近年来, 包装领域对可食性包装材料的研究越来越多, 主要方式是在可食性保鲜基材中添加生物活性因子来提升保鲜性能, 常见的可食性保鲜基材有壳聚糖、明胶、淀粉和蛋白等[1,2], 其中对壳聚糖的研究最为广泛、成果也最突出, 但食品级壳聚糖制造成本高, 产业化百富策略白菜网难, 明胶是综合性能仅次于壳聚糖的成膜基材, 制备食品级明胶的原材料多是鸡、猪等动物的皮、骨等, 研究表明以鸡皮为原材料制备的明胶在凝胶性、力学稳定性和流动性上具有明显优势[3,4,5]。牛蒡 (Arctium lappa L.) 又名东洋参、大力子。属桔梗目 (Campanulales) , 菊科 (Asteraceae Bercht.&J.Presl) 二年生草本植物, 具有很高的营养价值, 其药用及保健价值已经得到了公认, 近年来, 随着对牛蒡研究的深入, 其提取物体外抑菌性和抗氧化性逐渐成为热点, 而且从基本的优化提取工艺发展到了复合材料制备、生物保鲜百富策略白菜网等领域[3,4,5], Chan[6]等通过醇提取法制备了牛蒡提取液, 并验证了其良好的抗氧化性和抑菌性, 张华超等[7]将牛蒡提取液用于圣女果保鲜, 结果表明其在果蔬保鲜中能抑制果蔬的氧化及细菌侵蚀, 薛伟等[8]通过制备将牛蒡提取液用于壳聚糖膜改性, 结果表明牛蒡提取液与壳聚糖有一定的化学反应, 并提升了壳聚糖膜的保鲜性能。在前期研究中, 探究了姜黄素对鸡皮明胶膜的性能及结构的影响, 但对比牛蒡提取物与姜黄素对壳聚糖的改性, 牛蒡提取物效果更为明显[2,3], 因此本文尝试将牛蒡提取液用于鸡皮明胶膜的改性, 探究牛蒡提取液对鸡皮明胶膜机构和性能的影响, 以期为牛蒡提取液的百富策略白菜网和鸡皮明胶膜的优化提供有益参考。

新鲜鸡皮购自哈达市场。试验用新林1号牛蒡为江苏徐州产。氢氧化钠、冰醋酸及各种检测用试剂均为分析纯, 细菌培养基所需材料及大肠杆菌、金黄色葡萄糖球菌购于中国微生物菌种网。

电热恒温电浴锅SY-2、磁力加热搅拌器SZCL-4B、恒温干燥箱YSGW-9030A、生化培养箱SPX-70BE、高速组织捣碎机JJ-2、透光率/雾度测定仪WGT-S、傅里叶红外光谱仪FT-IR-7600、压差法气体渗透仪VAC-A3、力学拉伸实验仪WDW-E、精准厚度仪GM280F。

取适量新鲜鸡皮切成均匀小块, 清洗后沥水备用, 称取500 g沥水后鸡皮置于3.0%的盐酸中, 浸泡48 h, 使用0.3 mol/L的氢氧化钠溶液进行中和, PH值调制至4～5时, 取出鸡皮进行冲洗, 按照质量比为1:4置于65℃恒温电浴锅中提胶6 h, 静置0.5 h, 除去胶液上层油脂, 使用高速离心机离心后取上层胶液备用。

将牛蒡根切块置于2%的柠檬酸溶液中浸泡10min后干燥粉碎, 将得到的粉末放入70%的乙醇中, 在50℃恒温水浴中提取时间1 h后过滤三次, 滤液旋转蒸发至浓度为1 g/mL, 用棕色试剂瓶盛装, 4℃保存备用。

取5 g明胶、1 g甘油, 分别加入1 mL、3 mL、5m L、7 m L牛蒡提取液, 使用蒸馏水将各组溶液配制100 mL, 65℃恒温搅拌3 h, 静置脱泡, 置于培养皿中流延, 40℃恒温24 h后揭膜。各组制备5份。

使用杯式法测定[9], 测定5次, 取平均值。

将复合膜置于蒸馏水中浸泡24 h后取出烘干, 通过测定浸泡前后质量减少率来表征水溶性, 测定5次, 取平均值。

复合膜的抗拉强度及断裂伸长率测定按照GB/T25255-2010规定的方法进行[10], 测定5次, 取平均值。

利用透光率/雾度测定仪测量, 测定5次, 取平均值。

利用高分辨率扫面电子显微镜和傅里叶红外光谱仪 (600～4000 cm-1) 对复合膜进行表征。

取10 g胨与5 g氯化钠, 加入1000 mL肉浸液内, 微温溶解后, 调节PH至弱碱性, 煮沸, 滤清, 调节PH值为灭菌后为7.2±0.2, 115℃灭菌30 min后制得营养肉汤两份, 分别加入大肠杆菌和金黄色葡萄球菌, 为活化细菌使用水浴震荡12 h, 进行稀释;制备培养基 (胰蛋白胨10 g, 酵母粉5 g, Na Cl 10 g, 蒸馏水1000 mL, 用1 mol/L NaOH调节p H值为7.0～7.2, 在高压蒸气灭菌器中于0.1 MPa下灭菌30 min) , 培养基 (10 mL) 中分别加入各组复合膜, 向各组加入0.1 mL大肠杆菌及金黄色葡萄球菌菌悬液 (浓度约为1.0×107CFU/m L) , 37℃培养24 h。使用牛津杯法测定抑菌圈大小[11]。

采用邻菲罗啉法[12], 各反应体系滴入1.8 mL复合液, 搅拌后静置10 min, ·OH含量测定使用比色分析法, 测定5次, 取平均值。

采用Origin 9.0软件绘图, SPSS1 9.0软件进行数据分析, 差异显著性检验使用新复极差法。

不同浓度牛蒡提取物对鸡皮明胶膜水蒸气透过率及水溶性的影响见表1, 由表可知, 牛蒡提取液浓度小于3%时, 随浓度增加水蒸气透过率明显下降, 下降率达11.27%, 当牛蒡提取液浓度大于3%时水蒸气透过率逐渐变大。随着牛蒡提取液浓度增加水溶性逐渐降低, 在浓度大于3%时, 趋于平稳。

在果蔬保鲜时, 水分的流失会直接降低其表观价值, 也间接的加快了果蔬变质, 实验结果表明牛蒡提取液可以降低鸡皮明胶膜的水蒸气透过率。鸡皮明胶膜中的蛋白质侧链有大量具有亲水性的游离基团, 牛蒡提取液中酚类物质与游离基团中的-H脱水形成氢键, 减少了亲水性的基团, 并通过氢键减小了分子间隙, 增强了致密性, 从而降低了水蒸气透过率[13,14], 由于疏水性的增强, 其水溶性降低, 当牛蒡提取液浓度过大, 不参与反应的大分子造成鸡皮明胶膜致密性的降低, 当这一负效应超过正效应时, 水蒸气透过率开始增加, 同时, 疏水性达到极限值, 水溶性趋于平稳[12,15]。

牛蒡提取液对鸡皮明胶膜抗拉强度及断裂伸长率的影响见图1。由图可知, 随着牛蒡提取液浓度增加, 鸡皮明胶膜抗拉强度先增加后降低, 在浓度为5%是最大, 为22.44%, 是对照组的125.21%, 断裂伸长率逐渐降低, 在浓度为4%～5%时下降不明显 (p<0.05) 。

作为可食用的保鲜材料, 具有较好的力学性能, 既可以降低装运过程中对果蔬的物理损伤, 又可以增加包装稳定性。实验表明, 牛蒡提取物可以显著提升鸡皮明胶膜的抗拉强度, 牛蒡提取液中的酚类物质以及其它有游离-OH的基团可以打破蛋白质中氨基酸间原有的分子结构, 通过交联反应和脱水形成氢键加强了分子间的紧密型, 形成致密的网状结构, 蛋白质间肽链增加, 从而增强了抗拉强度, 当牛蒡提取物浓度过大时, 有利反应达到饱和, 多余的游离颗粒宏观的破坏了膜的结构, 造成抗拉强度降低[14]。牛蒡提取液中的游离颗粒不利于膜的延展, 因此断裂伸长率降低, 可通过适当调整甘油浓度来改善这一缺陷。

牛蒡提取液对鸡皮明胶膜透光率和雾度的影响见图2, 由图可知, 随着牛蒡提取液浓度增加, 鸡皮明胶膜的透光率逐渐下降, 趋势缓慢, 雾度逐渐增加, 浓度为5%达到38.97%, 在7%时显著上升 (p<0.05) 。

材料的透光率和雾度是其包装性能优劣的主要因素, 适当的透光率和雾度既可以增加包装品的美观度, 又可以降低紫外线对产品的造成的破坏。醇提取的牛蒡提取物, 使具有醇溶性的芳香族化合物及脂类化合物保留可以起到吸收紫外线的效果, 而且提取物的中糖类使得整体呈淡黄色, 也一定程度的降低了透光率, 优于明胶化学结构的改变也可能降低膜的透光率。由于牛蒡提取液中有较多的大颗粒化合物游离于膜中, 增加了雾度。

图3为鸡皮明胶膜及复合膜的红外光谱图。由图可知, 各组复合膜红外光谱基本相同, 但与鸡皮明胶单膜差异较大, 说明牛蒡提取液与鸡皮明胶发生了化学反应。在鸡皮明胶单膜的红外光谱中, 1637cm-1/1401 cm-1处的吸收峰分别归属于ν (N-H) 的伸缩震动和δ (O-H) 的面内弯曲振动。随着牛蒡提取液浓度增加, 1038 m-1处出现波峰, 且逐渐加强, 这表明共混液反应产生氢键而且随着牛蒡提取液浓度的增加氢键增加, 这些氢键可能是鸡皮明胶分子同牛蒡提取液中的酸性物质反映形成的[12];复合膜1401 cm-1处的δ (O-H) 吸收峰逐渐边寨渐窄, 这说明加入牛蒡提取液后, 复合膜中的δ (O-H) 含量增加, 说明牛蒡提取液是复合膜中具有了抑菌性的多酚类物质和亲水性基团, 3584 cm-1处出现的吸收峰归属于牛蒡提取液中多糖ν (C-C-O) 的伸缩振动[16,17,18], 图中还可以看出随着牛蒡提取液浓度增加吸收峰渐窄, 这说明牛蒡提取液中的多糖大部分处于游离状态。

图4为鸡皮明胶/牛蒡提取液复合膜的SEM照片。由图可知, 在牛蒡提取液为0%时, 纯鸡皮明胶膜表面比较光滑, 未出现任何纹理, 添加牛蒡提取液后各组复合膜表面相对平整, 在牛蒡提取液浓度浓度为3%时表面平整度降低, 小于5%时随其增加复合膜表面白色结晶体增加, 而后开始减少, 但未出现分相[13], 说明鸡皮明胶与牛蒡提取液之间的相容性较好, 牛蒡提取液的添加有利于鸡皮明胶膜结晶, 且在浓度为5%时最佳。

食品类、药品类包装材料在具备良好的物理性能同时, 具有良好的生物活性也成为目前研究的热题, 抗氧化性、抑菌性是决定其保鲜性能的重要指标。表2为牛蒡提取液对鸡皮明胶膜抗氧化性、抑菌性的影响, 由表可知复合膜对羟基自由基清除率随着牛蒡提取液浓度增加明显提升, 当浓度大于5%是提升缓慢, 牛蒡提取液中具有大量的酚类物质, 由于O-H的裂解焓变值较低, 酚类物质中的酚羟基具有游离-H, 因此易发生还原反应, 从而抑制了氧化反应。牛蒡提取液中还含有酮类物质, 其中的β-二酮单元提供的质子, 在C-H断裂后, 非成对电子与间隔碳原子和氧原子间离域, 间而实现了抗氧化性[19,20]。表中复合膜因添加了牛蒡提取液而具有了抑菌性, 且对大肠杆菌的抑菌效果明显优于金黄色葡萄糖球菌。牛蒡提取液中的酚类物质可以抑制大肠杆菌中的琥珀酸和苹果酸脱氢酶等活性, 间接减缓了大肠杆菌生存必需的氧化还原反应, 同时酚类物质亦可以破坏细菌的细胞膜, 导致生命物质渗漏[18,21]。在不同细菌间抑菌性差异可能因为细菌细胞壁构成差异造成自身保护性能不能。牛蒡提取液与鸡皮明胶制备复合膜, 使牛蒡提取液中的活性物质固定在明胶膜中, 实现并加强了复合膜的抗氧化性、抑菌性。

3.1目前关于牛蒡提取物作为生物膜改性材料的研究逐渐增多, 大多集中在优化复合膜制备工艺, 或直接制备复合液进行保鲜百富策略白菜网方面, 基础百富策略白菜网研究较少, 对鸡皮明胶膜的研究也主要是制备工艺优化。本文以鸡皮明胶为基质, 以牛蒡提取物为改性材料, 流延制成复合膜, 通过对复合膜物理性能测定和结构表征分析发现:当牛蒡提取液浓度小于1%时, 复合膜各项性能无明显变化, 在其浓度大于3%时水蒸气透过率、水溶性改变明显, 在浓度达到5%时各项性能基本趋于稳定, 通过结构表征发现, 牛蒡提取液与鸡皮明胶膜发生化学反应产生新的氢键, 电镜下可观测到结晶, 综合各项性能确定, 在牛蒡提取液浓度为5%时, 复合膜各项性能较佳。

3.2在前期研究中探究了姜黄素对鸡皮明胶膜性能和结构的影响, 实验结果与牛蒡提取物对其影响有些差异, 但各项性能极值基本一致, 与姜黄素不同, 牛蒡提取液成份复杂, 在成膜时必然会有游离物质存在, 改性机理与也差异于姜黄素, 因此复合膜性能变化趋势也有不同。同时, 牛蒡提取物制备工艺简单, 原材料产量高, 且提取液无色微甜, 通过优化后的复合膜各项性能在果蔬食品保鲜包装领域能有更广的百富策略白菜网空间。但复合保鲜包装百富策略白菜网环境是多变的, 后期会在热稳定性、湿度影响等方面做深入研究, 以期扩大复合膜的实用范围。