梁 杰，趙曉旭，劉 濤，王莉濱，林清火，蔡力鋒*

茶多酚-殼聚糖復(fù)合膜的制備及保鮮效果研究

梁 杰1，趙曉旭1，劉 濤1，王莉濱1，林清火2，蔡力鋒1*

1. 莆田學院環(huán)境與生物工程學院/福建省新型污染物生態(tài)毒理效應(yīng)與控制重點實驗室/生態(tài)環(huán)境及其信息圖譜福建省高等學校重點實驗室，福建莆田 351100；2. 中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院橡膠研究所，海南?？?571101

本研究以聚乙烯醇（PVA）和殼聚糖（CTS）為基材，甘油作為增塑劑，以茶多酚（TP）為功能性添加劑制備無污染、可降解且具有抗氧化功能的活性包裝材料TP-CTS/PVA復(fù)合膜，分析TP濃度對復(fù)合膜機械性能、抗氧化能力、抑菌能力等理化性質(zhì)的影響，研究復(fù)合膜與包裝相關(guān)性能的影響，以期提高復(fù)合膜的綜合性能。將其應(yīng)用于圣女果的保鮮，測定其在貯存期間理化指標及微生物指標，進一步將不同TP濃度的復(fù)合膜涂抹于新鮮圣女果表面，分析圣女果在貯存期間的感官品質(zhì)、腐爛率、失重率、可溶性糖、可滴定酸等指標的變化，系統(tǒng)研究復(fù)合膜對圣女果的保鮮效果。結(jié)果表明：以TP為功能性添加劑共混CTS和PVA制備的復(fù)合膜兼具抗氧化和抑菌效果；隨著TP濃度增加，復(fù)合膜的顏色逐漸變深，TP濃度為1.5%時，復(fù)合膜的水溶性最低(19.85±0.64)%，此時復(fù)合膜的抗張強度呈最大值(13.19±0.77)MPa；當TP濃度增大，其對和的抑菌能力也不斷增強，能有效抑制細菌生長；TP濃度為2.0%時，復(fù)合膜對DPPH自由基清除率達到最大值(38.53±0.91)%；采用復(fù)合膜涂覆對圣女果能減少水分蒸騰、延緩果蔬機體衰老從而起到良好的保鮮效果，涂膜能有效延緩圣女果的腐爛和失水變質(zhì)的現(xiàn)象，表明TP-CTS/PVA復(fù)合膜能改善果蔬的保鮮貨架期和商品價值；在相同貯存時間內(nèi)，當用TP濃度為1.50%復(fù)合膜涂抹圣女果時，圣女果的感官評價得分、失重率、腐爛率、可滴定酸含量、可溶性糖含量等各項指標較其他TP濃度試驗組效果更好。研究表明，當TP濃度為1.5%～2.0%時制備的TP-CTS/PVA復(fù)合膜其抑菌性、耐水性、抗氧化性、以及保鮮性能等各項指標較為均衡，將其實際應(yīng)用于生產(chǎn)中可根據(jù)需求調(diào)整TP濃度。本研究目的為探索開發(fā)抗菌抗氧化功能型復(fù)合膜和功能型包裝材料替代塑料包裝材料的可能性，為同時解決食品保鮮與環(huán)境污染問題提供依據(jù)。

茶多酚；殼聚糖；聚乙烯醇；復(fù)合膜；抗氧化能力；抑菌能力；保鮮效果

傳統(tǒng)的塑料包裝材料在給人類帶來方便的同時由于其穩(wěn)定的分子結(jié)構(gòu)的特點，使其無法被環(huán)境快速降解而導(dǎo)致嚴重的生態(tài)環(huán)境污染，并且由于它的生產(chǎn)原料是不可再生的化石能源的副產(chǎn)物，大量的塑料生產(chǎn)加劇了化石資源嚴重短缺的情況。隨著人們對綠色健康生活方式的不斷追求和環(huán)境保護意識的不斷增強，研究可再生可降解無毒副作用的包裝材料替代傳統(tǒng)包裝塑料成為研究熱點。新型活性包裝材料是當前國內(nèi)外研究與開發(fā)的熱點，它是由天然大分子化合物制備而成，主要是由淀粉、多糖、脂類、蛋白質(zhì)、纖維素衍生物、膳食纖維、食用膠、果膠等來源天然無毒副作用的生物大分子和一些功能添加劑制成的具有抗菌、抗氧化、智能顯色等活性功能的食品保鮮包裝材料。在制備復(fù)合膜的過程中加入一些具有功能性的活性物質(zhì)，如天然植物精油、茶多酚、益生菌、天然色素、微量營養(yǎng)元素等，賦予復(fù)合膜豐富多樣的保健功能[1]；納米材料和交聯(lián)劑作為改善復(fù)合膜的抗拉性和耐水性的重要元素也時常被添加到包裝薄膜中[2-6]。圣女果營養(yǎng)價值豐富、口感酸甜，相關(guān)研究報道表明，圣女果具有抗癌、美容的功效，備受廣大人民的喜愛，在我國不但一年四季均可栽培，在全國各地都有大量種植且種植面積逐年增加，是常見的水果，也是優(yōu)先推廣的果蔬之一。因此，研究一種安全無毒副作用的保鮮劑，對于提升圣女果的商品價值具有重要作用。

茶多酚（tea polyphenols, TP）是從茶葉中提取出來的多酚類物質(zhì)的總稱，是一種天然的抗氧化劑，除了抗氧化能力、清除自由基能力以外，茶多酚還具有抑制細菌生長繁殖、保護心血管、延緩衰老、抗腫瘤、抑制炎癥、抗輻射等功能[7-9]，對人體具有保健價值。殼聚糖（chitosan, CTS）是天然的堿性多糖，是甲殼素脫乙酰得到的衍生物，又稱脫乙酰甲殼素，它可作為多酚等活性化合物的載體，在自然界中廣泛存在，由于成膜性能良好、可降解性、可食性、長效抑菌性、抗氧化性、廣譜抑菌性，這些優(yōu)異的性能在食物貯藏過程中能發(fā)揮緩釋作用，可保護食品免受氧化或腐敗變質(zhì)，延緩果蔬機體衰老，使得殼聚糖在活性包裝材料研究領(lǐng)域具有舉足輕重的作用[10-13]。楊震宇等[14]研究發(fā)現(xiàn)，以1.5%殼聚糖+0.4%肉桂精油復(fù)配得到的保鮮膜液處理鮮切雪蓮果，在4℃條件下貯藏6 d新鮮度依然保持良好的狀態(tài)。陳玉芹等[15]采用自組裝法制備明膠-殼聚糖-肉桂精油涂膜，膜液對普通變形菌、液化沙雷氏和金黃色葡萄球菌都具有良好的抑菌效果。SUN等[16]的研究表明，殼聚糖與蘋果多酚制備的復(fù)合膜其抗氧化性會比單純的殼聚糖膜要高大約三倍。聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）屬于聚乙酸乙烯酯的水解產(chǎn)物，安全無毒，且有良好的相容性、成膜性和降解性，以PVA為材料制備的薄膜表面光滑，透明度高、柔韌性好且具有較好的耐光性，同時可顯著增強薄膜的氣體阻隔性，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、食品包裝領(lǐng)域。翟緯坤等[17]的研究指出，PVA和CTS分子中的-NH2和-OH共混形成的氫鍵能改善PVA的降解性和CTS的脆性，并提升PVA-CTS復(fù)合膜的拉伸強度。

目前關(guān)于CTS和PVA為基材和TP共混制備的包裝膜少見研究，基于此，本文以CTS和PVA為基材制備食品包裝復(fù)合膜，TP為功能性添加劑，通過醋酸溶解CTS并加入增塑劑甘油共混PVA制備復(fù)合膜，系統(tǒng)研究不同濃度的TP對于復(fù)合膜的抗氧化能力、抑菌能力、機械性能等理化性質(zhì)的影響，將復(fù)合膜應(yīng)用于圣女果的貯藏保鮮，以感官品質(zhì)、失重率、腐爛率、可滴定酸含量、可溶性糖為指標對不同濃度的TP復(fù)合膜對圣女果保鮮能力進行評價分析，以期為TP-CTS/PVA新型復(fù)合包裝材料提供試驗基礎(chǔ)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 材料與試劑 新鮮圣女果，福建莆田永輝超市購入。茶多酚（TP，純度≥99.0%）、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）、殼聚糖（CTS，脫乙酰度≥95.0%，粘度100～200 mPa·s–1）：均購自上海麥克林生化科技有限公司；1%酚酞指示劑，聚乙烯醇（PVA，醇解度：98%～99% mol/mol）：阿拉丁試劑有限公司；冰乙酸、硫酸、無水乙醇、蒽酮：中國國藥集團有限公司；營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基：青島海博生物技術(shù)有限公司；營養(yǎng)肉湯培養(yǎng)基：北京索萊寶科技有限公司Solarbio；丙三醇，葡萄糖：天津市化學試劑供銷公司；硼酸：天津市紅巖化學試劑廠；大腸桿菌（,ATCC25922）、金黃色葡萄球菌（, ATCC6538）：廣東環(huán)凱微生物科技有限公司；實驗過程使用均為去離子水。

1.1.2 儀器與設(shè)備 SU8010型掃描電子顯微鏡：日本株式會社日立制作所（HITACHI）；TAXTplus質(zhì)構(gòu)儀：英國Stable Micro System公司；TENSOR 27傅里葉變換紅外光譜儀（Fourier Transform Infrared，F(xiàn)TIR）：德國Bruker公司；BSA224S電子天平：北京賽多利斯科學儀器有限公司；UV-5500PC紫外可見分光光度計：上海元析儀器有限公司；PXY-250S-A生化培養(yǎng)箱：青島科力儀器有限公司；JB-3型定時雙向恒溫攪拌器：金壇科析儀器有限公司；DK-S24電熱恒溫水浴鍋：上海精宏實驗設(shè)備有限公司；DGG-9053A電熱恒溫鼓風干燥箱：上海森信實驗儀器有限公司；BCD-208K/A型冰箱：青島海爾集團；STARTER- 2100型精密數(shù)顯酸度計：奧豪斯儀器有限公司；SW-CJ-2D超凈工作臺：蘇州凈化設(shè)備有限公司； VS-35S手持式勻漿機：無錫沃信儀器制造有限公司；LDZM-60L-Ⅲ立式高壓蒸汽滅菌器：上海申安醫(yī)療器械廠；WP-UP-1810超純水機：四川沃特爾水處理設(shè)備有限公司；H1850R離心機：湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 膜液的配置 參考歐陽銳等[18]的方法并適當改進：稱取30 g PVA與300 mL蒸餾水在80℃下不斷攪拌至完全溶解，配置為質(zhì)量分數(shù)10%的PVA溶液，備用；稱取15 g CTS，加入500 mL 2%的乙酸溶液中，充分溶解后得質(zhì)量分數(shù)為3%的CTS乙酸溶液，備用。

1.2.2 復(fù)合膜的制備 按體積比為4∶6分別量取10% PVA液40 mL、3% CTS液60 mL混合后加入2 g甘油作為塑性劑，加熱至60℃充分攪拌混合均勻，為復(fù)合膜液；根據(jù)不同質(zhì)量分數(shù)（0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%）依次稱取一定量TP充分溶解于5 mL無水乙醇后轉(zhuǎn)移至復(fù)合膜液中，混合成不同質(zhì)量分數(shù)的茶多酚-殼聚糖復(fù)合膜液，磁力攪拌器上攪拌30 min，攪拌過程中為防止膜液中乙酸、乙醇溶液揮發(fā)并降低TP氧化，應(yīng)全程覆蓋保鮮膜并在避光條件下完成，攪拌完成靜置待膜液消泡，取等量膜液緩慢倒入無菌平皿中后放入60℃的恒溫干燥箱中烘干6 h，取出揭膜，獲得復(fù)合膜，置于密封袋中待用。

1.2.3 TP-CTS/PVA復(fù)合膜結(jié)構(gòu)表征 （1）TP- CTS/PVA復(fù)合膜的形貌特征。采用SU8010型掃描電子顯微鏡分析不同TP濃度對TP-CTS/PVA復(fù)合膜微觀形貌變化影響。

（2）TP-CTS/PVA復(fù)合膜的紅外光譜分析。通過傅里葉變換紅外光譜儀對復(fù)合膜進行紅外光譜分析，掃描范圍在4000～500 cm–1。

1.2.4 TP-CTS/PVA復(fù)合膜性質(zhì)表征 （1）溶解度測試。根據(jù)朱明秀等[19]的方法，將復(fù)合膜剪裁為20 mm×20 mm大小，在50℃烘箱中干燥24 h后放入干燥器中，冷卻約1 h至室溫后稱重記錄數(shù)據(jù)為m1；將干燥后的樣品放入50 mL的蒸餾水中，浸泡24 h，取出用濾紙吸干多余的水分，置于50℃烘箱中干燥24 h，干燥后，取出樣品，在干燥器中冷卻至室溫后稱重記錄數(shù)據(jù)為2。計算公式如下：

式中：1—樣品干燥24 h后浸泡前的重量（g）；2—樣品浸泡后干燥24 h的最終重量（g）

（2）抗張強度、斷裂伸長率的測定。將膜裁成40 mm×10 mm的薄膜條，在質(zhì)構(gòu)儀上測定膜的拉伸應(yīng)力（tensile stress）和拉伸應(yīng)變（tensile strain），設(shè)定測前速率120 mm/min，測中速率60 mm/min，測后速率120 mm/min，根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變曲線得出抗張強度（tensile strength, TS）和斷裂伸長率（elongation at break, EAB）。

（3）抗菌能力測試。參照歐陽銳等[18]的方法，使用革蘭氏陽性菌——金黃色葡萄球菌（）和革蘭氏陰性菌——大腸桿菌（）這2種代表菌株進行試驗。濾紙裁成直徑20 mm大小的圓片，在超凈工作臺上將濾紙片置于紫外燈下照射30 min，在膜液中浸泡3 min后取出干燥，將濾紙片置于瓊脂平板表面，瓊脂平板上含有1 mL均勻涂布的試驗菌懸浮液，然后將培養(yǎng)皿倒置于恒溫培養(yǎng)箱中，在37℃溫度下培養(yǎng)24 h后，用游標卡尺測量濾紙周圍的抑菌圈直徑（含濾紙片直徑）。

（4）DPPH自由基清除能力測定。參照SHIMADA等[20]的方法。使用95%乙醇溶液，配置0.1 mmol/L DPPH乙醇溶液，儲存于4℃冰箱中冷藏避光待用；將20 mm×20 mm復(fù)合膜放入100 mL蒸餾水中浸泡5 h，成為復(fù)合膜浸漬液；取2 mL 0.1 mmol/L DPPH乙醇溶液與2 mL復(fù)合膜浸漬液震蕩均勻，置于黑暗處充分反應(yīng)30 min，反應(yīng)結(jié)束后置于紫外分光光度計在517 nm波長下完成對反應(yīng)液吸光度的測定，相同條件下測定2 mL樣品復(fù)合膜浸漬液和2 mL 95% 乙醇混合液的吸光度，以及2 mL DPPH乙醇溶液和2 mL蒸餾水混合液的吸光度。計算公式如下：

式中：i表示樣品與DPPH乙醇混合液的吸光度；j表示樣品與95%乙醇混合液的吸光度；0表示蒸餾水與DPPH乙醇混合液的吸光度。

1.2.5 TP-CTS/PVA復(fù)合膜保鮮能力測試 挑取市售的新鮮圣女果，保證每個圣女果的新鮮狀態(tài)、硬度等基本相近，表皮無破損、無磕碰，大小均勻，將20顆圣女果分為一組，共9組，清洗干凈后晾干水分，放入各個濃度的TP-CTS/PVA復(fù)合膜液中浸泡3 min，撈出后放置在陰涼通風處自然晾干，裝入干凈的置物籃中，并將置物籃用保鮮袋包裹好，用牙簽對袋子扎相同數(shù)量的小孔，保證透氣性，而后放置于室溫中貯藏，以蒸餾水作為對照組，將圣女果放入蒸餾水中浸泡3 min，撈起晾干后轉(zhuǎn)移至相同條件下保存。

（1）感官評價。參考毛蘇揚[21]的方法，以新鮮圣女果的外觀、氣味、色澤以及花萼的狀態(tài)為評價指標進行感官評價，評價標準如表1所示。

（2）失重率。采用稱量法進行計算。計算公式如下：

式中：0為圣女果樣品的初始質(zhì)量（g），為圣女果貯存一定天數(shù)后的質(zhì)量（g）。

（3）腐爛率。采用觀察法對圣女果進行腐爛情況的甄別，對于產(chǎn)生黑斑、褐斑、霉菌或是果實塌陷等均鑒定為腐爛果。計算公式如下：

表1 感官評價標準

（4）可滴定酸含量測定。貯藏期圣女果的可滴定酸含量采用GB/T 12456—2008中的標準NaOH滴定法測定：稱取10 g左右（精確到0.001 g）鮮果勻漿，雙層濾紙過濾除去果皮殘渣，濾液澄清透明，收集濾液定容至100 mL。取濾液10 mL置于錐形瓶中，加入2～4滴1%酚酞指示劑，用0.1 mol/L NaOH溶液滴定，直到溶液呈淡紅色，15 s內(nèi)不褪色。記錄NaOH溶液的用量，重復(fù)滴定3次，取平均值。計算公式如下：

式中：為NaOH液用量（mL），為NaOH的摩爾濃度（mol/L），為樣品克數(shù)（g），為樣品液制成的總毫升數(shù)（mL），為滴定時用的樣品液毫升數(shù)（mL），R為折算系數(shù)：0.067。

（5）可溶性糖含量測定。貯藏期圣女果可溶性糖含量采用蒽酮比色分析法測定，參照馮文婕等[22]的方法，稍作修改。以620 nm處吸光值為縱坐標，葡萄糖含量（0、20、40、60、80、100 μg/mL）為橫坐標，繪制葡萄糖標準曲線，得到線性回歸方程=0.0074–0.0109，2=0.9992；稱取1 g樣品勻漿，與10 mL蒸餾水混合均勻，轉(zhuǎn)移至刻度試管中，用沸水加熱20 min，冷卻至室溫，放入離心機中4000 r/min離心10 min，離心后稱量濾液，將濾液稀釋至100 mL，備用。取提取液0.1 mL，置于具塞試管中，加蒸餾水0.9 mL，取5 mL蒽酮試劑，混合均勻，放置2 min后，在620 nm波長下比色，記錄光密度值，按標準曲線換算為總糖含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實驗數(shù)據(jù)使用Excel 2013、Design Expert 8.05、SPSS 23軟件計算并繪圖，每組實驗平行測試3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 TP-CTS/PVA復(fù)合膜結(jié)構(gòu)表征

2.1.1 形貌特征 不同TP濃度對TP-CTS/PVA復(fù)合膜的平面和斷面的形貌變化影響見圖1。由圖1A可知，TP、CTS和PVA通過分子之間的交聯(lián)作用和分子之間相互作用形成均勻細膩的三維結(jié)構(gòu)，復(fù)合膜平面平整光滑，沒有明顯的氣泡、裂紋，是平滑的、完整的、緊密的結(jié)構(gòu)形貌，并不隨著TP濃度的變化而改變。TP-CTS/PVA復(fù)合膜的表面始終光滑平整，表明TP、CTS、PVA 3種物質(zhì)在一定的濃度下可高度相容，而光滑、均勻的復(fù)合膜能有效調(diào)節(jié)果蔬表面的微氣調(diào)環(huán)境從而提高其保鮮效果[1]。

圖1 復(fù)合膜平面（A）和斷面（B）SEM照片

由圖1B可知，膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成不規(guī)則的裂紋和褶皺，隨著TP濃度的增加，不規(guī)則褶皺增強，TP在增塑劑的作用下與PVA和CTS形成均勻的結(jié)構(gòu)，一定濃度TP在復(fù)合膜中形成的褶皺可使膜的結(jié)構(gòu)相對松弛，能夠提高TP-CTS/PVA復(fù)合膜的韌性和斷裂伸長率，使復(fù)合膜更加柔軟并降低薄膜的脆性，而過高濃度的TP則會影響復(fù)合膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在膜結(jié)構(gòu)中形成較多的不規(guī)則褶皺，在測定復(fù)合膜的水溶性過程中也可看到，TP濃度過高使之在溶液中過飽和而出現(xiàn)難以溶解的沉淀分離的現(xiàn)象。

2.1.2 紅外光譜分析 如圖2所示，PVA在3278、1323、1086 cm–1處的吸收峰分別是O-H伸縮振動、CH-OH彎曲振動以及CO的伸縮振動特征峰，2937、1416 cm–1分別是C-H的伸縮振動和彎曲振動特征峰；CTS在3356 cm–1處的寬峰為N-H伸縮振動峰，1642 cm–1（酰胺I帶）和1591 cm–1（酰胺II帶）為乙酰氨基吸收峰；在TP的紅外光譜中，3500～3000 cm–1處的寬峰為O-H對稱伸縮振動引起的酚羥基強特征峰，1608 cm–1屬于苯環(huán)骨架C=C伸縮產(chǎn)生的吸收峰。在TP-CTS/PVA膜的紅外譜圖中，復(fù)合膜940～1750 cm–1之間呈現(xiàn)出PVA、CTS、TP的特征峰（圖中方框區(qū)域），且在3278 cm–1的O-H伸縮振動峰向低波數(shù)移動至3262 cm–1處。研究表明，分子間相互作用增強時會伴隨著吸收峰向低波數(shù)移動，說明體系中各組分之間可能生成了較強的氫鍵，這與陳達佳[23]、張禮華[24]研究的TP與PVA或CTS之間相互作用的結(jié)果一致。

圖2 材料的紅外圖譜

2.2 TP-CTS/PVA復(fù)合膜性能分析

2.2.1 透光性分析 由圖3可知，復(fù)合膜都有較好的光澤感，隨著TP濃度添加，復(fù)合膜的顏色有較大的變化。隨著TP濃度的增加膜的顏色呈褐紅色且越來越深，但每一張復(fù)合膜都能清晰地看到所覆蓋的字樣，說明其透光性能良好。復(fù)合膜顏色越深，后續(xù)在實際應(yīng)用中會造成一定的影響，包裝膜顏色過深，復(fù)合膜的透明度受到負面影響，不利于直接觀察到所包裝產(chǎn)品原本的色澤狀態(tài)，且TP濃度越高，生產(chǎn)成本也相應(yīng)增加，因此，在實際應(yīng)用中TP濃度不宜過高。

圖3 TP濃度對復(fù)合膜透光率的影響

2.2.2 水溶性測定 水溶性測試是反映復(fù)合膜耐水性能較為常見的一種方法，耐水性能評價的好壞主要與材料的親水性和疏水性有關(guān)。使用材料的親水性高則耐水性能就相對較差，若疏水性高，則說明其材料具有較好的耐水性。不同濃度的TP對復(fù)合膜溶解度的影響見圖4。復(fù)合膜的溶解度先是大幅度減少，接著隨TP濃度的增加而小幅度上升，最后趨于穩(wěn)定，這與朱明秀等[19]的研究結(jié)果一致。當TP的濃度為1.5%時，TP-CTS/PVA復(fù)合膜的水溶性比未添加TP的(61.31±0.68)%大幅度下降，降低至最低點(19.85±0.64)%，而后隨著TP濃度的增加，復(fù)合膜的水溶性增加，但增加幅度相對平緩。復(fù)合膜在TP添加量為0時水溶性為(61.31±0.68)%，添加TP后復(fù)合膜水溶性急速降低，這可能是TP與PVA之間能形成穩(wěn)定的氫鍵使得復(fù)合膜的水溶性降低的原因，也可能是TP中存在疏水性基團苯環(huán)，從而增加了復(fù)合膜的疏水性[25]；同時，TP的加入也起到了交聯(lián)劑的作用，在CTS與PVA分子之間形成氫鍵，使復(fù)合膜中游離羥基的數(shù)量急劇減少，影響了復(fù)合膜與水分子的結(jié)合，從而了降低復(fù)合膜的親水性，提高耐水性[26]。當TP濃度繼續(xù)不斷增加，TP含量達到飽和狀態(tài)，復(fù)合膜液中有TP沉淀產(chǎn)生，這種沉淀在膜溶液中難以溶解，最終，由于顆粒狀物質(zhì)在復(fù)合膜產(chǎn)品中的形成，阻礙了分子間的相互作用，使復(fù)合膜中的部分親水分子和TP溶解在水中，導(dǎo)致水溶性增加。

圖4 TP濃度對復(fù)合膜水溶性的影響

2.2.3 TS和EAB的測定 隨著TP濃度增加復(fù)合膜的TS和EAB出現(xiàn)先增大后減小的趨勢，TP質(zhì)量分數(shù)為1.50%時膜的TS呈最大值(13.19± 0.77)MPa，此時膜的柔韌性最好（圖5）。TP通過氫鍵和疏水作用，共價交聯(lián)等作用力均勻分布于復(fù)合膜中，能形成穩(wěn)定有序的膜結(jié)構(gòu)；繼續(xù)增加TP濃度，膜的抗張強度和斷裂生長率呈現(xiàn)斷崖式下降的趨勢，分析原因可能是過多地加入TP造成復(fù)合膜的不連續(xù)性因而柔韌性受到影響，過高濃度的TP會擾亂PVA和CTS之間形成的結(jié)構(gòu)并產(chǎn)生物質(zhì)間相分離現(xiàn)象，導(dǎo)致膜的EAB明顯下降；過高濃度的TP與其他分子可能形成交互作用，妨礙其他分子之間的相互作用，使膜的網(wǎng)狀穩(wěn)定性受到影響導(dǎo)致抗拉強度降低，且過多的TP游離于膜液中呈顆粒狀，也對膜的機械性能產(chǎn)生不良影響[19]。RIAZ等[27]的研究發(fā)現(xiàn)，過量TP會在復(fù)合膜中發(fā)生聚集導(dǎo)致分子間氫鍵弱化，阻礙聚合物-聚合物鏈的相互作用，影響復(fù)合膜致密穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的形成，造成膜的機械性能下降。

圖5 TP濃度對復(fù)合膜ES和TAB的影響

2.3 抑菌性能分析

以和為代表菌種，以抑菌圈為評價指標，測定不同濃度TP對復(fù)合膜抑菌效果的影響，結(jié)果如表2所示。

表2 TP對復(fù)合膜抑菌性能的影響

注：不同小寫字母表示差異顯著（<0.05）。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference (<0.05).

由表2和圖6可知，抑菌劑TP加入到復(fù)合膜液中，使復(fù)合膜對和產(chǎn)生了顯著的抑菌作用，TP濃度越高，復(fù)合膜的抑菌作用越明顯。CTS/PVA復(fù)合膜，即TP濃度為0%的復(fù)合膜對以及的抑菌圈直徑分別為(20.94±0.21)mm和(20.35±0.17)mm，CTS/PVA復(fù)合膜由于CTS的存在也有一定的抑菌效果，但相對于其他添加了不同濃度TP的TP-CTS/PVA復(fù)合膜，其抑菌圈界限不夠明顯；隨著TP濃度的增加，TP-CTS/PVA復(fù)合膜的抑菌圈的直徑也在逐漸擴大，當濃度達到2.0%時，膜的抑菌效果明顯提高，有較為清晰的抑菌圈界限出現(xiàn)，的抑菌圈直徑為(28.10±0.27)mm，的抑菌圈直徑為(25.73±0.15)mm，且隨著TP濃度的增加，抑菌圈更加明顯。結(jié)果表明，添加的TP濃度越高，其產(chǎn)生的抑菌效果更加明顯。

圖6 TP濃度對E. coli（A）和S. aureus（B）抑菌效果的影響

2.4 抗氧化性能分析

DPPH自由基作為客觀評估化合物抗氧化特性的條件之一，它在測定化合物清除自由基能力的研究領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)外已有研究表明，TP中含有的天然酚類物質(zhì)具有良好的抗氧化效果[7-9]。不同濃度TP在復(fù)合膜中對DPPH自由基清除能力的影響見圖7，呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。TP濃度為0%時，復(fù)合膜依然具有一定的抗氧化能力，這是由于CTS聚合物結(jié)構(gòu)中C2位氨基中存在氮而使CTS具有一定抗氧化能力[28]。由圖可知，TP濃度增加復(fù)合膜清除DPPH自由基的能力也大幅度提升，這是因為隨著TP濃度的增加，溶解在水中的TP含量自然也隨之增加，因此TP-CTS/PVA復(fù)合膜對DPPH自由基的清除能力也會隨著TP濃度的增加而提升。在TP濃度為2.0%時復(fù)合膜對DPPH自由基清除率達到最大值(38.53±0.91)%。TP具有抗氧化活性，其作用機制是TP向自由基提供體積小、親合性強的氫質(zhì)子，這些氫質(zhì)子能捕捉到極為活潑的自由基，而自身則變成比氧化鏈式反應(yīng)產(chǎn)生的自由基更穩(wěn)定的酚氧自由基或其同系物，從而阻斷自由基鏈[29-30]。當TP濃度為2.5%時，復(fù)合膜清除DPPH自由基的能力降低的原因，可能是TP濃度過高，導(dǎo)致復(fù)合膜液在流延成型的過程中由于靜置時間較長，部分TP以絮狀物的形式析出，復(fù)合膜中TP活性物質(zhì)的含量降低，從而影響復(fù)合膜中的多酚化合物對DPPH自由基的捕捉能力。

圖7 TP濃度對復(fù)合膜DPPH自由基清除率的影響

2.5 復(fù)合膜對圣女果的保鮮效果

2.5.1 感官評價 感官評價是表征水果新鮮程度的重要指標，能直接反映食品的使用價值[25]。含有不同濃度的TP-CTS/PVA復(fù)合膜對圣女果感官品質(zhì)的影響見圖8。從圖中可以看出，隨著儲藏期限的延長，圣女果出現(xiàn)水分喪失、果實軟化，一定程度上會產(chǎn)生外皮皺縮等現(xiàn)象，感官評分也會隨之降低，由此可見，圣女果的貯藏時間越長，它所擁有的商品價值就越低，這是因為圣女果的新鮮程度、顏色和口感等都是評價產(chǎn)品價值的重要指標，然而這些指標都會隨著時間的延長而不斷降低。在保存的初期階段，圣女果的感官評分幾乎沒有差別，但對照組樣品在貯藏2 d后感官評價明顯降低，果實失水軟化、表皮皺縮，嚴重影響其商品價值，貯藏6 d后基本失去其商品價值；涂膜組的保鮮程度則參差不齊，但保鮮效果多數(shù)都是優(yōu)于對照組的，其中涂膜1.5%濃度TP的圣女果感官評分降低較為緩慢，表現(xiàn)出的保鮮效果也明顯優(yōu)于涂膜組內(nèi)的其他濃度組別，其次是涂膜1.0%和3.5%濃度TP的圣女果，說明TP-CTS/PVA復(fù)合膜對圣女果起到了一定的保鮮作用，同時添加的TP濃度也會對保鮮效果有所影響，添加過高濃度有可能反而會降低其感官品質(zhì)，因此，認為1.5%為最佳TP濃度水平[31]。

圖8 TP濃度對圣女果感官評價的影響

2.5.2 失重率 失重率是衡量水果新鮮與否的一個重要指標，不同濃度的TP-CTS/PVA復(fù)合膜對圣女果失重率的影響如圖9所示。從圖上可以看出，在貯藏過程中圣女果的失重率整體趨勢為上升，這是因為圣女果本身含有的水分會在蒸騰作用和呼吸作用兩個因素的共同作用下而逐漸蒸發(fā)。對照組的圣女果其失重率明顯高于經(jīng)過TP復(fù)合膜液涂膜處理的圣女果，這是因為TP具有良好的抗氧化作用，削弱了圣女果的呼吸作用，從而減輕了圣女果失水的情況。從失重率變化的趨勢可以看出，貯藏一段時間后，TP濃度為1.5%的圣女果的失重率遠小于對照組的失重率，而其他TP濃度的組別的失重率則介于對照組和TP濃度為1.5%這兩組之間，說明TP-CTS/PVA復(fù)合膜能夠有效地緩解圣女果的失水速率，其中以TP濃度為1.5%的復(fù)合膜的保鮮效果為最優(yōu)。

圖9 TP濃度對圣女果失重率的影響

2.5.3 腐爛率 不同濃度的TP-CTS/PVA復(fù)合膜對圣女果腐爛率的影響如圖10所示。在第1～3天貯藏的初期階段，圣女果的腐爛程度較低，隨著貯藏時間延長圣女果的腐爛率不斷提高，到第5～6天時腐爛程度較為嚴重，圣女果失去其原有的商品價值，無法銷售。從圖中可看出，貯藏一段時間后，涂膜TP濃度為1.5 wt%的復(fù)合膜的圣女果的腐爛率明顯低于對照組，而涂抹其他濃度的TP-CTS/PVA復(fù)合膜其圣女果的腐敗率則差距不大，主要是因為隨著貯藏時間延長圣女果中的果膠質(zhì)轉(zhuǎn)化為果膠酸，導(dǎo)致細胞壁與果膠質(zhì)結(jié)合較少甚至脫落，從而致使果實腐爛，而TP的抗氧化作用能有效抑制果膠質(zhì)轉(zhuǎn)化為果膠酸，從而延緩了圣女果的腐敗速率[32]，此外，TP還具有抗菌作用，對細菌的生長和繁殖有明顯的抑制效果。實驗結(jié)果顯示，TP濃度為1.5%的CTS/PVA復(fù)合膜能夠有效延長圣女果的貨架期。

圖10 TP濃度對圣女果腐爛率的影響

2.5.4 可滴定酸含量 總酸含量是果蔬營養(yǎng)價值和風味口感的關(guān)鍵指標，是圣女果在呼吸作用時最易消耗的底物。貯藏期內(nèi)各涂膜組分的圣女果中可滴定酸含量的變化情況如圖11所示，從第1～6天，圣女果的可滴定酸含量不斷下降，這主要是因為有機酸作為圣女果的呼吸基質(zhì)，它不僅是細胞內(nèi)生化過程中間代謝的提供者，也是ATP合成的主要來源，圣女果的呼吸代謝作用對可滴定酸的分解起到了促進作用[33-34]。從整體上看，對照組的可滴定酸含量均低于涂膜組，而從涂膜組中看來，TP濃度1.5%的涂膜組的可滴定酸含量在貯藏時期基本都處于較高水平，可見覆蓋TP濃度1.5%的復(fù)合膜時圣女果的呼吸損耗和轉(zhuǎn)化相對較小，這是因為復(fù)合膜能有效降低圣女果的呼吸作用并減少酸類物質(zhì)消耗，表明TP的抗氧化作用對于抑制可滴定酸的分解有較好的效果，TP濃度為1.5%的復(fù)合膜為最佳。

圖11 TP濃度對圣女果可滴定酸含量的影響

2.5.5 可溶性糖含量 果蔬中所含可溶性糖的變化，一方面反映了果蔬中營養(yǎng)物質(zhì)的消耗程度，一方面也決定了果蔬的口感風味[18]。不同濃度的TP-CTS/PVA復(fù)合膜對圣女果的可溶性糖含量的影響如圖12所示。

圖12 TP濃度對圣女果可溶性糖含量的影響

隨著保存時間的延長，圣女果中的可溶性糖含量急劇減少，這是由于圣女果中部分的可溶性糖為了支持自身的呼吸代謝作用而進行分解，從而供給能量。TP-CTS/PVA復(fù)合膜涂膜在圣女果表面形成一層保護膜，這層保護膜對圣女果的呼吸速率有明顯的減緩作用，能有效延緩圣女果可溶性糖含量降低的速率。由圖還可以看出，TP濃度為1.5%的復(fù)合膜能夠有效抑制圣女果中可溶性糖的降低速率，貯藏5 d后的可溶性糖含量為(3.14±0.11)%與對照組貯藏2 d的可溶性糖含量(3.33±0.14)%相近，說明TP-CTS/PVA復(fù)合膜能夠有效延長圣女果的保鮮期。從涂膜組內(nèi)比較來看，貯藏6 d后，TP濃度為1.5%的CTS/PVA復(fù)合膜所包裹的圣女果中的可溶性糖含量最高為(2.64±0.19)%，TP濃度為3.5%的TP-CTS/PVA復(fù)合膜所包裹的圣女果可溶性糖為(2.03±0.21)%，由此可見，TP濃度為1.5%的TP-CTS/PVA復(fù)合膜能夠顯著地抑制圣女果的呼吸速率從而延緩圣女果中可溶性糖含量的下降。

3 討論

TP是茶葉中多羥基酚類化合物的復(fù)合物，主體成分是兒茶素及其衍生物，是茶葉中具有保健功能的主要化學成分[35]。從圖2可得，復(fù)合膜液中加入TP會與CTS和PVA之間形成氫鍵，導(dǎo)致紅外光譜中O-H伸縮振動峰和C-H彎曲振動峰向低波數(shù)方向移動，這與張禮華[24]研究的TP與PVA之間相互作用的結(jié)果相似。由于TP的顏色為棕色，因此加入TP后復(fù)合膜顏色由原來的透明無色變成了透明棕色，并且，隨著TP濃度的增加，顏色越來越深，總體上沒有影響復(fù)合膜的透光性，但若顏色過深則會對食品包裝有所影響。耐水性能是包裝材料的重要評價指標之一。本研究表明，隨著TP濃度的增加，復(fù)合膜的水溶性先大幅度降低后小幅度升高最后趨于平穩(wěn)，這主要是因為TP中含有的疏水性基團苯環(huán)，苯環(huán)的存在增加了復(fù)合膜的疏水性能，從而增強了復(fù)合膜的耐水性。隨著TP濃度增加，復(fù)合膜對DPPH自由基的清除能力不斷增加，當TP濃度達到2.0%時，復(fù)合膜對DPPH自由基清除能力達到最高水平(38.53±0.91)%，表明制備出的復(fù)合膜具有較好的抗氧化性能。由于TP中含有的多酚物質(zhì)具有抑制多種致病菌的能力且CTS也同時具有抗菌性能，本研究制備的復(fù)合膜對和都有顯著的抑菌效果。

在儲藏蔬菜和水果的過程中，水分散失、營養(yǎng)成分流失和微生物繁殖是導(dǎo)致產(chǎn)品價值下降的主要原因，而TP-CTS/PVA復(fù)合膜可以在果蔬表面形成保護膜，一方面，復(fù)合膜的存在可以減緩水分蒸騰，調(diào)節(jié)果蔬的呼吸作用，減少營養(yǎng)物質(zhì)的流失，另一方面，TP和CTS兼具抑菌作用，外層的保護膜可以有效抑制細菌、霉菌等對果蔬的損傷，減輕外界條件對果蔬感官品質(zhì)的影響；當添加的TP濃度過高，則可能導(dǎo)致復(fù)合膜顆粒不均勻、降低透光率，甚至出現(xiàn)苦澀味。因此，選擇適當濃度的TP-CTS/PVA復(fù)合膜不僅能夠延長果蔬的貨架期，還能有效減緩果蔬中營養(yǎng)物質(zhì)的流失。

綜上所述，當TP濃度為1.5%～2.0%時制備的TP-CTS/PVA復(fù)合膜其抑菌性、耐水性、抗氧化性以及保鮮性能等各項指標較為均衡，若增加TP濃度，復(fù)合膜的抑菌能力會有所提升但會降低復(fù)合膜的透光性，加深膜的外觀顏色，同時復(fù)合膜的水溶性也相應(yīng)增加，若考慮規(guī)?；a(chǎn)則會增加復(fù)合膜的生產(chǎn)成本，實際生產(chǎn)中可根據(jù)需求與目標調(diào)整TP濃度在1.5%～2.0%內(nèi)較為理想。本研究表明，以TP為功能性添加劑共混CTS和PVA制備兼具抗氧化和抑菌效果的復(fù)合膜能有效改善果蔬的貨架保鮮期和商品價值，TP-CTS/PVA復(fù)合膜來源天然對人體無毒副作用，能有效減輕環(huán)境壓力，通過本文的初步探索以期為開發(fā)綜合性能良好的抗菌抗氧化復(fù)合膜提供研究基礎(chǔ)，論證了功能型包裝材料替代塑料包裝材料的可能性，若能真正應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)，則可同時解決食品保鮮與環(huán)境保護的問題，具有較強的現(xiàn)實意義。

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Preparation and Fresh-Keeping Effect of Tea Polyphenol-Chitosan Composite Film

LIANG Jie1, ZHAO Xiaoxu1, LIU Tao1, WANG Libin1, LIN Qinghuo2, CAI Lifeng1*

1. College of Environmental and Biological Engineering, Putian University / Fujian Provincial Key Laboratory of Ecology-toxico-logical Effects / Key Laboratory of Ecological Environment and Information Atlas Fujian Provincial University, Putian, Fujian 351100, China; 2. Rubber Research Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou, Hainan 571101, China

Taking polyvinyl alcohol (PVA) and chitosan (CTS) as the substrates, glycerol as the plasticizer, tea polyphenols (TP) as the functional additives, a pollution-free, biodegradable packaging TP-CTS/PVA composite film with antioxidant activity was prepared, and the effects of the concentration of tea polyphenols on the mechanical properities, antioxidant capacity, antibacterical ability, such as the influence of the physical and chemical properties, packaging film related performance were studied. The film was applied to the fresh cherry tomatoes, and the physical and chemical indexes, including sensory quality, totting rate, weightlessness, soluble sugar, titratable acid and microbial indexes during storage were analysed. The results showed that the TP-CTS/PVA composite film had both antioxidant and antibacterial effects. With the increase of TP concentration, the color of the composite film gradually darkened, when the TP concentration was 1.50%, the water solubility of the composite film was the lowest (19.85±0.64)%, and TS of the composite film was at the maximum (13.19±0.77)MPa. When the concentration of TP increase, its antibacterial ability toandalso continued to increase, it could effectively inhibit bacterial growth. When the TP concentration was 2.0%, the scavenging rate of DPPH free radicals by the composite film reached the maximum (38.53±0.91)%. The composite film coating had a good preservation effect on cherry tomatoes, effectively delaying the rot and water loss of the cherry tomatoes, and improving the shelf life and commodity value of the fruits and vegetables. In addition, during the same storage time, when a composite film with a TP concentration of 1.5% was applied to cherry tomatoes, the sensory evaluation score, weight loss rate, decay rate, titratable acid content, soluble sugar content and other indicators of cherry tomatoes were more effective than other TP concentration tests.This study showed that when TP concentration was 1.5%～2.0%, the TP-CTS/PVA composite film had balanced indicators such as bacteriostasis, water resistance, oxidation resistance and preservation performance, and the TP concentration could be adjusted according to the needs when it is applied in production. The purpose of this study was to explore the possibility of developing antibacterial and antioxidant functional composite packing films for plastic films.

tea polyphenols; chitosan; polyvinyl alcohol; composite film; antioxidant capacity; antibacterial ability; preservation effect

10.3969/j.issn.1000-2561.2022.06.020

TS255.3；TS206.4

A

2021-12-16；

2022-02-10

福建省自然科學基金項目（No. 2019J01808，No. 2021J011107）；莆田學院橫向課題（No. 2017AHX23）。

梁 杰（1984—），女，碩士，高級實驗師，研究方向：食品生物技術(shù)。

通信作者（Corresponding author）：蔡力鋒（CAI Lifeng），E-mail：89437499@qq.com。