檸檬汁納米銀抗菌復(fù)合膜的制備工藝優(yōu)化及性能研究

馬 璟，李蔚然，王麗杰，郝月薪，胡泳華，李 娟，陳巧玲,

（1.閩南師范大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，福建漳州 363000；2.漳州城市職業(yè)學(xué)院食品工程系，福建漳州 363000）

果蔬采后在整理、清洗、運(yùn)輸、保藏等過程中，因機(jī)械傷、呼吸作用、酶、微生物等的影響，容易使果蔬腐敗變質(zhì)[1]。而果蔬在人們?nèi)粘ｏ嬍辰Y(jié)構(gòu)中具有重要作用，因此如何提升果蔬采后品質(zhì)并延長(zhǎng)其保藏期，引起人們的關(guān)注。目前市售保鮮膜多以乙烯為母料，存在抑菌效果差、不易降解等諸多問題[2]。因此利用生物還原法制備抑菌性能良好且對(duì)環(huán)境友好的復(fù)合納米包裝材料成為研究人員的研究熱點(diǎn)。

金屬納米粒子作為一種催化劑和抑菌劑具有非常好的活性[3]，其抑菌性能在近幾年受到了國內(nèi)外研究人員特別的關(guān)注[4-6]。其中納米銀因其光學(xué)、化學(xué)、生物等方面突出的性質(zhì)成為制備抑菌材料的主要原料[7]。唐曉峰等[8]通過制備并分析納米銀無紡布的抑菌性能，發(fā)現(xiàn)納米銀粒子對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌及芽孢桿菌的生長(zhǎng)具有良好的抑制作用。研究表明納米銀粒子以聚合物形式存在時(shí)，具有更好的抑菌性和分散性[9]。這種方法解決了化學(xué)法合成的納米銀常出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象導(dǎo)致其抑菌效果被減弱的問題[10]。Wu 等[11]將納米銀與殼聚糖反應(yīng)制備含檸檬汁固定化Ag 納米顆粒的新型殼聚糖薄膜具有很好的抑菌保鮮效果。另有研究通過葡萄籽將硝酸銀還原成納米銀粒子，制備了多功能納米纖維素復(fù)合膜，該膜性能良好，具有較好的抑菌保鮮功能[12]?？梢妼⑾跛徙y原位還原至保鮮膜中，可使納米銀的抑菌性能得到充分發(fā)揮，且分散性良好。

本研究以聚乙烯醇、甘油、可溶性淀粉的混合溶液作為膜基底，添加檸檬汁作為生物還原劑，硝酸銀溶液為銀來源，通過生物還原法將納米銀原位還原至保鮮膜中。其中檸檬原料易得，成本較低，其提取液富含還原性官能團(tuán)，可作為納米銀的還原劑，同時(shí)可增強(qiáng)膜的抑菌抗氧化作用[13]。此保鮮膜有望在低納米銀濃度條件下，發(fā)揮良好抑菌效果。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

檸檬 福建省漳州市新華都超市；聚乙烯醇（PVA）合肥巴斯夫生物科技有限公司，AR；可溶性淀粉（SS）、甘油、硝酸銀（AgNO3）國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，AR；LB 培養(yǎng)基、技術(shù)瓊脂粉 北京陸橋科技有限公司，生化試劑；大腸埃希氏菌、金黃色葡萄球菌、腸道沙門氏菌、枯草芽孢桿菌、銅綠假單胞菌 廣東微生物菌種保藏中心。

AR24CN 電子分析天平 上海奧豪斯儀器有限公司；DF-101S 集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 上海立辰邦西儀器科技有限公司；DGG-9140B 電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；KQ5200DE 數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；SW-CJ-1FD 超凈工作臺(tái) 蘇州江東精密儀器有限公司；LRM-250 生化培養(yǎng)箱 上海浦東榮豐科學(xué)儀器有限公司；UV-1100 紫外可見分光光度計(jì) 上海美普達(dá)儀器有限公司；CT3 質(zhì)地分析儀 美國Brookfield 公司；JSM-6010LA 電子顯微鏡、JEM 2100F 透射電子顯微鏡 日本JEOL 公司；傅里葉變換紅外光譜儀（ATR-FTIR）美國TA 公司；X 射線衍射儀 日本Rigaku 公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 復(fù)合膜制備的單因素實(shí)驗(yàn) 取檸檬果肉榨取檸檬汁（LJ），4000 r·min-1下離心10 min，取上清液，測(cè)得pH 為2.83，放-20 ℃冰箱冷藏待用。準(zhǔn)確稱取PVA（2、3、4 g），加入蒸餾水，90 ℃水浴磁力攪拌至溶解為止（約30 min）。同時(shí)稱取可溶性淀粉（1、2、3 g），在85 ℃下糊化，與PVA 溶液混勻，調(diào)節(jié)磁力攪拌器溫度為85 ℃，再加入甘油（3、4、5 g）和5 mL 的硝酸銀溶液（2、10、20、40、60、80、100、120、140、160、180、200 mmol/L），攪拌5 min 左右使均勻，待溫度降至75 ℃，逐滴加入檸檬汁（3、5、7 mL），整個(gè)溶液體積為50 mL，10 min 后轉(zhuǎn)至75 ℃超聲處理30 min 后倒膜，75 ℃烘干1 h，揭膜，測(cè)試其抗拉伸強(qiáng)度（TS）、斷裂伸長(zhǎng)率（EAB）、水蒸氣透過率（WVP）、吸濕性、透光率等物理性能，每組平行3 次實(shí)驗(yàn)。單因素固定條件為PVA 3 g，甘油3 g，可溶性淀粉1 g，檸檬汁7 mL，硝酸銀濃度100 mmol/L。

1.2.2 正交試驗(yàn) 結(jié)合單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)四因素三水平試驗(yàn)，確定制備復(fù)合膜的最優(yōu)配方。正交試驗(yàn)因素及水平見表1，結(jié)果見表2。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and Levels table of orthogonal test

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of the orthogonal tests

1.2.3 抑菌實(shí)驗(yàn) 采用打孔法測(cè)試抑菌膜的抑菌效果。將測(cè)試菌種活化并稀釋至106～107CFU/mL。打孔后依次加入150 μL 的不同硝酸銀濃度的（2、10、20、40、60、80、100、120、140、160、180、200 mmol/L）復(fù)合膜膜液，膜液同時(shí)含PVA 3 g、SS 0.5 g、甘油3 g、LJ 7 mL 等制膜材料，將等量聚乙烯醇-淀粉（PVASS）和聚乙烯醇-淀粉-檸檬汁（PVA-SS-LJ）空白樣復(fù)合膜膜液作為陰性對(duì)照，根據(jù)單因素及正交試驗(yàn)確定空白膜的配方，在37 ℃生化培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)24 h，十字交叉法記錄抑菌圈直徑。

1.3 測(cè)試與表征

1.3.1 物理性能測(cè)試

1.3.1.1 抗拉伸強(qiáng)度（TS）和斷裂伸長(zhǎng)率（EAB）的測(cè)定 將待測(cè)膜裁剪成25 mm×4.10 mm 的條形，原始拉伸距離為20 mm，拉伸速度0.5 mm/s，初始拉力0.07 N，平行測(cè)量至少3 次，取平均值。

式中：TS 為膜的抗拉伸強(qiáng)度，MPa；F 為軸向拉伸力，N；L 為膜寬度，mm；X 為膜厚度，mm；EAB 為斷裂伸長(zhǎng)率，%；E 為膜樣品在斷裂時(shí)所達(dá)到的長(zhǎng)度，mm；E0為膜初始長(zhǎng)度，mm。

1.3.1.2 水蒸氣透過系數(shù)（WVP）測(cè)試 采用中國標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1037-1988 杯式法并略做修改。在玻璃杯中放入無水CaCl2。選擇均勻、無孔、無褶皺的膜，用膜封口，并稱重。游標(biāo)卡尺測(cè)量其厚度。在相對(duì)濕度100%、溫度為25 ℃底部為去離子水的干燥器中將稱重后的玻璃杯放入，每隔一定時(shí)間取出玻璃杯稱重，并算出WVP 數(shù)值。按下式計(jì)算：

式中：WVP 為水蒸氣透過系數(shù)，g/0.01 h·m2；Δm 為穩(wěn)定質(zhì)量增量，g；A 為膜面積，m2；Δ t 為測(cè)定時(shí)間間隔，h；d 為膜厚度，mm；Δ p 為試樣兩側(cè)的水蒸氣壓差，Pa。

1.3.1.3 吸濕性測(cè)試 將膜剪成大小為20 mm×20 mm的正方形，置于稱量瓶中并放在干燥器內(nèi)，于25 ℃、相對(duì)濕度100%條件下放置，待其質(zhì)量恒定，測(cè)重量變化。

式中：吸濕性，%；M1為膜吸濕前的質(zhì)量，g；M2為膜吸濕后的質(zhì)量，g。

1.3.1.4 透光率測(cè)試 將待測(cè)樣品剪成長(zhǎng)方形，貼于比色皿表面，在波長(zhǎng)400～800 nm 下測(cè)定吸光度，再將吸光度轉(zhuǎn)換成透光率，以透光率大小表示膜透明程度，按下式計(jì)算膜的透光率（%）。

式中：A 為吸光度。

1.3.1.5 厚度測(cè)試 在膜上隨機(jī)用游標(biāo)卡尺測(cè)量5 個(gè)點(diǎn)，取平均值，讀數(shù)時(shí)精確到0.00l mm。

1.3.2 結(jié)構(gòu)表征測(cè)試分析

1.3.2.1 掃描電鏡（SEM）分析 對(duì)復(fù)合膜樣品的表面微觀形貌進(jìn)行掃描。加速電壓為10 kV，工作距離10 mm，放大倍數(shù)1000 倍。

1.3.2.2 透射電鏡（TEM）分析 掃描分析復(fù)合膜形貌和粒度分布。在測(cè)試膜樣品之前，應(yīng)將溶解在無水乙醇中的沉淀物用超聲波分散，離心，轉(zhuǎn)速5000 r/min，時(shí)間10 min，除去部分聚集的顆粒。再將溶解樣品滴于銅網(wǎng)，于200 kV 電壓下進(jìn)行測(cè)試。

1.3.2.3 傅里葉變換紅外光譜（FTIR）分析 對(duì)復(fù)合膜官能團(tuán)進(jìn)行表征。掃描波數(shù)范圍為400～4000 cm-1，分辨率4 cm-1，掃描次數(shù)64 次。

1.3.2.4 X 射線衍射（XRD）分析 對(duì)薄膜的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試。膜樣品烘干后研磨成粉末，測(cè)試范圍為5°～80°，速度為4°/min。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本實(shí)驗(yàn)通過SPSS 20.0 進(jìn)行差異性數(shù)據(jù)分析，檢驗(yàn)確定復(fù)合膜性能的顯著性差異（P<0.05）。每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 PVA 含量對(duì)復(fù)合膜物理性能的影響 如圖1A所示，復(fù)合膜的TS 隨PVA 含量增大而減小，EAB呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)。PVA 作為分子間的一種填料，阻礙了復(fù)合膜間原有的螺旋結(jié)構(gòu)，使TS 逐漸減小，與文獻(xiàn)[14]相似。如圖1B 所示，復(fù)合膜的WVP 隨著PVA 加入量的增多而升高，而吸濕性呈現(xiàn)相反趨勢(shì)。PVA 分子在復(fù)合膜內(nèi)部均勻分散，因其具有良好的親水性，故隨著PVA 含量增加，復(fù)合膜WVP 升高。PVA 良好的分散性使復(fù)合膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得致密，所以吸濕性逐漸降低。如圖1C 所示，3 g PVA 時(shí)透光率最高。適宜的PVA 添加量可增加復(fù)合膜的結(jié)晶性，與文獻(xiàn)[15]相似。隨著PVA含量的增加，膜的厚度逐漸增加。當(dāng)PVA 含量為2、3、4 g 時(shí)，膜厚度平均值分別為0.09、0.09、0.11 mm。顯著性分析可知，PVA 含量為2、3、4 g 時(shí)，TS 和EAB 之間沒有顯著性差異（P>0.05），而WVP 和吸濕性差異顯著（P<0.05），且PVA 為2 g 時(shí)TS 和EAB值最高，WVP 值最低。綜上，PVA 含量為2 g 時(shí)，TS 和EAB 最高，膜的伸長(zhǎng)性和韌性較好，同時(shí)WVP 較低、吸濕性較好，水蒸氣吸收和釋放較為平衡，且膜厚度最薄，因此選用2 g 的PVA 含量制膜。

圖1 PVA 含量對(duì)復(fù)合膜物理性能的影響Fig.1 Effect of PVA content on physical properties of composite membrane

2.1.2 甘油含量對(duì)復(fù)合膜物理性能的影響 如圖2A所示，復(fù)合膜的TS 和EAB 均先升高后降低。甘油分子與SS 鏈上羥基形成新的氫鍵，其他更強(qiáng)的鍵的互作用力受阻，導(dǎo)致膜的TS 降低[16]。同時(shí)，隨著甘油含量的增加，復(fù)合膜的結(jié)晶區(qū)遭到破壞，非結(jié)晶區(qū)域占比增加，復(fù)合膜的韌性得到加強(qiáng)，從而EAB 增加[16]。當(dāng)甘油添加量超過4 g 時(shí)，復(fù)合膜的TS 和EAB 降低，與文獻(xiàn)[17]相似。如圖2B 所示，復(fù)合膜的WVP 和吸濕性隨著甘油含量增加而增大。甘油含量增加，甘油分子中的羥基對(duì)SS 形成結(jié)晶的干擾作用增大，導(dǎo)致復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)松散傾向，水分子透過更容易[18]。此外，甘油含量增加，親水性增加，因此復(fù)合膜的吸濕性增加，與文獻(xiàn)[19]相似。如圖2C所示，隨著甘油含量的增加，透光率先下降后上升。甘油分子中帶有親水性羥基，其與SS 分子中的羥基形成新的氫鍵，同時(shí)淀粉的分子內(nèi)氫鍵數(shù)量減少，使淀粉分子的部分結(jié)晶結(jié)構(gòu)遭到破壞，復(fù)合膜的結(jié)晶度下降，故透光率上升[20]；這與文獻(xiàn)[21]相似。隨著甘油含量的增加，膜厚度先增加后減小。當(dāng)甘油含量分別為3、4、5 g 時(shí)，膜厚度均值分別為0.11、0.14、0.12 mm。差異顯著性結(jié)果顯示，甘油含量為4 g 時(shí)，復(fù)合膜TS 差異不顯著（P>0.05），但值最高；而其EAB 顯著高于甘油添加量為3 和5 g組；其WVP 和吸濕性顯著低于甘油含量為5 g 組（P<0.05），顯著高于甘油含量為3 g 組（P<0.05），居于適中位置；透光率最低。綜合多個(gè)因素，選擇甘油含量4 g 制膜。

圖2 甘油含量對(duì)復(fù)合膜物理性能的影響Fig.2 Effect of glycerin content on physical properties of composite membrane

2.1.3 SS 含量對(duì)復(fù)合膜物理性能的影響 如圖3A所示，復(fù)合膜的TS 先上升后下降，而EAB 隨著SS含量的增加而減小。SS 含量增加，提高了復(fù)合膜與PVA 大分子的相容性，使復(fù)合膜形成良好的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并具有良好的延展性[22]，故TS 增加；SS 超過合適的添加量后，復(fù)合膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞，TS 減小。此外，隨著SS 含量的增加，復(fù)合膜中的含水量降低，復(fù)合膜脆性增加，EAB 降低。如圖3B 所示，隨著SS 含量的增加，復(fù)合膜的WVP 先下降后上升，吸濕性先升高后降低。SS 含量影響復(fù)合膜結(jié)晶度，SS 含量增加，結(jié)晶度升高，復(fù)合膜形成緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所以水分子不易透過[23]，WVP 降低。超過SS 適宜含量后，復(fù)合膜的結(jié)晶度遭到破壞，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)變疏松，所以WVP 又上升。如圖3C 所示，三者的復(fù)合膜透光率均較高且差別不大，說明SS 含量對(duì)復(fù)合膜的透光率影響很小，這與李菲等[24]的報(bào)道相似。隨著SS 含量的增加，膜的厚度先下降后上升。SS 含量分別為1、2、3 g 時(shí)，膜厚度均值分別為0.07、0.06、0.07 mm。差異顯著分析，SS 添加量為1、2、3 g 時(shí)復(fù)合膜TS和EAB 值沒有顯著性差異（P>0.05）；而SS 添加量為1、2、3 g 時(shí)復(fù)合膜的WVP 與吸濕性適中，能達(dá)到水蒸氣平衡；SS 添加量為1 g 時(shí)復(fù)合膜的透光率最好；因此綜合選用1 g 的可溶性淀粉含量制膜。

圖3 淀粉含量對(duì)復(fù)合膜物理性能的影響Fig.3 Effect of starch content on physical properties of composite film

2.1.4 LJ 含量對(duì)復(fù)合膜物理性能的影響 如圖4A所示，復(fù)合膜的TS 無顯著性差異（P>0.05），而EAB隨著LJ 含量的增加而增加。LJ 的加入可形成共軛雙鍵，使分子的穩(wěn)定性增強(qiáng)，各基質(zhì)間的相容性提高，所以復(fù)合膜的TS 和EAB 增加，與文獻(xiàn)[25]相似。如圖4B 所示，隨著LJ 含量的增加，復(fù)合膜的WVP 和吸濕性先下降后上升。LJ 的加入在原有的溶液體系中引入了疏水基團(tuán)，阻止水分的進(jìn)入[26]。且SS 本身具有高吸水性，隨著LJ 的加入，破壞了SS 間原有的不規(guī)則排列，同時(shí)SS 與LJ 的分子間作用力增強(qiáng)，使復(fù)合膜結(jié)構(gòu)更加致密，造成較低的WVP 和吸濕性。但隨著LJ 含量的進(jìn)一步增加，膜結(jié)構(gòu)致密性下降，WVP 和吸濕性又有上升的趨勢(shì)。這與文獻(xiàn)[27]相似。如圖4C 所示，LJ 的加入能降低復(fù)合膜的透光率。在LJ 加入量為5 mL 時(shí)，致密的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)被破壞，所以透光率上升。隨著LJ 含量的增加，膜的厚度總體差異變化不大，厚度均勻一致。當(dāng)LJ 含量分別為3、5、7 mL 時(shí)，膜厚度均值分別為0.04、0.04、0.04 mm。差異顯著性分析顯示，當(dāng)LJ 添加量為7 mL 時(shí)，復(fù)合膜TS 與其余兩組無顯著性差異（P>0.05）；其EAB 顯著高于其余兩組（P<0.05）；其WVP 與LJ 含量為3 mL 組相比沒有顯著性差異（P>0.05），但顯著高于LJ 含量為5 mL 組（P<0.05）；其吸濕性居中，透光率也較好。因此綜合選擇7 mL的LJ 含量制膜。

圖4 檸檬汁含量對(duì)復(fù)合膜物理性能的影響Fig.4 Effect of lemon juice content on physical properties of composite membrane

2.1.5 硝酸銀濃度對(duì)復(fù)合膜物理性能的影響 如圖5A 所示，硝酸銀的加入能夠提升復(fù)合膜的TS 和EAB。且在140 mmol/L 時(shí)TS 和EAB 均較好。納米銀顆粒均勻填充在PVA-SS-LJ 膜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，提高其穩(wěn)定性。TS 和EAB 變小是因?yàn)椴糠旨{米銀顆粒發(fā)生了團(tuán)聚現(xiàn)象，妨礙高分子鏈的自由移動(dòng)，從而影響復(fù)合膜的力學(xué)性能，這與文獻(xiàn)[28]相似。如圖5B所示，硝酸銀的加入使大多數(shù)復(fù)合膜的WVP 下降，同時(shí)，不同濃度下復(fù)合膜WVP 大多穩(wěn)定在0.07～0.14 g/0.01 h·m2之間，吸濕性隨硝酸銀濃度的增加整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。因?yàn)镻VA-SS-LJ 復(fù)合膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)中聚合物鏈間的自由度較高，因此WVP 和吸濕性較高。硝酸銀加入后限制聚合物之間的自由活動(dòng)，故對(duì)WVP 和吸濕性造成阻礙[29]。如圖5C 所示，硝酸銀的加入能降低復(fù)合膜的透光率，納米銀溶液本身呈不透明褐色，顏色深度隨濃度增加而增加，故導(dǎo)致透光率下降；與文獻(xiàn)[28]相似。隨著硝酸銀濃度的增加，膜的厚度變化不大。當(dāng)硝酸銀濃度分別為2、10、20、40、60、80、100、120、140、160、180、200 mmol/L 時(shí)，膜厚度均值分別為0.07、0.07、0.09、0.06、0.06、0.07、0.07、0.06、0.06、0.07、0.07、0.06 mm。差異顯著性分析顯示，除硝酸銀添加量為200 mmol/L 外，硝酸銀添加量為140 mmol/L 時(shí)，膜的TS 和EAB 顯著優(yōu)于其他組（P<0.05），而WVP和吸濕性居中，透光率居中，因此綜合選擇硝酸銀添加量為140 mmol/L。

圖5 硝酸銀濃度對(duì)復(fù)合膜物理性能的影響Fig.5 Effect of silver nitrate concentration on physical properties of composite membrane

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可知PVA、SS、甘油、LJ 含量以及硝酸銀濃度均為影響復(fù)合膜綜合性能的因素。得出納米銀復(fù)合膜的最優(yōu)制備工藝。結(jié)果如表2 所示。

由表2 通過極差分析可知，影響復(fù)合膜TS 的主次關(guān)系為：A>B>D>C，此時(shí)最優(yōu)組合為A3B1C3D2；影響復(fù)合膜EAB 的主次關(guān)系為：A>D>B>C，此時(shí)最優(yōu)組合為A3B3C2D1；影響復(fù)合膜WVP 的主次關(guān)系為：A>C>B>D，此時(shí)最優(yōu)組合為A1B1C2D1；影響復(fù)合膜吸濕性的主次關(guān)系為：B>A>D>C，此時(shí)最優(yōu)組合為A1B1C1D3。優(yōu)良的保鮮膜具有較好的力學(xué)性能，主要從TS 和EAB 兩個(gè)指標(biāo)來體現(xiàn)，WVP 和吸濕性以及透光率為次要考慮，根據(jù)各單因素主次順序最優(yōu)組合得本實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化組合為A3B1C2D1，即PVA含量3 g、SS 含量0.5 g、甘油含量為3 g、LJ 含量7 mL 以及硝酸銀濃度130 mmol/L 時(shí)綜合性能優(yōu)良，TS、EAB、WVP、吸濕性、透光率分別為12.16 MPa、1111.59%、0.09 g/0.01 h·m2、12.56%、48.05%。

2.3 保鮮膜抑菌實(shí)驗(yàn)

抑菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6 所示，抑菌圈直徑如表3所示?？瞻讟悠纺つひ海≒VA-SS 和PVA-SS-LJ）對(duì)細(xì)菌沒有抑菌性，而復(fù)合膜膜液各濃度對(duì)5 種細(xì)菌均有抑菌效果。其中大腸桿菌、枯草芽孢桿菌和銅綠假單胞菌的抑菌圈明晰，抑菌效果最好。且根據(jù)抑菌圈直徑可知，隨著硝酸銀濃度減小，抑菌圈直徑變小，抑菌性能下降，但明顯強(qiáng)于PVA-SS 和PVA-SSLJ 膜。其中，當(dāng)硝酸銀濃度為140 mmol/L 時(shí)，對(duì)五種細(xì)菌的抑菌性最強(qiáng)。這可能是因?yàn)榧{米銀與細(xì)菌菌種接觸導(dǎo)致具有生物毒性的Ag+釋放，在細(xì)菌內(nèi)部Ag+與酶蛋白發(fā)生反應(yīng)，使細(xì)菌的酶失活，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)菌死亡[30]。

圖6 復(fù)合膜對(duì)五種細(xì)菌的抑菌圈效果圖Fig.6 Antibacterial circle diagram of the composite membrane against five kinds of bacteria

表3 復(fù)合膜對(duì)五種細(xì)菌的抑菌圈直徑Table 3 Inhibition zone diameters of composite membrane on five kinds of bacteria

2.4 結(jié)構(gòu)表征

2.4.1 保鮮膜成品圖 從圖7A～7C 膜成品圖上可以看出，PVA-SS、PVA-SS-LJ 復(fù)合膜都較透明。PVASS-LJ-AgNPs 復(fù)合膜的顏色呈現(xiàn)深棕色，是由于生成了納米銀粒子形成了等離子效應(yīng)[31]，深色可起到光保護(hù)作用[32]。

圖7 PVA-SS、PVA-SS-LJ、PVA-SS-LJ-AgNPs復(fù)合膜的成品圖Fig.7 Pictures of PVA-SS,PVA-SS-LJ,PVA-SS-LJ-AgNPs composite membrane

2.4.2 SEM 和TEM 分析 PVA-SS、PVA-SS-LJ 及PVA-SS-LJ-AgNPs 復(fù)合膜的SEM 圖如圖8A～8C所示，三種復(fù)合膜表面都較光滑，無褶皺。TEM 如圖8D～8F 所示，納米銀顆粒粒徑范圍在20～100 nm之間。納米銀顆粒呈球形，且分布較為均勻。

圖8 PVA-SS、PVA-SS-LJ 和PVA-SS-LJ-AgNPs 復(fù)合膜的SEM 圖（A，B，C）和TEM 圖（D，E，F(xiàn)）Fig.8 SEM（A,B,C）and TEM（D,E,F）images of PVA-SS,PVA-SS-LJ and PVA-SS-LJ-AgNPs

2.4.3 XRD 分析 PVA-SS、PVA-SS-LJ 及PVASS-LJ-AgNPs 復(fù)合膜的XRD 譜圖如圖9A 所示，在添加AgNPs 前后，PVA-SS 和PVA-SS-LJ 膜的結(jié)構(gòu)都未發(fā)生明顯變化。通過圖9A 譜圖可知在2θ=38.22°、44.12°、64.67°和77.55°處出現(xiàn)銀的衍射峰，分別對(duì)應(yīng)銀晶體的（111）、（200）、（220）和（311）晶面，說明復(fù)合膜中成功引入納米銀粒子，產(chǎn)生的納米銀晶型與楊維佳等[33]報(bào)道相似。

2.4.4 FIIR 分析 PVA-SS、PVA-SS-LJ 及PVASS-LJ-AgNPs 復(fù)合膜的紅外吸收光譜如圖9B 所示，由圖可知添加AgNPs 后，在1714.48 和1537.54 cm-1出現(xiàn)C=O 和-NO2鍵的特征伸縮振動(dòng)峰，表明PVA-SSLJ-AgNPs 復(fù)合膜中產(chǎn)生了新的化學(xué)鍵。1419.89 cm-1處是CH-OH 的伸縮振動(dòng)峰[34]，PVA-SS-LJ-AgNPs與兩空白復(fù)合膜相比無此峰。這是檸檬汁原位還原硝酸銀生成納米銀粒子所致[13,35]。

圖9 PVA-SS、PVA-SS-LJ 和PVA-SS-LJ-AgNPs 復(fù)合膜的X 射線譜圖及紅外譜圖Fig.9 X-ray and infrared spectra of PVA-SS,PVA-SS-LJ and PVA-SS-LJ-AgNPs composite films

3 結(jié)論

本文采用常規(guī)PVA、SS、甘油保鮮膜的制備工藝，以LJ 為還原劑將AgNPs 原位還原至保鮮膜中。本文通過單因素以及正交試驗(yàn)，得出PVA-SSLJ-AgNPs 保鮮膜的最優(yōu)配方為PVA 3 g、甘油3 g、SS 0.5 g、LJ 7 mL，硝酸銀130 mmol/L，其TS、EAB、WVP、吸濕性、透光率等指標(biāo)值為12.16 MPa、1111.59%、0.09 g/0.01 h·m2、12.56%、48.05%，抑菌圈直徑為15.01 mm。研究發(fā)現(xiàn)，LJ 的加入能明顯提高復(fù)合保鮮膜的EAB 值，適當(dāng)平衡復(fù)合保鮮膜的WVP 和吸濕性。PVA-SS-LJ-AgNPs 保鮮膜從樣品照片可見表面光滑，顏色成棕色，經(jīng)SEM 分析也證實(shí)保鮮膜表面光滑，質(zhì)地均勻，而在TEM 下可見納米銀粒徑分布均勻，分散性好。XRD 顯示納米銀（111）、（200）、（220）和（311）晶型的存在，證明了納米銀粒子的成功引入。因此，該法成功制備的物理以及抗菌性能良好的納米銀抗菌膜，為功能性保鮮膜的研究提供了新思路。