選擇透過性聚乳酸薄膜的制備及其對腌制果蔬的氣調(diào)保鮮效果

于震宇，馬艷萍

(1.阿克蘇職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 阿克蘇 843100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 林學(xué)院，陜西 咸陽 712100)

人們對腌制果蔬的要求已由原來的數(shù)量和價格逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閷|(zhì)量和種類的追求，因地域性差異及運輸距離的增加，對腌制果蔬進行包裝貯藏的過程中易出現(xiàn)腌制果蔬腐爛，因此一種能夠有效抑制腌制果蔬腐爛變質(zhì)的包裝方法是現(xiàn)代腌制果蔬發(fā)展的關(guān)鍵措施[1-3]。傳統(tǒng)的氣調(diào)保鮮通過人工充氣的方式進行腌制果蔬保鮮，能夠有效地抑制微生物生長代謝，但隨著包裝貯存時間的推移，包裝袋內(nèi)的氣體含量發(fā)生變化，無法有效抑制后期微生物生長[4]。聚乳酸薄膜具有較好的氣體選擇透過性，能夠有效地進行腌制果蔬類包裝袋內(nèi)氣體調(diào)節(jié)，實現(xiàn)腌制果蔬的氣調(diào)保鮮效果，延緩腌制果蔬變質(zhì)，提高腌制果蔬的保質(zhì)期[5]。

1 腌制果蔬氣調(diào)保鮮

氣調(diào)保鮮是通過將腌制果蔬包裝內(nèi)的氣體環(huán)境進行調(diào)節(jié)，使氣體環(huán)境的含氧量低于大氣環(huán)境含氧量，二氧化碳濃度高于大氣環(huán)境二氧化碳濃度。包裝內(nèi)的氣體環(huán)境僅滿足腌制果蔬的正常代謝需求，充分保存腌制果蔬的營養(yǎng)物質(zhì)，延長質(zhì)保期。

根據(jù)氣調(diào)類型的不同，腌制果蔬的氣調(diào)包裝可分為主動氣調(diào)保鮮和被動氣調(diào)保鮮。主動氣調(diào)保鮮是指通過人工干涉的方式，對包裝內(nèi)的氣體環(huán)境進行調(diào)節(jié)，抑制腌制果蔬的代謝，延長腌制果蔬細胞的衰老期[6-8]。被動氣調(diào)保鮮是一種自發(fā)進行包裝內(nèi)氣體環(huán)境調(diào)節(jié)的方式，無需對氣體環(huán)境進行人為干涉，其關(guān)鍵技術(shù)是包裝薄膜的氣體選擇透過性，該類型薄膜能夠使包裝內(nèi)氧氣含量隨著時間的推移逐漸降低，使二氧化碳濃度隨著時間的推移逐漸升高。

2 聚乳酸特性分析

聚乳酸具有良好的可降解性和吸附性，是乳酸在一定條件下脫水縮合的產(chǎn)物，在常溫條件下，聚乳酸是白色粉狀物，熔點為175 ℃。聚乳酸是乳酸單體的重復(fù)縮合，乳酸單體通常分為左旋性乳酸、右旋性乳酸和外旋性乳酸3種結(jié)構(gòu)[9]。聚左旋性乳酸具有較高的脆性，抗沖擊性能差。聚乳酸的強度和熱穩(wěn)定性與其分子量有直接關(guān)系，分子量大，強度和熱穩(wěn)定性高。聚乳酸具有較強的可降解性，最終降解產(chǎn)物為水和二氧化碳，對環(huán)境產(chǎn)生污染。聚乳酸合成降解循環(huán)示意圖見圖1。

圖1 聚乳酸合成降解循環(huán)示意圖Fig.1 The schematic diagram of polylactic acid synthesis and degradation cycle

3 聚乳酸薄膜的制備及性能測試

在進行聚乳酸薄膜制備時，需充分考慮薄膜材料的氣體選擇透過性。通過添加不同分子來提高聚乳酸薄膜對二氧化碳的透過率，同時改善二氧化碳和氧氣的選擇透過性。聚乳酸薄膜制備過程中所需原材料包含L-丙交酯、聚乙二醇、辛酸亞錫、乙酸乙酯、無水乙醇、氯仿。

制備過程中，稱取0.9 g的L-丙交酯，并溶解于60 mL氯仿溶液中，倒入封邊玻璃板，玻璃板水平度保證在0.01 mm。將盛有溶液的封邊玻璃板置入通風(fēng)設(shè)備中進行干燥，干燥后撕下薄膜，并在室溫真空條件下放置1個月。

薄膜制備完成后，采用壓差透氣儀對聚乳酸薄膜的氧氣和二氧化碳透過量進行檢測。利用透濕儀對聚乳酸薄膜的水蒸氣透過率進行檢測。利用頂空氣體分析儀對聚乳酸薄膜的二氧化碳和氧氣透過比進行測試。聚乳酸薄膜氧氣透過量檢測數(shù)據(jù)曲線見圖2中a，聚乳酸薄膜二氧化碳透過量檢測數(shù)據(jù)曲線見圖2中b，聚乳酸薄膜水蒸氣透過量曲線見圖2中c，聚乳酸薄膜的二氧化碳和氧氣透過比變化曲線見圖2中d。

圖2 聚乳酸薄膜對氧氣、二氧化碳以及水蒸氣透過特性Fig.2 The permeability of polylactic acid film to oxygen, carbon dioxide and water vapor

由圖2可知，在同一溫度條件下，單位面積聚乳酸薄膜的氧氣透過量和二氧化碳透過量隨著時間的推移逐漸降低，溫度越高，氧氣和二氧化碳的透過量越高。在同一溫度條件下，單位面積聚乳酸薄膜的水蒸氣透過量隨著時間的推移逐漸降低，隨著水蒸氣的透過量升高，聚乳酸薄膜親水分子含水率逐漸上升，溫度越高，水蒸氣的透過量越高。在同一溫度條件下，單位面積聚乳酸薄膜的二氧化碳透過量與氧氣透過量的比值逐漸上升，溫度越高，透過量比值的上升速率越小。

4 聚乳酸薄膜對腌制果蔬保鮮效果

聚乳酸薄膜的選擇透過性用在腌制果蔬包裝中，可達到氣調(diào)保鮮的效果，延緩腌制果蔬的變質(zhì)時間，在貯存過程中，包裝袋內(nèi)的二氧化碳和氧氣含量直接決定聚乳酸薄膜對腌制果蔬的保鮮效果。腌制果蔬包裝袋內(nèi)二氧化碳和氧氣含量變化曲線見圖3。

圖3 包裝袋內(nèi)二氧化碳和氧氣含量變化曲線Fig.3 The change curves of carbon dioxide and oxygen content in packaging bag

由圖3可知，在聚乳酸薄膜制成的腌制果蔬包裝袋內(nèi)，氧氣含量逐漸降低，二氧化碳含量逐漸上升。在初始階段，氧氣含量約為21%，二氧化碳含量約為2%，在第5 天時，二氧化碳含量與氧氣含量基本相等。

聚乳酸薄膜對腌制果蔬的氣調(diào)保鮮效果，可通過對腌制果蔬貯存過程中的感官品質(zhì)、脆度、色差以及菌落總數(shù)等幾個不同方面進行評定。本文根據(jù)現(xiàn)有的腌制果蔬感官評分標準，對貯存期內(nèi)的腌制果蔬從質(zhì)地、色澤、形態(tài)、口感以及香氣等不同方面進行感官評分，腌制果蔬感官評分標準見表1。

表1 腌制果蔬感官評分標準Table 1 The sensory evaluation standard of pickled fruits and vegetables

在進行感官評價時，設(shè)置1組無包裝的腌制果蔬作為對照組，另設(shè)置3組使用聚乳酸薄膜包裝的腌制果蔬作為測試組，每隔1 d對4組腌制果蔬進行感官評分。腌制果蔬感官評分變化曲線見圖4。

圖4 腌制果蔬感官評分變化曲線Fig.4 The change curves of sensory evaluated scores of pickled fruits and vegetables

由圖4可知，隨著貯存時間的推移，無包裝和有包裝腌制果蔬的感官評分均出現(xiàn)下降，無包裝腌制果蔬的感官評分下降趨勢明顯高于有包裝腌制果蔬的感官的評分。無包裝組腌制果蔬從貯存期開始階段，感官評分迅速下降，到貯存第7天時，腌制果蔬出現(xiàn)軟化，并帶有異味腐臭等現(xiàn)象，感官評分不高于5分。使用聚乳酸薄膜包裝的3組腌制果蔬保持相對較好的外觀，在前10 d，3組包裝好的腌制果蔬感官質(zhì)量無明顯變化。隨著貯存時間的延長，腌制果蔬的感官評分快速下降，第20天時感官評分為7分，第30天時感官評分為5分。

為研究聚乳酸薄膜包裝對腌制果蔬脆度的影響，本文對腌制果蔬質(zhì)地進行剖面分析，使用平底圓柱探頭對腌制果蔬進行受力測試，當腌制果蔬壓縮變形量為70%時，所需要的壓縮力可用來反映腌制果蔬的脆度，受力越大，腌制果蔬的脆度越高。在進行腌制果蔬脆度測試時，設(shè)置1組無包裝的腌制果蔬作為對照組，另設(shè)置3組使用聚乳酸薄膜包裝的腌制果蔬作為測試組，每隔1 d對4組腌制果蔬進行脆度檢測。腌制果蔬脆度變化曲線見圖5。

圖5 腌制果蔬脆度變化曲線Fig.5 The change curves of crispness of pickled fruits and vegetables

由圖5可知，隨著貯存時間的延長，4組腌制果蔬的脆度均發(fā)生不同程度的下降。在開始貯存包裝時，監(jiān)測脆度值為14 N，在貯存第5天時，無包裝腌制果蔬的脆度值下降至8 N，下降過程近似呈線性，第5～7 d，脆度值保持在6～7 N。其余3組使用聚乳酸薄膜包裝腌制果蔬的脆度值緩慢下降，下降過程近似呈線性，在貯存第30天時，脆度值下降至11 N。在貯存過程中，由于水分的流失以及果膠物質(zhì)的分解，腌制果蔬脆度的變化出現(xiàn)不同程度的下降，使用聚乳酸薄膜包裝的腌制果蔬的脆度值變化過程相對遲緩。

腌制果蔬氣調(diào)保鮮效果的另一項關(guān)鍵指標為腌制果蔬內(nèi)的菌落總數(shù)，本文通過對1組無包裝腌制果蔬及3組有包裝腌制果蔬的菌落總數(shù)進行檢測。腌制果蔬菌落總數(shù)變化曲線見圖6。

圖6 腌制果蔬菌落總數(shù)變化曲線Fig.6 The change curves of total bacterial count of pickled fruits and vegetables

由圖6可知，在第7天時，無包裝腌制果蔬發(fā)生腐爛，菌落總數(shù)達到104數(shù)量級，其他3組聚乳酸薄膜包裝的腌制果蔬的菌落總數(shù)在前7 d先下降，隨著時間的推移，菌落總數(shù)逐漸上升，且菌落總數(shù)增長近似于線性關(guān)系，在第30天時，菌落總數(shù)達到104數(shù)量級。

5 結(jié)論

聚乳酸薄膜對二氧化碳及氧氣具有選擇透過性，在相同的溫度條件下，隨著包裝時間的推移，包裝薄膜透過性逐漸降低。利用聚乳酸薄膜進行腌制果蔬包裝時，腌制果蔬的感官質(zhì)量評分及脆度值隨著包裝貯存時間的延長而逐漸降低，降低幅度明顯低于無包裝腌制果蔬。腌制果蔬的內(nèi)部菌落總數(shù)均隨著時間的推移而逐漸上升，且近似線性關(guān)系。利用聚乳酸薄膜進行包裝的腌制果蔬的失重率及菌落總數(shù)增長速度明顯低于無包裝腌制果蔬。