肉桂醛/聚乙烯醇膜的制备及对黄瓜酸保鲜研究

2021-05-17

包装与食品机械 2021年2期

（肇庆学院食品与制药工程学院，广东肇庆 526061）

0 引言

黄瓜酸在真空包装销售过程中，产品存在涨袋等问题，货架期较短，限制其销售范围。因此，开发新型的包装技术或包装方法延长黄瓜酸货架期具有非常重要的意义。

活性包装是一种新型且非常有发展潜力的包装技术，近年来受到国内外研究人员的广泛关注。食品活性包装膜是活性包装的一种，是指将抗菌剂、抗氧化剂等活性物质加入膜材料中，延长食品货架寿命、提高食品安全性［1-3］。肉桂醛来源于肉桂、风信子等多种植物，不仅能显著抑制或清除多种微生物形成的生物膜［4］，而且能有效地抑制微生物次级代谢产物的产生，是天然的广谱抗菌剂［5］。美国食品和药物管理局与我国都将肉桂醛认定为安全性食品添加剂，可作为一种安全有效的抗菌剂应用于食品工业中［6-7］。聚乙烯醇是一种性能优良的新型食品包装材料，具有良好的生物降解性、成膜性、力学性能、水溶性、热稳定性和气体阻隔性等优点［8-10］，已被美国农业部批准用于肉、家禽类产品的食品包装［11］。很多研究者以聚乙烯醇为基材开展了制备活性包装膜应用于延长食品货架期的研究［12-13］。本项目利用肉桂醛与聚乙烯醇的特点制备活性包装膜应用于黄瓜酸保鲜，以期为其在食品活性包装膜的开发利用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

聚乙烯醇、蜂蜡、邻二苯酚、吐温80、肉桂醛、三氯乙酸、愈创木酚、2-硫代巴比妥酸、2，6-二氯酚靛酚均购于麦克林试剂有限公司；黄瓜酸：农户提供。

XHF-D高速分散器（宁波新芝生物科技股份有限公司）；XLW-M智能电子拉力试验机（济南兰光机电技术有限公司）；Uvmini-1240紫外可见分光光度计（岛津企业管理有限公司）；WR-10精密色差仪（深圳市威福光电科技有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 肉桂醛/聚乙烯醇膜的制备

将聚乙烯醇（PVA）、蜂蜡加入适量的蒸馏水在60 ℃水浴中搅拌至融化，再加入吐温80和肉桂醛。用高速分散器以10 000 r/min高速均质1 min，再以20 000 r/min高速均质1 min。将上述混合液流延于塑料培养皿（13 cm×13 cm）中，自然条件下晾干，揭膜并放于装有饱和Mg（NO3）2溶液的干燥器中48h 备用。混合液中聚乙烯醇、蜂蜡、吐温80的最终浓度分别为5.0%、1.0%、0.5%，肉桂醛的最终浓度分别为0.0%、0.5%、1.0%、1.5%。不同肉桂醛含量的膜分别记为PVA-0.0、PVA-0.5、PVA-1.0 和 PVA-1.5。

1.2.2 肉桂醛/聚乙烯醇膜的物理性能与形貌分析

膜的透光性与不透明度、水蒸气透过系数、力学性能分别根据 Shiku［14］、Ghanbarzadeh［15］、Zhang［16］的方法测定。用测厚规在膜上均匀取10个点测定的厚度，取平均值；用扫描电子显微镜测定膜表面形貌。

1.2.3 黄瓜酸的保鲜试验

用封口机将4种肉桂醛/聚乙烯醇膜（PVA-0.0、PVA-0.5、PVA-1.0 和 PVA-1.5）做成袋子，并将黄瓜酸装入其中，再用封口机封口贮藏（4 ℃）。每隔一定时间取出，分别根据刘开华［17］、Wang［18］、Min［19］、和 Garcia-Palazon［20］的方法测定维生素C和丙二醛（MDA）含量、多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）活性。

1.2.4 数据处理

使用Origin8.5软件进行绘图，采用SPSS 20.0软件进行差异显著性分析，p＜0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1 膜的厚度

肉桂醛/聚乙烯醇膜的厚度见表1。膜的厚度随肉桂醛添加量的增加而稍微增加，样品PVA-1.5的厚度与PVA-1.0差异性不显著，与PVA-0.0、PVA-0.5差异性显著。这可能由于肉桂醛的加入使膜厚度增加，这与牛至精油/羧甲基纤维素活性膜的研究结果一致［21］。

表1 膜的厚度、力学性能与水蒸气透过系数Tab.1 Thickness，mechanical properties，and water vapor transmission coefficient of films

2.2 膜的力学性能

肉桂醛/聚乙烯醇膜的机械力学见表1。样品PVA-1.5的拉伸强度、断裂伸长率与其它三种膜的差异性显著。随肉桂醛添加量的增加，膜的拉伸强度逐渐增加，但是膜的断裂伸长率却逐渐减少，这与丙酸钙改性聚乙烯醇包装薄膜的研究结果相似［22］。这可能是肉桂醛与PVA的相互作用增强膜的强度使膜的拉伸强度增加，但同时也影响PVA分子链的流动性，使膜的断裂伸长率降低。

2.3 膜的水蒸气透过系数

肉桂醛/聚乙烯醇膜的水蒸气透过系数见表1。膜的水蒸气透过系数随肉桂醛添加量的增加而降低，样品PVA-1.5的水蒸气透过系数与PVA-1.0差异性不显著，与其它两种膜差异性显著。膜的水蒸气透过系数主要取决于膜的亲水性、水分子在膜中的扩散速度。肉桂醛的添加增加膜的疏水性，阻止水分子的有效扩散，降低水蒸气透过系数，提高膜的阻隔性能［23］。这种现象与壳聚糖/柠檬草精油复合膜的研究结果相似［24］。

2.4 膜的透光性与不透明度

肉桂醛/聚乙烯醇膜的透光性与不透明度见表2。膜在紫外光区的透光性很低，说明该膜有较好的阻隔紫外光性能；随着肉桂醛添加量的增加，膜的透光性快速降低，而不透明度升高。4种膜的不透明度差异性显著，说明添加肉桂醛的膜对光具有较好的阻透作用。这可能是肉桂醛分散在膜中的液滴多少与大小都会对透射光的强度产生影响，从而影响膜的不透明度与对光的阻透作用。

表2 膜的透光性与不透明度Tab.2 Transparency and opacity of films

2.5 膜的表面形貌

肉桂醛/聚乙烯醇膜放大1 000倍的表面形貌见图1。膜表面呈不连续的结构，都有深浅不一的褶痕和大小不一的方块。随着肉桂醛添加量的增加，膜表面的褶痕逐渐变浅，方块也逐渐变小。这可能是蜂蜡的凝固点较高，成膜时会造成膜的不连续结构，但添加的肉桂醛与PVA的相互作用改善膜的表面结构，提高膜的性能。

图1 肉桂醛/聚乙烯醇膜的表面形貌Fig.1 Surface morphology of cinnamaldehyde/polyvinyl alcohol film

2.6 膜对黄瓜酸MDA和Vc含量的影响

肉桂醛/聚乙烯醇膜对黄瓜酸MDA和Vc含量的影响见图2。随着贮藏时间的增加，黄瓜酸的MDA含量呈逐渐增加的趋势，Vc含量却逐渐减少。MDA是果蔬膜脂过氧化的重要产物，产生数量越多表明膜脂过氧化程度越高，果蔬越易衰老和腐烂［25］。从图2可知，添加肉桂醛的膜可以有效抑制脂氧合酶催化膜脂过氧化而产生MDA。这可能是肉桂醛能有效抑制脂氧合酶活性，减少MDA的产生，有效延缓黄瓜酸细胞氧化衰老速度，提高货架期。Vc是衡量果蔬营养价值的重要指标之一，它的变化能反映果蔬的新鲜程度［26］。从图2可知，添加肉桂醛的膜能有效减缓Vc的损失，这可能是肉桂醛较强的抗氧化活性能有效减少黄瓜酸在贮藏过程中的Vc氧化分解作用，减少营养物质的消耗，使黄瓜酸保持较好的品质。贮藏第3天及3天前各组之间对黄瓜酸MDA和Vc含量的影响差异不显著（p＞0.05），贮藏3天后各组之间差异显著（p＜0.05）。肉桂醛/聚乙烯醇膜对黄瓜酸MDA和Vc含量的影响结果与百里香酚/海藻酸钠膜对茄梨MDA和Vc的影响结果相似［27］。

图2 膜对黄瓜酸MDA和Vc的影响Fig.2 Effect of film on MDA and Vc of pickled cucumber

2.7 膜对黄瓜酸PPO和POD活性的影响

肉桂醛/聚乙烯醇膜对黄瓜酸PPO和POD活性的影响见图3。

图3 膜对黄瓜酸PPO和POD活性的影响Fig.3 Effect of film on PPO and POD of pickled cucumber

随着贮藏时间的增加，黄瓜酸的PPO和POD活性呈先增加后减少的趋势。PPO与POD是在果蔬中广泛存在的重要酶。PPO可以提高果蔬的抗病性，也能引起果蔬的酶促褐变、腐败变质，而POD既可作为果蔬体内一种保护酶，也可参与活性氧的生成，导致果蔬的氧化损伤［28］。因此PPO与POD活性的变化可作为评价果蔬品质变化的指标。从图2可知，添加肉桂醛的膜可以有效抑制PPO的活性，延缓黄瓜酸的酶促褐变与腐败变质；同时也能有效抑制POD参与黄瓜酸体内活性氧的生成，减缓黄瓜酸的氧化衰败。贮藏第3天及3天后各组之间对黄瓜酸PPO和POD活性的影响差异显著（p＜0.05）。肉桂醛/聚乙烯醇膜对黄瓜酸PPO和POD活性的影响结果与瓜尔胶与中草药纹党可食用复合膜对大樱桃保鲜［29］、丝素蛋白改性涂膜处理对番茄保鲜研究结果相似［30］。