壳聚糖-六氢-β-酸可食性抑菌膜的制备及抑菌剂的释放
可食性膜以其取材方便、可食用、易被生物降解、对环境无污染等优点，成为食品包装材料的重要研究方向。其中，多糖类可食性膜因其均匀、透明、有适宜的机械性能等特点日益受到关注。目前，用于制备多糖类可食性膜的基材主要有淀粉、纤维素、壳聚糖、普鲁兰多糖、海藻酸钠、魔芋葡甘聚糖、果胶等，其中壳聚糖具有生物可降解性、较好的生物相容性、广谱抑菌性和优良的成膜特性而被广泛使用，但其抑菌活性较弱。为弥补以上不足，通常将抑菌剂直接添加到壳聚糖中制备可食性抑菌膜。啤酒花软树脂成分之一的β-酸具有较强的抑菌作用，其氢化衍生物六氢-β-酸抑菌、防腐活性更强，还具有抗肿瘤、抗氧化等功效，在近年来的研究中逐渐被关注。
来自新疆大学化学化工学院，煤炭清洁转化与化工过程自治区重点实验室的李 帅、钟耕辉、陈 婷和刘玉梅*以膜的机械性能为考察指标，以六氢-β-酸为抑菌剂，在单因素试验结合正交试验优化甘油体积分数、壳聚糖质量浓度及干燥温度及其交互作用对制备壳聚糖-六氢-β-酸可食性抑菌膜影响的基础上，研究抑菌剂六氢-β-酸在55%、75%、95%乙醇溶液中（模拟含有超过20%乙醇溶液的食品体系、油水乳浊液体系、油性食品体系）的释放；并以Peppas和Peleg方程进行拟合，确定抑菌剂的释放规律，以期为壳聚糖-六氢-β-酸可食性抑菌膜的开发应用提供理论支持。
1、单因素试验结果
甘油体积分数对膜机械性能的影响
甘油对膜的TS和EB具有显著影响。随着甘油体积分数的逐渐增大，膜的TS显著降低，而EB先增大后基本稳定。这主要是甘油分子容易插入到壳聚糖分子链中，破坏壳聚糖分子间的氢键作用，使其与壳聚糖结合，增加聚合物分子间的距离，使膜变得柔软，从而TS降低，而EB增大。综合考虑，甘油体积分数为2%时，膜的TS和EB均较优。
壳聚糖质量浓度对膜机械性能的影响
随着壳聚糖质量浓度的增大，膜的TS呈现逐渐增加的趋势，EB呈现逐渐降低的趋势。这是因为单位体积内壳聚糖分子的增加，增加氢键的数目，使高分子间的结合更加紧密，从而使TS增大，EB减小。当壳聚糖质量浓度从1.5 g/100 mL增大到2 g/100 mL时，TS和EB的变化均不显著。
干燥温度对膜机械性能的影响
干燥温度对膜的TS和EB影响较显著。随着干燥温度的升高，膜的TS显著增大，EB逐渐降低。当干燥温度从40℃升高到50℃时，膜的TS增加幅度比较大；而EB几乎不变。当继续升高温度时，TS变化平缓，而EB显著降低。这主要是膜液在干燥过程中受温度的影响，膜液中并不只是单纯的溶剂蒸发，壳聚糖和甘油之间的氢键作用会随温度的变化而相应改变。
2、正交试验结果
模型误差与试验误差不存在显著差异，说明优化模型正确。影响膜机械性能的因素大小顺序为A＞AC＞C＞B，而AB和BC对其无影响。
3、验证实验结果
按照正交试验筛选出的膜的最佳制备条件：壳聚糖质量浓度1.75 g/100 mL、干燥温度40℃、甘油体积分数1.4%，进行3次验证实验，结果可得TS分别为29.70、29.01、29.07 MPa，EB分别为83.45%、80.08%、80.33%。
4、六氢-β-酸在食品模拟物中的释放结果
六氢-β-酸在95%乙醇溶液中释放缓慢，而在75%和55%乙醇溶液的释放较快。这与前人关于山梨酸钾从低甲氧基果胶/羧甲基纤维素膜中释放到95%和55%乙醇溶液的研究结果一致。出现这种现象的原因主要是乙醇含量减小，壳聚糖-六氢-β-酸膜更容易溶胀，导致高分子网络结构遭到破坏，从而增大六氢-β-酸的释放量。
5、释放模型的建立结果
为进一步研究六氢-β-酸在75%和55%乙醇溶液的释放机制，采用Peleg模型对其进行拟合，发现R2均大于0.995，且其计算的最大释放量与实验中的最大释放量无明显差异（t＜t临界值），说明Peleg模型能够较好地预测六氢-β-酸在75%和55%乙醇溶液中的释放动力学。
6、温度对扩散系数的影响
随着温度的升高，扩散系数总体呈逐渐上升的趋势，加之膜的溶胀性，扩散系数在55%乙醇溶液中变化最为明显。这主要是由于聚合物网络结构松弛后，升高温度，分子热运动加剧，自由体积变大，扩散系数也越大。因此，释放溶剂中的含水量和温度是影响六氢-β-酸扩散的重要因素。
结 论
以机械性能为评价指标，通过单因素试验结合正交试验优化壳聚糖-六氢-β-酸可食性抑菌膜的制备工艺，其最佳制备条件为：壳聚糖质量浓度1.75 g/100 mL、干燥温度40 ℃、甘油体积分数1.4%，此工艺条件下膜TS为29.26 MPa，EB为81.29%，影响因素依次为壳聚糖质量浓度＞壳聚糖质量浓度与甘油体积分数交互作用＞甘油体积分数＞干燥温度。以六氢-β-酸的释放量为指标，研究六氢-β-酸在95%、75%和55%乙醇溶液的释放。通过Peppas和Peleg方程可知，六氢-β-酸在95%乙醇溶液中的释放过程为Fick扩散，而75%和55%乙醇溶液中符合Peleg方程；对扩散系数的分析表明释放溶剂中含水量和温度是影响六氢-β-酸扩散的重要因素。本研究建立壳聚糖-六氢-β-酸可食性抑菌膜的制备工艺及释放模型，为该抑菌膜的开发应用提供理论支持。
本文《壳聚糖-六氢-β-酸可食性抑菌膜的制备及抑菌剂的释放》来自于《食品科学》2019年40卷8期235-241页，作者：李 帅，钟耕辉，陈 婷，刘玉梅。DOI：10.7506/spkx1002-6630-20180425-336。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
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实习编辑：冯龙斐；编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅
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