茶多酚活性膜的制備及應用進展

魏梓晴，王阿利，黃桂東，黃珍金，王子謙，蔣木培，鐘先鋒*

（1.佛山科學技術學院食品科學與工程學院，廣東 佛山 528231；2.廣東省傳統發酵食品工程技術研究中心，廣東 佛山 528231；3.廣東省食品流通安全控制工程技術研究中心，廣東 佛山 528231；4.佛山市釀造工程技術研究中心，廣東 佛山 528231；5.佛山市農業生物制造工程技術研究中心，廣東 佛山 528231）

茶多酚（tea polyphenols，TP），又名茶鞣質或茶單寧，是一種天然的食品添加劑和保鮮劑。茶多酚的主要成分是兒茶素、花青素、黃酮和酚酸，其中兒茶素含量最多，約占總量的60%～80%，是最重要的功能性成分之一。眾所周知，茶多酚具有抗炎、抗癌、預防心腦血管疾病等保健功能[1-2]，除此之外，茶多酚在食品保藏領域表現出良好的抗氧化和抗菌能力，對食品有明顯的保鮮和防腐作用。同時，茶多酚作為一種從植物中提取的天然物質，滿足當前食品行業及大眾對綠色健康食品理念的要求，因此茶多酚在食品保藏領域有著較好的應用前景。

近幾年，天然保鮮劑在食品包裝行業得到極大重視，其憑借安全無毒、抗菌能力強、可降解、作用范圍廣等優勢正逐步展現出取代傳統化學添加劑的趨勢。目前，許多國際添加劑生產公司推出的綠茶提取物、竹子提取物等已被作為包裝材料中化學物質的替代品[3]。與此同時，天然保鮮劑與載體結合制備成的活性包裝被認為是當前最有前景的包裝技術之一，它能從根本上解決微生物對食品的侵害，保證食品質量和人體健康，具有健康與環保的雙重特點，因而得到科學界和商業界的廣泛關注[4]。

本文重點探究了以茶多酚作為天然保鮮劑制成活性包裝膜的研究進展，進一步闡述了茶多酚活性膜在食品保藏領域的應用及相關機制，并對目前存在的問題及未來發展方向進行展望，以期為將來茶多酚活性膜的生產及應用提供參考。

1 茶多酚活性膜的制備

1.1 茶多酚的提取及純化工藝

茶多酚通常來源于茶葉，我國自20世紀80年代初就開始對茶多酚進行提純和開發利用，至今已發展出多樣的提純技術。茶多酚提取純化的工藝不同，其純度也有所差異，主要的提取純化方法[5-6]如表1所示。

表1 常用的茶多酚提取純化工藝及優缺點Table 1 Extraction and purification of tea polyphenols and their advantages and disadvantage

經大量試驗表明，單一的提取方法在提取效率、茶多酚純度、產物得率等方面并不理想，目前越來越多的研究將多種提取技術結合應用于茶多酚提取，并取得了良好的效果。Luo等[7]采用超聲波輔助-深共晶溶劑的方法提取富硒綠茶粉末中的總酚，以氯化膽堿-甘油作為最佳提取劑，得出最佳工藝條件為固液比 1∶36（g/mL），超聲功率 461.5 W，超聲時間 21 min，總酚含量達（243±7）mg/g，比優化前提高了13%，并且此提取方法有萃取能力強，省時、環保等優點。龔新懷等[8]采用離子液體輔助乙醇/硫酸銨雙水相系統提取茶渣中的茶多酚，最佳的提取工藝為氯化1-丁基-3-甲基咪唑質量分數10%，硫酸銨質量分數30%，乙醇體積分數 60%，料液比 1∶40（g/mL），超聲功率 540 W，最終茶多酚得率為（85.31±1.25）mg/g。

1.2 茶多酚活性膜的制備方法

茶多酚自身具有良好的抗氧化性和抗菌性，與具有不同功能的物質復配制成茶多酚活性膜，可以達到協同增效，延長保鮮時間的作用。制備茶多酚活性膜的方法較多，如直接添加法、改性法、復合法等。

1.2.1 直接添加茶多酚法

直接添加法是將茶多酚添加到成膜基質中，使分子間相互作用成網狀結構，同時具有抑菌、抗氧化等功能特性。此方法制備活性膜需要增塑劑、乳化劑（如海藻酸鈉）等措施促進生物聚合物的溶解度，再在所需的溫濕度條件下澆鑄、干燥，通過浸泡、噴涂、包裹等方式應用在食品上。已有研究證實，將茶多酚添加到蛋白質、細菌纖維素、殼聚糖中制成的可食用膜，不僅環保，還可增加膜的強度，不同程度地提高了膜的抗氧化性和抗菌性[9-12]。這是因為茶多酚存在大量酚羥基，可作為交聯劑改善大分子物質拉伸強度低、水蒸氣透過率高等弊端[13]，從而提高膜性能。Yuan等[14]研究發現，1%～2%茶多酚與海藻酸鈣結合而成的藻酸鹽-多酚膜比藻酸鹽膜有更強的機械、物理性能，并且隨著茶多酚含量的增加，薄膜的抗氧化性也隨之增加，與對照組相比，含5%茶多酚的藻酸鹽薄膜的DPPH和ABTS+自由基清除能力分別提高7倍和41倍。Paj?k等[15]分別用含有綠茶和白茶提取物的淀粉薄膜與聚乙烯膜包裹蘋果片，發現這種含有抗氧化劑的淀粉基薄膜更能抑制蘋果片在保藏過程中失重、褐變、抗氧化活性及酚類化合物含量的降低。

1.2.2 茶多酚-納米改性法

近年來，納米與茶多酚結合制備成茶多酚-納米改性膜的效果較佳。已有研究表明，將納米復合物添加在包裝材料里可以很好地改善膜性能[16]。納米粒子作為載體具有改善聚合物溶解性和穩定性的特點，搭載茶多酚等活性物質可以最大化地發揮其功效。對于親水性的成膜基質及添加物而言，其透濕性過強不利于食品長期保鮮，而納米粒子可以與其中的氫鍵結合形成致密的網狀結構，顯著提高阻氣阻濕性能[17]；對于疏水性的成膜基質及添加物而言，這類物質的添加通常會在膜基質中產生空隙、空洞等結構，影響膜的力學性能及阻隔性，而納米粒子可以作為填充劑改善這一現象[18]。常用的納米粒子有納米二氧化硅、納米二氧化鈦、納米蒙脫土等。Chen等[19]將蒙脫土、茶多酚添加到聚乙烯醇基中，蒙脫土的添加使薄膜的疏水性、氣阻性得到改善，0.5%的茶多酚使其抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的能力提升了近5倍。此外，還有研究直接混合兒茶素和明膠制備納米顆粒，不僅可以保護兒茶素不被氧化，還可抑制蛋白酶對明膠的降解作用，是一種有效的抗氧化劑載體[20]。有研究報道，添加0.01%微膠囊化的茶多酚納米微粒與添加0.05%茶多酚抑制脂肪氧化的效果相近，同時微膠囊化還掩蓋了茶多酚自身的氣味，其穩定性有所提升[21]。江南大學發明的含有茶多酚-殼聚糖納米粒的抗氧化明膠膜和含有茶多酚納米脂質體的抗氧化明膠膜與普通的明膠膜比清除自由基的能力提高了2倍～5倍[22-23]。由此可以看出，茶多酚納米顆粒技術除了可以發揮其功能外，還能優化自身的不足，進而有更廣闊的應用范圍，在食品保藏和醫藥保健領域有十分廣泛的發展前景[24]。

1.2.3 茶多酚-塑料復合法

茶多酚與一些高分子聚合物通過某種方法進行復合，使塑料具有一定的抗氧化和抗菌能力，進而拓展了其應用范圍。同時，研發新的功能型復合材料已成為當前的研究熱點。Lopez等[25]開發出一款茶多酚-乙烯乙烯醇共聚物復合膜，茶多酚的添加改善了膜在中低相對濕度下氧氣、水阻隔性能差的問題，并提高了熱穩定性。Castro等[26]研究發現，2%的兒茶素使聚丙烯薄膜的熱氧化穩定性提高6倍，增塑劑聚乙二醇嵌段共聚物[poly-（propylene glycol）-block-poly（ethylene glycol）-block-poly-（propylene glycol），PPG-PEG-PPG]的使用更利于茶多酚中兒茶素、沒食子酸等物質的釋放。然而，難降解塑料材料引發的環境問題致使國內外研究的熱點聚集在可生物降解材料上，而這類聚合物往往都有拉伸性低、阻隔性差等問題[27]，需要改良劑進行優化，其中茶多酚就是一種高效、安全的改良劑。陳晨偉等[28]研究表明，茶多酚的加入克服了聚乙烯醇膜耐水性差、熱穩性低的缺點，使其具有抗氧化性，且改性后的聚乙烯醇膜可作為塑料復合膜內層或中間層應用于易氧化食品的包裝[29]。Martins等[30]將綠茶提取物與聚乳酸結合起來，改善了聚乳酸水蒸氣阻隔性高的問題，并且發現低濃度含量的茶多酚-聚乳酸膜對煙熏鮭魚的脂質氧化有抑制作用。改良后的可生物降解膜在一些應用上有代替合成聚合膜的潛力。

2 茶多酚活性膜在食品保藏中的作用機制及應用

2.1 茶多酚的作用機制

茶多酚具有多種生理活性，如抗氧化、抗癌、提高免疫力、抗輻射、抑菌等，在食品保藏中應用到的主要是抗氧化和抑菌功能。

抗氧化能力是植物活性成分抗菌的基礎。茶多酚是一種苯環上含有大量羥基的化合物，羥基氫較為活潑，具有較強的供氫能力，氫離子可以競爭性地與不飽和脂肪酸爭奪活性氧，還能與脂肪酸自由基結合形成氫過氧化物，阻止脂肪酸生成新自由基，從而中斷脂質氧化過程。有多項研究表明，茶多酚是超氧陰離子、過氧自由基、單線態氧等生理活動產生的活性氧的有效清除劑[31-32]。同時，帶有羥基和羧基的酚類化合物可以結合促脂質氫過氧化物分解的金屬離子（鐵、銅等），形成不可溶的絡合物，減少金屬離子對脂肪氧化的催化作用。此外，茶多酚的活性羥基還可以通過氫鍵與蛋白質結合，抑制脂氧化酶等促自由基生成酶活性，誘導過氧化物酶等抗氧化酶的活性[33]。

茶多酚對近百種細菌均有抑制作用，如金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、肉毒桿菌、沙門氏菌等，是一種良好的廣譜抑菌劑。當前普遍認為茶多酚的抗菌機制與細胞水平上的多種作用位點有關。茶多酚中的·OH基團通過氫鍵與細菌細胞膜中脂質雙層的親水性末端結合以聚集膜脂質，使膜結構破壞，引起細胞內堿性磷酸酶、蛋白質等營養物質的損失或電子的離域化，導致細菌去極化，從而降低了跨膜的pH梯度和腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）含量，打破細菌正常的能量代謝，抑制細菌的生長繁殖[3，34]。除此之外，多酚類物質可通過抑制DNA、RNA的合成，降低細胞遺傳物質的表達來起到抗菌的作用，兒茶素還可抑制DNA促旋酶等酶類的活性[35-36]。對于茶多酚在微生物能量代謝、抑制遺傳物質合成等方面的抗菌機理還有待進一步深入的研究。

2.2 茶多酚活性膜的應用

2.2.1 肉類

肉及肉制品營養豐富，在加工貯藏期間主要受蛋白、脂肪氧化、微生物污染等因素影響，引起色澤、嫩度等變化，從而降低其新鮮度及感官品質，甚至影響食品的安全性。茶多酚作為一種既可殺菌又能抗氧化的天然物質，應用在肉制品上可以很好地兼顧安全性和功效。

貨架期間的肉制品大多受自動氧化的影響，可導致連續的自由基鏈反應。脂肪的自動氧化、蛋白氧化及茶多酚作用途徑如圖1所示[37-38]。

圖1 脂肪的自動氧化、蛋白氧化及茶多酚作用途徑Fig.1 Automatic oxidation of fat，protein oxidation and action of tea polyphenols

茶多酚結構中的酸性羥基可以作用在鏈引發階段的自由基，形成斷鏈型抗氧化劑，也可作用在鏈增殖階段生成的脂自由基和烷氧自由基，防止不飽和脂肪酸的進一步氧化。肉制品蛋白質含量豐富，氧化機制與脂質氧化相似，但過程更復雜。茶多酚除了可以消除自由基外，還可以與氧氣結合，降低蛋白質與氧氣的接觸量，減緩蛋白質氧化的反應進程。楊濤等[39]將2.0 g/100 mL茶多酚與0.10 g/mL海藻酸鈉混合制成的可食用膜用于羊肉保鮮，處理組的感官指標始終處于較高水平，減緩了pH值的增長速度，在第20天時才進入次鮮肉階段，持水力仍維持在59.2%。Zhou等[40]使用添加了茶多酚的殼聚糖復合膜包裝冷鮮肉，發現在貨架期內復合膜維持了肉的色澤度，抑制了菌落總數的增長，將貨架期延長了3 d～5 d，類似的方法應用在熟的豬肉香腸中也取得了較好的效果[41]。

2.2.2 果蔬類

果蔬中含有豐富的維生素、碳水化合物等營養物質，采后仍進行生理活動，若存貯不當極易遭受機械損傷和微生物污染，致使其腐爛變質，影響品質。茶多酚與各種聚合物基質結合形成活性膜可用于果蔬的保藏，這層活性膜具備一定的阻水性和氣體阻隔性，可降低果蔬呼吸作用，抑制水分蒸發，有效切斷微生物的入侵和生長，可消除活性氧，對果蔬有顯著的保鮮效果。李作美等[42]用制得的茶多酚保鮮劑涂抹在庫爾勒香梨表面，發現涂膜組顯著地抑制了香梨可滴定酸、多酚氧化酶、可溶性固形物的減少。Lan等[43]用流延法制備茶多酚-聚乙烯醇薄膜用于草莓保鮮，可以明顯降低草莓的呼吸速率，維持含水量，抑制有機酸的消耗，具有顯著延長貨架期的潛力。茶多酚的還原性較強，對葉綠素、胡蘿卜素等天然色素有穩定作用，類似的研究在冬棗、青椒中已有報道[44-45]。目前，茶多酚-納米改性膜只處于理論階段，真正用于果蔬中的研究很少，納米作為近年研究熱點之一，應加大在果蔬方面的研究。

2.2.3 水產品

水產品具有高蛋白、低脂肪的特點，收獲期較集中，離水后極易氧化酸敗、受到微生物污染，貨架期較短，且傳統單一的貯藏方式效果不佳，因此急需探尋其他安全、高效的新途徑。目前，茶多酚活性膜在水產品中的應用以涂膜為主。Cao等[46]用浸漬法處理羅非魚片，結果表明茶多酚-明膠膜可以抑制氣單胞菌和假單胞菌的生長，進而減緩尸胺、腐胺的生成，使保質期延長6 d，類似的方法在干魷魚中也有研究[47]。茶多酚與其他生物保鮮劑復合可以發揮協同增效的作用，使效果發揮最大化。Li等[48]將茶多酚與殼聚糖結合制成涂膜，明顯抑制了貯藏期間大黃魚的揮發性鹽基氮含量的增加，減少了ATP的降解，對脂質氧化有較好的抑制作用，將貨架期延長了8 d～10 d。有研究報道，茶多酚-殼聚糖復合膜能有效抑制石斑魚魚肉中微生物滋長，抑制了蛋白質變性，且保鮮效果優于膠原蛋白-殼聚糖復合膜[49]。武嬌等[50]研究了原位合成納米SiOx/溶菌酶/茶多酚/殼聚糖復合涂膜對冷藏海鱸魚魚片保鮮品質的影響，發現此涂膜保持了良好的感官性能，到達菌落總數可接受限量值的時間比未處理組延長了 10.5 d，減緩了 ATP、總膽汁酸（total bile acids，TBA）的增加。由此看出，茶多酚對水產品的保鮮主要體現在抑制了水產品中氧化酶活性，進而抑制蛋白質和脂肪分解；提高了抗氧化酶活性，降低了三甲胺、揮發性鹽基氮的生成；有良好的抑菌作用，對假單胞菌屬、霉菌、酵母菌等均有一定的抑制作用。

3 總結與展望

茶多酚被列入食品中的天然抗氧化劑后，在基礎研究和應用領域已取得了較大的進展，特別是茶多酚活性膜具備滿足當前大眾對產品包裝安全天然、無毒環保的要求，其研究和應用具有良好的發展前景。食品的種類繁多，個體差異大，因此需要根據食品的特性制備不同類型的茶多酚活性膜。目前，茶多酚活性膜在研究過程中還存在一些問題：（1）高純度的茶多酚價格較高，許多提取技術無法用于大規模的提取生產，將來投入實際應用也是一大挑戰。（2）茶多酚的穩定性較差，自身容易氧化，會影響抗氧化效果，因此，應當進一步研究在活性膜制備過程中如何提高茶多酚的穩定性，評測制備的活性膜的穩定性，為活性膜在食品中更好地應用夯實基礎。（3）與其他物質或材料復合改性時需考慮其安全性和適用性，避免所選材料明顯抑制茶多酚功效。（4）茶多酚抑菌機制的研究還不夠深入，與其他保鮮劑的增效效應仍需進一步探究。