抗氧化型殼聚糖/大豆蛋白復(fù)合食用膜的制備與應(yīng)用

楊 歐，張曉湘，徐小涵，孫 玥，梁 進(jìn)，李雪玲，李梅青，張海偉

（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)茶與食品科技學(xué)院，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部江淮農(nóng)產(chǎn)品精深加工與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽省特色農(nóng)產(chǎn)品高值化利用工程研究中心，安徽合肥 230036）

食品活性包裝是能延長食品保質(zhì)期、提高安全性，保持或改善食品品質(zhì)的材料和制品，包裝材料本身具有某種功能或通過預(yù)先加入特定成分，如氧吸收劑、乙烯吸收劑、乙醇釋放劑、抗氧化劑等，吸收或釋放特定物質(zhì)以延長食品貨架期[1]?？寡趸突钚园b是在食品接觸材料中添加抗氧化物質(zhì)，通過抗氧化成分緩慢遷移，持續(xù)釋放起到抑制油脂氧化的作用[2]。而在可食膜包裝材料中添加抗氧化物質(zhì)，尤其是天然抗氧化劑，由于其生物可降解性、可食用性和安全性，在食品活性包裝中的應(yīng)用受到了越來越多的關(guān)注[3]。

殼聚糖（Chitosan，CS）與大豆分離蛋白（Soybean Protein Isolate，SPI）是良好的成膜材料，具有來源豐富、價(jià)格低廉、結(jié)膜性好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊[4]。進(jìn)一步將二者結(jié)合制備成復(fù)合膜，能改善單一膜的缺點(diǎn)，如多糖膜的高透水性、低氣體阻隔性，蛋白膜的弱機(jī)械性能及低阻濕性等，從而形成機(jī)械性能、阻水性、阻氧性更好的食用膜[5]，但是抗氧化活性一般達(dá)不到抗氧化包裝的要求。

有研究報(bào)道通過向SPI 基膜中加入花青素、維生素E、植物多酚、維生素C 等天然抗氧化物質(zhì)，制備成抗氧化型食用膜，然后用于豬油[6-7]、大豆油[8-9]、棕櫚油[10]、葵花籽油[11]等油脂或核桃[12]、腰果[13]、花生[14]、杏仁[15]等油脂含量較高食品的包裝中，結(jié)果表明，可食膜中天然抗氧化物質(zhì)的加入顯著抑制了油脂的氧化速率，降低了油脂的酸敗程度，食品中不飽和脂肪酸、酚類等營養(yǎng)成分損失減少，產(chǎn)品貨架期得到一定延長?？寡鮿┑奶砑訒?huì)使復(fù)合膜原有的內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行排列組合，形成與原來不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[16]，這可能會(huì)影響可食膜的機(jī)械性能或阻隔性能，因此有必要篩選和優(yōu)化天然抗氧劑的種類及添加濃度。

本文以CS/SPI 復(fù)合膜為基礎(chǔ)，采用溶液共混的方法，分別將8 種天然抗氧化劑與復(fù)合膜液結(jié)合，制備高抗氧化性可食性膜。通過膜的機(jī)械性能、抗氧化性、微觀結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)等指標(biāo)優(yōu)化添加抗氧化劑的種類與濃度，探討其變化機(jī)理，并將抗氧化膜應(yīng)用于核桃油包裝貯藏，為抗氧化活性包裝制備提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆分離蛋白 食品級，臨沂山松生物制品有限公司；水溶性殼聚糖 食品級，濟(jì)南海得貝海洋生物工程有限公司；甘油 食品級，連云港新愛食品科技有限公司；特丁基對苯二酚、蝦青素、葡萄籽提取物、維生素C、迷迭香提取物、茶多酚、甘草提取物、竹葉提取物、番茄紅素 均為食品級，河南三化生物科技有限公司；核桃油 安徽亮中亮食品有限公司；其他試劑均為分析純。

IS50 傅里葉變換紅外光譜儀 美國尼高力儀器公司；DSC 8000 差示熱量掃描儀 美國Perkin Elmer 公司；S-4800 掃描電子顯微鏡 日本日立公司；XLW 型智能電子拉力試驗(yàn)機(jī) 濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司；DL9325 螺旋測微儀 寧波得力工具有限公司；ML204 電子天平 上海梅特勒托利多儀器有限公司；85-2 數(shù)顯恒溫磁力攪拌器 常州越新儀器制造有限公司；KQ5200DE 數(shù)控超聲波清洗器昆山市超聲儀器有限公司；GZX-9240 MBE 數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱 上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 抗氧化型CS/SPI 復(fù)合膜的制備 參照關(guān)曼等[5]方法并略做改動(dòng)，稱取2 g 質(zhì)量比為4:1 的殼聚糖與大豆分離蛋白分散到100 mL 去離子水中，添加一定質(zhì)量濃度的抗氧化劑，1%（w/v）甘油，然后置于磁力攪拌器（50 ℃）攪拌3 h，以保證充分混合均勻，即制得抗氧化型CS/SPI 復(fù)合膜液。室溫下，將膜液置于超聲波清洗器中進(jìn)行振蕩，超聲功率為250 W，超聲時(shí)間為30 min，以除去復(fù)合膜液中的氣泡。取20 mL 上述復(fù)合膜液均勻展鋪于干燥潔凈的圓形玻璃模具中（直徑為90 mm），50 ℃下靜置10 h。將干燥成型的膜揭下，置于干燥器中48 h，以平衡水分。

1.2.2 膜厚度的測定 選取表面光滑無瑕疵的復(fù)合膜，用螺旋測微儀在被測膜上等距離隨機(jī)取10 個(gè)點(diǎn)測定膜厚度，結(jié)果選取平均值，單位為mm。

1.2.3 膜機(jī)械性能的測定 參照GB/T 1040.3-2006《塑料拉伸性能的測定》[17]的方法，利用薄膜拉伸儀對膜的拉伸強(qiáng)度（tensile stress，TS）和斷裂伸長率（elongation at break，EAB）進(jìn)行測試。將膜剪成10 mm×60 mm 的條狀，測試條件：初始夾距間隔為30 mm，測試速度為0.5 mm/s，觸發(fā)力為5.0 N?？估瓘?qiáng)度和斷裂伸長率分別按式（1）和式（2）計(jì)算：

式中：TS 為抗拉強(qiáng)度（MPa）；P 為最大拉力（N）；b 為膜試樣的寬度（mm）；d 為膜試樣的厚度（mm）。

式中：EAB 為試樣斷裂伸長率（%）；L0為試樣原始標(biāo)線間的距離（mm）；L1為試樣斷裂時(shí)標(biāo)線間的距離（mm）。

1.2.4 過氧化值的測定 在不同種類抗氧化劑對復(fù)合膜性能影響實(shí)驗(yàn)中，以脂肪氧化的程度間接對比膜的阻氧性。即準(zhǔn)確稱取10 g 核桃油置于玻璃試管中，將制備的不同抗氧化復(fù)合膜剪切成比試管口略大的圓形，借助凡士林用膜封住試管口。將試管置于（60±2）℃干燥箱中進(jìn)行加速氧化實(shí)驗(yàn)，10 d 后揭膜，測定核桃油的過氧化值。

在抗氧化可食膜應(yīng)用于核桃油包裝貯藏實(shí)驗(yàn)中，以脂肪氧化的程度對比膜的抗氧化性。選取光滑無瑕疵的復(fù)合膜，剪切成60 mm×60 mm 的正方形，兩張重疊并用熱封機(jī)封住3 條邊緣，加入適量核桃油后封口，制成油袋，在（60±2）℃的烘箱中進(jìn)行加速氧化實(shí)驗(yàn)，10 d 后進(jìn)行過氧化值的測定。過氧化值的測定及計(jì)算均按照GB 5009.227-2016《食品中過氧化值的測定》[18]中的方法進(jìn)行。

1.2.5 掃描電子顯微鏡（SEM）觀察 參考雷會(huì)寧[19]的方法略做修改，將復(fù)合膜樣品剪切成4 mm×4 mm小方塊形狀，貼附在導(dǎo)電膠帶上進(jìn)行鍍金。測試條件：噴金時(shí)間60 s，實(shí)驗(yàn)在高真空模式下工作，加速電壓為3.0 kV，觀測倍數(shù)為10000×。

1.2.6 傅里葉紅外光譜（FT-IR）分析 準(zhǔn)確稱取1.0 mg 復(fù)合膜置于100 mg 的溴化鉀中，在干燥條件下于研缽內(nèi)研磨成粉末、壓片，用傅里葉紅外光譜儀進(jìn)行衰減全反射光譜掃描。測試條件：測試溫度為25 ℃，掃描波長范圍為4000～400 cm-1，光譜分辨率為4 cm-1，掃描次數(shù)為32 次。

1.2.7 差示掃描熱量儀（DSC）分析 復(fù)合膜樣品的熱力學(xué)焓變通過差示掃描熱量儀進(jìn)行測定[19]。將樣品膜剪成細(xì)小的碎片，取3.0 mg 樣品密封于鋁制坩堝中，以空坩堝作為對照。樣品在-50 ℃下平衡，然后以10 ℃/min 的速率從30 ℃加熱至150 ℃。樣品室以15 mL/min 流速的氮?dú)膺M(jìn)行吹掃。

1.2.8 膜的DPPH 自由基清除能力 將復(fù)合薄膜剪切成20 mm×20 mm 的小塊，浸沒在10 mL 蒸餾水中，與1 mmoL DPPH 試劑等體積混合，避光反應(yīng)30 min，在517 nm 處測定吸光值，以等體積的蒸餾水與DPPH 溶液混合均勻?yàn)榭瞻讓φ铡?/p>

式中：A1為待測薄膜浸液與DPPH 試劑在517 nm 處反應(yīng)的吸光值；A0為對照溶液在517 nm處的吸光值。

1.2.9 膜透明度的測定 參考汪敏等[20]的方法稍加改動(dòng)，將膜剪成10 mm×40 mm 的片狀，用膠帶固定于比色皿一側(cè)，用紫外可見分光光度計(jì)在600 nm 下記錄樣品的透光率，以空白比色皿作為對照，按式（4）計(jì)算膜的透明度。

式中，T600為膜在600 nm 處的透光率；t 為薄膜厚度，mm。

1.2.10 膜水蒸氣透過性（WVP）的測定 參照GB 1037-2021《塑料薄膜與薄片水蒸氣透過性能測定 杯式增重與減重法》[21]方法略有修改，在直徑為14 mm的10 mL 離心管中加入3 g 無水氯化鈣，然后用膜將管口密封。記錄離心管的初始重量，置于25 ℃，相對濕度（RH）100%的密閉容器中（以蒸餾水維持RH），經(jīng)48 h 后再次稱重，并根據(jù)式（5）計(jì)算WVP：

式中：Δw 為離心管的增重，g；d 為膜厚，mm；t 為稱重時(shí)的時(shí)間間隔，h；A 為膜面積，m2；Δp 為膜兩端水蒸氣壓力差，kPa；20 ℃下為2.346 kPa，25 ℃下為3.167 kPa。

1.2.11 復(fù)合膜在核桃仁保質(zhì)中應(yīng)用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法挑選烘干的核桃仁1000 g，隨機(jī)分為5 組。第1 組為對照組，不做任何處理，記為CK；第2～5 組將核桃仁分別完全置于2.0%（質(zhì)量比）SPI/SPI、CS/SPI/ASTA、CS/SPI/GSE、CS/SPI/VC的涂膜液中浸泡1 min，取出后在室溫條件下自然晾干。將上述5 組核桃仁置于（60±2）℃的烘箱中進(jìn)行加速氧化實(shí)驗(yàn)，10 d 后采用正己烷萃取核桃油，并進(jìn)行共軛二烯值、共軛三烯值的測定。

1.2.12 共軛二烯值、共軛三烯值的測定 參照IUPAC（1979）II.D.23 方法[22]并略作修改，稱取油樣約0.05～0.25 g，準(zhǔn)確稱至0.0001 g，用異辛烷溶解并定容稀釋至25 mL。以異辛烷溶劑作空白，分別以232 和268 nm 處的吸光度與試樣溶度比值表示共軛二烯值（E232）和共軛三稀值（E268）。按式（6）計(jì)算共軛二烯值和共軛三烯值：

式中：E 為以質(zhì)量濃度1 g/100 mL（1%）下10 mm比色皿在波長λ測得的吸光度；A（λ）為波長λ下試樣吸光度；?為測試溶液樣品的濃度，g/100 mL。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用IBM SPSS 16.0 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析（ANOVA），試驗(yàn)處理間以Duncan 多重比較法（P＜0.05）進(jìn)行差異顯著性分析。用Origin 2018軟件繪圖。數(shù)據(jù)以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差”表示，所有試驗(yàn)至少重復(fù)3 次。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種類抗氧化劑對復(fù)合膜性能的影響

2.1.1 不同種類抗氧化劑對復(fù)合膜機(jī)械性能的影響

未加入抗氧化劑的CS/SPI 復(fù)合膜，其表面透明，機(jī)械性能良好（表1）。當(dāng)抗氧化劑加入復(fù)合膜后，分子間結(jié)構(gòu)重新排列，隨之而來機(jī)械性能發(fā)生變化，除去甘草抗氧化物和番茄紅素，其它8 種抗氧化劑添加對復(fù)合膜的機(jī)械性能未造成負(fù)面影響，尤其是蝦青素、維生素C、茶多酚的加入，顯著增加了復(fù)合膜的斷裂伸長率和抗拉強(qiáng)度（P＜0.05）。如蝦青素的加入，復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度由原來的4.692 MPa 增加到5.882 MPa，表明復(fù)合膜的韌性更強(qiáng)，分子間作用力增大，致密性更好；葡萄籽提取物的加入，復(fù)合膜的斷裂伸長率從原來的54.720%增加到74.453%，顯著增加了復(fù)合膜的柔韌性（P＜0.05），減小脆性，實(shí)際生產(chǎn)中可減少對所涂膜食品的影響。

表1 抗氧化劑種類對復(fù)合膜機(jī)械性能的影響Table 1 Effect of antioxidants types on the mechanical properties of composite membranes

相較于CS/SPI 復(fù)合膜，蝦青素、番茄紅素及葡萄籽提取物的加入使復(fù)合膜的顏色變深，透明度減小。有研究報(bào)道520 nm 以下的光線對氧化影響極大，建議采用紅褐色薄膜作為富含油脂食品的包裝材料[23]。因此深色的復(fù)合膜可在一定程度上抑制油脂氧化中來自光引起的氧化反應(yīng)。

2.1.2 不同種類抗氧化劑對復(fù)合膜阻氧性能的影響

當(dāng)油脂暴露于空氣中，油脂與氧氣接觸，發(fā)生脂質(zhì)氧化反應(yīng)，導(dǎo)致油脂的過氧化值升高，食用膜處理后能減緩脂質(zhì)氧化進(jìn)程，降低過氧化值，原因是CS/SPI 復(fù)合膜具有一定的阻氧性[24]。與空白對照相比，食用膜處理后樣品的過氧化值均顯著降低（P＜0.05），而除了番茄紅素組，其它添加抗氧化劑組過氧化值均顯著低于未添加抗氧劑的食用膜組（圖1）。這可能是番茄紅素的加入，使得食用膜機(jī)械性能變差（表1），隔氧性能未提高；其中含蝦青素、葡萄籽提取物與VC的復(fù)合膜組的過氧化值相對較低，與CS/SPI 組相比低約60%，表明其隔氧性較好，對核桃油的脂質(zhì)氧化進(jìn)程抑制作用顯著。因此結(jié)合膜的機(jī)械性能，選擇這3 種抗氧化劑進(jìn)行進(jìn)一步的濃度優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

圖1 抗氧劑種類對復(fù)合膜阻氧性能的影響Fig.1 Effect of antioxidant types on the oxygen inhibition performance of composite membranes

2.2 抗氧化劑濃度對復(fù)合膜性能的影響

2.2.1 抗氧化劑濃度對復(fù)合膜機(jī)械性能的影響 隨著抗氧化劑濃度的增加，復(fù)合膜的厚度均呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，而斷裂拉伸率和抗拉強(qiáng)度均呈先上升后下降的趨勢（表2）。當(dāng)蝦青素濃度為0.3%、葡萄籽提取物濃度為0.2%、維生素C 濃度為0.3%時(shí)，斷裂拉伸率和抗拉強(qiáng)度達(dá)到最大值。這可能是CS/SPI 復(fù)合膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)隨著抗氧化劑分子的加入發(fā)生重排，天然抗氧化物分布在CS/SPI 大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，形成了更加致密的分子結(jié)構(gòu)，促使機(jī)械性能增強(qiáng)[25]。而過多的過氧化物加入可能會(huì)發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，使其在CS/SPI 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中分散不均勻，一定程度上破壞了可食膜均勻致密的結(jié)構(gòu)，因此表現(xiàn)出較低的機(jī)械性能[26]。

表2 抗氧劑濃度對復(fù)合膜機(jī)械性能的影響Table 2 Effect of astaxanthin concentration on mechanical properties of composite membranes

2.2.2 抗氧化劑濃度對復(fù)合膜阻氧性能的影響 當(dāng)加入復(fù)合膜中的抗氧化劑濃度發(fā)生變化時(shí)，抗氧化復(fù)合膜對氧氣的阻隔程度也會(huì)產(chǎn)生不同的效果（圖2）。本試驗(yàn)采用烘箱加速法對核桃油脂進(jìn)行加速氧化，通過一定時(shí)間后的加速，核桃油脂會(huì)在不同的抗氧化復(fù)合膜的包裹下發(fā)生不同程度的氧化?？梢钥闯?，蝦青素濃度在0.3%、葡萄籽提取物濃度在0.3%和維生素C 濃度在0.3%時(shí)，核桃油的過氧化值最低。原因可能是當(dāng)抗氧化劑濃度適宜時(shí)，抗氧化劑分子會(huì)有效填補(bǔ)多糖蛋白膜結(jié)構(gòu)中的間隙。過多或過少的濃度則會(huì)導(dǎo)致復(fù)合膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)分布不均勻，或產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象，從而影響復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)[27]。此外，再加上抗氧化劑本身對油脂氧化反應(yīng)的抑制效果，抗氧化復(fù)合膜則會(huì)產(chǎn)生優(yōu)良的延緩油脂氧化的效果。

圖2 蝦青素濃度（a）、葡萄籽提取物濃度（b）、維生素C 濃度（c）對復(fù)合膜隔氧性能的影響Fig.2 Effects of astaxanthin concentration (a),grape seed extract concentration (b) and vitamin C concentration (c) on the oxygen inhibition performance of composite membranes

2.3 含蝦青素、葡萄籽提取物、維生素C 的抗氧化復(fù)合膜性能及結(jié)構(gòu)比較

結(jié)合機(jī)械性能和阻氧性能，分別選擇0.3%蝦青素、0.2%葡萄籽提取物、0.3%維生素C 加入CS/SPI復(fù)合膜，制備抗氧化型復(fù)合可食膜，對3 種抗氧化復(fù)合膜進(jìn)一步進(jìn)行性能和結(jié)構(gòu)表征。

2.3.1 機(jī)械性能與厚度 表3 為3 種抗氧化劑對復(fù)合膜具體的機(jī)械性能影響比較，可以看出，含蝦青素的復(fù)合膜具有最高的抗拉強(qiáng)度，含葡萄籽提取物的復(fù)合膜具有最高的斷裂拉伸率。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是抗氧化劑分子的添加，更好的填補(bǔ)了殼聚糖-大豆分離蛋白膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的縫隙[28]，因而表現(xiàn)出更好的致密性。

表3 復(fù)合膜的機(jī)械性能差異Table 3 Differences in mechanical properties of composite membranes

2.3.2 電子掃描顯微鏡分析（SEM）電子掃描顯微鏡可直接地獲得復(fù)合膜的表面或斷裂面的結(jié)構(gòu)、形態(tài)、尺寸、分布等信息，根據(jù)共混高聚物中兩相斷裂性質(zhì)的差異來判斷材料間的相容性[29]。

CS/SPI 復(fù)合膜表面的致密性良好，但稍顯粗糙，存在細(xì)微裂縫（圖3a，圈中部分），在加入不同的抗氧化劑之后，復(fù)合薄膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由于分子間重新排列組合而顯示出不同的表面形態(tài)，其中蝦青素和葡萄籽提取物的加入明顯提升了復(fù)合薄膜的致密性，結(jié)構(gòu)更加均勻、緊密（圖3b、圖3c），而維生素C 的加入對復(fù)合薄膜的表面結(jié)構(gòu)影響較小，依然存在細(xì)微裂縫（圖3d）。這是因?yàn)槲r青素與葡萄籽提取物中含有大量的酚類物質(zhì)，分子中大量的酚羥基與大豆蛋白質(zhì)分子表面的氨基或羧基通過氫鍵結(jié)合使得膜液分子的交聯(lián)度增加，形成結(jié)構(gòu)更加致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[14]。

圖3 復(fù)合膜的SEM 圖差異Fig.3 Differences in SEM diagram of composite membranes

2.3.3 紅外光譜分析（FT-IR）從圖4 可以看出，三種抗氧化型復(fù)合膜與CS/SPI 復(fù)合膜之間有相似的譜圖形狀。CS/SPI 復(fù)合膜在3400 cm-1處出現(xiàn)NH 和O-H 特征吸收峰、在2937 cm-1處出現(xiàn)C-H 伸縮振動(dòng)的吸收峰、在1637 和1042 cm-1處分別為C=O 和C=N 的伸縮振動(dòng)區(qū)。添加蝦青素后，復(fù)合膜主要在O-H 和N-H 伸縮振動(dòng)吸收峰處發(fā)生紅移現(xiàn)象，并且波峰變尖，可能是蝦青素中官能團(tuán)和殼聚糖之間形成新的氫鍵，導(dǎo)致化學(xué)鍵振動(dòng)頻率減少，從而形成更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。Xu 等[30]在殼聚糖/明膠基蝦青素復(fù)合膜中報(bào)道了類似的結(jié)果。添加葡萄籽提取物與VC后，復(fù)合膜沒有觀察到額外的吸收峰和顯著的波數(shù)偏移。由此可知，加入抗氧化劑后的復(fù)合膜液相容性增加，其中含蝦青素的復(fù)合膜相容性最優(yōu)。

圖4 復(fù)合膜的FT-IR 圖差異Fig.4 Differences in FT-IR diagram of composite membranes

2.3.4 差示掃描熱量分析（DSC）圖5 是添加不同種類抗氧化劑前后復(fù)合膜的DSC 掃描曲線圖，由圖可知，升溫過程中所有膜樣品均產(chǎn)生一個(gè)放熱峰，添加抗氧化劑后的復(fù)合膜的峰面積明顯高于對照組，且CS/SPI/ASTA 膜的峰面積最大，說明其熱變性所需要的能量更多。本試驗(yàn)中復(fù)合膜的吸熱峰溫度位于71～109 ℃之間，明顯高于大豆分離蛋白/殼聚糖/黑木耳多糖復(fù)合膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（55 ℃）[31]，表明分子之間作用力較強(qiáng)，材料之間的熱穩(wěn)定性和相容性也較好。與對照組相比，添加抗氧化劑的復(fù)合膜的熱焓值顯著升高，尤其是蝦青素的添加，熱焓值增大了約17 倍，說明膜的熱穩(wěn)定性提高。結(jié)果表明適量濃度抗氧化劑的加入有助于膜結(jié)構(gòu)的聚合性，進(jìn)而提高膜的熱穩(wěn)定性，這一結(jié)果與膜的抗拉強(qiáng)度的變化相一致（表3）。

圖5 復(fù)合膜的DSC 圖差異Fig.5 Differences in DSC diagram of composite membranes

2.3.5 復(fù)合薄膜對DPPH 自由基的清除能力 圖6表示添加不同種類抗氧化劑對CS/SPI 復(fù)合薄膜清除DPPH 自由基能力的影響。結(jié)果表明，3 種抗氧劑添加均顯著提高了CS/SPI 復(fù)合薄膜的抗氧化能力，其中含蝦青素的抗氧化復(fù)合膜的抗氧化能力最優(yōu)。原因可能是在蝦青素特殊的分子結(jié)構(gòu)中，共軛雙鍵鏈及末端的不飽和酮基和羥基會(huì)發(fā)生相互作用，加劇分子之間的摩擦力度，可以促進(jìn)電子的自由移動(dòng)，自由基負(fù)責(zé)提供電子與未配對電子相互吸引，能有效地猝滅附近的自由基及有害的活性氧，消滅單線態(tài)氧[14,32]。

圖6 復(fù)合膜的DPPH 自由基清除能力差異Fig.6 Differences in DPPH removal capacity of composite membranes

2.3.6 透明度 復(fù)合薄膜的透明度一方面影響被涂膜食品的表觀感官屬性，另一方面影響可食膜的透光性能[33]。3 種抗氧劑的添加導(dǎo)致抗氧化CS/SPI 膜的透明度顯著降低（P＜0.05）（圖7）。受蝦青素中紅色色素的影響，CS/SPI/ASTA 薄膜的顏色發(fā)紅；葡萄籽提取物中原花青素的影響，CS/SPI/GSE 薄膜的顏色發(fā)黃（表1）。CS/SPI/VC薄膜的外觀自然透明，最接近CS/SPI 膜。一般當(dāng)薄膜中的色度呈增加趨勢時(shí)，薄膜的亮度呈現(xiàn)下降趨勢[34]。含蝦青素的復(fù)合膜的透明度最低，對阻止油脂中由光引起的氧化反應(yīng)有較大潛力。

圖7 復(fù)合膜的透明度差異Fig.7 Differences in transparency of composite membranes

2.3.7 水蒸氣透過性（WVP）水蒸氣透過率是表明復(fù)合膜對水蒸氣阻隔的能力，水蒸氣透過率越低，復(fù)合薄膜對水蒸氣的阻隔性越高[35]。加入蝦青素和葡萄籽提取物的抗氧化可食膜的水蒸氣透過性顯著低于SC/SPI 復(fù)合膜（P＜0.05），而加入維生素C 的復(fù)合膜水蒸氣透過性沒有產(chǎn)生明顯的差異（圖8）。原因可能是CS/SPI/ASTA 與CS/SPI/GSE 復(fù)合膜的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較致密，對水蒸氣的阻隔效果更強(qiáng)，而CS/SPI 與CS/SPI/VC復(fù)合膜表面結(jié)構(gòu)粗糙，有小的裂縫，所以對水蒸氣的阻隔效果差一些，這與SEM的分析結(jié)果一致（圖3）。

圖8 復(fù)合膜的水蒸氣透過性差異Fig.8 Differences in water vapor permeability of composite membranes

2.4 抗氧化復(fù)合膜對延緩核桃油油脂氧化的作用

2.4.1 抗氧化復(fù)合膜對核桃油過氧化值的影響 經(jīng)復(fù)合膜包裹后，均顯著降低了核桃油的過氧化值，而且抗氧化型復(fù)合膜組核桃油的氧化程度顯著低于空白CS/SPI 復(fù)合膜組，其中含蝦青素的抗氧化可食膜組的過氧化值最低，與對照相比下降了約81.8%（圖9）。這是因?yàn)镃S/SPI 復(fù)合膜具有一定的阻氧性和抗氧化性[36]，而抗氧化劑的添加增加了膜的致密性，從而增大了膜的阻氧性，而且通過緩慢遷移作用，膜中抗氧化劑進(jìn)一步起到抑制脂質(zhì)氧化的作用[37-38]。

圖9 復(fù)合膜對核桃油過氧化值的影響Fig.9 Effect of composite membranes on peroxide value of walnut oil

2.4.2 抗氧化復(fù)合膜對核桃油共軛二烯值（E232）、共軛三烯值（E268）的影響 植物油中的多不飽和脂肪酸在形成氫過氧化物（ROOH）的過程中雙鍵會(huì)發(fā)生重排，形成共軛二烯和共軛三烯，分別在紫外區(qū)域232 和268 nm 處有強(qiáng)吸收，因此可通過測定吸光度確定油脂的氧化程度[39]。與核桃油過氧化值的變化規(guī)律一致，經(jīng)復(fù)合膜包裹能顯著降低核桃油中共軛二烯和共軛三烯的含量，抗氧化復(fù)合膜組的脂肪氧化程度又顯著低于CS/SPI 復(fù)合膜組，其中添加蝦青素的復(fù)合膜對于抑制核桃油產(chǎn)生共軛二烯與共軛三烯的效果最佳，與對照相比分別下降了44.4%和66.4%（圖10）。

圖10 復(fù)合膜對核桃油共軛二烯值（A）、共軛三烯值（B）的影響Fig.10 Effects of composite membranes on conjugated diene value (A) and conjugated triene value (B) of walnut oil

3 結(jié)論

本研究以殼聚糖和大豆分離蛋白為復(fù)合膜基材，通過膜的機(jī)械性能、抗氧化性能、微觀結(jié)構(gòu)等指標(biāo)優(yōu)化天然抗氧化劑種類和濃度，從而制備抗氧化復(fù)合膜，包裹核桃油進(jìn)行加速貯藏，研究復(fù)合膜的抗氧化效果。當(dāng)CS/SPI 膜基質(zhì)中添加0.3%蝦青素時(shí)，復(fù)合膜抗拉強(qiáng)度最大、抗氧化能力最強(qiáng)，水蒸氣透過率最低，表面結(jié)構(gòu)均勻、緊密，蝦青素與殼聚糖的功能基團(tuán)形成新的氫鍵，膜基材間相容性較好，并且膜的熱焓值顯著增大，熱穩(wěn)定性更好。將CS/SPI/ASTA復(fù)合膜應(yīng)用于核桃油包裝，顯著降低了核桃油的脂質(zhì)氧化進(jìn)程，CS/SPI/ASTA 復(fù)合膜在油脂或油脂含量高的食品包裝上具有廣闊的應(yīng)用前景。