殼聚糖- 連翹精油復合可食膜的制備及其在草莓中保鮮應用

唐森，付美楊，韋巧艷，柳富杰，張鵬，4，蘇龍*

（1.廣西科技師范學院 食品與生化工程學院，廣西 來賓 546199；2.廣西科技師范學院 廣西糖資源工程技術研究中心，廣西 來賓 546199；3.廣西科技師范學院 現代蔗糖業發展研究所，廣西 來賓 546199；4.廣西科技師范學院 特色瑤藥資源研究與開發重點實驗室，廣西 來賓 546199）

目前國內外使用的普通塑料包裝材料存在透濕性較大、熱封性較差的缺點，且包裝材料難以生物降解，會導致較為嚴重的生態環境問題[1-2]。為了讓食品包裝膜材料的可降解問題得到有效解決，制造一種光滑、透明度高且可食用的復合膜十分必要。殼聚糖是天然多糖甲殼素脫除部分乙酰基的產物，在C2位上分別被一個乙酰氨基和氨基代替，分子結構中的氨基基團比甲殼素分子中的乙酰氨基基團反應活性更強。含有游離氨基的殼聚糖是天然多糖中唯一的堿性多糖，具有生物降解性、生物相容性、無毒、抑菌、抗癌、降血脂、增強免疫力等多種生理功能，被廣泛制成用于食品包裝的復合膜[3-5]。

研究表明，連翹及其葉、果實均具有抑菌、抗病毒、抗氧化、抗衰老、抑制癌細胞增殖等多種生物活性[6-8]。經過蒸餾提取出來的連翹精油，含有高比例的蒎烯成分，其可增強腎上腺素、對抗壓力、抗關節炎、驅蟲、抑制真菌、抗氧化，能有效清除有機自由基和超氧陰離子自由基[9]。此外，連翹精油還可作為新型的天然食品防腐劑在食品工業中發揮作用[10]。所以，選擇連翹精油制備復合膜，具有廣闊的使用前景。已有較多針對不同精油與可食膜結合，分析其抑菌性能以及對可食膜性能提升的相關研究。

草莓又叫紅莓、洋莓、地莓等，是薔薇科草莓屬植物，營養豐富，被譽為“水果皇后”，含有大量維生素，具有多種藥用價值，例如明目、防癌、降血脂等[11]。但其果皮極薄，在采收、貯藏、運送過程中極易受到外界對其的物理碰撞，造成機械損傷，同時受到微生物的污染，導致腐敗變質，使其耐藏期和貨架壽命大大縮短[12-14]。

本研究以殼聚糖為成膜材料，添加連翹精油制備復合可食膜，通過對不同連翹精油添加量復合可食膜性能的研究，獲得最佳比例的殼聚糖-連翹精油復合可食膜，并將其應用于草莓的保鮮研究中，以期為殼聚糖-連翹精油復合可食膜在食品中的應用提供參考。

1 材料與儀器

1.1 材料與試劑

紅顏草莓：采自廣西來賓市體育館旁開心草莓園，選擇八成熟的草莓果實，大小均勻、無機械損傷、無病蟲害、采后及時運至廣西科技師范學院工學樓205 實驗室。連翹精油：江西海瑞天然植物有限公司；乙酸（分析純）：天津市科密歐化學試劑有限公司；殼聚糖（生物試劑，脫乙酰度80.0%～95.0%）、明膠（分析純）：成都西亞化工股份有限公司；甘油、吐溫-80、氯化鈣、氫氧化鈉（均為分析純）：上海泰坦化學有限公司；三氯乙酸（分析純）、L（+）-抗壞血酸標準品（色譜純）：成都市科隆化學品有限公司；2-硫代巴比妥酸：國藥集團化學試劑有限公司；草酸、2，6-二氯靛酚鈉鹽（均為分析純）：上海麥克林生化科技有限公司。

1.2 儀器與設備

GZX-GF101-3BS 型電熱恒溫鼓風干燥箱：上海躍進醫療器械有限公司；FA2004 型電子天平：上海舜宇恒平科學儀器有限公司；PQX-350HP 型722S 紫外-可見分光光度計：上海儀電分析儀器有限公司；DF-101S型集熱式磁力加熱攪拌器：金壇市醫療儀器廠；FS-18G型高剪切分散乳化均質機：金壇市城東宏業實驗儀器廠；PT-1198GDT 型小型拉力機試驗機：寶大儀器有限公司；H1850 型臺式高速離心機：湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司；WYA-2S 型數字阿貝折光儀：上海儀電物理光學儀器有限公司；TA.XTC-18 型質構儀：上海保圣實業發展有限公司；DHP-9082 型電熱恒溫培養箱：上海一恒科學儀器有限公司；GB/T 21388-2008 型電子數顯千分尺：無錫凱保鼎工具有限公司；JBL-21L真空消泡桶：溫州市翔龍五金有限公司。

2 試驗方法

2.1 復合可食膜的制備

稱取2 g 殼聚糖溶于1%乙酸溶液中配制成體積分數為2%的殼聚糖溶液，在50 ℃下磁力攪拌2 h 至殼聚糖完全溶解。取100 mL 體積分數為2%的殼聚糖溶液加入1.5 g 明膠，50 ℃水浴攪拌30 min，加入1.5 g甘油，添加不同體積（0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8 mL）的連翹精油、0.2 mL 吐溫-80 和0.3 g 氯化鈣，在均質機10 000 r/min 攪拌混合3 min，制成殼聚糖-連翹精油復合膜液，成膜液在真空消泡桶中脫氣0.5～2.0 h。取10 mL 成膜液倒入90 mm 培養皿，置于40 ℃干燥箱中烘干8 h，待膜冷卻后，將膜放置在恒溫恒濕[（25.0±0.5）℃，相對濕度（relative humidity，RH）為53%（通過飽和MgNO3溶液維持）干燥器]條件下平衡16 h 備用。

2.2 殼聚糖-連翹精油復合可食膜性能測試

2.2.1 膜厚度檢測

用電子數顯千分尺（精確至0.001 mm）在每張復合可食膜上均勻取9 個點，測其厚度，取平均值作為膜的最終厚度。

2.2.2 膜的機械性能測定

拉伸強度（tensile strength，TS）和斷裂伸長率（elongation at break，EAB）的測定參考GB/T 1040.1—2018《塑料拉伸性能的測定第1 部分：總則》中塑料拉伸性能的測定方法。

2.2.3 不透明度測定

不透明度的測定參考Nordin 等[15]的方法進行。

2.2.4 水蒸氣透過系數（water vapour permeability，WVP）測定

水蒸氣透過系數采用Lombo Vidal 等[16]的方法測定。

2.2.5 水溶性測定

水溶性采用Nordin 等[15]的方法測定。

2.2.6 吸濕率測定

吸濕率采用Nordin 等[15]的方法測定。

2.2.7 吸水率測定

吸水率采用Nordin 等[15]的方法測定。

2.3 殼聚糖-連翹精油復合可食膜對保藏過程中草莓品質的影響

用蒸餾水清洗草莓，輕緩撈出瀝干水分。將草莓隨機分配成7 組，每組50 個，放入燒杯中，其中6 組分別用添加不同精油量的殼聚糖-連翹精油復合可食膜封住杯口，進行保鮮。第7 組草莓做不封膜處理，作為空白對照試驗。將7 組草莓保鮮樣品置于25 ℃恒溫培養箱內，每隔1 d 取1 次樣品進行指標檢測。

2.3.1 失重率測定

采用稱重法測定草莓的失重率，具體參考王海丹等[17]的方法進行測定。

2.3.2 腐爛率測定

腐爛率參考王鋒等[18]的方法進行測定。

2.3.3 硬度測定

果實在采摘后會出現水分流失、果膠水解的現象，這些腐敗現象均會使果實的硬度變小。做封膜處理后，在保鮮期內每隔1 d 測1 次草莓硬度。隨機小心拿取草莓進行硬度穿刺測定，并記錄硬度值。使用質構儀測定草莓硬度，其參數設置為測試前速度1.00 mm/s、測試速度0.50 mm/s、測試后速度1.00 mm/s，探頭為圓柱形探頭（直徑為2 mm）。最終結果取平均值。

2.3.4 可溶性固形物含量測定

可溶性固形物含量用數字阿貝折光儀進行測定，具體參考王海丹等[17]的方法進行。

2.3.5 有機酸含量測定

采用酸堿滴定法測定草莓有機酸含量（用檸檬酸表示）[19]。

2.3.6 維生素C 含量測定

采用GB 5009.86—2016《食品安全國家標準食品中抗壞血酸的測定》中2，6-二氯靛酚滴定法對草莓中VC含量進行測定。

2.3.7 丙二醛含量測定

丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法[20]測定。

2.4 數據統計分析

各組試驗樣品平行測試3 次，使用Excel 2003 對數據初步整理計算，試驗結果以平均值±標準差表示，利用Origin 2019 軟件繪圖。

3 結果與分析

3.1 殼聚糖-連翹精油復合可食膜性能分析

3.1.1 連翹精油添加量對復合可食膜厚度的影響

連翹精油添加量對復合可食膜厚度的影響見圖1。

圖1 連翹精油添加量對復合可食膜厚度影響Fig.1 Effect of the amount of Forsythia suspensa essential oil added on the thickness of composite edible film

由圖1 可知，殼聚糖-連翹精油復合膜的厚度不與連翹精油的添加量呈完全的線性關系。不添加連翹精油的殼聚糖復合膜的厚度為0.043 3 mm；連翹精油添加量為0.1 mL 時，復合可食膜厚度最小，為0.042 7 mm；當連翹精油的添加量為0.1～0.4 mL 時，膜厚度隨連翹精油添加量的增加而增大；連翹精油添加量為0.4 mL時，膜的厚度沒有達到最大，繼續增加連翹精油添加量，膜的厚度開始緩慢變小；連翹精油添加量超過0.6 mL 時，膜的厚度繼續上升；當連翹精油添加量達到0.8 mL 時，復合可食膜的厚度達到更高水平。不同連翹精油添加量的復合可食膜厚度不同，表明殼聚糖復合膜的分子排列方式不同，導致這一現象產生的因素：一是連翹精油添加量；二是復合膜自身水分含量。連翹精油作為復合膜中主要疏水性成分[21]，在添加時會造成膜內含水量降低，從而導致膜厚度減小。當連翹精油添加量為0.1～0.4 mL 時，連翹精油添加量對膜厚度的影響大于膜自身水分含量減少對膜造成的影響，膜厚度增加較快。之后，連翹精油添加量與水分含量對膜厚度的影響相互制衡，導致形成不同厚度的復合可食膜。

3.1.2 連翹精油添加量對復合可食膜機械性能的影響

圖2 為連翹精油添加量對復合可食膜機械性能的影響。

圖2 連翹精油添加量對復合可食膜拉伸強度和斷裂伸長率影響Fig.2 Effect of the content of Forsythia suspensa essential oil on TS and EAB of composite edible film

由圖2 可知，連翹精油添加量對殼聚糖復合膜的抗拉伸強度和斷裂伸長率的影響呈現不同的趨勢[22]。隨著連翹精油添加量的添加，抗拉伸強度呈減小的趨勢，而斷裂伸長率呈波動趨勢。可見，不添加連翹精油的復合膜抗拉伸強度最好，其強度為21.623 1 MPa。當連翹精油添加量為0.6 mL 時，斷裂伸長率達到最大，為79.99%。出現此現象的原因是連翹精油是疏水性成分，隨著連翹精油添加量的提高，其與殼聚糖間的相互作用力和水分子與殼聚糖間的相互作用力相互影響，從而改變了復合膜的孔徑大小，使復合膜原來的分子排列方式發生改變。

3.1.3 連翹精油添加量對復合可食膜不透明度的影響

圖3 為連翹精油添加量對復合可食膜不透明度的影響。

圖3 連翹精油添加量對復合可食膜不透明度的影響Fig.3 Effect of the amount of Forsythia suspensa essential oil added on the opacity of the composite edible film

由圖3 可知，連翹精油添加量為0～0.2 mL 時，殼聚糖復合膜的不透明度基本沒有明顯變化；當連翹精油添加量超過0.2 mL 時，不透明度開始逐漸下降；繼續添加連翹精油超過0.6 mL 時，不透明度突然增大。這是由于連翹精油添加量的添加，逐漸破壞了殼聚糖原本穩定的分子間結構[15]，從而導致殼聚糖分子重新排列，不透明度下降；繼續添加連翹精油，精油量過多，使復合膜的不透明度突然增大。由此可以得出，連翹精油添加量較少時，對殼聚糖-連翹精油復合膜的不透明度沒有明顯的影響。

3.1.4 連翹精油添加量對復合可食膜水蒸氣透過系數的影響

圖4 為連翹精油添加量對復合可食膜水蒸氣透過系數的影響。

圖4 連翹精油添加量對復合可食膜水蒸氣透過系數的影響Fig.4 Effect of Forsythia suspensa essential oil on WVP of composite edible film

由圖4 可知，殼聚糖-連翹精油復合可食膜的WVP整體呈增加趨勢，不添加連翹精油的殼聚糖復合膜的WVP 最低，為0.56[g·mm/（kPa·h·m2）]。當連翹精油添加量為0.2 mL 時，隨著連翹精油添加量的提高，殼聚糖-連翹精油復合可食膜的WVP 增大。復合膜的WVP一般取決于其疏水成分所占比例，連翹精油作為疏水性成分，加入到膜液的同時，與殼聚糖分子間產生相互作用力，導致殼聚糖復合膜內空隙變大，孔洞增多，從而殼聚糖復合膜的致密性下降，使得水分子更易透過和運動。所以，復合膜的WVP 逐漸增大。

3.1.5 連翹精油添加量對復合可食膜水溶性的影響

圖5 為連翹精油添加量對復合可食膜水溶性的影響。

圖5 連翹精油添加量對復合可食膜水溶性的影響Fig.5 Effect of Forsythia suspensa essential oil on water solubility of composite edible film

由圖5 可知，不添加連翹精油的殼聚糖復合膜水溶性為20.57%，隨著連翹精油添加量的不斷增加，復合膜的水溶性增加。復合膜中的溶解物主要是乙酸鹽，其易溶于水。連翹精油是揮發性物質，在恒溫箱（105 ℃）烘干過程中，部分連翹精油在空氣中揮發，導致連翹精油與殼聚糖分子間的作用力減小，從而殼聚糖-連翹精油復合可食膜的結構密度也下降。因此，水溶性隨連翹精油添加量的增加而增加，當連翹精油添加量達到0.8 mL 時，水溶性最大，為42.19%。

3.1.6 連翹精油添加量對復合可食膜的吸濕率的影響

圖6 為連翹精油添加量對復合可食膜吸濕率的影響。

圖6 連翹精油添加量對復合可食膜吸濕率的影響Fig.6 Effect of Forsythia suspensa essential oil addition on moisture absorption of composite edible film

由圖6 可知，隨著連翹精油添加量的增加，殼聚糖-連翹精油復合可食膜的吸濕率呈現先下降再上升最后下降的趨勢。連翹精油添加量為0.1 mL 時，吸濕率最小，為6.75%，相比于不添加連翹精油的復合膜下降0.48%；當連翹精油添加量為0.2 mL 時，吸濕率最大，為9.52%，比不添加連翹精油的復合膜上升2.29%。連翹精油作為疏水性成分，連翹精油與殼聚糖間的分子作用力小于氫鍵的作用力，吸濕性下降。連翹精油添加量繼續增加，膜原有結構被破壞，分子重排，形成新的網絡結構，趨于穩定，吸濕率有所下降。

3.1.7 連翹精油添加量對復合可食膜吸水率的影響

圖7 為連翹精油添加量對復合可食膜吸水率的影響。

圖7 連翹精油添加量對復合可食膜吸水率的影響Fig.7 Effect of Forsythia suspensa essential oil on water absorption of composite edible film

由圖7 可知，殼聚糖-連翹精油復合可食膜的吸水率整體呈先上升后下降的趨勢。不添加連翹精油的復合可食膜的吸水率為374.94%，隨著連翹精油添加量的增加，吸水率上升；當添加量達到0.2 mL 時，吸水率最高，為393.84%；隨著連翹精油添加量的繼續增加，吸水率逐漸下降。連翹精油初添加時，引入了氫鍵，增強了其與膜的分子間作用力，使復合膜的吸水率有所提高。連翹精油添加量繼續增加，破壞了復合膜原來穩定的結構狀態，孔洞縫隙逐漸增多，分子作用力下降，所以吸水率隨連翹精油添加量的增加而降低。

3.2 殼聚糖-連翹精油復合可食膜對草莓的保鮮作用分析

3.2.1 復合可食膜對草莓失重率的影響

圖8 為復合可食膜對草莓失重率的影響。

圖8 不同連翹精油添加量的復合可食膜對草莓失重率的影響Fig.8 Effect of compound edible film with different amounts of Forsythia suspensa essential oil on strawberry weight loss rate

由圖8 可知，各組草莓的失重率均隨貯藏時間的延長而升高，尤其是不封膜的草莓組，其失重率遠遠高于其他封膜組。封膜處理的草莓中，不添加連翹精油的殼聚糖復合膜組的草莓失重率與其他各組間差異明顯，其他封膜處理的5 組草莓之間的差異不明顯。結果表明，添加了連翹精油的殼聚糖復合膜具有抑菌作用，可以減少草莓水分流失，延長草莓貨架期。

3.2.2 復合可食膜對草莓腐爛率的影響

圖9 為復合可食膜對草莓腐爛率的影響。

圖9 不同連翹精油添加量的復合可食膜對草莓腐爛率的影響Fig.9 Effect of compound edible film with different amounts of Forsythia suspensa essential oil on strawberry rotten rate

由圖9 可知，貯藏期間各組草莓的腐爛率均隨貯藏時間的延長而持續上升，尤其不封膜處理的草莓腐爛率的上升速度遠超過其他封膜處理的草莓。6 組封膜處理草莓的腐爛率之間的差異不明顯。可見，添加了連翹精油的殼聚糖復合膜具有抑菌性，可以減緩草莓的腐爛速度。

3.2.3 復合可食膜對草莓硬度的影響

圖10 為復合可食膜對草莓硬度的影響。

圖10 不同連翹精油添加量的復合可食膜對草莓硬度的影響Fig.10 Effect of compound edible film with different amounts of Forsythia suspensa essential oil on the hardness of strawberry

由圖10 可知，貯藏期間各組草莓的硬度均隨貯藏時間的延長而整體呈下降趨勢，尤其不封膜處理的草莓硬度下降速度遠超過其他封膜處理的草莓，這是由于空白對照組沒有可食膜的保護，水分損失較多，果肉細胞壁被迅速降解，水溶性果膠含量增加，果肉變軟，硬度下降明顯，而試驗組因為有可食膜的保護，所以草莓的呼吸作用被抑制，代謝減慢，硬度下降幅度較小[23]。結果表明殼聚糖-連翹精油復合可食膜能夠有效抑制果實的軟化。

3.2.4 復合可食膜對草莓可溶性固形物含量的影響

圖11 為復合可食膜對草莓可溶性固形物含量的影響。

圖11 不同連翹精油添加量的復合可食膜對草莓可溶性固形物含量的影響Fig.11 Effect of compound edible film with different amounts of Forsythia suspensa essential oil on the soluble solid content of strawberry

由圖11 可知，除添加0.2 mL 連翹精油的膜從第1 天開始草莓可溶性固形物含量就保持下降外，其他各組草莓的可溶性固形物含量均在第1 天上升后再持續下降，添加0.1 mL 連翹精油組在貯藏第1 天時的可溶性固形物含量最大，達到7.58%。在本試驗中，選擇的是八分熟的草莓，新采摘下來的草莓沒有完全熟透，一般在5～6 d 后完全熟透，而可溶性固形物含量同時又與果實的成熟度相關，所以在貯藏初期，可溶性固形物含量增加。隨著貯藏時間的延長，部分可溶性糖參與機體的呼吸作用而被消耗，所以可溶性固形物含量下降，且封膜處理的草莓可溶性固形物含量低于未封膜處理的草莓。

3.2.5 復合可食膜對草莓有機酸含量的影響

圖12 為復合可食膜對草莓有機酸含量的影響。

圖12 不同連翹精油添加量的復合可食膜對草莓有機酸含量的影響Fig.12 Effect of compound edible film with different amounts of Forsythia suspensa essential oil on the organic acid content of strawberry

由圖12 可知，在貯藏期間，每組保鮮草莓的有機酸含量均下降，且不封膜處理的草莓有機酸含量比其他各組下降得快。從整體上看，封膜的6 組草莓有機酸含量差異并不明顯，這說明添加了連翹精油的殼聚糖復合膜可以減緩草莓有機酸含量的下降速度，對于草莓的保鮮有一定作用。

3.2.6 復合可食膜對草莓VC含量的影響

圖13 為復合可食膜對草莓VC含量的影響。

圖13 不同連翹精油添加量的復合可食膜對草莓VC 含量的影響Fig.13 Effect of compound edible film with different amounts of Forsythia suspensa essential oil on the VC content of strawberry

由圖13 可知，在貯藏期間，各試驗組草莓的VC含量均隨貯藏時間的延長整體呈下降趨勢，而不封膜處理的草莓VC含量的下降趨勢稍快于6 組封膜草莓。這是因為在果實貯藏過程中，經覆膜處理的草莓能被有效抑制呼吸作用，連翹精油具有一定的抗氧化活性，可以清除草莓中的活性氧，抑制氧化酶的生成途徑，從而可以減緩VC的氧化。

3.2.7 復合可食膜對草莓丙二醛含量的影響

圖14 為復合可食膜對草莓丙二醛含量的影響。

圖14 不同連翹精油添加量的復合可食膜對草莓丙二醛含量的影響Fig.14 Effect of compound edible film with different amounts of Forsythia suspensa essential oil on the content of malondialdehyde in strawberry

由圖14 可知，貯藏期中，各試驗組的丙二醛含量均隨貯藏時間的延長而呈現持續上升趨勢，不封膜處理的草莓丙二醛含量上升速度遠快于封膜組草莓。6 組封膜處理的草莓中，丙二醛含量結果差異不明顯。結果表明，添加連翹精油的復合膜對于草莓丙二醛含量的上升有延緩作用。

4 結論

本文通過制備添加不同含量連翹精油的殼聚糖復合膜，測定其機械性能和光學性能之后對草莓進行保鮮，探究草莓各項生理指標，試驗發現殼聚糖復合膜中最適宜的連翹精油添加量為0.1 mL。添加連翹精油的殼聚糖復合膜在保鮮領域具有優良的發展前景，但本試驗僅對草莓進行保鮮試驗，所以0.1 mL 連翹精油添加量是否適用于其他果蔬尚需要更多試驗來提供數據，在后續試驗中將把連翹精油復合膜應用于其他果蔬，為添加連翹精油的殼聚糖復合膜的廣泛制備及使用提供參考，以期復合膜在市場中得到廣泛應用，擴大其使用前景。