以牛至精油为芯材的普鲁兰多糖/热塑性聚氨酯同轴静电纺丝膜的制备及对海鲈鱼鱼片的保鲜性能

黄艳茹，丁 洁，刘亮军，杨 旭，李秋莹，葛永红，励建荣，孙 彤,*

（1.渤海大学食品科学与工程学院，海洋食品精深加工关键技术省部共建协同创新中心，辽宁 锦州 121013；2.上海合全药物研发有限公司，上海 200120；3.青海民泽龙羊峡生态水殖有限公司，青海 海南藏族自治州 811800）

随着科技的进步和社会的发展，食品安全已成为一个具有挑战性的问题，特别是对于易腐水产品[1]。海鲈鱼味道鲜美、脂肪含量低，富含人体必需的氨基酸、不饱和脂肪酸、蛋白质和微量元素，广受消费者喜爱[2]。但由于其内源酶和腐败微生物促进了蛋白质水解和脂肪氧化，极易导致海鲈鱼腐败变质，进而影响其商业价值。因此，提高海鲈鱼的鲜度品质、延长其货架期是一个亟待解决的问题。

为了解决这一问题，本研究采用聚合物包埋抗菌、抗氧化剂，开发生物活性食品包装材料，以期抑制鱼类的腐败变质。植物精油普遍存在于植物的各个部分，是具有挥发性的芳香化合物，很多植物精油被视为天然防腐剂[3]。牛至是唇形科牛至属植物，从牛至中提取的牛至精油（oregano essential oil，OEO）富含生物活性物质，对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的生长均有抑制作用，同时还具有抗炎作用[4]。OEO的抗菌活性与其主成分百里香酚（thymol，Thy）和香芹酚（carvacrol，Car）有关[4]。Thy和Car是5-甲基-2-异丙基苯酚的同分异构体，它们有相似的抗菌性，可以对细胞膜造成结构和功能性的损伤；此外，Thy和Car还有很强的抗氧化活性[5]。近年来，OEO已被广泛用于食品、制药、化妆品和饲料行业[6]。然而，与其他的植物精油一样，若直接暴露于热、光或氧气中，其很容易蒸发或分解[7]。为了提高使用过程中植物精油的稳定性，同时克服其易挥发性，人们开发了微胶囊和纳米脂质体等封装方法[8-9]。同轴静电纺丝是近年来兴起的新技术，可以用于生产具有核/壳结构的纤维，产品具有高比表面积、高孔隙率、高封装效率等特点，有利于改善化合物的功能特性[10]。普鲁兰多糖（pullulan polysaccharide，Pul）是葡萄糖的线性均聚糖，具有与其他天然聚合物相似的可降解性及优异的成膜性、可塑性和生物相容性，已广泛应用于食品添加剂和环境修复剂等多个领域[11]。热塑性聚氨酯（thermo plastic polyurethane，TPU）是一种良好的工程热塑性弹性体材料，具有良好的拉伸性、热稳定性、透气性和生物相容性，被广泛用于伤口涂敷等生物医学领域，同时也逐渐应用于食品领域[12-13]。

本研究采用同轴静电纺丝技术制备OEO-Pul/TPU同轴静电纺丝膜，并表征其微观形貌，测定其理化性能和抗菌、抗氧化活性，评价其对海鲈鱼鱼片的保鲜效果。本研究可为生物保鲜剂及同轴静电纺丝技术在生鲜水产品保鲜中的应用提供理论参考和技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鲜活海鲈鱼购于辽宁省锦州市海鲜市场，质量为（1.80±0.10）kg。

TPU（1180A） 德国巴斯夫股份有限公司；Pu l、十六烷基三甲基溴化铵（纯度为9 9%，cetyltrimethylammonium bromide，CTAB）、2-硫代巴比妥酸（2-thiobarbituric acid，TBA）（纯度为98%）、溴甲酚绿（pH 3.8～5.4） 上海麦克林生化科技有限公司；平板计数琼脂培养基 北京奥博星生物技术有限责任公司；溴化钾（光谱纯）北京市津同乐泰化工产品有限公司；其他试剂均为分析纯；去离子水（电导率低于15 μS/cm）为自制。

1.2 仪器与设备

7890 N/ 5945 气相色谱-质谱联用（gaschromatography-mass spectrometry，GC-MS）仪、Scimitar 2000傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectrometer，FTIR）仪 美国安捷伦公司；MS-105DU电子分析天平 瑞士梅特勒托利多仪器有限公司；DF-II型集热式磁力搅拌器 江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司；ET-LB39H静电纺丝仪 北京永康乐业科技发展有限公司；DZF-1B真空干燥箱 山东鄄城威瑞科教仪器有限公司；TA-XT-PLUS质构仪 英国Stable Micro Systems公司；S-4800场发射扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM） 日本日立公司；Jeol-1230场发射透射电子显微镜（transmission electron microscope，TEM）日本电子株式会社；OCA 25视频光学接触角测量仪 德国数据物理仪器有限公司；Q2000 差示扫描量热仪 上海蔡睿科学仪器有限公司；Pyris Diamond热重分析仪 美国PE公司；Rigaku-Ultima IV X射线粉末衍射（X-ray powder diffraction，XRD）仪 日本理学公司；LRH-150型生化培养箱 上海一恒科学仪器有限公司；PHS-3C雷磁酸度计 郑州长城科工贸有限公司；UV-2550紫外-可见分光光度计 日本岛津公司；T25数显型均质机 上海珂淮仪器有限公司；Bagmixer 400W拍击式均质机 上海智理科学仪器有限公司；K9840凯氏定氮仪 郑州海能仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 OEO的GC-MS分析

采用GC-MS技术（HP-5MS色谱柱（30 m×250 μm，0.25 μm），载气为He，电子轰击（electron impact，EI）离子源）分析OEO的主成分。将OEO用正己烷稀释10 000 倍，进样量1 μL，进样口温度250 ℃，流速1 mL/min，m/z50～1 000全扫描。

1.3.2 同轴静电纺丝膜的制备

取TPU 15.00g，在磁力搅拌的条件下溶于100.0 mLN,N-二甲基甲酰胺（N,N-dimethylformamide，DMF）和四氢呋喃（tetrahydrofuran，THF）的混合溶液（体积比4∶1）中，再加入0.5 g CTAB，搅拌至完全溶解，得到15.0% TPU溶液。取0.50 g Pul溶于10.0 mL DMF溶液中，再分别加入0.300 0 g Thy、Car或OEO，搅拌至完全溶解，得Thy-Pul溶液、Car-Pul溶液和OEO-Pul溶液，不加生物保鲜剂即得Pul溶液。分别以Thy-Pul溶液、Car-Pul溶液、OEO-Pul溶液和Pul溶液为芯层，以TPU溶液为壳层，在下述条件下进行静电纺丝，制备同轴静电纺丝膜。静电纺丝条件：正电压17.76 kV、负电压－1.80 kV、壳层流速0.2 mm/min、芯层流速0.1 mm/min、接收距离24.0 cm、平移速率300 mm/min、温度（25±1）℃、相对湿度40%～50%。纺丝结束后揭膜，密封保存。

1.3.3 同轴静电纺丝膜的表征

同轴静电纺丝复合薄膜在20 kV喷金处理3 min后用场发射SEM观察其微观形貌。在SEM图像中测量同轴静电纺丝纤维的直径，采用ImageJ软件计算纤维的直径分布[14]。静电纺丝过程中在铜网上接收同轴静电纺丝纤维，用TEM观察其核壳结构[14]。将同轴静电纺丝膜裁剪成边长1 cm的正方形薄膜用于XRD分析，测定条件：CuKα辐射为40 kV，50 mA，步长为0.02°，扫描范围为5°～70°。将适量样品剪碎后与KBr（1∶100，m/m）混合，充分研磨后压片，用FTIR仪进行FTIR分析，测定条件：4 000～400 cm－1，分辨率4 cm－1[15]。采用差示扫描量热仪和热重分析仪在氮气条件下测定薄膜的热稳定性。前者测试温度范围为40～240 ℃，后者为30～600 ℃，升温速率均为10 ℃/min[16]。

1.3.4 同轴静电纺丝膜理化性能的测定

取长40 mm、宽20 mm的薄膜，采用TA-XT-PLUS质构仪在拉伸速率为2.0 mm/s的条件下测定其拉伸强度（tensile strength，TS）和断裂伸长率（elongation break，EB）[17]。采用质量法测定样品的水蒸气透过率（water vapor transmission rate，WVTR）[18]，将样品密封于装有3.00 g无水氯化钙的称量瓶中，称量后记录初始质量。将称量瓶放入底部装有饱和氯化钠溶液的干燥器中，48 h后每2 d测定一次质量，为期1 周，WVTR按下式计算。

式中，WVTR为水蒸气透过率/（g/（m2·d））；Δm为称量杯质量增加量/g；S为样品的有效面积/m2；t为测定时间/d。

将静电纺丝膜裁成1 cm×2 cm的长方形，采用质量法测定膜的含水量（water content，WC）、溶胀度（swelling degree，SD）和水溶性（water-solubility，WS），参考Alizadeh-Sani等[19]的方法计算。采用切线法，用视频光学接触角测量仪测量静电纺丝膜对水的静态接触角，每个样品选取5 个不同位置滴加蒸馏水测定[20]。

1.3.5 同轴静电纺丝膜中保鲜剂释放性能的测定

取2 cm×2 cm静电纺丝膜于100 mL的磷酸盐缓冲液（50 mmol/L，pH 7.4）中，保存于4 ℃冰箱，一定时间后取1.0 mL溶液，测定274 nm波长处的吸光度，根据标准曲线计算芯材保鲜剂释放率，并绘制释放曲线。取样后再补充等体积磷酸盐缓冲液。

1.3.6 海鲈鱼鱼片的保鲜

1.3.6.1 海鲈鱼鱼片的处理

鲜活海鲈鱼用冰猝死后去头、去皮、去内脏，取两侧鱼肉，每片质量（100±5）g。用无菌水清洗鱼肉，用无菌纸擦拭干其表面水分备用。

在无菌操作台中，分别取实验制备的同轴静电纺丝膜，于20 W、254 nm波长的紫外灯下0.5 m照射30 min以杀灭其表面微生物。将擦拭干净的鱼片放于10 cm×10 cm的正方形同轴静电纺丝膜上，并整体放在有少量透气孔的塑料包装盒中，4 ℃贮藏，每3 d取样一次，测定鲜度指标。将无菌纸拭干表面的鱼片置于塑料包装盒中作为对照样品。

1.3.6.2 同轴静电纺丝膜抗菌性能的测定

以腐败希瓦氏菌和荧光假单胞菌为研究对象。用LB肉汤调节新鲜菌液至OD595nm≈0.5，取200 μL菌悬液于10.0 mL新的LB肉汤中，放入裁剪好的2 cm×2 cm静电纺丝膜，2 8 ℃摇床中培养一定时间后测定菌悬液的OD595nm。

1.3.6.3 鱼片新鲜度的测定

选取10 名水产组同学，按照雷志方等[21]的方法，从色泽、气味、外观、质地不同方面对鱼片进行感官评分。其中10 分为最佳，3 分为可接受最低值。取10.00 g鱼肉置于无菌蒸煮袋中，倒入90 mL无菌生理盐水，用拍打均质机拍打60 s，静置后进行梯度稀释，取适当浓度的稀释液，按照杨华等[22]的方法测定鱼肉的菌落总数（total viable count，TVC）。称取5.00 g搅碎的鱼肉，加入45 mL去离子水，均质后静置30 min，按照王明等[23]的方法测定鱼肉的pH值。称取10.00 g搅碎的鱼肉，加入25 mL去离子水，高速均质后加入25.0 mL 50 g/L的三氯乙酸，搅拌均匀后静置30 min过滤。再取5.00 mL 0.02 mol/L TBA与5.00 mL滤液混合，置于90 ℃恒温水浴反应30 min，冷水冷却至室温，以三氯乙酸为对照，测定样品在532 nm波长处的吸光度，按照张冉等[24]的方法测定鱼片的TBA值。称取5.00 g搅碎的鱼肉，加入40 mL去离子水，均质后过滤，收集滤液，按照王当丰等[25]的方法，采用凯氏定氮仪测定鱼片的总挥发性盐基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）值。

1.4 数据统计与分析

对薄膜表面水接触角进行5 次平行测定，其余实验均进行3 次平行测定，结果以平均值±标准偏差表示。采用SPSS 25.0软件进行统计学以及显著性分析（单因素方差分析），采用Origin 8.5软件绘图。

2 结果与分析

2.1 OEO-Pul/TPU同轴静电纺丝膜的表征及性能分析结果

2.1.1 静电纺丝膜的微观形态和结构表征

GC-MS检测结果表明，OEO中含98.48%（质量分数，下同）的Car和0.36%的Thy。静电纺丝膜的纤维形态及其尺寸会受所用材料、溶液黏度和电导率等因素的影响[26]。如图1A1、A3所示，Pul/TPU同轴静电纺丝纳米纤维表面光滑、无断裂，形成三维网络结构，但粗细不均，平均直径为（149.50±45.60）nm。如图1B1～D1、B3～D3所示，加入Thy、Car和OEO后，纤维表面依旧光滑，平均直径分别增大至（196.52±42.80）、（175.47±39.31）nm 和（156.18±40.94）nm，说明保鲜剂的加入不仅对同轴静电纺丝纤维的形态无明显的影响，且可使纤维变粗，并使单个纤维直径更为均匀。这可能是由于多糖糖苷键的氧原子与多酚的羟基相互作用，使分子间氢键作用增强[27]；或是由于保鲜剂的加入改变了Pul溶液的特性[28]，使聚合物链结的缠结程度增强，进而提高了溶液黏度。如图1A2～D2所示，纤维均呈现出同轴结构，说明静电纺丝纤维形成过程中，芯材与壳层脱溶剂后未完全混匀，有明显的分界面。

图1 同轴静电纺丝膜的SEM图像、TEM图像和纤维直径分布Fig.1 SEM and TEM images and fiber diameter distribution of coaxial electrospinning films

由图2A可以看出，TPU膜在2θ＝20.80°处出现了较宽的非晶态衍射峰，说明其为非晶态结构；Pul颗粒在2θ＝20.36°处也出现较宽的非晶态衍射峰，为非晶态物质；Thy在2θ＝7.96°、16.88°、19.00°和20.86°处均有尖锐的衍射峰，说明Thy为晶体。与TPU单轴静电纺丝膜相比，图2B中Pul/TPU同轴静电纺丝膜的XRD衍射峰左移，说明壳层和芯层的成膜基质形成了氢键或共轭结构，进而影响了膜的非晶态结构；芯层中加入Thy、Car和OEO后，Pul/TPU膜衍射峰右移，说明保鲜剂与多糖之间发生了相互作用，影响了膜的非晶态结构；在加入Thy和OEO的Pul/TPU膜中未发现Thy晶体的衍射峰，可能是由于Thy被包埋于纤维内部，且含量较少，因此未检出[29]。

图2 原料及同轴静电纺丝膜的XRD（A、B）和FTIR（C、D）谱图Fig.2 XRD (A and B) and FTIR (C and D) spectra of raw materials and coaxial electrospinning films

如图2C、D所示，3 600～3 300 cm－1处的吸收峰是—OH的伸缩振动峰，2 963～2 857 cm－1附近是甲基和次甲基的C—H伸缩振动峰。如图2C所示，1 708 cm－1处是氨酯羰基伸缩振动峰，1 533 cm－1处为聚氨酯—C—NH—的振动吸收峰；1 076 cm－1处为多糖1,4-糖苷键的伸缩振动吸收峰，924 cm－1和851 cm－1附近分别为Pul的α-1,4-糖苷键和α-1,6-糖苷键的吸收峰[30]。与Thy相比，Car位于3 600～3 300 cm－1处的吸收峰变宽，且向高波数方向移动，说明中Car含有更多的游离—OH，即未形成缔合状态的—OH结构。即Thy有序，而Car分子更加无序，从另一个角度印证了Thy为晶体，Car为非晶态。OEO的—OH振动吸收峰介于两者之间（图2C），这是由于OEO为Car和Thy的混合物，与Friné等[31]的研究结果相似。保鲜剂在2 961 cm－1附近有特征峰，归因于饱和C—H的伸缩振动，其余特征峰主要分布在1 700～1 200 cm－1之间[32]。其中1 622 cm－1处是苯环的C＝C骨架振动峰，1 584 cm－1处是芳香族的弯曲振动峰，1 423、1 354 cm－1处是C—H的面内弯曲振动峰，1 246 cm－1处是C—O的伸缩振动峰。与图2C相比，图2D中Pul/TPU纤维膜在3 600～3 300 cm－1处的吸收峰变宽且向低波数方向移动，这可能是由于TPU与Pul之间形成了氢键所导致的。Pul/TPU膜的谱图中出现了Pul糖苷键的吸收峰，说明Pul已经被包覆在静电纺丝纤维中。与图2D中其他样品相比，Car-Pul/TPU膜谱图中位于3 334 cm－1处的吸收峰变宽，且向高波数方向移动，说明Car-Pul/TPU膜中含有更多未形成缔合状态的游离—OH结构，这与二者的晶体状态分析结果一致。OEO-Pul/TPU膜谱图中的—OH振动吸收峰介于两者之间，是由于OEO为Car和Thy的混合物，这与Friné等[31]的研究结果相似。与图2C相比，图2D中保鲜剂原来位于1 622、1 584 cm－1和1 246 cm－1处的特征吸收峰分别蓝移至1 602、1 533 cm－1和1 226 cm－1处，说明保鲜剂已被成功包覆于静电纺丝膜中，且与Pul和TPU形成了氢键等或形成了共轭结构。

差示扫描量热仪可通过吸收峰消失或移动情况来表征组分之间的相互作用、分解或溶剂挥发情况。如图3A所示，与Pul/TPU膜相比，加入保鲜剂后，膜的玻璃化转化温度（Tg）显著降低，这可能是多糖与保鲜剂相互作用影响了其结构导致的。其中Thy-Pul/TPU膜的Tg为71.34 ℃，Car-Pul/TPU膜的Tg为79.98 ℃，这可能是由于Thy和Car的晶体结构差异造成的。而OEO-Pul/TPU膜的Tg介于二者之间，是由于OEO具有多组分，这与Luís等[33]的研究结果一致。

图3 同轴静电纺丝膜的差示扫描量热分析（A）、热重分析（B）和导数热重分析（C）图Fig.3 Differential scanning calorimetry (A),thermogravimetric analysis (B) and derivative thermogravimetry analysis (C) of coaxial electrospinning films

不同样品的热稳定性可借助热重分析进行评估。如图3B、C所示，静电纺丝膜热降解主要分为3 个阶段。第一阶段，低于100 ℃时的质量损失主要归因于水和溶剂的蒸发以及保鲜剂中易挥发成分的挥发，这一阶段质量损失极少，说明膜的WC极少。第二阶段开始于250 ℃左右，静电纺丝膜表现出相同的热降解趋势，这主要归因于聚合物链和保鲜剂的热降解，此时质量损失率在70%～75%之间。与Pul/TPU膜相比，Thy-Pul/TPU膜的分解温度无变化，Car-Pul/TPU膜的分解温度略有提高，这可归因于非晶体的Car中大量游离—OH与聚合物链之间的氢键作用力增强。OEOPul/TPU膜的分解温度下降，这可能是因为OEO中的多组分复合阻断了部分聚合物分子间氢键的形成。第三阶段为350～450 ℃，主要是由于聚合物的碳化。上述结果表明，保鲜剂的加入对静电纺丝膜的热稳定性影响不显著。

2.1.2 静电纺丝膜的理化性能分析

由表1可见，Pul/TPU膜的TS较大，EB较小，加入保鲜剂后膜的TS均减小，EB均增大。这主要是由于保鲜剂的添加破坏了聚合物排列的连续性，同时提高了静电纺丝膜的柔韧性和聚合物链的流动性[35]。

表1 同轴静电纺丝膜的理化性能Table 1 Physicochemical properties of coaxial nanofiber films

WVTR是研究包装材料的重要参数，WVTR越低表明膜对水蒸气的阻隔性能越好。如表1所示，加入保鲜剂后，Pul/TPU膜的WVTR不同程度降低，即其对水蒸气的阻隔性能增强。这是由于疏水性的保鲜剂均匀分散在静电纺丝膜的芯层中，同时，静电纺丝膜的空间网络结构变化，使水分子扩散路径更加曲折。此外，精油与Pul官能团之间的相互作用削弱了多糖与水分子间的相互作用，有效抑制了水分子的转移扩散[36]。

由表1可知，Pul/TPU膜具有较高的WC、SD和WS，这是因为Pul本身具有较多的亲水基团[37]。加入保鲜剂后，由于精油的疏水性使静电纺丝膜的WC显著降低，或是由于保鲜剂与多糖之间的相互作用，减弱了多糖与水分子间的氢键作用[38-39]。

如图4所示，静电纺丝膜的水接触角均小于90°，且经60 s润湿后，其水接触角大幅降低，说明样品均呈亲水性。这是由于Pul提供了亲水基团，提高了水对静电纺丝膜表面的润湿性。加入保鲜剂后，静电纺丝膜的水浸润速度低于Pul/TPU膜，这是由于Thy、Car和OEO被有效包裹在静电纺丝纤维中，改变了同轴静电纺丝膜的水浸润性[40]。本研究结果表明，OEO-Pul/TPU膜的水接触角大于Thy-Pul/TPU膜和Car-Pul/TPU膜，说明OEO精油中的多组分复合更有利于薄膜持水性能的提高，这与WC、SD和WS研究结果相印证。

图4 同轴静电纺丝膜的水接触角Fig.4 Water contact angles of coaxial electrospinning films

2.1.3 静电纺丝纤维中保鲜剂的释放特性及动力学分析

一般来说，环境温度、释放介质、保鲜剂的溶解性以及载体的SD等因素均会影响静电纺丝膜中保鲜剂的释放。如图5所示，同轴静电纺丝膜内的保鲜剂在20 h内快速释放，20～100 h内缓慢释放，而后其释放速率更低。分析认为，将包埋保鲜剂的静电纺丝膜置于磷酸盐缓冲液中后，膜表面残留和吸附的保鲜剂瞬间快速释放。此后，依靠膜纤维内外保鲜剂的浓度差推动其进一步释放。随着时间的延长，薄膜的聚合物壳层溶胀、水分渗透率增加、保鲜剂浓度下降，驱动力降低，进而导致其释放速率逐渐变平缓[41]。说明同轴静电纺丝膜的核壳结构有效控制了生物保鲜剂的释放。

图5 保鲜剂在同轴静电纺丝膜中的释放性能Fig.5 Release properties of preservatives in coaxial electrospinning films

表2 为释放曲线的动力学方程拟合结果。其中Logistic模型（R2＝0.992～0.981）和一级反应动力学模型（R2＝0.961～0.979）的拟合效果最好。在Logistic模型中，Thy的初始释放速率（A1）以及释放最快点速率（p）最低，其次是OEO，Car最高。这与保鲜剂结构差异及其在磷酸盐缓冲液中的溶解性有关，且纤维直径越大，保鲜剂释放越缓慢。OEO的最终释放率（A2）最高，其次是Thy，Car最低。在Car-Pul/TPU膜中，Car的非晶态结构使其与膜基质间的连接自由度更高，Car分子表面大量的游离—OH有利于保鲜剂与膜基质形成高于分子间作用力的氢键，在释放过程中，其所需的浓度推动力更大，故其总释放率最低。在Thy-Pul/TPU膜中，Thy为晶体物质，分子表面的—OH为缔合状态，故其总释放率较高。在OEO-Pul/TPU膜中，OEO为Thy和Car等组成的多组分混合物，多组分物质的加入破坏了聚合物排列的连续性，同时提高了膜的柔韧性和聚合物链的流动性，OEO与膜基质的结合力较弱，故其总释放率最高。综上所述，保鲜剂的释放行为是崩解与溶出机制的复杂耦合结果，且受纤维基质的控制。

表2 保鲜剂的释放动力学模型分析Table 2 Release kinetics models of preservatives from coaxial electrospinning films

2.1.4 同轴静电纺丝膜的抗菌性能

如图6所示，各同轴静电纺丝膜对腐败希瓦氏菌和荧光假单胞菌的抑菌性能相似。未处理和经Pul/TPU膜处理样品的细菌生长速度较快，在实验后期，经Pul/TPU膜处理的菌落生长速度更快，这是由于膜材料本身无抗菌性，而其多糖组分为细菌生长繁殖提供了营养。Pul/TPU膜中加入保鲜剂后，抑菌性能显著增强，其中Car-Pul/TPU膜的抑菌性能优于Thy-Pul/TPU膜，而OEO-Pul/TPU膜的抑菌性能最优。Thy和Car具有较强的抗菌、抗氧化性，可以通过破坏细菌细胞壁和脂质双分子层改变细胞膜的通透性，打破细胞质中的离子平衡和pH稳态，最终导致细菌死亡[42]。虽然Thy和Car是5-甲基-2-异丙基苯酚的同分异构体，但Thy是晶体物质，而Car呈现非晶态结构，在同等浓度且相同量的条件下，Car的活性基团数量更多，故其抗菌性能更优。OEO中的主成分Thy和Car具有协同增效作用，故其抗菌性能最优。

图6 同轴静电纺丝膜对腐败希瓦氏菌（A）和荧光假单胞菌（B）生长曲线的影响Fig.6 Effect of coaxial electrospinning films on the growth curves of Shewanella putrefaciens (A) and Pseudomonas fluorescens (B)

2.1.5 同轴静电纺丝膜对海鲈鱼鱼片的保鲜性能

新鲜鱼片呈白色、无异味且具有光泽。如图7A所示，随着贮藏时间的延长，所有样品的感官评分均呈下降趋势。经Pul/TPU同轴静电纺丝膜处理的鱼片在第9天率先达到不可接受值，未处理鱼片在第10天达到不可接受值，而经加入保鲜剂的Pul/TPU膜处理后，鱼片的感官评分下降减缓，在贮藏时间达到12 d时仍大于4 分，其中，经OEO-Pul/TPU膜处理的样品感官评分最高。由于Pul/TPU膜无抗菌性能，且其多糖组分可为微生物的生长繁殖提供营养物质，故经Pul/TPU膜处理后，鱼片的感官评分下降速度高于未处理样品。当Pul/TPU膜中加入保鲜剂后，保鲜剂作用于鱼片，起到抗菌、抗氧化作用，有效延缓了鱼片品质的劣变。OEO中的主成分Thy和Car具有协同增效作用，使OEO-Pul/TPU膜处理样品的感官评分优于同期其他样品。

图7 冷藏过程中海鲈鱼鱼片的品质变化Fig.7 Quality changes of Lateolabrax japonicus fillets treated with coaxial electrospinning films during cold storage

水产品在贮藏期间容易滋生腐败菌等微生物，其是导致鱼类腐败的主要原因之一。如图7B所示，随着贮藏时间的延长，所有样品的TVC均呈上升趋势。经Pul/TPU膜处理鱼片的TVC上升速度最快，在第9天超过可接受限值（6（lg（CFU/g）））。未处理鱼片的TVC略低于同期Pul/TPU膜处理样品。由于Pul为鱼片内微生物提供了营养来源，促进了鱼片内微生物的生长繁殖，故经Pul/TPU膜处理后，鱼片的TVC上升速度略高于未处理样品。而经加入保鲜剂的Pul/TPU膜处理后，鱼片的TVC上升缓慢，其中，Car-Pul/TPU膜处理鱼片的TVC低于同期Thy-Pul/TPU膜处理鱼片，其分别在第11天和第10天达到可接受限值；经OEO-Pul/TPU膜处理鱼片的TVC在贮藏至12 d时仍在可接受范围内。这是由于Car的抗菌性能优于Thy，且OEO的各组分具有协同增效作用，与Pul/TPU膜的抗菌性能研究结果[43]一致。

一般来说，鱼体死后体内糖原分解为葡萄糖，无氧呼吸产生乳酸，使鱼片的pH值下降。而后，蛋白质和非蛋白质含氮化合物分解为碱性化合物，导致鱼片的pH值上升。如图7C所示，随着贮藏时间的延长，除经Car-Pul/TPU膜处理鱼片的pH值略有下降外，其他样品的pH值均上升。这可能是由于鱼片的蛋白质及含氮化合物分解阶段在第3天之前开始，与Vatavali等[44]的研究结果一致。其中，未处理鱼片的pH值上升速度最快，经Pul/TPU膜处理鱼片的pH值上升速度明显减缓，加入保鲜剂后效果更佳，Car-Pul/TPU膜处理样品在贮藏初期的pH值最低，OEO-Pul/TPU膜处理样品在贮藏后期的pH值上升速度最低。由于Pul/TPU膜具有较强的阻隔性能，可有效阻止外界氧化态物质对鱼片的入侵，从而抑制鱼片内含氮化合物的分解，进而延缓鱼片pH值的上升。而加入保鲜剂之后，薄膜内保鲜剂的缓释起到了长效保鲜的作用，其作用效果优于Pul/TPU膜处理的样品。由于Car具有强抗菌性能，且膜中Car的初期释放速度较大，在贮藏初期，Car-Pul/TPU膜中的Car快速释放并作用于鱼片，有效抑制了鱼片内微生物的生长繁殖，延缓了鱼片中含氮化合物的分解。同时，由于OEO具有协同增效抗菌性能，且OEO-Pul/TPU膜中OEO的总释放率最高，在贮藏后期的抗菌、抗氧化性能发挥得更好，故经OEO-Pul/TPU膜处理的鱼片在贮藏后期pH值上升速度最低。

鱼片的脂肪氧化程度可通过测定其中不饱和脂肪酸的主要降解产物丙二醛的含量来间接确定[45]。如图7D所示，随着贮藏时间延长，鱼片的TBA值呈上升趋势，在贮藏终点时仍在可接受范围内。与未处理鱼片相比，经Pul/TPU膜处理的鱼片TBA值上升速度更快，第12天时接近0.7 mg/kg，这与TVC的研究结果相印证。而经加入保鲜剂的薄膜处理后，鱼片的TBA值在第12天时仍低于0.5 mg/kg，且三者并无明显差异。这是由于Thy和Car作为多酚类物质能清除自由基，可延缓鱼片内脂肪氧化反应的快速进行[46]。

TVB-N是鱼肉中微生物生长代谢过程中分解蛋白质及非蛋白质含氮化合物产生的各种碱性含氮化合物，是评价鱼肉品质的重要指标[47]。如图7E所示，随着贮藏时间延长，鱼片TVB-N值呈现上升趋势。未处理鱼片的TVB-N值上升速度最快，在第8天达到可接受限值，Pul/TPU膜处理组次之，经加入保鲜剂的Pul/TPU膜处理后，鱼片的TVB-N值上升速度减缓，其中，经Car-Pul/TPU膜和OEO-Pul/TPU膜处理的效果最优。由于Pul/TPU膜具有一定的阻隔性能，可有效阻止外界氧化态物质对鱼片的影响，延缓含氮化合物的分解，所以TVB-N值的上升速率比未处理样品缓慢。而Pul/TPU静电纺丝膜内缓释的保鲜剂有效抑制了鱼片内微生物的生长，进而延缓蛋白质分解，并降低了细菌对非蛋白质氮化合物的氧化脱氨基能力，抑制TVB-N值的快速上升[48]。此外，由于Car和OEO的抗菌性能更优，可延缓鱼片蛋白质的分解，故Car-Pul/TPU膜和OEO-Pul/TPU膜有效抑制了鱼片TVB-N值的增加。

3 结论

本研究采用静电纺丝技术制备了以OEO及其主成分Thy和Car为芯材的Pul/TPU同轴静电纺丝膜。与纯Pul/TPU膜相比，加入保鲜剂后，静电纺丝纤维变粗，且单个纤维的直径更均匀。保鲜剂被成功包覆于静电纺丝膜中，且与芯层基材和壳层物质形成了高于分子间作用力的相互作用，影响了膜的非晶态结构，使静电纺丝膜的Tg、TS、SD显著降低，水蒸气阻隔性能和润湿性得到改善。Pul/TPU静电纺丝膜中保鲜剂的释放行为是崩解与溶出机制的复杂耦合，且其核壳结构可以有效控制保鲜剂的释放。包埋OEO及其主成分的Pul/TPU静电纺丝膜可有效抑制鱼片微生物的生长繁殖和蛋白质、脂肪的氧化，降低鱼片TVC、pH值、TBA值和TVB-N值的上升速度。且OEO中的主成分Car和Thy具有协同增效作用，使鱼片的货架期从8 d延长至12 d。本研究以天然多糖和生物保鲜剂为原料，通过静电纺丝技术制备食品包装材料，为解决水产品在贮藏过程中腐败变质的问题提供了理论支持，该方法在食品包装贮藏领域具有良好的应用前景。