玉米醇溶蛋白膜的制备及其保鲜效果评价

陈蔚燕，穆燕，朱爱芳，张保华*

（1.青岛农业大学新农药创制研究所，山东青岛 266109）（2.山东省潍坊市寒亭区农业局，山东潍坊 261100）

圣女果，又名樱桃番茄，富含维生素、纤维素、矿物质等营养成分，能够预防心血管疾病、增强免疫力以及抗衰老的功效[1]。虽然圣女果比草莓、荔枝、桃子等水果的货架期长[2]，但是，圣女果采收后在贮藏、运输和销售等环节仍然会进行新陈代谢活动，发生失水软化、腐烂变质，对圣女果的品质及储存质量产生影响，因此研发新型的保鲜包装材料尤为重要。

随着生活水平的提高，人们越来越重视材料的天然性，以天然生物材料制成的可食用膜逐渐成为研究的一大热点。当前，植物蛋白具有安全无毒、生物相容性高及环境友好等特点，已成为制作新型可食性膜的优选材料之一，常见的有玉米醇溶蛋白、大豆分离蛋白、花生蛋白、高粱蛋白等，其中玉米醇溶蛋白（Zein），可从玉米中提取，是一种常见植物蛋白，食品、医药和化工行业经常将玉米醇溶蛋白作为成膜材料[3,4]。玉米醇溶蛋白在乙醇水溶液中，内部会成无规则且复杂的线团结构，该性质使其易成膜，溶剂蒸发后形成一层薄膜，具有抗氧化、抑菌等特性[5,6]。研究表明，玉米醇溶蛋白用于肉制品的保鲜有明显的抑制细菌生长、延缓食品氧化的效果[7,8]。用于包装脱水蔬菜和调味料时可以防止内容物吸水有较好的效果[9,10]。同时玉米醇溶蛋白膜良好的阻湿、阻气特性，以及能够在自然条件下降解，对环境无污染，绿色安全，因此玉米醇溶蛋白膜在食品包装领域有较高的应用价值。但纯玉米醇溶蛋白膜本身较脆，塑性较差且抑菌效果有限，需要在其基础上添加一种或多种物质改善其性能[11,12]。植物精油用于食物保鲜不仅可以大幅度改良保鲜膜的保鲜效果，同时可以减少化学防腐剂的使用。大蒜素有较强的抗菌消炎作用，对多种杆菌、真菌、病毒等均有抑制或杀灭作用，在极低浓度时即可抑制多种革兰氏阳性球菌和革兰氏阴性杆菌，对大肠杆菌、痢疾杆菌抑制效果明显[13]。丁香酚具有抑菌、局部防腐和抗氧化功效，是安全、高效、无毒的天然食品防腐剂的来源[14,15]。

本研究基于大蒜素与丁香酚的环境友好性和广泛的抑菌活性，利用玉米醇溶蛋白易成膜的特性，采用反溶剂法[16]制备了含有大蒜素和丁香酚混合精油的玉米醇溶蛋白膜，对其进行了基本的性能测定，并评价了其对圣女果的保鲜效果，为圣女果的覆膜保鲜技术的发展提供数据支持，为天然生物可食用膜的应用提供思路。

1 材料与方法

1.1 实验试剂

玉米醇溶蛋白（含氮量≥85%，水分含量≤8%），合肥博美生物科技有限责任公司；大蒜素，河南富正生物科技有限公司；丁香精油（丁香酚质量分数≥85%），明德食品添加剂有限公司；甘油（甘油含量≥99.0%），天津市风船化学试剂科技有限公司；吐温-80，天津市津东天正精细化学试剂厂；挑选大小均匀、颜色鲜红、无软化、外表皮无损坏的圣女果。

1.2 实验方法

1.2.1 大蒜素-丁香酚玉米醇溶蛋白膜的制备

参考贾祥祥[17]的方法并略作修改。于分析天平上精确称取玉米醇溶蛋白，用体积分数80%乙醇溶液进行溶解，配制蛋白质质量浓度为10.00 g/100.00 mL 的玉米醇溶蛋白溶液，磁力搅拌10 min 至玉米醇溶蛋白完全溶解，加入甘油（控制甘油质量为玉米醇溶蛋白质量30%），用保鲜膜密封后在80 ℃下水浴加热15 min，玉米醇溶蛋白膜液由黄色乳状变成趋近于棕色的透明溶液，再将成膜液均分成4 份，于室温下分别加入混合好的大蒜素-丁香酚（体积比4:3）精油，其中混合精油占体积分数分别为：0.50%、1.00%、1.50%、2.00%，同时在每份溶液中均加入2wt%的吐温-80 作为乳化剂，在10 000 r/min 条件下均质10 min，取2.00 mL的成膜液在培养皿上均匀铺膜，放置自然成膜，密封，干燥器中室温平衡48 h，备用。

1.2.2 大蒜素-丁香酚玉米醇溶蛋白膜性能的测定

1.2.2.1 外观

对比不同添加量的玉米醇溶蛋白膜在外观、颜色、均匀度方面的区别。

1.2.2.2 厚度

将制备好的玉米醇溶蛋白膜片对折4 次，并在折叠膜的中心和四周随机的选取9 个点，用螺旋测微仪测量每个点的厚度，重复8 次测定，取平均值得到单层玉米醇溶蛋白膜的厚度。

1.2.2.3 透明度

参考刘校男[18]的方法将待测玉米醇溶蛋白膜根据比色皿的大小裁剪成大小合适的矩形（10×40 mm），将裁剪的玉米醇溶蛋白膜贴附于比色皿内侧，在600 nm 的波长下测定玉米蛋白膜的透过率，以空比色皿作为对照，透明度按公式1 计算（透明度数值越大，膜越不透明）：

式中：

B——透明度；

T——膜在600 nm 的波长处的透过率，%；

X——膜的厚度，mm。

1.2.3 玉米醇溶蛋白膜对圣女果保鲜效果的测定

保鲜处理：将挑选的大小均匀、颜色鲜红、外表皮无损坏、无软化现象的圣女果，在配制好的膜液中浸泡1.5 min，自然晾干使其表面均匀包裹一层玉米醇溶蛋白膜，之后放入密封袋中保存备用，每袋装24 个圣女果。第一组（CK）：圣女果浸泡蒸馏水处理，做空白对照组，第二组（Z）：圣女果浸泡纯玉米醇溶蛋白成膜液中1.5 min，取出后自然晾干，第三组（AEZ）：圣女果在添加大蒜素-丁香酚所制成的成膜液中浸泡1.5 min，每组处理2 个重复，分别装入密封袋中保存用于后续测量。

1.2.3.1 质量损失的测定

采用称重法，在贮藏期间每隔一天测一次圣女果的重量，直至圣女果完全腐败，按照公式2 计算水果的质量损失率：

式中：

W——处理第n天后的质量损失率，%；

M0——原始质量，g；

Mn——贮藏第n天后的质量，g。

1.2.3.2 软化腐烂率的测定

以圣女果表面色泽鲜红，表皮无损坏，无软化腐烂为前提，观察并统计不同组中圣女果的软化腐烂情况。水果软化腐烂率按水果软化腐烂面积大小划分为四级[19]：

0 级，无软化腐烂、无伤害的新鲜圣女果；

1 级，软化腐烂面积小于圣女果面积的10%；

2 级，软化腐烂面积占圣女果面积的10%～30%；

3 级，软化腐烂面积大于圣女果面积的30%。

圣女果的软化腐烂率按公式3 计算：

式中：

C——软化腐烂率，%

L——软化腐烂级别；

n1——该级果实数量；

Lm——最高软化腐烂级别；

n总——总果实数量。

1.2.3.3 pH 值的测定

将按三组不同处理方法处理的圣女果样品去皮，精确称取10.00 g，研磨成匀浆后离心，取上清液，用数字pH 计测定上清液的pH 值。每组重复三次取平均值，每次测定时间分别为0、2、4、6 d。

1.2.3.4 褐变度的测定

将待测样品去皮后精密称取10.00 g，研磨、匀浆2 min，5 000 r/min 离心10 min，在波长410 nm 处测定每组上清液的吸光值A 并记录。按公式4 计算样品的褐变度D[20]：

1.2.3.5 Vc 含量的测定

采取比色法测定Vc 含量，维生素C 含量的计算[17]如公式5：

式中：

E——维生素C 含量，mg/100 g；

c——依标准曲线方程计算得到的圣女果中维生素C 浓度，μg/mL；

N——稀释倍数；

V1——测吸光度时吸取圣女果溶液的体积，mL；

V总——吸取圣女果定容总体积，mL；

V待测总——圣女果待测总体积，mL；

W总——圣女果质量，g。

1.2.3.6 可溶性糖含量

采取比色法测定可溶性糖含量[21]。

1.3 实验数据处理

数据采取Origin 8.0 和SPSS 9.0 进行处理。

2 结果与讨论

2.1 不同精油添加量对玉米醇溶蛋白膜性能的影响

2.1.1 添加大蒜素-丁香酚混合精油对玉米醇溶蛋白膜外观的影响

添加大蒜素-丁香酚混合精油对玉米醇溶蛋白膜外观如图1所示，随着添加的大蒜素-丁香酚混合精油体积分数的增加（自0.50%增加至2.00%），玉米醇溶蛋白膜的透明度下降，其中图1a 和1b 呈现的膜质相对较均匀，图1c 和1d 中膜质变的粗糙，图1d 中可见，制备的膜中产生少量气孔，推测这与制备过程中的剪切速度和添加大蒜素-丁香酚混合精油的用量有关。制备的玉米醇溶蛋白膜颜色呈现淡黄色，这与大蒜素-丁香酚混合精油中的彩色成分相关。

图1 含精油的玉米醇溶蛋白膜外观Fig.1 Appearance of zein film containing essential oil

2.1.2 添加大蒜素-丁香酚混合精油对玉米醇溶蛋白膜厚度及透明度的影响

由表1可以看出，随着加入大蒜素-丁香酚混合精油的加入，得到的玉米醇溶蛋白膜的厚度变化范围在0.072～0.093 mm，且随大蒜素-丁香酚混合精油体积分数的递增，膜厚度的变化是依次递增的，大蒜素-丁香酚混合精油体积分数在1.50%时，膜厚度变化差异显著（p＜0.05）。这是由于向成膜液中加入不溶性物质大蒜素-丁香酚混合精油，增加了膜结构的疏松度，导致膜的厚度增加[22]。

在透明度方面，由表1可以看出，随着加入的大蒜素-丁香酚体积分数的增加，透明度的变化范围在8.90～13.18，在大蒜素-丁香酚混合精油体积分数为1.50%时，制备的膜的透明度为10.29，且透明度数值在递增，分析原因可能为大蒜素及丁香酚中的有色成分和有序膜蛋白网络结构的破坏，导致膜透明程度降低[23]。因此适量增加大蒜素-丁香酚混合精油的含量可以有效增强玉米醇溶蛋白膜的光阻隔性能，提高保鲜膜的保鲜效果，但过高含量的大蒜素-丁香酚混合精油反而会影响其透明度。同样王麟等[24]认为黄芩和大黄提取液的PVA 复合薄膜中黄芩和大黄提取液添加量增多时，也会在膜液中出现颗粒分散不均匀和团聚现象，让复合膜雾度升高，这与本文蛋白膜的透光率的趋势相同，可能这与所用的精油的颜色和浓度有关。

表1 添加大蒜素-丁香酚混合精油对玉米醇溶蛋白膜厚度及透明度的影响Table 1 Effect of garlicin eugenol mixed essential oil on the thickness and transparency of zein film

2.2 大蒜素-丁香酚玉米醇溶蛋白膜对圣女果的保鲜效果

2.2.1 大蒜素-丁香酚玉米醇溶蛋白膜对圣女果贮藏期间失重率的影响

如图2，可以看出蒸馏水处理（CK）的圣女果在贮藏第2、4、6、8 天后水果的失重率分别为14.14%、27.23%、36.23%、48.37%。纯玉米醇溶蛋白膜处理组（Z）的数据处于三组处理数据之间，在贮藏第2～8 天失重率从11.20%升至42.43%，说明纯玉米醇溶蛋白膜对于水果的失重有一定的减慢作用，这可能因为水果浸泡入玉米醇溶蛋白膜液后，其表面会形成玉米蛋白膜，可以有效阻止水果与外部环境的物质交换，增加水果中水分向环境中流失的难度。采用大蒜素-丁香酚玉米蛋白膜处理（AEZ）圣女果后，在贮藏第2～8 天失重率从7.25%升至37.50%，相较于其他处理组水果的失重率有所下降，可见，圣女果表面涂覆AEZ 膜后，堵塞了果实表面的部分气孔，切断了水气透出果实通道，使水分损失减少[25]，可以推知大蒜素-丁香酚混合精油作为有效成分加入纯玉米蛋白膜液中，对水果贮藏过程中水分的消耗有着较好的减缓作用[26]，这是由于大蒜素和丁香酚自身的抑菌作用抑制了病菌对果实表皮的破坏，减缓了水分的流失，从而降低了果实的失重率。

图2 大蒜素-丁香酚玉米蛋白膜对圣女果贮藏期间失重率的影响Fig.2 Effect of allicin eugenol zein film on weight loss rate of virgin fruit during storage

2.2.2 大蒜素-丁香酚玉米蛋白膜对圣女果贮藏期间软化腐烂率的影响

根据图3中曲线可以看出三组处理水果的软化腐烂率均是呈现上升的趋势。其中空白组的水果腐烂速度最快，在处理后的第2 天腐烂率达到6.67%，第8 天腐烂率达到40.00%，腐烂率随着贮藏时间的延长升高，致腐作用主要是由于果实真菌的生长，同时加快果实自身代谢，导致腐烂败速度加快[27]。用纯玉米醇溶蛋白膜处理后的水果，腐烂速度减慢，在贮藏第8 天，该组水果的软化腐烂率为33.33%，这可能是由于玉米醇溶蛋白具有防潮、隔氧、抗紫外线等作用导致。可以明显看出用大蒜素-丁香酚混合精油的玉米醇溶蛋白膜处理后的圣女果的防腐烂效果有了很大的提升，在第8天软化腐烂率为20.14%，相较于前两组防腐效果显著，说明大蒜素-丁香酚混合精油的玉米醇溶蛋白膜处理对圣女果贮藏腐烂率的抑制效果最佳，这主要在于大蒜素精油与丁香酚精油均有抗菌防腐、杀虫、抗氧化的作用，二者混合后与纯玉米醇溶蛋白复合，可以降低软化腐烂的效果。同时从圣女果实物图（处理第6 天）可以看出，AEZ 膜处理的圣女果（图4b）能保持果实硬度，降低其软化腐烂程度，相较于CK 而言，AEZ膜处理的圣女果能够保持外观完整。

图3 大蒜素丁香酚玉米蛋白膜对圣女果贮藏期间软化腐烂率的影响Fig.3 Effect of allicin eugenol corn gluten film on softening and decay rate of virgin fruit during storage

图4 不同处理对圣女果贮藏期间（6 d）外观的影响Fig.4 Effects of different treatments on the appearance of virgin fruit during storage (6 d)

2.2.3 大蒜素-丁香酚玉米蛋白膜对圣女果贮藏期间pH 值的影响

有机酸在果蔬中的含量不光代表其口感，同时水果贮藏期间会发生酸败，进而影响水果的pH 值，三组圣女果的pH 值如图5所示，可以看到贮藏期间圣女果的pH 值整体变化幅度较大，大蒜素-丁香酚玉米醇溶蛋白膜液（AEZ）处理后的圣女果的pH 值变化缓慢，数值从4.65 升到4.95 又降至4.66，其次为纯玉米醇溶蛋白膜液（Z）处理后的圣女果，pH 值从4.47 升至4.92，第6 d 数值降为4.67，而对照组的pH 值也是先增加后降低的趋势。胡青霞[28]研究认为，低氧条件下果实无氧呼吸产生的乙醇（C2H5OH）是果实风味丧失的原因，因此可以认为用薄膜包装果实后进行冷藏，果实外观保持很好，但其风味会发生不同程度的变化，风味的变化会与贮藏期间其酸值有很大的关系。通过数据可以看出大蒜素-丁香酚混合精油对于减缓水果贮藏期间的酸败有着很好的效果，这与其具有良好的抑菌作用密切相关。

图5 大蒜素-丁香酚玉米蛋白膜对圣女果贮藏期间pH 值的影响Fig.5 Effect of allicin eugenol zein film on pH value of virgin fruit during storage

2.2.4 大蒜素-丁香酚玉米蛋白膜对圣女果贮藏期间褐变度的影响

由图6可知经过8 d 的贮藏后，水果总体的褐变度呈上升趋势。其中空白对照（CK）中圣女果的褐变度数值2.11～4.97 上升速度始终高于其他两组，在第8 天水果的褐变度达到4.97，且仍处于增加的趋势。以纯玉米蛋白膜液处理（Z）的圣女果的褐变度1.75～4.43的变化趋势处于三组之中，褐变速度小于空白组，大于大蒜素-丁香酚玉米蛋白膜组，原因是圣女果表面的玉米醇溶蛋白可以有效降低水果与外部环境间的氧气交换，抑制酶促反应的发生[29]。大蒜素-丁香酚玉米蛋白膜处理（AEZ）的圣女果的褐变度1.44～4.02 总体低于涂抹纯玉米蛋白膜的圣女果，原因是加入的大蒜素-丁香酚混合精油具有抑菌、抗氧化功能，能够显著阻止圣女果与外界环境中氧气的接触，有效减少水果贮藏期间的褐变速度，这与邓靖[30]的研究认为保鲜膜主要是隔绝氧气与果蔬表面的接触，从一定程度上减轻了果蔬褐变程度的结果是一致的。

图6 大蒜素-丁香酚玉米蛋白膜对圣女果贮藏期间褐变度的影响Fig.6 Effect of allicin eugenol corn gluten film on browning degree of virgin fruit during storage

2.2.5 大蒜素-丁香酚玉米蛋白膜对圣女果贮藏期间Vc 含量的影响

在贮藏期间水果中的Vc含量总体呈现下降的趋势如图7所示，可以看出空白组（CK）中Vc 在贮藏的8 d 期间变化幅度最大，在贮藏的8 d 内，Vc 含量从39.31 mg/100 g 下降至35.40 mg/100 g。纯玉米蛋白膜处理组（Z）Vc 含量在前6 d 下降较慢（39.36～38.06 mg/100 g），但第8 d 后下降速度加剧（35.81 mg/100 g）。大蒜素-丁香酚玉米蛋白膜处理（AEZ）圣女果的Vc 含量的下降速度较另两组有所延缓（39.40～36.39 mg/100 g），可见，大蒜素-丁香酚玉米蛋白膜对圣女果贮藏期间Vc 含量的保持效果最好，可能原因是蛋白膜能够阻止水果与外界环境的气体交换，把呼吸时进行气体交换的气孔，部分或完全封堵[31]，由于膜内合适的气调环境抑制了活性氧的产生，与此相似，Rai 等[32]研究也表明微孔膜能较好地维持黑莓的抗坏血酸含量。

图7 大蒜素-丁香酚玉米蛋白膜对圣女果贮藏期间Vc 含量的影响Fig.7 Effect of garlicin eugenol corn gluten film on Vc content of virgin fruit during storage

2.2.6 大蒜素-丁香酚玉米蛋白膜对圣女果贮藏期间可溶性糖含量的影响

如图8所示，可以看出三组样品中的糖含量在贮藏期均呈现上升的趋势，这与水果在贮藏期间水分的大量流失密切相关。空白组（CK）的可溶性糖含量变化较小，从第5 天的44.20%缓慢上升到第10 天的44.40%，经过纯玉米蛋白膜液处理（Z）的圣女果的可溶性糖含量由第5 天的40.10%上升到第10 天的45.31%，增加了5.20%，而加入大蒜素-丁香酚作为主要成分的实验组（AEZ）中，可溶性糖的含量由第5 天的47.69%上升到第10 天的48.75%，增加了1.00%，可见加入纯玉米醇溶蛋白膜对贮藏期圣女果的可溶性糖含量的影响最大，而加入大蒜素-丁香酚作为主要成分的实验组对圣女果的可溶性糖含量的提升略低，这既符合保鲜的要求，又不增加大量的糖分，有利于食用的健康性。

图8 大蒜素-丁香酚玉米蛋白膜对圣女果贮藏期间可溶性糖含量的影响Fig.8 Effect of allicin eugenol corn gluten film on soluble sugar content of virgin fruit during storage

3 结论

本实验研究了负载大蒜素-丁香酚的玉米醇溶蛋白膜对圣女果的保鲜效果，结果表明配方中大蒜素-丁香酚混合精油的加入量为1.50%（体积分数）时，玉米醇溶蛋白膜在外观、厚度、透明度等方面表现良好，且其对贮藏期间圣女果的失重率具有减缓作用，可以降低腐烂软化率，减弱褐变度，同时可以调控储存期间果蔬的pH 值，维持较高的Vc 含量，对圣女果有良好的保鲜效果，可以在很大程度上延长圣女果的贮藏期，本实验结果为圣女果天然保鲜剂涂膜技术的研究提供了实验数据和理论依据，为研究其他抗菌保鲜材料提供了参考。