梁 杰，赵晓旭，刘 涛，王莉滨，林清火，蔡力锋*

茶多酚-壳聚糖复合膜的制备及保鲜效果研究

梁 杰1，赵晓旭1，刘 涛1，王莉滨1，林清火2，蔡力锋1*

1. 莆田学院环境与生物工程学院/福建省新型污染物生态毒理效应与控制重点实验室/生态环境及其信息图谱福建省高等学校重点实验室，福建莆田 351100；2. 中国热带农业科学院橡胶研究所，海南海口 571101

本研究以聚乙烯醇（PVA）和壳聚糖（CTS）为基材，甘油作为增塑剂，以茶多酚（TP）为功能性添加剂制备无污染、可降解且具有抗氧化功能的活性包装材料TP-CTS/PVA复合膜，分析TP浓度对复合膜机械性能、抗氧化能力、抑菌能力等理化性质的影响，研究复合膜与包装相关性能的影响，以期提高复合膜的综合性能。将其应用于圣女果的保鲜，测定其在贮存期间理化指标及微生物指标，进一步将不同TP浓度的复合膜涂抹于新鲜圣女果表面，分析圣女果在贮存期间的感官品质、腐烂率、失重率、可溶性糖、可滴定酸等指标的变化，系统研究复合膜对圣女果的保鲜效果。结果表明：以TP为功能性添加剂共混CTS和PVA制备的复合膜兼具抗氧化和抑菌效果；随着TP浓度增加，复合膜的颜色逐渐变深，TP浓度为1.5%时，复合膜的水溶性最低(19.85±0.64)%，此时复合膜的抗张强度呈最大值(13.19±0.77)MPa；当TP浓度增大，其对和的抑菌能力也不断增强，能有效抑制细菌生长；TP浓度为2.0%时，复合膜对DPPH自由基清除率达到最大值(38.53±0.91)%；采用复合膜涂覆对圣女果能减少水分蒸腾、延缓果蔬机体衰老从而起到良好的保鲜效果，涂膜能有效延缓圣女果的腐烂和失水变质的现象，表明TP-CTS/PVA复合膜能改善果蔬的保鲜货架期和商品价值；在相同贮存时间内，当用TP浓度为1.50%复合膜涂抹圣女果时，圣女果的感官评价得分、失重率、腐烂率、可滴定酸含量、可溶性糖含量等各项指标较其他TP浓度试验组效果更好。研究表明，当TP浓度为1.5%～2.0%时制备的TP-CTS/PVA复合膜其抑菌性、耐水性、抗氧化性、以及保鲜性能等各项指标较为均衡，将其实际应用于生产中可根据需求调整TP浓度。本研究目的为探索开发抗菌抗氧化功能型复合膜和功能型包装材料替代塑料包装材料的可能性，为同时解决食品保鲜与环境污染问题提供依据。

茶多酚；壳聚糖；聚乙烯醇；复合膜；抗氧化能力；抑菌能力；保鲜效果

传统的塑料包装材料在给人类带来方便的同时由于其稳定的分子结构的特点，使其无法被环境快速降解而导致严重的生态环境污染，并且由于它的生产原料是不可再生的化石能源的副产物，大量的塑料生产加剧了化石资源严重短缺的情况。随着人们对绿色健康生活方式的不断追求和环境保护意识的不断增强，研究可再生可降解无毒副作用的包装材料替代传统包装塑料成为研究热点。新型活性包装材料是当前国内外研究与开发的热点，它是由天然大分子化合物制备而成，主要是由淀粉、多糖、脂类、蛋白质、纤维素衍生物、膳食纤维、食用胶、果胶等来源天然无毒副作用的生物大分子和一些功能添加剂制成的具有抗菌、抗氧化、智能显色等活性功能的食品保鲜包装材料。在制备复合膜的过程中加入一些具有功能性的活性物质，如天然植物精油、茶多酚、益生菌、天然色素、微量营养元素等，赋予复合膜丰富多样的保健功能[1]；纳米材料和交联剂作为改善复合膜的抗拉性和耐水性的重要元素也时常被添加到包装薄膜中[2-6]。圣女果营养价值丰富、口感酸甜，相关研究报道表明，圣女果具有抗癌、美容的功效，备受广大人民的喜爱，在我国不但一年四季均可栽培，在全国各地都有大量种植且种植面积逐年增加，是常见的水果，也是优先推广的果蔬之一。因此，研究一种安全无毒副作用的保鲜剂，对于提升圣女果的商品价值具有重要作用。

茶多酚（tea polyphenols, TP）是从茶叶中提取出来的多酚类物质的总称，是一种天然的抗氧化剂，除了抗氧化能力、清除自由基能力以外，茶多酚还具有抑制细菌生长繁殖、保护心血管、延缓衰老、抗肿瘤、抑制炎症、抗辐射等功能[7-9]，对人体具有保健价值。壳聚糖（chitosan, CTS）是天然的碱性多糖，是甲壳素脱乙酰得到的衍生物，又称脱乙酰甲壳素，它可作为多酚等活性化合物的载体，在自然界中广泛存在，由于成膜性能良好、可降解性、可食性、长效抑菌性、抗氧化性、广谱抑菌性，这些优异的性能在食物贮藏过程中能发挥缓释作用，可保护食品免受氧化或腐败变质，延缓果蔬机体衰老，使得壳聚糖在活性包装材料研究领域具有举足轻重的作用[10-13]。杨震宇等[14]研究发现，以1.5%壳聚糖+0.4%肉桂精油复配得到的保鲜膜液处理鲜切雪莲果，在4℃条件下贮藏6 d新鲜度依然保持良好的状态。陈玉芹等[15]采用自组装法制备明胶-壳聚糖-肉桂精油涂膜，膜液对普通变形菌、液化沙雷氏和金黄色葡萄球菌都具有良好的抑菌效果。SUN等[16]的研究表明，壳聚糖与苹果多酚制备的复合膜其抗氧化性会比单纯的壳聚糖膜要高大约三倍。聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）属于聚乙酸乙烯酯的水解产物，安全无毒，且有良好的相容性、成膜性和降解性，以PVA为材料制备的薄膜表面光滑，透明度高、柔韧性好且具有较好的耐光性，同时可显著增强薄膜的气体阻隔性，被广泛应用于医疗、食品包装领域。翟纬坤等[17]的研究指出，PVA和CTS分子中的-NH2和-OH共混形成的氢键能改善PVA的降解性和CTS的脆性，并提升PVA-CTS复合膜的拉伸强度。

目前关于CTS和PVA为基材和TP共混制备的包装膜少见研究，基于此，本文以CTS和PVA为基材制备食品包装复合膜，TP为功能性添加剂，通过醋酸溶解CTS并加入增塑剂甘油共混PVA制备复合膜，系统研究不同浓度的TP对于复合膜的抗氧化能力、抑菌能力、机械性能等理化性质的影响，将复合膜应用于圣女果的贮藏保鲜，以感官品质、失重率、腐烂率、可滴定酸含量、可溶性糖为指标对不同浓度的TP复合膜对圣女果保鲜能力进行评价分析，以期为TP-CTS/PVA新型复合包装材料提供试验基础和理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 材料与试剂 新鲜圣女果，福建莆田永辉超市购入。茶多酚（TP，纯度≥99.0%）、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）、壳聚糖（CTS，脱乙酰度≥95.0%，粘度100～200 mPa·s–1）：均购自上海麦克林生化科技有限公司；1%酚酞指示剂，聚乙烯醇（PVA，醇解度：98%～99% mol/mol）：阿拉丁试剂有限公司；冰乙酸、硫酸、无水乙醇、蒽酮：中国国药集团有限公司；营养琼脂培养基：青岛海博生物技术有限公司；营养肉汤培养基：北京索莱宝科技有限公司Solarbio；丙三醇，葡萄糖：天津市化学试剂供销公司；硼酸：天津市红岩化学试剂厂；大肠杆菌（,ATCC25922）、金黄色葡萄球菌（, ATCC6538）：广东环凯微生物科技有限公司；实验过程使用均为去离子水。

1.1.2 仪器与设备 SU8010型扫描电子显微镜：日本株式会社日立制作所（HITACHI）；TAXTplus质构仪：英国Stable Micro System公司；TENSOR 27傅里叶变换红外光谱仪（Fourier Transform Infrared，FTIR）：德国Bruker公司；BSA224S电子天平：北京赛多利斯科学仪器有限公司；UV-5500PC紫外可见分光光度计：上海元析仪器有限公司；PXY-250S-A生化培养箱：青岛科力仪器有限公司；JB-3型定时双向恒温搅拌器：金坛科析仪器有限公司；DK-S24电热恒温水浴锅：上海精宏实验设备有限公司；DGG-9053A电热恒温鼓风干燥箱：上海森信实验仪器有限公司；BCD-208K/A型冰箱：青岛海尔集团；STARTER- 2100型精密数显酸度计：奥豪斯仪器有限公司；SW-CJ-2D超净工作台：苏州净化设备有限公司； VS-35S手持式匀浆机：无锡沃信仪器制造有限公司；LDZM-60L-Ⅲ立式高压蒸汽灭菌器：上海申安医疗器械厂；WP-UP-1810超纯水机：四川沃特尔水处理设备有限公司；H1850R离心机：湖南湘仪实验室仪器开发有限公司。

1.2 方法

1.2.1 膜液的配置 参考欧阳锐等[18]的方法并适当改进：称取30 g PVA与300 mL蒸馏水在80℃下不断搅拌至完全溶解，配置为质量分数10%的PVA溶液，备用；称取15 g CTS，加入500 mL 2%的乙酸溶液中，充分溶解后得质量分数为3%的CTS乙酸溶液，备用。

1.2.2 复合膜的制备 按体积比为4∶6分别量取10% PVA液40 mL、3% CTS液60 mL混合后加入2 g甘油作为塑性剂，加热至60℃充分搅拌混合均匀，为复合膜液；根据不同质量分数（0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%）依次称取一定量TP充分溶解于5 mL无水乙醇后转移至复合膜液中，混合成不同质量分数的茶多酚-壳聚糖复合膜液，磁力搅拌器上搅拌30 min，搅拌过程中为防止膜液中乙酸、乙醇溶液挥发并降低TP氧化，应全程覆盖保鲜膜并在避光条件下完成，搅拌完成静置待膜液消泡，取等量膜液缓慢倒入无菌平皿中后放入60℃的恒温干燥箱中烘干6 h，取出揭膜，获得复合膜，置于密封袋中待用。

1.2.3 TP-CTS/PVA复合膜结构表征 （1）TP- CTS/PVA复合膜的形貌特征。采用SU8010型扫描电子显微镜分析不同TP浓度对TP-CTS/PVA复合膜微观形貌变化影响。

（2）TP-CTS/PVA复合膜的红外光谱分析。通过傅里叶变换红外光谱仪对复合膜进行红外光谱分析，扫描范围在4000～500 cm–1。

1.2.4 TP-CTS/PVA复合膜性质表征 （1）溶解度测试。根据朱明秀等[19]的方法，将复合膜剪裁为20 mm×20 mm大小，在50℃烘箱中干燥24 h后放入干燥器中，冷却约1 h至室温后称重记录数据为m1；将干燥后的样品放入50 mL的蒸馏水中，浸泡24 h，取出用滤纸吸干多余的水分，置于50℃烘箱中干燥24 h，干燥后，取出样品，在干燥器中冷却至室温后称重记录数据为2。计算公式如下：

式中：1—样品干燥24 h后浸泡前的重量（g）；2—样品浸泡后干燥24 h的最终重量（g）

（2）抗张强度、断裂伸长率的测定。将膜裁成40 mm×10 mm的薄膜条，在质构仪上测定膜的拉伸应力（tensile stress）和拉伸应变（tensile strain），设定测前速率120 mm/min，测中速率60 mm/min，测后速率120 mm/min，根据应力应变曲线得出抗张强度（tensile strength, TS）和断裂伸长率（elongation at break, EAB）。

（3）抗菌能力测试。参照欧阳锐等[18]的方法，使用革兰氏阳性菌——金黄色葡萄球菌（）和革兰氏阴性菌——大肠杆菌（）这2种代表菌株进行试验。滤纸裁成直径20 mm大小的圆片，在超净工作台上将滤纸片置于紫外灯下照射30 min，在膜液中浸泡3 min后取出干燥，将滤纸片置于琼脂平板表面，琼脂平板上含有1 mL均匀涂布的试验菌悬浮液，然后将培养皿倒置于恒温培养箱中，在37℃温度下培养24 h后，用游标卡尺测量滤纸周围的抑菌圈直径（含滤纸片直径）。

（4）DPPH自由基清除能力测定。参照SHIMADA等[20]的方法。使用95%乙醇溶液，配置0.1 mmol/L DPPH乙醇溶液，储存于4℃冰箱中冷藏避光待用；将20 mm×20 mm复合膜放入100 mL蒸馏水中浸泡5 h，成为复合膜浸渍液；取2 mL 0.1 mmol/L DPPH乙醇溶液与2 mL复合膜浸渍液震荡均匀，置于黑暗处充分反应30 min，反应结束后置于紫外分光光度计在517 nm波长下完成对反应液吸光度的测定，相同条件下测定2 mL样品复合膜浸渍液和2 mL 95% 乙醇混合液的吸光度，以及2 mL DPPH乙醇溶液和2 mL蒸馏水混合液的吸光度。计算公式如下：

式中：i表示样品与DPPH乙醇混合液的吸光度；j表示样品与95%乙醇混合液的吸光度；0表示蒸馏水与DPPH乙醇混合液的吸光度。

1.2.5 TP-CTS/PVA复合膜保鲜能力测试 挑取市售的新鲜圣女果，保证每个圣女果的新鲜状态、硬度等基本相近，表皮无破损、无磕碰，大小均匀，将20颗圣女果分为一组，共9组，清洗干净后晾干水分，放入各个浓度的TP-CTS/PVA复合膜液中浸泡3 min，捞出后放置在阴凉通风处自然晾干，装入干净的置物篮中，并将置物篮用保鲜袋包裹好，用牙签对袋子扎相同数量的小孔，保证透气性，而后放置于室温中贮藏，以蒸馏水作为对照组，将圣女果放入蒸馏水中浸泡3 min，捞起晾干后转移至相同条件下保存。

（1）感官评价。参考毛苏扬[21]的方法，以新鲜圣女果的外观、气味、色泽以及花萼的状态为评价指标进行感官评价，评价标准如表1所示。

（2）失重率。采用称量法进行计算。计算公式如下：

式中：0为圣女果样品的初始质量（g），为圣女果贮存一定天数后的质量（g）。

（3）腐烂率。采用观察法对圣女果进行腐烂情况的甄别，对于产生黑斑、褐斑、霉菌或是果实塌陷等均鉴定为腐烂果。计算公式如下：

表1 感官评价标准

（4）可滴定酸含量测定。贮藏期圣女果的可滴定酸含量采用GB/T 12456—2008中的标准NaOH滴定法测定：称取10 g左右（精确到0.001 g）鲜果匀浆，双层滤纸过滤除去果皮残渣，滤液澄清透明，收集滤液定容至100 mL。取滤液10 mL置于锥形瓶中，加入2～4滴1%酚酞指示剂，用0.1 mol/L NaOH溶液滴定，直到溶液呈淡红色，15 s内不褪色。记录NaOH溶液的用量，重复滴定3次，取平均值。计算公式如下：

式中：为NaOH液用量（mL），为NaOH的摩尔浓度（mol/L），为样品克数（g），为样品液制成的总毫升数（mL），为滴定时用的样品液毫升数（mL），R为折算系数：0.067。

（5）可溶性糖含量测定。贮藏期圣女果可溶性糖含量采用蒽酮比色分析法测定，参照冯文婕等[22]的方法，稍作修改。以620 nm处吸光值为纵坐标，葡萄糖含量（0、20、40、60、80、100 μg/mL）为横坐标，绘制葡萄糖标准曲线，得到线性回归方程=0.0074–0.0109，2=0.9992；称取1 g样品匀浆，与10 mL蒸馏水混合均匀，转移至刻度试管中，用沸水加热20 min，冷却至室温，放入离心机中4000 r/min离心10 min，离心后称量滤液，将滤液稀释至100 mL，备用。取提取液0.1 mL，置于具塞试管中，加蒸馏水0.9 mL，取5 mL蒽酮试剂，混合均匀，放置2 min后，在620 nm波长下比色，记录光密度值，按标准曲线换算为总糖含量。

1.3 数据处理

实验数据使用Excel 2013、Design Expert 8.05、SPSS 23软件计算并绘图，每组实验平行测试3次。

2 结果与分析

2.1 TP-CTS/PVA复合膜结构表征

2.1.1 形貌特征 不同TP浓度对TP-CTS/PVA复合膜的平面和断面的形貌变化影响见图1。由图1A可知，TP、CTS和PVA通过分子之间的交联作用和分子之间相互作用形成均匀细腻的三维结构，复合膜平面平整光滑，没有明显的气泡、裂纹，是平滑的、完整的、紧密的结构形貌，并不随着TP浓度的变化而改变。TP-CTS/PVA复合膜的表面始终光滑平整，表明TP、CTS、PVA 3种物质在一定的浓度下可高度相容，而光滑、均匀的复合膜能有效调节果蔬表面的微气调环境从而提高其保鲜效果[1]。

图1 复合膜平面（A）和断面（B）SEM照片

由图1B可知，膜的内部结构形成不规则的裂纹和褶皱，随着TP浓度的增加，不规则褶皱增强，TP在增塑剂的作用下与PVA和CTS形成均匀的结构，一定浓度TP在复合膜中形成的褶皱可使膜的结构相对松弛，能够提高TP-CTS/PVA复合膜的韧性和断裂伸长率，使复合膜更加柔软并降低薄膜的脆性，而过高浓度的TP则会影响复合膜的内部结构，在膜结构中形成较多的不规则褶皱，在测定复合膜的水溶性过程中也可看到，TP浓度过高使之在溶液中过饱和而出现难以溶解的沉淀分离的现象。

2.1.2 红外光谱分析 如图2所示，PVA在3278、1323、1086 cm–1处的吸收峰分别是O-H伸缩振动、CH-OH弯曲振动以及CO的伸缩振动特征峰，2937、1416 cm–1分别是C-H的伸缩振动和弯曲振动特征峰；CTS在3356 cm–1处的宽峰为N-H伸缩振动峰，1642 cm–1（酰胺I带）和1591 cm–1（酰胺II带）为乙酰氨基吸收峰；在TP的红外光谱中，3500～3000 cm–1处的宽峰为O-H对称伸缩振动引起的酚羟基强特征峰，1608 cm–1属于苯环骨架C=C伸缩产生的吸收峰。在TP-CTS/PVA膜的红外谱图中，复合膜940～1750 cm–1之间呈现出PVA、CTS、TP的特征峰（图中方框区域），且在3278 cm–1的O-H伸缩振动峰向低波数移动至3262 cm–1处。研究表明，分子间相互作用增强时会伴随着吸收峰向低波数移动，说明体系中各组分之间可能生成了较强的氢键，这与陈达佳[23]、张礼华[24]研究的TP与PVA或CTS之间相互作用的结果一致。

图2 材料的红外图谱

2.2 TP-CTS/PVA复合膜性能分析

2.2.1 透光性分析 由图3可知，复合膜都有较好的光泽感，随着TP浓度添加，复合膜的颜色有较大的变化。随着TP浓度的增加膜的颜色呈褐红色且越来越深，但每一张复合膜都能清晰地看到所覆盖的字样，说明其透光性能良好。复合膜颜色越深，后续在实际应用中会造成一定的影响，包装膜颜色过深，复合膜的透明度受到负面影响，不利于直接观察到所包装产品原本的色泽状态，且TP浓度越高，生产成本也相应增加，因此，在实际应用中TP浓度不宜过高。

图3 TP浓度对复合膜透光率的影响

2.2.2 水溶性测定 水溶性测试是反映复合膜耐水性能较为常见的一种方法，耐水性能评价的好坏主要与材料的亲水性和疏水性有关。使用材料的亲水性高则耐水性能就相对较差，若疏水性高，则说明其材料具有较好的耐水性。不同浓度的TP对复合膜溶解度的影响见图4。复合膜的溶解度先是大幅度减少，接着随TP浓度的增加而小幅度上升，最后趋于稳定，这与朱明秀等[19]的研究结果一致。当TP的浓度为1.5%时，TP-CTS/PVA复合膜的水溶性比未添加TP的(61.31±0.68)%大幅度下降，降低至最低点(19.85±0.64)%，而后随着TP浓度的增加，复合膜的水溶性增加，但增加幅度相对平缓。复合膜在TP添加量为0时水溶性为(61.31±0.68)%，添加TP后复合膜水溶性急速降低，这可能是TP与PVA之间能形成稳定的氢键使得复合膜的水溶性降低的原因，也可能是TP中存在疏水性基团苯环，从而增加了复合膜的疏水性[25]；同时，TP的加入也起到了交联剂的作用，在CTS与PVA分子之间形成氢键，使复合膜中游离羟基的数量急剧减少，影响了复合膜与水分子的结合，从而了降低复合膜的亲水性，提高耐水性[26]。当TP浓度继续不断增加，TP含量达到饱和状态，复合膜液中有TP沉淀产生，这种沉淀在膜溶液中难以溶解，最终，由于颗粒状物质在复合膜产品中的形成，阻碍了分子间的相互作用，使复合膜中的部分亲水分子和TP溶解在水中，导致水溶性增加。

图4 TP浓度对复合膜水溶性的影响

2.2.3 TS和EAB的测定 随着TP浓度增加复合膜的TS和EAB出现先增大后减小的趋势，TP质量分数为1.50%时膜的TS呈最大值(13.19± 0.77)MPa，此时膜的柔韧性最好（图5）。TP通过氢键和疏水作用，共价交联等作用力均匀分布于复合膜中，能形成稳定有序的膜结构；继续增加TP浓度，膜的抗张强度和断裂生长率呈现断崖式下降的趋势，分析原因可能是过多地加入TP造成复合膜的不连续性因而柔韧性受到影响，过高浓度的TP会扰乱PVA和CTS之间形成的结构并产生物质间相分离现象，导致膜的EAB明显下降；过高浓度的TP与其他分子可能形成交互作用，妨碍其他分子之间的相互作用，使膜的网状稳定性受到影响导致抗拉强度降低，且过多的TP游离于膜液中呈颗粒状，也对膜的机械性能产生不良影响[19]。RIAZ等[27]的研究发现，过量TP会在复合膜中发生聚集导致分子间氢键弱化，阻碍聚合物-聚合物链的相互作用，影响复合膜致密稳定结构的形成，造成膜的机械性能下降。

图5 TP浓度对复合膜ES和TAB的影响

2.3 抑菌性能分析

以和为代表菌种，以抑菌圈为评价指标，测定不同浓度TP对复合膜抑菌效果的影响，结果如表2所示。

表2 TP对复合膜抑菌性能的影响

注：不同小写字母表示差异显著（<0.05）。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference (<0.05).

由表2和图6可知，抑菌剂TP加入到复合膜液中，使复合膜对和产生了显著的抑菌作用，TP浓度越高，复合膜的抑菌作用越明显。CTS/PVA复合膜，即TP浓度为0%的复合膜对以及的抑菌圈直径分别为(20.94±0.21)mm和(20.35±0.17)mm，CTS/PVA复合膜由于CTS的存在也有一定的抑菌效果，但相对于其他添加了不同浓度TP的TP-CTS/PVA复合膜，其抑菌圈界限不够明显；随着TP浓度的增加，TP-CTS/PVA复合膜的抑菌圈的直径也在逐渐扩大，当浓度达到2.0%时，膜的抑菌效果明显提高，有较为清晰的抑菌圈界限出现，的抑菌圈直径为(28.10±0.27)mm，的抑菌圈直径为(25.73±0.15)mm，且随着TP浓度的增加，抑菌圈更加明显。结果表明，添加的TP浓度越高，其产生的抑菌效果更加明显。

图6 TP浓度对E. coli（A）和S. aureus（B）抑菌效果的影响

2.4 抗氧化性能分析

DPPH自由基作为客观评估化合物抗氧化特性的条件之一，它在测定化合物清除自由基能力的研究领域得到了广泛的应用，国内外已有研究表明，TP中含有的天然酚类物质具有良好的抗氧化效果[7-9]。不同浓度TP在复合膜中对DPPH自由基清除能力的影响见图7，呈现先增大后减小的趋势。TP浓度为0%时，复合膜依然具有一定的抗氧化能力，这是由于CTS聚合物结构中C2位氨基中存在氮而使CTS具有一定抗氧化能力[28]。由图可知，TP浓度增加复合膜清除DPPH自由基的能力也大幅度提升，这是因为随着TP浓度的增加，溶解在水中的TP含量自然也随之增加，因此TP-CTS/PVA复合膜对DPPH自由基的清除能力也会随着TP浓度的增加而提升。在TP浓度为2.0%时复合膜对DPPH自由基清除率达到最大值(38.53±0.91)%。TP具有抗氧化活性，其作用机制是TP向自由基提供体积小、亲合性强的氢质子，这些氢质子能捕捉到极为活泼的自由基，而自身则变成比氧化链式反应产生的自由基更稳定的酚氧自由基或其同系物，从而阻断自由基链[29-30]。当TP浓度为2.5%时，复合膜清除DPPH自由基的能力降低的原因，可能是TP浓度过高，导致复合膜液在流延成型的过程中由于静置时间较长，部分TP以絮状物的形式析出，复合膜中TP活性物质的含量降低，从而影响复合膜中的多酚化合物对DPPH自由基的捕捉能力。

图7 TP浓度对复合膜DPPH自由基清除率的影响

2.5 复合膜对圣女果的保鲜效果

2.5.1 感官评价 感官评价是表征水果新鲜程度的重要指标，能直接反映食品的使用价值[25]。含有不同浓度的TP-CTS/PVA复合膜对圣女果感官品质的影响见图8。从图中可以看出，随着储藏期限的延长，圣女果出现水分丧失、果实软化，一定程度上会产生外皮皱缩等现象，感官评分也会随之降低，由此可见，圣女果的贮藏时间越长，它所拥有的商品价值就越低，这是因为圣女果的新鲜程度、颜色和口感等都是评价产品价值的重要指标，然而这些指标都会随着时间的延长而不断降低。在保存的初期阶段，圣女果的感官评分几乎没有差别，但对照组样品在贮藏2 d后感官评价明显降低，果实失水软化、表皮皱缩，严重影响其商品价值，贮藏6 d后基本失去其商品价值；涂膜组的保鲜程度则参差不齐，但保鲜效果多数都是优于对照组的，其中涂膜1.5%浓度TP的圣女果感官评分降低较为缓慢，表现出的保鲜效果也明显优于涂膜组内的其他浓度组别，其次是涂膜1.0%和3.5%浓度TP的圣女果，说明TP-CTS/PVA复合膜对圣女果起到了一定的保鲜作用，同时添加的TP浓度也会对保鲜效果有所影响，添加过高浓度有可能反而会降低其感官品质，因此，认为1.5%为最佳TP浓度水平[31]。

图8 TP浓度对圣女果感官评价的影响

2.5.2 失重率 失重率是衡量水果新鲜与否的一个重要指标，不同浓度的TP-CTS/PVA复合膜对圣女果失重率的影响如图9所示。从图上可以看出，在贮藏过程中圣女果的失重率整体趋势为上升，这是因为圣女果本身含有的水分会在蒸腾作用和呼吸作用两个因素的共同作用下而逐渐蒸发。对照组的圣女果其失重率明显高于经过TP复合膜液涂膜处理的圣女果，这是因为TP具有良好的抗氧化作用，削弱了圣女果的呼吸作用，从而减轻了圣女果失水的情况。从失重率变化的趋势可以看出，贮藏一段时间后，TP浓度为1.5%的圣女果的失重率远小于对照组的失重率，而其他TP浓度的组别的失重率则介于对照组和TP浓度为1.5%这两组之间，说明TP-CTS/PVA复合膜能够有效地缓解圣女果的失水速率，其中以TP浓度为1.5%的复合膜的保鲜效果为最优。

图9 TP浓度对圣女果失重率的影响

2.5.3 腐烂率 不同浓度的TP-CTS/PVA复合膜对圣女果腐烂率的影响如图10所示。在第1～3天贮藏的初期阶段，圣女果的腐烂程度较低，随着贮藏时间延长圣女果的腐烂率不断提高，到第5～6天时腐烂程度较为严重，圣女果失去其原有的商品价值，无法销售。从图中可看出，贮藏一段时间后，涂膜TP浓度为1.5 wt%的复合膜的圣女果的腐烂率明显低于对照组，而涂抹其他浓度的TP-CTS/PVA复合膜其圣女果的腐败率则差距不大，主要是因为随着贮藏时间延长圣女果中的果胶质转化为果胶酸，导致细胞壁与果胶质结合较少甚至脱落，从而致使果实腐烂，而TP的抗氧化作用能有效抑制果胶质转化为果胶酸，从而延缓了圣女果的腐败速率[32]，此外，TP还具有抗菌作用，对细菌的生长和繁殖有明显的抑制效果。实验结果显示，TP浓度为1.5%的CTS/PVA复合膜能够有效延长圣女果的货架期。

图10 TP浓度对圣女果腐烂率的影响

2.5.4 可滴定酸含量 总酸含量是果蔬营养价值和风味口感的关键指标，是圣女果在呼吸作用时最易消耗的底物。贮藏期内各涂膜组分的圣女果中可滴定酸含量的变化情况如图11所示，从第1～6天，圣女果的可滴定酸含量不断下降，这主要是因为有机酸作为圣女果的呼吸基质，它不仅是细胞内生化过程中间代谢的提供者，也是ATP合成的主要来源，圣女果的呼吸代谢作用对可滴定酸的分解起到了促进作用[33-34]。从整体上看，对照组的可滴定酸含量均低于涂膜组，而从涂膜组中看来，TP浓度1.5%的涂膜组的可滴定酸含量在贮藏时期基本都处于较高水平，可见覆盖TP浓度1.5%的复合膜时圣女果的呼吸损耗和转化相对较小，这是因为复合膜能有效降低圣女果的呼吸作用并减少酸类物质消耗，表明TP的抗氧化作用对于抑制可滴定酸的分解有较好的效果，TP浓度为1.5%的复合膜为最佳。

图11 TP浓度对圣女果可滴定酸含量的影响

2.5.5 可溶性糖含量 果蔬中所含可溶性糖的变化，一方面反映了果蔬中营养物质的消耗程度，一方面也决定了果蔬的口感风味[18]。不同浓度的TP-CTS/PVA复合膜对圣女果的可溶性糖含量的影响如图12所示。

图12 TP浓度对圣女果可溶性糖含量的影响

随着保存时间的延长，圣女果中的可溶性糖含量急剧减少，这是由于圣女果中部分的可溶性糖为了支持自身的呼吸代谢作用而进行分解，从而供给能量。TP-CTS/PVA复合膜涂膜在圣女果表面形成一层保护膜，这层保护膜对圣女果的呼吸速率有明显的减缓作用，能有效延缓圣女果可溶性糖含量降低的速率。由图还可以看出，TP浓度为1.5%的复合膜能够有效抑制圣女果中可溶性糖的降低速率，贮藏5 d后的可溶性糖含量为(3.14±0.11)%与对照组贮藏2 d的可溶性糖含量(3.33±0.14)%相近，说明TP-CTS/PVA复合膜能够有效延长圣女果的保鲜期。从涂膜组内比较来看，贮藏6 d后，TP浓度为1.5%的CTS/PVA复合膜所包裹的圣女果中的可溶性糖含量最高为(2.64±0.19)%，TP浓度为3.5%的TP-CTS/PVA复合膜所包裹的圣女果可溶性糖为(2.03±0.21)%，由此可见，TP浓度为1.5%的TP-CTS/PVA复合膜能够显著地抑制圣女果的呼吸速率从而延缓圣女果中可溶性糖含量的下降。

3 讨论

TP是茶叶中多羟基酚类化合物的复合物，主体成分是儿茶素及其衍生物，是茶叶中具有保健功能的主要化学成分[35]。从图2可得，复合膜液中加入TP会与CTS和PVA之间形成氢键，导致红外光谱中O-H伸缩振动峰和C-H弯曲振动峰向低波数方向移动，这与张礼华[24]研究的TP与PVA之间相互作用的结果相似。由于TP的颜色为棕色，因此加入TP后复合膜颜色由原来的透明无色变成了透明棕色，并且，随着TP浓度的增加，颜色越来越深，总体上没有影响复合膜的透光性，但若颜色过深则会对食品包装有所影响。耐水性能是包装材料的重要评价指标之一。本研究表明，随着TP浓度的增加，复合膜的水溶性先大幅度降低后小幅度升高最后趋于平稳，这主要是因为TP中含有的疏水性基团苯环，苯环的存在增加了复合膜的疏水性能，从而增强了复合膜的耐水性。随着TP浓度增加，复合膜对DPPH自由基的清除能力不断增加，当TP浓度达到2.0%时，复合膜对DPPH自由基清除能力达到最高水平(38.53±0.91)%，表明制备出的复合膜具有较好的抗氧化性能。由于TP中含有的多酚物质具有抑制多种致病菌的能力且CTS也同时具有抗菌性能，本研究制备的复合膜对和都有显著的抑菌效果。

在储藏蔬菜和水果的过程中，水分散失、营养成分流失和微生物繁殖是导致产品价值下降的主要原因，而TP-CTS/PVA复合膜可以在果蔬表面形成保护膜，一方面，复合膜的存在可以减缓水分蒸腾，调节果蔬的呼吸作用，减少营养物质的流失，另一方面，TP和CTS兼具抑菌作用，外层的保护膜可以有效抑制细菌、霉菌等对果蔬的损伤，减轻外界条件对果蔬感官品质的影响；当添加的TP浓度过高，则可能导致复合膜颗粒不均匀、降低透光率，甚至出现苦涩味。因此，选择适当浓度的TP-CTS/PVA复合膜不仅能够延长果蔬的货架期，还能有效减缓果蔬中营养物质的流失。

综上所述，当TP浓度为1.5%～2.0%时制备的TP-CTS/PVA复合膜其抑菌性、耐水性、抗氧化性以及保鲜性能等各项指标较为均衡，若增加TP浓度，复合膜的抑菌能力会有所提升但会降低复合膜的透光性，加深膜的外观颜色，同时复合膜的水溶性也相应增加，若考虑规模化生产则会增加复合膜的生产成本，实际生产中可根据需求与目标调整TP浓度在1.5%～2.0%内较为理想。本研究表明，以TP为功能性添加剂共混CTS和PVA制备兼具抗氧化和抑菌效果的复合膜能有效改善果蔬的货架保鲜期和商品价值，TP-CTS/PVA复合膜来源天然对人体无毒副作用，能有效减轻环境压力，通过本文的初步探索以期为开发综合性能良好的抗菌抗氧化复合膜提供研究基础，论证了功能型包装材料替代塑料包装材料的可能性，若能真正应用于工业化生产，则可同时解决食品保鲜与环境保护的问题，具有较强的现实意义。

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Preparation and Fresh-Keeping Effect of Tea Polyphenol-Chitosan Composite Film

LIANG Jie1, ZHAO Xiaoxu1, LIU Tao1, WANG Libin1, LIN Qinghuo2, CAI Lifeng1*

1. College of Environmental and Biological Engineering, Putian University / Fujian Provincial Key Laboratory of Ecology-toxico­logical Effects / Key Laboratory of Ecological Environment and Information Atlas Fujian Provincial University, Putian, Fujian 351100, China; 2. Rubber Research Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou, Hainan 571101, China

Taking polyvinyl alcohol (PVA) and chitosan (CTS) as the substrates, glycerol as the plasticizer, tea polyphenols (TP) as the functional additives, a pollution-free, biodegradable packaging TP-CTS/PVA composite film with antioxidant activity was prepared, and the effects of the concentration of tea polyphenols on the mechanical properities, antioxidant capacity, antibacterical ability, such as the influence of the physical and chemical properties, packaging film related performance were studied. The film was applied to the fresh cherry tomatoes, and the physical and chemical indexes, including sensory quality, totting rate, weightlessness, soluble sugar, titratable acid and microbial indexes during storage were analysed. The results showed that the TP-CTS/PVA composite film had both antioxidant and antibacterial effects. With the increase of TP concentration, the color of the composite film gradually darkened, when the TP concentration was 1.50%, the water solubility of the composite film was the lowest (19.85±0.64)%, and TS of the composite film was at the maximum (13.19±0.77)MPa. When the concentration of TP increase, its antibacterial ability toandalso continued to increase, it could effectively inhibit bacterial growth. When the TP concentration was 2.0%, the scavenging rate of DPPH free radicals by the composite film reached the maximum (38.53±0.91)%. The composite film coating had a good preservation effect on cherry tomatoes, effectively delaying the rot and water loss of the cherry tomatoes, and improving the shelf life and commodity value of the fruits and vegetables. In addition, during the same storage time, when a composite film with a TP concentration of 1.5% was applied to cherry tomatoes, the sensory evaluation score, weight loss rate, decay rate, titratable acid content, soluble sugar content and other indicators of cherry tomatoes were more effective than other TP concentration tests.This study showed that when TP concentration was 1.5%～2.0%, the TP-CTS/PVA composite film had balanced indicators such as bacteriostasis, water resistance, oxidation resistance and preservation performance, and the TP concentration could be adjusted according to the needs when it is applied in production. The purpose of this study was to explore the possibility of developing antibacterial and antioxidant functional composite packing films for plastic films.

tea polyphenols; chitosan; polyvinyl alcohol; composite film; antioxidant capacity; antibacterial ability; preservation effect

10.3969/j.issn.1000-2561.2022.06.020

TS255.3；TS206.4

A

2021-12-16；

2022-02-10

福建省自然科学基金项目（No. 2019J01808，No. 2021J011107）；莆田学院横向课题（No. 2017AHX23）。

梁 杰（1984—），女，硕士，高级实验师，研究方向：食品生物技术。

通信作者（Corresponding author）：蔡力锋（CAI Lifeng），E-mail：89437499@qq.com。