紫蘇葉保鮮紙袋的研制及其基本性能分析

劉明華，張秀玲，肖曼玉，汲 潤

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030）

紫蘇（Perilla frutescens（L.） Birtton）別名桂荏、紅蘇、赤蘇等，具有獨特的芳香氣味，為一年生草本植物，屬唇形科紫蘇屬，主要分布于中國、韓國、日本和越南等東南亞國家和地區(qū)[1-3]。作為我國常食蔬菜及傳統(tǒng)中草藥，紫蘇在我國己有2000多年的栽培歷史，現(xiàn)階段，主要有藥用、油用、工業(yè)、食用、香料等方面的用途[4]。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)表明，紫蘇葉中富含多種活性功能成分，例如迷迭香酸、類胡蘿卜素、紫蘇醛、紫蘇酮等[5-7]。當(dāng)前，國內(nèi)外學(xué)者大多關(guān)注于這類活性物質(zhì)的提取及加工，在紫蘇葉片本身保鮮領(lǐng)域卻鮮有報道。紫蘇葉組織細(xì)胞中含有大量的水分和活性很強的酶類，采摘后仍不斷進(jìn)行生命活動。同時紫蘇鮮葉采摘相對集中，具有表面積大、厚度薄等特點，在貯運和銷售過程中易因呼吸作用強、水分蒸發(fā)過快出現(xiàn)黃化、枯萎發(fā)黑；且紫蘇鮮葉較易受到機械損傷，破損后易因微生物滋生造成腐爛變質(zhì)，使得遠(yuǎn)距離運輸存在困難[8-9]。因此，在順應(yīng)市場對紫蘇葉需求的前提下，探索新型保鮮方式，實現(xiàn)由采摘到零售的遠(yuǎn)距離運輸對于紫蘇葉的發(fā)展具有重要意義。

目前，國內(nèi)外果蔬包裝常用材料主要包括聚乙烯塑料、保鮮膜、保鮮紙袋、保鮮劑以及功能性瓦楞紙箱等。其中紙張與紙板作為安全環(huán)保型包裝材料，廣受消費者青睞。功能性保鮮紙袋是在原有紙基包裝材料的基礎(chǔ)上添加保鮮劑，以此抑制果蔬生理代謝、避免有害微生物侵襲的包裝方法，不僅制作方便，成本相對低廉，便于長途運輸，而且克服了保鮮膜等不易透氣所導(dǎo)致的水霧凝結(jié)問題[10]。現(xiàn)代社會，消費者多采用牛皮紙袋對家中冰箱進(jìn)行劃分，若在銷售中就采用功能性保鮮紙袋對紫蘇葉片進(jìn)行包裝，既可實現(xiàn)良好的保鮮效果，又方便了消費者整理，同時也滿足了現(xiàn)代人們的環(huán)保需求。2019年7月，國家發(fā)改委、生態(tài)環(huán)境部等多部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于扎實推進(jìn)塑料污染治理工作的通知》，由此，果蔬紙袋包裝在未來將可能成為大勢所趨[11]。

本試驗將殼聚糖、D-異抗壞血酸鈉、茶多酚與氯化鈣固體混合溶解于乙酸水溶液中，均勻涂布在牛皮紙表面制備保鮮紙袋，并從物理性能、抑菌性能等多角度共同分析其保鮮機理，旨在延長紫蘇葉貨架期，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離運輸，并為紫蘇等葉用類蔬菜的貯藏保鮮提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紫蘇葉 黑龍江省樺南林業(yè)局提供，葉片色澤均勻、完整、無機械損傷、大小基本一致；8 K牛皮紙（120 g/100張） 盛達(dá)科技股份有限公司；氯化鈣、茶多酚、殼聚糖 均為食品級，上海源葉生物科技有限公司；D-異抗壞血酸鈉 食品級，天津龍華誠信粉體技術(shù)有限公司；三氯乙酸、蛋白胨、牛肉膏 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；2，6-二氯酚靛酚 上海伊卡生物技術(shù)有限公司。

HBS-1096B酶標(biāo)分析儀 昆山廣測儀器設(shè)備有限公司；YP-20002型電子天平 山東桑澤儀器儀表有限公司；FJS-6磁力攪拌水浴鍋 金壇市城西富威實驗儀器廠；5430R型高速離心機 Edenff中國有限公司；TA-XT plus型質(zhì)構(gòu)儀 上海超技儀器有限公司；SU-3500鎢絲燈掃描電子顯微鏡 日本日立集團有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 單因素實驗

1.2.1.1 復(fù)合涂布液中不同濃度殼聚糖對紫蘇葉保鮮效果的影響 于濃度為1%（w/v）的冰乙酸水溶液中，分別添加不同質(zhì)量濃度（以冰乙酸溶液為基液，下同）的食品級殼聚糖粉末（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%），繼續(xù)添加1.5%的食品級D-異抗壞血酸鈉、0.2%的茶多酚與0.6%的食品級氯化鈣顆粒，于60 ℃下磁力攪拌30 min，再在相同溫度下超聲20 min，冷卻至室溫，得到混合涂布溶液，按涂布量30 g/m2對牛皮紙進(jìn)行涂布處理，使之形成連續(xù)的保鮮液涂層并在室溫下陰干，折疊、固體膠手工粘合后放置于室溫下備用。裝袋時，每袋選擇約30片大小一致的紫蘇葉進(jìn)行包裝，放置于4 ℃的保鮮柜中進(jìn)行貯藏，5 d后進(jìn)行感官、失重及VC含量測定。每組試驗平行3次，結(jié)果取平均值。

1.2.1.2 復(fù)合涂布液中不同濃度D-異抗壞血酸鈉對紫蘇葉保鮮效果的影響 于濃度為1%（w/v）的冰乙酸水溶液中，添加1.5%的食品級殼聚糖粉末、不同質(zhì)量的食品級D-異抗壞血酸鈉（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%）、0.2%的茶多酚與0.6%的食品級氯化鈣顆粒，室溫下混合攪拌，后續(xù)步驟同1.2.1.1。

1.2.1.3 復(fù)合涂布液中不同濃度茶多酚對紫蘇葉保鮮效果的影響 于濃度為1%（w/v）的冰乙酸水溶液中，添加1.5%的食品級殼聚糖粉末、1.5%的食品級D-異抗壞血酸鈉、不同質(zhì)量的食品級茶多酚（0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%）與0.6%的食品級氯化鈣顆粒，室溫下混合攪拌，后續(xù)步驟同1.2.1.1。

1.2.1.4 復(fù)合涂布液中不同濃度氯化鈣對紫蘇葉保鮮效果的影響 于濃度為1%（w/v）的冰乙酸水溶液中，添加1.5%的食品級殼聚糖粉末、1.5%的食品級D-異抗壞血酸鈉、0.2%的食品級茶多酚與不同質(zhì)量的食品級氯化鈣顆粒（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%），室溫下混合攪拌，后續(xù)步驟同1.2.1.1。

1.2.2 響應(yīng)面試驗 根據(jù)單因素實驗篩選出的殼聚糖、D-異抗壞血酸鈉、茶多酚和氯化鈣適宜濃度范圍為基礎(chǔ)，進(jìn)行響應(yīng)面試驗，因素水平見表1。按照響應(yīng)面試驗表分別進(jìn)行29組實驗，貯藏5 d后，對紫蘇葉進(jìn)行失重率、VC含量和感官質(zhì)量的檢測，以綜合評分作為評定指標(biāo)（失重率、VC含量和感官評分加權(quán)系數(shù)分別為0.3、0.3、0.4）。

表1 Box-Benhnken 設(shè)計試驗因素水平及編碼Table 1 Level and code of variables for Box-Behnken design

1.2.3 性能分析

1.2.3.1 感官評價 感官評定小組由10名經(jīng)過培訓(xùn)的專業(yè)人員組成（5男5女），具體評價標(biāo)準(zhǔn)見表2[12]。

表2 紫蘇葉感官評價標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation criteria of Perilla frutescens leaves

1.2.3.2 失重率測定 采用稱重法對紫蘇葉失重率進(jìn)行測定。于室溫下，將紫蘇葉置于電子天平上進(jìn)行稱量，每5 d測定一次，并記錄每組紫蘇葉貯藏前質(zhì)量及貯藏后質(zhì)量。

1.2.3.3 VC含量測定 參照GB 5009.86-2016采用2，6-二氯酚靛酚滴定法對VC含量進(jìn)行測定。

1.2.4 性能分析

1.2.4.1 物理性能測定 定量：定量是指每平方米涂布紙的質(zhì)量，以g/m2來表示。按照黃紫娟[13]和王猛[14]的方法將涂布紙張精準(zhǔn)裁割成邊長0.1 m的正方形，置于精確度為0.0001 g的分析天平上稱量出準(zhǔn)確質(zhì)量，計算定量。

厚度：厚度是衡量紙張機械性能的基本指標(biāo)之一。測定時，用數(shù)顯測厚規(guī)在涂布紙上任選5處進(jìn)行準(zhǔn)確測量，取其平均值，單位為mm。

抗張強度：抗張強度是指一定寬度的紙張斷裂時所能承受的最大張力，以kN/m表示。參照Basiak等[15]的試驗方法，并加以修改。將涂布紙裁成1.5 cm×10 cm的長方形試紙，測定時，將試紙垂直固定于兩夾頭間，其中，每個夾頭約夾住試紙1 cm處，使之夾距約8 cm左右，拉伸開始前，試紙應(yīng)處于放松狀態(tài)，試驗重復(fù)三次，取平均值，具體計算公式如下：

式中：F表示試紙斷裂時的最大張力，N；LW表示試紙的寬度，m。

伸長率：紙張斷裂伸長率是衡量紙張柔韌性的指標(biāo)之一，可反應(yīng)紙張被涂布后纖維間變化程度。其值為紙張斷裂時長度與原長的百分比，值越大柔韌性越強，越能承受外界沖擊[16-17]。操作方法同上，具體計算公式如下：

式中：L為試紙斷裂時長度，mm；L0為紙張初始長度，mm。

水分含量：參照章國華等[16]的測定方法，將保鮮紙裁割呈3 cm×3 cm左右正方形紙條，于105 ℃烘箱內(nèi)下烘干至恒重，稱量并計算數(shù)據(jù)，公式如下：

1.2.4.2 水蒸氣透過率測定 水蒸氣透過率是指在一定溫度及濕度條件下，單位時間和單位面積內(nèi)透過試紙水蒸氣總量，本試驗參考GB 1037-1988透水蒸氣性試驗方法-杯式法及王韻儀等[18]的試驗方法進(jìn)行測定。將無水氯化鈣粉碎，置于烘箱中干燥2 h，冷卻備用。測定時，需將5 g無水氯化鈣粉末均勻的鋪在稱量皿中，將牛皮紙張用皮筋覆蓋于皿上以不漏間隙為準(zhǔn)，在室溫下（25 ℃、55% RH）將其放入裝有硫酸鉀飽和溶液的干燥器內(nèi)，7 d后稱量并計算數(shù)據(jù)，公式如下：

式中：WVP為水蒸氣透過系數(shù)，g·mm/m2·d kPa；Δm為水蒸氣透過的重量，g；L為紙張厚度，mm；A為紙張面積，m2；t為天數(shù)，d；ΔP為樣品兩側(cè)的部分水蒸氣壓差，kPa。

1.2.4.3 潤濕性能測定 采用視頻光學(xué)接觸角測量儀分別對涂布紙張及未經(jīng)處理的牛皮紙（空白牛皮紙）進(jìn)行接觸角測定，水滴體積約為5 μL，測定樣品潤濕、吸收情況，測定時任選5處進(jìn)行測量，結(jié)果取平均值。

1.2.4.4 抑菌性能測定 參照Fang等[19]的抑菌方法并在此基礎(chǔ)上加以修改。試驗前，將涂布紙裁剪成直徑9 mm的圓形紙片，并將紙片、各試驗用具置于超凈工作臺上紫外殺菌2 h；將平板、涂布棒、培養(yǎng)基等試驗用具置于高壓滅菌鍋中滅菌40 min。測定時，先將滅菌后的培養(yǎng)基均勻倒入平皿中，使之布滿整個底部，再分別吸取活化后的金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等菌種200 μL于培養(yǎng)皿中，用涂布棒涂抹均勻后，將圓形紙片置于涂滿細(xì)菌的平面上，于37 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h，觀察抑菌圈大小。

1.2.4.5 掃描式電子顯微鏡分析 通過鎢絲燈掃描電子顯微鏡研究紙張的微觀形貌特征。具體制樣方法如下：將涂布紙裁剪成合適的大小，用導(dǎo)電雙面膠貼于樣品臺上，真空離子噴金后置于測試腔內(nèi)，在5.00 kV加速電壓，放大倍數(shù)為1.0～2.0 k倍條件下進(jìn)行觀察。

1.2.4.6 紅外光譜測定 采用傅立葉變換紅外光譜儀對涂布紙及未經(jīng)處理的牛皮紙（空白牛皮紙）進(jìn)行紅外掃描分析，掃描范圍為450～4000 cm-1。

1.3 數(shù)據(jù)處理

以上試驗均重復(fù)三次，取平均值，經(jīng)Office Excel 2010軟件進(jìn)行整理，用SPSS 22.0進(jìn)行顯著性分析、Origin 5.0軟件作圖、采用Design Expert 8.0.6軟件進(jìn)行試驗設(shè)計、數(shù)據(jù)處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗結(jié)果

2.1.1 復(fù)合涂布液中不同濃度殼聚糖對紫蘇葉保鮮效果的影響 殼聚糖具有良好的力學(xué)性能、阻隔性能及較強的延展性，應(yīng)用于包裝材料，不僅可增強材料耐撕拉程度，還可利用植物自身呼吸作用，形成高CO2低O2的封閉貯藏環(huán)境，延長果蔬貨架期[20-21]。由圖1可見，隨著紙袋復(fù)合涂布液中殼聚糖濃度的逐漸增加，紫蘇葉的感官評分呈先上升后下降的趨勢，VC含量由63.28 mg/100 g逐漸增加至75.86 mg/100 g后趨于平穩(wěn)，失重率則由14.63%逐漸下降至10.69%后略有升高。其中殼聚糖添加量為0.5%～1.5%時，感官評分與VC含量各濃度間差異顯著（P＜0.05）。這可能是由于殼聚糖濃度較低時，無法在紙袋內(nèi)壁形成足夠厚度的涂膜層而致使水分和營養(yǎng)成分流失，感官品質(zhì)下降，發(fā)生萎蔫。當(dāng)濃度達(dá)到1.5%后，紙袋與殼聚糖涂層的聯(lián)合阻隔效果作用明顯，紫蘇鮮葉貯藏效果顯著，感官評分到達(dá)最高值，失重率也達(dá)到最低。而當(dāng)殼聚糖濃度過大時，水分聚集無法蒸發(fā)，使得水汽凝集于葉片上，引起濕度過大導(dǎo)致腐爛現(xiàn)象的發(fā)生，影響市場銷售。由此，紙袋復(fù)合涂布液中殼聚糖濃度應(yīng)選擇在1.0%～2.0%為宜。

圖1 復(fù)合涂布液中不同濃度殼聚糖對紫蘇葉保鮮效果的影響Fig.1 Effects of different concentrations of chitosan in compound coating solution on the fresh-keeping effect of Perilla frutescens leaves

2.1.2 復(fù)合涂布液中不同濃度D-異抗壞血酸鈉對紫蘇葉保鮮效果的影響 由圖2可知，紫蘇葉貯藏5 d后的感官評分和VC含量皆隨著D-異抗壞血酸鈉的增加而增加，當(dāng)濃度達(dá)到2.0%后逐漸趨于平穩(wěn)，失重率呈先逐漸減小后增加的趨勢。當(dāng)濃度到達(dá)2.0%時，各指標(biāo)均達(dá)到最佳值，此時感官評分為90.33分、VC含量為72.28 mg/100 g、失重率為10.37%，色澤鮮亮，口感脆嫩，這可能是由于D-異抗壞血酸鈉處理后，紫蘇葉片內(nèi)的多酚氧化酶、過氧化物酶等酶的活性受到抑制，葉梗傷口處褐變明顯改善，且處理后，顯著延緩了葉片顏色變暗及軟化的程度，減緩失重，使得貯藏品質(zhì)得到改善[22-23]。當(dāng)濃度在2.0%時，由于葉片衰老程度已得到明顯抑制，因此當(dāng)濃度再高于2.0%時，感官評分和葉片失重率變化不再顯著（P＞0.05）。因此，紙袋復(fù)合涂布液中D-異抗壞血酸鈉的濃度選擇在1.5%～2.5%為佳。

圖2 復(fù)合涂布液中不同濃度D-異抗壞血酸鈉對紫蘇葉保鮮效果的影響Fig.2 Effects of different concentrations of sodium Disoascorbate in compound coating solution on the fresh-keeping effect of Perilla frutescens leaves

2.1.3 復(fù)合涂布液中不同濃度茶多酚對紫蘇葉保鮮效果的影響 如圖3所示，當(dāng)涂布液中茶多酚濃度在0.1%～0.2%間時，隨茶多酚濃度的增加，紫蘇葉感官評分、VC含量及失重率均有所改善，且各濃度間差異顯著（P＜0.05），當(dāng)達(dá)到0.25%時，感官評分及VC含量達(dá)到最佳，此時感官評分為90分、VC含量為75.97 mg/100 g。茶多酚處理可有效改善果蔬生理品質(zhì)，一方面可通過對果蔬的呼吸抑制作用及較強的抗氧化作用減緩營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，另一方面可通過抑制微生物的生長來減少腐敗現(xiàn)象的發(fā)生[24-25]。當(dāng)茶多酚濃度在0.1%～0.25%之間時，隨著濃度的不斷增加，VC的降解程度明顯減緩，失重率也顯著改善；此后，感官和VC含量略有下降，失重率略有回升，這可能是由于當(dāng)濃度高于0.25%，茶多酚對葉片呼吸作用的抑制效果不再顯著增加導(dǎo)致的。因此復(fù)合涂布液中茶多酚濃度選擇0.20%～0.30%為佳。

圖3 復(fù)合涂布液中不同濃度茶多酚對紫蘇葉保鮮效果的影響Fig.3 Effects of different concentrations of tea polyphenols in compound coating solution on fresh-keeping effect of Perilla frutescens leaves

2.1.4 復(fù)合涂布液中不同濃度氯化鈣對紫蘇葉保鮮效果的影響 鈣離子可參與植物信號傳導(dǎo)，在植物成熟過程中起著重要的調(diào)控作用，是細(xì)胞壁、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)物質(zhì)之一。由圖4可知，隨著涂布液中氯化鈣濃度的增加，紫蘇葉片感官品質(zhì)和VC含量呈先上升后下降趨勢，失重率在0.2%～0.4%濃度段下降明顯，后隨濃度增加而逐漸上升。這可能是由于前期氯化鈣處理延緩了低溫貯藏期間細(xì)胞壁的降解和軟化進(jìn)程，抑制了乙烯信號等相關(guān)通路的表達(dá)，使得貯藏品質(zhì)保鮮效果明顯。而隨著氯化鈣濃度的持續(xù)增加，使得細(xì)胞內(nèi)的鈣離子濃度過高，破壞了葉片細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，加速衰老過程，呼吸速率加快，致使葉片萎蔫發(fā)黃、失重率增加[26]。可見，保鮮紙袋復(fù)合涂布液中氯化鈣選擇濃度0.4%～0.8%為宜。

圖4 復(fù)合涂布液中不同濃度氯化鈣對紫蘇葉保鮮效果的影響Fig.4 Effects of different concentrations of calcium chloride in compound coating solution on the fresh-keeping effect of Perilla frutescens leaves

2.2 響應(yīng)面試驗優(yōu)化保鮮紙袋復(fù)合涂布液濃度配比

2.2.1 響應(yīng)面試驗結(jié)果與分析 根據(jù)單因素實驗結(jié)果分析，結(jié)合Box-Behnken中心組合試驗設(shè)計原理，利用響應(yīng)面分析優(yōu)化保鮮紙袋復(fù)合涂布液最佳濃度參數(shù)（表3）。

表3 Box-Behnken試驗設(shè)計及結(jié)果Table 3 Box-Benhnken design and results

利用Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行保鮮紙袋復(fù)合涂布液中殼聚糖（A）、D-異抗壞血酸鈉（B）、茶多酚（C）以及氯化鈣（D）濃度的回歸分析，建立以綜合評定指標(biāo)為響應(yīng)值的多元二次回歸方程：

由表4分析可知，本試驗建立的回歸模型顯著性極高（P＜0.0001），失擬項P=0.2544，R2=0.9303＞0.9000，即失擬項不顯著，預(yù)測值與實際值較為接近，表明該模型誤差較小，擬合程度較好，適合應(yīng)用此方程實現(xiàn)保鮮紙袋復(fù)合涂布液的各成分濃度優(yōu)化。由各項方差分析可得，一次項中的殼聚糖、D-異抗壞血酸鈉、茶多酚，交互項中的殼聚糖和D-異抗壞血酸鈉以及各因素的二次項均對紫蘇葉貯藏綜合指標(biāo)的影響呈顯著水平（P＜0.05）。分析表4中一次項F值可顯示各因素對響應(yīng)值的主效應(yīng)關(guān)系，F(xiàn)值越大，該因素對于響應(yīng)值的影響程度越高[27-28]。由表4分析可得，一次項各F值的大小為：A＞C＞B＞D，即各因素對綜合指標(biāo)評分的影響程度大小為：殼聚糖＞茶多酚＞D-異抗壞血酸鈉＞氯化鈣。

表4 方差分析結(jié)果Table 4 Variance analysis of regression model

2.2.2 保鮮紙袋涂布液最佳濃度配比及驗證試驗根據(jù)回歸模型，通過Design-Expert 8.0.6軟件分析得出，新研制保鮮紙袋復(fù)合涂布液中各因素的最佳濃度為：殼聚糖濃度2.0%、D-異抗壞血酸鈉濃度2.35%、茶多酚濃度0.2605%、氯化鈣濃度0.634%，在此條件下得到預(yù)測值為93.95分。考慮到實際操作的簡易性，選擇殼聚糖濃度2.0%、D-異抗壞血酸鈉濃度2.4%、茶多酚濃度0.25%、氯化鈣濃度0.6%制備紙袋復(fù)合涂布液。在此工藝參數(shù)下，進(jìn)行響應(yīng)面驗證試驗，按上述同樣步驟對紫蘇葉片進(jìn)行貯藏，并重復(fù)三次取平均值，得到貯藏綜合指標(biāo)評分為93.11分，與預(yù)測值僅差0.84，證實該模型可靠，能夠較為準(zhǔn)確的預(yù)測紫蘇葉保鮮紙袋復(fù)合涂布液的各因素最佳濃度。同時通過貯藏試驗驗證，保鮮紙袋包裝下的紫蘇相較于未經(jīng)處理的空白牛皮紙袋包裝下的紫蘇，葉片顏色更為翠綠，葉梗也更加硬挺，芳香氣味濃郁，食用周期得到有效延長，而放置于保鮮柜中普通狀態(tài)下的紫蘇葉片在第4 d時就已發(fā)生萎蔫現(xiàn)象，表面卷曲嚴(yán)重，紫蘇香氣消失，顯著差于保鮮紙袋及空白紙袋，保鮮效果依次為保鮮紙袋包裝＞空白紙袋包裝＞普通狀態(tài)，證實了保鮮紙袋包裝的可行性。

2.3 紫蘇葉保鮮紙袋性能分析

2.3.1 物理性能分析 由表5所示，涂布牛皮紙與空白牛皮紙在物理性能各方面均產(chǎn)生了一定差異。首先在重量、厚度方面，紙張涂布后，殼聚糖、茶多酚等物質(zhì)在表面形成了一層透明的薄膜，使得紙張的重量和厚度均略有上升，其中當(dāng)涂布量為30 g/m2時，重量上升12.5%，厚度上升12%。同時在薄膜形成過程中，各涂料均向紙張內(nèi)部滲透，增強了纖維間的結(jié)合力，柔韌性更好，使得涂布牛皮紙伸長率增加約6.3%。另外，涂布牛皮紙在抗張強度上略有下降，水分含量相對提升，這可能是由于牛皮紙在涂布過程中不僅涂料進(jìn)入紙張，水分也逐漸滲入基材，即使后續(xù)水分逐漸揮發(fā)，仍含有微量水分，致使牛皮紙在抗張強度略有下降[29]。由于殼聚糖本身的粘性和成膜性，這一劣勢得到極大緩解，試驗證明，涂布后紙張抗張強度僅下降6%，對紙袋包裝影響較小。

表5 紙張物理性能分析Table 5 Analysis of physical properties of paper

2.3.2 水蒸氣透過系數(shù)分析 如圖5所示，涂布牛皮紙對水蒸氣的阻隔性能強于空白牛皮紙，其中，涂布紙張的水蒸氣透過系數(shù)為20.73 g·mm/m2·d·kPa，空白紙張則為23.16 g·mm/m2·d·kPa，優(yōu)化了10.5%。這可能是由于紙張涂布后，殼聚糖等分子間的相互作用使得表面形成粘性涂膜，阻礙了水分子的擴散。且隨著紙張干燥時間的延長，涂料間的水分逐漸蒸發(fā)，表面殼聚糖分子相互作用力也不斷加強，親水基團相應(yīng)減少。與此同時，涂料也滲透于纖維內(nèi)部，使得紙張空隙被涂料填充，大大降低了紙張的水蒸氣透過率[30-31]。紫蘇葉片表面積較大、水分蒸發(fā)較快，在運輸和銷售過程中極易因失水造成葉片萎蔫，降低銷售價值，該紙袋涂布后水蒸氣阻隔性能得到了較大提高，適宜應(yīng)用于紫蘇葉片的包裝貯藏[32]。

圖5 紙張水蒸氣透過系數(shù)分析Fig.5 Analysis of water vapor transmission coefficient of paper

2.3.3 潤濕性能分析 天然纖維素大分子由于具有較多的表面羥基，可以與水分子產(chǎn)生氫鍵，使水能夠在表面擴散。因此，大多數(shù)纖維素基材料，特別是纖維素紙具有較強的親水性和吸濕性，也正是這種吸濕性能阻礙了纖維素高分子聚合物在果蔬包裝材料領(lǐng)域的應(yīng)用[33]。接觸角是指水滴在固體表面穩(wěn)定時，在固-液-氣三相交界點，氣液界面切線與固液界面連線之間的夾角。一般認(rèn)為當(dāng)夾角大于90°時，物體不易被水潤濕，當(dāng)夾角小于90°時，物體易被潤濕。如圖6所示，空白涂布紙的接觸角平均值為124.66°，而涂布后接觸角減少為102.84°，這可能是由于牛皮紙相較于其他紙張間隙較為致密，表面張力較大，不宜潤濕，而紙張涂布后，由于殼聚糖本身的親水性能，使得少量水蒸氣向膜內(nèi)溶解，潤濕性能略有影響[34]。這也使得環(huán)境中的水分還未穿過基材就被表面的涂布層所吸收，在一定程度上起到了阻隔作用，且涂布后接觸角仍大于90°，可作為包裝疏水紙材料。

圖6 涂布牛皮紙（A）與空白牛皮紙（B）潤濕性能分析Fig.6 Analysis of wettability of coated kraft paper(A) and blank kraft paper(B)

2.3.4 抑菌性能分析 抑菌圈法是測定材料抑菌效果的經(jīng)典試驗方法，抑菌圈越大，試驗材料對該細(xì)菌的抑制效果越好。試驗通過比較抑菌圈的大小來衡量保鮮涂布牛皮紙對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、沙門氏菌以及枯草桿菌的抑菌效果。由表6及圖7可見，經(jīng)試驗制得的保鮮涂布牛皮紙對革蘭氏陰性和陽性菌均具有較好的抑菌能力，其中該涂布紙張對枯草桿菌的抑菌效果最佳，培養(yǎng)24 h后，抑菌圈達(dá)到24.75±3.32 mm，對大腸桿菌的抑菌效果稍弱，不及金黃色葡萄球菌和沙門氏菌，抑菌圈大小為16.22±1.82 mm。這可能是由于復(fù)合涂布液中殼聚糖及茶多酚均具有一定廣譜抗菌性，使得紙張表面形成嚴(yán)密的抗菌膜，抑制了細(xì)菌的繁殖，避免紫蘇葉片貯藏時腐敗菌的生長。

表6 涂布紙對微生物的抑菌直徑Table 6 Antibacterial diameter of coated paper to microorganism

圖7 涂布紙對大腸桿菌（A）、金黃色葡萄球菌（B）、沙門氏菌（C）及枯草桿菌（D）的抑菌效果Fig.7 Antibacterial effect of coated paper on Escherichia coli(A), Staphylococcus aureus (B), Salmonella (C)and Bacillus subtilis (D)

2.3.5 掃描式電子顯微鏡分析 復(fù)合涂布液涂布前后紙張表面形態(tài)SEM如圖8所示，牛皮紙微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯變化。涂布前，從圖8A～圖8B可知空白牛皮紙表面較為粗糙，縱切面和橫切面纖維結(jié)構(gòu)明顯且較為松散，相互結(jié)合力弱，空隙結(jié)構(gòu)較多較大，水分子易透過紙張進(jìn)出包裝，難以抑制果蔬失重現(xiàn)象。涂布后，從圖8C中縱切面可明顯看出，涂料已深入基材內(nèi)部，圖8D中橫切面形態(tài)也變得平滑，幾乎看不見纖維結(jié)構(gòu)，其間縫隙基本被全部填充，表面被涂料層覆蓋，相互間結(jié)合力大大增強，由此，纖維結(jié)構(gòu)被緊密的交織結(jié)合，降低了紙張透氣性[35-36]。紫蘇葉片屬失水量較大的葉菜類蔬菜，貯藏包裝的表面結(jié)構(gòu)對紫蘇葉的失重影響較大，涂布紙張的制備可明顯緩解失水過多的現(xiàn)象，達(dá)到了保鮮果蔬的要求。

圖8 紙張的結(jié)構(gòu)表征（SEM）Fig.8 Structure characterization of paper （SEM）

2.3.6 紅外光譜分析 涂布前后牛皮紙紅外光譜分析如圖9所示。從中可見，二者在3334.53、1417.74、1027.3 cm-1處均有較為顯著的吸收峰值。波數(shù)3334.53 cm-1左右，為形成氫鍵締合-OH伸縮振動吸收峰與-NH伸縮振動吸收峰所重合而增寬的較大吸收峰區(qū)；波數(shù)1417.74 cm-1為-CH2彎曲及-CH3變形振動吸收區(qū)；1027.3 cm-1則為C-O的伸縮振動區(qū)域[18,37]。殼聚糖與紙漿纖維都屬多糖，分子間及內(nèi)部存在大量的氫鍵、甲基以及碳氧鍵，尤其是氫鍵結(jié)構(gòu)，因其長短、強弱程度各有不同，分布區(qū)域較大，再加上涂料中殼聚糖含量較少，因此波數(shù)在3334.53和1027.3 cm-1區(qū)域中，涂布前后峰面積差別不大，但在1417.74 cm-1左右時，殼聚糖的甲基與鈣離子、鈉離子所產(chǎn)生的締合作用影響了原有的-CH3和-CH2結(jié)構(gòu)，使得峰值變小。2899.33～2901.85 cm-1分別為C-H鍵的兩個振動吸收峰區(qū)，一般認(rèn)為殼聚糖結(jié)晶度的增加會使得峰區(qū)向低頻移動，圖中也證實，涂布后，峰區(qū)所處波數(shù)由2901.85變?yōu)?899.33 cm-1。1316.40 cm-1區(qū)域為殼聚糖的酰胺Ⅲ譜帶區(qū)，由于殼聚糖的添加，使得在此區(qū)域出現(xiàn)一個新的峰值，此外，紙張紅外光譜中并未明顯體現(xiàn)茶多酚的特征峰，這可能與用量較少有關(guān)。

圖9 紙張紅外光譜分析Fig.9 Infrared spectroscopic analysis of paper

3 結(jié)論

試驗選取殼聚糖、D-異抗壞血酸鈉、茶多酚、氯化鈣作為保鮮紙袋復(fù)合涂布液添加劑，進(jìn)行單因素及響應(yīng)面試驗，篩選出最優(yōu)涂布液濃度配比：殼聚糖濃度2.0%、D-異抗壞血酸鈉濃度2.4%、茶多酚濃度0.25%、氯化鈣濃度0.6%。并對涂布前后保鮮紙張進(jìn)行機械性能、水蒸氣透過率、潤濕性等物理特性及紅外、掃描電鏡、抑菌性能測定，綜合分析結(jié)果表明：當(dāng)涂布量為30 g/m2時，復(fù)合涂布液已滲入紙張纖維間隙內(nèi)部，干燥后在紙張表面形成均勻涂層，使得紙張重量、厚度、伸長率、水分含量均有所提升，水蒸氣透過系數(shù)下降，抗張強度及潤濕性能略有下降，具有較強的抑菌性能，符合紫蘇葉片包裝要求。本研究制備的保鮮紙袋可有效延長紫蘇葉片貯藏期，不僅為紫蘇葉的貯藏保鮮提供了一種新思路，也為其它葉菜類蔬菜的保鮮貯藏提供重要參考依據(jù)。