肉桂精油可食性膜的制備與性能分析

李繼蕊 孫騫

摘要 [目的]研制一種具有抗氧化性的新型可食性包裝材料。[方法]利用殼聚糖和玉米醇溶蛋白為成膜材料，以肉桂精油作為抗氧化成分，制備不同精油添加量的殼聚糖/玉米醇溶蛋白可食性膜，研究精油添加量對膜的阻隔性能（透氣性、透水性）、機械特性（抗拉強度、斷裂伸長率）、抗氧化性以及微觀結構的影響。[結果]添加精油后，膜液黏度下降，有更好的鋪展性，添加9%精油的膜斷裂伸長率最好，為44.05%。隨著精油含量的增大，膜的阻隔性和抗氧化能力均有所增強，其中含 12%精油的膜自由基清除率最大，為90.12%。SEM結果表明復合膜中殼聚糖與玉米醇溶蛋白分子相容性較好，表面光滑平整。[結論]該研究可為肉桂精油復合膜的開發提供科學依據。

關鍵詞 可食膜;肉桂精油;性能分析

中圖分類號 TS 206? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）20-0189-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.20.049

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Preparation and Performance Analysis of Edible Film with Cinnamon Essential Oil

LI Ji-rui SUN Qian2 （1.Dongying Agricultural and Rural Bureau，Dongying，Shandong 257091; 2.Guangrao Forestry Development Service Center，Dongying，Shandong 257300）

Abstract [Objective]To develop a new edible packaging material with antioxidant properties.[Method]Chitosan and zein were used as film-forming materials and cinnamon essential oil was used as antioxidant components to prepare the edible films with different amount of essential oil.The physical properties，barrier properties and mechanical properties of the films were studied.The influence of essential oil on mechanical properties，oxidation resistance and microstructure were analyzed.[Result]The results showed that the viscosity of film decreased after adding essential oil，and the elongation at break of the membrane with 9% essential oil was the best，which was 44.05%.With the increase of essential oil content，the barrier property and antioxidant capacity of film were enhanced.The free radical scavenging rate of film containing 12% essential oil was the highest，which was 90.12%.The results of microscopic observation showed that the molecular compatibility of chitosan and zein was good，and the surface was smooth.[Conclusion]This study can provide a scientific basis for the development of cinnamon essential oil composite membrane.

Key words Edible film;Cinnamon essential oil;Performance analysis

作者簡介 李繼蕊（1986—），男，山東臨清人，農藝師，碩士，從事果蔬栽培及保鮮技術推廣研究。

收稿日期 2021-02-19

隨著人們生活水平的提高，食品安全問題逐漸進入大眾的視野，并受到了廣泛關注，如何開發出一種可食用、可降解、無毒害、無污染的新型包裝材料，成為當前的研究熱點[1]。

殼聚糖是甲殼素經過脫乙酰作用得到，含有大量的活性羥基和氨基，可發生烷基化、水解、縮合和絡合等化學反應，研究表明，殼聚糖是一種具有良好的生物相容性和抗菌性的材料，可用于醫用涂敷材料、保鮮抗菌包材等方面[2]。玉米醇溶蛋白是玉米中主要的一種蛋白質，可溶于乙醇，但不溶于水，其中富含含硫氨基酸，蛋白質分子間以較強的二硫鍵、疏水鍵相連，使玉米醇溶蛋白具有相對良好的成膜特性[3]。殼聚糖/玉米醇溶蛋白共混膜性能優于單一成分膜[4]。在此基礎上，為了增強共混膜的抗氧化性，添加肉桂精油可以獲得性能更為優良的可食性包裝膜。因此，筆者以殼聚糖和玉米醇溶蛋白為成膜材料，以肉桂精油作為抗氧化活性成分，研究肉桂精油添加量對膜液黏度、膜性能及其抗氧化性的影響，以期為開發肉桂精油復合膜提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

殼聚糖（脫乙酰度≥90%，相對分子質量 8×105），上海藍季生物公司;玉米醇溶蛋白（蛋白質量分數為 92%），南京都萊試劑有限公司;冰乙酸、 無水氯化鈣、乙醇，AR，天津市恒興化學試劑制造有限公司;聚乙二醇-400，AR，煙臺市雙雙化工有限責任公司;肉桂精油，煙臺遠東精細化工有限責任公司。

1.2 主要儀器與設備

UV-2550 型紫外分光光度計，日本島津公司;BSC-150 型恒溫恒濕箱，上海博訊實業有限公司;Kinexus lab+旋轉流變儀，英國 Malvern 儀器有限公司; TA-XT 質構儀，北京微訊超技儀器技術有限公司。

1.3 試驗條件

1.3.1 膜液及膜的制備。室溫下，用1%乙酸制備20 g/L殼聚糖膜液，用90%乙醇制備20 g/L 玉米醇溶蛋白膜液，將2種膜溶液按照體積比 1∶1 混合并攪拌均勻，加入30%聚乙二醇-400，然后分別向復合膜液中加入 0、3%、6%、9%、12%的肉桂精油（以復合膜液中殼聚糖和玉米醇溶蛋白的總質量為基準），混合均勻，冷卻至室溫，待測。

量取100 mL復合膜液，流延鋪平于方形塑料板上（25.0 cm×25.0 cm×1.8 cm），然后于 50 ℃干燥 12 h，取出干燥好的復合膜。

1.3.2 膜液的黏度。采用旋轉流變儀用平板-錐系統測定不同膜液在溫度為25 ℃，剪切速率（γ）為0～300 s-1黏度的變化，其中錐板直徑為40 mm，在角度為4°的條件下，可得到膜液在不同剪切速率下的流變曲線。

1.3.3 膜的機械性能。按照GB/T 4456—96在TMS-2000物性分析儀上測定膜的抗拉強度（TS）。測試速率為1.00 mm/s，夾具間距離為50 mm。每種處理的膜作3組平行，取平均值[5]。延伸率按以下公式計算：δ=ΔL/L×100%。式中，ΔL為試樣拉伸斷裂后標距段的總變形長度，mm;L為原標距長度，mm。

1.3.4 膜的阻隔性能。水蒸氣透過性根據Zhang等[6]的方法測定。膜的氧氣透過性利用脫氧劑吸附法測定。用干燥器將溫濕度分別保持在23 ℃和75%，然后將3 g脫氧劑稱重，放入測試瓶中。隨后，用薄膜密封，稱完初始重量后，將測試瓶置于干燥器中，48 h后取出測試瓶，稱重。參照Zhang等[4]的方法進行計算。

1.3.5 膜的抗氧化性。將25 mg膜剪成小塊加入3 mL蒸餾水中，浸提24 h后，放入離心機，以8 000 r/min離心10 min，將膜提取液2.8 mL與0.2 mL DPPH溶液（0.1 mmol/L）混合。混合液在室溫下避光保存30 min，在波長517 nm處測定吸光度[7]。

1.3.6 膜的微觀結構（SEM）。對制得的膜進行表面噴金處理，用掃描電子顯微鏡在加速電壓為 5 kV 條件下放大，觀測其表面形態[8]。

2 結果與分析

2.1 膜液黏度

成膜液的流動性質可以影響到液體鍍層的性質，如鋪展性、厚度、均勻性及力學性能，因此成膜液的流變特性也是膜的重要指標之一[9]。肉桂精油-殼聚糖/玉米醇溶蛋白混合液的表觀黏度隨剪切速率的變化情況見圖1。從圖1可見，成膜液的黏度隨著剪切速率的增大而減小，表現出非牛頓流體剪切稀化的特點，這是由于高速剪切作用下分子間糾纏結構的破壞，且破壞的結構在短時間內不能重新組裝[10]，以不添加肉桂精油的膜液黏度最高。

2.2 膜的機械性能 從圖2可知，不添加精油的復合膜的抗拉強度和斷裂伸長率分別為30.22 MPa、31.00%。隨著肉桂精油濃度的增加，復合膜的抗拉強度分別為15.54、18.57、26.56、21.72 MPa，斷裂伸長率分別為33.27%、35.93%、44.05%、30.57%。可見，無精油復合膜的抗拉強度最好，精油的添加會降低膜的抗拉強度，增大膜的斷裂伸長率。這可能是由于精油的添加可能會增大膜的孔徑，從而產生可能的破裂點，破壞了殼聚糖和玉米醇溶蛋白連續的網絡結構[11]。

2.3 膜的阻隔性能

從圖3可見，無精油添加的復合膜的水蒸氣透過率為27.432 g·mm/（h·m2·kPa），隨著肉桂精油添加量的增大，水蒸氣透過性呈下降趨勢。水蒸氣的轉移一般發生在薄膜親水區域，因此通常認為向親水性聚合物薄膜中添加疏水性脂質可以改善膜的阻水性能。而精油對可食用膜的影響類似于疏水性脂類物質，脂質對膜的微觀結構的改變是影響膜透水性的決定性因素，向成膜體系中添加疏水性成分可使薄膜透水性降低[12]。該結果與Hosseini等[13]一致，其將牛至精油添加到魚明膠-殼聚糖膜中后，發現膜的WVP值從0.41 g·mm/（h·m2·kPa）增加到0.76 g·mm/（h·m2·kPa），這是由于脂滴引起聚合物網絡不連續，造成膜的內聚力降低，從而增加膜的水蒸氣透過性。

由圖3可知，無精油添加的復合膜的氧氣透過性最大，隨著肉桂精油濃度的增大，氧氣透過性隨之降低。這說明精油的添加降低了膜的透氣性，在密封性上比無精油添加的復合膜效果更好，在理論上能夠減少外界氧氣的透過，抑制食品氧化現象的發生，從而有利于食品的保鮮。

2.4 膜的抗氧化性 由圖4可知，無精油添加的復合膜的自由基清除率為85.21%。對肉桂-殼聚糖/玉米醇溶蛋白膜來說，隨著肉桂精油濃度的增大，自由基清除率隨之增大，分別為87.73%、88.53%、89.14%、90.12%。這可能是由于肉桂精油的主要成分為肉桂醛，具有一定的抗氧化作用，植物精油中含有的抗自由基活性成分是清除自由基的關鍵，抗自由基活性成分的含量越高，精油清除自由基的效果也越好[14]。

2.5 膜的微觀結構

膜的微觀結構反映了表面的微觀形貌。由圖5可知，無精油添加的復合膜表面比較光滑，氣泡較少，但是有少許裂痕。與添加精油處理相比，精油添加量為9%的復合膜表面平整光滑，說明膜的致密性和均一性較好，制備的膜也會有較高的抗拉強度[15]，這與抗拉強度測定結果一致。

3 結論

以精油作為抗氧化劑制備復合膜，膜液靜態流變學特性結果表明，膜液的黏度隨剪切速率的增大均逐漸降低，具有剪切稀化的特點，復合膜液為非牛頓假塑性流體，且精油含量增大，膜液黏度減小。通過對膜性能的研究發現，加入精油可以提高復合膜的斷裂伸長率和阻隔性能，但是會使膜的抗拉強度下降。該研究結果將為殼聚糖/玉米醇溶蛋白/肉桂精油復合膜的進一步研究及生產應用提供理論參考。

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