王 博 1 ，巩 涵 1 ，畅 鹏 1 ，石 硕 1 ，夏秀芳 1, *，张东杰 2, *
关键词： 细菌纤维素；茶多酚；膜特性；膜结构
细菌纤维素是由英国科学家Brown于1886年首次发现的由细菌分泌产生的多孔性网状纳米级生物高分子聚合物，由于它的结构及性质与纤维素相同，因此将其命名为细菌纤维素 [1] 。细菌纤维素具有良好的成膜性，并且本身无毒无害、具有可降解性，可以成为绿色、安全、可降解的食品包装材料 [2-3] 。Nguyen等 [4] 利用静态发酵制得细菌纤维素水凝胶，采用浸泡热干法将其同Nisin复合成膜，发现复合膜对单增李斯特菌以及需氧菌都有明显抑制作用，同时用其覆盖法兰克福肠，可以有效延长产品的货架期。Zhu Huixia等 [5] 将细菌纤维素同聚赖氨酸复合制膜，发现其具有作为色拉米香肠肠衣的潜质，且复合膜结构均匀。Jipa等 [6] 将细菌纤维素同山梨酸钾和聚乙烯醇复合，制得一种具有抗菌性的活性食品包装。同时细菌纤维素具有许多优于植物纤维素的性能，使其有广泛的商业用途 [7] 。
茶多酚的性质主要包括抗氧化以及抗菌这两种特性，目前在食品领域多作为天然保鲜剂和防腐剂 [8] 。研究表明，茶多酚对金黄色链球菌和伤寒杆菌等具有明显的抑制作用，且其抗氧化性强于超氧化物歧化酶，是其他抗氧化剂的几十倍 [9-12] 。于林等 [13] 发现经茶多酚改性后的胶原蛋白-壳聚糖复合膜能够有效抑制石斑鱼鱼肉中微生物的滋生和蛋白质的变性，延长斜带石斑鱼的货架期。郭丛珊等 [14] 将茶多酚加入大豆分离蛋白制成可食性抗菌膜，将涂抹含茶多酚-大豆分离蛋白膜组与未涂抹组比较，圣女果腐烂指数降低60%。吴艳等 [15] 探究聚乳酸-聚已内酯/茶多酚活性包装材料的理化性质和抗氧化性能，结果表明茶多酚的添加能有效提高复合膜的柔韧性和抗氧化活性。
虽然茶多酚应用于膜制备的研究常有报道，但鲜见其与细菌纤维素复合制备膜的研究。因此本实验将细菌纤维素同具有抗菌性的天然抗菌剂茶多酚进行复合，采用单因素试验对复合膜的性能和结构进行测定，探究茶多酚对复合膜的特性以及结构的影响，为其在食品包装领域的应用提供理论依据和技术指导。
木醋杆菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、假单胞菌东北农业大学食品学院实验室。
固体斜面培养基：葡萄糖40 g/L、酵母浸粉10 g/L、琼脂15 g/L，pH 4.5；液体种子培养基：葡萄糖40 g/L、酵母浸粉10 g/L，pH 4.5；发酵种子培养基：葡萄糖40 g/L、酵母浸粉10 g/L，pH 4.5。
假单胞菌固体培养基：蛋白胨5 g/L、牛肉膏3 g/L、氯化钠5 g/L、琼脂15 g/L，pH 7；液体培养基：蛋白胨5 g/L、牛肉膏3 g/L、氯化钠5 g/L，pH 7。
金黄色葡萄球菌固体培养基：胰蛋白胨15 g/L、大豆蛋白胨5 g/L、氯化钠5 g/L、琼脂15 g/L，pH 7.30；液体培养基：胰蛋白胨17 g/L、大豆蛋白胨3 g/L、葡萄糖2.5 g/L、氯化钠5 g/L、磷酸氢二钾2.5 g/L，pH 7.30。
大肠杆菌固体培养基利用营养琼脂配制；液体培养基：胰蛋白胨10 g/L、酵母浸粉5 g/L、氯化钠10 g/L，pH 7。
茶多酚（纯度90%，含儿茶素70%） 上海金穗生物科技有限公司；葡萄糖、酵母浸粉、琼脂 哈尔滨市万太生物药品公司；葡萄糖、氯化钠、磷酸氢二钾天津市津东天正精细化学试剂厂。
AL-104型精密电子天平 常州万泰天平仪器有限公司；SHENAN灭菌锅 西化仪科技有限公司；DH3600电热恒温培养箱 成都启运通仪器有限公司；TG16-WS型高速离心机 常州市万合仪器制造有限公司；TU-1800紫外-可见光分光光度计 济南博鑫生物技术有限公司；高速匀浆机 德国IKA公司；TA.XT Plus型质构分析仪英国Stable Micro Systems公司；傅里叶变换红外光谱仪（Fourier transform infrared spectroscopy，FTIR） 美国珀金埃尔默公司；S-3400N扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM） 日本日立公司。
1.3.1 细菌纤维素水凝胶的制备与纯化
1.3.1.1 细菌纤维素水凝胶的制备
将冷冻保存的木醋杆菌接种到新的斜面固体培养基上，30 ℃恒温培养24 h。挑取斜面上长出的新菌落接种到液体种子培养基中，恒温静置培养12 h，以体积分数4%的接种量接入发酵培养基中，30 ℃恒温静置培养1 周。
1.3.1.2 细菌纤维素水凝胶的纯化以及处理
将培养后得到的细菌纤维素水凝胶用去离子水反复冲洗，以去除其表面残留的培养基与杂质。后将其浸泡在质量分数1%的NaOH溶液中，80 ℃恒温水浴2 h，并持续浸泡使水凝胶呈无色透明状，采用低浓度醋酸处理使其pH值至中性，得到实验所需细菌纤维素水凝胶。
1.3.2 细菌纤维素-茶多酚复合膜的制备
将细菌纤维素水凝胶裁剪成20 cm×20 cm的正方形，浸泡于一定质量分数的茶多酚溶液中，一定时间后取出，放入质量分数15%增塑剂（甘油）中浸泡1～2 s，迅速取出后，沥干表面多余液体，置于50 ℃恒温烘箱干燥至质量恒定。
1.3.2.1 不同茶多酚质量分数细菌纤维素-茶多酚复合膜的制备
将细菌纤维素水凝胶在4 ℃下浸泡于100 mL一定质量分数（0%、0.1%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）的茶多酚溶液中4 h，取出后沥干表面多余液体，置于50 ℃恒温烘箱干燥至质量恒定。
1.3.2.2 不同茶多酚浸泡时间细菌纤维素-茶多酚复合膜的制备
将细菌纤维素水凝胶在4 ℃下浸泡于100 mL质量分数为0.2%的茶多酚溶液中一段时间（0、2、4、6、8、10、12 h），取出后沥干表面多余液体，置于50 ℃恒温烘箱干燥至质量恒定。
1.3.3 细菌纤维素-茶多酚复合膜性能的测定
1.3.3.1 细菌纤维素-茶多酚复合膜抗菌性能测定
采用抑菌圈法来表明复合膜抗菌性能的强弱。将大肠杆菌、假单胞菌和金黄色葡萄球菌从固体斜面培养基接种到液体种子培养基中，37 ℃恒温培养一段时间制得种子液。吸取200 μL的种子液均匀涂布于固体平板培养基上。利用打孔器将实验所需不同组别的细菌纤维素膜制成直径为6 mm的小圆片，将其放置在平板中，每个平板放置3 个相同的细菌纤维素-茶多酚圆片，将其倒置在37 ℃下恒温培养24 h后，观察抑菌圈直径的大小，利用游标卡尺进行测量和记录。
1.3.3.2 细菌纤维素-茶多酚复合膜厚度的测定
将细菌纤维素-茶多酚复合膜裁成正方形（5 cm×5 cm）。任取5 张叠放在一起，取5 点用游标卡尺测其厚度，计算平均值。
1.3.3.3 细菌纤维素-茶多酚复合膜吸水率的测定
将（0.50±0.05）g的细菌纤维素膜在常温条件下浸入蒸馏水中，每隔2 h称其质量，直至质量恒定。将浸入水的样品取出后离心，称质量，记录吸水后样品的质量。干膜质量记为m 1 ，吸水后膜的质量记为m 2 。吸水率根据式（1）计算。
1.3.3.4 细菌纤维素-茶多酚复合膜水蒸气透过率的测定
采用拟杯子法测定水蒸气透过率。称取3 g无水氯化钙放入50 mL广口三角瓶中，将样品放在瓶口处，用石蜡将膜密封，通过杯质量的变化量间接反映水蒸气透过率，水蒸气透过率根据式（2）计算。
式中：Δm为水蒸气迁移量/g；S为膜的面积/m 2 ；t为测定时间/h。
1.3.3.5 细菌纤维素-茶多酚复合膜力学性能的测定
利用TA.XT Plus型质构仪对膜的拉伸强度和断裂伸长率进行测定。将膜裁成长10 cm、宽2 cm的长条，有效拉伸长度为50 mm，拉伸强度为5 mm/min。将膜系于拉伸探头（A/SPR）上，启动仪器，使探头慢慢将膜向上拉，直至膜断裂。
记录测试样品膜断裂时的最大张力F、伸长的距离S，每个材料样品做3 个平行实验 [16] ，按式（3）计算拉伸强度。记录测试样品膜断裂时的标线之间的距离L和断裂时膜被拉伸的长度ΔL，按式（4）计算断裂伸长率。
1.3.3.6 细菌纤维素-茶多酚复合膜透光率的测定
通过紫外-可见光分光光度计测定细菌纤维素膜的透光率，间接反映膜的透明度。将待测样品裁切成50 mm×12 mm的矩形状，贴于比色皿表面，在400～750 nm波长范围内测定其透光率，分辨率为50 nm。将样品紧贴比色皿内壁，以空气作为对照组进行测定。
1.3.4 细菌纤维素-茶多酚复合膜结构的测定
1.3.4.1 细菌纤维素-茶多酚复合膜微观结构的观察
使用S-3400N型SEM观察细菌纤维素膜的微观结构，使用电压为15 kV，观察前，利用离子溅射仪在干燥的样品表面喷10～15 nm的金层。在20 000 倍下观察膜的结构。
1.3.4.2 细菌纤维素-茶多酚复合膜分子结构的测定
利用FTIR对细菌纤维素膜的分子结构进行测定。将不同干燥方法制备的细菌纤维素膜裁剪成2 cm×2 cm的小方块后，充分干燥，取一定的样品研碎后与KBr混合压片，然后进行FTIR测定，波数范围为400～4 000 cm －1 ，分辨率4 cm －1 ，波数精度0.01 cm －1 ，扫描次数64 次，环境温度25 ℃，结合FTIR数据库对所得FTIR进行基团分析。
每个实验重复3 次，结果表示为 ±s；相关性分析具体选用Pearson相关分析中line模式；数据统计分析采用Statistix 8.1软件包中Linear Models程序进行；差异显著性分析使用Tukey HSD程序，以P＜0.05表示差异显著；采用SigmaPlot 11.0软件作图。
2.1.1 茶多酚质量分数对细菌纤维素-茶多酚复合膜抑菌性能的影响
肉制品在贮藏期间，腐败菌和致病菌的生长繁殖使其品质受到显著的影响，这些细菌主要包括：芽孢杆菌、假单胞菌、肠杆菌、沙门氏菌、李斯特氏菌、金黄色葡萄球菌和乳酸菌等 [17-19] 。本实验选择3 种均为肉中腐败菌和致病菌的指示菌：金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和假单胞菌，研究能抑制其生长的最低茶多酚质量分数的复合膜。
图1 茶多酚质量分数对细菌纤维素-茶多酚复合膜抑菌性能的影响
Fig. 1 Effect of tea polyphenol concentration on antibacterial properties of bacterial cellulose-tea polyphenol composite film
从图1可以看出，当质量分数相同时，茶多酚对这3 种菌的抑菌效果为假单胞菌＞大肠杆菌＞金黄色葡萄球菌，这表明不同菌种对茶多酚的受耐性不同。费燕娜等 [20] 在研究茶多酚对复合膜的抑菌性能中也验证了此观点。图1中针对同一菌种，当茶多酚质量分数为0%时，即纯的细菌纤维素膜并不具备抑菌活性。抑菌圈的直径随着茶多酚的升高而增加，与质量分数呈正相关。当茶多酚质量分数为0.1%时，抑菌圈直径并未有明显增加（P＞0.05），而当质量分数大于0.2%时，抑菌圈直径随茶多酚的加入显著增加（P＜0.05）。所以0.2%即为能有效抑制3 种肉源腐败菌生长的最低质量分数。在仪淑敏等 [21] 的实验中发现，茶多酚的加入使复合膜中假单胞菌中的碱性磷酸（alkaline phosphatase，AKP）酶和三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）酶均显著下降的同时也破坏了菌种的膜蛋白，而ATP酶又是细胞膜上的一种运输离子的蛋白酶，说明茶多酚的加入破坏了细菌细胞膜的同时打乱了细菌的生长代谢，从而使细菌生长得到抑制。
2.1.2 茶多酚质量分数对细菌纤维素-茶多酚复合膜力学性能的影响
图2 茶多酚质量分数对细菌纤维素-茶多酚复合膜力学性能的影响
Fig. 2 Effect of tea polyphenol concentration on mechanical properties of bacterial cellulose-tea polyphenol composite film
伸长强度和断裂伸长率分别代表复合膜的脆性和韧性。从图2中可以看出，细菌纤维素-茶多酚复合膜的拉伸强度随着茶多酚质量分数的增加而不断减小，断裂伸长率则正好与拉伸强度相反。茶多酚质量分数为0%时，拉伸强度为45.3 MPa，当质量分数为1.0%时，拉伸强度降为30.7 MPa，两者差异显著（P＜0.05）。断裂伸长率从初始的1.73%升至4.47%，虽呈上升趋势，但仍保持在5%以下。说明复合膜从低质量分数时的脆而弱变为高质量分数时的硬而强。其主要原因在于随着茶多酚质量分数的增大，茶多酚短链段占据了细菌纤维素膜内部的空隙，增加了纤维分子间间距，使聚合物分子内的氢键和化学键被破坏，分子间作用力的下降导致其拉伸性能减弱。随着茶多酚的持续加入，茶多酚分子链镶嵌在细菌纤维素结构内部使复合膜结构变得更加完整而紧密，纤维素大分子主链由于茶多酚小分子链段间的旋转而弯曲、蜷缩。当复合膜遇到外力拉伸时，弯曲状纤维素分子先伸直进而被拉长，所以复合膜断裂伸长率随着茶多酚质量分数增大而增大。
2.1.3 茶多酚质量分数对细菌纤维素-茶多酚复合膜透光率的影响
图3 茶多酚质量分数对细菌纤维素-茶多酚复合膜透光率的影响
Fig. 3 Effect of tea polyphenol concentration on light transmittance of bacterial cellulose-tea polyphenol composite film
由图3可知，茶多酚质量分数为0%、0.1%、0.2%时，复合膜在400 nm波长处的透光率分别为21.96%、21.13%、19.87%。当质量分数为0.4%时，400、500 nm和600 nm波长处的透光率分别为19.32%、23.68%和32.51%。从图3可以看出，不同茶多酚质量分数的复合膜透光率随着波长的增大而呈现上升的趋势；在相同波长下，复合膜的透光率随着茶多酚质量分数的升高而降低。这可能是由于随着茶多酚质量分数的增加，本身呈棕褐色的茶多酚颜色加深，促使复合膜颜色变深，导致了透光率的下降；另一方面，由于部分茶多酚未被细菌纤维素完全吸收，使经过干燥后的复合膜表面有颗粒状凸起，从而影响了光透过的强度 [22] 。因此，透光率也能说明两种混合分子结合效果的优劣，若混合分子材料间的结合性较差，则降低了共混材料的均一性，光在材料表面被反射而减少了光的透过率 [23] 。通过图3可以看出复合膜透光率随质量分数的增加下降并不明显，所以茶多酚的质量分数对复合膜透光率的影响并不大。
2.1.4 茶多酚质量分数对细菌纤维素-茶多酚复合膜厚度、吸水率和水蒸气透过率的影响
表1 茶多酚质量分数对细菌纤维素-茶多酚复合膜厚度、吸水率和水蒸气透过率的影响
Table 1 Effect of tea polyphenol concentration on thickness, water absorption, and water vapor transmission rate of bacterial cellulose-tea polyphenol composite film
注：同列肩标字母不同表示差异显著（P＜0.05）。下同。
由表1可以看出，与对照组即未添加茶多酚组相比，随着茶多酚质量分数的增加，吸水率和水蒸透过率显著下降（P＜0.05）。一方面是因为复合膜中所含的茶多酚分子占据了原有细菌纤维素膜的孔洞，使能容纳水分子和通过气体的孔洞间距变小，从而降低了水蒸气的透过率以及吸水性能；另一方面是因为复合膜网络空间结构增强，限制了起主导作用的纤维素分子链的柔性，使得水分子的渗透通路受阻。而当茶多酚质量分数为0.1%和0.2%时，复合膜的吸水率并没有显著性变化（P＞0.05），质量分数为0.2%和0.4%时，复合膜的水蒸气透过率也没有显著性变化（P＞0.05）。说明在这两种质量分数下，茶多酚的添加并未明显改变复合膜的网络结构。谢健健 [24] 在利用浸泡热干法制备细菌纤维素-纳米银复合膜的研究中发现，由于细菌纤维素膜原有结构遭到破坏，复合膜的吸水率以及水蒸气透过率显著低于细菌纤维素原膜，这与本研究结果相似。从表1可以看出，复合膜的厚度随着茶多酚质量分数的增大显著增加（P＜0.05）。这是由于茶多酚分子的引入增加了复合膜结构的网络交错，同时随着茶多酚质量分数的增加，也有未被纤维素吸收的茶多酚分子，经干燥后在膜表面凸起，也能导致厚度的增加。
2.2.1 浸泡时间对细菌纤维素-茶多酚复合膜抑菌性能的影响
通过抑菌圈实验确定细菌纤维素-茶多酚复合膜最佳的浸泡时间。从之前的实验结果可知，茶多酚对3 种细菌的抑菌效果为假单胞菌＞大肠杆菌＞金黄色葡萄球菌，因此选取抑菌能力最弱的金黄色葡萄球菌作为受试菌株。
图4 浸泡时间对细菌纤维素-茶多酚复合膜抑菌性能的影响
Fig. 4 Effect of soaking time on antibacterial properties of bacterial cellulose-tea polyphenol composite film
从图4可以看出，随着浸泡时间的延长，抑菌圈直径逐渐增大，尤其在2～4 h内，抑菌圈直径增长幅度大于浸泡初始阶段，4 h后变化不明显。大多植物源化合物是通过破坏菌体的细胞膜结构的完整性和酶系统进行抑菌 [25] 。茶多酚的添加严重破坏了菌体细胞膜结构的完整性，使得细胞内容物呈絮状外流，导致菌体死亡加速，从而达到抑菌的效果 [26] 。
2.2.2 浸泡时间对细菌纤维素-茶多酚复合膜力学性能的影响
图5 浸泡时间对细菌纤维素-茶多酚复合膜力学性能的影响
Fig. 5 Effect of soaking time on mechanical properties of bacterial cellulose-tea polyphenol composite film
从图5可以看出，当浸泡时间为0 h时，拉伸强度为46.73 MPa，断裂伸长率为1.76%，4 h后分别变为38.45 MPa和3.17%。在质量分数一定的情况下，随着浸泡时间的延长，拉伸性能呈下降趋势，一段时间后变化不明显，断裂伸长率的趋势则正好相反；两者均在4 h后呈稳定状态，变化不明显（P＞0.05）。其原因在于，随着茶多酚浸泡时间的延长，茶多酚短分子链段逐渐镶嵌进细菌纤维素长分子链段间，它的加入阻碍了细菌纤维素链段间的接近。由于细菌纤维素大分子在复合膜拉伸和断裂中起主导作用，茶多酚的加入破坏了细菌纤维素原本的结构，使得复合膜脆性增强，难以拉伸。复合膜的断裂伸长率随着浸泡时间的延长而增大，其原理与茶多酚质量分数相似。当浸泡4 h后，茶多酚短分子已经完全镶嵌进细菌纤维素中，拉伸强度和断裂伸长率不再受浸泡时间影响。
2.2.3 浸泡时间对细菌纤维素-茶多酚复合膜透光率的影响
图6 浸泡时间对细菌纤维素-茶多酚复合膜透光率的影响
Fig. 6 Effect of soaking time on light transmittance of bacterial cellulose-tea polyphenol composite film
从图6中可以看出，复合膜的透光率随着波长的增大而增大。在同一波长下，纯细菌纤维素膜的透光率最好，浸泡时间为2 h的复合膜质量分数次之，浸泡时间6、8、10 h和浸泡时间为4 h后的细菌纤维素膜的透光率几乎重叠，曲线难以分辨。这同吴艳等 [15] 的研究结果相似，其在探究茶多酚的添加量对聚乳酸-聚己内酯共聚物复合膜性能影响的实验中发现，茶多酚与共聚物的相互作用使共聚物结构分散均一，导致复合膜的透光率降低。而且浸泡时间对复合膜透光率的影响结果同茶多酚浸泡时间对复合膜力学、抑菌能力的实验结果的趋势相同。
2.2.4 浸泡时间对细菌纤维素-茶多酚复合膜吸水率、水蒸气透过率以及透光率的影响
从表2中可以看出，与纯细菌纤维素相比，吸水率以及水蒸气透过率随浸泡时间延长都呈现先下降后趋于平稳的趋势，厚度则呈现先增加后平缓的趋势。浸泡0、2、4 h后复合膜的吸水率、水蒸气透过率和厚度都出现显著变化（P＜0.05），而超过4 h后，复合膜的这几项指标并无明显变化（P＞0.05）。尽管茶多酚分子中有许多酚羟基能够吸收水分子促进复合膜的吸水作用，但茶多酚小分子能进入细菌纤维素大分子中使复合膜结构更加紧密，降低了吸水率并使水蒸气透过路径受阻 [27] 。当茶多酚浸泡时间一定后，嵌入纤维素网络结构中的茶多酚短链已经达到最大量，复合膜互相交错的结构已不再改变，其抑制水蒸气透过的能力达到最大限度，虽然仍然能够阻碍水蒸气的透过但变化不显著，厚度也不再增加。即在浸泡4 h后，茶多酚分子在复合膜中的数目恒定，对复合膜各个性能的影响不再变化，使得复合膜的性能趋于稳定。
表2 浸泡时间对细菌纤维素-茶多酚复合膜厚度、吸水率和水蒸气透过率的影响
Table 2 Effect of soaking time on thickness, water absorption and water vapor transmission rate of bacterial cellulose-tea polyphenol composite film
2.3.1 细菌纤维素-茶多酚复合膜微观结构的观察结果
图7 细菌纤维素-茶多酚复合膜微观结构的观察
Fig. 7 Microstructure of bacterial cellulose-tea polyphenol composite film
由图7可知，茶多酚的添加引起了细菌纤维素微观结构的改变，单一细菌纤维素膜中的纤丝网络稀松、孔洞较大，添加茶多酚后的复合膜比细菌纤维素膜纤丝排列更紧致、孔洞结构小而少，而且相对纤维素膜粗糙的表面，复合膜变得更为光滑、平整，但是依旧可以清晰观察到复合膜的网状结构。纤维素分子连接了类似大分子的颗粒，同时复合膜纤维变粗，这更能证明茶多酚小分子链段连接到纤维素大分子链段上。同时在干燥的过程中，茶多酚分子填充在纤维素网络间，导致复合膜结构更为紧致。在刘忠明等 [28] 对纳米纤维素/壳聚糖复合膜的研究中，通过对复合膜进行扫描电子显微镜分析发现，单一的壳聚糖膜断面光滑而清晰，随着纳米纤维素的添加，由于纳米纤维素更易于通过氢键与壳聚糖团聚在一起，致使复合膜逐渐变得紧密而伴有颗粒和褶皱，最后变得更加粗糙。
2.3.2 细菌纤维素-茶多酚复合膜的分子结构分析
图8 细菌纤维素膜和细菌纤维素-茶多酚复合膜的FTIR图
Fig. 8 Fourier transform infrared spectrum of bacterial cellulose and film bacterial cellulose-tea polyphenol composite film
分子间的相互作用会引起周围的电子密度及振动频率的改变，而这些改变在FTIR图中通过特征吸收峰的位置和强度等表现出来 [26] 。从图8可以看出，细菌纤维素的吸收峰，在3 400～3 250 cm －1 处为O—H特征吸收峰，2 960～2 870 cm －1 处为细菌纤维素中C—H特征吸收峰，1 000 cm －1 附近为纤维素糖环中C—O—C和C—O—H特征吸收峰。加入茶多酚后，3 400～3 250 cm －1 处的吸收峰面积变大，同时在1 600～1 400 cm －1 范围内苯环骨架特征吸收峰面积变大 [27] ，细菌纤维素-茶多酚复合膜依旧具有细菌纤维素的特征吸收峰，说明茶多酚的酚羟基进入纤维素的糖环中，细菌纤维素-茶多酚复合膜中确实有茶多酚分子的存在。
茶多酚的添加对复合膜的特性和结构的影响表明：随着茶多酚质量分数的增加及浸泡时间的延长，复合膜的抑菌圈直径、断裂伸长率和厚度增大，透光率、吸水率、水蒸气透过率和拉伸强度降低。当茶多酚质量分数为0.2%时，此为复合膜有效抑制3 种肉源腐败菌的最低添加量，同时兼具较好的复合膜其他性能；当浸泡时间超过4 h后，各指标均趋于稳定。茶多酚的添加使复合膜具有更好的抑菌能力；结构的测定证明茶多酚分子连接在细菌纤维素膜结构中，使复合膜机械性能得到提高，并有效地阻隔了食品与外界水蒸气的交换，避免食品受外界污染。本实验制备的细菌纤维素-茶多酚复合膜无毒无害、可降解，为食品界可食用膜的开发利用提供理论参考，具有广阔的市场前景。
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WANG Bo 1 , GONG Han 1 , CHANG Peng 1 , SHI Shuo 1 , XIA Xiufang 1, *, ZHANG Dongjie 2, *
(1. College of Food Science, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China;2. College of Food Science, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319, China)
Abstract: Bacterial cellulose-tea polyphenol composite films were prepared by soaking bacterial cellulose hydrogel in tea polyphenol solution and then thermally drying it. The optimization of tea polyphenol concentration and soaking time was done based on the antimicrobial activity, mechanical properties, light transmittance, water absorption, water vapor permeability and structure of bacterial cellulose-tea polyphenol composite films. Our aim was to obtain composite films with strong antibacterial activity and good flexibility. The results showed that the concentration of tea polyphenols was positively correlated with the antibacterial ability of the composite films. When tea polyphenol concentration was greater than 0.2%,the inhibition zone diameter was significantly changed (P ＜ 0.05), indicating strong antimicrobial activity. With increasing concentration of tea polyphenols, the tensile strength, light transmittance, water absorption and water vapor transmission rate declined gradually, while the elongation at break, thickness and flexibility increased. To cut down the cost of the composite film and at the same time not to affect its quality, the optimum concentration of tea polyphenols was determined to be 0.2%. All the parameters of the composite film changed with soaking time similarly as with tea polyphenol concentration; they did not change significantly (P ＞ 0.05) when soaking time exceeded 4 h. Four hours was therefore selected as the optimal soaking time. The cellulose-tea polyphenol composite film had a characteristic absorption peak of bacterial cellulose. Compared with the pure film, the composite film was more compact, closely linking tea polyphenols to bacterial cellulose molecules.
Keywords: bacterial cellulose; tea polyphenols; film properties; film structure
Properties and Structure of Bacterial Cellulose-Tea Polyphenol Composite Film
WANG Bo, GONG Han, CHANG Peng, et al. Properties and structure of bacterial cellulose-tea polyphenol composite film[J]. Food Science, 2018, 39(17): 229-235. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201817037.http://www.spkx.net.cn
文章编号： 1002-6630（2018）17-0229-07
引文格式： 王博, 巩涵, 畅鹏, 等. 细菌纤维素-茶多酚复合膜的特性及结构[J]. 食品科学, 2018, 39(17): 229-235. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201817037. http://www.spkx.net.cn
中图分类号： TS206.4
文献标志码： A
张东杰（1966—），男，教授，博士，研究方向为食品科学。E-mail：byndzdj@126.com
DOI: 10.7506/spkx1002-6630-201817037
*通信作者简介： 夏秀芳（1973—），女，教授，博士，研究方向为畜产品加工。E-mail：Xxfang524@163.com
基金项目： 黑龙江应用技术研究与开发计划重大项目（GA15B302）；黑龙江省科技厅国家项目省级资助课题（GX16B007）
第一作者简介： 王博（1992—），女，硕士研究生，研究方向为畜产品加工。E-mail：wangbo9214@163.com
（1.东北农业大学食品学院，黑龙江 哈尔滨 150030；2.黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江 大庆 163319）
收稿日期： 2017-04-15
摘 要： 采用浸泡热干法制备细菌纤维素-茶多酚复合膜，通过测定复合膜的抑菌性能、力学性能、透光率、吸水率以及水蒸气透过率和结构的变化，确定茶多酚的最适添加质量分数和浸泡时间，探究细菌纤维素-茶多酚复合膜的特性及结构，以期得到具有抑菌性强、柔韧性好等特点的复合膜。结果表明：茶多酚质量分数同复合膜的抑菌能力呈正相关，茶多酚质量分数大于0.2%时。抑菌圈直径开始产生明显变化（P＜0.05），表现出对受试菌种较强的抑菌能力。随着茶多酚质量分数的增加，复合膜的拉伸强度、透光率、吸水率以及水蒸气透过率有所下降，断裂伸长率和厚度逐渐增加，复合膜变得更加柔韧。从降低生产成本以及对复合膜品质影响较低的角度考虑，确定最适茶多酚质量分数为0.2%。随着浸泡时间的延长，复合膜各项指标的变化均同茶多酚质量分数对复合膜的影响趋势相同，但当浸泡时间超过4 h后，各项指标趋于平缓，变化不再明显（P＞0.05）；因此选择4 h为最佳浸泡时间。细菌纤维素-茶多酚复合膜具有典型细菌纤维素的特征吸收峰，茶多酚分子存留在细菌纤维素膜内部的同时紧密地连接在细菌纤维素上，且质地均匀。