不同酚羟基数目羟基苯甲酸的复合对壳聚糖膜性能的影响.pdf

现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2023,Vol.39,No.9 244 不同酚羟基数目羟基苯甲酸的复合 对壳聚糖膜性能的影响 杨林杰1,2，周闯2*，杨子明2，王超2，何祖宇2，刘运浩2，于丽娟3，屈云慧3，李普旺2*（1.华中农业大学食品科学技术学院，湖北武汉 430072）（2.中国热带农业科学院南亚热带作物研究所，广东湛江 524091）（3.云南省农业科学院农产品加工研究所，云南昆明 650000）摘要：该研究以天然高分子材料壳聚糖为基体，分别添加水杨酸（Salicylic Acid，SA）、原儿茶酸（Protocatechuic Acid，PA）、龙胆酸（Gentisic Acid，GTA）、没食子酸（Gallic Acid，GA）四种不同酚羟基数目的羟基苯甲酸，采用溶剂浇铸法制备成膜。考察了不同酚羟基数目的羟基苯甲酸与壳聚糖共混后复合膜液的流变学特性，使用热重分析（TG）、红外光谱（FT-IR）以及扫描电镜（SEM）对复合膜的结构性能进行表征，并测定了复合膜的机械性能、阻隔性能、总酚释放量和抗氧化性能。结果表明，羟基苯甲酸中酚羟基数目越多，与壳聚糖之间的交互作用越强，使共混膜液中产生高度紧密的网络结构，有利于形成均匀稳定的复合膜。同时具有三个酚羟基的没食子酸与壳聚糖共混成膜后，其紫外阻隔能力良好、水蒸气透过率为 1.5010-9 g/(mhPa)、拉伸强度为 23.22 MPa、DPPH自由基清除率为 71.85%，综合性能表现最佳。以上研究表明，羟基苯甲酸-壳聚糖复合膜的性能受羟基苯甲酸酚羟基数目的影响，酚羟基数目越多，复合膜的综合性能越好。关键词：壳聚糖；羟基苯甲酸；复合膜；性能 文章编号：1673-9078(2023)09-244-251 DOI:10.13982/j.mfst.1673-9078.2023.9.1182 Effect of Hydroxybenzoic Acid with Varying Numbers of Phenolic Hydroxyl Groups on Chitosan Film Properties YANG Linjie1,2,ZHOU Chuang2*,YANG Ziming2,WANG Chao2,HE Zuyu2,LIU Yunhao2,YU Lijuan3,QU Yunhui3,LI Puwang2*(1.School of Food Science and Technology,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430072,China)(2.Institute of South Subtropical Crops,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences,Zhanjiang 524091,China)(3.Agricultural Product Processing Research Institute of Yunnan Academy of Agricultural Sciences,Kunming 650000,China)Abstract:Chitosan,a natural macromolecular material,was used as the matrix,and each of four types of hydroxybenzoic acid with different numbers of phenolic hydroxyl groups,that is,salicylic acid(SA),protocatechuic acid(PA),gentisic acid(GTA),and gallic acid(GA),were added to prepare composite films using the solvent casting method.The rheological properties of the composite film solutions were investigated.The structure and properties of the composite films were characterized using thermogravimetry(TG),Fourier-transform infrared spectroscopy(FT-IR),and scanning electron microscopy(SEM).The mechanical properties,barrier properties,total phenol release,and oxidation resistance of the composite films were also measured.The results showed a strong interaction between chitosan and hydroxybenzoic 引文格式：杨林杰,周闯,杨子明,等.不同酚羟基数目羟基苯甲酸的复合对壳聚糖膜性能的影响J.现代食品科技,2023,39(9):244-251 YANG Linjie,ZHOU Chuang,YANG Ziming,et al.Effect of hydroxybenzoic acid with varying numbers of phenolic hydroxyl groups on chitosan film properties J.Modern Food Science and Technology,2023,39(9):244-251 收稿日期：2022-09-18 基金项目：海南省科技厅科技项目（ZDYF2021XDNY145）；云南省李普旺专家工作站（202005AF150007）；中国热带农业科学院基本科研业务费专项项目资助（1630062022006；1630062022023）作者简介：杨林杰（1998-），男，硕士研究生，研究方向：天然生物质材料，E-mail： 通讯作者：周闯（1992-），男，硕士，助理研究员，研究方向：天然生物质材料，E-mail：；共同通讯作者：李普旺（1974-），男，博士，研究员，研究方向：生物质高分子材料，E-mail： 现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2023,Vol.39,No.9 245 acid containing more phenolic hydroxyl groups,leading to a more compact network structure,and thus forming uniform and stable composite films.The composite film based on gallic acid with three phenol hydroxyl groups,which had the best comprehensive performance,exhibited good ultraviolet barrier function,vapor transmission rate of 1.5010-9 g/(mhPa),tensile strength of 23.22 MPa,and DPPH radical scavenging rate of 71.85%.This study showed that the performance of hydroxybenzoic acid and chitosan composite films was influenced by the number of phenolic hydroxyl groups;the higher the number,the better the overall performance of the composite film.Key words:chitosan;hydroxybenzoic acid;composite film;property 随着“健康中国”理念的发展，人们对于绿色有机、健康安全的食品需求越来越大，对食品包装材料的研究也进入到了新的阶段，具有绿色、可持续发展的新型包装制品及材料成为学者们研究的热点。可食性包装膜是以天然可食性物质（如壳聚糖、淀粉、明胶等）为原料，通过不同分子间相互作用而形成的具有多孔网络结构的薄膜，可以用来隔离微生物和外来污染物的进入，防止食品变质，具有一定的保鲜作用1。壳聚糖（Chitosan，CS）是天然多糖甲壳素脱去部分乙酰基团的产物，具有安全无毒、生物降解性和成膜性等特点，广泛应用于食品、农业及环保等领 域2,3。然而，壳聚糖膜在食品工业中的应用受到其低抗氧化活性和易溶胀性的限制4。因此，向壳聚糖膜中加入生物活性物质是改善其性能的可行方法。迄今为止，研究人员已经通过添加生物活性物质，如精油、植物提取物及酚类化合物等，开发了许多基于壳聚糖的共混复合膜5。在不同种类的生物活性物质中，多酚类化合物作为植物界最丰富的次生代谢产物，常被选择与壳聚糖共混以增强其性能6。酚酸作为酚类化合物的一个重要类别，具有优异的抗氧化活性，根据其结构还可以进一步分为羟基苯甲酸和羟基肉桂酸两类7。近年来，研究人员致力将酚酸与壳聚糖共混来改善成膜后的性能。Sun 等8将没食子酸添加到壳聚糖膜中，结果表明，没食子酸的加入可以有效改善壳聚糖膜的机械性能，使其拉伸强度增强约 70%。还通过降低壳聚糖膜水蒸气透过率（约 10%），以增强其气体阻隔性能。Liu 等9将对香豆酸与壳聚糖混合制备可食用膜，研究结果表明，低含量对香豆酸的加入（0.5%或 1%，m/V）增强了复合膜的拉伸强度（约25%）和水蒸气阻隔性能，并且在水性和脂肪性食品模拟物中显示出较好的抗氧化能力。此外还有研究发现，没食子酸-壳聚糖复合膜的优异性能，可能是由于其分子中三个酚羟基所导致的10。但是，对比不同酚羟基数目的羟基苯甲酸对壳聚糖膜性能的研究目前还比较少见。本研究将水杨酸、原儿茶酸、龙胆酸和没食子酸与壳聚糖共混制备成复合薄膜，探讨不同酚羟基数目的羟基苯甲酸对壳聚糖膜流变学和理化性质的影响，为壳聚糖薄膜在食品包装领域的研究和应用提供一定的理论依据。1 材料和方法 1.1 材料与仪器 壳聚糖（脱乙酰度：95%，粘度200 mPas）、龙胆酸，上海麦克林生化科技有限公司；水杨酸、原儿茶酸、没食子酸，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；乙酸、丙三醇，AR，西陇科学股份有限公司。Thermofisher/MARS 哈克流变仪，美国 TA 公司；756S 紫外可见分光光度计，上海棱光技术有限公司；Mettler TGA/DSC3+热重分析仪，梅特勒托利多科技有限公司；UTM6503 电子万能试验机，深圳三思纵横科技股份有限公司；捷克 TESCAN MIRA LMS 场发射扫描电镜，捷克 TESCAN 公司；PerkinElmer Spectrum 3 傅立叶变换红外光谱仪，珀金埃尔默仪器有限公司。1.2 实验方法 1.2.1 羟基苯甲酸-壳聚糖复合膜的制备 参照 Liu 等10方法制备羟基苯甲酸-壳聚糖复合膜。首先，将 1 g 壳聚糖溶于 50 mL 的 1%（V/V）乙酸溶液中，于室温下搅拌过夜。然后向壳聚糖溶液中加入 0.6 mL 甘油和 0.5 g 水杨酸，室温搅拌 1 h，再将得到的成膜溶液置于功率 200 W，频率40 kHz 的条件下超声脱气 30 min。最后将成膜溶液浇铸在有机玻璃板上（12 cm12 cm），室温干燥 48 h 后从面板上将复合膜剥离，得到水杨酸-壳聚糖复合膜（SA-CS），并在测试前置于温度为 25，相对湿度为 50%条件下的恒温恒湿箱中至少 48 h