殼聚糖-明膠活性膜處理大蒜片的工藝研究

摘 要：為降低大蒜活性成分在干燥過程中的氧化損失和水分流失，提高大蒜制品的穩定性，延遲貨架期，本研究將切片后的大蒜采用殼聚糖-明膠活性膜進行包裹處理，并優化活性膜制備工藝，之后在60 ℃、真空度-0.08 MPa下真空干燥2 h，評價其失重率以及抗氧化能力。結果表明，最優活性膜為明膠濃度12.5%，殼聚糖濃度1.5%，明膠和殼聚糖的比例2∶4（V/V），該條件下大蒜失重率為62.94%，大蒜素得率為1.032 mg/g，DPPH自由基清除率為81.31%，為大蒜深加工及產品開發提供參考。

關鍵詞：大蒜；殼聚糖；明膠；包埋；抗氧化

中圖分類號：TS217 文獻標志碼：A 文章編號：1008-1038（2024）06-0032-06

DOI：10.19590/j.cnki.1008-1038.2024.06.007

Study on the Processing Technology of Garlic Slices with Chitosan-Gelatin Active Film

ZHU Jiahui1， WANG Shunmin2*

（1. China Certification amp; Inspection Group Ningxia Co.， LTD.， Yinchuan 750000， China; 2. Biological and Food Engineering Institute， Anhui Polytechnic University， Wuhu 241000， China）

Abstract： To reduce the oxidative loss of the active ingredients of garlic and water loss during drying， and to improve the stability and delay the shelf-life of garlic products， sliced garlic was coated with chitosan and gelatin to determine the best preparation process of active film. Garlic slices after pretreatment was then vacuum-dried at 60 ℃ and -0.08 MPa for 2 h. Three indexes including weight loss rate， active film process and antioxidant capacity were evaluated and analyzed. The results showed that the optimal active film processwas was that gelatin concentration of 12.5%， chitosan concentration of 1.5%， and gelatin to chitosan ratio of 2∶4（V/V）， which resulted in a weight loss of 62.94%， an allicin yield of 1.032 mg/g， and a DPPH radical scavenging rate of 81.31% for garlic under these conditions. It provided reference for the research and development of dried garlic products in the future.

Keywords： Garlic; chitosanthem; gelatin; embedding; antioxidation

大蒜是一種調味香辛類蔬菜，營養物質豐富其可食用鱗莖含有豐富的蛋白質、糖類、脂肪和礦物質等[1]，具有預防心血管疾病、抗腫瘤和抗致病微生物等生物活性，長期食用可以預防疾病[2-3]，目前已廣泛應用于醫藥[4]、食品[5]、化妝品[6]等領域，但在大蒜深加工過程中，大蒜會脫水，使大蒜活性成分氧化損失，造成資源浪費[7]。

可食用薄膜是由可食用的天然生物大分子和增塑劑制成的薄膜，其干燥后能夠形成致密多空間的網格結構[8]，該結構具有良好的機械功能、選擇滲透性、耐水性以及優秀的物理力學性能，從而可以保持食品外觀、顏色和抗氧化性等，該薄膜可以與被包裝食品一起食用，且對食品自身的性質和環境無影響[9]。目前由殼聚糖和明膠等材料制得的可食性膜已廣泛用于肉制品保鮮[10]、果蔬保鮮[11]以及水產品保鮮[12]等方面。殼聚糖是一種天然碳水化合物聚合物，為甲殼素通過化學或生物過程脫乙酰化后制得[13-14]。殼聚糖屬于可再生資源，且有良好的成膜性、抗菌性、生物相容性和生物可降解性能[15]。明膠是經動物蛋白水解得到的天然高分子化合物，來源充足，成本較低[16]，具有良好的成膜性，可降解性和生物安全性均很高[17]，并且氣體阻隔性能增強，從而使食品與外界環境的氣體交換減少[18]。采用殼聚糖和明膠包裹大蒜片，可在大蒜片的表面形成一層無色透明的可食性活性膜，不僅可降低大蒜中的活性成分在干燥過程的氧化損失，提高大蒜制品的穩定性和延長貨架期[5]，而且可緩解大蒜的辛辣味，并保持良好的感官品質。

本研究采用殼聚糖對經預處理過的大蒜片進行活性可食膜包裹處理，后進行真空干燥脫水，從而開發出一種生理活性高、保質期長、感官品質佳的大蒜片保健食品。本研究就大蒜殼聚糖-明膠活性膜制備工藝進行優化，同時對其包埋后大蒜片中大蒜素含量及抗氧化能力進行了測定，為大蒜的深加工及新產品開發提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大蒜，購買于當地超市。

殼聚糖、明膠、DTNB、L-半胱氨酸、三羥甲基氨基甲烷、丙三醇、DPPH等，均為分析純，購于國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

PHS-2F數字pH計，上海精密科學儀器有限公司；電子天平，塞多利斯科學儀器（北京）有限公司；L-550臺式低速大容量離心機，長沙湘儀離心機儀器有限公司；DZF-6050真空干燥箱，上海博遠實業有限公司；723N可見光分光光度計，上海菁華科技儀器有限公司。

1.3 殼聚糖-明膠膜的制備

取500 mL、1%（V/V）醋酸水溶液，加入10.00 g殼聚糖粉末，磁力攪拌直至溶解，制得2%殼聚糖溶液。同時在40 ℃水浴中加熱配制適當濃度的明膠，備用。

1.4 實驗方法

1.4.1 預處理

將大蒜切成2 mm厚蒜片，采用料液比1∶2（mL/g）的比例浸于27%乙醇+0.1%的NaCl溶液中脫臭3 h。緩水流沖洗3～5 min后，瀝干表面水分。

1.4.2 制備方法

將殼聚糖、明膠溶液以一定的比例混合后，加入少量交聯劑（甘油），30 ℃下磁力攪拌20 min，然后超聲脫氣30 min，制得活性膜溶液[19]。

稱取一定量預處理的大蒜片，將其浸入活性膜溶液中，10 min后撈出、瀝干，置于干燥器中。在60 ℃、真空度-0.08 MPa下干燥2.0 h成型，測定大蒜失重率。

1.4.3 方法

（1）不同膜對大蒜片包裹干燥效果的影響

將2%殼聚糖溶液、10%明膠溶液以體積比1∶1混合，再加入少量甘油（殼聚糖溶液體積的1/10）作為增塑劑，攪拌均勻，制得活性膜溶液。稱取一定量經預處理的大蒜片浸于活性膜溶液中10 min，后取出置于干燥器上，均勻分布。

（2）單因素試驗

固定2%殼聚糖溶液和明膠：殼聚糖體積比為1∶1，設置明膠溶液濃度為5.0%、7.5%、10.0%、12.5%和15.0%；固定12.5%明膠溶液和明膠：殼聚糖體積比1∶1，設置殼聚糖溶液濃度為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%；固定12.5%明膠溶液和1.5%殼聚糖溶液，設置明膠、殼聚糖體積比分別為2∶1、2∶2、2∶3、2∶4、2∶5。以上三組均通過加少量甘油制得活性膜液，利用制得的活性膜處理大蒜片、干燥，測定大蒜片的失重率。對照組為采用2%殼聚糖溶液進行浸泡處理。干燥方法在60 ℃、-0.08 MPa的真空烘箱中干燥2 h（大蒜片含水量約15%）。

（3）正交試驗

在單因素試驗的基礎上，以失重率為考察指標，采用L9（34）正交試驗，優化活性膜制備工藝。正交試驗設計如表1所示。

1.4.4 測定指標及方法

（1）失重率

失重率按照公式（1）計算得出。

式中，m0為干燥器的質量，g；M為活性膜處理后的大蒜片及干燥器的總質量，g；m為活性膜處理后的大蒜真空干燥后的質量，g。

（2）大蒜素提取和測定

根據趙婷等[20]的方法，提取制備上清液后備用。根據朱薿等[21]的方法，在波長412 nm處測其吸光度A。大蒜素含量按照公式（2）計算。

式中，ΔA412為A0與A的差值；d為總稀釋倍數；14 150為DNTB在412 nm下、1 cm光徑摩爾消光系數。

（3）抗氧化能力測定

采用DPPH自由基清除活性評價大蒜素的抗氧化活性，根據葛長鋅等[7]的方法。DPPH自由基清除率計算公式如公式（3）所示。

式中，Ai 為樣品組吸光度；Aj 為空白樣品吸光度；Al為對照組吸光度；A0為空白組吸光度。

1.5 數據處理方法

每組實驗平行測定3次，結果以“平均值±標準偏差”的形式表示。采用Origin 21.0進行作圖，SPSS 14.0進行方差分析及Ducan’s檢驗法進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同活性膜材料對大蒜片失重率的影響

由圖1可知，隨著干燥時間的增加，大蒜片的失重率呈上升趨勢。與2%殼聚糖制得的單一膜相比，由2%殼聚糖與10%明膠制得的復合膜具有更強的抑制大蒜片水分流失的作用。因為殼聚糖與明膠濃度增加后，復合膜的氫鍵和共價鍵作用強度增加，膜內分子排列緊密，分子間作用力增強[22]，形成穩定、光滑、致密的三維網狀結構，膜質地更致密均勻，具有很強的吸水能力、持水能力和機械性能。

2.2 單因素試驗結果

2.2.1 明膠濃度對大蒜片失重率的影響

明膠濃度對活性膜包裹大蒜片失重率的影響如圖2所示。隨著明膠濃度逐漸增加，大蒜片的失重率先增加后減少隨后再增加。因為明膠濃度小于10%時，明膠的黏度太低，成膜性差；濃度大于10%時，黏度隨濃度增加而增加，成膜性好，但濃度大于15%時，成膜較厚。隨著明膠濃度的增加，會增加殼聚糖-明膠可食性膜的溶解性和透明度，同時提高了膜的熱穩定性，故選擇明膠濃度在7.5%～12.5%為宜。

2.2.2 殼聚糖濃度對大蒜片失重率的影響

由圖3可知，殼聚糖濃度對大蒜片失重率有顯著影響。隨著殼聚糖濃度的增加，大蒜片失重率先減少后增加，濃度為2.0%時，失重率最低。當殼聚糖濃度小于1%時，殼聚糖溶液黏度過低不能成膜，而當殼聚糖濃度大于1.5%時，溶液黏度過高，成膜過厚，不均勻，會阻礙水分在干燥過程中蒸發，影響大蒜的呼吸，導致內部糜爛，故殼聚糖濃度選擇1.0%～1.5%為宜。

2.2.3 明膠與殼聚糖比例對大蒜片失重率的影響

由圖4可以看出，隨著殼聚糖所占比例的增加，大蒜片失重率先增加后減小，體積比為2∶5時，大蒜失重率最小。由于明膠的水溶性好，當復合膜中明膠比例減少時，復合膜的水溶性降低，而殼聚糖比例增加時，會使殼聚糖的結晶度上升，導致復合膜的水溶性和穩定性降低，所以殼聚糖所占比例不能過高，選擇2∶２～2∶４。

2.3 正交試驗

由表2、3可知，殼聚糖濃度對大蒜片活性膜處理效果影響最顯著，其次是明膠與殼聚糖的比例，最后是明膠濃度。大蒜片的活性膜制備工藝優化參數為A3B3C3，即殼聚糖濃度為1.5%，明膠濃度為12.5%，明膠與殼聚糖的比例為2∶4。

2.4 不同活性膜效果評價

由圖5所示，在12.5%明膠，明膠∶殼聚糖為2∶4的條件下，比較不同殼聚糖濃度處理大蒜片的效果。

A：1.0%殼聚糖；B：1.25％殼聚糖；C：1.5%殼聚糖

由圖5可以看出，殼聚糖的濃度顯著影響活性膜的處理效果。隨著殼聚糖濃度增加，大蒜片的失重率隨之減少，而且活性膜處理的大蒜片中的大蒜素的含量也隨之增加。當殼聚糖濃度由1.0%增加至1.5%時，大蒜片的失重率降低至62.94%，減少了13.31%，而大蒜片中大蒜素含量和對DPPH的清除率分別增加至1.032 g和81.31%，增加了20.28%和4.86%。

3 結論

常見大蒜片在常規干燥過程中會發生氧化損失和水分流失等現象，為優化大蒜片的干燥工藝，提高得率，改善干燥品質，本研究通過工藝優化得出殼聚糖-明膠活性膜處理大蒜片的最佳工藝為殼聚糖濃度1.5%、明膠濃度為12.5%、明膠與殼聚糖體積比2∶4，該條件下大蒜失重率為62.94%，大蒜素得率為1.032 mg/g，DPPH清除率為81.31%。殼聚糖-明膠復合膜，能夠在大蒜片的表面形成一層薄的透明膜，不僅能降低或掩蓋大蒜片的辛辣味和臭味，而且使得干燥的大蒜成品具有良好的光澤度等感官品質，從而增加消費者對其的適口感。殼聚糖-明膠復合膜，有利于干燥過程中大蒜片中大蒜素等活性成分的保持，從而使成品具有較高的抗氧化能力。

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