壳聚糖- 连翘精油复合可食膜的制备及其在草莓中保鲜应用

唐森，付美杨，韦巧艳，柳富杰，张鹏，4，苏龙*

（1.广西科技师范学院 食品与生化工程学院，广西 来宾 546199；2.广西科技师范学院 广西糖资源工程技术研究中心，广西 来宾 546199；3.广西科技师范学院 现代蔗糖业发展研究所，广西 来宾 546199；4.广西科技师范学院 特色瑶药资源研究与开发重点实验室，广西 来宾 546199）

目前国内外使用的普通塑料包装材料存在透湿性较大、热封性较差的缺点，且包装材料难以生物降解，会导致较为严重的生态环境问题[1-2]。为了让食品包装膜材料的可降解问题得到有效解决，制造一种光滑、透明度高且可食用的复合膜十分必要。壳聚糖是天然多糖甲壳素脱除部分乙酰基的产物，在C2位上分别被一个乙酰氨基和氨基代替，分子结构中的氨基基团比甲壳素分子中的乙酰氨基基团反应活性更强。含有游离氨基的壳聚糖是天然多糖中唯一的碱性多糖，具有生物降解性、生物相容性、无毒、抑菌、抗癌、降血脂、增强免疫力等多种生理功能，被广泛制成用于食品包装的复合膜[3-5]。

研究表明，连翘及其叶、果实均具有抑菌、抗病毒、抗氧化、抗衰老、抑制癌细胞增殖等多种生物活性[6-8]。经过蒸馏提取出来的连翘精油，含有高比例的蒎烯成分，其可增强肾上腺素、对抗压力、抗关节炎、驱虫、抑制真菌、抗氧化，能有效清除有机自由基和超氧阴离子自由基[9]。此外，连翘精油还可作为新型的天然食品防腐剂在食品工业中发挥作用[10]。所以，选择连翘精油制备复合膜，具有广阔的使用前景。已有较多针对不同精油与可食膜结合，分析其抑菌性能以及对可食膜性能提升的相关研究。

草莓又叫红莓、洋莓、地莓等，是蔷薇科草莓属植物，营养丰富，被誉为“水果皇后”，含有大量维生素，具有多种药用价值，例如明目、防癌、降血脂等[11]。但其果皮极薄，在采收、贮藏、运送过程中极易受到外界对其的物理碰撞，造成机械损伤，同时受到微生物的污染，导致腐败变质，使其耐藏期和货架寿命大大缩短[12-14]。

本研究以壳聚糖为成膜材料，添加连翘精油制备复合可食膜，通过对不同连翘精油添加量复合可食膜性能的研究，获得最佳比例的壳聚糖-连翘精油复合可食膜，并将其应用于草莓的保鲜研究中，以期为壳聚糖-连翘精油复合可食膜在食品中的应用提供参考。

1 材料与仪器

1.1 材料与试剂

红颜草莓：采自广西来宾市体育馆旁开心草莓园，选择八成熟的草莓果实，大小均匀、无机械损伤、无病虫害、采后及时运至广西科技师范学院工学楼205 实验室。连翘精油：江西海瑞天然植物有限公司；乙酸（分析纯）：天津市科密欧化学试剂有限公司；壳聚糖（生物试剂，脱乙酰度80.0%～95.0%）、明胶（分析纯）：成都西亚化工股份有限公司；甘油、吐温-80、氯化钙、氢氧化钠（均为分析纯）：上海泰坦化学有限公司；三氯乙酸（分析纯）、L（+）-抗坏血酸标准品（色谱纯）：成都市科隆化学品有限公司；2-硫代巴比妥酸：国药集团化学试剂有限公司；草酸、2，6-二氯靛酚钠盐（均为分析纯）：上海麦克林生化科技有限公司。

1.2 仪器与设备

GZX-GF101-3BS 型电热恒温鼓风干燥箱：上海跃进医疗器械有限公司；FA2004 型电子天平：上海舜宇恒平科学仪器有限公司；PQX-350HP 型722S 紫外-可见分光光度计：上海仪电分析仪器有限公司；DF-101S型集热式磁力加热搅拌器：金坛市医疗仪器厂；FS-18G型高剪切分散乳化均质机：金坛市城东宏业实验仪器厂；PT-1198GDT 型小型拉力机试验机：宝大仪器有限公司；H1850 型台式高速离心机：湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；WYA-2S 型数字阿贝折光仪：上海仪电物理光学仪器有限公司；TA.XTC-18 型质构仪：上海保圣实业发展有限公司；DHP-9082 型电热恒温培养箱：上海一恒科学仪器有限公司；GB/T 21388-2008 型电子数显千分尺：无锡凯保鼎工具有限公司；JBL-21L真空消泡桶：温州市翔龙五金有限公司。

2 试验方法

2.1 复合可食膜的制备

称取2 g 壳聚糖溶于1%乙酸溶液中配制成体积分数为2%的壳聚糖溶液，在50 ℃下磁力搅拌2 h 至壳聚糖完全溶解。取100 mL 体积分数为2%的壳聚糖溶液加入1.5 g 明胶，50 ℃水浴搅拌30 min，加入1.5 g甘油，添加不同体积（0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8 mL）的连翘精油、0.2 mL 吐温-80 和0.3 g 氯化钙，在均质机10 000 r/min 搅拌混合3 min，制成壳聚糖-连翘精油复合膜液，成膜液在真空消泡桶中脱气0.5～2.0 h。取10 mL 成膜液倒入90 mm 培养皿，置于40 ℃干燥箱中烘干8 h，待膜冷却后，将膜放置在恒温恒湿[（25.0±0.5）℃，相对湿度（relative humidity，RH）为53%（通过饱和MgNO3溶液维持）干燥器]条件下平衡16 h 备用。

2.2 壳聚糖-连翘精油复合可食膜性能测试

2.2.1 膜厚度检测

用电子数显千分尺（精确至0.001 mm）在每张复合可食膜上均匀取9 个点，测其厚度，取平均值作为膜的最终厚度。

2.2.2 膜的机械性能测定

拉伸强度（tensile strength，TS）和断裂伸长率（elongation at break，EAB）的测定参考GB/T 1040.1—2018《塑料拉伸性能的测定第1 部分：总则》中塑料拉伸性能的测定方法。

2.2.3 不透明度测定

不透明度的测定参考Nordin 等[15]的方法进行。

2.2.4 水蒸气透过系数（water vapour permeability，WVP）测定

水蒸气透过系数采用Lombo Vidal 等[16]的方法测定。

2.2.5 水溶性测定

水溶性采用Nordin 等[15]的方法测定。

2.2.6 吸湿率测定

吸湿率采用Nordin 等[15]的方法测定。

2.2.7 吸水率测定

吸水率采用Nordin 等[15]的方法测定。

2.3 壳聚糖-连翘精油复合可食膜对保藏过程中草莓品质的影响

用蒸馏水清洗草莓，轻缓捞出沥干水分。将草莓随机分配成7 组，每组50 个，放入烧杯中，其中6 组分别用添加不同精油量的壳聚糖-连翘精油复合可食膜封住杯口，进行保鲜。第7 组草莓做不封膜处理，作为空白对照试验。将7 组草莓保鲜样品置于25 ℃恒温培养箱内，每隔1 d 取1 次样品进行指标检测。

2.3.1 失重率测定

采用称重法测定草莓的失重率，具体参考王海丹等[17]的方法进行测定。

2.3.2 腐烂率测定

腐烂率参考王锋等[18]的方法进行测定。

2.3.3 硬度测定

果实在采摘后会出现水分流失、果胶水解的现象，这些腐败现象均会使果实的硬度变小。做封膜处理后，在保鲜期内每隔1 d 测1 次草莓硬度。随机小心拿取草莓进行硬度穿刺测定，并记录硬度值。使用质构仪测定草莓硬度，其参数设置为测试前速度1.00 mm/s、测试速度0.50 mm/s、测试后速度1.00 mm/s，探头为圆柱形探头（直径为2 mm）。最终结果取平均值。

2.3.4 可溶性固形物含量测定

可溶性固形物含量用数字阿贝折光仪进行测定，具体参考王海丹等[17]的方法进行。

2.3.5 有机酸含量测定

采用酸碱滴定法测定草莓有机酸含量（用柠檬酸表示）[19]。

2.3.6 维生素C 含量测定

采用GB 5009.86—2016《食品安全国家标准食品中抗坏血酸的测定》中2，6-二氯靛酚滴定法对草莓中VC含量进行测定。

2.3.7 丙二醛含量测定

丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法[20]测定。

2.4 数据统计分析

各组试验样品平行测试3 次，使用Excel 2003 对数据初步整理计算，试验结果以平均值±标准差表示，利用Origin 2019 软件绘图。

3 结果与分析

3.1 壳聚糖-连翘精油复合可食膜性能分析

3.1.1 连翘精油添加量对复合可食膜厚度的影响

连翘精油添加量对复合可食膜厚度的影响见图1。

图1 连翘精油添加量对复合可食膜厚度影响Fig.1 Effect of the amount of Forsythia suspensa essential oil added on the thickness of composite edible film

由图1 可知，壳聚糖-连翘精油复合膜的厚度不与连翘精油的添加量呈完全的线性关系。不添加连翘精油的壳聚糖复合膜的厚度为0.043 3 mm；连翘精油添加量为0.1 mL 时，复合可食膜厚度最小，为0.042 7 mm；当连翘精油的添加量为0.1～0.4 mL 时，膜厚度随连翘精油添加量的增加而增大；连翘精油添加量为0.4 mL时，膜的厚度没有达到最大，继续增加连翘精油添加量，膜的厚度开始缓慢变小；连翘精油添加量超过0.6 mL 时，膜的厚度继续上升；当连翘精油添加量达到0.8 mL 时，复合可食膜的厚度达到更高水平。不同连翘精油添加量的复合可食膜厚度不同，表明壳聚糖复合膜的分子排列方式不同，导致这一现象产生的因素：一是连翘精油添加量；二是复合膜自身水分含量。连翘精油作为复合膜中主要疏水性成分[21]，在添加时会造成膜内含水量降低，从而导致膜厚度减小。当连翘精油添加量为0.1～0.4 mL 时，连翘精油添加量对膜厚度的影响大于膜自身水分含量减少对膜造成的影响，膜厚度增加较快。之后，连翘精油添加量与水分含量对膜厚度的影响相互制衡，导致形成不同厚度的复合可食膜。

3.1.2 连翘精油添加量对复合可食膜机械性能的影响

图2 为连翘精油添加量对复合可食膜机械性能的影响。

图2 连翘精油添加量对复合可食膜拉伸强度和断裂伸长率影响Fig.2 Effect of the content of Forsythia suspensa essential oil on TS and EAB of composite edible film

由图2 可知，连翘精油添加量对壳聚糖复合膜的抗拉伸强度和断裂伸长率的影响呈现不同的趋势[22]。随着连翘精油添加量的添加，抗拉伸强度呈减小的趋势，而断裂伸长率呈波动趋势。可见，不添加连翘精油的复合膜抗拉伸强度最好，其强度为21.623 1 MPa。当连翘精油添加量为0.6 mL 时，断裂伸长率达到最大，为79.99%。出现此现象的原因是连翘精油是疏水性成分，随着连翘精油添加量的提高，其与壳聚糖间的相互作用力和水分子与壳聚糖间的相互作用力相互影响，从而改变了复合膜的孔径大小，使复合膜原来的分子排列方式发生改变。

3.1.3 连翘精油添加量对复合可食膜不透明度的影响

图3 为连翘精油添加量对复合可食膜不透明度的影响。

图3 连翘精油添加量对复合可食膜不透明度的影响Fig.3 Effect of the amount of Forsythia suspensa essential oil added on the opacity of the composite edible film

由图3 可知，连翘精油添加量为0～0.2 mL 时，壳聚糖复合膜的不透明度基本没有明显变化；当连翘精油添加量超过0.2 mL 时，不透明度开始逐渐下降；继续添加连翘精油超过0.6 mL 时，不透明度突然增大。这是由于连翘精油添加量的添加，逐渐破坏了壳聚糖原本稳定的分子间结构[15]，从而导致壳聚糖分子重新排列，不透明度下降；继续添加连翘精油，精油量过多，使复合膜的不透明度突然增大。由此可以得出，连翘精油添加量较少时，对壳聚糖-连翘精油复合膜的不透明度没有明显的影响。

3.1.4 连翘精油添加量对复合可食膜水蒸气透过系数的影响

图4 为连翘精油添加量对复合可食膜水蒸气透过系数的影响。

图4 连翘精油添加量对复合可食膜水蒸气透过系数的影响Fig.4 Effect of Forsythia suspensa essential oil on WVP of composite edible film

由图4 可知，壳聚糖-连翘精油复合可食膜的WVP整体呈增加趋势，不添加连翘精油的壳聚糖复合膜的WVP 最低，为0.56[g·mm/（kPa·h·m2）]。当连翘精油添加量为0.2 mL 时，随着连翘精油添加量的提高，壳聚糖-连翘精油复合可食膜的WVP 增大。复合膜的WVP一般取决于其疏水成分所占比例，连翘精油作为疏水性成分，加入到膜液的同时，与壳聚糖分子间产生相互作用力，导致壳聚糖复合膜内空隙变大，孔洞增多，从而壳聚糖复合膜的致密性下降，使得水分子更易透过和运动。所以，复合膜的WVP 逐渐增大。

3.1.5 连翘精油添加量对复合可食膜水溶性的影响

图5 为连翘精油添加量对复合可食膜水溶性的影响。

图5 连翘精油添加量对复合可食膜水溶性的影响Fig.5 Effect of Forsythia suspensa essential oil on water solubility of composite edible film

由图5 可知，不添加连翘精油的壳聚糖复合膜水溶性为20.57%，随着连翘精油添加量的不断增加，复合膜的水溶性增加。复合膜中的溶解物主要是乙酸盐，其易溶于水。连翘精油是挥发性物质，在恒温箱（105 ℃）烘干过程中，部分连翘精油在空气中挥发，导致连翘精油与壳聚糖分子间的作用力减小，从而壳聚糖-连翘精油复合可食膜的结构密度也下降。因此，水溶性随连翘精油添加量的增加而增加，当连翘精油添加量达到0.8 mL 时，水溶性最大，为42.19%。

3.1.6 连翘精油添加量对复合可食膜的吸湿率的影响

图6 为连翘精油添加量对复合可食膜吸湿率的影响。

图6 连翘精油添加量对复合可食膜吸湿率的影响Fig.6 Effect of Forsythia suspensa essential oil addition on moisture absorption of composite edible film

由图6 可知，随着连翘精油添加量的增加，壳聚糖-连翘精油复合可食膜的吸湿率呈现先下降再上升最后下降的趋势。连翘精油添加量为0.1 mL 时，吸湿率最小，为6.75%，相比于不添加连翘精油的复合膜下降0.48%；当连翘精油添加量为0.2 mL 时，吸湿率最大，为9.52%，比不添加连翘精油的复合膜上升2.29%。连翘精油作为疏水性成分，连翘精油与壳聚糖间的分子作用力小于氢键的作用力，吸湿性下降。连翘精油添加量继续增加，膜原有结构被破坏，分子重排，形成新的网络结构，趋于稳定，吸湿率有所下降。

3.1.7 连翘精油添加量对复合可食膜吸水率的影响

图7 为连翘精油添加量对复合可食膜吸水率的影响。

图7 连翘精油添加量对复合可食膜吸水率的影响Fig.7 Effect of Forsythia suspensa essential oil on water absorption of composite edible film

由图7 可知，壳聚糖-连翘精油复合可食膜的吸水率整体呈先上升后下降的趋势。不添加连翘精油的复合可食膜的吸水率为374.94%，随着连翘精油添加量的增加，吸水率上升；当添加量达到0.2 mL 时，吸水率最高，为393.84%；随着连翘精油添加量的继续增加，吸水率逐渐下降。连翘精油初添加时，引入了氢键，增强了其与膜的分子间作用力，使复合膜的吸水率有所提高。连翘精油添加量继续增加，破坏了复合膜原来稳定的结构状态，孔洞缝隙逐渐增多，分子作用力下降，所以吸水率随连翘精油添加量的增加而降低。

3.2 壳聚糖-连翘精油复合可食膜对草莓的保鲜作用分析

3.2.1 复合可食膜对草莓失重率的影响

图8 为复合可食膜对草莓失重率的影响。

图8 不同连翘精油添加量的复合可食膜对草莓失重率的影响Fig.8 Effect of compound edible film with different amounts of Forsythia suspensa essential oil on strawberry weight loss rate

由图8 可知，各组草莓的失重率均随贮藏时间的延长而升高，尤其是不封膜的草莓组，其失重率远远高于其他封膜组。封膜处理的草莓中，不添加连翘精油的壳聚糖复合膜组的草莓失重率与其他各组间差异明显，其他封膜处理的5 组草莓之间的差异不明显。结果表明，添加了连翘精油的壳聚糖复合膜具有抑菌作用，可以减少草莓水分流失，延长草莓货架期。

3.2.2 复合可食膜对草莓腐烂率的影响

图9 为复合可食膜对草莓腐烂率的影响。

图9 不同连翘精油添加量的复合可食膜对草莓腐烂率的影响Fig.9 Effect of compound edible film with different amounts of Forsythia suspensa essential oil on strawberry rotten rate

由图9 可知，贮藏期间各组草莓的腐烂率均随贮藏时间的延长而持续上升，尤其不封膜处理的草莓腐烂率的上升速度远超过其他封膜处理的草莓。6 组封膜处理草莓的腐烂率之间的差异不明显。可见，添加了连翘精油的壳聚糖复合膜具有抑菌性，可以减缓草莓的腐烂速度。

3.2.3 复合可食膜对草莓硬度的影响

图10 为复合可食膜对草莓硬度的影响。

图10 不同连翘精油添加量的复合可食膜对草莓硬度的影响Fig.10 Effect of compound edible film with different amounts of Forsythia suspensa essential oil on the hardness of strawberry

由图10 可知，贮藏期间各组草莓的硬度均随贮藏时间的延长而整体呈下降趋势，尤其不封膜处理的草莓硬度下降速度远超过其他封膜处理的草莓，这是由于空白对照组没有可食膜的保护，水分损失较多，果肉细胞壁被迅速降解，水溶性果胶含量增加，果肉变软，硬度下降明显，而试验组因为有可食膜的保护，所以草莓的呼吸作用被抑制，代谢减慢，硬度下降幅度较小[23]。结果表明壳聚糖-连翘精油复合可食膜能够有效抑制果实的软化。

3.2.4 复合可食膜对草莓可溶性固形物含量的影响

图11 为复合可食膜对草莓可溶性固形物含量的影响。

图11 不同连翘精油添加量的复合可食膜对草莓可溶性固形物含量的影响Fig.11 Effect of compound edible film with different amounts of Forsythia suspensa essential oil on the soluble solid content of strawberry

由图11 可知，除添加0.2 mL 连翘精油的膜从第1 天开始草莓可溶性固形物含量就保持下降外，其他各组草莓的可溶性固形物含量均在第1 天上升后再持续下降，添加0.1 mL 连翘精油组在贮藏第1 天时的可溶性固形物含量最大，达到7.58%。在本试验中，选择的是八分熟的草莓，新采摘下来的草莓没有完全熟透，一般在5～6 d 后完全熟透，而可溶性固形物含量同时又与果实的成熟度相关，所以在贮藏初期，可溶性固形物含量增加。随着贮藏时间的延长，部分可溶性糖参与机体的呼吸作用而被消耗，所以可溶性固形物含量下降，且封膜处理的草莓可溶性固形物含量低于未封膜处理的草莓。

3.2.5 复合可食膜对草莓有机酸含量的影响

图12 为复合可食膜对草莓有机酸含量的影响。

图12 不同连翘精油添加量的复合可食膜对草莓有机酸含量的影响Fig.12 Effect of compound edible film with different amounts of Forsythia suspensa essential oil on the organic acid content of strawberry

由图12 可知，在贮藏期间，每组保鲜草莓的有机酸含量均下降，且不封膜处理的草莓有机酸含量比其他各组下降得快。从整体上看，封膜的6 组草莓有机酸含量差异并不明显，这说明添加了连翘精油的壳聚糖复合膜可以减缓草莓有机酸含量的下降速度，对于草莓的保鲜有一定作用。

3.2.6 复合可食膜对草莓VC含量的影响

图13 为复合可食膜对草莓VC含量的影响。

图13 不同连翘精油添加量的复合可食膜对草莓VC 含量的影响Fig.13 Effect of compound edible film with different amounts of Forsythia suspensa essential oil on the VC content of strawberry

由图13 可知，在贮藏期间，各试验组草莓的VC含量均随贮藏时间的延长整体呈下降趋势，而不封膜处理的草莓VC含量的下降趋势稍快于6 组封膜草莓。这是因为在果实贮藏过程中，经覆膜处理的草莓能被有效抑制呼吸作用，连翘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径，从而可以减缓VC的氧化。

3.2.7 复合可食膜对草莓丙二醛含量的影响

图14 为复合可食膜对草莓丙二醛含量的影响。

图14 不同连翘精油添加量的复合可食膜对草莓丙二醛含量的影响Fig.14 Effect of compound edible film with different amounts of Forsythia suspensa essential oil on the content of malondialdehyde in strawberry

由图14 可知，贮藏期中，各试验组的丙二醛含量均随贮藏时间的延长而呈现持续上升趋势，不封膜处理的草莓丙二醛含量上升速度远快于封膜组草莓。6 组封膜处理的草莓中，丙二醛含量结果差异不明显。结果表明，添加连翘精油的复合膜对于草莓丙二醛含量的上升有延缓作用。

4 结论

本文通过制备添加不同含量连翘精油的壳聚糖复合膜，测定其机械性能和光学性能之后对草莓进行保鲜，探究草莓各项生理指标，试验发现壳聚糖复合膜中最适宜的连翘精油添加量为0.1 mL。添加连翘精油的壳聚糖复合膜在保鲜领域具有优良的发展前景，但本试验仅对草莓进行保鲜试验，所以0.1 mL 连翘精油添加量是否适用于其他果蔬尚需要更多试验来提供数据，在后续试验中将把连翘精油复合膜应用于其他果蔬，为添加连翘精油的壳聚糖复合膜的广泛制备及使用提供参考，以期复合膜在市场中得到广泛应用，扩大其使用前景。