天竺葵精油（GEO）在食品工業中具有廣泛的應用。GEO對濕疹和腳氣病具有特異性治療作用。GEO的主要成分是酚類，其抗菌活性與酚類（特別是類黃酮）密切相關。添加GEO可能會影響薄膜的物理和化學性質。因此，本研究將不同濃度的GEO（0.5，1和2%）添加到成膜溶液中，探討GEO對木薯淀粉基薄膜理化性質的影響，以及評估與GEO結合的薄膜的抗菌活性。

2022年5月11日，齊魯工業大學食品科學與工程學院崔波課題組在Frontiers in Nutrition（IF=6.576）雜志上在線發表了“Antimicrobial Activity, Microstructure, Mechanical, and Barrier Properties of Cassava Starch Composite Films Supplemented With Geranium Essential Oil”的研究論文。將不同濃度的GEO（0.5，1和2%）添加到成膜溶液中，以甘油為增塑劑，并采用澆鑄法制備木薯淀粉基薄膜。此外，對薄膜的理化性質和抗菌活性進行探究。

實驗路線

（1）澆鑄法制備薄膜

（2）測量添加不同濃度GEO的木薯淀粉基薄膜的厚度

（3）測定制備薄膜的水分含量（MC）

（4）測量制備薄膜的溶解度

（5）水蒸氣滲透儀測定木薯淀粉基薄膜的水蒸氣滲透性

（6）色度計測定木薯淀粉基薄膜的顏色

（7）測試制備薄膜的機械性能

（8）測定添加GEO的木薯淀粉基薄膜的抗菌活性

（9）原子力顯微鏡（AFM）觀察所制備薄膜的表面特征

研究結果

1. 薄膜的物理特性

與對照相比，添加GEO可以增加薄膜的厚度，并且薄膜的厚度隨著GEO濃度的增加而增加。木薯淀粉基薄膜的水分含量隨著GEO濃度的增加而增加，原因可能是GEO在木薯淀粉基薄膜中形成多孔結構，導致制備的薄膜中的水分含量增加。隨著GEO濃度的增加，所制備的薄膜的溶解度逐漸增加，這可能是由于木薯淀粉基薄膜在實驗過程中破裂，這減少了水在制備的薄膜中的插入。

水蒸氣滲透率（WVP）是影響食品包裝材料質量的關鍵因素之一。木薯淀粉基薄膜的WVP值隨著GEO濃度的增加而降低，原因是隨著GEO濃度的增加，木薯淀粉中的直鏈淀粉和油形成脂質復合物（V形結晶），這增加了木薯淀粉膜的致密性，致使WVP值降低。

表 1 GEO輔助木薯淀粉基膜的物理特性

2. 機械性能

添加GEO使木薯淀粉基薄膜的拉伸強度（TS）降低，而斷裂伸長率（EAB）增加，并且隨著GEO濃度的增加，TS逐漸降低，EAB逐漸增加。原因可能是GEO的添加導致在制備的薄膜中形成不連續的基質，這往往會降低聚合物之間的內力，最終降低TS并增加所制備薄膜的EAB。

表 2 添加GEO的木薯淀粉薄膜的拉伸強度和斷裂伸長率

3. AFM

添加GEO后木薯淀粉基薄膜的Rq和Ra值在5 × 5和10 × 10 μm的掃描范圍內均有所增加，說明添加GEO可以提高制備的薄膜的表面粗糙度，且粗糙度隨著GEO濃度的增加而增加。可能與油滴和干燥過程中油滴積聚引起的表面不規則有關。

圖 1 木薯淀粉基薄膜的典型原子力顯微鏡(AFM)圖像

表 3 木薯淀粉基薄膜的AFM粗糙度參數

4. 微生物活性

與沒有GEO的薄膜相比，用GEO制備的薄膜具有更強的抗菌性能。因此，所制備的薄膜可用作合適的天竺葵油載體。革蘭氏陽性菌（金黃色葡萄球菌和單核細胞增多性李斯特菌）的抑菌作用大于革蘭氏陰性菌（大腸桿菌）。隨著GEO濃度的增加，木薯淀粉基薄膜的抗菌作用越來越強。精油可以破壞細胞膜，進一步消耗細胞內容物，達到抑菌效果。

表 4 木薯淀粉基膜對革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌的抗菌活性

5. 光學特性

隨著GEO濃度的增加，木薯淀粉膜（L）的亮度連續下降，原因可能是添加GEO導致所制備薄膜表面的光折射發生變化。隨著GEO濃度的增加，所制備薄膜的紅度指數（a）降低，黃度指數（b）持續增加。原因可能是GEO本身的顏色與木薯淀粉基薄膜混合，這導致制備的薄膜發生變化。隨著GEO濃度的增加，木薯淀粉膜的ΔE逐漸增加，與未改性膜相比差異顯著（p < 0.05）。

表 5 木薯淀粉基薄膜的顏色參數(L*，a*，b*)

小結

含GEO的木薯淀粉基薄膜的抗拉強度低于未改性薄膜的抗拉強度，斷裂伸長率高于對照膜。GEO的加入改變了木薯淀粉基薄膜的柔韌性。GEO的加入改變了所制備薄膜的水蒸氣透過率和光學性質。隨著GEO濃度的增加，木薯淀粉基薄膜的粗糙度逐漸增加。此外，添加GEO的薄膜表現出良好的抗菌活性，其對革蘭氏陽性菌的抑菌效果高于革蘭氏陰性菌。隨著GEO濃度的增加，木薯淀粉膜的L值和a值降低，而b值和ΔE值增加。

通訊作者介紹：崔波，男，齊魯工業大學食品科學與工程學院二級教授，博士生導師，山東省食品科學重點學科帶頭人，國家糧油技術研發分中心主任，生物基材料與綠色造紙國家重點實驗室副主任。科研成果獲得國家、省、市各級科技獎勵12項。

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