基于復合膜技術的中藥鮮藥保存研究*

廖衛波 王亞敏 虞金寶 戴迪 李晶

（江西省中醫藥研究院 南昌330046）

1 儀器與材料

1.1 儀器 JB50-D型增力電動攪拌機（上海標本模型廠）,BZF30型真空干燥箱、BG2-70型電熱鼓風干燥箱（上海博訊實業有限公司）；電子數顯千分尺0～25 mm（桂林廣陸數字測控股份有限公司）；DZKW-S-4型電子恒溫水浴鍋（北京市永光明醫療儀器有限公司）；85-2型數顯恒溫磁力攪拌器（濟南歐萊博科學儀器有限公司）；TA-XT2i物性測試儀（英國stable Micro Systems公司）；ML-T型萬分之一分析天平（METTLER TOLEDO公司）。

1.2 材料 PUL、殼聚糖、明膠、海藻酸鈉（蘇州福萊德生物科技有限公司）；甘油（廣州嘉德樂生化科技有限公司）；食品級氯化鈣（濰坊迪拜爾化工有限公司）；PEG-400（天津市福晨化學試劑廠）；魚腥草采于江西省南昌縣,除去雜質,洗凈備用。

2 實驗方法

2.1 復合膜的制備

2.1.1 成膜材料的篩選 以PUL、殼聚糖、明膠、海藻酸鈉的單一物質或復合物料為成膜材料,以成膜性為考察指標進行篩選,優化獲得涂膜效果顯著的涂膜劑,并采用分組對照法,制備成膜液。分別稱取適量（約2 g）PUL、殼聚糖、明膠、海藻酸鈉及增塑劑適量充分溶解在25～30℃的100 ml蒸餾水中,用磁力攪拌器攪拌至充分溶解,在0.01～0.09 MPa真空脫氣10 min。成膜溶液傾倒在聚丙乙烯培養皿中,置于通風櫥中室溫風干8～10 h或在烘箱中60℃烘干后成膜,觀察其成膜性。

2.1.2 膜處方優化 通過單因素實驗考察不同質量濃度的PUL、甘油、氯化鈣（CaCl2）對鮮藥失水率的影響,以確定各參數范圍,為進一步優化提供依據。各單因素實驗設計如下:PUL設1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%共5個梯度；甘油設0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%共5個梯度；CaCl2設0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%共5個梯度,每個梯度重復3次試驗。在單因素實驗的基礎上,采用3因素3水平的Box-Behnken設計優化處方,設計包括重復實驗的中心點和一系列多維試驗點,確定復合膜處方。失水率測定:將配制好的涂膜液濃縮至原體積的一半,鮮藥（鮮魚腥草）分別浸泡于其中1～2 min,取出自然晾干后裝入聚乙烯保鮮袋中并稱重,將保鮮袋敞口置于恒定溫度為30℃的干燥箱中,干燥一定時間后稱重,測定失水率（W）,失水率在10%左右。每個測定重復3次,取平均值。失水率計算公式:W=（m0-m1）/m0×100%。W為失水率,m0為初始質量,m1為失水后質量。

2.2 復合膜性質考察

2.2.1 復合膜膜厚度測定 根據GB/T6672-2001《塑料薄膜和薄片厚度測定機械測量法》[7],用測厚儀對每張復合膜的厚度進行測定,均勻取9個點（其中1個點必須為復合膜的中心點）,取平均值作為復合膜的厚度值。

2.2.2 復合膜拉伸強度（TS）和斷裂伸長率（E）測定根據ASTMD 882-01法,采用物理測試儀測定TS與E[7],將所制備的膜裁剪成10 mm×50 mm大小,測試條件:引拉速度設置為1 mm/s,觸發力設置為5 g。計算公式:（1）TS（單位:MPa）=F/S；F為最大拉力（單位:N）；S為剪切面積（單位:m2）,平行進行3次試驗,取平均值。（2）E =（L1-L0）/L0×100%。L0為剪切長度（單位:mm）,L1為最大拉伸長度（單位:mm）,平行進行3次試驗,取平均值。

例如，在教學六年級下冊“數學好玩”一課中，當教師讓學生繪制學校平面圖時，學生就會拿上紙筆在課前觀察校園，思考怎樣將校園變成紙上的平面圖。學生思考實踐“變”的過程就是一種對生活資源探究和思考的過程，這一行動本身就是對數學生活、生活數學的再思考。我們都知道我們生活中的場所以及場所的建筑物的構成和規劃都是先有設計，在紙上畫平面圖紙，最后實施的過程，學生學習數學的過程就是這一過程的再現。

2.2.3 復合膜水溶性測定 取剪裁成2 cm×2 cm規格的PUL復合膜樣品,置于盛滿30℃水的燒杯中,能發現復合膜緩慢蜷縮逐漸分散于水中,一段時間后陽光下觀察到水中顆粒或片狀消失時為本實驗溶水時間的終點,記錄樣品溶解的時間。

2.3 復合膜保鮮效果測定 將魚腥草隨機分為四組,每組3份,每份10株,按以下方法處理。（A）復合膜保鮮:將鮮藥浸泡于配制好的涂膜液中1～2 min,自然晾干后裝入聚乙烯保鮮袋中,置于溫度為（25±0.5）℃、濕度70%的條件下敞口貯藏。（B）自然貯藏法:將鮮藥直接裝入聚乙烯保鮮袋中,置于溫度為（25±0.5）℃、濕度70%的條件下敞口貯藏。（C）薄膜密封法:將鮮藥直接裝入聚乙烯保鮮袋中,置于溫度為（25±0.5）℃、濕度70%的條件下密封貯藏。（D）低溫冷藏法:低溫（5±2）℃貯藏。測定褐變率、腐爛率與失重率。褐變率（%）=褐變數/總數量×100%。腐爛率（%）=腐爛數/總數量×100%。失重率計算公式:W=（m0-m1）/m0×100%,m0為保鮮措施前質量（單位:g）；m1為保鮮措施后質量（單位:g）。

3 結果

3.1 不同成膜材料成膜性能比較 前期實驗發現,復合膜成膜材料中以單一成膜材料所制備的復合膜其成膜性及膜性能方面均不理想,以PUL為骨架材料,加入殼聚糖或明膠等復合成膜亦未達到理想要求。所以最終選擇以甘油和CaCl2作為普魯蘭基質膜的復配劑。甘油為常用的保濕劑,Ca2+亦具有抗菌作用[5]。見表1。

3.2 PUL、甘油、CaCl2單因素試驗結果 由單因素考察結果可知,鮮藥失水率隨著PUL質量濃度的增加呈先降后升之勢,在3.0%左右達到谷值；隨著甘油質量濃度的增加失水率依然先降后升,提示實驗優化時甘油質量濃度設置在1.0%～2.0%,且添加2.0%甘油后膜成型性下降；CaCl2在一定程度增強了膜的韌性和附著能力,其質量濃度在＞0.5%之后失水率有所上升,因此實驗優化中CaCl2質量濃度設置在0.5%左右。見圖1。

圖1 PUL、甘油、CaCl2單因素試驗結果

3.3 Box-Behnken設計實驗結果

3.3.1 Box-Behnken設計因素水平及結果 在單因素考察結果的基礎上,選擇PUL（A）、甘油（B）和CaCl2（C）為考察因素,以失水率（Y）為指標,采用3因素3水平的Box-Behnken設計優化處方,設計包括重復實驗的中心點和一系列多維試驗點。因素水平見表2,試驗結果見表3。

表2 Box-Behnken設計因素水平

表3 Box-Behnken設計試驗結果

3.3.2 指標回歸方程的擬合 使用Design-Expert8.0.6.1軟件對表3數據進行擬合分析,以Y為指標進行多元線性回歸和二項式方程擬合。Y用二項式回歸最優,其二次多元回歸方程分別為Y＝10.76+0.51A+0.10B+ 0.11C-0.52AB+0.18AC+0.46BC+0.68A2+0.38B2+0.67C2（R2＝0.887 2,P＜0.013 1）。

3.3.3 方差分析和顯著性檢驗 擬合方程的相關系數說明該模型擬合程度良好,可對復合膜處方進行分析和預測。模型Y中PUL的一次項、二次項,CaCl2二次項、PUL與甘油的交互項都達到顯著水平（P＜0.05）,其他項不顯著。刪除不顯著項,得到的簡化方程為Y＝10.76+0.51A-0.52AB+0.68A2+ 0.67C2（R2＝0.887 2,P＜0.013 1）。回歸系數的顯著性檢驗見表4。

表4 二次項回歸方程系數顯著性檢驗

3.3.4 效應面分析與優化 使用Design-Expert8.0.6.1軟件,根據回歸方程分析結果,選擇對各指標有顯著影響的2個因素,另一因素設為中心點值,做出相應的曲面圖。見圖2。

圖2 各因素對響應值影響的三維效應曲面圖

3.3.5 優選處方的預測與驗證采用Design-Expert 8.0.6.1實驗軟件,按Y最小值設定目標,得到的優選處方條件為A＝2.3%,B＝1.1%,C＝0.62%,即膜處方比PUL:甘油:CaCl2為2.3:1.1:0.62,按該處方制備復合膜并測定指標。實測量值和預測值分別為（10.61±0.43）%與10.55%,實測量值和預測值接近,表明該模型預測性良好。

3.4 復合膜性質

3.4.1 復合膜膜厚度測定結果 將PUL復合膜從聚丙乙烯培養皿中揭下,測定膜厚度為0.18～0.20 mm。

3.4.2 不同甘油、CaCl2濃度對復合膜拉伸強度和斷裂伸長率的影響 在最優處方的基礎上,固定PUL和CaCl2的加入量,加入不同量0.5%、1.0%、1.1%、1.5%、2.0%的甘油,復合膜拉伸強度在降低,而斷裂伸長率增大。固定PUL和甘油的加入量,加入不同量0%、0.30%、0.62%、0.80%、1.00%的CaCl2,其拉伸強度和斷裂伸長率均有所提高。見圖3。

圖3 不同甘油、CaCl2濃度對復合膜拉伸強度和斷裂伸長率的影響

3.4.3 不同甘油、CaCl2濃度對復合膜溶水時間的影響 在最優處方的基礎上,固定PUL和CaCl2的加入量,復合膜的溶水時間隨著甘油加入量的增多而減少,最優處方所制備復合膜的溶水時間為（56.8±3.1）s。而CaCl2則對復合膜的溶水時間影響不大,最優處方所制備復合膜的溶水時間為（54.6±2.3）s。見圖4。

圖4 不同甘油、CaCl2濃度對復合膜溶水時間的影響

3.5 不同保存方式對魚腥草的保鮮效果 新鮮的魚腥草隨著時間的延長,葉子顏色逐漸變暗,并出現大量的黑斑,略帶霉味,促使腐爛加快,長期存放依然存在呼吸作用,呼吸強度越高,衰老的速度越快,魚腥草褐變出現的時間越早；密封保存在一定程度上會加速腐爛；而復合膜能較好地抑制魚腥草的褐變。采用不同保存方式保存魚腥草,其保鮮效果的優劣次序為低溫冷藏法（D）＞復合膜保鮮（A）＞薄膜密封法（C）＞自然貯藏法（B）。見表5。

表5 不同保存方式對魚腥草保鮮效果

4 討論

鮮藥在中醫臨床上治療疑難雜癥、危急重癥解毒外治等方面具有特殊性,有較高的應用價值,但因其難以保存,應用受到極大限制,且鮮藥貯藏保鮮技術在國內外研究報道相對較少[9～10]。本研究借鑒復合膜在果蔬保鮮方面的技術和理論[11～12],將其運用到中藥保鮮領域,進行了初步探究。研究以最優處方2.3%（g/ml）PUL,1.1%（g/ml）甘油,0.62%（g/ml）CaCl2（復合膜處方比PUL:甘油:CaCl2為2.3:1.1:0.62）所制備PUL復合保鮮膜能較好減少水分的散失,起到保鮮作用。通過測定魚腥草各貯藏時間內褐變率、腐爛率、失重率的評價指標,得出PUL復合膜能較好地抑制魚腥草褐變,降低腐爛率及失重率,對魚腥草有較好保鮮效果的結論。然而對于其化學成分是否發生變化仍需做進一步的研究。本研究將多糖復合膜保鮮技術應用于鮮藥保鮮,為中藥鮮藥保鮮提供了參考與借鑒。