海藻酸鈉/冬凌草提取物復合膜的制備和應用

糾敏，孟媛媛，李桂霞，齊龍升，鐘強，汪倫記，2，*

（1.河南科技大學食品與生物工程學院食品加工與安全國家級實驗教學示范中心，河南洛陽471023；2.河南科技大學食品與生物工程學院微生物資源開發與利用重點實驗室，河南洛陽471023）

我國是世界上果蔬生產大國，也是消費大國。但果蔬生長的季節性強，新鮮果蔬水分含量多，采后生理活動旺盛，易破損腐爛，因此，給果蔬的采后處理、貯藏保鮮造成困難。由于貯藏不善，或生理與微生物病害的影響，往往導致大量果蔬的腐爛損失。在眾多影響新鮮果蔬品質的因素中，采后病害引起的腐爛是導致貯藏損失最重要的原因。目前，已發展出多種的果蔬貯藏保鮮技術，如冷藏保鮮[1-2]、氣調貯藏[3]、化學方法保鮮[4-5]、涂膜保鮮[6-8]等。但目前生產實踐中仍然主要依靠化學殺菌劑。殺菌劑的長期和大量使用，嚴重污染環境，有害于人類健康。因此，開發綠色、安全、高效的果蔬貯藏技術已迫在眉睫。

草本植物提取物，具有低毒高效、且殘留少、環境友好、選擇性強、病原菌難以產生抗藥性。在可食用膜中添加草本植物提取物用于果蔬保鮮，具有明顯的防腐效果，已成為開發新型涂膜保鮮劑的一個重要發展方向[9-10]。我國有豐富的中草藥資源，許多中草藥如大黃、黃連、五倍子等有廣泛的殺菌抑菌性，對果蔬采后病菌有較好的抑制作用。目前，已有丁香、大黃、五倍子、高良姜、肉桂等提取液與其他保鮮物質間的復配物涂膜用于蘋果、番荔枝、枇杷、梨等果實的貯藏保鮮，并取得良好效果的報道[11-14]。

冬凌草是我國的特色中草藥，1972年從民間被發掘出來，其主要活性成分為冬凌草甲素[15]。冬凌草甲素為貝殼杉烯骨架的四環二萜類化合物，無色棱柱狀結晶，味道極苦，不溶于水，溶于乙醚、甲醇、乙醇等有機溶劑，具有抗炎、抗菌、抗氧化和抗腫瘤等多種藥理活性[16]。據研究，冬凌草對番茄灰霉病菌和蘋果炭疽病菌等植物病原菌的菌絲生長和孢子萌發具有一定的抑制作用[17]。但是，目前有關冬凌草用于果蔬保鮮的研究鮮有報道。本文以海藻酸鈉為成膜劑，冬凌草提取物作為抑菌劑，甘油為增塑劑，氯化鈣作為交聯劑，對海藻酸鈉/冬凌草提取物復合膜的物理特性進行了分析，并考察了其對砂糖橘的保鮮效果，以期為冬凌草應用于果蔬的防腐保鮮提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

冬凌草地上部分，采自河南省濟源市，由河南科技大學食品與生物工程學院原江鋒副教授鑒定，干燥后經中藥粉碎機粉碎，過60 目篩放入干燥器中備用；砂糖橘：市售，挑選大小、色澤均勻、無病、蟲、傷的果實。

2，6-二氯酚靛酚、海藻酸鈉、抗壞血酸、葡萄糖、氯化鋇、草酸、蒽酮、無水乙醇、甲醇、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、甘油、氯化鈉等均為分析純：國藥集團化學試劑有限公司。

1.1.2 主要儀器設備

BSA224S 電子天平：德國 Sartorius；UV752 紫外可見分光光度計：上海精密科學儀器有限公司；RE-5298旋轉蒸發儀：上海亞榮生化儀器廠；H-2050R 低溫超速離心機：湖南湘儀離心機儀器有限公司；LDZX-30KBS 立式壓力蒸汽滅菌鍋：上海申安醫療器械廠；中藥粉碎機：北京科偉永興儀器有限公司；DHG-9246A 電熱鼓風干燥箱：上海精宏實驗設備有限公司；LRH-250F 生化培養箱：上海一恒科學儀器有限公司；SW-CJ-2D 超凈工作臺：上海蘇凈實業有限公司；螺距測微計：德國（masterproof）麥思德；Instron5544 型質構儀：美國Instron 公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 冬凌草醇提物的制備

稱取制備的冬凌草30 g，放入回流裝置的提取瓶中，加入95%的乙醇300 mL，把回流裝置放入超聲波發生器中進行超聲乙醇回流提取，提取溫度40 ℃、每次提取時間30 min、超聲功率150 W，提取2 次，合并兩次濾液，減壓抽濾，濾液經45 ℃旋轉蒸發儀濃縮制得浸膏，浸膏經真空干燥制成固體粉末。

1.2.2 海藻酸鈉/冬凌草醇提物復合膜制備

稱取2 g 海藻酸鈉溶解于80 ℃100mL蒸餾水溶液中，充分攪拌至溶液澄清。冷卻至25 ℃左右，分別加入質量分數為0.125%、0.25%、0.5%、1%和2%的冬凌草醇提物，接著加入質量分數1%的甘油，在磁力攪拌器上充分攪拌溶解，靜止過夜脫氣。然后取10 mL加入18 cm×10 cm 的干凈玻璃板上流延成膜，放入40 ℃的烘箱中烘干，然后加入質量分數2 %的氯化鈣交聯2 min，用蒸餾水沖洗干凈，揭膜晾干，25 ℃下平衡24 h 備用。

1.2.3 海藻酸鈉/冬凌草醇提物復合膜的物理特性分析

1.2.3.1 復合膜厚度測定

使用精確度為0.001 mm 的螺旋測微計在膜的中心及四角測厚度，求平均數，單位mm。

1.2.3.2 復合膜機械性能測定

根據參考文獻[18]分別測定膜的抗拉伸強度（MPa）和斷裂延伸率（%）。對每個處理的樣品做3 平行?？估鞆姸群蛿嗔蜒由炻实墓椒譃槭剑?）和式（2）所示：

式中：ST 為抗拉伸強度，MPa；Fm 為膜斷裂時承受最大拉力，N；L 為膜的厚度，m；W 為膜的寬度，m。

式中：TS 為斷裂延伸率，%；Lmax為膜斷裂時達到最大長度，m；L0為膜的初始長度，m。

1.2.3.3 透光率測定

根據參考文獻[19]測量復合膜透光率。每個處理重復3 次。復合膜的透光率公式為：

式中：Tr 是薄膜在560 nm 下的透過率；T0是空白對照，為不放薄膜時比色皿的透過率（其透過率為100%）。

1.2.3.4 水蒸汽透過率的測定

根據參考文獻[20]測定復合膜的水蒸汽透過率（water vapor permeability，WVP），WVP 計算公式為：

式中：X 為膜的平均厚度，mm；S 為有效面積 1.8×10-3m2；Δm 為兩次質量之差，g；t 為間隔時間，h；ΔP 為膜兩側的蒸汽壓差，由于膜兩側環境濕度梯度為100%，ΔP=3.2 kPa（22 ℃）。

1.2.4 海藻酸鈉/冬凌草提取物復合膜對砂糖橘保鮮效果的研究

試驗分為3 組，即未經涂膜處理的對照組（CK）、海藻酸鈉涂膜組和冬凌草-海藻酸鈉保鮮劑涂膜組。制備的涂膜溶液對砂糖橘浸泡3 min 涂膜，自然風干。用0.004 mm 帶孔的聚乙烯包裝，橡皮筋封緊袋口并標上記號，25 ℃左右貯藏。每組3 個平行，每個平行10 個砂糖橘[21]。

1.2.4.1 貯藏效果測定

失重率：采用稱重法。

1.2.4.2 果實品質分析

從每個處理中隨機抽取10 個果實，經搗碎機破碎，低溫離心，取上清液進行果實品質分析。采用數顯折光儀測定可溶性固形物含量，酸堿滴定法測定可滴定酸度，蒽酮比色法測定總糖含量，2，6-二氯酚靛酚滴定法測定抗壞血酸的含量[22]；每次平行測定10 次，取平均值。

1.2.5 數據處理

2 結果與分析

2.1 冬凌草提取物對復合膜厚度、透光率和水蒸氣透過率的影響

海藻酸鈉是一種從海帶或藻類植物中提取的天然多糖，具有優良的成膜性、透氣性、保濕性、生物降解性和生物相容性等優點，在果蔬的保鮮中常用作成膜基質材料[23]。由于具有親水性基團，其阻濕性較差，冬凌草醇提物對復合膜厚度、透光率和水蒸氣透過率的影響見表1。

表1 冬凌草醇提物對復合膜厚度、透光率和水蒸氣透過率的影響Table 1 Effect of R.rubescens extract on thickness，transparency and water vapor permeability of film

從表1 可以看出，添加不同質量濃度的疏水性較強的冬凌草提取物，能顯著降低復合膜的水蒸氣透過率（P＜0.05）。應用于果蔬保鮮時，能通過降低果蔬氣體交換，減小水分蒸騰，保持其飽滿的外表與硬度。但隨著冬凌草提取物添加量增加，復合膜的厚度逐漸增加，透光率顯著下降（P＜0.05）。膜厚度的增加會導致膜的脆性增加，給應用帶來困難，同時也會導致膜制備的成本的增加。復合膜透光率的下降是由于冬凌草提取物呈現深綠色的緣故。

2.2 冬凌草提取物對復合膜機械特性的影響

拉伸強度和延展性是評價包裝材料機械性能的重要指標[18]。海藻酸鈉透濕性強，溶液具有一定黏度，具有良好的成膜性，形成的膜也具有良好的拉伸性能。冬凌草提取物對復合膜機械性能的影響見表2。

表2 冬凌草醇提物對復合膜機械性能的影響Table 2 Effect of R.rubescens extract on mechanical properties of film

由表2 可知，添加冬凌草提取物改變了復合膜的拉伸強度和斷裂伸長率。隨著冬凌草提取物添加量的增加，復合膜的抗拉伸強度增大，這可能是由于冬凌草提取物的加入，通過分子間的相互作用，有利于海藻酸鈉的規整排列，并使結晶發生了變化，但隨著冬凌草添加量繼續增加，其質量分數大于0.5%時，復合膜拉伸強度呈下降趨勢，這可能由于冬凌草提取物的添加量繼續增加使得水分不能和增塑劑形成氫鍵，導致復合膜的含水量少故容易出現斷裂，近而喪失應有的彈性，使得復合膜的抗拉伸強度下降。隨著冬凌草提取物添加量的增加，復合膜的斷裂拉伸率有所降低。這是由于冬凌草添加量的增加，海藻酸鈉分子在成膜過程中的定向排列穩定性變強，最終形成的復合膜結構比較有序，且致密性高，剛性強。

王大海等[17]報道冬凌草中抑菌活性成分對灰霉病菌和炭疽病菌等的菌絲生長和孢子萌發具有一定的抑制活性，其EC50值在668 mg/L～3 869 mg/L 之間。因此，復合膜應用于水果保鮮時，冬凌草提取物添加量少，導致抑菌活性成分不能有效抑制霉菌對砂糖橘的侵染；添加量過多，復合膜較厚，拉伸強度和斷裂伸長率降低，會導致應用困難。綜合考慮復合膜的抑菌活性、阻濕性和機械性能，選擇添加質量分數為1%的冬凌草提取物制備的復合膜進行砂糖橘的保鮮試驗。

2.3 海藻酸鈉-冬凌草醇提物復合膜對砂糖橘貯藏效果的影響

水分是果實的主要成分，是衡量果實新鮮度、味道等一項重要指標。在果實貯藏期間，呼吸作用消耗果實體內的水分和蒸騰作用使果實水分減少，失重率不斷的增加，影響水果的貯藏，縮短其貯藏時間[24]。海藻酸鈉-冬凌草醇提物復合膜對砂糖橘貯藏效果的試驗結果見圖1。

圖1 海藻酸鈉-冬凌草醇提物復合膜對砂糖橘貯藏效果的影響Fig.1 Effect of alginate coating enriched with R.rubescens extract on storage of shatang mandarin

由圖1 可知，常溫貯藏時各組砂糖橘失重率逐漸增加。其中，空白對照組的砂糖橘失重率明顯高于其他處理組，貯藏至第40 天時失重率已達到6.8%。而冬凌草提取物復合涂膜組失重率一直處于較低的水平，到第40 天時，失水率為5.87%，保水效果最好（P＜0.05）。

冬凌草提取物-海藻酸鈉復合膜對砂糖橘好果率的試驗見圖1。從圖1 可知，各組的好果率均呈現下降趨勢。其中，空白對照組在第10 天已出現腐爛現象，貯藏至20 d 時，涂膜組砂糖橘均出現腐爛情況。貯藏至40 d 時，空白對照組的好果率已下降至62%，冬凌草提取物/海藻酸鈉復合涂膜組的好果率為88%，顯著高于對照組。試驗結果表明冬凌草提取物/海藻酸鈉復合涂膜能更好地保持果實的質量，提高果實的好果率，延長果實的貨架期。

2.4 海藻酸鈉/冬凌草醇提物復合膜對砂糖橘貯藏品質的影響

VC對維持生物體正常的生理功能有重要作用，是人體必需的營養素，也是水果中含量較高的營養成分之一，水果的貯藏品質和維生素C 的含量有密切關系。海藻酸鈉-冬凌草醇提物復合膜對砂糖橘貯藏品質的影響見圖2，海藻酸鈉-冬凌草醇提物復合膜對砂糖橘維生素C 的含量影響見圖2a。

由圖2a 可以看出砂糖橘中VC含量呈現先上升后下降的趨勢，貯藏到40 d 時，空白對照組的VC含量為9.23 mg/100 g，而復合涂膜組砂糖橘VC含量和對照組相比存在顯著的差異，高達12.17 mg/100 g（P＜0.05）。

圖2 海藻酸鈉-冬凌草醇提物復合膜對砂糖橘貯藏品質的影響Fig.2 Effect of alginate coating enriched with R.rubescens extract on storage quality of shatang mandarin

可溶性固形物是蔬果中用來衡量其營養成分的一個重要指標。海藻酸鈉-冬凌草醇提物復合膜對砂糖橘可溶性固含物的含量影響見圖2b。由圖2b 中可知，砂糖橘貯藏前期可溶性固形物會先增加，隨著果實漸漸成熟，可溶性固形物不再增加，還會作為呼吸強度的能量來源而不斷被消耗，貯藏后期可溶性固形物含量降低。在試驗中，復合涂膜處理的砂糖橘貯藏到40 d 時，可溶性固形物含量顯著高于對照組（P＜0.05），這表明，涂膜處理降低了砂糖橘的生理活性，延緩了果實的后熟過程。

糖是維持果實生理活性重要的能量，由圖2c 可知，砂糖橘中的總糖含量在貯藏過程中呈先上升再下降的變化，這是因為貯藏的砂糖橘，隨著貯藏時間的延長而逐漸成熟，果實中相關成分轉化為糖類，糖分逐漸積累到最高值，到后期由于呼吸作用的消耗，總糖含量開始下降。貯藏到40 d 時，復合涂膜組砂糖橘的總糖含量高于對照組（P＜0.05），試驗表明，冬凌草提取物和海藻酸鈉復合膜能有效的延緩糖分的消耗。

復合膜對砂糖橘可滴定酸含量的影響見圖2d，由圖2d 可知，不同處理組砂糖橘可滴定酸含量在貯藏過程中呈下降趨勢，這是由于果實貯藏期間合成酸的酶活性下降，呼吸作用導致有機酸降解為其他小分子物質。復合涂膜組可滴定酸含量顯著高于對照組，能減少總酸的降解量，延緩貯藏時間。

3 結論

本文研究了不同質量分數的冬凌草提取物對冬凌草提取物-海藻酸鈉復合膜物理特性的影響。結果表明冬凌草提取物顯著降低復合膜的透光率和水蒸氣透過率（P＜0.05）。在海藻酸鈉中加入冬凌草提取物能改善復合膜的阻濕性，但其質量分數大于0.5%時，會降低復合膜的機械性能。對制備的海藻酸鈉-冬凌草提取物復合涂膜溶液對砂糖橘的保鮮試驗結果表明，復合膜抑制了果實的采后腐爛及水分損失，失重率顯著低于空白對照組（P＜0.05），同時延緩了可溶性固形物、可溶性糖的含量、可滴定酸及VC含量的下降，具有較好的保鮮效果。