姜油-改性葛根淀粉復合膜的制備及抑菌性研究

謝瑋，東莎莎，司婷婷

（1.煙臺南山學院，山東煙臺264000；2.中華全國供銷合作總社濟南果品研究院，山東濟南250014）

葛根是豆科植物野葛的塊根，淀粉含量高達34.19%～62.90%，其中直鏈淀粉含量占總體的15.09%～34.70%。葛根有很好的中藥療效，經常食用葛根粉，能強筋壯骨、美容健身、延長壽命[1,2]。微波改性作為新式能源，具有加熱速度快、物料受熱均勻、熱效能高等特點[3-6]。生姜中揮發性油含量為0.9%～2.0%，俗稱姜油，姜油呈黃色油狀液體，味辣而苦，可以用來作為抗氧化劑，研究證實生姜提取物具有較強的抑菌作用[7]。黃玉玲[8]研究發現2%～4%的生姜提取液能有效延長冷卻豬肉的貨架期，謝瑋等[9]研究證實生姜提取液對馬鈴薯淀粉膜和玉米淀粉膜有一定的抑菌作用，Baroty E L 等[10]研究發現姜根莖中提取的揮發油具有較好的抗菌活性。

目前，可食性淀粉復合膜應用越來越廣泛，通過改變復合膜的成分及比例可以提高復合膜的性能[11,12]。本試驗采用葛根淀粉制成的復合膜，不僅具有生物可降解、延長食品保質期和提高食品品質等優點，而且有獨特的藥理功效。將姜油添加到葛根淀粉復合膜中，能夠抑制水蒸氣的流失，調節呼吸作用，防止被微生物污染，使其具有光滑的表面，減輕氧化作用，而且添加姜油的葛根淀粉復合膜，能夠藥食兩用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

葛根淀粉，連云港書傲貿易有限公司；甘油，天津市致遠化學試劑有限公司；石油醚，萊陽經濟技術開發區精細化工廠；0.9%生理鹽水、馬鈴薯葡萄糖培養基、牛肉膏蛋白胨培養基，自制；大腸桿菌、酵母菌，試驗室提供。

1.2 儀器與設備

超凈工作臺，天津市福音實驗室設備有限公司；HH-4 型數顯恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；FA2004 電子分析天平，北京普華量宇科技有限公司；GZX-9240MBE 恒溫鼓風干燥箱，上海博訊實業有限責任公司；DL-1 實驗室用電爐，天津天有利科技有限公司；LDZF 立式壓力蒸汽滅菌器，上海申安醫療器械廠；8S-1型磁力攪拌器，江蘇省金壇市金成國勝實驗儀器廠；HPX-9082MBE 恒溫培養箱，上海博訊實業有限責任公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 姜油的制備

將新鮮生姜洗干凈切片、烘干、磨粉。用濾紙稱取20 g 生姜粉，放入索氏提取裝置中。加入250 mL 的石油醚，于85 ℃的恒溫水浴箱回流4 h。回收石油醚后，待圓底燒瓶冷卻至室溫，放入烘箱揮發剩余石油醚后，圓底燒瓶中的產物即為姜油。

1.3.2 葛根淀粉復合膜制備

（1）不同微波時間對葛根淀粉復合膜的影響

葛根淀粉分別微波處理0.5、1、2、3、4 min，稱取微波處理后的葛根淀粉5 g，加甘油1 g，蒸餾水100 mL，100℃的水浴加熱攪拌30 min，消泡10 min，倒膜，55 ℃干燥3 h，室溫環境下放置1 d，待水分平衡后，揭膜，待用[13]。

（2）不同葛根淀粉添加量對葛根淀粉復合膜的影響

葛根淀粉的添加量分別為3%、3.5%、4%、4.5%和5%，甘油1 g，蒸餾水100 mL，100 ℃的水浴加熱攪拌30 min，消泡10 min，倒膜，55 ℃連續干燥3 h，室溫環境下放置1 d，待水分平衡后，揭膜，待用。

（3）不同姜油添加量對葛根淀粉復合膜的影響

稱取5 g 葛根淀粉，添加不同比例的姜油，分別為0%、0.5%、1%、2%和2.5%，蒸餾水100 mL，100 ℃的水浴加熱攪拌30 min，消泡10 min，倒膜，55 ℃連續干燥3 h，室溫環境下放置1 d，待水分平衡后，揭膜，待用。

1.3.3 葛根淀粉復合膜性質的測定

（1）葛根淀粉復合膜水溶性測定

將葛根淀粉復合膜裁成2 cm×3 cm 的長方形，于105 ℃烘至恒重，記錄其質量為m1。將恒重的膜放入盛有80 mL 蒸餾水的三角瓶中，室溫浸泡24 h，取出烘干至恒重，記錄其質量為m2。葛根淀粉復合膜溶水率的計算公式見式（1）。

式中：S-淀粉復合膜的溶水率，%；

m1-浸泡前烘干至恒重的淀粉復合膜的質量，g；

m2-浸泡后烘干至恒重的淀粉復合膜的質量，g；

（2）葛根淀粉復合膜透明度的測定

將葛根淀粉復合膜裁成1 cm×2 cm 的長方形，設置波長為650 nm，測其透光率T（%）大小，以透光率表示透明度。

（3）葛根淀粉復合膜水蒸氣透過性的測定

根據GB/T 31355-2014 測定方法。將直徑為5 cm、高3 cm 的圓形稱量瓶，干燥至恒重，加3 g 粉碎的無水CaCl2于干燥的稱量瓶中。選用無破損、完整的膜，測其厚度，將膜裁剪成與稱量瓶瓶口大小相當的形狀。用石蠟封口，放入75%的相對濕度干燥器內，每隔24 h 取出稱重，每次稱量的先后順序一致，連續7 d，直至前后兩次稱量的質量差不超過5%。水蒸氣透過性的計算公式見式（2）（3）。

式中：WVTR-水蒸氣透過量，g/(m2·d)；

△m-質量增量，g；

A-膜的透過面積，m2；

t-質量增量穩定后間隔時間，d；

WVP-水蒸氣透過性，g/（m2·kPa）；

D-膜厚度，mm；

△P-兩側的水蒸氣壓差，kPa。

1.3.4 抑菌試驗

（1）裁膜：將葛根淀粉復合膜剪裁成直徑為1.5 cm規格大小的圓形。

（2）殺菌：將剪裁好的葛根淀粉復合膜在無菌試驗室紫外燈下殺菌30 min。

（3）倒板：將加熱并滅菌的馬鈴薯葡萄糖培養基和牛肉膏蛋白胨培養基溶液在無菌操作臺上倒入平板，等待凝固。

（4）涂抹菌液：將制得菌液用滅菌移液管吸取1 mL移到凝固好的培養基表面，用涂布棒均勻涂抹。

（5）貼膜：用無菌鑷子將葛根淀粉復合膜貼在涂有菌液的培養基表面。

（6）培養：36.8 ℃恒溫培養24 h（酵母菌28 ℃恒溫培養24 h）。

（7）記錄：觀察、拍照、記錄結果。

2 結果與分析

2.1 葛根淀粉復合膜

圖1 葛根淀粉復合膜Fig.1 Kudzu starch film

由圖1 可見，葛根淀粉復合膜柔軟且呈透明，手感光滑，有明顯的葛根中藥味，成膜性比較強。此葛根淀粉膜與陳桂蕓等[14]研究的復合膜的感官性狀相似。姜油-改性葛根淀粉復合膜因為添加不同濃度的姜油，膜的顏色隨姜油濃度增加而變深，透明度比無姜油的葛根淀粉復合膜要稍低，但具有生姜的風味。

2.2 不同微波時間對葛根淀粉復合膜性質的影響

2.2.1 葛根淀粉復合膜的水溶性

從表1 可知，隨著微波時間的增加，復合膜的水溶性先增加后降低再增加，在2 min 時，水溶性最小，因為此時葛根淀粉內部分子鏈還沒有來得及充分的遷移和重組。在2 min 之后，水溶性又呈上升趨勢。推測由于微波的高頻作用，破壞蛋白質分子內和分子間的二硫鍵，從而提高蛋白質分子的溶解度。微波時間在2 min 時，淀粉復合膜的性能較好，此試驗結果與趙楊等[4]研究結果相似。

2.2.2 葛根淀粉復合膜的透明度

表2 不同微波時間條件下葛根淀粉復合膜的透明度Table 2 Transparency of kudzu starch film with different microwave time

由表2 可知，微波時間在0.5～2 min 時，透明度呈增加趨勢，推測是由于微波加大了分子間的距離，削弱了葛根淀粉復合膜分子之間的相互作用，造成葛根淀粉復合膜的透光率增加。微波時間在2 min 之后，透明度開始呈下降趨勢。此結果與王娜等[15]研究相結果似，微波改性對淀粉膜的透明度有影響。

2.2.3 葛根淀粉復合膜的水蒸氣透過性

從表3 可知，隨著微波時間的增加，水蒸氣透過性先降低再升高，當微波時間為2 min 時，制備的葛根淀粉復合膜的水蒸氣透過性最低，推測是微波促進蛋白質分子在溶質中運動加速，使原本排列有序的緊密結構變得無序，從而使的水蒸氣透過性降低。

表3 不同微波時間條件下葛根淀粉復合膜的水蒸氣透過性Table 3 Water vapor permeability of kudzu starch film with different microwave time

因此，微波時間選擇2 min 較好，得到的葛根淀粉復合膜的水溶性低，不易被水解；透光率高；水蒸氣透過率低，分子骨架間空隙小，水蒸氣不易透過。

2.3 不同葛根淀粉添加量對葛根淀粉復合膜性質的影響

2.3.1 葛根淀粉復合膜的水溶性

表4 不同葛根淀粉添加量的葛根淀粉復合膜的水溶性Table 4 Water solubility of kudzu starch film with different starch additions

由表4 可知，隨著葛根淀粉添加量的增加，葛根淀粉復合膜的水溶性總體呈上升趨勢。且當葛根淀粉添加量在3.5%時，水溶性最低，此時葛根淀粉復合膜分子與甘油分子之間的作用力強，結合比較緊密，不容易被水解，膜的溶解性低。

2.3.2 葛根淀粉復合膜的透明度

表5 不同葛根淀粉添加量的葛根淀粉復合膜的透明度Table 5 Transparency of kudzu starch film with different starch additions

從表5 可知，葛根淀粉的添加量對葛根淀粉復合膜的透明度影響不顯著，葛根淀粉添加量在3.5%時，透光率最高，此試驗結果與彭勇等[16]研究的葛根淀粉添加量對透明率的影響相似。

2.3.3 葛根淀粉復合膜的水蒸氣透過性

從表6 可知，葛根淀粉添加量為3.5%時，葛根淀粉復合膜的水蒸氣透過性最低，由于此時葛根淀粉復合膜的分子骨架間空隙小，水蒸氣不易透過。當葛根淀粉添加量過低時，甘油與淀粉比值高，膜較薄并且柔軟，易斷裂，成形效果差，厚度不均勻；當葛根淀粉添加量過高時，淀粉與甘油間的作用力不均勻，致密性下降，膜厚度不一。此結果與屈紫薇[17]的結果相似。

表6 不同葛根淀粉添加量的葛根淀粉復合膜的水蒸氣透過性Table 6 Water vapor permeability of kudzu starch film with different starch additions

綜上所述，葛根淀粉添加量選擇3.5%為宜。

2.4 不同濃度姜油對葛根淀粉復合膜透光性的影響

表7 添加不同濃度姜油后葛根淀粉復合膜的透明度Table 7 Water vapor permeability of kudzu starch film with different ginger oil concentrations

由表7 可知，不加姜油的葛根淀粉復合膜的透明度較好，其他添加姜油的葛根淀粉復合膜，透光率較小，并且呈下降趨勢。隨著姜油濃度的增加，其透明度也不斷降低，說明姜油對膜的透明度有影響。此試驗與閆丹丹等[18]研究的抗菌淀粉復合膜相似，防腐劑能影響淀粉復合膜本身的結構，使其透明度下降。

2.5 姜油-改性葛根淀粉復合膜的抑菌試驗

圖2 添加姜油后葛根淀粉復合膜的抑菌效果圖Fig.2 Antimicrobial effect of ginger oil and kudzu starch film

圖2 顯示了試驗提取的姜油對大腸桿菌的抑菌作用。a 為空白對照組，只涂布菌液，不加入葛根淀粉復合膜，菌落生長正常。圖b 是在涂布菌液的培養基中加入姜油添加量為0%的葛根淀粉復合膜，已經長滿菌落。圖c、d 為分別添加了0.5%和1%姜油的葛根淀粉復合膜，葛根淀粉復合膜周圍都出現了抑菌圈，很明顯能看出姜油對大腸桿菌有抑菌作用。本試驗結果與范紫煊等[19]研究結果相似。

3 結論

本文對添加姜油的葛根淀粉復合膜進行了研究，當微波時間在2 min，葛根淀粉添加量為3.5%時，復合膜的水溶性、透明性以及水蒸氣透過性較好。隨著姜油添加濃度的提高，姜油-改性葛根淀粉復合膜對大腸桿菌和酵母菌都具有一定的抑菌作用，且隨著姜油濃度增大，抑菌效果增強。當姜油添加量為1%時，姜油-改性葛根淀粉復合膜的透明度較好，且具有一定的抑菌作用，對于復合膜的開發研制有一定的指導意義。