半纖維素基復(fù)合保鮮膜的制備及其性能研究

瓊脂粉、牛肉膏、蛋白胨、聚乙烯醇（PVA，1788型，醇解度87%～89%）、茶多酚（試劑級(jí)）、聚木糖（Xylan，來(lái)源于玉米芯，相對(duì)分子質(zhì)量30000）、氯化鈉（分析純），購(gòu)于北京伊諾凱科技有限公司；金黃色葡萄球菌（ATCC6538）、大腸桿菌（ATCC25922），購(gòu)于上海魯微科技有限公司。

GY-3型硬度計(jì)，北京博普特科技有限公司；手持折光儀，陜西普洛帝測(cè)控技術(shù)有限公司；HMLS-1000電腦伺服萬(wàn)能拉力試驗(yàn)機(jī)，北京北廣精儀器設(shè)備有限公司；Nicolet IS10型傅里葉變換紅外光譜儀，美國(guó)Thermo Scientific公司。

圖1顯示了樣品的FT-IR圖譜。由圖1可以看出，Xylan/PVA復(fù)合保鮮膜在3250~3500 cm^-1處出現(xiàn)的寬譜帶為PVA和Xylan分子內(nèi)羥基的拉伸振動(dòng)峰，1260~1410 cm^-1處出現(xiàn)CH—OH彎曲振動(dòng)峰，2750~3000 cm^-1處出現(xiàn)C—H伸縮振動(dòng)峰。1650~1900 cm^-1處為羰基的伸縮振動(dòng)特征區(qū)，推測(cè)為Xylan上的乙酰基C=O的拉伸振動(dòng)峰。添加5.26%的TP后，1620~1660 cm^-1處芳酮的C=O特征峰強(qiáng)度增強(qiáng)，1140~1150 cm^-1處出現(xiàn)O—O特征峰。且Xylan/PVA/TP復(fù)合保鮮膜的羥基吸收峰產(chǎn)生紅移，推測(cè)原因是分子間的相互作用增強(qiáng)，即TP分子上的酚羥基與Xylan上的羥基形成新的氫鍵。

圖1  Xylan/PVA/TP復(fù)合保鮮膜和對(duì)照樣的FT-IR譜圖

Fig. 1  FT-IR spectra of xylan/PVA/TP composite cling-film and control sample

圖2為TP含量對(duì)復(fù)合保鮮膜拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的影響。由圖2可知，隨著TP含量的增加，復(fù)合保鮮膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢(shì)，當(dāng)TP含量為5.26%時(shí)，復(fù)合保鮮膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別達(dá)到最高值2.9 MPa和370.3%，相比未添加TP的對(duì)照樣，分別提高了116.6%、113.5%。當(dāng)TP含量小于等于5.26%時(shí)，復(fù)合保鮮膜強(qiáng)度的增加可能是由于TP分子結(jié)構(gòu)中含有的大量羥基與PVA和Xylan通過(guò)氫鍵相互連接，使復(fù)合保鮮膜中分子鏈結(jié)合更加緊密，形成不易斷裂的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而提高復(fù)合保鮮膜的力學(xué)性能。當(dāng)TP含量繼續(xù)增加時(shí)，由于TP本身為剛性化合物，其與PVA和Xylan結(jié)合可加固聚合物分子鏈，但同時(shí)會(huì)使復(fù)合保鮮膜的脆性增加，導(dǎo)致復(fù)合保鮮膜的力學(xué)性能下降。

圖2  TP含量對(duì)復(fù)合保鮮膜拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的影響

Fig. 2  Effect of TP content on the tensile strength and elongation at break of composite cling-flim

表1為不同TP含量復(fù)合保鮮膜的凈水蒸氣轉(zhuǎn)移率。由表1可知，隨TP含量的增加，復(fù)合保鮮膜的水蒸氣轉(zhuǎn)移率呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢(shì)，當(dāng)TP含量為5.26%時(shí)，復(fù)合保鮮膜的凈水蒸氣轉(zhuǎn)移率最低為1.2704×10⁶ g/d·m²·h，與對(duì)照組相比下降了43.10%，說(shuō)明TP的添加可以提高復(fù)合保鮮膜的阻隔性能。TP中的羥基與Xylan/PVA中的羥基形成的氫鍵導(dǎo)致復(fù)合保鮮膜的結(jié)構(gòu)更加致密，使水蒸氣透過(guò)復(fù)合保鮮膜的能力減弱。但是，當(dāng)TP含量繼續(xù)增加，過(guò)多的TP存在于復(fù)合保鮮膜中會(huì)形成過(guò)量的交聯(lián)現(xiàn)象，容易形成結(jié)晶破壞PVA/Xylan復(fù)合保鮮膜原有的網(wǎng)狀致密結(jié)構(gòu)，使復(fù)合保鮮膜的阻隔性能下降。

表2為不同TP含量Xylan/PVA/TP復(fù)合保鮮膜的抑菌圈直徑（打孔法）。圖3為不同復(fù)合保鮮膜對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌效果。以抑菌圈的直徑大小表征抑菌效果的好壞，抑菌圈直徑越大說(shuō)明復(fù)合保鮮膜的抑菌效果越好。由表2可知，隨著TP含量的增加，2種菌種的抑菌圈直徑都顯著增大。當(dāng)TP含量為5.26%時(shí)，相比對(duì)照樣，復(fù)合保鮮膜對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌圈直徑分別增加了2.23 cm和3.5 cm。相對(duì)來(lái)說(shuō)，對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌效果更好，對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌的抑菌效果優(yōu)于革蘭氏陰性菌。圖3進(jìn)一步證明了TP的添加具有更好的抑菌效果。

圖3  復(fù)合保鮮膜對(duì)金黃色葡萄球菌的抑菌效果圖

Fig. 3  Photograph of antibacterial efficiency of composite film for Staphylococcus aureus

果實(shí)硬度是衡量果實(shí)新鮮程度的重要指標(biāo)之一，果實(shí)越新鮮，其內(nèi)部的細(xì)胞越堅(jiān)挺，組織更緊密，硬度更大。采摘后的果實(shí)其質(zhì)量損失是果實(shí)萎蔫、變質(zhì)及腐爛的重要原因，果實(shí)的自身呼吸作用及環(huán)境濕度等均會(huì)導(dǎo)致其質(zhì)量下降。通常新鮮的果實(shí)質(zhì)量比采摘后放置一段時(shí)間的果實(shí)質(zhì)量高，通過(guò)質(zhì)量損失率可以判斷果實(shí)的新鮮程度?？傻味ㄋ岷涂扇苄怨绦挝锖渴窃u(píng)價(jià)果實(shí)品質(zhì)和判斷果實(shí)成熟程度的重要指標(biāo)，在貯藏過(guò)程中果實(shí)逐漸成熟，果酸被降解使得可滴定酸含量下降，而可溶性糖逐漸積累。維生素C含量是評(píng)價(jià)果蔬營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要指標(biāo)，通常新鮮果實(shí)的維生素C含量較高。TP可使部分微生物和蛋白酶失活，在圣女果表面包覆一層復(fù)合保鮮膜可使果實(shí)自身的呼吸作用減弱，同時(shí)減少與外部氣體交換作用進(jìn)而減緩質(zhì)量的損失，減少維生素C和可溶性固形物的消耗從而延長(zhǎng)其貯存期。由表3可知，相對(duì)于不添加TP的對(duì)照樣，添加5.26% TP后在15天的貯藏期內(nèi)，其硬度、可滴定酸含量和維生素C含量都有明顯增加，分別提高了13.8%、70.6%和62.0%。質(zhì)量損失率降低，降低了27.8%?？扇苄怨绦挝锖孔兓淮?。以上結(jié)果說(shuō)明TP的添加提高了復(fù)合保鮮膜對(duì)圣女果的保鮮效果。圖4為涂覆保鮮膜成膜液前后貯存15天后的圣女果實(shí)物圖，由圖4也可以看出，未涂覆任何保鮮膜成膜液的果實(shí)表面收縮并出現(xiàn)明顯的皺紋，涂覆了保鮮膜液后果實(shí)表面光滑圓潤(rùn)，尤其是涂覆了含有茶多酚的成膜液后保鮮效果更加明顯。

圖4  圣女果涂覆復(fù)合保鮮膜成膜液前后貯存15天后的對(duì)比圖

Fig. 4  Photographs of storage of cherry tomato for 15 days before and after being coated with film-forming liquid