王麟 陳偉 劉文濤

（1.河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院包裝與印刷工程學(xué)院，河南 鄭州 450046；2.鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

隨著生活水平的不斷提高，人們對(duì)果蔬的新鮮度和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值要求也愈加嚴(yán)格。然而果蔬采摘后在運(yùn)輸和貯存過(guò)程中，水分和營(yíng)養(yǎng)成分容易流失，甚至產(chǎn)生腐爛現(xiàn)象[1-3]。為減少果蔬在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的營(yíng)養(yǎng)成分流失和腐爛損失，研發(fā)新型的保鮮包裝材料尤為重要。目前，越來(lái)越多的天然植物提取物被證實(shí)具有良好的保鮮效果，向包裝材料中添加植物提取物是果蔬保鮮包裝的一種有效方法[4-5]。

黃芩和大黃為我國(guó)傳統(tǒng)中草藥。黃芩為植物黃芩的脫水根莖，其主要化學(xué)成分為黃芩素和黃芩苷，具有抗紫外、抗氧化、抗微生物等性質(zhì)[6]。大黃為植物大黃的脫水根莖，其主要化學(xué)成分為蒽醌類物質(zhì)，具有抗紫外、抗氧化性能[7]。本文對(duì)黃芩和大黃進(jìn)行物理提取，得到黃芩和大黃提取液，并將其加入到聚乙烯醇（PVA）成膜基材中，制備出基于黃芩和大黃提取液的PVA 復(fù)合薄膜。選用綜合性能良好的復(fù)合薄膜對(duì)圣女果進(jìn)行包裝，進(jìn)一步探究復(fù)合薄膜在果蔬保鮮中的應(yīng)用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原料

本文所用試驗(yàn)原料見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)儀器

本試驗(yàn)所用主要儀器及型號(hào)見(jiàn)表2。

1.3 樣品制備

1.3.1 黃芩和大黃提取液制備 將黃芩粉碎成粉末狀，稱取20 g黃芩粉末，按料液比1:10 加入60%乙醇溶液，在60 ℃水浴鍋中攪拌4 h，抽濾后得到黃芩提取液，并放置于冰箱備用。大黃提取液制備方法同上。

表1 實(shí)驗(yàn)原料及其規(guī)格

表2 主要試驗(yàn)儀器及型號(hào)

表3 基于黃芩和大黃提取液的PVA 復(fù)合薄膜配方表

表4 圣女果感官評(píng)價(jià)分值表

1.3.2 PVA 復(fù)合薄膜的制備 按照表3 中復(fù)合薄膜配方，向10 g PVA 中加入不同體積的黃芩提取液、大黃提取液和水，保證溶劑總體積為90 mL，配制出含不同比例的黃芩和大黃的PVA 制膜液。將制膜液在90 ℃下加熱攪拌2 h，靜置去泡后在玻璃板上流延鋪膜，約24 h 后揭膜、干燥，編號(hào)后放入干燥器中備用。

1.3.3 黃芩/大黃/PVA 復(fù)合薄膜的性能測(cè)試

（1）力學(xué)性能測(cè)試。依照GB/T 1040.3-2006《塑料拉伸性能的測(cè)定第3 部分：薄塑和薄片的試驗(yàn)條件》[8]，將薄膜樣品裁成100 mm×10 mm 矩形樣條，在25℃、相對(duì)濕度50%條件下平衡48 h后，使用智能電子拉力機(jī)測(cè)定薄膜樣條的拉伸強(qiáng)度和最大斷裂伸長(zhǎng)率，設(shè)置標(biāo)距為5 cm，拉伸速率50 mm/min，每個(gè)樣品平行測(cè)定10 次，取其平均值。

（2）透光率與霧度測(cè)試。依照GB/T 2410-2008《透明塑料透光率和霧度的測(cè)定》[9]，將薄膜樣品裁成直徑75 mm 的圓形，使用透光率/霧度測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)樣品平行測(cè)10 次，取其平均值。

（3）水蒸氣透過(guò)率測(cè)試。依據(jù)GB/T 16928-1997《包裝材料試驗(yàn)方法透濕率》[10]，將薄膜裁成直徑75 mm 的圓形，在標(biāo)準(zhǔn)模式下采用水蒸氣透過(guò)率儀測(cè)試薄膜樣品的水蒸氣透過(guò)系數(shù)。設(shè)置實(shí)驗(yàn)溫度為38℃，薄膜兩側(cè)相對(duì)濕度差為90%，每個(gè)樣品測(cè)3 次，取平均值。

（4）DPPH 自由基清除能力測(cè)試。分別配置0.5 mg/mL 的薄膜溶液和50 mg/L 的DPPH 乙醇溶液，并按體積比1:1 將兩種溶液混合，室溫下避光保存1 h 后，測(cè)定溶液在波長(zhǎng)517 nm 處吸光度。將水與DPPH 的混合液作為空白對(duì)比樣。

（5）紫外可見(jiàn)光譜測(cè)定。選取9 mm×40 mm 的薄膜樣條放入比色皿中，以空氣為參比，使用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)試，波長(zhǎng)范圍為190~900 nm，掃描速度為中速，采樣間隔為1 nm。

1.3.4 PVA 復(fù)合薄膜對(duì)圣女果保鮮性能測(cè)試

將圣女果隨機(jī)放置在不同的燒杯中，選取PVA 復(fù)合薄膜進(jìn)行包覆，不作任何包覆處理的圣女果作為空白對(duì)照組，在室溫下放置，隔斷時(shí)間對(duì)圣女果的感官變化、失重率、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、維生素C 含量進(jìn)行測(cè)試。

（1）感官評(píng)價(jià)。固定4 名同學(xué)，采用10 分制，依據(jù)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)（表4）對(duì)各組圣女果的感官性狀進(jìn)行評(píng)分，并計(jì)算出平均分。

（2）失重率。分別測(cè)定新鮮圣女果質(zhì)量（m1）與貯藏一段時(shí)間后圣女果質(zhì)量（m2），失重率計(jì)算公式如下：

失重率（%）=（m1－m2）/ m1×100%

（3）可溶性固形物含量。采用阿貝折光儀測(cè)定果肉的可溶性固形物[11]。

（4）可滴定酸含量。采用酸堿滴定法測(cè)定果肉中可滴定酸的含量[12]。

（5）維生素C 含量。維生素C 在波長(zhǎng)265 nm 處有特征吸收峰[13]，實(shí)驗(yàn)中利用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定果肉在波長(zhǎng)265 nm處的吸收值，根據(jù)維生素C 的標(biāo)準(zhǔn)曲線0.253+52.245（R2=0.998 9），計(jì)算圣女果里維生素C 的含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 PVA 復(fù)合薄膜的性能分析

表5 是純PVA 薄膜及基于黃芩和大黃提取液的PVA 復(fù)合薄膜的力學(xué)性能、光學(xué)性能、水蒸氣阻隔性能、DPPH 自由基清除性能的表征測(cè)試數(shù)據(jù)。

從表5 拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率數(shù)據(jù)可知，對(duì)黃芩/PVA 復(fù)合膜和大黃/PVA 復(fù)合膜，與PVA 膜相比，隨著黃芩提取液或大黃提取液添加量的增加，復(fù)合膜的抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率呈現(xiàn)出先增大而又慢慢減少的趨勢(shì)。這是因?yàn)辄S芩中黃酮類化合物和大黃中蒽醌類化合物分別能與PVA 中的羥基形成分子間氫鍵相互作用，使力學(xué)性能增強(qiáng)；但黃芩或大黃提取液過(guò)多時(shí)，其與PVA 不能混合均勻，只起到填充作用，使力學(xué)性能下降。對(duì)黃芩/大黃/PVA復(fù)合膜，隨著黃芩和大黃提取液添加量的增加，薄膜的拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)出兩次先升后降的趨勢(shì)，斷裂伸長(zhǎng)率則是先升后降。這是因?yàn)橄騊VA 中同時(shí)添加黃芩和大黃提取液，兩者會(huì)出現(xiàn)協(xié)同作用，在一定程度上提升復(fù)合膜的力學(xué)性能，但提取液添加過(guò)多時(shí)，會(huì)出現(xiàn)混合不均勻現(xiàn)象，使薄膜力學(xué)性能降低。

表5 基于黃芩和大黃提取液的PVA 復(fù)合薄膜性能測(cè)試數(shù)據(jù)表

從表5 透光率和霧度數(shù)據(jù)可知，對(duì)黃芩/PVA 薄膜、大黃/PVA薄膜和黃芩/大黃/PVA 薄膜這3 種復(fù)合膜，與PVA 膜相比，隨著黃芩提取液或大黃提取液添加量的增多，復(fù)合膜都呈現(xiàn)出透光率不斷降低、霧度不斷上升的變化趨勢(shì)。這是因?yàn)辄S芩和大黃提取液分別為淺黃色和棕黃色，其對(duì)光線的散射和吸收導(dǎo)致透光率不斷下降；而黃芩和大黃提取液添加量增多時(shí)，會(huì)在鑄膜液中出現(xiàn)顆粒分散不均勻和團(tuán)聚現(xiàn)象，讓復(fù)合膜霧度升高。

從表5 水蒸氣透過(guò)率數(shù)據(jù)可知，對(duì)黃芩/PVA 復(fù)合膜，隨著黃芩提取液添加量的增多，復(fù)合膜的水蒸氣透過(guò)率雖逐漸升高，但均小于PVA 薄膜。這是因?yàn)辄S芩中黃酮類化合物與PVA 中羥基形成氫鍵相互作用，使薄膜結(jié)晶能力增加，阻濕性能提高。對(duì)大黃/PVA 復(fù)合膜，隨著大黃提取液添加量的增多，復(fù)合膜的水蒸氣透過(guò)率逐漸升高，先小于PVA 薄膜，后大于PVA 薄膜。這是因?yàn)榇簏S中蒽醌類化合物與PVA 中羥基形成氫鍵，使薄膜結(jié)晶能力增強(qiáng)，阻濕性能提升；但當(dāng)大黃提取液過(guò)多時(shí)，其與PVA 不能混合均勻，在復(fù)合膜中形成了部分微孔，從而導(dǎo)致薄膜的水蒸氣透過(guò)率增加。對(duì)黃芩/大黃/PVA 復(fù)合膜，由于三組分之間的氫鍵相互作用、黃芩和大黃的協(xié)同作用、提取液添加過(guò)多出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，復(fù)合薄膜的水蒸氣透過(guò)率先降低后升高，部分薄膜的阻濕性優(yōu)于PVA 薄膜。

從表5 中DPPH 自由基清除能力數(shù)據(jù)可知，對(duì)黃芩/PVA 薄膜、大黃/PVA 薄膜和黃芩/大黃/PVA 薄膜這3 種復(fù)合膜，與PVA膜相比，隨著黃芩提取液或大黃提取液添加量的增多，復(fù)合膜的DPPH 自由基清除能力都明顯增強(qiáng)。這是因?yàn)辄S芩提取液中的黃芩苷、黃芩素和大黃提取液中的蒽醌類化合物都是一種天然抗氧化劑[14]，向PVA 鑄膜液中添加黃芩和大黃提取液能顯著提高薄膜的抗氧化性能。

圖1 是基于黃芩和大黃提取液的PVA 復(fù)合薄膜的紫外-可見(jiàn)光譜圖。從圖1 可以看出，在波長(zhǎng)250~800 nm 范圍的紫外及可見(jiàn)光區(qū)，PVA 薄膜的光透過(guò)率均在86%以上，在波長(zhǎng)250 nm 以下時(shí)光透過(guò)率有所降低，說(shuō)明PVA 薄膜的紫外阻隔性能很差。加入黃芩和大黃提取液后，在波長(zhǎng)200~470 nm 范圍內(nèi)，復(fù)合薄膜的光透過(guò)率顯著下降，表現(xiàn)出良好的紫外阻隔性能，尤其是添加黃芩提取液的薄膜，完全阻擋波長(zhǎng)350 nm 以下的紫外光透過(guò)，具有優(yōu)異的抗紫外性能。這是因?yàn)辄S芩中黃酮類化合物和大黃中蒽醌類化合物具有紫外吸收活性[15]，可降低紫外光的透過(guò)率，提高復(fù)合薄膜的紫外阻隔性。

綜合分析PVA 復(fù)合薄膜的性能，選取PVA 薄膜（薄膜1）、40%黃芩/PVA 復(fù)合膜（薄膜3）、20%大黃/PVA 復(fù)合膜（薄膜5）、20%黃芩/20%大黃/PVA 復(fù)合膜（薄膜8）4 種薄膜用于圣女果的保鮮實(shí)驗(yàn)研究，并分別標(biāo)記為B 組、C 組、D 組和E 組，而A 組為圣女果不作任何包覆處理的對(duì)照組。

圖1 基于黃芩和大黃提取液的PVA 復(fù)合薄膜紫外-可見(jiàn)光譜圖

表6 不同組中圣女果感官評(píng)分表

圖2 不同組中圣女果失重率變化圖

圖3 不同組中圣女果可溶性固形物含量變化圖

圖4 不同組中圣女果可滴定酸含量變化圖

圖5 不同組中圣女果維生素C 含量變化圖

2.2 圣女果感官評(píng)價(jià)分析

由圣女果的感官評(píng)分表（表6）可知，對(duì)照組A 中圣女果放置8 d 之后感官評(píng)分低于3 分，失去了銷售價(jià)值；B 組中圣女果比A組稍好，但10 d 后失去了食用價(jià)值；而C、D、E 3 組圣女果12 d后感官評(píng)分仍在3 分以上，品質(zhì)還能接受，尤其E 組保鮮效果最好。以上結(jié)果說(shuō)明由于PVA 復(fù)合膜具有較好的抗氧化性能和紫外阻隔性能，減緩了果實(shí)內(nèi)部組織的軟化及水分的散失，一定程度上保持了圣女果的品質(zhì)。

2.3 圣女果失重率分析

圖2 是不同組中圣女果失重率變化情況。從圖2 可知，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，由于圣女果的呼吸作用和蒸騰作用，其失重率逐漸增加，其中經(jīng)由PVA 復(fù)合薄膜包覆的圣女果失重率增加速度最慢。這是因?yàn)樘砑狱S芩和大黃提取液的PVA 復(fù)合薄膜阻濕能力有一定提升，減少了水蒸氣的透過(guò)，限制了果蔬的蒸騰作用，減緩了圣女果的水分流失。

2.4 圣女果可溶性固形物含量分析

圖3 是不同組中圣女果可溶性固形物含量的變化情況。從圖3 可知，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，圣女果中可溶性固形物含量先升高后降低。這是因?yàn)樵谫A藏初期，新鮮的圣女果逐漸成熟，可溶性固形物含量有所增加；隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，由于圣女果的代謝消耗，其可溶性固形物含量逐漸降低，其中經(jīng)由PVA 復(fù)合薄膜包覆的圣女果可溶性固形物含量降低較慢，說(shuō)明添加黃芩和大黃提取液的PVA 薄膜能有效減緩圣女果的代謝，保持其品質(zhì)。

2.5 圣女果可滴定酸含量分析

圖4 是不同組中圣女果可滴定酸含量的變化情況。從圖4 可知，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，圣女果中可滴定酸含量逐漸降低。這是因?yàn)樵谫A藏過(guò)程中，圣女果需要消耗有機(jī)酸進(jìn)行呼吸作用，以維持其生理活動(dòng)。其中經(jīng)由PVA 復(fù)合薄膜包覆的圣女果可滴定酸含量降低較慢，說(shuō)明添加黃芩和大黃提取液的PVA 薄膜能減緩圣女果的呼吸代謝。

2.6 圣女果維生素C 含量分析

圖5 是不同組中圣女果維生素C 含量的變化情況。從圖5 可知，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，圣女果中維生素C 含量逐漸降低。這是因?yàn)樵谫A藏過(guò)程中，維生素C 逐漸被氧化，使其含量下降。其中經(jīng)由PVA 復(fù)合薄膜包覆的圣女果維生素C 含量下降較慢，這是因?yàn)樘砑狱S芩和大黃提取液的PVA 薄膜既有抗氧化能力，又能有效阻隔外界氧氣的進(jìn)入，有利于圣女果中維生素C 的保留。

3 結(jié)論

本文制備出了具有抗氧化和阻隔紫外線能力的功能性PVA復(fù)合薄膜。選用綜合性能較好的PVA 復(fù)合薄膜對(duì)圣女果進(jìn)行包覆，發(fā)現(xiàn)對(duì)圣女果保鮮效果大小順序?yàn)椋?0%黃芩/20%大黃/PVA復(fù)合膜＞40%黃芩/PVA 復(fù)合膜＞20%大黃/PVA 復(fù)合膜＞PVA 薄膜＞無(wú)包裝。因此，黃芩和大黃的提取液可用于制備功能性復(fù)合薄膜，為果蔬保鮮提供更多途徑和方法。此外，由于加入了黃芩和大黃的提取液，制備出的PVA 復(fù)合薄膜顯黃色，透明度有待提高。