9.45±0.51）MPa，降低約50%；而斷裂伸長(zhǎng)率則增加到（21.35±0.94）%，提高了56%。柚子皮基抗菌膜力學(xué)性能的變化與其本身微觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和分子間作用力有關(guān)[16]。由于香芹酚加入后會(huì)與膜組分通過(guò)表面羥基形成氫鍵等方式部分取代膜組分原本分子鏈之間較強(qiáng)的相互作用，使膜的微觀連續(xù)結(jié)構(gòu)受到破壞，故使得膜的抗拉強(qiáng)度降低[16,23]；另一方面，香芹酚存在于膜組分的大分子鏈之間，有一定的增塑作用，使大分子鏈的剛性減弱而柔性增加，宏觀表現(xiàn)為膜更加柔軟，故斷裂伸長(zhǎng)率增大[24-26]?？紤]到膜在實(shí)際應(yīng)用中需要具備一定的力學(xué)性能以滿足包裝用膜的基本要求，故應(yīng)控制香芹酚在抗菌膜中的用量，使其兼顧一定的強(qiáng)度和韌性。本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)香芹酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)，柚子皮基抗菌膜的抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均適宜，綜合力學(xué)性能良好。

圖4 香芹酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)柚子皮基抗菌膜抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的影響Fig. 4 Effect of carvacrol concentration on tensile strength and elongation at break of pomelo peel based antimicrobial films

2.6 香芹酚添加量對(duì)膜抗菌活性的影響

表3 不同香芹酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)柚子皮基抗菌膜對(duì)微生物的抑菌圈面積Table 3 Inhibition zone areas of pomelo peel based films incorporated with different concentrations of carvacrol

由表3可知，空白柚子皮基膜沒(méi)有抗菌效果，而添加香芹酚作為抗菌劑使膜對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌兩種受試菌均產(chǎn)生了良好的抗菌效果，抑菌圈面積隨著香芹酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增大，但對(duì)金黃色葡萄球菌的抑制作用更加明顯。香芹酚的抗菌機(jī)理主要是作用于微生物細(xì)胞膜，增加細(xì)胞膜的流動(dòng)性，破壞膜結(jié)構(gòu)，使胞內(nèi)重要離子和內(nèi)容物滲漏導(dǎo)致細(xì)胞死亡，從而抑制了細(xì)菌的繁殖[27-28]。Burt等[29]的研究也表明，植物精油對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌的抑菌效果強(qiáng)于革蘭氏陰性菌，因?yàn)楦锾m氏陰性菌細(xì)胞壁外還包裹著一層膜，其中含有脂多糖，限制了疏水性化合物通過(guò)膜表面的擴(kuò)散，故抗菌效果相對(duì)較差。需要注意的是，提高香芹酚的質(zhì)量分?jǐn)?shù)雖然會(huì)使膜獲得更好的抗菌活性，但前文測(cè)試結(jié)果也已表明該類(lèi)精油的加入會(huì)改變膜本身的致密結(jié)構(gòu)，對(duì)膜的一些理化性能（如顏色、透光率和力學(xué)性能等）產(chǎn)生不利影響；同時(shí)香芹酚一般具有很強(qiáng)的氣味，也會(huì)影響膜的感官品質(zhì)。因此在實(shí)際使用過(guò)程中要結(jié)合膜的其他性能來(lái)綜合考慮以確定適宜的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

3 討 論

果蔬基可食性膜是一種新型的果蔬深加工產(chǎn)品，可作為休閑食品或綠色包裝材料，是目前國(guó)內(nèi)外食品研究的熱點(diǎn)之一[2,4]。與其他可食性膜類(lèi)似，果蔬膜因營(yíng)養(yǎng)豐富而容易滋生微生物，對(duì)其自身貯藏特性和包裝保鮮效果會(huì)產(chǎn)生不利的影響，因此通過(guò)與植物精油等天然抗菌劑復(fù)合來(lái)強(qiáng)化其抗菌性是本領(lǐng)域研究的一個(gè)重要方向[6-7]。本實(shí)驗(yàn)以柚子皮為主要原料，添加香芹酚制備了柚子皮基抗菌膜，研究發(fā)現(xiàn)，香芹酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)膜的理化特性、微觀結(jié)構(gòu)、阻濕性和抗菌活性等均有一定的影響。色澤是反映膜外觀的重要指標(biāo)，加入香芹酚后，膜的b*值和ΔE值升高，說(shuō)明膜顏色變黃且愈發(fā)鮮艷。這與Ravishankar等[8]制備的含香芹酚的蘋(píng)果膜、曾少甫等[21]制備的含肉桂醛的殼聚糖膜的顏色變化結(jié)果一致，其主要是受分布在膜中的香芹酚本身的顏色（黃色）影響。傅里葉變換紅外光譜顯示香芹酚加入后柚子皮基抗菌膜在3 269.13 cm－1處O—H的伸縮振動(dòng)峰向低波數(shù)移動(dòng)且強(qiáng)度減弱，這種現(xiàn)象在含柑橘類(lèi)精油[22]或綠茶提取物[30]的殼聚糖膜中也曾被報(bào)道，說(shuō)明添加的香芹酚與膜組分（如纖維素和果膠等）間形成了部分氫鍵或共價(jià)鍵等相互作用。掃描電子顯微鏡觀察結(jié)果表明加入香芹酚后，柚子皮基抗菌膜的致密性和連續(xù)性遭到破壞，膜的結(jié)構(gòu)變得較為松散（如膜厚度增加）。Laura[19]、Wang Lina[20]、曾少甫[21]等在制備含精油的抗菌膜時(shí)也觀察到相似的形態(tài)結(jié)構(gòu)，表明精油的加入會(huì)使膜的表面和結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化，進(jìn)而影響其物理性能。

對(duì)于阻濕性而言，疏水性的香芹酚在改變柚子皮基膜本身的致密結(jié)構(gòu)的同時(shí)也會(huì)增強(qiáng)膜對(duì)水分子的位阻效應(yīng)，最終能夠改善膜的水蒸氣透過(guò)性而使其水蒸氣透過(guò)系數(shù)降低，Du Wenxian[7]、曾少甫[21]等也得到過(guò)相似結(jié)果。對(duì)于力學(xué)性能而言，香芹酚的添加會(huì)打破柚子皮基抗菌膜組分之間的連續(xù)性并起一定的增塑作用，使膜變得更為柔軟，故其抗拉強(qiáng)度降低而斷裂伸長(zhǎng)率提高，Du Wenxian等[24]把肉桂精油等加入到蘋(píng)果膜也中得到類(lèi)似的結(jié)果。但也有文獻(xiàn)報(bào)道不同甚至相反的結(jié)果，例如Du Wenxian等[7]采用連續(xù)鑄膜和分批量鑄膜兩種不同方法制備含香芹酚的蘋(píng)果基抗菌膜，發(fā)現(xiàn)隨香芹酚含量的增加蘋(píng)果膜的抗拉強(qiáng)度增大，而斷裂伸長(zhǎng)率略微增加，但其并未對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行解釋。Arrieta等[16]在制備含香芹酚的甘油增塑酪蛋白酸鈣可食性膜時(shí)發(fā)現(xiàn)，添加香芹酚可以通過(guò)增強(qiáng)聚合物基體大分子鏈的相互作用而提高膜的力學(xué)性能，尤其是抗拉強(qiáng)度。造成上述差異的原因可能在于可食性膜的機(jī)械性能受成膜基質(zhì)、膜組分間相互作用及制膜條件等多種因素的影響，故應(yīng)通過(guò)合理調(diào)控保證膜能夠同時(shí)兼?zhèn)湟欢ǖ膹?qiáng)度和韌性，以更好地滿足實(shí)際應(yīng)用要求。添加香芹酚賦予柚子皮基膜良好的抗菌活性，其對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均有較好的抗菌效果，但對(duì)后者的作用更為顯著。Rojas-Graü等[31]的研究發(fā)現(xiàn)，在蘋(píng)果膜中添加精油或精油混合物（質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%～0.5%）能提高其對(duì)埃希氏大腸桿菌O157:H7的抗菌活性，且隨著精油質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，其抑菌圈面積也逐漸增大，其中香芹酚抗菌能力最強(qiáng)。Otoni等[26]在考察含質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%肉桂醛的木瓜膜的抗菌活性時(shí)，同樣發(fā)現(xiàn)膜對(duì)金黃色葡萄球菌的抗菌效果要強(qiáng)于大腸桿菌。果蔬基可食性膜抗菌活性的提高不僅有利于其自身貯藏，同時(shí)也能增強(qiáng)其對(duì)食品的包裝保鮮作用。但考慮到精油對(duì)膜的理化性能和感官品質(zhì)可能產(chǎn)生的不利影響，合理控制精油添加量尤為關(guān)鍵。除此之外，微膠囊技術(shù)、納米技術(shù)等在精油等抗菌劑緩釋控制上的應(yīng)用、抗菌因子的釋放特征及其動(dòng)力學(xué)、體外保鮮實(shí)驗(yàn)等都是這類(lèi)含精油可食性抗菌膜今后需要深入研究的主要方向。

4 結(jié) 論

綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，考慮香芹酚本身氣味、顏色及其與膜組分大分子相互作用對(duì)膜物理性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和抗菌活性的影響，初步確定當(dāng)香芹酚的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)，柚子皮基香芹酚抗菌膜具有相對(duì)較好的綜合性能，在食品包裝領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。通過(guò)本研究能夠?yàn)橐怨邚U棄物為原料的新型果蔬基可食性抗菌膜的研發(fā)及其在食品包裝方面的應(yīng)用提供一定的理論指導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)參考。