烏賊墨黑色素納米粒對(duì)明膠-普魯蘭多糖復(fù)合膜的性能影響及表征

劉蘇婷 宋詩軍 方旭波 陳小娥,* 張海龍 馬宇喬

(1 浙江海洋大學(xué)食品與藥學(xué)學(xué)院，浙江 舟山 316022；2 浙江國際海運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 舟山 316021；3 舟山新諾佳生物工程有限公司，浙江 舟山 316000；4 浙江海洋大學(xué)石油化工與環(huán)境學(xué)院/臨港石油天然氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，浙江 舟山 316022)

隨著人們對(duì)食品安全和環(huán)保問題的日益重視，傳統(tǒng)塑料包裝所造成的環(huán)境污染引起了廣泛關(guān)注，因此開發(fā)可降解、可食性的生物聚合物薄膜材料已成為食品包裝領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[1]。此類薄膜材料的成膜基質(zhì)主要為蛋白質(zhì)、脂類、多糖及這些生物聚合物的復(fù)合物[2]。其中，明膠是最常用的生物聚合物之一，其主要成分是蛋白質(zhì)，具有良好的成膜性和生物相容性。明膠膜的機(jī)械性能較高，但其阻隔性能較差，因此需要與其他聚合物共混以提高其綜合物理性能[3]。普魯蘭多糖是一種由出芽短梗霉發(fā)酵產(chǎn)生的胞外線性多糖，該糖由重復(fù)的麥芽三糖單元聚合而成，水溶性及生物相容性好，以其為原料制備的膜具有良好的阻油性和阻氧性，但機(jī)械性能相對(duì)較差[4-5]。明膠與普魯蘭多糖間共混能改善單一組分膜的綜合性能。如徐幸等[6]研究發(fā)現(xiàn)明膠與普魯蘭多糖分子間具有良好的相容性，兩者共混制備的膜機(jī)械性能較高、水蒸氣透過率(water vapor permeability，WVP)較低；高丹丹等[7]發(fā)現(xiàn)，在明膠膜中添加普魯蘭多糖能提高明膠膜的抗拉強(qiáng)度并改善其阻隔性能。

隨著納米技術(shù)的發(fā)展，納米復(fù)合法也被廣泛用于改善可食性膜的物化性能。近年來，天然納米填料越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。其中，烏賊墨黑色素是一種極具潛力的天然納米填料，具有抗菌、防輻射等生物活性及可生物降解性，其抗氧化作用也已被國內(nèi)外研究廣泛證實(shí)[8-9]。烏賊墨黑色素的分子結(jié)構(gòu)中存在許多反應(yīng)性官能團(tuán)(-OH、-NH和-COOH)，它們與聚合物基質(zhì)之間的強(qiáng)氫鍵相互作用能改善聚合物的綜合性能[10]。但未經(jīng)處理的烏賊墨黑色素水溶性和粒徑均勻性較差[11]。浙江海洋大學(xué)水產(chǎn)食品化學(xué)課題組前期采用高壓微射流技術(shù)手段將烏賊墨黑色素制備成烏賊墨黑色素納米粒(melanin nanoparticles，MNP)，發(fā)現(xiàn)不僅能使烏賊墨黑色素的粒徑更小，還能有效改善黑色素的水溶性、粒徑均勻性等物理特性，且在120 MPa高壓微射流條件下制得的MNP平均粒徑最小，為101.20 nm[12]。Roy等[13-14]在果膠/瓊脂復(fù)合膜以及納米纖維基復(fù)合膜中添加了MNP，發(fā)現(xiàn)所制備的復(fù)合膜不僅機(jī)械性能優(yōu)良，還具有較強(qiáng)的抗氧化性和紫外阻隔性。目前，關(guān)于烏賊墨黑色素物化特性、生物活性的研究較多，但對(duì)于MNP對(duì)明膠-普魯蘭多糖(gelatin/pullulan，Gel/Pul)膜物化特性及抗氧化性能影響的研究尚鮮見報(bào)道。

本研究通過將高壓微射流技術(shù)制備的MNP添加到Gel/Pul成膜基質(zhì)中，評(píng)估MNP對(duì)Gel/Pul基復(fù)合膜物化特性的影響，探究不同MNP添加量對(duì)納米復(fù)合膜的水蒸氣透過率、透油率、機(jī)械強(qiáng)度、光學(xué)性能和抗氧化性能的影響，并通過掃描電鏡(scanning electron microscope, SEM)、傅立葉變換紅外光譜(fourier transform infrared reflection, FTIR)對(duì)納米復(fù)合膜進(jìn)行表征，分析MNP與成膜基質(zhì)間的相互作用，旨在為MNP應(yīng)用于可食性包裝膜研究提供理論和數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冷凍虎斑烏賊墨囊，陜西好時(shí)鮮海洋生物科技有限公司；普魯蘭多糖，河北鴻韜生物工程有限公司；堿性蛋白酶(200 000 U·g-1)，南寧龐博生物工程有限公司；魚油，舟山新諾佳生物工程有限公司；明膠、甘油等均為分析純，上海國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

AMH-3高壓微射流均質(zhì)機(jī)，安拓思納米技術(shù)(蘇州)有限公司；JIDI-6 D低速大容量離心機(jī)，廣州吉迪儀器有限公司；FA25-20DG均質(zhì)機(jī)，上海弗魯克科技發(fā)展有限公司；GJ-10冷凍干燥機(jī)，北京松源華興科技發(fā)展有限公司；C-MAG HS 4磁力攪拌器，上海子期實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；HH-4 D數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州澳華儀器有限公司；YNK/TH-100 L恒溫恒濕試驗(yàn)箱，蘇州優(yōu)尼克環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備有限公司；293-821-30數(shù)顯外徑千分尺，蘇州量子儀器有限公司；UV-5900紫外分光光度計(jì)，上海元析儀器有限公司；XLW(B)電子萬能拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)，濟(jì)南藍(lán)光機(jī)電技術(shù)有限公司；EM-30掃描電子顯微鏡，韓國COXEM有限公司；iCAN9傅里葉紅外光譜儀，天津鵬普科技有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 MNP的制備 參照李萍等[12]的方法，從解凍好的烏賊墨囊中擠出烏賊墨汁，加入等體積去離子水浸泡過夜，8 000 r·min-1離心15 min，得到黑色素沉淀。以固液比1∶50(v/v)向沉淀中加入去離子水，調(diào)節(jié)pH值為10.5，加入4 200 U·g-1的堿性蛋白酶，50℃酶解4 h后于100℃沸水浴中滅酶活15 min。將酶解后的烏賊墨汁經(jīng)120 MPa高壓微射流處理制成納米烏賊墨汁，冷凍干燥后即獲得MNP。

1.3.2 烏賊墨納米復(fù)合膜的制備 稱取10 g明膠、4 g普魯蘭多糖和3 g甘油，加入300 mL去離子水，在90℃下磁力攪拌30 min，然后分別將不同添加量的MNP[0、0.5、1.0、1.5和2.0 wt%(占明膠和普魯蘭多糖總質(zhì)量的百分比)]添加到上述溶液中，繼續(xù)在90℃下磁力攪拌20 min。膜液置于真空脫氣泵中脫氣30 min后取40 mL均勻倒入玻璃培養(yǎng)皿中，于40℃下干燥過夜成膜。將剝離的膜在溫度25℃和相對(duì)濕度50%下至少放置48 h，以確保在后續(xù)試驗(yàn)中樣品水分正?；Ｃ糠N濃度制備5個(gè)樣品，用于后續(xù)試驗(yàn)。

1.3.3 膜厚度測(cè)定 用千分尺在每個(gè)膜樣品上隨機(jī)選取10個(gè)點(diǎn)，測(cè)定其厚度，取平均值，單位為μm。

1.3.4 水分含量 將10 mm×40 mm的膜置于105℃的鼓風(fēng)干燥箱中干燥至恒重。按公式(1)計(jì)算膜的水分含量(moisture content，MC)：

MC=(m-m0)/m×100%

(1)

式中，m0為膜干燥前的質(zhì)量，g；m為膜干燥后的質(zhì)量，g。

1.3.5 WVP測(cè)定 將5 g干燥的無水氯化鈣放入稱量皿中，用薄膜樣品覆蓋皿口并密封，然后將稱量皿置于含去離子水的干燥器中，每隔24 h，對(duì)稱量皿進(jìn)行稱重，直至前后兩次質(zhì)量差不大于5%。按公式(2)計(jì)算WVP，單位為g·mm·m-2·h-1·kPa-1。

WVP=ΔM×t/(ΔP×S×ΔT)

(2)

式中，ΔM為稱量皿的質(zhì)量差，g；t為薄膜厚度，mm；S為薄膜的覆蓋面積，m2；ΔT為時(shí)間間隔，h；ΔP為薄膜兩側(cè)的水蒸氣壓差，kPa，本試驗(yàn)取ΔP為3.167 kPa。

1.3.6 透油率測(cè)定 在試管中加入5 mL魚油，用薄膜樣品封口并倒置于濾紙上，于25℃、58%相對(duì)濕度的條件下，在干燥器中放置24 h，稱量濾紙的質(zhì)量變化。按公式(3)計(jì)算透油率，單位為g·mm·cm-2·d-1。

透油率=ΔW×t/(S×T)

(3)

式中，ΔW為濾紙質(zhì)量差，g；t為薄膜厚度，mm；S為透油面積，cm2；T為放置時(shí)間，d。

1.3.7 透光率及不透明度 根據(jù)Hosseini等[15]的方法，將10 mm×40 mm 薄膜貼于比色皿一側(cè)，以空白比色皿作為對(duì)照，測(cè)定薄膜在200～800 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的透光率，確定薄膜對(duì)光的阻隔性能；測(cè)定薄膜在600 nm波長(zhǎng)處的透光率，按公式(4)計(jì)算膜的不透明度。不透明度值越大，膜的透明度越小。

不透明度=-lgT600/t

(4)

式中，T600為膜在600 nm處的透光率；t為薄膜厚度，mm。

1.3.8 機(jī)械性能 將薄膜切割成10 mm×50 mm的矩形條，使用電子萬能拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)定其抗拉強(qiáng)度(tensile strength，TS)和斷裂伸長(zhǎng)率(elongation at break，EB)，初始距離設(shè)為40 mm，測(cè)試速度設(shè)定為1 mm·s-1。

TS= F/S

(5)

EB=(L-L0)/L0×100%

(6)

式中，TS為抗拉強(qiáng)度，MPa；F為薄膜斷裂時(shí)的最大拉力，N；S為薄膜的橫截面面積，m2；EB為斷裂伸長(zhǎng)率，%；L0為薄膜的原始長(zhǎng)度，mm；L為薄膜斷裂時(shí)的長(zhǎng)度，mm。

1.3.9 抗氧化活性的測(cè)定 將薄膜樣品用去離子水復(fù)溶后制成20 mg·mL-1的薄膜樣品溶液，進(jìn)一步分析鐵離子還原能力和DPPH自由基清除能力。

1.3.9.1 鐵離子還原能力 根據(jù)趙巖巖等[16]的方法，將2 mL樣品溶液與2 mL磷酸鹽緩沖液(0.2 mol·L-1，pH值6.6)和2 mL鐵氰化鉀(1%，w/v)溶液混合，于50℃加熱0.5 h，冷卻后加入2 mL三氯乙酸溶液(10%，w/v)，混勻后以3 000 r·min-1離心10 min，取出2 mL上清液，加入2 mL去離子水和0.4 mL氯化鐵溶液(0.1%，w/v)，充分混合。反應(yīng)10 min后，以去離子水為參考，于700 nm處測(cè)定吸光度值(A700)。A700值越高，表明樣品的鐵離子還原能力越強(qiáng)。

1.3.9.2 DPPH自由基清除率 以95%乙醇為溶劑，配制DPPH溶液(10%，w/v)。將3 mL DPPH溶液與1 mL薄膜樣品溶液充分混合，室溫避光靜置30 min，于517 nm處測(cè)定吸光度(A1)。再用95%乙醇分別代替上述體系中的樣品溶液和DPPH溶液，作為對(duì)照組和空白組，測(cè)定對(duì)照吸光度(A2)和空白吸光度(A3)。按公式(7)計(jì)算DPPH自由基清除率。

DPPH自由基清除率=[1-(A1-A2)/A3]×100%

(7)

1.3.10 FTIR分析 用傅里葉紅外光譜儀(FTIR)分別采集MNP以及復(fù)合膜樣品在550～4 000 cm-1范圍內(nèi)的FTIR圖譜。復(fù)合膜的FTIR圖在衰減全反射模式下采集，掃描次數(shù)為32，分辨率為4 cm-1。

1.3.11 SEM觀察 用掃描電子顯微鏡(SEM)在20 kV加速電壓下觀察復(fù)合膜的形貌。在SEM分析之前，使用真空濺射鍍膜機(jī)對(duì)樣品進(jìn)行鍍金。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 21.0和Origin 8.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，所有數(shù)據(jù)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差來表示，并使用方差分析(analysis of variance，ANOVA)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析，P<0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 MNP添加量對(duì)膜的厚度、WVP和MC的影響

由表1可知，未添加MNP的Gel/Pul膜的厚度為125.07 μm，隨著MNP添加量的增加，納米復(fù)合膜的厚度略有增加，最高達(dá)133.07 μm，這主要是復(fù)合薄膜中固體含量的增加所致。食品中的水分含量(MC)與其水分吸附能力密切相關(guān)，隨著MNP添加量的增加，復(fù)合膜的MC逐漸降低，但相鄰梯度間差異不顯著(P>0.05)。當(dāng)MNP添加量達(dá)到2.0 wt%時(shí)，納米復(fù)合膜的MC從12.69%降至11.51%，顯著低于純Gel/Pul膜(P<0.05)。較低的MC一定程度上反映納米粒與復(fù)合膜的親水位點(diǎn)存在相互作用，從而減少與水的相互作用[17]。WVP是影響產(chǎn)品貨架期的重要因素之一。降低膜的WVP能減緩食品與環(huán)境中水分交換速率，延長(zhǎng)貨架期[18]。Gel/Pul膜的WVP為0.305 g·mm·m-2·h-1·kPa-1，加入MNP后WVP呈先減小后增大的趨勢(shì)，當(dāng)MNP添加量為1.0 wt% 時(shí)，達(dá)到最低值0.281 g·mm·m-2·h-1·kPa-1，這表明添加適量的MNP有利于降低復(fù)合膜的WVP。

2.2 透油率

由表1可知，添加MNP后復(fù)合膜的透油率未發(fā)生變化，均為零。這可能是因?yàn)槊髂z和普魯蘭多糖具有親水性，以此為基質(zhì)制備的復(fù)合膜也展現(xiàn)出親水性，而魚油作為疏水性物質(zhì)，與其不相溶，故油脂在復(fù)合膜中無法滲透[19]。綜上，本研究制備的納米復(fù)合膜具有良好的阻油性，可用于包裝魚油等高脂產(chǎn)品[20]。

表1 MNP添加量對(duì)Gel/Pul膜厚度、WVP和MC的影響

2.3 透光率及不透明度分析

薄膜的光學(xué)性質(zhì)對(duì)其外觀、應(yīng)用以及銷售影響較大。本研究評(píng)估了納米復(fù)合薄膜的透光率及不透明度，結(jié)果如表2所示。未添加MNP時(shí)，在250～280 nm的紫外區(qū)，Gel/Pul膜的透光率在1.26%～5.30%范圍內(nèi)，在350～800 nm的可見光區(qū)，Gel/Pul膜的透光率在58.07%～91.30%范圍內(nèi)。添加MNP后，納米復(fù)合膜的透光率隨MNP添加量的增加而明顯降低，表明MNP能增強(qiáng)復(fù)合膜的光阻隔性能，使復(fù)合膜具有優(yōu)越的紫外阻隔性。薄膜的不透明度值越高，表明其透明度越低。隨著MNP添加量的增加，復(fù)合膜的不透明度值逐漸增大，透明度呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

表2 MNP添加量對(duì)Gel/Pul膜透光率和不透明度的影響

2.4 機(jī)械性能

由圖1可知，隨著MNP添加量的增加，納米復(fù)合膜的TS呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)MNP添加量為1.0 wt%時(shí)，納米復(fù)合膜的TS達(dá)到最大值，與未添加MNP的復(fù)合膜相比顯著增加了83.02%(P<0.05)。當(dāng)MNP添加量超過1.0 wt%，納米復(fù)合膜的TS反而持續(xù)降低，說明添加適量的MNP能夠提高復(fù)合膜的TS，MNP對(duì)Gel/Pul膜具有一定的增強(qiáng)效果。另一方面，納米復(fù)合薄膜的EB隨MNP添加量的增加而略微降低，原因可能是MNP和成膜基質(zhì)之間產(chǎn)生了氫鍵作用，促使拉伸阻力增大，導(dǎo)致復(fù)合膜的剛性增加、柔韌性降低。

注：不同小寫字母表示同一指標(biāo)不同MNP添加量之間差異顯著(P<0.05)。下同。

2.5 抗氧化活性

由圖2可知，未添加MNP的Gel/Pul膜也展現(xiàn)出抗氧化活性，這是因?yàn)槊髂z和普魯蘭多糖本身具有一定量的抗氧化活性[21-22]。隨著MNP添加量從0增加到2.0 wt%，復(fù)合膜的抗氧化活性顯著增強(qiáng)(P<0.05)，DPPH自由基清除率從10.22%增加到64.51%，鐵離子還原能力從0.181 7增加到0.692 7；當(dāng)復(fù)合膜中MNP的添加量達(dá)2.0 wt%時(shí)，兩者均顯示出最強(qiáng)的抗氧化活性。

圖2 MNP添加量對(duì)Gel/Pul膜抗氧化活性的影響

2.6 FTIR光譜分析

由圖3可知。未添加MNP的Gel/Pul膜中，3 278.39 和2 913.91 cm-1處的吸收峰分別對(duì)應(yīng)于-OH、N-H的伸縮振動(dòng)和明膠脂肪族側(cè)鏈的C-H伸縮振動(dòng)[23-24]。1 631.48 cm-1處典型的酰胺I區(qū)峰則與C=O拉伸振動(dòng)有關(guān)，1 542 cm-1處的峰是酰胺II區(qū)N-H和C-N的伸縮振動(dòng)[25]。1 238.08 cm-1附近的吸收峰為酰胺Ⅲ區(qū)C-N和N-H的伸縮振動(dòng)峰[26]。這些吸收峰都是明膠和普魯蘭多糖吸收峰的疊加。在1 029.80 cm-1處的特征峰是甘油中-OH的伸縮振動(dòng)[27]。加入1.0 wt%和2.0 wt% MNP后，未觀察到明顯的官能團(tuán)變化，這表明MNP與Gel/Pul基質(zhì)間未發(fā)生化學(xué)變化，但吸收峰的峰位和強(qiáng)度略有變化，是因?yàn)镸NP與Gel/Pul基質(zhì)間存在分子間氫鍵的相互作用[28]。

圖3 MNP和納米復(fù)合膜的FTIR光譜

2.7 SEM分析

為探究MNP在Gel/Pul基質(zhì)中的分散狀態(tài)，利用SEM觀察了納米復(fù)合膜的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)，如圖4所示。在Gel/Pul膜中可以觀察到表面整體平整，但存在少量褶皺，含MNP的納米復(fù)合膜表面光滑連續(xù)，不存在紋路和裂隙，MNP均勻分布在Gel/Pul基質(zhì)中，且沒有出現(xiàn)分離的相，說明MNP與Gel/Pul基質(zhì)具有良好的相容性。這一結(jié)果與其他學(xué)者制備的含MNP的復(fù)合膜SEM形貌類似[29-30]。究其原因，可能是MNP與Gel/Pul基質(zhì)間相互作用形成氫鍵，形成了致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這與FTIR的研究結(jié)果一致。分子間的相互作用，宏觀上可表現(xiàn)為機(jī)械性能上的改變，微觀上則表現(xiàn)為復(fù)合膜微觀結(jié)構(gòu)的區(qū)別，這也解釋了在MNP添加量為0 wt%～1.0 wt%范圍內(nèi)TS逐漸增大、WVP降低的原因[31]。此外，當(dāng)MNP添加量增大到1.5 wt%，可觀察到納米粒的少量聚集，MNP添加量為2.0 wt%時(shí)，更多的納米粒發(fā)生聚集，這也導(dǎo)致了水蒸氣的擴(kuò)散增強(qiáng)，與表1中WVP的變化趨勢(shì)一致。

注：a～e：MNP添加量分別為0、0.5、1.0、1.5、2.0 wt%。

3 討論

WVP是判斷復(fù)合膜對(duì)水蒸氣等滲透物阻隔性能的重要指標(biāo)之一。WVP越低越有利于延長(zhǎng)食品貯藏期[32]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著MNP添加量的增加，WVP呈先減小后增大的趨勢(shì)，當(dāng)MNP添加量為1.0 wt%時(shí)，WVP最低。究其原因，可能是由于在0～1.0 wt%的添加范圍內(nèi)，分散的MNP作為納米填料，能夠填補(bǔ)薄膜內(nèi)的自由體積，使膜內(nèi)部的孔隙率減少，形成曲折的擴(kuò)散路徑，阻礙了水分子的通過[33]。此外，MNP與聚合物基質(zhì)相互作用形成了氫鍵，對(duì)WVP也有一定影響，因此WVP呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。當(dāng)MNP添加量超過1.0 wt%時(shí)，WVP增大，這是因?yàn)镸NP發(fā)生了顆粒聚集，納米粒與聚合物基質(zhì)界面處會(huì)形成微孔，導(dǎo)致薄膜結(jié)構(gòu)中的空隙變大，使水蒸氣在膜中的擴(kuò)散路徑不再曲折[34]，這與SEM觀察結(jié)果一致。劉飛[35]在研究添加殼聚糖納米粒對(duì)復(fù)合明膠膜的影響時(shí)也發(fā)現(xiàn)WVP具有類似的趨勢(shì)。

另一方面，復(fù)合膜的光阻隔性能均隨MNP添加量的增加而明顯提高。這是因?yàn)榉稚⒃诰酆衔锘|(zhì)中的納米粒通常具有光阻隔性能[36]，而MNP能夠吸收大多數(shù)可見光、紫外光以及一些低能輻射，表現(xiàn)出優(yōu)異的紫外阻隔性能。據(jù)Roy等[14]報(bào)道，MNP對(duì)納米纖維素復(fù)合材料光學(xué)性能的影響與本研究結(jié)果相類似。由于紫外光會(huì)導(dǎo)致食品的劣變，尤其是脂質(zhì)的氧化，因此復(fù)合膜紫外阻隔性能的提高能有效延緩脂質(zhì)的氧化變質(zhì)。

隨著MNP的加入，復(fù)合膜的TS呈先增加后減小的趨勢(shì)。這是由于MNP和Gel/Pul基質(zhì)中的氫受體間存在氫鍵和范德華力，使得復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)更加致密，進(jìn)而使TS增加。當(dāng)MNP添加量繼續(xù)提高時(shí)，TS的下降是由于過多的MNP在Gel/Pul膜中分散性變差，發(fā)生少量顆粒聚集，從而減少了聚合物基質(zhì)與MNP之間的相互作用[37]。添加MNP后，復(fù)合膜的EB略有下降，Shankar等[28]研究也發(fā)現(xiàn)MNP的添加降低了明膠膜的EB。而Roy等[14]研究發(fā)現(xiàn)，隨著MNP添加量的增加，納米纖維素復(fù)合薄膜的EB先增加后減小，與本研究結(jié)果不一致，這一差異與黑色素納米粒及成膜基質(zhì)的種類和含量有關(guān)。由此可見，MNP與不同種類的成膜基質(zhì)間可能存在不同的相互作用，有待進(jìn)一步深入研究。

隨著MNP添加量的增加，納米復(fù)合膜的DPPH自由基清除率和鐵離子還原能力均不斷增大，表明MNP能顯著(P<0.05)提高復(fù)合膜的抗氧化活性。Shankar等[28]在明膠基薄膜中添加1 wt% MNP后，發(fā)現(xiàn)薄膜的DPPH自由基清除率等抗氧化活性顯著提高。Roy等[29]在卡拉膠基薄膜中添加MNP后也得出了類似的結(jié)果。這是因?yàn)镸NP分子中的非共價(jià)電子很容易與自由基和其他活性物質(zhì)相互作用，從而表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗氧化能力[38]。另一方面，Moradi等[39]發(fā)現(xiàn)可食性薄膜的抗氧化能力與抗氧化活性成分的添加量成正比，因此MNP添加量越大，復(fù)合膜的抗氧化活性越高。

FTIR光譜圖結(jié)果顯示，添加MNP后，納米復(fù)合膜特征吸收峰的峰位和強(qiáng)度略有變化，如3 278.39 cm-1處對(duì)應(yīng)于-OH、N-H的伸縮振動(dòng)峰強(qiáng)度有所降低且峰位略偏移，2 913.91 cm-1處對(duì)應(yīng)于C-H的伸縮振動(dòng)峰也發(fā)生了類似變化。Yang等[40]在海藻酸鈉/聚乙烯醇復(fù)合膜中添加MNP后，發(fā)現(xiàn)復(fù)合膜的特征吸收峰峰位也發(fā)生了偏移，吸收峰的強(qiáng)度變?nèi)?，與本研究結(jié)果相類似。Roy等[14]研究MNP對(duì)殼聚糖膜FTIR圖譜的影響時(shí)也觀察到了類似的變化，同時(shí)指出，這是由于MNP與成膜基質(zhì)之間存在分子間氫鍵的相互作用。

綜上所述，添加MNP不僅可以提升Gel/Pul基復(fù)合膜的抗氧化活性和紫外阻隔性，而且可改善復(fù)合膜的機(jī)械性能和水蒸氣阻隔性能。但本研究?jī)H初步探究了MNP添加量對(duì)Gel/Pul復(fù)合膜結(jié)構(gòu)和性能的影響，下一步還需重點(diǎn)研究復(fù)合膜在魚油等高脂食品包裝中的實(shí)際應(yīng)用效果。

4 結(jié)論

本研究將高壓微射流處理得到的MNP以不同的添加量添加到Gel/Pul成膜基質(zhì)中，考察了復(fù)合膜的WVP、透油率、機(jī)械性能、光學(xué)性能、DPPH自由基清除率等指標(biāo)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)MNP添加量為1.0 wt%時(shí)，復(fù)合膜具有最佳的機(jī)械性能和水蒸氣阻隔性，同時(shí)復(fù)合膜也展現(xiàn)出優(yōu)越的紫外阻隔性和抗氧化性能。綜上，MNP能提高復(fù)合膜的物理性能和抗氧化特性，這對(duì)高脂和易氧化食品的貯藏保鮮及貨架期的延長(zhǎng)有積極意義。