基于復(fù)合膜技術(shù)的中藥鮮藥保存研究*

廖衛(wèi)波 王亞敏 虞金寶 戴迪 李晶

（江西省中醫(yī)藥研究院 南昌330046）

1 儀器與材料

1.1 儀器 JB50-D型增力電動(dòng)攪拌機(jī)（上海標(biāo)本模型廠）,BZF30型真空干燥箱、BG2-70型電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海博訊實(shí)業(yè)有限公司）；電子數(shù)顯千分尺0～25 mm（桂林廣陸數(shù)字測(cè)控股份有限公司）；DZKW-S-4型電子恒溫水浴鍋（北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司）；85-2型數(shù)顯恒溫磁力攪拌器（濟(jì)南歐萊博科學(xué)儀器有限公司）；TA-XT2i物性測(cè)試儀（英國(guó)stable Micro Systems公司）；ML-T型萬(wàn)分之一分析天平（METTLER TOLEDO公司）。

1.2 材料 PUL、殼聚糖、明膠、海藻酸鈉（蘇州福萊德生物科技有限公司）；甘油（廣州嘉德樂(lè)生化科技有限公司）；食品級(jí)氯化鈣（濰坊迪拜爾化工有限公司）；PEG-400（天津市福晨化學(xué)試劑廠）；魚(yú)腥草采于江西省南昌縣,除去雜質(zhì),洗凈備用。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 復(fù)合膜的制備

2.1.1 成膜材料的篩選 以PUL、殼聚糖、明膠、海藻酸鈉的單一物質(zhì)或復(fù)合物料為成膜材料,以成膜性為考察指標(biāo)進(jìn)行篩選,優(yōu)化獲得涂膜效果顯著的涂膜劑,并采用分組對(duì)照法,制備成膜液。分別稱取適量（約2 g）PUL、殼聚糖、明膠、海藻酸鈉及增塑劑適量充分溶解在25～30℃的100 ml蒸餾水中,用磁力攪拌器攪拌至充分溶解,在0.01～0.09 MPa真空脫氣10 min。成膜溶液傾倒在聚丙乙烯培養(yǎng)皿中,置于通風(fēng)櫥中室溫風(fēng)干8～10 h或在烘箱中60℃烘干后成膜,觀察其成膜性。

2.1.2 膜處方優(yōu)化 通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)考察不同質(zhì)量濃度的PUL、甘油、氯化鈣（CaCl2）對(duì)鮮藥失水率的影響,以確定各參數(shù)范圍,為進(jìn)一步優(yōu)化提供依據(jù)。各單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下:PUL設(shè)1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%共5個(gè)梯度；甘油設(shè)0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%共5個(gè)梯度；CaCl2設(shè)0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%共5個(gè)梯度,每個(gè)梯度重復(fù)3次試驗(yàn)。在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用3因素3水平的Box-Behnken設(shè)計(jì)優(yōu)化處方,設(shè)計(jì)包括重復(fù)實(shí)驗(yàn)的中心點(diǎn)和一系列多維試驗(yàn)點(diǎn),確定復(fù)合膜處方。失水率測(cè)定:將配制好的涂膜液濃縮至原體積的一半,鮮藥（鮮魚(yú)腥草）分別浸泡于其中1～2 min,取出自然晾干后裝入聚乙烯保鮮袋中并稱重,將保鮮袋敞口置于恒定溫度為30℃的干燥箱中,干燥一定時(shí)間后稱重,測(cè)定失水率（W）,失水率在10%左右。每個(gè)測(cè)定重復(fù)3次,取平均值。失水率計(jì)算公式:W=（m0-m1）/m0×100%。W為失水率,m0為初始質(zhì)量,m1為失水后質(zhì)量。

2.2 復(fù)合膜性質(zhì)考察

2.2.1 復(fù)合膜膜厚度測(cè)定 根據(jù)GB/T6672-2001《塑料薄膜和薄片厚度測(cè)定機(jī)械測(cè)量法》[7],用測(cè)厚儀對(duì)每張復(fù)合膜的厚度進(jìn)行測(cè)定,均勻取9個(gè)點(diǎn)（其中1個(gè)點(diǎn)必須為復(fù)合膜的中心點(diǎn)）,取平均值作為復(fù)合膜的厚度值。

2.2.2 復(fù)合膜拉伸強(qiáng)度（TS）和斷裂伸長(zhǎng)率（E）測(cè)定根據(jù)ASTMD 882-01法,采用物理測(cè)試儀測(cè)定TS與E[7],將所制備的膜裁剪成10 mm×50 mm大小,測(cè)試條件:引拉速度設(shè)置為1 mm/s,觸發(fā)力設(shè)置為5 g。計(jì)算公式:（1）TS（單位:MPa）=F/S；F為最大拉力（單位:N）；S為剪切面積（單位:m2）,平行進(jìn)行3次試驗(yàn),取平均值。（2）E =（L1-L0）/L0×100%。L0為剪切長(zhǎng)度（單位:mm）,L1為最大拉伸長(zhǎng)度（單位:mm）,平行進(jìn)行3次試驗(yàn),取平均值。

例如，在教學(xué)六年級(jí)下冊(cè)“數(shù)學(xué)好玩”一課中，當(dāng)教師讓學(xué)生繪制學(xué)校平面圖時(shí)，學(xué)生就會(huì)拿上紙筆在課前觀察校園，思考怎樣將校園變成紙上的平面圖。學(xué)生思考實(shí)踐“變”的過(guò)程就是一種對(duì)生活資源探究和思考的過(guò)程，這一行動(dòng)本身就是對(duì)數(shù)學(xué)生活、生活數(shù)學(xué)的再思考。我們都知道我們生活中的場(chǎng)所以及場(chǎng)所的建筑物的構(gòu)成和規(guī)劃都是先有設(shè)計(jì)，在紙上畫(huà)平面圖紙，最后實(shí)施的過(guò)程，學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的過(guò)程就是這一過(guò)程的再現(xiàn)。

2.2.3 復(fù)合膜水溶性測(cè)定 取剪裁成2 cm×2 cm規(guī)格的PUL復(fù)合膜樣品,置于盛滿30℃水的燒杯中,能發(fā)現(xiàn)復(fù)合膜緩慢蜷縮逐漸分散于水中,一段時(shí)間后陽(yáng)光下觀察到水中顆粒或片狀消失時(shí)為本實(shí)驗(yàn)溶水時(shí)間的終點(diǎn),記錄樣品溶解的時(shí)間。

2.3 復(fù)合膜保鮮效果測(cè)定 將魚(yú)腥草隨機(jī)分為四組,每組3份,每份10株,按以下方法處理。（A）復(fù)合膜保鮮:將鮮藥浸泡于配制好的涂膜液中1～2 min,自然晾干后裝入聚乙烯保鮮袋中,置于溫度為（25±0.5）℃、濕度70%的條件下敞口貯藏。（B）自然貯藏法:將鮮藥直接裝入聚乙烯保鮮袋中,置于溫度為（25±0.5）℃、濕度70%的條件下敞口貯藏。（C）薄膜密封法:將鮮藥直接裝入聚乙烯保鮮袋中,置于溫度為（25±0.5）℃、濕度70%的條件下密封貯藏。（D）低溫冷藏法:低溫（5±2）℃貯藏。測(cè)定褐變率、腐爛率與失重率。褐變率（%）=褐變數(shù)/總數(shù)量×100%。腐爛率（%）=腐爛數(shù)/總數(shù)量×100%。失重率計(jì)算公式:W=（m0-m1）/m0×100%,m0為保鮮措施前質(zhì)量（單位:g）；m1為保鮮措施后質(zhì)量（單位:g）。

3 結(jié)果

3.1 不同成膜材料成膜性能比較 前期實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),復(fù)合膜成膜材料中以單一成膜材料所制備的復(fù)合膜其成膜性及膜性能方面均不理想,以PUL為骨架材料,加入殼聚糖或明膠等復(fù)合成膜亦未達(dá)到理想要求。所以最終選擇以甘油和CaCl2作為普魯蘭基質(zhì)膜的復(fù)配劑。甘油為常用的保濕劑,Ca2+亦具有抗菌作用[5]。見(jiàn)表1。

3.2 PUL、甘油、CaCl2單因素試驗(yàn)結(jié)果 由單因素考察結(jié)果可知,鮮藥失水率隨著PUL質(zhì)量濃度的增加呈先降后升之勢(shì),在3.0%左右達(dá)到谷值；隨著甘油質(zhì)量濃度的增加失水率依然先降后升,提示實(shí)驗(yàn)優(yōu)化時(shí)甘油質(zhì)量濃度設(shè)置在1.0%～2.0%,且添加2.0%甘油后膜成型性下降；CaCl2在一定程度增強(qiáng)了膜的韌性和附著能力,其質(zhì)量濃度在＞0.5%之后失水率有所上升,因此實(shí)驗(yàn)優(yōu)化中CaCl2質(zhì)量濃度設(shè)置在0.5%左右。見(jiàn)圖1。

圖1 PUL、甘油、CaCl2單因素試驗(yàn)結(jié)果

3.3 Box-Behnken設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.3.1 Box-Behnken設(shè)計(jì)因素水平及結(jié)果 在單因素考察結(jié)果的基礎(chǔ)上,選擇PUL（A）、甘油（B）和CaCl2（C）為考察因素,以失水率（Y）為指標(biāo),采用3因素3水平的Box-Behnken設(shè)計(jì)優(yōu)化處方,設(shè)計(jì)包括重復(fù)實(shí)驗(yàn)的中心點(diǎn)和一系列多維試驗(yàn)點(diǎn)。因素水平見(jiàn)表2,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 Box-Behnken設(shè)計(jì)因素水平

表3 Box-Behnken設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果

3.3.2 指標(biāo)回歸方程的擬合 使用Design-Expert8.0.6.1軟件對(duì)表3數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析,以Y為指標(biāo)進(jìn)行多元線性回歸和二項(xiàng)式方程擬合。Y用二項(xiàng)式回歸最優(yōu),其二次多元回歸方程分別為Y＝10.76+0.51A+0.10B+ 0.11C-0.52AB+0.18AC+0.46BC+0.68A2+0.38B2+0.67C2（R2＝0.887 2,P＜0.013 1）。

3.3.3 方差分析和顯著性檢驗(yàn) 擬合方程的相關(guān)系數(shù)說(shuō)明該模型擬合程度良好,可對(duì)復(fù)合膜處方進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。模型Y中PUL的一次項(xiàng)、二次項(xiàng),CaCl2二次項(xiàng)、PUL與甘油的交互項(xiàng)都達(dá)到顯著水平（P＜0.05）,其他項(xiàng)不顯著。刪除不顯著項(xiàng),得到的簡(jiǎn)化方程為Y＝10.76+0.51A-0.52AB+0.68A2+ 0.67C2（R2＝0.887 2,P＜0.013 1）?；貧w系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)見(jiàn)表4。

表4 二次項(xiàng)回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)

3.3.4 效應(yīng)面分析與優(yōu)化 使用Design-Expert8.0.6.1軟件,根據(jù)回歸方程分析結(jié)果,選擇對(duì)各指標(biāo)有顯著影響的2個(gè)因素,另一因素設(shè)為中心點(diǎn)值,做出相應(yīng)的曲面圖。見(jiàn)圖2。

圖2 各因素對(duì)響應(yīng)值影響的三維效應(yīng)曲面圖

3.3.5 優(yōu)選處方的預(yù)測(cè)與驗(yàn)證采用Design-Expert 8.0.6.1實(shí)驗(yàn)軟件,按Y最小值設(shè)定目標(biāo),得到的優(yōu)選處方條件為A＝2.3%,B＝1.1%,C＝0.62%,即膜處方比PUL:甘油:CaCl2為2.3:1.1:0.62,按該處方制備復(fù)合膜并測(cè)定指標(biāo)。實(shí)測(cè)量值和預(yù)測(cè)值分別為（10.61±0.43）%與10.55%,實(shí)測(cè)量值和預(yù)測(cè)值接近,表明該模型預(yù)測(cè)性良好。

3.4 復(fù)合膜性質(zhì)

3.4.1 復(fù)合膜膜厚度測(cè)定結(jié)果 將PUL復(fù)合膜從聚丙乙烯培養(yǎng)皿中揭下,測(cè)定膜厚度為0.18～0.20 mm。

3.4.2 不同甘油、CaCl2濃度對(duì)復(fù)合膜拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的影響 在最優(yōu)處方的基礎(chǔ)上,固定PUL和CaCl2的加入量,加入不同量0.5%、1.0%、1.1%、1.5%、2.0%的甘油,復(fù)合膜拉伸強(qiáng)度在降低,而斷裂伸長(zhǎng)率增大。固定PUL和甘油的加入量,加入不同量0%、0.30%、0.62%、0.80%、1.00%的CaCl2,其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均有所提高。見(jiàn)圖3。

圖3 不同甘油、CaCl2濃度對(duì)復(fù)合膜拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的影響

3.4.3 不同甘油、CaCl2濃度對(duì)復(fù)合膜溶水時(shí)間的影響 在最優(yōu)處方的基礎(chǔ)上,固定PUL和CaCl2的加入量,復(fù)合膜的溶水時(shí)間隨著甘油加入量的增多而減少,最優(yōu)處方所制備復(fù)合膜的溶水時(shí)間為（56.8±3.1）s。而CaCl2則對(duì)復(fù)合膜的溶水時(shí)間影響不大,最優(yōu)處方所制備復(fù)合膜的溶水時(shí)間為（54.6±2.3）s。見(jiàn)圖4。

圖4 不同甘油、CaCl2濃度對(duì)復(fù)合膜溶水時(shí)間的影響

3.5 不同保存方式對(duì)魚(yú)腥草的保鮮效果 新鮮的魚(yú)腥草隨著時(shí)間的延長(zhǎng),葉子顏色逐漸變暗,并出現(xiàn)大量的黑斑,略帶霉味,促使腐爛加快,長(zhǎng)期存放依然存在呼吸作用,呼吸強(qiáng)度越高,衰老的速度越快,魚(yú)腥草褐變出現(xiàn)的時(shí)間越早；密封保存在一定程度上會(huì)加速腐爛；而復(fù)合膜能較好地抑制魚(yú)腥草的褐變。采用不同保存方式保存魚(yú)腥草,其保鮮效果的優(yōu)劣次序?yàn)榈蜏乩洳胤ǎ―）＞復(fù)合膜保鮮（A）＞薄膜密封法（C）＞自然貯藏法（B）。見(jiàn)表5。

表5 不同保存方式對(duì)魚(yú)腥草保鮮效果

4 討論

鮮藥在中醫(yī)臨床上治療疑難雜癥、危急重癥解毒外治等方面具有特殊性,有較高的應(yīng)用價(jià)值,但因其難以保存,應(yīng)用受到極大限制,且鮮藥貯藏保鮮技術(shù)在國(guó)內(nèi)外研究報(bào)道相對(duì)較少[9～10]。本研究借鑒復(fù)合膜在果蔬保鮮方面的技術(shù)和理論[11～12],將其運(yùn)用到中藥保鮮領(lǐng)域,進(jìn)行了初步探究。研究以最優(yōu)處方2.3%（g/ml）PUL,1.1%（g/ml）甘油,0.62%（g/ml）CaCl2（復(fù)合膜處方比PUL:甘油:CaCl2為2.3:1.1:0.62）所制備PUL復(fù)合保鮮膜能較好減少水分的散失,起到保鮮作用。通過(guò)測(cè)定魚(yú)腥草各貯藏時(shí)間內(nèi)褐變率、腐爛率、失重率的評(píng)價(jià)指標(biāo),得出PUL復(fù)合膜能較好地抑制魚(yú)腥草褐變,降低腐爛率及失重率,對(duì)魚(yú)腥草有較好保鮮效果的結(jié)論。然而對(duì)于其化學(xué)成分是否發(fā)生變化仍需做進(jìn)一步的研究。本研究將多糖復(fù)合膜保鮮技術(shù)應(yīng)用于鮮藥保鮮,為中藥鮮藥保鮮提供了參考與借鑒。