王麟 陳偉 劉文濤

（1.河南牧業(yè)經(jīng)濟學(xué)院包裝與印刷工程學(xué)院，河南 鄭州 450046；2.鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

隨著生活水平的不斷提高，人們對果蔬的新鮮度和營養(yǎng)價值要求也愈加嚴(yán)格。然而果蔬采摘后在運輸和貯存過程中，水分和營養(yǎng)成分容易流失，甚至產(chǎn)生腐爛現(xiàn)象[1-3]。為減少果蔬在儲運過程中的營養(yǎng)成分流失和腐爛損失，研發(fā)新型的保鮮包裝材料尤為重要。目前，越來越多的天然植物提取物被證實具有良好的保鮮效果，向包裝材料中添加植物提取物是果蔬保鮮包裝的一種有效方法[4-5]。

黃芩和大黃為我國傳統(tǒng)中草藥。黃芩為植物黃芩的脫水根莖，其主要化學(xué)成分為黃芩素和黃芩苷，具有抗紫外、抗氧化、抗微生物等性質(zhì)[6]。大黃為植物大黃的脫水根莖，其主要化學(xué)成分為蒽醌類物質(zhì)，具有抗紫外、抗氧化性能[7]。本文對黃芩和大黃進(jìn)行物理提取，得到黃芩和大黃提取液，并將其加入到聚乙烯醇（PVA）成膜基材中，制備出基于黃芩和大黃提取液的PVA 復(fù)合薄膜。選用綜合性能良好的復(fù)合薄膜對圣女果進(jìn)行包裝，進(jìn)一步探究復(fù)合薄膜在果蔬保鮮中的應(yīng)用價值。

1 材料與方法

1.1 試驗原料

本文所用試驗原料見表1。

1.2 試驗儀器

本試驗所用主要儀器及型號見表2。

1.3 樣品制備

1.3.1 黃芩和大黃提取液制備 將黃芩粉碎成粉末狀，稱取20 g黃芩粉末，按料液比1:10 加入60%乙醇溶液，在60 ℃水浴鍋中攪拌4 h，抽濾后得到黃芩提取液，并放置于冰箱備用。大黃提取液制備方法同上。

表1 實驗原料及其規(guī)格

表2 主要試驗儀器及型號

表3 基于黃芩和大黃提取液的PVA 復(fù)合薄膜配方表

表4 圣女果感官評價分值表

1.3.2 PVA 復(fù)合薄膜的制備 按照表3 中復(fù)合薄膜配方，向10 g PVA 中加入不同體積的黃芩提取液、大黃提取液和水，保證溶劑總體積為90 mL，配制出含不同比例的黃芩和大黃的PVA 制膜液。將制膜液在90 ℃下加熱攪拌2 h，靜置去泡后在玻璃板上流延鋪膜，約24 h 后揭膜、干燥，編號后放入干燥器中備用。

1.3.3 黃芩/大黃/PVA 復(fù)合薄膜的性能測試

（1）力學(xué)性能測試。依照GB/T 1040.3-2006《塑料拉伸性能的測定第3 部分：薄塑和薄片的試驗條件》[8]，將薄膜樣品裁成100 mm×10 mm 矩形樣條，在25℃、相對濕度50%條件下平衡48 h后，使用智能電子拉力機測定薄膜樣條的拉伸強度和最大斷裂伸長率，設(shè)置標(biāo)距為5 cm，拉伸速率50 mm/min，每個樣品平行測定10 次，取其平均值。

（2）透光率與霧度測試。依照GB/T 2410-2008《透明塑料透光率和霧度的測定》[9]，將薄膜樣品裁成直徑75 mm 的圓形，使用透光率/霧度測定儀進(jìn)行測定，每個樣品平行測10 次，取其平均值。

（3）水蒸氣透過率測試。依據(jù)GB/T 16928-1997《包裝材料試驗方法透濕率》[10]，將薄膜裁成直徑75 mm 的圓形，在標(biāo)準(zhǔn)模式下采用水蒸氣透過率儀測試薄膜樣品的水蒸氣透過系數(shù)。設(shè)置實驗溫度為38℃，薄膜兩側(cè)相對濕度差為90%，每個樣品測3 次，取平均值。

（4）DPPH 自由基清除能力測試。分別配置0.5 mg/mL 的薄膜溶液和50 mg/L 的DPPH 乙醇溶液，并按體積比1:1 將兩種溶液混合，室溫下避光保存1 h 后，測定溶液在波長517 nm 處吸光度。將水與DPPH 的混合液作為空白對比樣。

（5）紫外可見光譜測定。選取9 mm×40 mm 的薄膜樣條放入比色皿中，以空氣為參比，使用紫外-可見分光光度計進(jìn)行測試，波長范圍為190~900 nm，掃描速度為中速，采樣間隔為1 nm。

1.3.4 PVA 復(fù)合薄膜對圣女果保鮮性能測試

將圣女果隨機放置在不同的燒杯中，選取PVA 復(fù)合薄膜進(jìn)行包覆，不作任何包覆處理的圣女果作為空白對照組，在室溫下放置，隔斷時間對圣女果的感官變化、失重率、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、維生素C 含量進(jìn)行測試。

（1）感官評價。固定4 名同學(xué)，采用10 分制，依據(jù)評分標(biāo)準(zhǔn)（表4）對各組圣女果的感官性狀進(jìn)行評分，并計算出平均分。

（2）失重率。分別測定新鮮圣女果質(zhì)量（m1）與貯藏一段時間后圣女果質(zhì)量（m2），失重率計算公式如下：

失重率（%）=（m1－m2）/ m1×100%

（3）可溶性固形物含量。采用阿貝折光儀測定果肉的可溶性固形物[11]。

（4）可滴定酸含量。采用酸堿滴定法測定果肉中可滴定酸的含量[12]。

（5）維生素C 含量。維生素C 在波長265 nm 處有特征吸收峰[13]，實驗中利用紫外-可見分光光度計測定果肉在波長265 nm處的吸收值，根據(jù)維生素C 的標(biāo)準(zhǔn)曲線0.253+52.245（R2=0.998 9），計算圣女果里維生素C 的含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 PVA 復(fù)合薄膜的性能分析

表5 是純PVA 薄膜及基于黃芩和大黃提取液的PVA 復(fù)合薄膜的力學(xué)性能、光學(xué)性能、水蒸氣阻隔性能、DPPH 自由基清除性能的表征測試數(shù)據(jù)。

從表5 拉伸強度和斷裂伸長率數(shù)據(jù)可知，對黃芩/PVA 復(fù)合膜和大黃/PVA 復(fù)合膜，與PVA 膜相比，隨著黃芩提取液或大黃提取液添加量的增加，復(fù)合膜的抗拉強度和斷裂伸長率呈現(xiàn)出先增大而又慢慢減少的趨勢。這是因為黃芩中黃酮類化合物和大黃中蒽醌類化合物分別能與PVA 中的羥基形成分子間氫鍵相互作用，使力學(xué)性能增強；但黃芩或大黃提取液過多時，其與PVA 不能混合均勻，只起到填充作用，使力學(xué)性能下降。對黃芩/大黃/PVA復(fù)合膜，隨著黃芩和大黃提取液添加量的增加，薄膜的拉伸強度呈現(xiàn)出兩次先升后降的趨勢，斷裂伸長率則是先升后降。這是因為向PVA 中同時添加黃芩和大黃提取液，兩者會出現(xiàn)協(xié)同作用，在一定程度上提升復(fù)合膜的力學(xué)性能，但提取液添加過多時，會出現(xiàn)混合不均勻現(xiàn)象，使薄膜力學(xué)性能降低。

表5 基于黃芩和大黃提取液的PVA 復(fù)合薄膜性能測試數(shù)據(jù)表

從表5 透光率和霧度數(shù)據(jù)可知，對黃芩/PVA 薄膜、大黃/PVA薄膜和黃芩/大黃/PVA 薄膜這3 種復(fù)合膜，與PVA 膜相比，隨著黃芩提取液或大黃提取液添加量的增多，復(fù)合膜都呈現(xiàn)出透光率不斷降低、霧度不斷上升的變化趨勢。這是因為黃芩和大黃提取液分別為淺黃色和棕黃色，其對光線的散射和吸收導(dǎo)致透光率不斷下降；而黃芩和大黃提取液添加量增多時，會在鑄膜液中出現(xiàn)顆粒分散不均勻和團聚現(xiàn)象，讓復(fù)合膜霧度升高。

從表5 水蒸氣透過率數(shù)據(jù)可知，對黃芩/PVA 復(fù)合膜，隨著黃芩提取液添加量的增多，復(fù)合膜的水蒸氣透過率雖逐漸升高，但均小于PVA 薄膜。這是因為黃芩中黃酮類化合物與PVA 中羥基形成氫鍵相互作用，使薄膜結(jié)晶能力增加，阻濕性能提高。對大黃/PVA 復(fù)合膜，隨著大黃提取液添加量的增多，復(fù)合膜的水蒸氣透過率逐漸升高，先小于PVA 薄膜，后大于PVA 薄膜。這是因為大黃中蒽醌類化合物與PVA 中羥基形成氫鍵，使薄膜結(jié)晶能力增強，阻濕性能提升；但當(dāng)大黃提取液過多時，其與PVA 不能混合均勻，在復(fù)合膜中形成了部分微孔，從而導(dǎo)致薄膜的水蒸氣透過率增加。對黃芩/大黃/PVA 復(fù)合膜，由于三組分之間的氫鍵相互作用、黃芩和大黃的協(xié)同作用、提取液添加過多出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，復(fù)合薄膜的水蒸氣透過率先降低后升高，部分薄膜的阻濕性優(yōu)于PVA 薄膜。

從表5 中DPPH 自由基清除能力數(shù)據(jù)可知，對黃芩/PVA 薄膜、大黃/PVA 薄膜和黃芩/大黃/PVA 薄膜這3 種復(fù)合膜，與PVA膜相比，隨著黃芩提取液或大黃提取液添加量的增多，復(fù)合膜的DPPH 自由基清除能力都明顯增強。這是因為黃芩提取液中的黃芩苷、黃芩素和大黃提取液中的蒽醌類化合物都是一種天然抗氧化劑[14]，向PVA 鑄膜液中添加黃芩和大黃提取液能顯著提高薄膜的抗氧化性能。

圖1 是基于黃芩和大黃提取液的PVA 復(fù)合薄膜的紫外-可見光譜圖。從圖1 可以看出，在波長250~800 nm 范圍的紫外及可見光區(qū)，PVA 薄膜的光透過率均在86%以上，在波長250 nm 以下時光透過率有所降低，說明PVA 薄膜的紫外阻隔性能很差。加入黃芩和大黃提取液后，在波長200~470 nm 范圍內(nèi)，復(fù)合薄膜的光透過率顯著下降，表現(xiàn)出良好的紫外阻隔性能，尤其是添加黃芩提取液的薄膜，完全阻擋波長350 nm 以下的紫外光透過，具有優(yōu)異的抗紫外性能。這是因為黃芩中黃酮類化合物和大黃中蒽醌類化合物具有紫外吸收活性[15]，可降低紫外光的透過率，提高復(fù)合薄膜的紫外阻隔性。

綜合分析PVA 復(fù)合薄膜的性能，選取PVA 薄膜（薄膜1）、40%黃芩/PVA 復(fù)合膜（薄膜3）、20%大黃/PVA 復(fù)合膜（薄膜5）、20%黃芩/20%大黃/PVA 復(fù)合膜（薄膜8）4 種薄膜用于圣女果的保鮮實驗研究，并分別標(biāo)記為B 組、C 組、D 組和E 組，而A 組為圣女果不作任何包覆處理的對照組。

圖1 基于黃芩和大黃提取液的PVA 復(fù)合薄膜紫外-可見光譜圖

表6 不同組中圣女果感官評分表

圖2 不同組中圣女果失重率變化圖

圖3 不同組中圣女果可溶性固形物含量變化圖

圖4 不同組中圣女果可滴定酸含量變化圖

圖5 不同組中圣女果維生素C 含量變化圖

2.2 圣女果感官評價分析

由圣女果的感官評分表（表6）可知，對照組A 中圣女果放置8 d 之后感官評分低于3 分，失去了銷售價值；B 組中圣女果比A組稍好，但10 d 后失去了食用價值；而C、D、E 3 組圣女果12 d后感官評分仍在3 分以上，品質(zhì)還能接受，尤其E 組保鮮效果最好。以上結(jié)果說明由于PVA 復(fù)合膜具有較好的抗氧化性能和紫外阻隔性能，減緩了果實內(nèi)部組織的軟化及水分的散失，一定程度上保持了圣女果的品質(zhì)。

2.3 圣女果失重率分析

圖2 是不同組中圣女果失重率變化情況。從圖2 可知，隨著貯藏時間的延長，由于圣女果的呼吸作用和蒸騰作用，其失重率逐漸增加，其中經(jīng)由PVA 復(fù)合薄膜包覆的圣女果失重率增加速度最慢。這是因為添加黃芩和大黃提取液的PVA 復(fù)合薄膜阻濕能力有一定提升，減少了水蒸氣的透過，限制了果蔬的蒸騰作用，減緩了圣女果的水分流失。

2.4 圣女果可溶性固形物含量分析

圖3 是不同組中圣女果可溶性固形物含量的變化情況。從圖3 可知，隨著貯藏時間的延長，圣女果中可溶性固形物含量先升高后降低。這是因為在貯藏初期，新鮮的圣女果逐漸成熟，可溶性固形物含量有所增加；隨著時間的延長，由于圣女果的代謝消耗，其可溶性固形物含量逐漸降低，其中經(jīng)由PVA 復(fù)合薄膜包覆的圣女果可溶性固形物含量降低較慢，說明添加黃芩和大黃提取液的PVA 薄膜能有效減緩圣女果的代謝，保持其品質(zhì)。

2.5 圣女果可滴定酸含量分析

圖4 是不同組中圣女果可滴定酸含量的變化情況。從圖4 可知，隨著貯藏時間的延長，圣女果中可滴定酸含量逐漸降低。這是因為在貯藏過程中，圣女果需要消耗有機酸進(jìn)行呼吸作用，以維持其生理活動。其中經(jīng)由PVA 復(fù)合薄膜包覆的圣女果可滴定酸含量降低較慢，說明添加黃芩和大黃提取液的PVA 薄膜能減緩圣女果的呼吸代謝。

2.6 圣女果維生素C 含量分析

圖5 是不同組中圣女果維生素C 含量的變化情況。從圖5 可知，隨著貯藏時間的延長，圣女果中維生素C 含量逐漸降低。這是因為在貯藏過程中，維生素C 逐漸被氧化，使其含量下降。其中經(jīng)由PVA 復(fù)合薄膜包覆的圣女果維生素C 含量下降較慢，這是因為添加黃芩和大黃提取液的PVA 薄膜既有抗氧化能力，又能有效阻隔外界氧氣的進(jìn)入，有利于圣女果中維生素C 的保留。

3 結(jié)論

本文制備出了具有抗氧化和阻隔紫外線能力的功能性PVA復(fù)合薄膜。選用綜合性能較好的PVA 復(fù)合薄膜對圣女果進(jìn)行包覆，發(fā)現(xiàn)對圣女果保鮮效果大小順序為：20%黃芩/20%大黃/PVA復(fù)合膜＞40%黃芩/PVA 復(fù)合膜＞20%大黃/PVA 復(fù)合膜＞PVA 薄膜＞無包裝。因此，黃芩和大黃的提取液可用于制備功能性復(fù)合薄膜，為果蔬保鮮提供更多途徑和方法。此外，由于加入了黃芩和大黃的提取液，制備出的PVA 復(fù)合薄膜顯黃色，透明度有待提高。