盧俊宇 朱 芮 吳賀君 雷晏琳 肖 迪 焦 春 魏雪穎 劉登鴻

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，四川 雅安 625000)

隨著人們對(duì)食品安全問題的擔(dān)憂及環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，塑料包裝導(dǎo)致的環(huán)境污染已經(jīng)引起廣泛重視?？墒承阅ぷ鳛樾滦铜h(huán)保包裝材料具有綠色環(huán)保、可自然降解、來源廣泛等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到越來越多的關(guān)注與應(yīng)用[1-3]。由于石油資源的短缺且制成塑料后難以降解，以多糖蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等天然來源物質(zhì)制成的可食膜受到極大關(guān)注[2]。

淀粉由于價(jià)格低、可再生以及可降解等優(yōu)點(diǎn)成為可食性膜中的研究熱點(diǎn)[1,4]，其中馬鈴薯淀粉糊化溫度、粘度、透明度等理化指標(biāo)均優(yōu)于其他淀粉，常作為可食性淀粉膜的成膜基材[5]。然而純淀粉膜的耐水和力學(xué)性能等存在不足[6]，因此有學(xué)者將淀粉與其他天然大分子物質(zhì)制成復(fù)合膜來改善其相關(guān)性能[7]。海藻酸鈉是一種常見的天然多糖，除具有生物降解性、可再生性、穩(wěn)定性和安全性等優(yōu)點(diǎn)外，還具有增稠作用，同時(shí)自身也可成膜，可被用來改善淀粉膜性能[8]。王靜平[9]發(fā)現(xiàn)淀粉與海藻酸鈉共混制備的復(fù)合膜可形成比純淀粉膜更致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。聞燕等[10]將淀粉與海藻酸鈉共混發(fā)現(xiàn)膜的力學(xué)性能和阻隔性能得到顯著改善。然而淀粉基復(fù)合膜因原料可食，自身營養(yǎng)豐富，容易被微生物所利用，因此強(qiáng)化其抗菌等功能特性以便拓展其在食品包裝等方面的應(yīng)用已成為當(dāng)前該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)方向之一[11]。

茶多酚(tea polyphenols，TP)是茶葉中多酚類物質(zhì)的總稱，作為天然多酚類物質(zhì)其安全性高、成本低、無毒、來源豐富且具有生物相容性[12]，因此越來越多的學(xué)者將TP作為天然抗氧化劑或抗菌劑用于強(qiáng)化可食性膜的功能活性。Qin等[13]將TP加入到殼聚糖膜發(fā)現(xiàn)，添加TP的殼聚糖膜具有抑菌性能，且可以延長(zhǎng)食品保質(zhì)期；Liu等[14]發(fā)現(xiàn)TP可以提高明膠膜的抗氧化活性；Wu等[15]發(fā)現(xiàn)TP可以提高柚皮粉生物活性膜的抗菌性和抗氧化活性。將TP等天然活性物質(zhì)加入淀粉膜中可賦予其一定的抗菌性和抗氧化活性，同時(shí)對(duì)膜的其他理化性能也會(huì)產(chǎn)生影響，但目前相關(guān)研究報(bào)道較少。因此本試驗(yàn)將TP添加到馬鈴薯淀粉/海藻酸鈉復(fù)合膜中，探究TP添加量對(duì)復(fù)合膜的外觀、物理性能、力學(xué)性能、阻濕性能、抗菌和抗氧化性等的影響，以期為基于淀粉等多糖類可食性膜的功能化及其在食品包裝方面的應(yīng)用提供一定的理論指導(dǎo)和數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯淀粉、TP(純度≥98.0%)，上海瑞永生物科技有限公司；海藻酸鈉，成都市科龍化工試劑廠；丙三醇，成都金山化學(xué)試劑有限公司；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl，DPPH)，源葉生物有限公司；福林酚，北京索萊寶科技有限公司；金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus，ATCC29215)、大腸桿菌(Escherichiacoli，ATCC25922)，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室；沒食子酸，成都科龍化學(xué)試劑廠；營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基、營養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基，杭州微生物制劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

FA2004N型電子天平，上海箐海儀器有限公司；CS101-3型電熱鼓風(fēng)干燥箱，中國重慶實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠；JB-5定時(shí)雙向數(shù)顯恒溫磁力攪拌器，江蘇金壇榮華儀器制造有限公司；SHB-3型循環(huán)水式多用真空泵，鞏義市英峪華科儀器廠；SB-5200DTN超聲波清洗機(jī)，寧波新芝生物科技股份有限公司；148-121型螺旋測(cè)微計(jì)器，鄭州中天實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；玻璃成膜板(模腔尺寸為20.0 cm×50.0 cm×0.5 cm)，實(shí)驗(yàn)室自制；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；GZ-150-M霉菌培養(yǎng)箱，韶關(guān)市廣智科技設(shè)備有限公司；WGW型光電霧度儀，上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司；W3-031水蒸氣透過率測(cè)試儀，濟(jì)南蘭光光電儀器有限公司；HD-B609B-S電子顯示拉力試驗(yàn)機(jī)、HD-E702-100型恒溫恒濕箱，海達(dá)國際儀器有限公司；FT-IR NICOLET IS 10型傅里葉變換紅外光譜儀，美國賽默飛公司；TCP2全自動(dòng)測(cè)色色差儀，北京奧依克光電儀器有限公司；DSA30光學(xué)接觸角測(cè)定儀，德國KRUSS公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)TP的海藻酸鈉/馬鈴薯淀粉膜制備方法 稱取7 g馬鈴薯淀粉、2 g甘油溶于50 mL蒸餾水中備用；稱取3 g海藻酸鈉溶于60℃ 100 mL蒸餾水中，混合馬鈴薯淀粉溶液和海藻酸鈉溶液，充分?jǐn)嚢?；將混合溶液置于恒溫磁力攪拌?0℃、200 r·min-1攪拌30 min；然后向混合溶液加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)[0(空白組)、1.25%、2.50%、5.00%、7.50%、10.00%]的TP，繼續(xù)70℃攪拌10 min。將成膜液倒入真空抽濾瓶，保持抽濾瓶負(fù)壓≥0.09 MPa，持續(xù)30 min，期間將抽濾瓶放入超聲波清洗機(jī)振動(dòng)，促進(jìn)氣泡排除；最后將成膜液倒入玻璃成膜板，流延均勻后放入55℃烘箱烘干，18 h后揭膜，置于23℃、55%(相對(duì)濕度)的恒溫恒濕箱中平衡48 h。

1.3.2 傅里葉變換紅外光譜分析 用傅里葉變換紅外光譜儀對(duì)空白馬鈴薯淀粉/海藻酸鈉膜和含不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)TP的馬鈴薯淀粉/海藻酸鈉膜進(jìn)行紅外光譜分析，用于表征膜結(jié)構(gòu)，掃描范圍為4 000～500 cm-1。

1.3.3 復(fù)合膜性能測(cè)定

1.3.3.1 厚度測(cè)定 根據(jù)《GB/T 6672-2001塑料薄膜和薄片厚度測(cè)定 機(jī)械測(cè)量法》[16]，用螺旋測(cè)微器在被測(cè)膜上隨機(jī)取點(diǎn)測(cè)定，測(cè)量5次取平均值，以μm為單位。

1.3.3.2 色差測(cè)定 采用色差計(jì)測(cè)定膜的色澤差異，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=99.77、a=0.03、b=0.30)校正，根據(jù)公式計(jì)算總色差(△E)：

(1)。

1.3.3.3 透光率測(cè)定 參照《GB/T 2410-2008透明塑料透光率和霧度的測(cè)定》[17]，采用光電霧度儀測(cè)定光通量T，將膜裁成正方形(50 mm×50 mm)，每組做5個(gè)平行，取平均值，按照公式計(jì)算透光率(Tt)：

(2)

式中，T1和T2分別為入射光通量和透射光通量，%；其中T1為100%。

1.3.3.4 水蒸氣透過系數(shù)測(cè)定 參照《GB/T 1037-1988塑料薄膜和片材透水蒸氣性試驗(yàn)方法 杯式法》[18]及《GB/T 16928-1997包裝材料試驗(yàn)方法 透濕率》[19]進(jìn)行測(cè)定。試樣面積33 cm2，采用水蒸氣透過率測(cè)試儀配套軟件計(jì)算水蒸氣透過系數(shù)(water vapor permeability，WVP)，單位g·cm-1·s-1·Pa-1，測(cè)試3次取平均值。

(3)

式中，△M為t 時(shí)間內(nèi)質(zhì)量變化，g；d為厚度，cm；A為水蒸氣透過的有效面積，cm2；t為質(zhì)量變化穩(wěn)定后的兩次間隔時(shí)間，s；△P為樣品兩側(cè)水蒸氣壓差，Pa。

1.3.3.5 抗張強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)定 參照《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》[20]，并稍作修改。將膜裁成100 mm×10 mm的薄條，測(cè)量厚度；在拉力試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定膜的抗張強(qiáng)度(tensile strength，TS)和斷裂伸長(zhǎng)率(elongation at break，EAB)，設(shè)定測(cè)試速率為50 mm·min-1， 初始距離為100 mm，每組測(cè)試10次取平均值。TS單位為MPa。按照公式計(jì)算TS：

(4)

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。

EAB是膜受到張力至斷裂時(shí)所增加長(zhǎng)度與原試樣長(zhǎng)度的百分比，測(cè)量TS時(shí)同步得出。按照公式計(jì)算EAB：

(5)

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。

1.3.3.6 含水量和溶解度測(cè)定 參照Gontard等[21]的方法，將膜樣(20 mm×20 mm)在室溫下稱重(m0)，然后在100℃條件下干燥至恒量，稱重(m1)。將恒重樣品放入盛有50 mL 蒸餾水的離心管中，于25℃條件下浸泡24 h，并定時(shí)攪動(dòng)。將未溶解的膜取出，用濾紙吸干膜表面水分，于100℃干燥至恒重，稱重(m2)。根據(jù)公式計(jì)算含水量(water content，WC)和溶解度(solubility，S)：

(6)

(7)。

1.3.4 復(fù)合膜抗氧化能力測(cè)定

1.3.4.1 DPPH自由基清除率測(cè)定 參照鐘宇等[22]的方法，略作修改。避光條件下，將3 mg DPPH加入到100 mL無水甲醇中，配置成75 μmol·L-1的DPPH-甲醇溶液，4℃冷藏備用。將膜裁成40 mm×40 mm的方塊，置于盛有100 mL蒸餾水的燒杯中，25℃恒溫磁力攪拌至完全混勻。以蒸餾水為空白對(duì)照，取上述溶液1 mL加入到4 mL DPPH-甲醇溶液中震蕩混勻，避光靜置60 min，測(cè)定516 nm波長(zhǎng)處的吸光度值。按照公式計(jì)算 DPPH自由基清除率：

(8)

式中, A樣為樣品吸光度值；A空為空白試樣吸光度值。

1.3.4.2 總酚含量測(cè)定 參照Singleton等[23]的方法，略作修改。稱取0.125 g復(fù)合膜，放入15 mL蒸餾水并浸泡24 h，制得膜溶液。取0.1 mL膜溶液，再加入7 mL蒸餾水和0.5 mL福林酚試劑，輕輕搖晃，靜置8 min，之后加入1.5 mL 10%的Na2CO3溶液，最后加入0.9 mL蒸餾水混勻。置于暗室中使其充分反應(yīng)2 h，之后用紫外分光光度計(jì)測(cè)定浸液在765 nm波長(zhǎng)處的吸光度值。配制濃度為0～15 μg·mL-1的沒食子酸水溶液，按照上述步驟測(cè)定765 nm波長(zhǎng)處的吸光度值，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，用于計(jì)算樣品所含總酚含量(以沒食子酸當(dāng)量GAE計(jì)算，單位mg GAE·g-1)。

1.3.5 復(fù)合膜抑菌性能測(cè)試

1.3.5.1 抑菌圈法測(cè)定膜抗菌能力 參照Otoni等[24]的方法，利用抑菌圈法測(cè)定膜對(duì)大腸桿菌(Escherichiacoli)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)的抑菌效果，裁取直徑15 mm圓形膜片貼于瓊脂培養(yǎng)皿中，在37℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)24 h后測(cè)定膜的抑菌圈直徑，得出抑菌圈面積。

1.3.5.2 十字交叉法定性測(cè)定膜抑菌能力 參照十字交叉劃線法[25]，測(cè)試膜對(duì)E.coli的抑菌性能：將含膜樣品裁成10 mm×60 mm的長(zhǎng)條，紫外光滅菌30 min備用。配制約0.5麥?zhǔn)蠞岫鹊腅.coli菌懸液。將膜片貼于固體瓊脂營養(yǎng)培養(yǎng)基的平板中央，用滅菌棉簽蘸取少量菌液，靠近薄膜兩側(cè)垂直劃線(圖1)。將培養(yǎng)基在37℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)24 h，觀察細(xì)菌生長(zhǎng)情況。

圖1 十字交叉劃線法示意圖Fig.1 The mode of cross-streak method for inhibition zone

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 24.0軟件處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并通過Duncan多重檢驗(yàn)法檢驗(yàn)顯著性，試驗(yàn)數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示，P<0.05 為差異顯著。以O(shè)rigin 2017軟件制圖以及擬合數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 傅里葉變換紅外光譜分析結(jié)果

由圖2可知，3 300 cm-1附近吸收峰來自O(shè)-H 的對(duì)稱和不對(duì)稱伸縮振動(dòng)[26]，與空白組相比，當(dāng)TP 含量為2.50%時(shí)，該吸收峰強(qiáng)度明顯下降且略微向低波數(shù)移動(dòng)，表明TP與淀粉中羥基形成分子間氫鍵[27]。2 927 cm-1附近吸收峰源于淀粉亞甲基C-H不對(duì)稱伸縮振動(dòng)，當(dāng)?shù)矸鄯肿又辛u基與其他分子發(fā)生氫鍵結(jié)合，羥基對(duì)亞甲基上兩個(gè)氫原子的吸引力減小會(huì)導(dǎo)致2 927 cm-1峰值降低[28]；加入TP后，該波段峰值強(qiáng)度降低并逐漸向低頻率移動(dòng)，表明TP可與淀粉分子羥基發(fā)生氫鍵結(jié)合，這與3 300 cm-1處吸收峰結(jié)果一致。1 602 cm-1附近吸收峰為海藻酸鈉COO-的不對(duì)稱與對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰[29]，隨著TP的加入，峰的強(qiáng)度減弱，并逐漸向高頻率處移動(dòng)，表明TP與海藻酸鈉COO-發(fā)生了結(jié)合或分子間氫鍵作用，從而降低了該波段峰值。994 cm-1處吸收峰來源于甘油分子中 O-H與淀粉分子糖苷鍵上氧原子形成的氫鍵吸收峰[30]。

2.2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)TP對(duì)復(fù)合膜透光率和色差的影響

由表1可知，隨著TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合膜的L*值逐漸降低，表明復(fù)合膜的亮度減弱；而b*值及△E值顯著增加，表明復(fù)合膜逐漸變黃，且更加鮮艷。

圖2 TP和含不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)TP的馬鈴薯淀粉/海藻酸鈉膜的傅里葉變換紅外光譜圖Fig.2 Fourier transform infrared spectra of TP and potato starch/sodium alginate films with different contents of TP

這是由于TP本身呈黃褐色，隨著TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，膜的黃色逐漸加深。復(fù)合膜的透光率隨TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而下降，這是由于加入TP后，其與馬鈴薯淀粉和海藻酸鈉基質(zhì)間發(fā)生了相互作用，阻礙了光的透射，從而使復(fù)合膜透光率下降；同時(shí)溶質(zhì)增加導(dǎo)致膜厚度變大也會(huì)進(jìn)一步阻礙光線的透過。此外，由圖3可知，隨著TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，復(fù)合膜亮度有所減弱且逐漸變黃；但各組復(fù)合膜均能清晰看到所覆蓋圖案，表明透光率良好。

表1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)TP對(duì)復(fù)合膜透光率和色差的影響Table 1 Effect of TP content on transmittance and color difference of the composite films

2.3 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)TP對(duì)復(fù)合膜厚度、水分含量、溶解度、水蒸氣透過系數(shù)的影響

由表2可知，復(fù)合膜的厚度隨著TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而顯著上升,這主要是由于TP的加入使膜溶質(zhì)增加。當(dāng)TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于0～5.00%時(shí)，復(fù)合膜的含水量和溶解度變化不顯著，當(dāng)TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于5.00%時(shí)，復(fù)合膜的含水量和溶解度顯著高于空白組，可能是多余的TP會(huì)遷移到膜表面增強(qiáng)其親水性，導(dǎo)致復(fù)合膜的含水量和溶解度增加。復(fù)合膜的WVP隨著TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，當(dāng)TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.00%時(shí)達(dá)到最低值(2.33×10-12g·cm-1·s-1·Pa-1)， 顯著低于空白組。說明適量添加TP有利于改善復(fù)合膜的水蒸氣阻隔性能。

圖3 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)TP的馬鈴薯淀粉/海藻酸鈉膜的照片F(xiàn)ig.3 Picture of potato starch/sodium alginate films with different contents of TP

2.4 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)TP對(duì)復(fù)合膜力學(xué)性能的影響

由圖4可知，TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0增加至5.00%時(shí)復(fù)合膜的TS和EAB持續(xù)增加，當(dāng)TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)繼續(xù)增加，復(fù)合膜的TS和EAB顯著降低。與空白組相比，添加5.00% TP復(fù)合膜的TS為20.78 MPa，約增加32%，EAB為24.33%，約增加6.5個(gè)百分點(diǎn)。這是由于馬鈴薯淀粉/海藻酸鈉膜本身含水量較高，適量添加TP可填充馬鈴薯淀粉-海藻酸鈉骨架之間的空隙，使得膜結(jié)構(gòu)更致密；另一方面淀粉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與適量多酚化合物可形成氫鍵作用[31]，使膜力學(xué)性能提高，紅外

表2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)TP對(duì)復(fù)合膜厚度、水分含量、溶解度、水蒸氣透過系數(shù)的影響Table 2 Effect of TP content on film thickness, water content, solubility and water vapor permeability

注：不同字母表示同一指標(biāo)間差異顯著(P<0.05)。下同。Note:Different lowercase letters indicate significant differenceat 0.05 level among the same index. The same as following.圖4 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)TP對(duì)復(fù)合膜抗張強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的影響Fig.4 Effect of TP content on tensile strength and elongation at break of the composite films

光譜表征也能證實(shí)該結(jié)果。然而當(dāng)TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于5.00%時(shí)，不僅有多余的TP顆粒在膜中游離，復(fù)合膜原有分子間作用的平衡被打破，使聚合物松弛過程加快，致密性降低[32]；且多余TP顆粒會(huì)影響膜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使得膜易撕裂[33]，因此過量TP導(dǎo)致復(fù)合膜的TS和EAB顯著降低。

2.5 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)TP對(duì)復(fù)合膜總酚含量和DPPH自由基清除率的影響

由表3可知，空白組復(fù)合膜總酚含量與DPPH自由基清除率均為0。隨著TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合膜的DPPH自由基清除率和總酚含量顯著提高。這是由于TP是一種多酚類物質(zhì)，存在酪氨酸和組氨酸等氨基酸殘基，這些殘基能夠與Folin-Ciocalteu試劑發(fā)生反應(yīng)[34]；且TP中含有的兒茶素對(duì)O2-、·OH清除率可達(dá)98%以上[35]。因此隨TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，復(fù)合膜的抗氧化能力逐漸增強(qiáng)。

2.6 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)TP對(duì)復(fù)合膜抗菌性能的影響

2.6.1 抑菌圈法測(cè)定膜抑菌性能 由表4和圖5可知，空白組復(fù)合膜對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌均無抑菌效果。隨TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合膜對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌圈面積持續(xù)增大，而對(duì)于大腸桿菌因抑菌圈界限不明顯而無法得到具體數(shù)據(jù)用于效果評(píng)價(jià)。

表3 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)TP對(duì)復(fù)合膜總酚含量和DPPH自由基清除率的影響Table 3 Effects of TP content on total phenol content and DPPH free radical scavenging rate of the composite films

表4 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)TP對(duì)復(fù)合膜金黃色葡萄球菌抑菌圈面積的影響Table 4 Effects of TP content on antimicrobial zone area(Staphylococcus aureus) of the composite films

注：A:大腸桿菌；B:金黃色葡萄球菌。Note:A:E. coli. B:Staphylococcus aureus.圖5 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)TP對(duì)復(fù)合膜抑菌圈的影響Fig.5 Effects of TP content on the inhibitory zone of the composite films

圖6 十字交叉法測(cè)定復(fù)合膜對(duì)大腸桿菌的抑菌作用Fig.6 Determination of bacteriostatic capability of composite films on E.coli by cross-section method

2.6.2 十字交叉法測(cè)定復(fù)合膜抑菌性能 由圖6可知，TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0時(shí)，復(fù)合膜四周及膜上長(zhǎng)滿大腸桿菌，復(fù)合膜無抑菌效果。隨著TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合膜本身及周圍的菌落生長(zhǎng)明顯減少，尤其是當(dāng)TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.00%時(shí)，復(fù)合膜的邊緣幾乎未見任何菌落，表明高TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)的復(fù)合膜對(duì)大腸桿菌同樣具有明顯抑菌效果[25]。這是因?yàn)榕c抑菌圈法相比，十字交叉法中使用的膜片試樣面積較大，TP負(fù)載量更多，同時(shí)培養(yǎng)基中菌液接種量較低，因此復(fù)合膜對(duì)大腸桿菌有明顯的抑制作用。TP的抑菌原理主要基于TP分子中的眾多酚羥基可與蛋白質(zhì)分子中的氨基或羧基發(fā)生氫結(jié)合，其疏水性的苯環(huán)結(jié)構(gòu)也可與蛋白質(zhì)發(fā)生疏水結(jié)合；且TP與蛋白質(zhì)之間可發(fā)生多點(diǎn)結(jié)合作用[36]，從而導(dǎo)致微生物失活。

3 討論

TP作為一種具有良好抗菌活性和抗氧化性能的天然活性物質(zhì)，具有安全性高、生物相容性好等優(yōu)勢(shì)，在可食膜的功能化改性等方面得到研究和應(yīng)用[37]。本研究結(jié)果表明，TP的加入可與淀粉和海藻酸鈉基質(zhì)間形成氫鍵等相互作用，因此紅外光譜圖中3 300 cm-1、2 927 cm-1等分別對(duì)應(yīng)于O-H和C-H不對(duì)稱伸縮振動(dòng)的吸收峰強(qiáng)度有所降低或略微向低波數(shù)移動(dòng)，這與Lei等[37]制備的添加TP的果膠/魔芋膠復(fù)合膜以及Dou等[38]制備的添加TP的明膠/海藻酸鈉復(fù)合膜中觀察到的結(jié)果一致。由于本研究所用TP原料本身是一種黃色粉末，故最終制備的含TP的馬鈴薯淀粉/海藻酸鈉復(fù)合膜呈淺黃色，且隨著TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，復(fù)合膜的L*值和透光率不斷降低，b*值、ΔE值逐漸升高[37-38]，但復(fù)合膜總體上外觀平整光滑，同時(shí)具有良好的透光性，在包裝材料領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

隨著TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，復(fù)合膜的含水量升高，且一定程度增加了膜的溶解度。WVP是評(píng)價(jià)包裝膜阻隔性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。本研究結(jié)果表明，隨著TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合膜的WVP先降低再增加，當(dāng)TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.00%時(shí)達(dá)到最低值。這是因?yàn)橐环矫鎀P作為小分子物質(zhì)，適量的TP填補(bǔ)了馬鈴薯淀粉-海藻酸鈉骨架間的空隙；另一方面淀粉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與適量多酚化合物可形成氫鍵，限制了羥基基團(tuán)與水的相互作用[31]，這與圖2中紅外光譜的顯示結(jié)果相符。然而，過量的TP會(huì)在膜內(nèi)游離，易在膜的表面析出結(jié)晶，導(dǎo)致膜表面親水性增加，會(huì)對(duì)其耐水性能產(chǎn)生不利影響[15,37，39]。這與Feng等[31]制備的含TP的的淀粉膜、Wu等[15]制備的含TP的柚皮基生物活性膜、藍(lán)鴻雁[39]制備的TP緩釋抗氧化膜得出的過量TP會(huì)影響膜的耐水性結(jié)果一致。

隨著TP的加入，復(fù)合膜的TS和EAB均呈先增加后減小的趨勢(shì)，這與孫琳琳等[40]的研究結(jié)果一致；也有文獻(xiàn)指出在羥丙基高直鏈玉米淀粉膜中，隨著TP含量增加，膜的TS先降低后逐漸增加，EAB先降低后逐漸增加[31]；或隨TP含量增加復(fù)合膜的EAB逐漸降低，而TS先增加后降低[15,38]或不斷增加[41]。造成上述差異的原因可能是成膜基質(zhì)、膜組分之間的相互作用及制膜工藝等的不同，因此TP對(duì)不同基質(zhì)可食膜力學(xué)性能的影響機(jī)制，仍有待進(jìn)一步研究。

隨著TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合膜的DPPH自由基清除率不斷增大，當(dāng)TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10.00%時(shí)，膜的自由基清除率為88.27%，總酚含量為20.65 mg GAE·g-1，說明復(fù)合膜具有較強(qiáng)的抗氧化活性，這與Liu等[14]制備的含TP的明膠膜、Wu等[15]制備的含TP的柚皮基生物活性膜研究結(jié)果一致。本研究還發(fā)現(xiàn)添加TP的復(fù)合膜對(duì)以金黃色葡萄球菌為代表的革蘭氏陽性菌和以大腸桿菌為代表的革蘭氏陰性菌具有一定的抑菌效果，同時(shí)抑菌圈法發(fā)現(xiàn)復(fù)合膜對(duì)前者的抑制作用更強(qiáng)。這源于革蘭氏陰性菌的肽聚糖層外還存在一層脂多糖外膜，從而阻止TP與肽聚糖層結(jié)合，造成了抑菌效果差異[42]。

綜上所述，TP的加入不僅可以提升馬鈴薯淀粉/海藻酸鈉復(fù)合膜的抗菌、抗氧化等功能活性，而且適當(dāng)添加TP對(duì)復(fù)合膜的力學(xué)和阻隔性能等具有一定增強(qiáng)效應(yīng)，在實(shí)現(xiàn)可食膜的高性能化和多功能化方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)論

本研究以馬鈴薯淀粉/海藻酸鈉膜為基膜，向膜中添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)TP，結(jié)果發(fā)現(xiàn)TP對(duì)復(fù)合膜理化特性，抗菌抗氧化性能等均有影響。當(dāng)TP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.00%時(shí)，可食性馬鈴薯淀粉/海藻酸鈉膜具有最佳的力學(xué)性能和阻濕性能，同時(shí)可以顯著提升復(fù)合膜的抗菌和抗氧化活性。但本研究?jī)H考察了茶多酚添加量對(duì)復(fù)合膜結(jié)構(gòu)和性能的影響，并未探究復(fù)合膜在具體食品包裝方面的實(shí)際應(yīng)用效果，這將是下一步研究的重點(diǎn)。