不同濃度蘋果多酚對殼聚糖復(fù)合膜液理化性質(zhì)的影響

梁迪，楊曦，郭玉蓉

（陜西師范大學(xué)食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，西安 710119）

0 引言

【研究意義】果蔬貯藏保鮮不僅能夠滿足人們?nèi)找嬖鲩L的消費(fèi)需求，而且可顯著降低因腐敗變質(zhì)造成的資源浪費(fèi)，對提高經(jīng)濟(jì)效益和緩解環(huán)境壓力具有重大意義。涂膜材料來源廣泛、成本低，且對呼吸躍變型果實(shí)有良好的貯藏效果，具有一定應(yīng)用前景。隨著人們安全環(huán)保意識的增強(qiáng)，對涂膜材料的安全性提出了更高層次的要求[1-2]。殼聚糖廣泛存在于蝦、蟹等甲殼類動物的甲殼質(zhì)中，是一種通過β-D-(1-4)糖苷鍵連接而成的 2-乙酰胺基-2-脫氧-D-吡喃葡萄糖鏈節(jié)的線型聚合物[3]，具有良好的生物相容性、可降解性、再生性、抗菌防腐性及成膜性等優(yōu)點(diǎn)[4]，可作為涂膜制備的一種優(yōu)質(zhì)材料。此外，蘋果多酚是一種安全的食源性添加劑，具有很強(qiáng)的氫離子供給能力，對活性氧自由基具有較好的清除作用，有提高涂膜溶液抗氧化能力的潛在價值[5-6]。【前人研究進(jìn)展】目前國內(nèi)外關(guān)于殼聚糖及其衍生物對水果的涂膜保鮮作用已有少量報道。例如，洪克前等[7]和王香愛等[8]用殼聚糖溶液對采摘后的芒果進(jìn)行涂膜處理，結(jié)果表明，該涂膜劑可顯著減少果實(shí)水分散失，能夠較好地保持果實(shí)硬度，且顯著降低病果率。國外方面，GAY2A等[9]分別以果膠和殼聚糖為原料制備液體涂膜劑，并對草莓進(jìn)行涂膜保鮮處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該涂膜溶液可有效延緩草莓果實(shí)軟化，防止水分流失，使草莓貨架期從6 d延長至15 d。REN等[10]將玉米淀粉和殼聚糖混合制備出一種活性包裝膜，這種包裝薄膜具有良好的溶解性、總色差和拉伸強(qiáng)度，而且加入玉米淀粉后能夠顯著降低殼聚糖薄膜的水蒸氣透過率。ROBLEDO等[11]將10%麝香草酚納米乳與殼聚糖混合，對圣女果進(jìn)行涂膜保鮮試驗(yàn)，結(jié)果表明，該涂膜劑對接種在圣女果表面的霉菌有顯著的抑制效果。ASHRFI等[12]研究表明，加入普洱茶可以明顯提高殼聚糖可食膜抗菌能力，延長牛肉貨架期，增強(qiáng)該膜抑制脂質(zhì)氧化的能力。由此看出，與單一的殼聚糖薄膜相比，復(fù)合殼聚糖薄膜具有更高的機(jī)械強(qiáng)度、抗氧化能力及更好的包裝性能。然而，國內(nèi)外大多相關(guān)研究集中在大分子多糖對殼聚糖溶液特性及其保鮮作用影響，對小分子物質(zhì)，如蘋果多酚對殼聚糖溶液理化特性的影響尚未報道?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】盡管國內(nèi)外對殼聚糖在食品保鮮方面進(jìn)行了深入的研究，但蘋果多酚對殼聚糖涂膜溶液的理化特性及膜液體系中分子間產(chǎn)生的相互作用尚未進(jìn)行。因此，對蘋果多酚-殼聚糖復(fù)合膜液特性的進(jìn)一步研究顯得尤為重要?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究以蘋果多酚和殼聚糖為原料，制備不同多酚添加量的復(fù)合膜液，并通過研究不同復(fù)合膜液的抗氧化活性、流變學(xué)特性及熱穩(wěn)定性等，以期為該復(fù)合膜液在食品包裝和果蔬保鮮方面的應(yīng)用提供理論依據(jù)和參考。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2016年11月至2017年7月在陜西師范大學(xué)食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院進(jìn)行。

1.1 材料與主要試劑

蘋果，品種為秦冠，采摘自陜西省西安市禮泉縣。

兒茶素、原花青素、綠原酸、表兒茶素、蘆丁、槲皮素、槲皮苷、4-羥基苯甲酸、咖啡酸、沒食子酸、根皮苷和金絲桃苷均購自美國Sigma公司，均為色譜純；乙腈、甲醇購自美國Fisher公司，為色譜純；DPPH（1,1-二苯基-2-三硝基苯肼）自由基購自美國 Sigma公司，為分析純；溴化鉀購自美國Sigma Aldrich公司，為光譜純；TBA（2-硫代巴比妥酸）購自美國TEDIA公司，為分析純；殼聚糖，脫乙酰度90%購自上海藍(lán)吉科技有限公司；其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

Thermo高效液相色譜儀，美國熱電公司；MS7-H550-S型磁力攪拌器，美國SCILOGEX公司；Tensor27紅外光譜儀，德國Bruker；FE20 Plus pH計(jì)，上海梅特勒-托利多儀器有限公司；LGJ-18C真空冷凍干燥機(jī)，北京四環(huán)科學(xué)儀器廠；7200可見分光光度計(jì)，上海龍尼柯儀器有限公司；AR-G2流變儀，美國TA公司；粉末X射線衍射儀，德國Bruker；熱分析系統(tǒng)，美國TA公司。

1.3 方法

1.3.1 蘋果多酚的提取及組分的檢測 蘋果多酚采用SUN等[13]的方法進(jìn)行制備。采用Thermo Ultimate 3000 UPLC對蘋果多酚的含量進(jìn)行分析[14]。

1.3.2 蘋果多酚-殼聚糖復(fù)合膜液制備 配制濃度為5%（w/v）的殼聚糖溶液，攪拌均勻。加入1.0%（v/v）的醋酸和 30%（w/w）山梨糖醇[15]。精確稱量不同質(zhì)量的蘋果多酚，少量蒸餾水溶解后，將多酚溶液分別加入至殼聚糖溶液中，攪拌至體系完全混勻。最終得到蘋果多酚濃度分別為0、0.5%、1.0%、1.5%的蘋果多酚-殼聚糖復(fù)合膜液。以不加蘋果多酚做對照。

1.3.3 不同添加量的蘋果多酚對復(fù)合膜液pH值的影響 復(fù)合膜液pH采用FE20 Plus pH計(jì)進(jìn)行測量[15]，每個樣品測定3次。

1.3.4 復(fù)合膜液剪切流變特性測定 采用 AR-G2流變儀測定復(fù)合膜液剪切流變學(xué)特性。取約2 mL膜液置于流變儀樣品臺上，采用直徑為40 mm的平板進(jìn)行測試。在0—800 s-1剪切速率范圍內(nèi)記錄復(fù)合膜液黏度變化情況。測試溫度為 25℃，平板與樣品臺間距為1 mm[16]。

根據(jù) Ostwald和 Dewaele提出的流變特性方程τ=K·εn對試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行回歸擬合。式中，τ為剪切應(yīng)力（Pa）；K 為稠度系數(shù)（Pa·s），黏度越高，K 值也越高；n為流變特性指數(shù)；ε為剪切速率（1·s-1）。當(dāng)n=1時，流體為牛頓流體，其黏度不隨ε的變化而變化；當(dāng)n＜1時，流體為非牛頓假塑性流體，其黏度隨ε的增大而下降；當(dāng)n＞1時，流體為非牛頓脹塑性流體，其黏度隨ε的增大而增大[17]。

1.3.5 復(fù)合膜液頻率振蕩掃描測定 為確定復(fù)合膜液的線性黏彈區(qū)，需先對復(fù)合膜液進(jìn)行應(yīng)力掃描[18]。取2 mL復(fù)合膜液置于流變儀樣品臺上，在0—100%應(yīng)變范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，記錄復(fù)合膜液的線性黏彈區(qū)。隨后，在0.1%應(yīng)變條件下，在0.1—100 rad·s-1頻率范圍，對復(fù)合膜液進(jìn)行頻率振蕩掃描測試，記錄彈性模量G′和黏性模量G″。測試溫度為25℃，平板直徑為40 mm，平板與樣品臺間距為1 mm。

1.3.6 復(fù)合膜液 DPPH自由基清除能力的測定 取10 μL復(fù)合膜液于離心管中，分別加入9 mL DPPH-甲醇溶液（0.05 mg·mL-1），渦旋振蕩 30 s，避光 30 min，517 nm波長下測定吸光度值，記為A1。用超純水代替樣品作為空白組A0，用甲醇代替DPPH-甲醇溶液作為對照組A2。用BHT（2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚）作為對照參比。按以下公式計(jì)算樣品對DPPH自由基的清除率[19-20]：

C= [1-(A1-A2)/A0] ×100%

1.3.7 復(fù)合膜液抑制脂質(zhì)氧化能力的測定 采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法測定復(fù)合膜液抑制脂質(zhì)氧化的能力[21-22]。

取1 mL脂質(zhì)體和200 μL復(fù)合膜液于離心管中，渦旋振蕩混勻，加入1 mL 50 mmol·L-1FeSO4溶液，用PBS定容至5 mL。37℃水浴40 min。分別加入2 mL 10% TCA溶液和1.0 mL 0.8% TBA溶液，渦流振蕩混勻，100℃水浴中敞蓋煮沸15 min，冷卻至室溫，在5 000×g條件下離心10 min，取上清液，于532 nm波長下測定吸光度值 A1。用 PBS代替樣品溶液設(shè)置空白組A0，用PBS代替FeSO4溶液設(shè)置對照組A2。用BHT（2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚）作為對照參比。按以下公式計(jì)算對脂質(zhì)過氧化的抑制率：

C= [1-(A1-A2)/A0] ×100%

1.3.8 復(fù)合膜液總還原能力的測定 復(fù)合膜液總還原能力采用普魯士藍(lán)法測定[23]。取0.2 mL復(fù)合膜液，加入 0.4 mL 0.2 mol·L-1磷酸緩沖溶液（PBS，pH6.7）及0.4 mL 1% K3Fe(CN)6溶液于離心管中，振蕩混勻，50℃水浴20 min，10%三氯乙酸溶液加入0.4 mL，混勻，在5 000×g條件下離心10 min。取上清液0.1 mL，加入1.0 mL蒸餾水和0.5%三氯化鐵溶液0.2 mL，混勻。室溫靜置10 min，700 nm處測定其吸光度值。用BHT作為對照參比。吸光度值越高，代表樣品還原能力越強(qiáng)[24]。

1.3.9 復(fù)合膜液 OH自由基清除能力的測定 復(fù)合膜液OH自由基清除能力測定采用Fenton法[25]。取7.5 mmol·L-1FeSO4溶液 3 mL 于具塞試管中，加入1%H2O2溶液3 mL，振蕩搖勻，加入6 mmol·L-1水楊酸溶液3 mL，混勻，37℃水浴15 min，冷卻至室溫。在510 nm處測定吸光度值A(chǔ)0。取1 mL復(fù)合膜液分別加入試管，混勻，水浴15 min，測定吸光度值A(chǔ)x。以不加H2O2溶液作為空白對照，測定吸光度值A(chǔ)x0。用BHT作為參比對照。按以下公式計(jì)算OH自由基清除率：

OH自由基清除率（%）=[A0-(AX-AX0)]/A0

1.3.10 紅外光譜測定 將不同多酚添加量的復(fù)合膜液采用真空冷凍干燥48 h后，采用紅外光譜儀對凍干樣品進(jìn)行紅外光譜分析。稱取少量樣品（約5 mg）和100 mg KBr混合研磨、壓片，在4 000—400 cm-1范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，每個樣品掃描32次，以掃描波數(shù)為橫坐標(biāo)，以樣品透光率為縱坐標(biāo)繪圖[26]。

1.3.11 X射線衍射光譜檢測 采用D8 Advance型X射線衍射儀對凍干樣品進(jìn)行結(jié)晶性能測定[27]。掃描速度為 5°·min-1，掃描范圍（2θ）為 10°—35°。

1.3.12 熱穩(wěn)定性的測定 取 5 mg凍干樣品放置標(biāo)準(zhǔn)鋁盤內(nèi)，升溫速率為10℃·min-1，溫度范圍為25—400℃。所有樣品測定3次，采用TA Universal Analysis軟件進(jìn)行結(jié)果分析[27]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Origin 8.0和Microsoft Excel 2010軟件分析處理。采用Duncan′s new multiple range法，利用DPS軟件進(jìn)行顯著性分析，取P＜0.05為顯著性差異，P＜0.01為極顯著性差異。

2 結(jié)果

2.1 HPLC法檢測蘋果多酚組分

根據(jù)1.3.1的色譜條件，取20 μL多酚的混合標(biāo)樣進(jìn)行檢測，得到多酚標(biāo)準(zhǔn)品的高效液相色譜圖，見圖1-A。在相同試驗(yàn)條件下，取20 μL蘋果多酚樣品溶液進(jìn)行檢測，得到樣品的高效液相色譜圖，見圖1-B。

由蘋果多酚樣品的高效液相色譜圖（圖 1-B）可以看出，檢測到11種多酚，與標(biāo)準(zhǔn)品的高效液相色譜圖（圖1-A）對照，其中根皮苷（Phloridzin）、鞣花酸（Ellagic acid）、原花青素B2（Procyanidin B2）、表沒食子兒茶素（Epigallocatechin）、表兒茶素（Epicatechin）、綠原酸（Chlorogenic acid）、兒茶素（Catechin）、4-羥基苯甲酸（4-hydroxybenzoic acid）、蘆?。≧utin）、原兒茶酸（Protocatechuic acid）、金絲桃苷（Hyperin）的保留時間分別是20.107、18.970、14.178、13.642、15.492、14.408、13.912、14.913、18.415、12.575、18.697 min。圖1-A和1-B所示，標(biāo)準(zhǔn)品和樣品的分離度均較好，沒有干擾峰出現(xiàn)。在多酚樣品的高效液相色譜圖中（圖 1-B），根皮苷有較高的吸收峰，其含量為21.22±0.79%。由表1可知，檢測到的11中多酚含量占樣品總量的68.6%，表明該蘋果多酚樣品的純度較高。

表1 AP成分及含量Table 1 Composition and content of AP

圖1 多酚混合標(biāo)準(zhǔn)品（A）和AP（B）高效液相色譜圖Fig. 1 HPLC chromatogram of standard mixture(A) and AP(B)

2.2 不同蘋果多酚添加量對復(fù)合膜液pH的影響

殼聚糖是一種含氨基的弱堿性多糖，可溶于酸性水溶液，難溶于水[28]。因此配制殼聚糖復(fù)合膜液時，通常添加少量乙酸促進(jìn)殼聚糖溶解，使得殼聚糖溶液顯酸性。由圖2可知，對照組的pH為4.30，當(dāng)蘋果多酚添加量為0.5%時，復(fù)合膜液的 pH降低至4.10（P＜0.05）。當(dāng)多酚添加量為1.5%時，膜液的pH為4.28，與對照組無顯著差異（P＜0.05）。

2.3 不同蘋果多酚添加量的復(fù)合膜液靜態(tài)流變特性

由圖3可知，不同多酚添加量的復(fù)合膜液均表現(xiàn)出剪切變稀的流變學(xué)行為，即膜液表觀黏度隨剪切速率增大而降低。在剪切速率0的條件下，對照組膜液的初始表觀黏度為47 Pa·s，當(dāng)蘋果多酚添加量為0.5%時，復(fù)合膜液的初始表觀黏度上升至60 Pa·s；隨著蘋果多酚添加量的繼續(xù)增加，復(fù)合膜液的初始表觀黏度繼續(xù)增大。當(dāng)剪切速率由0增加至200 s-1時，不同蘋果多酚添加量的復(fù)合膜液表觀黏度均呈快速降低的趨勢。然而，剪切速率從200 s-1增至800 s-1時，復(fù)合膜液的表觀黏度呈緩慢降低趨勢，最終穩(wěn)定在5 Pa·s左右，表明較高剪切速率對復(fù)合膜液的表觀黏度影響較小。此外，隨著剪切速率增加，不同多酚濃度的復(fù)合膜液剪切應(yīng)力均呈現(xiàn)迅速增加再逐漸趨于平緩的趨勢。

表2結(jié)果顯示，各擬合方程中R2均大于0.99，表明該模型擬合程度較高。不同蘋果多酚添加量的復(fù)合膜液的流動指數(shù)均小于 1，為非牛頓假塑性流體。而且隨著蘋果多酚添加量增大，復(fù)合膜液的稠度指數(shù)K呈增大趨勢，而流動指數(shù)n呈減小趨勢，說明蘋果多酚添加量越高，復(fù)合膜液黏稠性越大，假塑性流體的特征越明顯。

2.4 不同蘋果多酚添加量的復(fù)合膜液動態(tài)流變特性

蘋果多酚和殼聚糖溶液混合均勻后可形成黏稠狀的液體，該液體同時表現(xiàn)出黏性和彈性的特征[29]。因此，本文進(jìn)一步研究了該膜液的動態(tài)流變特性。由圖 4可知，該膜液在 0.1%應(yīng)變范圍內(nèi)具有良好的彈性特征，剪切應(yīng)力與應(yīng)變呈現(xiàn)較好的線性關(guān)系，因此頻率掃描應(yīng)在 0.1%應(yīng)變范圍內(nèi)進(jìn)行。由圖5可知，隨著掃描頻率增加，不同多酚添加量的復(fù)合膜液 G′和 G″均呈上升趨勢。當(dāng)多酚添加量為0時，在整個頻率掃描范圍內(nèi)膜液 G″總高于 G′，表明該膜液黏性特征高于彈性特征。然而，當(dāng)多酚添加量增加至0.5%和1.0%時，在頻率0.1—9 rad·s-1內(nèi)，復(fù)合膜液的 G″略高于G′；當(dāng)頻率增至 10 rad·s-1時，G″有所降低，但仍高于 G′，表明在此頻率范圍內(nèi)，復(fù)合膜液黏性特性大于彈性特性。當(dāng)多酚添加量增至1.5%時，在頻率0.1—1rad·s-1范圍內(nèi)，復(fù)合膜液 G′略高于 G″，說明復(fù)合膜液的流變特性逐漸由黏性轉(zhuǎn)為彈性。此外，當(dāng)頻率從1 rad·s-1逐漸增至 100 rad·s-1，復(fù)合膜液的 G′高于 G″，說明在此頻率范圍內(nèi)，復(fù)合膜液的彈性特性大于黏性特性，流動性降低。

圖2 不同多酚添加量對復(fù)合膜液pH的影響Fig. 2 Effects of polyphenol concentrations on the pH of the composite membrane liquids

圖3 不同多酚添加量對復(fù)合膜液靜態(tài)流變特性的影響Fig. 3 Effects of polyphenol concentrations on the static rheological properties of the complex membrane liquids

表2 不同多酚添加量的復(fù)合膜液流變特性參數(shù)Table 2 Static rheological properties of composite membrane fluids with different polyphenols

圖4 復(fù)合膜液的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系Fig. 4 Stress-strain relationship of composite membrane fluid

2.5 不同蘋果多酚添加量對復(fù)合膜液抗氧化活性的影響

蘋果多酚具有良好的抗氧化活性，能起到明顯的抑菌作用[30]。如圖6-A所示，隨著蘋果多酚添加量增加，膜液DPPH自由基清除率呈顯著增加趨勢（P＜0.01）。當(dāng)蘋果多酚添加量為 1.5%時，膜液的DPPH自由基的清除率達(dá)94.3%，而同等濃度的 BHT溶液對 DPPH自由基的清除率為 84.8%，低于復(fù)合膜液的DPPH清除能力。如圖6-B所示，隨著多酚添加量的增加，復(fù)合膜液的脂質(zhì)氧化抑制率呈顯著上升趨勢（P＜0.01）。當(dāng)多酚添加量為1.0%時，膜液的脂質(zhì)氧化抑制率為85.6%。當(dāng)添加量達(dá)到1.5%時，膜液的脂質(zhì)氧化抑制率高達(dá) 95.9%。如圖 6-C所示，隨著多酚添加量增加，復(fù)合膜液總還原力也呈顯著上升趨勢（P＜0.01）。當(dāng)多酚添加量為1.5%時，膜液的總還原力最大，且高于同等濃度的 BHT溶液的總還原力。如圖 6-D所示，隨著蘋果多酚添加量的增加，膜液的 OH自由基清除率呈顯著增加趨勢（P＜0.01）。

圖5 不同多酚添加量對復(fù)合膜液動態(tài)流變特性的影響Fig. 5 Effect of polyphenol concentrations on the dynamic rheological properties of the composite membrane liquids

2.6 復(fù)合膜液紅外光譜分析

紅外光譜法可分析復(fù)合膜液中多酚和殼聚糖分子之間的相互作用力及存在形式。由圖7可知，蘋果多酚、殼聚糖及不同復(fù)合膜液紅外光譜曲線均在在3 500 cm-1和3 000 cm-1之間出現(xiàn)較寬的吸收峰，這是多酚中O-H的伸縮振動峰和殼聚糖中-NH的伸縮振動峰重合疊加的多重吸收峰。隨著多酚添加量增加，復(fù)合膜液在3 400 cm-1處的寬峰有輕微扁平趨勢，而且此處的吸收峰出現(xiàn)輕微的紅移。在2 940 cm-1處的伸縮振動峰是C-H的振動吸收峰。在1 650、1 545、1 398和1 100 cm-1處的吸收峰分別是C=O、N-H、C-N和C-O-C的伸縮振動吸收峰，而且1 545 cm-1處的N-H吸收峰有輕微的減弱。隨著蘋果多酚加入，1 245 cm-1處的吸收峰明顯減弱，這表明蘋果多酚與殼聚糖之間產(chǎn)生了分子間相互作用。

2.7 復(fù)合膜液X-ray分析

天然多糖通常不能形成明顯的結(jié)晶，但在適宜的條件下，能夠以微晶態(tài)形式存在[31]。殼聚糖復(fù)合膜的晶體結(jié)構(gòu)主要存在3種形式：非晶體結(jié)構(gòu)，無水結(jié)晶結(jié)構(gòu)和水合結(jié)晶結(jié)構(gòu)。由圖8-A可知，在對照組，主要有4個衍射峰，衍射角（2θ）分別為11.3°、18.6°、22.2°和 29.2°。在 11.3°處的衍射峰是無水結(jié)晶，在 18.6°處的衍射峰是水合結(jié)晶，而 22.2°處的衍射峰是殼聚糖的特征衍射峰。如圖8-B所示，蘋果多酚在2θ為10°—80°范圍內(nèi)無明顯的吸收峰，僅有少量小峰存在，說明蘋果多酚在常態(tài)下不能形成單晶，為無定形狀態(tài)。由圖8-C可知，隨著多酚添

加量增加，11.2°、18°和 22.2°處的衍射峰均明顯變小，表明復(fù)合膜液的結(jié)晶度有所降低，當(dāng)多酚添加量為1.5%時，衍射峰完全消失。

圖6 不同多酚添加量對復(fù)合膜液抗氧化活性的影響Fig. 6 Effect of polyphenol concentrations on the antioxidant capacity of the complex membrane liquids

圖7 不同多酚添加量對復(fù)合膜液紅外光譜的影響Fig. 7 Effect of polyphenol concentrations on the infrared spectroscopy of the complex membrane liquids

圖8 X衍射圖Fig. 8 X-RAD diffraction patterns

2.8 不同蘋果多酚添加量對復(fù)合膜液熱穩(wěn)定性的影響

由圖9可知，對照組和不同多酚添加量的復(fù)合膜液質(zhì)量損失可分為3個階段[32-33]。當(dāng)溫度在50℃到 100℃之間時，主要是樣品中自由水蒸發(fā)，樣品有輕微的失重現(xiàn)象。在此階段，由表3可知，對照組和不同復(fù)合膜液的失重率為 7%—12%。樣品在 100℃—200℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行第二階段的質(zhì)量損失。在此階段，主要是樣品中結(jié)合水或其他揮發(fā)性物質(zhì)的損失，失重率為 15%—18%。隨著多酚添加量的增加，第二階段的失重率逐漸減小。不同蘋果多酚添加量的復(fù)合膜液的主要失重率發(fā)生在第三階段。在此階段溫度達(dá)到 280℃左右，復(fù)合膜液質(zhì)量急劇降低，失重率最大達(dá)到50%。但添加多酚后，復(fù)合膜液在第三階段的質(zhì)量損失低于對照組。由圖9-B可知，對照組3個階段的質(zhì)量損失溫度分別為50.8℃，110.7℃和269.9℃。然而，由圖 9-C、9-D和 9-E可知，蘋果多酚的引入使復(fù)合膜液在這3個階段的溫度均有所上升。

表3 不同溫度范圍內(nèi)復(fù)合膜液的失重率Table 3 Weight loss rate of composite membrane fluid in different temperature range (%)

圖9 不同多酚添加量的復(fù)合膜液的熱分析曲線Fig. 9 TG-DTG curve of the composite membrane liquids with different polyphenol concentrations

3 討論

本研究以 5%的殼聚糖溶液為基質(zhì)，以蘋果多酚為添加劑制備出一種復(fù)合膜液，并研究了不同蘋果多酚添加量對復(fù)合膜液抗氧化性、流變學(xué)性質(zhì)的影響。據(jù)研究報道，殼聚糖分子結(jié)構(gòu)中含有的羥基和酚羥基可以與超氧陰離子自由基之間產(chǎn)生相互作用，抑制氧化反應(yīng)進(jìn)程，因此使殼聚糖溶液具有一定的抗氧化活性[34-35]。然而，單純的殼聚糖溶液抗氧化性較弱，不能對涂膜果蔬起到較好的保鮮效果。因此，將蘋果多酚[36]加入殼聚糖溶液中提高復(fù)合膜液的抗氧化性無疑是提高復(fù)合膜液抗氧化性的重要途徑。本文研究發(fā)現(xiàn)，隨著多酚添加量的增加，殼聚糖膜液的抗氧化性逐漸升高，當(dāng)多酚添加量為1.5%時，復(fù)合膜液DPPH自由基清除率、脂質(zhì)氧化抑制率和OH自由基清除率高于與同等濃度條件下的的BHT溶液，表明向殼聚糖溶液中添加蘋果多酚是提高復(fù)合膜液抗氧化性的有效途徑。

多酚作為一種天然小分子物質(zhì)，含有相當(dāng)數(shù)目的酚羥基，可以和殼聚糖分子之間形成明顯的氫鍵作用[37]。本文研究發(fā)現(xiàn)，加入蘋果多酚后，復(fù)合膜液在3 400 cm-1處的紅外吸收峰出現(xiàn)明顯紅移，可能是由于蘋果多酚中的-OH和殼聚糖分子中的-OH或者-NH2產(chǎn)生氫鍵相互作用，這與PENG等[38]的研究結(jié)果基本一致。此外，蘋果多酚和殼聚糖分子之間沒有產(chǎn)生新的伸縮振動峰，也沒有觀察到明顯的波長位移，表明蘋果多酚和殼聚糖之間并沒有共價鍵生成[39-41]。殼聚糖是一種天然高分子多糖，其溶液表現(xiàn)出非牛頓流體的剪切稀化效應(yīng)[42]，當(dāng)體系中加入多酚時，與殼聚糖分子形成氫鍵，可改變殼聚糖復(fù)合膜液的流變特性。本文研究發(fā)現(xiàn)，不同多酚添加量的復(fù)合膜液均表現(xiàn)出剪切變稀行為，即隨剪切速率增加，復(fù)合膜液表觀黏度逐漸降低，最終趨于平穩(wěn)。然而，多酚添加量不同，復(fù)合膜液的流變學(xué)行為也有略微差異。例如，當(dāng)蘋果多酚添加量為1.5%時，復(fù)合膜液動態(tài)流變特性由黏性模量主導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥阅Ａ恐鲗?dǎo)，表明該膜液流變學(xué)彈性特征高于黏性特征[43-44]。殼聚糖分子和蘋果多酚之間的氫鍵除了影響復(fù)合膜液的流變學(xué)性質(zhì)外，還影響殼聚糖分子的結(jié)晶特性。蘋果多酚的引入，明顯降低殼聚糖的結(jié)晶度，這可能是由于多酚和殼聚糖分子之間的氫鍵改變了殼聚糖分子之間的作用力，干擾了殼聚糖分子結(jié)晶的形成。有研究表明，某些大分子多糖加入到殼聚糖體系中，也會引起復(fù)合膜 X射線衍射圖譜的改變。例如，土豆淀粉的-OH和殼聚糖中-NH2形成分子間氫鍵，阻礙了殼聚糖分子鏈的相互作用，使得殼聚糖結(jié)晶不易形成，甚至出現(xiàn)無定形狀態(tài)[45]。從復(fù)合膜液的 pH也可以看出，正是因?yàn)樘O果多酚中的-OH與殼聚糖中-NH2產(chǎn)生相互作用，束縛了復(fù)合膜液體系中H+的釋放，導(dǎo)致H+濃度降低，水溶液呈酸性的蘋果多酚加入到殼聚糖溶液中，只會引起復(fù)合膜液體系的 pH短暫降低，當(dāng)蘋果多酚添加量增加時，pH逐漸上升。殼聚糖在酸性溶液中長時間存放會發(fā)生分子長鏈的部分水解[15]，分子間纏聯(lián)結(jié)構(gòu)降解，導(dǎo)致復(fù)合膜液黏度降低，因此蘋果多酚的引入提高了復(fù)合膜液體系的 pH，這對后續(xù)加工及膜液成膜具有十分重要的價值。

由于蘋果多酚和殼聚糖分子之間的氫鍵作用，殼聚糖的熱穩(wěn)定性也有所增加。本文研究發(fā)現(xiàn)，殼聚糖質(zhì)量損失過程分為3個階段，在100℃主要是由游離水蒸發(fā)引起質(zhì)量損失[46]，在 200℃內(nèi)的質(zhì)量損失主要由結(jié)合水損失引起[47]，在第三階段主要是由多糖分子解聚引起多糖分解而引起[48-49]。本文通過對殼聚糖進(jìn)行熱分析，發(fā)現(xiàn)蘋果多酚的引入促使多酚與殼聚糖形成了分子間作用力，提升了多糖初始分解溫度，這與MATHEW[45]等的研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

蘋果多酚純度為68.6%，加入到5%（w/v）殼聚糖溶液中，隨著蘋果多酚添加量的增加，顯著提高復(fù)合膜液的初始表觀黏度（P＜0.01），增強(qiáng)膜液的假塑性流體特征。當(dāng)蘋果多酚添加量為1.5%時，使膜液的動態(tài)流變特性由黏性轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥裕鲃有越档?。蘋果多酚添加量為1.5%時，復(fù)合膜液的抗氧化活性高于同等濃度條件下的BHT溶液（P＜0.01）。此外，紅外光譜和X射線衍射結(jié)果表明，蘋果多酚添加量為1.5%的復(fù)合膜液體系中存在大量氫鍵，促使分子間形成相互作用，降低殼聚糖結(jié)晶度，從而提升復(fù)合膜液的熱穩(wěn)定性。