CN112772714B - 一种复合保鲜膜及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种复合保鲜膜及其制备方法与应用，属于食品加工技术领域。本发明提供的复合保鲜膜，包括如下重量份的原料：蒜茎纤维素纳米晶体0.4‑1.2份，蒜叶提取物2‑6份，壳聚糖1‑2份。本发明制备的复合保鲜膜结构均匀致密，表面光滑，有较强的机械性能、阻隔性、抗氧化性、抑菌性及热稳定性等，有利于黑蒜储藏期间水分状态、抗氧化性及生物活性物质的保持，并且该复合保鲜膜原料丰富、成本低，环保可降解，为农业副产物的回收利用提供实践。
Description
技术领域
本发明属于食品保鲜技术领域，尤其涉及一种复合保鲜膜及其制备方法与应用。
背景技术
食品保藏是食品生产加工最后的也是非常重要的一个环节，关系到食品的质量、新鲜度和货架期。在食品储藏过程中，由于温度、湿度、氧气、光照等因素的影响，使食品品质发生恶化，营养成分损失、感官品质下降，甚至对人体健康产生不良危害，因此食品保藏应该引起更多的关注。其中包装材料作为食品与外界环境的分隔，能够保持食品水分，隔绝氧气，防止杂质、微生物等污染，维持食品性能稳定从而延长保质期，在食品保鲜中起着至关重要的作用。
在过去的十年里，纳米技术飞速发展并引起广泛关注，纳米材料在食品包装中的应用逐渐受到关注。运用纳米技术生产包装材料的生物聚合物原料有很多，其中，来自于植物体的纤维素被公认为是地球上最丰富的可再生天然生物聚合物，也是工业规模上可持续材料的重要来源。由于纤维素纳米晶体(CNC)能够增强机械性能、改善屏障作用，以及具有高表面性和化学反应性等，使其成为应用于食品科学和工程领域十分重要的材料或成分。纳米纤维素在自然资源中的广泛分布，主要存在于木材，棉花，大麻和其他植物基材料中，农业废弃的副产物是纳米纤维素的一个重要来源。利用农业副产物生产纳米纤维素不仅大大降低了包装材料的成本，而且还促进了农业废弃物的回收利用，减少了生态环境的污染，增加了农业资源的价值。
目前越来越多的研究开始关注于用农业废弃物或副产品制备CNC，如土豆皮废料、稻壳、玉米芯、甘蔗渣、椰子壳、豌豆壳纤维、亚麻纤维和剑麻纤维等都有过报道。综合近些年关于CNC的报道，大多集中于CNC的分离提取工艺与性能表征，对于将CNC，尤其是农业副产物CNC应用于增强食品保鲜材料的探究较少。
黑蒜是大蒜在高温(60-90℃)和高湿(50-95％)条件下发酵90-120天得到的深加工产品，具有抗氧化、抗衰老、降血压、增强免疫力等更强的生理活性功能，味道酸甜不辣，口感柔软，适合多种人群，是近十年新兴的健康食品，发展前景广阔。然而目前对黑蒜的研究主要集中在黑蒜生产工艺以及活性功能等方面，对黑蒜储藏保鲜研究很少，包装材料对黑蒜储藏品质更是鲜有报道。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种膜结构均匀致密，表面光滑，有较强的机械性能、阻隔性、抗氧化性、抑菌性及热稳定性的复合保鲜膜，有利于黑蒜储藏期间水分状态、抗氧化性及生物活性物质的保持。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种复合保鲜膜，包括如下重量份的原料：蒜茎纤维素纳米晶体0.4-1.2份，蒜叶提取物2-6份，壳聚糖1-2份。
优选的，所述蒜茎纤维素纳米晶体的制备方法包括酸解法、氧化法和酶解法。
优选的，酸解法包括如下步骤：将大蒜茎用碱液处理去除非纤维素成分，得到的滤渣经脱色、干燥得纤维素粉末；将纤维素粉末用酸水解制备得到蒜茎纤维素纳米晶体。
优选的，所述碱液为10-20％w/v NaOH溶液，所述碱液与大蒜茎的体积质量比为15-25mL：1g。
优选的，所述酸水解所用的酸为40-60％v/v硫酸，所述40-60％v/v硫酸与纤维素粉末的体积质量比为8-10mL：1g。
优选的，所述蒜叶提取物为大蒜叶的醇提取物。
本发明还提供了一种上述复合保鲜膜的制备方法，包括如下步骤：将甘油作为增塑剂溶解于壳聚糖的乙酸溶液中，冷却后加入所述蒜叶提取物和蒜茎纤维素纳米晶体，均质，消泡得混合膜液，喷涂后干燥。
优选的，所述壳聚糖与甘油的质量比为1：0.2-0.4。
优选的，所述乙酸溶液为0.3-0.8％体积分数乙酸溶液，所述壳聚糖与0.3-0.8％体积分数乙酸溶液的质量体积比为1.0-2.0g：100mL。
本发明还提供了一种上述复合保鲜膜在黑蒜保鲜中的应用。
本发明的有益效果：
1、本发明制备的蒜茎纤维素纳米晶体，提取率高，结晶度高，增强效果好。
2、本发明以蒜茎纤维素纳米晶体、蒜叶提取物和壳聚糖为原料制备的黑蒜保鲜膜，结构均匀致密，表面光滑，有较强的机械性能、阻隔性、抗氧化性、抑菌性及热稳定性，能够减少黑蒜储藏期间的水分流失，更好地保持黑蒜的抗氧化性，提高褐变度，有利于黑蒜保鲜。
3、本发明制备的黑蒜保鲜膜，以大蒜副产物为原料，原料丰富且成本低，制备的复合膜环保可降解，为农业副产物的回收利用提供具体实践和经验。
附图说明
图1为不同浓度复合膜的热重曲线；
图2为不同浓度复合膜的抑菌性，其中A为大肠杆菌，B为金黄色葡萄球菌；
图3为静电喷涂对储藏期间黑蒜的水分状态的影响；
图4为储藏期间不同静电喷涂处理的黑蒜的低场核磁T2弛豫时间分布曲线。
具体实施方式
本发明提供了一种复合保鲜膜，包括如下重量份的原料：蒜茎纤维素纳米晶体0.4-1.2份，蒜叶提取物2-6份，壳聚糖1-2份。其中蒜茎纤维素纳米晶体优选的为0.7-0.9份，更优选的为0.8份；蒜叶提取物优选的为3-5份，更优选的为4份；壳聚糖优选的为1.3-1.7份，更优选的为1.5份。
在本发明中，所述蒜茎纤维素纳米晶体的制备方法包括酸解法、氧化法和酶解法。本发明对于酸解法、氧化法和酶解法制备蒜茎纤维素纳米晶体的具体步骤没有特殊限定，采用本领域常规酸解法、氧化法和酶解法制备蒜茎纤维素纳米晶体均可。不同方法制备的CNC晶型相同，但在形态上可能会有所不同。酸解法和氧化法的CNC结晶度一般更高，机械性阻隔性等的增强效果更佳，CNC的性能主要还与具体的制备条件有关。酶解法更环保但效率低，氧化法成本高对设备要求高。所以本申请选择采用酸解法制备蒜茎纤维素纳米晶体。在本发明中，酸解法优选的包括如下步骤：将大蒜茎用碱液处理去除非纤维素成分，得到的滤渣经脱色、干燥得纤维素粉末；将纤维素粉末用酸水解制备得到蒜茎纤维素纳米晶体。
本发明对于大蒜的品种没有特殊限定，采用本领域常规大蒜品种均可。在本发明中，用碱液处理大蒜茎前，优选的对大蒜茎进行粉碎过筛处理，本发明对于粉碎的方式没有特殊限定，优选的为使用粉碎机粉碎，所述过筛优选的为过70-90目筛，更优选的为过80目筛，得到大蒜茎粉末。
本发明用碱液处理去除大蒜茎粉末的非纤维素成分。所述碱液优选的为10-20％w/vNaOH溶液，更优选的为15％w/v NaOH溶液。所述碱液与大蒜茎的体积质量比优选为15-25mL：1g，更优选为20mL：1g。本发明将碱液与大蒜茎粉末混合后，优选的需加热、偶尔搅拌去除木质素、半纤维素和其他果胶物质等非纤维素成分，其中加热的温度优选为50-70℃，更优选为60℃，所述加热的时间优选为3-5h，更优选为4h。
本发明将去除非纤维素成分后得到的滤渣进行脱色、干燥，得纤维素粉末。在本发明中，获得滤渣的方式优选为抽滤。本发明优选采用次氯酸钠进行脱色。具体的，将得到的滤渣洗涤至中性，加入次氯酸钠，调节pH至3-4，水浴加热并震荡，进行脱色处理。其中所述洗涤优选为用蒸馏水洗涤；所述次氯酸钠优选的为1％v/v次氯酸钠，所述1％v/v次氯酸钠与滤渣的体积质量比优选为3-5mL：1g，更优选为4mL：1g；所述调节pH所用溶液优选为盐酸溶液，所述盐酸溶液的质量体积分数优选为10％。在本发明中，所述水浴的温度优选为70-80℃，更优选为75℃；所述进行水浴加热并震荡处理时，优选的使用恒温水浴震荡器脱色处理，处理的时间优选为1-3h，更优选为2h。脱色处理后，过滤，将白色滤渣洗涤至中性，烘干得到纤维素粉末。所述过滤的方式优选的为抽滤，所述洗涤优选的为用蒸馏水洗涤，本发明对于烘干的方式没有特殊限定，优选的为用烘箱烘干，获得纤维素粉末。
本发明将纤维素粉末用酸水解制备得到蒜茎纤维素纳米晶体。在本发明中，所述酸水解所用的酸优选为40-60v/v硫酸，更优选为50％v/v硫酸，所述40-60v/v硫酸与纤维素粉末的体积质量比优选为8-10mL：1g，更优选为9mL：1g。所述酸水解优选的为加热酸水解，所述加热的温度优选为30-50℃，更优选为40℃，所述水解的时间优选为3-5h，更优选为4h。进一步的，酸水解过程中需搅拌，优选的用磁力搅拌器持续搅拌。在本发明中，停止水解的方式优选为使用蒸馏水，所述蒸馏水的添加量优选的是硫酸体积用量的2倍。酸水解结束后，优选的使用离心的方式，使晶体凝结并除去多余的硫酸，其中离心的转速优选为8000-1200rpm，更优选为10000rpm，所述离心的时间优选为5-15min，更优选为10min。离心结束后，洗涤。本发明对于洗涤的次数没有特殊限定，洗涤后清除上清液，直至上清液浑浊，呈淡蓝色胶体即可。然后将淡蓝色胶体悬浮液透析至中性，超声处理后冷冻干燥即得蒜茎纤维素纳米晶体。在本发明中，所述透析优选的为使用透析袋透析，所述透析袋的分子量优选为12kDa，以进一步去除多余的酸。所述超声处理的功率优选为200-400W，更为优选为300W，所述超声处理的时间优选为5-15min，更为优选为10min。本发明对于冷冻干燥的具体方式没有特殊限定，采用本领域常规冷冻干燥方式均可。
在本发明中，所述蒜叶提取物优选的为大蒜叶的醇提取物。本发明所述大蒜叶优选的为洗净、干燥、粉碎、过筛后的大蒜叶粉末，所述过筛优选的为过80目筛。所述醇优选的为乙醇，所述乙醇的体积分数优选为60％，所述60％乙醇与大蒜叶粉末的体积质量比优选为40-60mL：3g，更优选为50mL：3g。在本发明中，所述大蒜叶的醇提取物的制备方法优选的包括如下步骤：将蒜叶粉末与60％乙醇加热超声提取，离心，重复提取一次，浓缩，干燥即可。所述加热的温度优选为50-70℃，更优选为60℃。所述超声的功率优选为200-400W，更优选为300W，所述超声提取的时间优选为20-40min，更优选为30min。所述离心的转速优选为2000-4000r/min，更优选为3000r/min，所述离心的时间优选为15-25min，更优选为20min。在本发明中，所述浓缩优选的为使用旋转蒸发器将上清液在45℃下蒸发浓缩。本发明对于干燥的具体方式没有特殊限定，优选的为真空干燥。
本发明还提供了一种上述复合保鲜膜的制备方法，包括如下步骤：将甘油作为增塑剂溶解于壳聚糖的乙酸溶液中，冷却后加入所述蒜叶提取物和蒜茎纤维素纳米晶体，均质，消泡得混合膜液，喷涂后干燥。
在本发明中，先将壳聚糖与乙酸溶液混合，获得含有壳聚糖的乙酸溶液，所述乙酸溶液的体积分数优选为0.3-0.8％，更优选为0.5％，所述壳聚糖与0.5％体积分数乙酸溶液的质量体积比优选为1-2g：100mL，更优选为1.5g：100mL。然后将甘油与含有壳聚糖的乙酸溶液混合，加热溶解，所述壳聚糖与甘油的质量比优选为1：0.2-0.4，更优选为1：0.3，所述加热的温度优选为50-70℃，更优选为60℃。冷却至室温后，加入上述蒜叶提取物和蒜茎纤维素纳米晶体，均质，所述均质的方式优选为均质机均质，所述均质机的转速优选为8000-12000r/min，更优选为10000r/min。均质后消泡，所述消泡优选的方式为超声波消泡，所述消泡的时间优选为20-40min，更优选为30min，消泡后得混合膜液。
将混合膜液喷涂干燥后即得本发明所述复合保鲜膜。在本发明中，所述喷涂优选的为用SC-ET静电喷涂，所述静电喷涂时，喷枪与被保鲜物品的距离优选为20-30cm，更优选为25cm，即喷枪垂直固定在被保鲜物品上方25cm处，应用SC-ET静电喷涂系统将混合膜液溶液喷涂到该平板上。所述喷涂流速优选为3.5-4.0L/h，更优选为3.8L/h；所述进料压力优选为1.5-2.0kg/cm2，更优选为1.8kg/cm2；所述电压优选为7.0-8.0kv，更优选为7.5kv；所述负载电流优选为50-70mA，更优选为60mA。之后，将膜干燥即可。在本发明中，所述干燥优选的为室温自然干燥。
本发明还提供了一种上述复合保鲜膜在黑蒜保鲜中的应用。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
蒜茎纤维素纳米晶体的制备：1)将大蒜茎用粉碎机粉碎，过80目筛，得到大蒜秸秆粉末。2)取50g蒜茎粉末加入1L 15％w/v NaOH溶液，在60℃下加热4h，并搅拌均匀。3)抽滤后的滤渣用蒸馏水洗涤至中性，按质量体积比1:4加入1％vol/vol次氯酸钠，用10％vol/vol盐酸调节pH至3-4，放置于75℃恒温水浴震荡器中脱色处理2h至白色。4)抽滤，用蒸馏水将滤渣洗涤至中性，烘箱烘干得到纤维素粉末。5)10g漂白纤维用90mL硫酸(50％vol/vol)在40℃下水解4h，并用磁力搅拌器持续搅拌。6)加入硫酸体积2倍的冷蒸馏水停止水解。以10000rpm的速度离心混合物10min，除去多余的硫酸。沉淀洗涤数次直至上清液浑浊，得到淡蓝色胶体悬浮液。7)使用分子量为12kDa的透析袋透析至中性，得到的悬浮液在300W超声处理10分钟，冷冻干燥备用。
蒜叶提取物的制备：1)将大蒜叶洗净干燥后，用粉碎机粉碎，过80目筛。2)取30g蒜叶粉末加入500mL 60％乙醇，在60℃下300W超声提取30min，3000r/min离心20min。3)使用旋转蒸发器将上清液在45℃下蒸发浓缩，收集浓缩后的蒜叶提取物，真空干燥备用。
将1.5g壳聚糖溶解于100mL 0.5％的乙酸溶液，添加相当于壳聚糖粉末质量的30％的甘油，60℃加热溶解，冷却后加入2％w/v蒜叶提取物和0.4％w/v纤维素纳米晶体。10000r/min均质机均质，超声波消泡30min。
将喷枪垂直固定在水平玻璃板(25×25cm2)上方25cm处，应用SC-ET静电喷涂系统将混合膜液溶液喷涂到该平板上。喷涂流速、进料压力、电压和负载电流分别控制在3.8L/h，1.8kg/cm2，7.5kv和60mA。之后将膜在室温25℃和50％相对湿度下干燥48h，得到复合保鲜膜。
实施例2
与实施例1的不同之处在于，冷却后加入4％w/v蒜叶提取物和0.4％w/v纤维素纳米晶体，其余步骤均同实施例1。
实施例3
与实施例1的不同之处在于，冷却后加入4％w/v蒜叶提取物和0.8％w/v纤维素纳米晶体，其余步骤均同实施例1。
实施例4
与实施例1的不同之处在于，冷却后加入4％w/v蒜叶提取物和1.2％w/v纤维素纳米晶体，其余步骤均同实施例1。
实施例5
与实施例1的不同之处在于，冷却后加入2％w/v蒜叶提取物和0.8％w/v纤维素纳米晶体，其余步骤均同实施例1。
实施例6
与实施例1的不同之处在于，冷却后加入2％w/v蒜叶提取物和1.2％w/v纤维素纳米晶体，其余步骤均同实施例1。
实施例7
与实施例1的不同之处在于，冷却后加入6％w/v蒜叶提取物和0.4％w/v纤维素纳米晶体，其余步骤均同实施例1。
实施例8
与实施例1的不同之处在于，冷却后加入6％w/v蒜叶提取物和0.8％w/v纤维素纳米晶体，其余步骤均同实施例1。
实施例9
与实施例1的不同之处在于，冷却后加入6％w/v蒜叶提取物和1.2％w/v纤维素纳米晶体，其余步骤均同实施例1。
对比例1
与实施例1的不同之处在于，冷却后加入0％w/v蒜叶提取物和0.4％w/v纤维素纳米晶体，其余步骤均同实施例1。
对比例2
与实施例1的不同之处在于，冷却后加入4％w/v蒜叶提取物和0％w/v纤维素纳米晶体，其余步骤均同实施例1。
实施例10
选择均匀、无空洞、无褶皱的实施例1-9和对比例1和2的膜，切成15mm×100mm的条状，用千分尺测量膜厚度。将切好的膜片固定于质构仪A/TG拉伸探头上。探头以0.8mm/s速度恒速拉伸50mm。记录抗拉伸强度(TS)和断裂拉伸率(EB)，分别重复实验10次。
抗拉强度计算公式为：TS＝Fm/(L×W)，式中，TS为抗拉强度，单位MPa；Fm为试样断裂时承受的最大张力，单位N；L为膜厚，单位m；W为膜宽，单位m。
断裂伸长率计算公式：为EB＝(l/l0)×100，式中，EB为断裂伸长率，单位％；l为膜断裂时伸长长度，单位m；l0为膜原始长度，单位m。
使用SPSS软件第19版(IBM,NY,USA)进行数据处理，表示为计算的平均值±标准偏差(SD)。采用单因素方差分析(ANOVA)下的Duncan’s test进行数据显著性差异比较(P<0.05)。结果如表1所示。
表1不同浓度复合膜的拉伸强度(TS)和断裂伸长比(EB)
注：1.数据表示为平均值±标准差(n＝3)；2.同一列中，不同的上标小写字母a-f表示有显著性差异(p<0.05)
从表1可以看出，与未添加CNC的复合膜相比，添加0.4％CNC的复合膜拉伸强度增强了近3倍，膜的机械性能大大提高。在一定范围内，随着CNC浓度的提高，复合膜的拉伸强度不断增加，但当蒜叶提取物(GL)浓度和CNC浓度增加至一定值时，TS开始发生降低，可能是由于高浓度的CNC分散性差，导致团聚现象产生，从而破坏了增强作用。一定范围内蒜叶提取物的添加也会增强膜的拉伸强度，这主要是由于各填料之间氢键相互作用引起的效果。由于填料的刚性，断裂伸长比随着CNC浓度的增加而减小。填料增强的膜通常会随着增强颗粒浓度的增加而变得更脆。
实施例11
将塑料透湿杯中加入8mL蒸馏水，至杯口5mL处为止。选择均匀、无破损、无褶皱的实施例1-9和对比例1和2的膜，膜大小为8×8cm的正方形，用千分尺测量膜厚度，将膜片封口于透湿杯口上，并称重。在25℃条件下将透湿杯放入恒温恒湿箱，膜内外两侧保持100/60％的相对湿度差。20小时后取出称重，每组实验重复3次。
水蒸气渗透率MVP＝(m×L)/(A×t×P)，式中，m为透过膜的水的质量(g)；L为膜厚(m)；A为渗透面积(m2)；t为渗透时间(d)；P为水蒸汽压力差(Pa)。
向试管中加入10mL 30％过氧化氢，再加0.1mol/L的氯化铁溶液，用不同浓度的复合膜封住管口，摇匀，反应10h，用测氧仪测定膜内剩余氧气浓度。剩余氧气浓度与膜的透氧性成反比，因此膜的氧气透过性用膜内剩余氧气浓度表示。每组实验重复3次。
膜的接触角(CA)的测量是通过使用无滴技术的测角仪(Pocket goniometerPGX)通过将一滴液体沉积到膜表面上来进行的。将一滴约1μL的超纯水小心地放置在带有微注射器的薄膜表面上方，并在与液滴接触的薄膜表面与液滴接触点的液滴切线之间形成一个角度测量膜表面。在25℃下对每张膜进行3次测量，最后取平均值作为最终的水接触角测量值。
使用SPSS软件第19版(IBM,NY,USA)进行数据处理，表示为计算的平均值±标准偏差(SD)。采用单因素方差分析(ANOVA)下的Duncan’s test进行数据显著性差异比较(P<0.05)。结果如表2所示。
表2不同浓度复合膜的水蒸气渗透率(WVP)和氧气透过性(OP)和接触角(CA)
注：1.数据表示为平均值±标准差(n＝3)；2.同一列中，不同的上标小写字母a-f表示有显著性差异(p<0.05)
由表2可以看出，在一定范围内，CNC的添加可以降低膜的WVP。这是由于CNC具有高的长径比，当其在基质中均匀分散，增加了水蒸气穿过路径的曲折度，降低其渗透速率。同时，壳聚糖、蒜叶提取物和CNC之间各官能团和氢键形成网络结构，减少了生物纳米复合膜的自由体积，提高了膜材料的阻隔性能。值得注意的是，当GL添加量为4％，CNC从0.8％增加至1.2％时，WVP略有增加，而GL添加量达到6％时，CNC浓度为0.8％和1.2％的膜WVP增加得更为明显，这可能是因为CNC在混合膜液中发生团聚，填料与填料之间的相互作用变得比填料与基质之间的相互作用更占优势，不可避免地促进了水蒸气的扩散。
CNC增强的复合膜除了能提高膜对水蒸汽的阻隔效果，同样也大大降低了膜的透氧性。表2中氧气透过性(OP)用剩余膜内氧气浓度表示，氧气浓度越高表明膜的透氧性越低。可以看出，与WVP结果类似，在一定范围内，膜的透氧性随着CNC浓度的增加而降低，当添加的填料浓度过高，CNC发生团聚使得膜的阻隔性能变差。
接触角(CA)是液体对材料表面润湿性能的重要参数，从表2可以看出，所有浓度复合膜的接触角均小于90°，表明膜润湿性良好。随着CNC浓度的增加，接触角减小，膜的亲水性增加，这可能主要归因于纤维素颗粒的亲水性。在CNC分离过程中，硫酸水解除去了纤维素中非极性区域，极性的硫酸根基团插入，并且纤维素结构中羟基暴露出来，导致CNC亲水性增加。
实施例12
分别对实施例1-9和对比例1和2的复合膜的色度、热重分析、抗氧化性进行测量分析，具体方法如下：
用LabScanXE色差计(Hunterlab,Reston,VA,USA)测定膜的L*，a*，b*值。利用D65光源和观测器在10。处测量了样品的反射光谱，得到Cie-Lab坐标，每个薄膜样品进行3次测量。结果如表3所示。
表3不同浓度复合膜的色度值
注：1.数据表示为平均值±标准差(n＝3)；2.同一列中，不同的上标小写字母a-f表示有显著性差异(p<0.05)
作为包装材料的复合膜，其颜色决定着食品的外观，影响着消费者的感官和消费选择。从表3可以看出，随着蒜叶提取物浓度的增加，复合膜L*减小，b*增大，复合膜颜色变深变黄。而添加乳白色的CNC会使膜颜色变亮，L*增大，总色差减小。
采用热重分析仪，将约5至10mg的粉碎膜样品放置于氧化铝加热皿中，在60mL/min的氮气流量保护下，以10℃/min的升温速度使温度从30℃升到550℃，并根据所得数据图分析热重损失。每组实验进行三次重复。结果如图1所示。从图1可以看出，随着温度的增加，所有复合膜的质量均不断下降，最终在升温到350℃之后趋于平稳。将实施例1-9和对比例1-2的共11种复合膜的总失重率进行汇总，如表4所示，CNC浓度越高，膜的总失重率总体呈现下降趋势，在GL为2％时，失重率变化不大。
表4不同浓度复合膜的总失重率
将100mg不同浓度复合膜溶于6mL乙醇中，以6000rpm离心10分钟取上清液备用。测定膜的DPPH和ABTS自由基清除能力、亚铁离子螯合能力和还原能力，测定参考Qiu等人的方法。结果如表5所示。
表5不同浓度复合膜的抗氧化活性
注：1.数据表示为平均值±标准差(n＝3)；2.同一列中，不同的上标小写字母a-f表示有显著性差异(p<0.05)
由表5可以看出，与对照组相比，添加了蒜叶提取物的复合膜抗氧化性大大增强，其中对DPPH和ABTS自由基的清除能力提高了近3倍，并且与浓度成正比。而CNC浓度的增加，使膜的抗氧化性有所降低，这主要是由于CNC与各成分之间强的相互作用，导致活性成分释放缓慢。
实施例13
使用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌，通过比浊度法测定实施例1-9和对比例1-2的复合膜的抑菌能力。将大肠杆菌和金黄色葡萄球菌初代菌接种到50mL溶菌肉汤(Luria-Bertani,LB)培养基中，在振荡培养器中于37℃、振荡速度120rpm的条件下保持培养12小时。将适量(1mL)的细菌悬浮液再次转移到相对应的液体培养基中，并于37℃温度下培育至指数生长期，用于后续的测试。将定量复合膜条(0.05g)加入到50mL细菌悬浮液中，并在37℃下在振荡培养器中以120rpm温育18小时。用Type 1510酶标仪在0.5，1，2，3，5和15小时测定600nm处悬浮液(体积为200μL)的光密度值(OD值)，OD值的增加即反映了细菌生长趋势。每组实验进行三次重复。
结果如图2所示。由图2可知，复合膜对细菌生长具有明显的抑制作用。对照组的大肠杆菌在6h左右达到生长极限，随后处于生长稳定期，而添加复合膜的实验组大肠杆菌始终呈现增长趋势，但增长率远小于对照组，15h后总体抑制率达到30％左右。同样地，复合膜对金黄色葡萄球菌的抑制作用更强，增长速率很低，15h后抑制率达到60％。复合膜的这种抑菌效果主要来自于壳聚糖，壳聚糖可以通过入侵细菌细胞内部从而影响其生理活性，或者吸附在细胞壁表面阻止营养物质进入而产生抑菌作用。
实施例14
将实施例3步骤C所得的混合膜液采用SC-ET静电喷涂系统喷涂到黑蒜表面上。喷枪垂直固定在黑蒜上方25cm处。操作参数实施例3，喷涂时间为1分钟。之后将黑蒜在室温25℃下干燥2小时，待完全干燥后放入PET瓶中储藏。设置无喷涂的黑蒜为对照组。
分别在储藏初始0天、45天和90天时测定黑蒜的以下各项储藏品质。
(1)黑蒜的基本组成测定。按国家食品安全标准检测方法进行：水分(GB 5009.3-2016)、蛋白质(GB 5009.5-2016)、总糖(GB/T 15672-2009年)、还原糖(GB 5009.7-2016)和总酸(GB/T 12456-2016)。结果如表6所示。
表6静电喷涂对储藏期间黑蒜的化学组成的影响
注：1.数据表示为平均值±标准差(n＝3)；2.同一列中，不同的上标小写字母a-e表示有显著性差异(p<0.05)
由表6可以看出，在储藏期间，随着时间的增加，黑蒜水分、蛋白质、总糖和还原糖含量不断降低，总酸含量增加。与对照组相比，由于涂膜的阻隔作用，静电喷涂黑蒜的水分流失速度下降，水分含量更高。静电喷涂组蛋白质和还原糖含量低于对照组，总酸含量增加。
(2)水分迁移测定。采用低场核磁共振成像分析仪(MesoMR23-060H-I,NiumagElectronics Technology,China)研究了不同贮存条件对水分迁移和分布的影响。采用Carr Purcel Meiboom Gill(CPMG)程序，用多脉冲回波序列测量样品的横向弛豫时间T2。将黑蒜(2-3g)置于永磁中心的射频线圈中心，用于CPMG扫描实验。脉冲参数设置如下：采样频率(SW)＝200kHz，偏移频率(O)＝243544.10Hz，时间回波(TE)＝0.2ms，90°脉冲时间(P1)＝13μs，180°脉冲时间(P2)＝27.04μs，等待时间(TW)＝200ms，采样点(TD)＝8010，扫描次数(NS)＝4，NECH(回波数)＝200。
绝对弛豫振幅与存在的水量成正比，样品内的相对振幅用于此测量。第i个组分单位质量信号用于反映样品中相应水的状态，并计算如下：
式中A2i是第i组分的相应水含量(面积比)，m是样品质量。单位质量的总水分含量信号是各单位质量分量信号之和。
结果如图3和图4所示。由图3可知，随着储藏时间的增加，实验组和对照组图像均有变暗，表明黑蒜中的水分逐渐减少。经过90天储藏，无喷涂处理的黑蒜图像大部分明显变暗，水分向表面迁移，水分流失较严重，而静电喷涂复合膜的黑蒜图像明显更亮，仅有中间一小部分变暗，水分迁移和损失较小。
核磁共振T2弛豫时间能够表征水分流动性的强弱，与水分子的结合力和移动相关。由图4可知，每条曲线仅有两个明显的峰，从左到右分别代表结合水和不易流动水，不易流动水占据主要比重。随着储藏时间的增加，不易流动水峰面积逐渐降低，而相同时间内静电喷涂的黑蒜不易流动水峰面积高于无喷涂处理的黑蒜。此外，初始黑蒜与静电喷涂储藏的黑蒜T22弛豫时间变化不大，分布在10-13ms范围，而没有喷涂处理的黑蒜在储藏期间T22明显减小(4.5-6ms)，表明水分发生迁移，结合水峰同样由3ms左右降低到0.5ms以下。结合表6中黑蒜的水分含量，结果表明，随着储藏时间的增加，黑蒜水分减少，而静电喷涂复合膜可以降低水分的损失速度，有利于黑蒜储藏期间水分的保持。
(3)质构性质测定。使用质构分析仪(TA.XT plus,Stable MicroSystems,Surrey,UK)P5探针和TPA测试模式测定黑蒜质构性质。黑蒜切成1×1×0.5cm大小的片状，分别以2.0、1.0和1.0mm/s的试验前、试验中和试验后速度进行测量，触发力5g，两次压缩间隔5s，下压形变量3mm。每组随机抽取6个样本，取平均值。结果如表7所示。
表7静电喷涂对储藏期间黑蒜的质构性质的影响
注：1.数据表示为平均值±标准差(n＝5)；2.同一列中，不同的上标小写字母a-d表示有显著性差异(p<0.05)
由表7可以看出，随着储藏时间的增加，黑蒜硬度、黏性和弹性不断下降，而内聚性有所升高。黑蒜的黏性和弹性随着时间增加而降低，并且静电喷涂组黑蒜的值更低，可能是黑蒜多糖发生降解，结构破坏导致。内聚性反映了样品内部分子间或各结构要素间的结合作用的强弱，经过90天储藏，静电喷涂组黑蒜内聚性增加多。
(4)抗氧化活性测定。黑蒜粗提液的制备：称取10g黑蒜样品，按1:20的料液比加入99％的乙醇溶液200mL，于10000rpm高压均质，300W超声波提取20min，将提取物在6000g下离心10min，取上清液即黑蒜粗提液。DPPH和ABTS自由基清除能力、亚铁离子螯合能力和还原能力测定参考Qiu等人的方法并改进，
1)DPPH自由基清除能力的测定
取50μL的黑蒜提取液，加入950μL 0.1mmol/L的DPPH乙醇溶液(体积分数为95％)，混匀，避光放置30min后，测定517nm处的吸光值AS。以蒸馏水为空白对照测定吸光值AC，计算公式如下：
式中：AS表示样品的吸光值；AC表示空白对照的吸光值。
2)ABTS自由基清除能力的测定
配置一定体积的ABTS混合液，其中ABTS浓度为7mmol/L和过硫酸钾浓度为2.45mmol/L，室温避光反应12h，待用。将ABTS混合液用5mmol/L磷酸盐缓冲溶液(pH 7.0)稀释一定倍数，使其在734nm处的吸光值为0.7±0.02，得到ABTS工作液。
取50μL的黑蒜提取液(20g/L)，加入950μL的ABTS工作液，混匀，反应6min后，用酶标仪在734nm处测定样品的吸光值AS。以蒸馏水为空白对照测定吸光值AC。计算公式同DPPH自由基清除能力。
3)亚铁离子螯合能力的测定
取50μL的黑蒜提取液，用蒸馏水稀释至1mL，加入50μL，1mmol/L的氯化亚铁溶液，混匀。5min后，加入100μL，5mmol/L的菲啰嗪，室温下反应10min。用酶标仪在562nm处测定样品的吸光值AS。以蒸馏水为空白对照测定吸光值AC。计算公式同DPPH自由基清除能力。
4)还原能力的测定
取100μL的黑蒜提取液(20g/L)，加入250μL，0.2mol/L的磷酸盐缓冲溶液(pH 6.6)和250μL，10g/L的铁氰化钾溶液，混匀。50℃水浴20min，冷却后加入250μL，0.1kg/L的三氯乙酸溶液。10min后，取250μL的混合液，加入250μL的去离子水和50μL，1.0g/L的氯化铁溶液，混匀静置10min后，用酶标仪测定其在700nm波长处的吸光值。
结果如表8所示。
表8静电喷涂对储藏期间黑蒜的抗氧化活性的影响
注：1.数据表示为平均值±标准差(n＝3)
2.同一列中，不同的上标小写字母a-e表示有显著性差异(p<0.05)
黑蒜中含有多种生物活性化合物，如酚类、黄酮类、硫代硫酸盐、S-烯丙基半胱氨酸(SAC)等，具有很强的抗氧化活性。黑蒜抗氧化性质的机制主要可以归因于DPPH自由基清除能力，ABTS自由基清除能力，亚铁离子螯合能力以及还原能力等。如表8所示，随着储藏时间的增加，黑蒜抗氧化性逐渐降低。初始黑蒜的DPPH和ABTS自由基清除能力在70-80％左右，经过90天储藏，未喷涂的黑蒜下降22-25％左右，而静电喷涂复合膜的黑蒜仅下降了11-14％左右。同样地，与无喷涂组相比，静电喷涂组的黑蒜表现出更强的亚铁离子螯合能力和还原能力。这些结果一方面可以归因于复合膜的阻隔作用，另一方面，可以归因于静电喷涂组的黑蒜美拉德反应生成更多的抗氧化活性物质。
(5)5-HMF的测定。5-羟甲基糠醛(5-HMF)含量的测定：5g黑蒜样品均质成浆，并与2mL 30％硫酸锌和2mL 15％亚铁氰化钾混合。将蒸馏水加入混合物中，定容至100mL，摇匀，静置0.5小时。然后过滤，并向试管中加入1mL滤液和2.5mL 6％对甲基苯胺溶液。空白组加0.5mL蒸馏水，实验组加0.5mL 0.5％巴比妥酸，摇匀，在550nm处测定吸光度。所有实验一式三份。
褐变度测定。用LabScanXE色差计(Hunterlab,Reston,VA,USA)测定黑蒜样品的L*，a*，b*值。利用D65光源和观测器在
处测量了样品的反射光谱，得到了Cie-Lab坐标。褐变指数(BI)是根据以下公式计算的：
结果如表9所示。
表9静电喷涂对储藏期间黑蒜的颜色和5-HMF的影响
注：1.数据表示为平均值±标准差(n＝3)
2.同一列中，不同的上标小写字母a-e表示有显著性差异(p<0.05)
在黑蒜发酵过程中，由于美拉德反应生成类黑精等黑褐色物质，引起大蒜颜色变黑，而新鲜黑蒜在后续的储藏期仍会发生一定程度的美拉德反应，使得颜色发生变化。如表9所示，随着储藏时间的延长，L*、a*、b*不断变小，褐变指数不断增加，表明黑蒜颜色变深。其中，静电喷涂组的黑蒜褐变指数明显高于无喷涂组，其黑蒜褐变指数是初始的两倍多。而黑蒜褐变度的变化情况与美拉德反应中间产物5-HMF的含量相一致。以上结果表明由于静电喷涂组黑蒜水分含量更高，在储藏期间发生更强的美拉德反应，导致褐变度增加，同时生成更多的美拉德反应产物。
以上结果表明，喷涂保鲜膜能够降低黑蒜水分流失速度，减缓水分迁移，保持较好的水分状态。由于水分含量更高，喷涂复合膜的黑蒜美拉德反应更强，蛋白质和还原糖含量下降，褐变度增加，并且生成更多的5-HMF以及抗氧化活性成分，再加上复合膜的阻隔性，经过90天储藏黑蒜抗氧化性仍保持在较高水平。总之，与对照组相比，静电喷涂保鲜膜能够有效减缓黑蒜在储藏期间品质的下降，黑蒜水分保持良好，生物活性更强，褐变度高，保鲜效果良好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种复合保鲜膜，其特征在于，由如下原料组成：蒜茎纤维素纳米晶体、蒜叶提取物、壳聚糖、甘油和乙酸溶液，其中各原料的用量为：蒜茎纤维素纳米晶体0.4%w/v-1.2%w/v，蒜叶提取物2%w/v-6%w/v，壳聚糖1%w/v-2%w/v，壳聚糖与甘油的质量比为1：0.2-0.4，乙酸溶液为0.3-0.8％体积分数乙酸溶液，壳聚糖与0.3-0.8％体积分数乙酸溶液的质量体积比为1.0-2.0g：100mL；
所述蒜茎纤维素纳米晶体的制备方法包括如下步骤：将大蒜茎用碱液处理去除非纤维素成分，得到的滤渣经脱色、干燥得纤维素粉末；将纤维素粉末用酸水解制备得到蒜茎纤维素纳米晶体；
所述碱液为10-20％w/vNaOH溶液，所述碱液与大蒜茎的体积质量比为15-25mL：1g；
所述酸水解所用的酸为40-60％v/v硫酸，所述40-60％v/v硫酸与纤维素粉末的体积质量比为8-10mL：1g；
所述蒜叶提取物为大蒜叶的醇提取物；
所述复合保鲜膜用于黑蒜的保鲜；
所述大蒜叶的醇提取物的制备方法为：将蒜叶粉末与60％乙醇60℃下300W超声提取30min，离心，使用旋转蒸发器将上清液在45℃下蒸发浓缩，干燥即得。
2.一种权利要求1所述复合保鲜膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将甘油作为增塑剂溶解于壳聚糖的乙酸溶液中，冷却后加入所述蒜叶提取物和蒜茎纤维素纳米晶体，均质，消泡得混合膜液，喷涂后干燥。
3.权利要求1所述复合保鲜膜在黑蒜保鲜中的应用。
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