姜油-改性葛根淀粉复合膜的制备及抑菌性研究

谢玮，东莎莎，司婷婷

（1.烟台南山学院，山东烟台264000；2.中华全国供销合作总社济南果品研究院，山东济南250014）

葛根是豆科植物野葛的块根，淀粉含量高达34.19%～62.90%，其中直链淀粉含量占总体的15.09%～34.70%。葛根有很好的中药疗效，经常食用葛根粉，能强筋壮骨、美容健身、延长寿命[1,2]。微波改性作为新式能源，具有加热速度快、物料受热均匀、热效能高等特点[3-6]。生姜中挥发性油含量为0.9%～2.0%，俗称姜油，姜油呈黄色油状液体，味辣而苦，可以用来作为抗氧化剂，研究证实生姜提取物具有较强的抑菌作用[7]。黄玉玲[8]研究发现2%～4%的生姜提取液能有效延长冷却猪肉的货架期，谢玮等[9]研究证实生姜提取液对马铃薯淀粉膜和玉米淀粉膜有一定的抑菌作用，Baroty E L 等[10]研究发现姜根茎中提取的挥发油具有较好的抗菌活性。

目前，可食性淀粉复合膜应用越来越广泛，通过改变复合膜的成分及比例可以提高复合膜的性能[11,12]。本试验采用葛根淀粉制成的复合膜，不仅具有生物可降解、延长食品保质期和提高食品品质等优点，而且有独特的药理功效。将姜油添加到葛根淀粉复合膜中，能够抑制水蒸气的流失，调节呼吸作用，防止被微生物污染，使其具有光滑的表面，减轻氧化作用，而且添加姜油的葛根淀粉复合膜，能够药食两用。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

葛根淀粉，连云港书傲贸易有限公司；甘油，天津市致远化学试剂有限公司；石油醚，莱阳经济技术开发区精细化工厂；0.9%生理盐水、马铃薯葡萄糖培养基、牛肉膏蛋白胨培养基，自制；大肠杆菌、酵母菌，试验室提供。

1.2 仪器与设备

超净工作台，天津市福音实验室设备有限公司；HH-4 型数显恒温水浴锅，江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司；FA2004 电子分析天平，北京普华量宇科技有限公司；GZX-9240MBE 恒温鼓风干燥箱，上海博讯实业有限责任公司；DL-1 实验室用电炉，天津天有利科技有限公司；LDZF 立式压力蒸汽灭菌器，上海申安医疗器械厂；8S-1型磁力搅拌器，江苏省金坛市金成国胜实验仪器厂；HPX-9082MBE 恒温培养箱，上海博讯实业有限责任公司。

1.3 试验方法

1.3.1 姜油的制备

将新鲜生姜洗干净切片、烘干、磨粉。用滤纸称取20 g 生姜粉，放入索氏提取装置中。加入250 mL 的石油醚，于85 ℃的恒温水浴箱回流4 h。回收石油醚后，待圆底烧瓶冷却至室温，放入烘箱挥发剩余石油醚后，圆底烧瓶中的产物即为姜油。

1.3.2 葛根淀粉复合膜制备

（1）不同微波时间对葛根淀粉复合膜的影响

葛根淀粉分别微波处理0.5、1、2、3、4 min，称取微波处理后的葛根淀粉5 g，加甘油1 g，蒸馏水100 mL，100℃的水浴加热搅拌30 min，消泡10 min，倒膜，55 ℃干燥3 h，室温环境下放置1 d，待水分平衡后，揭膜，待用[13]。

（2）不同葛根淀粉添加量对葛根淀粉复合膜的影响

葛根淀粉的添加量分别为3%、3.5%、4%、4.5%和5%，甘油1 g，蒸馏水100 mL，100 ℃的水浴加热搅拌30 min，消泡10 min，倒膜，55 ℃连续干燥3 h，室温环境下放置1 d，待水分平衡后，揭膜，待用。

（3）不同姜油添加量对葛根淀粉复合膜的影响

称取5 g 葛根淀粉，添加不同比例的姜油，分别为0%、0.5%、1%、2%和2.5%，蒸馏水100 mL，100 ℃的水浴加热搅拌30 min，消泡10 min，倒膜，55 ℃连续干燥3 h，室温环境下放置1 d，待水分平衡后，揭膜，待用。

1.3.3 葛根淀粉复合膜性质的测定

（1）葛根淀粉复合膜水溶性测定

将葛根淀粉复合膜裁成2 cm×3 cm 的长方形，于105 ℃烘至恒重，记录其质量为m1。将恒重的膜放入盛有80 mL 蒸馏水的三角瓶中，室温浸泡24 h，取出烘干至恒重，记录其质量为m2。葛根淀粉复合膜溶水率的计算公式见式（1）。

式中：S-淀粉复合膜的溶水率，%；

m1-浸泡前烘干至恒重的淀粉复合膜的质量，g；

m2-浸泡后烘干至恒重的淀粉复合膜的质量，g；

（2）葛根淀粉复合膜透明度的测定

将葛根淀粉复合膜裁成1 cm×2 cm 的长方形，设置波长为650 nm，测其透光率T（%）大小，以透光率表示透明度。

（3）葛根淀粉复合膜水蒸气透过性的测定

根据GB/T 31355-2014 测定方法。将直径为5 cm、高3 cm 的圆形称量瓶，干燥至恒重，加3 g 粉碎的无水CaCl2于干燥的称量瓶中。选用无破损、完整的膜，测其厚度，将膜裁剪成与称量瓶瓶口大小相当的形状。用石蜡封口，放入75%的相对湿度干燥器内，每隔24 h 取出称重，每次称量的先后顺序一致，连续7 d，直至前后两次称量的质量差不超过5%。水蒸气透过性的计算公式见式（2）（3）。

式中：WVTR-水蒸气透过量，g/(m2·d)；

△m-质量增量，g；

A-膜的透过面积，m2；

t-质量增量稳定后间隔时间，d；

WVP-水蒸气透过性，g/（m2·kPa）；

D-膜厚度，mm；

△P-两侧的水蒸气压差，kPa。

1.3.4 抑菌试验

（1）裁膜：将葛根淀粉复合膜剪裁成直径为1.5 cm规格大小的圆形。

（2）杀菌：将剪裁好的葛根淀粉复合膜在无菌试验室紫外灯下杀菌30 min。

（3）倒板：将加热并灭菌的马铃薯葡萄糖培养基和牛肉膏蛋白胨培养基溶液在无菌操作台上倒入平板，等待凝固。

（4）涂抹菌液：将制得菌液用灭菌移液管吸取1 mL移到凝固好的培养基表面，用涂布棒均匀涂抹。

（5）贴膜：用无菌镊子将葛根淀粉复合膜贴在涂有菌液的培养基表面。

（6）培养：36.8 ℃恒温培养24 h（酵母菌28 ℃恒温培养24 h）。

（7）记录：观察、拍照、记录结果。

2 结果与分析

2.1 葛根淀粉复合膜

图1 葛根淀粉复合膜Fig.1 Kudzu starch film

由图1 可见，葛根淀粉复合膜柔软且呈透明，手感光滑，有明显的葛根中药味，成膜性比较强。此葛根淀粉膜与陈桂芸等[14]研究的复合膜的感官性状相似。姜油-改性葛根淀粉复合膜因为添加不同浓度的姜油，膜的颜色随姜油浓度增加而变深，透明度比无姜油的葛根淀粉复合膜要稍低，但具有生姜的风味。

2.2 不同微波时间对葛根淀粉复合膜性质的影响

2.2.1 葛根淀粉复合膜的水溶性

从表1 可知，随着微波时间的增加，复合膜的水溶性先增加后降低再增加，在2 min 时，水溶性最小，因为此时葛根淀粉内部分子链还没有来得及充分的迁移和重组。在2 min 之后，水溶性又呈上升趋势。推测由于微波的高频作用，破坏蛋白质分子内和分子间的二硫键，从而提高蛋白质分子的溶解度。微波时间在2 min 时，淀粉复合膜的性能较好，此试验结果与赵杨等[4]研究结果相似。

2.2.2 葛根淀粉复合膜的透明度

表2 不同微波时间条件下葛根淀粉复合膜的透明度Table 2 Transparency of kudzu starch film with different microwave time

由表2 可知，微波时间在0.5～2 min 时，透明度呈增加趋势，推测是由于微波加大了分子间的距离，削弱了葛根淀粉复合膜分子之间的相互作用，造成葛根淀粉复合膜的透光率增加。微波时间在2 min 之后，透明度开始呈下降趋势。此结果与王娜等[15]研究相结果似，微波改性对淀粉膜的透明度有影响。

2.2.3 葛根淀粉复合膜的水蒸气透过性

从表3 可知，随着微波时间的增加，水蒸气透过性先降低再升高，当微波时间为2 min 时，制备的葛根淀粉复合膜的水蒸气透过性最低，推测是微波促进蛋白质分子在溶质中运动加速，使原本排列有序的紧密结构变得无序，从而使的水蒸气透过性降低。

表3 不同微波时间条件下葛根淀粉复合膜的水蒸气透过性Table 3 Water vapor permeability of kudzu starch film with different microwave time

因此，微波时间选择2 min 较好，得到的葛根淀粉复合膜的水溶性低，不易被水解；透光率高；水蒸气透过率低，分子骨架间空隙小，水蒸气不易透过。

2.3 不同葛根淀粉添加量对葛根淀粉复合膜性质的影响

2.3.1 葛根淀粉复合膜的水溶性

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

由表4 可知，随着葛根淀粉添加量的增加，葛根淀粉复合膜的水溶性总体呈上升趋势。且当葛根淀粉添加量在3.5%时，水溶性最低，此时葛根淀粉复合膜分子与甘油分子之间的作用力强，结合比较紧密，不容易被水解，膜的溶解性低。

2.3.2 葛根淀粉复合膜的透明度

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

从表5 可知，葛根淀粉的添加量对葛根淀粉复合膜的透明度影响不显著，葛根淀粉添加量在3.5%时，透光率最高，此试验结果与彭勇等[16]研究的葛根淀粉添加量对透明率的影响相似。

2.3.3 葛根淀粉复合膜的水蒸气透过性

从表6 可知，葛根淀粉添加量为3.5%时，葛根淀粉复合膜的水蒸气透过性最低，由于此时葛根淀粉复合膜的分子骨架间空隙小，水蒸气不易透过。当葛根淀粉添加量过低时，甘油与淀粉比值高，膜较薄并且柔软，易断裂，成形效果差，厚度不均匀；当葛根淀粉添加量过高时，淀粉与甘油间的作用力不均匀，致密性下降，膜厚度不一。此结果与屈紫薇[17]的结果相似。

表6 不同葛根淀粉添加量的葛根淀粉复合膜的水蒸气透过性Table 6 Water vapor permeability of kudzu starch film with different starch additions

综上所述，葛根淀粉添加量选择3.5%为宜。

2.4 不同浓度姜油对葛根淀粉复合膜透光性的影响

表7 添加不同浓度姜油后葛根淀粉复合膜的透明度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复合膜的透明度较好，其他添加姜油的葛根淀粉复合膜，透光率较小，并且呈下降趋势。随着姜油浓度的增加，其透明度也不断降低，说明姜油对膜的透明度有影响。此试验与闫丹丹等[18]研究的抗菌淀粉复合膜相似，防腐剂能影响淀粉复合膜本身的结构，使其透明度下降。

2.5 姜油-改性葛根淀粉复合膜的抑菌试验

图2 添加姜油后葛根淀粉复合膜的抑菌效果图Fig.2 Antimicrobial effect of ginger oil and kudzu starch film

图2 显示了试验提取的姜油对大肠杆菌的抑菌作用。a 为空白对照组，只涂布菌液，不加入葛根淀粉复合膜，菌落生长正常。图b 是在涂布菌液的培养基中加入姜油添加量为0%的葛根淀粉复合膜，已经长满菌落。图c、d 为分别添加了0.5%和1%姜油的葛根淀粉复合膜，葛根淀粉复合膜周围都出现了抑菌圈，很明显能看出姜油对大肠杆菌有抑菌作用。本试验结果与范紫煊等[19]研究结果相似。

3 结论

本文对添加姜油的葛根淀粉复合膜进行了研究，当微波时间在2 min，葛根淀粉添加量为3.5%时，复合膜的水溶性、透明性以及水蒸气透过性较好。随着姜油添加浓度的提高，姜油-改性葛根淀粉复合膜对大肠杆菌和酵母菌都具有一定的抑菌作用，且随着姜油浓度增大，抑菌效果增强。当姜油添加量为1%时，姜油-改性葛根淀粉复合膜的透明度较好，且具有一定的抑菌作用，对于复合膜的开发研制有一定的指导意义。