孫嘉臨，袁玉嬌，李思琪，劉夫國

（西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西楊凌 712000）

傳統(tǒng)包裝材料如塑料制品由于其耐用性以及出色的食品保鮮功能而得到廣泛應(yīng)用。然而近年來，隨著環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，塑料制品由于缺乏生物降解性對環(huán)境所造成的污染日益嚴(yán)重[1]，亟需尋找可降解的食品包裝材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料，以節(jié)約化石燃料資源并減輕環(huán)境污染問題。目前，蛋白質(zhì)、多糖等食品源的可生物降解材料受到廣泛關(guān)注。

大豆分離蛋白（SPI）來源廣泛，且SPI 分子中存在大量氫鍵、疏水鍵、離子鍵、二硫鍵等，具有良好的成膜性及生物可降解性，是制備環(huán)境友好、可降解包裝膜的理想材料[2]。但由于SPI 含有大量的疏水性氨基酸殘基，這些物質(zhì)會促使SPI 形成疏水中心在內(nèi)、親水性外層在外的球狀結(jié)構(gòu)[3]，導(dǎo)致SPI 膜的水蒸氣透過率較高。除阻水性能方面，單一大豆分離蛋白膜的機械性能較差，且環(huán)境的改變極易對薄膜的機械性能產(chǎn)生不利影響[4]。為了提高SPI 膜的性能，擴大其應(yīng)用領(lǐng)域，可以選擇對SPI 進行多酚改性修飾或向其中添加多糖等物質(zhì)，利用蛋白質(zhì)與分子間的相互作用形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而增強分散系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以彌補單一SPI 膜的性能缺陷[5]。EGCG是一種具有較強抗氧化活性和自由基清除能力的多酚類化合物[6]。Tao 等[7]研究表明EGCG 修飾后的SPI 具有較高的乳化性能。羧甲基殼聚糖（CMCS）具有良好的成膜性，形成的膜透明性、透氣性好，且能與生物相容性材料如蛋白等混合制成可食用的薄膜或涂層，在食品包裝中具有潛在的應(yīng)用價值[8-9]。

隨著人們消費需求的多元化，具有生物活性的包裝膜越來越受到人們的關(guān)注。精油是一種從植物中提取的天然高效抑菌和抗氧化的活性物質(zhì)，研究表明，在添加肉桂精油后，薄膜的抗氧化活性得到顯著提升[10-13]，且制備的可食果膠膜能夠提高蘋果的抗氧化能力[14]。Alsaraf等[15]研究表明，百里香精油在DPPH 測定方法中顯示出顯著的體外自由基清除活性。本實驗選用SPI 作為成膜基質(zhì)，向其中添加多糖（CMCS）、多酚（EGCG）以及植物精油（百里香精油和肉桂精油），通過對膜結(jié)構(gòu)特性及功能特性的測定，探究了復(fù)合膜的各物質(zhì)最佳比例及對鮮切蘋果的保鮮效果，以期為研究開發(fā)性能優(yōu)良、集多功效于一體的環(huán)境友好型包裝膜提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮切蘋果（紅富士），購于楊凌好又多超市。

大豆分離蛋白（SPI），北京瑞達恒輝科技發(fā)展有限公司；表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG），北京北實縱橫科技有限公司；羧甲基殼聚糖（CMCS），浙江澳興生物科技有限公司；肉桂精油（Cas），上海源葉生物科技有限公司；百里香精油（Thy），美國Sigma 公司；DPPH，上海麥克林生物化學(xué)有限公司。丙三醇、吐溫-80、氯化鈣均為分析純，購于楊凌新三力化玻站。

1.2 儀器與設(shè)備

TA.XT Plus 物性測定儀，Stable Micro systems Ltd；UVmini-1240 紫外分光光度計，日本島津公司；Bruker Vertex-70 傅里葉紅外光譜儀，德國布魯克科技有限公司；FlexSEM1000 臺式掃描電鏡，日本日立公司；CS-820分光測色儀，杭州彩譜科技有限公司；電子天平，YP1002B，精度0.01 g，上海力辰邦西儀器科技有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 EGCG-SPI 共價結(jié)合物的制備

稱取40 g SPI 于900 mL 去離子水中，調(diào)節(jié)pH 至9.0。將30 mL EGCG 溶液（10 mg/mL）與上述溶液混合后，用去離子水調(diào)節(jié)總?cè)萘恐? 000 mL。將混合液在30 ℃下連續(xù)攪拌3 h，調(diào)節(jié)pH 至6.8，將其在室溫下透析（截留分子量14 000）24 h，凍干得到EGCG-SPI 共價結(jié)合物（改性SPI）。

1.3.2 大豆分離蛋白-復(fù)合精油膜的制備

分別制備2%（m/V）SPI 溶液、2%（m/V）改性SPI 溶液、2%（m/V）CMCS 各2 份，一份調(diào)節(jié)pH 為3，另一份調(diào)節(jié)為7。分別取pH=3 及pH=7 的2%SPI 溶液、2%改性SPI 溶液，根據(jù)溶液的量添加精油（Thy∶Cas=1∶4）使其含量為1%（V/V），添加吐溫-80（0.67%V/V），攪拌，以10 000 r/min 進行高速剪切，以50 MPa 壓力進行均質(zhì)，再各以1∶0、1∶1 和1∶2 的比例加入2%（m/V）CMCS 溶液，添加甘油并攪拌。取上述膜液各10 mL 分別倒入聚苯乙烯培養(yǎng)皿（直徑8 cm）中流延成膜。將所得膜在60 ℃的烘箱中干燥約3 h，然后剝離。不同膜液最終成分組成及含量見表1。

1.3.3 大豆分離蛋白-復(fù)合精油膜的機械性能測定

將膜樣品裁成20 mm×60 mm 條帶放置在自緊式輥夾具中，并且以20 mm 為初始夾具間距，測試速度為3 mm/s，稱重傳感器質(zhì)量為5 kg，使用TA.XT Plus 物性測定儀進行拉伸試驗，測量相關(guān)指標(biāo)，拉伸強度及斷裂伸長率根據(jù)式（1）（2）進行計算。

式中，N為破壞所需的最大力，N；a為樣品的寬度，mm；b為樣品的厚度，mm；L0為樣品的初始長度，mm；L為樣品的最終長度，mm。

1.3.4 大豆分離蛋白-復(fù)合精油膜水蒸氣透過率的測定

將膜封于裝有干燥氯化鈣（約10 g）的50 mL 離心管口處，并將離心管置于干燥器中（相對濕度為100%），24 h后稱量離心管的質(zhì)量。根據(jù)公式（3）計算水蒸氣透過率。

式中，WVP為水蒸氣透過率，g/(m·h·Pa)；m為增加的質(zhì)量，g；d為膜厚度，m；A為暴露在空氣中的膜面積，m2；t為滲透作用的時間，h；P為膜內(nèi)外的蒸氣壓差，Pa。

1.3.5 大豆分離蛋白-復(fù)合精油膜的紅外光譜（FTIR）分析

將干燥的膜樣品與溴化鉀（KBr）粉末以1∶100 充分混合，取20 mg 混合物壓制成片，使用傅里葉紅外光譜儀在4 000～400 cm-1范圍內(nèi)測定膜的紅外光譜，分辨率為4 cm-1，掃描次數(shù)為64 次。

1.3.6 大豆分離蛋白-復(fù)合精油膜的微觀結(jié)構(gòu)分析

采用臺式掃描電鏡在加速電壓3.00 kV 和放大倍數(shù)為1 000 的條件下，進行薄膜樣品表面電子顯微鏡測試，觀察薄膜的微觀結(jié)構(gòu)。

1.3.7 大豆分離蛋白-復(fù)合精油膜的光學(xué)特性測定

使用分光測色儀，以D65 為光源，采用25 mm 孔徑透光口，以空氣為基質(zhì)進行空白校準(zhǔn)，測量膜色度。根據(jù)測量所得L*（L*表示明暗度；L*＞0 表明偏亮，L*＜0 表明偏暗）、a*（a*表示紅綠度；a*＞0 表明偏紅，a*＜0 表明偏綠）、b*（b*表示黃藍度；b*＞0 表明偏黃，b*＜0 表明偏藍）值計算ΔE（色差總值），表征膜色澤。計算公式見式（4）。

1.3.8 大豆分離蛋白-復(fù)合精油膜的水溶性測定

將薄膜裁成3 cm×3 cm的正方形，放入烘箱中，100℃烘干4 h，稱其質(zhì)量，記為W0，將其溶于50 mL 溫度為25℃的蒸餾水中，靜置24 h。將其取出，烘干至恒質(zhì)量，記為Wf。根據(jù)公式（5）進行計算。

式中，WS為溶解度，%；W0為100 ℃烘干4 h 后的質(zhì)量，g；Wf為溶于蒸餾水后取出烘干的質(zhì)量，g。

1.3.9 大豆分離蛋白-復(fù)合精油膜的抗氧化活性測定

將20 mg 膜樣品置于5 mL 甲醇中，25 ℃下保持12 h，將DPPH 溶于甲醇之中使其濃度為0.025 g/L。取200 μL 膜提取液與5 mL DPPH-甲醇混合液混合，將其在環(huán)境溫度下避光保存30 min，測量其在517 nm 處的吸光光度值。采用公式（6）計算DPPH 自由基清除活性。

式中，ADPPH為DPPH 甲醇溶液在517 nm 處的吸光值，Aextract為樣品在517 nm 處的吸光值。

1.3.10 鮮切蘋果的覆膜處理

將蘋果進行等分切塊處理，隨后將制備的薄膜覆蓋于鮮切蘋果表面，并做好標(biāo)記，放置于4 ℃冰箱內(nèi)，每隔2 d 對蘋果進行拍照，記錄蘋果表面褐變情況。

1.3.11 鮮切蘋果的失重率測定

選取鮮切蘋果，稱量記錄第0 天的初始質(zhì)量為m0，隨后將蘋果貯存于4 ℃冰箱中進行覆膜保鮮實驗。每隔1 d 記錄蘋果質(zhì)量mf，按照公式（7）計算蘋果失重率。

其中，m0為蘋果的初始質(zhì)量，g；mf為儲存時間后的樣品質(zhì)量，g。

1.4 統(tǒng)計分析

采用Origin 9.1 軟件繪圖，SPSS 26 軟件對試驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析。數(shù)據(jù)顯示為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”，當(dāng)P＜0.05 時，不同樣本間具有顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 大豆分離蛋白-復(fù)合精油膜的機械性能

機械性能是衡量材料在特定條件下對外力的抵抗能力的重要指標(biāo)[16]。機械性能良好的膜可以有效保護產(chǎn)品，同時可以擴大膜的適用范圍。本實驗通過測定膜的拉伸強度（TS）和斷裂伸長率（EAB）來衡量其機械性能。

2.1.1 大豆分離蛋白-復(fù)合精油膜的拉伸強度

由圖1 可得，在相同的SPI 與CMCS 復(fù)合比條件下，使用EGCG-SPI 與多糖復(fù)合制備的薄膜的拉伸強度高于SPI 與多糖復(fù)合制備的薄膜以及單一SPI 制備的薄膜，且拉伸強度存在顯著性差異（P＜0.05）。圖1 顯示單一SPI膜的脆性較強，拉伸強度較低。當(dāng)只添加CMCS 時，隨著CMCS 的加入，SPI 與CMCS 通過形成氫鍵實現(xiàn)非共價自組裝，有效提高了膜的拉伸強度。當(dāng)加入EGCG 以及CMCS 時，EGCG 可與SPI 形成共價鍵及氫鍵，從而形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得EGCG-SPI 復(fù)合物的結(jié)構(gòu)較SPI更為緊密，同時使蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，因此形成的膜更加致密，結(jié)果表現(xiàn)為E-S1C1 和E-S1C2 組較S1C1 和S1C2 組具有更大的拉伸強度。這與田梅等[17]向SPI 膜中添加茶多酚以及Ou 等[18]通過阿魏酸共價交聯(lián)修飾SPI 所得的結(jié)果一致。

圖1 不同pH、不同比例的SPI 與CMCS 制備的膜的拉伸強度Fig.1 Tensile strength of films prepared by SPI and CMCS with different pH values and ratios

不同的pH 條件對于薄膜的拉伸強度也有一定的影響，由圖1 可以得出，除S1C2 組外，在pH=7 條件下制備的薄膜較pH=3 條件下制備的薄膜的拉伸強度更大。盡管在pH=7 條件下制備的S1C2 組薄膜的拉伸強度比pH=3 條件下制備的薄膜的拉伸強度低，但二者之間無顯著性差異。E-S1C1 組與E-S1C2 組中，與pH=7 組相比pH=3 組拉伸強度更大，可能是由于在EGCG-SPI 形成致密網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的同時，pH=7 條件下，CMCS 與SPI 復(fù)合物帶有相反電荷，相互吸引，CMCS 可以有效填充在EGCG-SPI 形成的致密網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的縫隙中，同時CMCS與SPI 進行非共價自組裝。

2.1.2 大豆分離蛋白-復(fù)合精油膜的斷裂伸長率

圖2 顯示了不同pH、不同蛋白與多糖比例混合制備的膜的斷裂伸長率，其值越大，代表薄膜的彈性越好。在pH=3 條件下，S1C2 組較S1C1 組斷裂伸長率顯著增加，其原因可能是由于當(dāng)只加入CMCS 時，由于以SPI∶CMCS=1∶2 比例加入的CMCS 較多，多糖與蛋白分子之間形成的蛋白質(zhì)-多糖聚集體的平衡模式被破壞，相較于S1C1 組，結(jié)構(gòu)更加松散，其脆性降低，進而拉伸強度提高。在結(jié)果中，E-S1C1-3 組、S1C2-3 組、E-S1C2-3 組斷裂伸長率增加最明顯。這種現(xiàn)象可能是當(dāng)同時加入CMCS 以及EGCG 時，各組分發(fā)生相互作用形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為較大的斷裂伸長率。

圖2 不同pH、不同比例的SPI 與CMCS 制備的膜的斷裂伸長率Fig.2 Tensile strength of films prepared by SPI and CMCS with different pH and ratios

綜合上述各組薄膜的拉伸強度和斷裂伸長率可知，向單一SPI 膜中添加CMCS 以及EGCG 可以提高薄膜的機械性能，且同時添加CMCS 與EGCG 時，薄膜的機械性能最佳。當(dāng)一些樣品的拉伸強度增加時，其斷裂伸長率可能會出現(xiàn)大幅度下降，因此，綜合考慮拉伸強度及斷裂伸長率兩個指標(biāo)時E-S1C1-7 組和E-S1C2-7 組的機械性能最好。

2.2 大豆分離蛋白-復(fù)合精油膜的水蒸氣透過率

2.2.1 膜厚度

膜的厚度會影響膜的機械性能和阻隔性能，且膜厚度與膜的光學(xué)性能密切相關(guān)，是膜制品的重要參數(shù)指標(biāo)。由表2 分析可得，除單一SPI 膜外，其余實驗組結(jié)果均顯示pH=7 比pH=3 所制備的膜的厚度大。使用EGCG-SPI與CMCS 復(fù)合制備的薄膜與SPI 與CMCS 制備的薄膜相比，厚度無顯著差異?？赡苁怯捎贓GCG 為小分子物質(zhì)，向蛋白膜中加入小分子時，由于大豆分離蛋白微觀上為球狀結(jié)構(gòu)，分子間產(chǎn)生較多空隙與通道，加入的固體小分子填補了孔隙與通路，使其厚度變化不明顯。

2.2.2 水蒸氣透過率（WVP）

WVP是常用來表征膜阻水性能的重要指標(biāo)，值越低，表示膜的阻水性越強，包裝產(chǎn)品所處的環(huán)境越穩(wěn)定，產(chǎn)品貨架期越長。由表2 可知，單一SPI 制備的膜的水蒸氣透過率較高，這是由SPI 自身的高度親水性所致。除E-S1C2-7 組外，添加EGCG、CMCS 的膜與單一SPI 膜相比，其WVP值均有一定的降低，且E-S1C2-7 組的WVP值與S-7 組無顯著性差異，表明EGCG 與CMCS 的加入不會對薄膜的水蒸氣透過率產(chǎn)生不利影響。根據(jù)實驗結(jié)果，添加CMCS 后，膜的WVP有所下降，這與Zhang 等[19]的研究結(jié)果一致。主要是由于多糖的加入可以在界面處與蛋白形成蛋白質(zhì)-多糖聚集體，從而使得分散體系的穩(wěn)定性增強。而S1C2-3 組、S1C2-7 組與S1C1-3 組、S1C1-7 組相比，WVP值較高，可能是由于CMCS 添加過多，導(dǎo)致多糖與蛋白分子之間形成的蛋白質(zhì)-多糖聚集體的平衡模式被破壞，使WVP值升高。同時，精油的加入也使WVP值較普通SPI 膜有所下降，這是由精油本身的疏水性所致，精油可截留大部分水蒸氣，使WVP值顯著降低。但不同pH、不同SPI 與CMCS 比例混合制備膜的水蒸氣透過率間均無顯著性差異（P＜0.05）。

表2 不同pH、不同SPI 與CMCS 比例混合制備的膜厚度及水蒸氣透過率Table 2 Thickness and WVP of films prepared by SPI and CMCS with different pH and ratios

2.3 大豆分離蛋白-復(fù)合精油膜的FTIR 譜圖

EGCG 以及膜樣品的紅外光譜如圖3（見下頁）所示。圖中，SPI 光譜表現(xiàn)的主要峰值是3 407 cm-1、1 651 cm-1和1 545 cm-1，其中3 407 cm-1處代表N—H 和O—H 伸縮振動區(qū)域；1 651 cm-1處表示酰胺Ⅰ帶，代表C═O伸縮振動；1545cm-1處表示酰胺Ⅱ帶，代表N—N彎曲[20]。與對照蛋白相比，對于分別在pH=3 和pH=7 條件下制備的薄膜，在3 407 cm-1處峰都發(fā)生了藍移，這是由于O—H 伸縮振動和分子間氫鍵引起的吸收峰，吸收峰位置發(fā)生移動說明加入的CMCS 和EGCG 與SPI 產(chǎn)生了相互作用，氫鍵得到了加強。同時，1 545cm-1處吸收峰位置的移動也表明蛋白質(zhì)的NH2參與了反應(yīng)，表明SPI 的氨基與EGCG 也發(fā)生反應(yīng)，且主要是共價反應(yīng)生成SPI-EGCG共價復(fù)合物。EGCG 在3 477 cm-1和3 358 cm-1處含有特征峰，表示O—H 伸縮振動；在1 691 cm-1和1 615 cm-1的特征峰表示C═O 振動[21-22]。與單一SPI 膜相比，1 651 cm-1處酰胺I 帶發(fā)生藍移、1 545 cm-1處酰胺Ⅱ帶發(fā)生紅移，表明EGCG 的加入使SPI 的二級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變[23]，同時，EGCG 在3 477 cm-1和3 358 cm-1處的特征峰的消失表明酚羥基參與了蛋白質(zhì)與多酚之間的反應(yīng)。

圖3 不同pH、不同比例SPI 與CMCS 制備的膜的紅外光譜圖Fig.3 Fourier transform infrared spectra of films prepared by SPI and CMCS with different pH and ratios

2.4 大豆分離蛋白-復(fù)合精油膜的微觀結(jié)構(gòu)分析

為了觀察膜的表面形態(tài)，選用電鏡在1 000 倍放大條件下對薄膜微觀結(jié)構(gòu)進行觀察，電鏡照片如圖4 所示。由圖可知，單一SPI 制備的薄膜表面存在許多小孔，表面不平整，因此其機械性能較差且水蒸氣透過率較高。當(dāng)添加多糖后，薄膜的表面無明顯空洞，但可以觀察到仍然存在較多褶皺，表面情況得到改善。這可能是由于氫鍵作用，CMCS 的加入使得SPI 與CMCS 之間結(jié)合更加緊密，在宏觀上表現(xiàn)為較為平整的表面，因此水蒸氣透過率較單一SPI 薄膜有所降低。選用EGCG 改性后的SPI 與CMCS 復(fù)合制備的薄膜具有最平整的表面，這可能是因為EGCG 與SPI 發(fā)生共價交聯(lián)、SPI 與CMCS 之間發(fā)生氫鍵結(jié)合，使薄膜的表面更加平整，因此表現(xiàn)為良好的機械性能及較低的水蒸氣透過率。

圖4 不同pH、不同比例SPI 與CMCS 制備的膜平面電鏡照片（1 000 倍）Fig.4 Planar electron microscopy of films prepared by SPI and CMCS with different pH and ratios（1 000×）

2.5 大豆分離蛋白-復(fù)合精油膜的光學(xué)特性

通過測定蛋白膜的光學(xué)特性，探究EGCG 修飾、SPI與CMCS 比例以及溶液體系pH 值對蛋白膜顏色的影響，結(jié)果如表3 所示，添加多酚EGCG 可以使薄膜的顏色變深，添加CMCS 可以在一定程度上提高薄膜的透明度。這主要是由于EGCG 發(fā)生氧化后生成褐色的醌類物質(zhì)，因此，使用SPI-EGCG 制備的薄膜較SPI 制備的薄膜具有更深的顏色。CMCS 是一種淡黃色的粉末狀物質(zhì)，其溶于水后溶液呈現(xiàn)淡黃色接近透明狀的液體，當(dāng)選用SPI與CMCS 共混制備薄膜時，加入的CMCS 在一定程度上可以被認(rèn)為降低了原本溶液中SPI 的濃度，因此添加CMCS 組的薄膜較單一SPI 制備的薄膜具有更淺的顏色以及更高的透明度。

表3 不同pH、不同SPI 與CMCS 混合比例制備的膜樣品的光學(xué)性能Table 3 Optical properties of films prepared by SPI and CMCS with different pH and ratios

2.6 大豆分離蛋白-復(fù)合精油膜的水溶性

根據(jù)前面所得結(jié)果，S-3 及S-7 組樣品的性能較差，不是具有優(yōu)良性能的包裝材料，因此，選擇對其他組樣品進行水溶性測定，結(jié)果如圖5 所示。由圖知，在pH=3 條件下制備的薄膜較pH=7 條件下制備的薄膜具有更高的水溶性，這可能是由于在pH=7 條件下SPI 與CMCS 帶有相反電荷，二者因靜電吸引作用形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更加致密，水分子不易通過，因此在pH=7 條件下制備的薄膜具有較低的水溶性，這與前面的水蒸氣結(jié)果基本一致。

圖5 不同pH、不同比例SPI 與CMCS 制備的膜的水溶性Fig.5 Water-solubility of films prepared by SPI and CMCS with different pH and ratios

2.7 大豆分離蛋白-復(fù)合精油膜的DPPH 自由基清除率

包裝材料的抗氧化能力是決定膜保鮮效果的關(guān)鍵因素，食品儲藏期間易發(fā)生脂質(zhì)氧化、美拉德反應(yīng)、酶促褐變等易導(dǎo)致食品腐敗的相關(guān)生化反應(yīng)，有效地提高薄膜的抗氧化能力從而適當(dāng)?shù)匮泳徥称返母瘮∽冑|(zhì)，延長其保質(zhì)期[24]。本研究使用DPPH 自由基清除率來表示不同膜樣品的抗氧化能力，結(jié)果如圖6 所示。

由圖6 可知，各組制備的薄膜均具有一定的自由基清除能力。使用EGCG-SPI 與CMCS 復(fù)合制備的薄膜的DPPH 自由基清除率高于SPI 與CMCS 復(fù)合制備的薄膜以及單一SPI 制備的薄膜，其中，與單一SPI 制備的薄膜相比，SPI 與CMCS 復(fù)合制備的薄膜的DPPH 自由基清除率較低。SPI 薄膜本身具有一定的抗氧化性能，但其抗氧化性較弱，當(dāng)只加入一定量的CMCS 時，可能由于SPI在膜液中所占比例下降，削弱了SPI 自身的抗氧化能力，導(dǎo)致CMCS 與SPI 復(fù)合制備薄膜的DPPH 自由基清除率較單一SPI 薄膜的較低。EGCG 作為多酚類物質(zhì)，其自身具有很強的抗氧化性能，EGCG 通過與SPI 反應(yīng)而形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得ECGC 被有效接枝，因此添加EGCG 組的膜樣品的DPPH 自由基清除率最高。同時植物精油的不飽和雙鍵可直接消滅單線態(tài)氧，達到清除自由基的效果[25]。因此，本實驗各組樣品的DPPH 自由基清除率較普通薄膜均有一定程度的提高。

圖6 不同pH、不同比例的SPI 與CMCS 制備膜的抗氧化能力Fig.6 Antioxidant capacity of films prepared by SPI and CMCS with different pH and ratios

根據(jù)上述分析可以得出，EGCG 的添加可以顯著提高復(fù)合膜的DPPH 自由基清除率，而只添加CMCS 不添加EGCG 制備膜，其DPPH 自由基清除率有所降低。因此，選用E-S1C1-7、E-S1C2-7 制備的復(fù)合膜可以有效減緩食品氧化變質(zhì)。

2.8 復(fù)合膜對鮮切蘋果失重率的影響

由于呼吸和蒸騰作用，水果和蔬菜的質(zhì)量會隨貯藏時間的增加而降低。同時，水分的流失會降低水果和蔬菜的豐滿度和光澤度，從而導(dǎo)致經(jīng)濟損失[26]。在貯藏過程中，隨著貯藏時間的增加，所有樣品的質(zhì)量均逐漸減小，如圖7 所示。

圖7 不同pH、不同比例SPI 與CMCS 制備的膜覆蓋鮮切蘋果保鮮的失重率Fig.7 The weight loss of fresh-cut apples covered by films prepared by SPI and CMCS with different pH and ratios during storage

根據(jù)結(jié)果可以看出，未覆蓋薄膜的鮮切蘋果的失重率遠高于覆膜組的，且SPI 或EGCG-SPI 與CMCS 以1∶1 比例混合時制備的薄膜在對鮮切蘋果進行覆膜保鮮處理時，蘋果的失重率較低。這可能是由于與未進行覆膜處理的樣品相比，這種薄膜可以防止包裝樣品中的水分逸入空氣中[27]。EGCG-SPI 與CMCS 以1∶1 比例混合時制備的薄膜具有較低的水蒸氣透過率，因此可以更好地防止水分逸出，從而減少蘋果的質(zhì)量損失。

2.9 復(fù)合膜對鮮切蘋果抗氧化能力的影響

鮮切水果的顏色能極大地影響消費者的購買欲望，從而直接影響種植收益。蘋果中含有大量的多酚氧化酶，鮮切蘋果暴露在空氣中極易與氧氣發(fā)生反應(yīng)，酚類底物被氧化為醌類，隨后聚合成為褐色素，從而引起組織褐變，產(chǎn)生不良顏色[28-29]，因此，開發(fā)能夠有效減緩鮮切蘋果表面褐變的可食膜材料具有重要意義。本試驗分析了鮮切蘋果在4 ℃條件下儲存6 d，切面顏色的變化，結(jié)果如圖8 所示。在第0 天，鮮切蘋果均顯示自然的淺黃色。隨著存儲時間的增加，鮮切蘋果切面顏色逐漸變深且逐漸失水皺縮，表明蘋果內(nèi)的多酚氧化酶與氧氣發(fā)生反應(yīng)，且隨著存儲時間的增加，蘋果的褐變情況逐漸加重。在第6 天，未覆蓋薄膜的鮮切蘋果表面出現(xiàn)黑色斑點且有酸敗氣味產(chǎn)生，表明蘋果已發(fā)生變質(zhì)。隨著存儲時間的增加，對照組均發(fā)生一定程度的表面褐變，且當(dāng)用S1C1 組薄膜對鮮切蘋果進行保鮮處理時，蘋果的表面褐變較為嚴(yán)重，這可能是由于S1C1 組薄膜的抗氧化活性較差（見上頁圖6）。但對照組所有蘋果樣品在存儲期間均無酸敗氣味產(chǎn)生，且在精油的存在下，對照組薄膜均具有一定的抗氧化活性[10]，從而使得對照組的鮮切蘋果仍具有一定的果香，表明蘋果未發(fā)生腐敗變質(zhì)。除具有一定果香外，選用EGCG 改性SPI 制備的薄膜覆蓋的鮮切蘋果切面褐變較輕，這是因為EGCG 具有良好的抗氧化活性，這與圖6 中添加EGCG 的薄膜具有最高的DPPH 自由基清除率保持一致，因此，選用EGCG-SPI 與CMCS 制備的薄膜對鮮切蘋果進行保鮮處理，可以有效減緩氧氣與多酚氧化酶的相互作用[30]，避免鮮切蘋果的過度氧化。

圖8 不同pH、不同比例SPI 與CMCS 制備的膜覆蓋鮮切蘋果在貯藏過程中切面的變化Fig.8 The change of the cut surface of fresh-cut apples covered by films prepared by SPI and CMCS with different pH and ratios during storage

3 結(jié)論

本研究以SPI 與CMCS 為原料，通過控制溶液體系pH 值以及SPI 與CMCS 的復(fù)合比例，成功制備出了具有良好機械性能以及抗氧化活性的食品包裝材料，且通過選用EGCG 對SPI 進行改性修飾，使制備的薄膜具有更好的性能。在兩種pH 條件下，SPI 與CMCS 通過靜電相互作用形成穩(wěn)定的包埋層，對精油進行包埋。通過覆膜處理，可以有效降低鮮切蘋果的失重率以及減緩鮮切蘋果的表面褐變?？梢娞砑覧GCG 的薄膜在減緩鮮切蘋果切面褐變方面具有更優(yōu)良的效果。

實驗證明，通過添加植物精油以及多酚EGCG，可以成功制備具有抗氧化活性的新型可降解包裝材料。結(jié)合性能測定結(jié)果顯示，在pH=7 條件下選擇EGCG 改性SPI與CMCS 制備的薄膜具有最優(yōu)的結(jié)構(gòu)特性以及功能特性。本研究制備的薄膜在具有良好機械性能、較低水蒸氣透過率等特點的同時，賦予了包裝材料可降解、高抗氧化性等功能，實現(xiàn)了薄膜在食品保鮮領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。