基于黄芩/大黄提取液的聚乙烯醇薄膜制备及其对圣女果的保鲜效果

王麟 陈伟 刘文涛

（1.河南牧业经济学院包装与印刷工程学院，河南 郑州 450046；2.郑州大学材料科学与工程学院，河南 郑州 450001）

随着生活水平的不断提高，人们对果蔬的新鲜度和营养价值要求也愈加严格。然而果蔬采摘后在运输和贮存过程中，水分和营养成分容易流失，甚至产生腐烂现象[1-3]。为减少果蔬在储运过程中的营养成分流失和腐烂损失，研发新型的保鲜包装材料尤为重要。目前，越来越多的天然植物提取物被证实具有良好的保鲜效果，向包装材料中添加植物提取物是果蔬保鲜包装的一种有效方法[4-5]。

黄芩和大黄为我国传统中草药。黄芩为植物黄芩的脱水根茎，其主要化学成分为黄芩素和黄芩苷，具有抗紫外、抗氧化、抗微生物等性质[6]。大黄为植物大黄的脱水根茎，其主要化学成分为蒽醌类物质，具有抗紫外、抗氧化性能[7]。本文对黄芩和大黄进行物理提取，得到黄芩和大黄提取液，并将其加入到聚乙烯醇（PVA）成膜基材中，制备出基于黄芩和大黄提取液的PVA 复合薄膜。选用综合性能良好的复合薄膜对圣女果进行包装，进一步探究复合薄膜在果蔬保鲜中的应用价值。

1 材料与方法

1.1 试验原料

本文所用试验原料见表1。

1.2 试验仪器

本试验所用主要仪器及型号见表2。

1.3 样品制备

1.3.1 黄芩和大黄提取液制备 将黄芩粉碎成粉末状，称取20 g黄芩粉末，按料液比1:10 加入60%乙醇溶液，在60 ℃水浴锅中搅拌4 h，抽滤后得到黄芩提取液，并放置于冰箱备用。大黄提取液制备方法同上。

表1 实验原料及其规格

表2 主要试验仪器及型号

表3 基于黄芩和大黄提取液的PVA 复合薄膜配方表

表4 圣女果感官评价分值表

1.3.2 PVA 复合薄膜的制备 按照表3 中复合薄膜配方，向10 g PVA 中加入不同体积的黄芩提取液、大黄提取液和水，保证溶剂总体积为90 mL，配制出含不同比例的黄芩和大黄的PVA 制膜液。将制膜液在90 ℃下加热搅拌2 h，静置去泡后在玻璃板上流延铺膜，约24 h 后揭膜、干燥，编号后放入干燥器中备用。

1.3.3 黄芩/大黄/PVA 复合薄膜的性能测试

（1）力学性能测试。依照GB/T 1040.3-2006《塑料拉伸性能的测定第3 部分：薄塑和薄片的试验条件》[8]，将薄膜样品裁成100 mm×10 mm 矩形样条，在25℃、相对湿度50%条件下平衡48 h后，使用智能电子拉力机测定薄膜样条的拉伸强度和最大断裂伸长率，设置标距为5 cm，拉伸速率50 mm/min，每个样品平行测定10 次，取其平均值。

（2）透光率与雾度测试。依照GB/T 2410-2008《透明塑料透光率和雾度的测定》[9]，将薄膜样品裁成直径75 mm 的圆形，使用透光率/雾度测定仪进行测定，每个样品平行测10 次，取其平均值。

（3）水蒸气透过率测试。依据GB/T 16928-1997《包装材料试验方法透湿率》[10]，将薄膜裁成直径75 mm 的圆形，在标准模式下采用水蒸气透过率仪测试薄膜样品的水蒸气透过系数。设置实验温度为38℃，薄膜两侧相对湿度差为90%，每个样品测3 次，取平均值。

（4）DPPH 自由基清除能力测试。分别配置0.5 mg/mL 的薄膜溶液和50 mg/L 的DPPH 乙醇溶液，并按体积比1:1 将两种溶液混合，室温下避光保存1 h 后，测定溶液在波长517 nm 处吸光度。将水与DPPH 的混合液作为空白对比样。

（5）紫外可见光谱测定。选取9 mm×40 mm 的薄膜样条放入比色皿中，以空气为参比，使用紫外-可见分光光度计进行测试，波长范围为190~900 nm，扫描速度为中速，采样间隔为1 nm。

1.3.4 PVA 复合薄膜对圣女果保鲜性能测试

将圣女果随机放置在不同的烧杯中，选取PVA 复合薄膜进行包覆，不作任何包覆处理的圣女果作为空白对照组，在室温下放置，隔断时间对圣女果的感官变化、失重率、可溶性固形物含量、可滴定酸含量、维生素C 含量进行测试。

（1）感官评价。固定4 名同学，采用10 分制，依据评分标准（表4）对各组圣女果的感官性状进行评分，并计算出平均分。

（2）失重率。分别测定新鲜圣女果质量（m1）与贮藏一段时间后圣女果质量（m2），失重率计算公式如下：

失重率（%）=（m1－m2）/ m1×100%

（3）可溶性固形物含量。采用阿贝折光仪测定果肉的可溶性固形物[11]。

（4）可滴定酸含量。采用酸碱滴定法测定果肉中可滴定酸的含量[12]。

（5）维生素C 含量。维生素C 在波长265 nm 处有特征吸收峰[13]，实验中利用紫外-可见分光光度计测定果肉在波长265 nm处的吸收值，根据维生素C 的标准曲线0.253+52.245（R2=0.998 9），计算圣女果里维生素C 的含量。

2 结果与讨论

2.1 PVA 复合薄膜的性能分析

表5 是纯PVA 薄膜及基于黄芩和大黄提取液的PVA 复合薄膜的力学性能、光学性能、水蒸气阻隔性能、DPPH 自由基清除性能的表征测试数据。

从表5 拉伸强度和断裂伸长率数据可知，对黄芩/PVA 复合膜和大黄/PVA 复合膜，与PVA 膜相比，随着黄芩提取液或大黄提取液添加量的增加，复合膜的抗拉强度和断裂伸长率呈现出先增大而又慢慢减少的趋势。这是因为黄芩中黄酮类化合物和大黄中蒽醌类化合物分别能与PVA 中的羟基形成分子间氢键相互作用，使力学性能增强；但黄芩或大黄提取液过多时，其与PVA 不能混合均匀，只起到填充作用，使力学性能下降。对黄芩/大黄/PVA复合膜，随着黄芩和大黄提取液添加量的增加，薄膜的拉伸强度呈现出两次先升后降的趋势，断裂伸长率则是先升后降。这是因为向PVA 中同时添加黄芩和大黄提取液，两者会出现协同作用，在一定程度上提升复合膜的力学性能，但提取液添加过多时，会出现混合不均匀现象，使薄膜力学性能降低。

表5 基于黄芩和大黄提取液的PVA 复合薄膜性能测试数据表

从表5 透光率和雾度数据可知，对黄芩/PVA 薄膜、大黄/PVA薄膜和黄芩/大黄/PVA 薄膜这3 种复合膜，与PVA 膜相比，随着黄芩提取液或大黄提取液添加量的增多，复合膜都呈现出透光率不断降低、雾度不断上升的变化趋势。这是因为黄芩和大黄提取液分别为浅黄色和棕黄色，其对光线的散射和吸收导致透光率不断下降；而黄芩和大黄提取液添加量增多时，会在铸膜液中出现颗粒分散不均匀和团聚现象，让复合膜雾度升高。

从表5 水蒸气透过率数据可知，对黄芩/PVA 复合膜，随着黄芩提取液添加量的增多，复合膜的水蒸气透过率虽逐渐升高，但均小于PVA 薄膜。这是因为黄芩中黄酮类化合物与PVA 中羟基形成氢键相互作用，使薄膜结晶能力增加，阻湿性能提高。对大黄/PVA 复合膜，随着大黄提取液添加量的增多，复合膜的水蒸气透过率逐渐升高，先小于PVA 薄膜，后大于PVA 薄膜。这是因为大黄中蒽醌类化合物与PVA 中羟基形成氢键，使薄膜结晶能力增强，阻湿性能提升；但当大黄提取液过多时，其与PVA 不能混合均匀，在复合膜中形成了部分微孔，从而导致薄膜的水蒸气透过率增加。对黄芩/大黄/PVA 复合膜，由于三组分之间的氢键相互作用、黄芩和大黄的协同作用、提取液添加过多出现不均匀现象，复合薄膜的水蒸气透过率先降低后升高，部分薄膜的阻湿性优于PVA 薄膜。

从表5 中DPPH 自由基清除能力数据可知，对黄芩/PVA 薄膜、大黄/PVA 薄膜和黄芩/大黄/PVA 薄膜这3 种复合膜，与PVA膜相比，随着黄芩提取液或大黄提取液添加量的增多，复合膜的DPPH 自由基清除能力都明显增强。这是因为黄芩提取液中的黄芩苷、黄芩素和大黄提取液中的蒽醌类化合物都是一种天然抗氧化剂[14]，向PVA 铸膜液中添加黄芩和大黄提取液能显著提高薄膜的抗氧化性能。

图1 是基于黄芩和大黄提取液的PVA 复合薄膜的紫外-可见光谱图。从图1 可以看出，在波长250~800 nm 范围的紫外及可见光区，PVA 薄膜的光透过率均在86%以上，在波长250 nm 以下时光透过率有所降低，说明PVA 薄膜的紫外阻隔性能很差。加入黄芩和大黄提取液后，在波长200~470 nm 范围内，复合薄膜的光透过率显著下降，表现出良好的紫外阻隔性能，尤其是添加黄芩提取液的薄膜，完全阻挡波长350 nm 以下的紫外光透过，具有优异的抗紫外性能。这是因为黄芩中黄酮类化合物和大黄中蒽醌类化合物具有紫外吸收活性[15]，可降低紫外光的透过率，提高复合薄膜的紫外阻隔性。

综合分析PVA 复合薄膜的性能，选取PVA 薄膜（薄膜1）、40%黄芩/PVA 复合膜（薄膜3）、20%大黄/PVA 复合膜（薄膜5）、20%黄芩/20%大黄/PVA 复合膜（薄膜8）4 种薄膜用于圣女果的保鲜实验研究，并分别标记为B 组、C 组、D 组和E 组，而A 组为圣女果不作任何包覆处理的对照组。

图1 基于黄芩和大黄提取液的PVA 复合薄膜紫外-可见光谱图

表6 不同组中圣女果感官评分表

图2 不同组中圣女果失重率变化图

图3 不同组中圣女果可溶性固形物含量变化图

图4 不同组中圣女果可滴定酸含量变化图

图5 不同组中圣女果维生素C 含量变化图

2.2 圣女果感官评价分析

由圣女果的感官评分表（表6）可知，对照组A 中圣女果放置8 d 之后感官评分低于3 分，失去了销售价值；B 组中圣女果比A组稍好，但10 d 后失去了食用价值；而C、D、E 3 组圣女果12 d后感官评分仍在3 分以上，品质还能接受，尤其E 组保鲜效果最好。以上结果说明由于PVA 复合膜具有较好的抗氧化性能和紫外阻隔性能，减缓了果实内部组织的软化及水分的散失，一定程度上保持了圣女果的品质。

2.3 圣女果失重率分析

图2 是不同组中圣女果失重率变化情况。从图2 可知，随着贮藏时间的延长，由于圣女果的呼吸作用和蒸腾作用，其失重率逐渐增加，其中经由PVA 复合薄膜包覆的圣女果失重率增加速度最慢。这是因为添加黄芩和大黄提取液的PVA 复合薄膜阻湿能力有一定提升，减少了水蒸气的透过，限制了果蔬的蒸腾作用，减缓了圣女果的水分流失。

2.4 圣女果可溶性固形物含量分析

图3 是不同组中圣女果可溶性固形物含量的变化情况。从图3 可知，随着贮藏时间的延长，圣女果中可溶性固形物含量先升高后降低。这是因为在贮藏初期，新鲜的圣女果逐渐成熟，可溶性固形物含量有所增加；随着时间的延长，由于圣女果的代谢消耗，其可溶性固形物含量逐渐降低，其中经由PVA 复合薄膜包覆的圣女果可溶性固形物含量降低较慢，说明添加黄芩和大黄提取液的PVA 薄膜能有效减缓圣女果的代谢，保持其品质。

2.5 圣女果可滴定酸含量分析

图4 是不同组中圣女果可滴定酸含量的变化情况。从图4 可知，随着贮藏时间的延长，圣女果中可滴定酸含量逐渐降低。这是因为在贮藏过程中，圣女果需要消耗有机酸进行呼吸作用，以维持其生理活动。其中经由PVA 复合薄膜包覆的圣女果可滴定酸含量降低较慢，说明添加黄芩和大黄提取液的PVA 薄膜能减缓圣女果的呼吸代谢。

2.6 圣女果维生素C 含量分析

图5 是不同组中圣女果维生素C 含量的变化情况。从图5 可知，随着贮藏时间的延长，圣女果中维生素C 含量逐渐降低。这是因为在贮藏过程中，维生素C 逐渐被氧化，使其含量下降。其中经由PVA 复合薄膜包覆的圣女果维生素C 含量下降较慢，这是因为添加黄芩和大黄提取液的PVA 薄膜既有抗氧化能力，又能有效阻隔外界氧气的进入，有利于圣女果中维生素C 的保留。

3 结论

本文制备出了具有抗氧化和阻隔紫外线能力的功能性PVA复合薄膜。选用综合性能较好的PVA 复合薄膜对圣女果进行包覆，发现对圣女果保鲜效果大小顺序为：20%黄芩/20%大黄/PVA复合膜＞40%黄芩/PVA 复合膜＞20%大黄/PVA 复合膜＞PVA 薄膜＞无包装。因此，黄芩和大黄的提取液可用于制备功能性复合薄膜，为果蔬保鲜提供更多途径和方法。此外，由于加入了黄芩和大黄的提取液，制备出的PVA 复合薄膜显黄色，透明度有待提高。