肉桂精油可食性膜的制備與性能分析

李繼蕊 孫騫

摘要 [目的]研制一種具有抗氧化性的新型可食性包裝材料。[方法]利用殼聚糖和玉米醇溶蛋白為成膜材料，以肉桂精油作為抗氧化成分，制備不同精油添加量的殼聚糖/玉米醇溶蛋白可食性膜，研究精油添加量對(duì)膜的阻隔性能（透氣性、透水性）、機(jī)械特性（抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率）、抗氧化性以及微觀(guān)結(jié)構(gòu)的影響。[結(jié)果]添加精油后，膜液黏度下降，有更好的鋪展性，添加9%精油的膜斷裂伸長(zhǎng)率最好，為44.05%。隨著精油含量的增大，膜的阻隔性和抗氧化能力均有所增強(qiáng)，其中含 12%精油的膜自由基清除率最大，為90.12%。SEM結(jié)果表明復(fù)合膜中殼聚糖與玉米醇溶蛋白分子相容性較好，表面光滑平整。[結(jié)論]該研究可為肉桂精油復(fù)合膜的開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 可食膜;肉桂精油;性能分析

中圖分類(lèi)號(hào) TS 206? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2021）20-0189-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.20.049

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Preparation and Performance Analysis of Edible Film with Cinnamon Essential Oil

LI Ji-rui SUN Qian2 （1.Dongying Agricultural and Rural Bureau，Dongying，Shandong 257091; 2.Guangrao Forestry Development Service Center，Dongying，Shandong 257300）

Abstract [Objective]To develop a new edible packaging material with antioxidant properties.[Method]Chitosan and zein were used as film-forming materials and cinnamon essential oil was used as antioxidant components to prepare the edible films with different amount of essential oil.The physical properties，barrier properties and mechanical properties of the films were studied.The influence of essential oil on mechanical properties，oxidation resistance and microstructure were analyzed.[Result]The results showed that the viscosity of film decreased after adding essential oil，and the elongation at break of the membrane with 9% essential oil was the best，which was 44.05%.With the increase of essential oil content，the barrier property and antioxidant capacity of film were enhanced.The free radical scavenging rate of film containing 12% essential oil was the highest，which was 90.12%.The results of microscopic observation showed that the molecular compatibility of chitosan and zein was good，and the surface was smooth.[Conclusion]This study can provide a scientific basis for the development of cinnamon essential oil composite membrane.

Key words Edible film;Cinnamon essential oil;Performance analysis

作者簡(jiǎn)介 李繼蕊（1986—），男，山東臨清人，農(nóng)藝師，碩士，從事果蔬栽培及保鮮技術(shù)推廣研究。

收稿日期 2021-02-19

隨著人們生活水平的提高，食品安全問(wèn)題逐漸進(jìn)入大眾的視野，并受到了廣泛關(guān)注，如何開(kāi)發(fā)出一種可食用、可降解、無(wú)毒害、無(wú)污染的新型包裝材料，成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)[1]。

殼聚糖是甲殼素經(jīng)過(guò)脫乙酰作用得到，含有大量的活性羥基和氨基，可發(fā)生烷基化、水解、縮合和絡(luò)合等化學(xué)反應(yīng)，研究表明，殼聚糖是一種具有良好的生物相容性和抗菌性的材料，可用于醫(yī)用涂敷材料、保鮮抗菌包材等方面[2]。玉米醇溶蛋白是玉米中主要的一種蛋白質(zhì)，可溶于乙醇，但不溶于水，其中富含含硫氨基酸，蛋白質(zhì)分子間以較強(qiáng)的二硫鍵、疏水鍵相連，使玉米醇溶蛋白具有相對(duì)良好的成膜特性[3]。殼聚糖/玉米醇溶蛋白共混膜性能優(yōu)于單一成分膜[4]。在此基礎(chǔ)上，為了增強(qiáng)共混膜的抗氧化性，添加肉桂精油可以獲得性能更為優(yōu)良的可食性包裝膜。因此，筆者以殼聚糖和玉米醇溶蛋白為成膜材料，以肉桂精油作為抗氧化活性成分，研究肉桂精油添加量對(duì)膜液黏度、膜性能及其抗氧化性的影響，以期為開(kāi)發(fā)肉桂精油復(fù)合膜提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

殼聚糖（脫乙酰度≥90%，相對(duì)分子質(zhì)量 8×105），上海藍(lán)季生物公司;玉米醇溶蛋白（蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 92%），南京都萊試劑有限公司;冰乙酸、 無(wú)水氯化鈣、乙醇，AR，天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司;聚乙二醇-400，AR，煙臺(tái)市雙雙化工有限責(zé)任公司;肉桂精油，煙臺(tái)遠(yuǎn)東精細(xì)化工有限責(zé)任公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

UV-2550 型紫外分光光度計(jì)，日本島津公司;BSC-150 型恒溫恒濕箱，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司;Kinexus lab+旋轉(zhuǎn)流變儀，英國(guó) Malvern 儀器有限公司; TA-XT 質(zhì)構(gòu)儀，北京微訊超技儀器技術(shù)有限公司。

1.3 試驗(yàn)條件

1.3.1 膜液及膜的制備。室溫下，用1%乙酸制備20 g/L殼聚糖膜液，用90%乙醇制備20 g/L 玉米醇溶蛋白膜液，將2種膜溶液按照體積比 1∶1 混合并攪拌均勻，加入30%聚乙二醇-400，然后分別向復(fù)合膜液中加入 0、3%、6%、9%、12%的肉桂精油（以復(fù)合膜液中殼聚糖和玉米醇溶蛋白的總質(zhì)量為基準(zhǔn)），混合均勻，冷卻至室溫，待測(cè)。

量取100 mL復(fù)合膜液，流延鋪平于方形塑料板上（25.0 cm×25.0 cm×1.8 cm），然后于 50 ℃干燥 12 h，取出干燥好的復(fù)合膜。

1.3.2 膜液的黏度。采用旋轉(zhuǎn)流變儀用平板-錐系統(tǒng)測(cè)定不同膜液在溫度為25 ℃，剪切速率（γ）為0～300 s-1黏度的變化，其中錐板直徑為40 mm，在角度為4°的條件下，可得到膜液在不同剪切速率下的流變曲線(xiàn)。

1.3.3 膜的機(jī)械性能。按照GB/T 4456—96在TMS-2000物性分析儀上測(cè)定膜的抗拉強(qiáng)度（TS）。測(cè)試速率為1.00 mm/s，夾具間距離為50 mm。每種處理的膜作3組平行，取平均值[5]。延伸率按以下公式計(jì)算：δ=ΔL/L×100%。式中，ΔL為試樣拉伸斷裂后標(biāo)距段的總變形長(zhǎng)度，mm;L為原標(biāo)距長(zhǎng)度，mm。

1.3.4 膜的阻隔性能。水蒸氣透過(guò)性根據(jù)Zhang等[6]的方法測(cè)定。膜的氧氣透過(guò)性利用脫氧劑吸附法測(cè)定。用干燥器將溫濕度分別保持在23 ℃和75%，然后將3 g脫氧劑稱(chēng)重，放入測(cè)試瓶中。隨后，用薄膜密封，稱(chēng)完初始重量后，將測(cè)試瓶置于干燥器中，48 h后取出測(cè)試瓶，稱(chēng)重。參照Z(yǔ)hang等[4]的方法進(jìn)行計(jì)算。

1.3.5 膜的抗氧化性。將25 mg膜剪成小塊加入3 mL蒸餾水中，浸提24 h后，放入離心機(jī)，以8 000 r/min離心10 min，將膜提取液2.8 mL與0.2 mL DPPH溶液（0.1 mmol/L）混合?；旌弦涸谑覝叵卤芄獗４?0 min，在波長(zhǎng)517 nm處測(cè)定吸光度[7]。

1.3.6 膜的微觀(guān)結(jié)構(gòu)（SEM）。對(duì)制得的膜進(jìn)行表面噴金處理，用掃描電子顯微鏡在加速電壓為 5 kV 條件下放大，觀(guān)測(cè)其表面形態(tài)[8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 膜液黏度

成膜液的流動(dòng)性質(zhì)可以影響到液體鍍層的性質(zhì)，如鋪展性、厚度、均勻性及力學(xué)性能，因此成膜液的流變特性也是膜的重要指標(biāo)之一[9]。肉桂精油-殼聚糖/玉米醇溶蛋白混合液的表觀(guān)黏度隨剪切速率的變化情況見(jiàn)圖1。從圖1可見(jiàn)，成膜液的黏度隨著剪切速率的增大而減小，表現(xiàn)出非牛頓流體剪切稀化的特點(diǎn)，這是由于高速剪切作用下分子間糾纏結(jié)構(gòu)的破壞，且破壞的結(jié)構(gòu)在短時(shí)間內(nèi)不能重新組裝[10]，以不添加肉桂精油的膜液黏度最高。

2.2 膜的機(jī)械性能 從圖2可知，不添加精油的復(fù)合膜的抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別為30.22 MPa、31.00%。隨著肉桂精油濃度的增加，復(fù)合膜的抗拉強(qiáng)度分別為15.54、18.57、26.56、21.72 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率分別為33.27%、35.93%、44.05%、30.57%?？梢?jiàn)，無(wú)精油復(fù)合膜的抗拉強(qiáng)度最好，精油的添加會(huì)降低膜的抗拉強(qiáng)度，增大膜的斷裂伸長(zhǎng)率。這可能是由于精油的添加可能會(huì)增大膜的孔徑，從而產(chǎn)生可能的破裂點(diǎn)，破壞了殼聚糖和玉米醇溶蛋白連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[11]。

2.3 膜的阻隔性能

從圖3可見(jiàn)，無(wú)精油添加的復(fù)合膜的水蒸氣透過(guò)率為27.432 g·mm/（h·m2·kPa），隨著肉桂精油添加量的增大，水蒸氣透過(guò)性呈下降趨勢(shì)。水蒸氣的轉(zhuǎn)移一般發(fā)生在薄膜親水區(qū)域，因此通常認(rèn)為向親水性聚合物薄膜中添加疏水性脂質(zhì)可以改善膜的阻水性能。而精油對(duì)可食用膜的影響類(lèi)似于疏水性脂類(lèi)物質(zhì)，脂質(zhì)對(duì)膜的微觀(guān)結(jié)構(gòu)的改變是影響膜透水性的決定性因素，向成膜體系中添加疏水性成分可使薄膜透水性降低[12]。該結(jié)果與Hosseini等[13]一致，其將牛至精油添加到魚(yú)明膠-殼聚糖膜中后，發(fā)現(xiàn)膜的WVP值從0.41 g·mm/（h·m2·kPa）增加到0.76 g·mm/（h·m2·kPa），這是由于脂滴引起聚合物網(wǎng)絡(luò)不連續(xù)，造成膜的內(nèi)聚力降低，從而增加膜的水蒸氣透過(guò)性。

由圖3可知，無(wú)精油添加的復(fù)合膜的氧氣透過(guò)性最大，隨著肉桂精油濃度的增大，氧氣透過(guò)性隨之降低。這說(shuō)明精油的添加降低了膜的透氣性，在密封性上比無(wú)精油添加的復(fù)合膜效果更好，在理論上能夠減少外界氧氣的透過(guò)，抑制食品氧化現(xiàn)象的發(fā)生，從而有利于食品的保鮮。

2.4 膜的抗氧化性 由圖4可知，無(wú)精油添加的復(fù)合膜的自由基清除率為85.21%。對(duì)肉桂-殼聚糖/玉米醇溶蛋白膜來(lái)說(shuō)，隨著肉桂精油濃度的增大，自由基清除率隨之增大，分別為87.73%、88.53%、89.14%、90.12%。這可能是由于肉桂精油的主要成分為肉桂醛，具有一定的抗氧化作用，植物精油中含有的抗自由基活性成分是清除自由基的關(guān)鍵，抗自由基活性成分的含量越高，精油清除自由基的效果也越好[14]。

2.5 膜的微觀(guān)結(jié)構(gòu)

膜的微觀(guān)結(jié)構(gòu)反映了表面的微觀(guān)形貌。由圖5可知，無(wú)精油添加的復(fù)合膜表面比較光滑，氣泡較少，但是有少許裂痕。與添加精油處理相比，精油添加量為9%的復(fù)合膜表面平整光滑，說(shuō)明膜的致密性和均一性較好，制備的膜也會(huì)有較高的抗拉強(qiáng)度[15]，這與抗拉強(qiáng)度測(cè)定結(jié)果一致。

3 結(jié)論

以精油作為抗氧化劑制備復(fù)合膜，膜液靜態(tài)流變學(xué)特性結(jié)果表明，膜液的黏度隨剪切速率的增大均逐漸降低，具有剪切稀化的特點(diǎn)，復(fù)合膜液為非牛頓假塑性流體，且精油含量增大，膜液黏度減小。通過(guò)對(duì)膜性能的研究發(fā)現(xiàn)，加入精油可以提高復(fù)合膜的斷裂伸長(zhǎng)率和阻隔性能，但是會(huì)使膜的抗拉強(qiáng)度下降。該研究結(jié)果將為殼聚糖/玉米醇溶蛋白/肉桂精油復(fù)合膜的進(jìn)一步研究及生產(chǎn)應(yīng)用提供理論參考。

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