基于复合膜技术的中药鲜药保存研究*

廖卫波 王亚敏 虞金宝 戴迪 李晶

（江西省中医药研究院 南昌330046）

1 仪器与材料

1.1 仪器 JB50-D型增力电动搅拌机（上海标本模型厂）,BZF30型真空干燥箱、BG2-70型电热鼓风干燥箱（上海博讯实业有限公司）；电子数显千分尺0～25 mm（桂林广陆数字测控股份有限公司）；DZKW-S-4型电子恒温水浴锅（北京市永光明医疗仪器有限公司）；85-2型数显恒温磁力搅拌器（济南欧莱博科学仪器有限公司）；TA-XT2i物性测试仪（英国stable Micro Systems公司）；ML-T型万分之一分析天平（METTLER TOLEDO公司）。

1.2 材料 PUL、壳聚糖、明胶、海藻酸钠（苏州福莱德生物科技有限公司）；甘油（广州嘉德乐生化科技有限公司）；食品级氯化钙（潍坊迪拜尔化工有限公司）；PEG-400（天津市福晨化学试剂厂）；鱼腥草采于江西省南昌县,除去杂质,洗净备用。

2 实验方法

2.1 复合膜的制备

2.1.1 成膜材料的筛选 以PUL、壳聚糖、明胶、海藻酸钠的单一物质或复合物料为成膜材料,以成膜性为考察指标进行筛选,优化获得涂膜效果显著的涂膜剂,并采用分组对照法,制备成膜液。分别称取适量（约2 g）PUL、壳聚糖、明胶、海藻酸钠及增塑剂适量充分溶解在25～30℃的100 ml蒸馏水中,用磁力搅拌器搅拌至充分溶解,在0.01～0.09 MPa真空脱气10 min。成膜溶液倾倒在聚丙乙烯培养皿中,置于通风橱中室温风干8～10 h或在烘箱中60℃烘干后成膜,观察其成膜性。

2.1.2 膜处方优化 通过单因素实验考察不同质量浓度的PUL、甘油、氯化钙（CaCl2）对鲜药失水率的影响,以确定各参数范围,为进一步优化提供依据。各单因素实验设计如下:PUL设1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0%共5个梯度；甘油设0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%共5个梯度；CaCl2设0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%共5个梯度,每个梯度重复3次试验。在单因素实验的基础上,采用3因素3水平的Box-Behnken设计优化处方,设计包括重复实验的中心点和一系列多维试验点,确定复合膜处方。失水率测定:将配制好的涂膜液浓缩至原体积的一半,鲜药（鲜鱼腥草）分别浸泡于其中1～2 min,取出自然晾干后装入聚乙烯保鲜袋中并称重,将保鲜袋敞口置于恒定温度为30℃的干燥箱中,干燥一定时间后称重,测定失水率（W）,失水率在10%左右。每个测定重复3次,取平均值。失水率计算公式:W=（m0-m1）/m0×100%。W为失水率,m0为初始质量,m1为失水后质量。

2.2 复合膜性质考察

2.2.1 复合膜膜厚度测定 根据GB/T6672-2001《塑料薄膜和薄片厚度测定机械测量法》[7],用测厚仪对每张复合膜的厚度进行测定,均匀取9个点（其中1个点必须为复合膜的中心点）,取平均值作为复合膜的厚度值。

2.2.2 复合膜拉伸强度（TS）和断裂伸长率（E）测定根据ASTMD 882-01法,采用物理测试仪测定TS与E[7],将所制备的膜裁剪成10 mm×50 mm大小,测试条件:引拉速度设置为1 mm/s,触发力设置为5 g。计算公式:（1）TS（单位:MPa）=F/S；F为最大拉力（单位:N）；S为剪切面积（单位:m2）,平行进行3次试验,取平均值。（2）E =（L1-L0）/L0×100%。L0为剪切长度（单位:mm）,L1为最大拉伸长度（单位:mm）,平行进行3次试验,取平均值。

例如，在教学六年级下册“数学好玩”一课中，当教师让学生绘制学校平面图时，学生就会拿上纸笔在课前观察校园，思考怎样将校园变成纸上的平面图。学生思考实践“变”的过程就是一种对生活资源探究和思考的过程，这一行动本身就是对数学生活、生活数学的再思考。我们都知道我们生活中的场所以及场所的建筑物的构成和规划都是先有设计，在纸上画平面图纸，最后实施的过程，学生学习数学的过程就是这一过程的再现。

2.2.3 复合膜水溶性测定 取剪裁成2 cm×2 cm规格的PUL复合膜样品,置于盛满30℃水的烧杯中,能发现复合膜缓慢蜷缩逐渐分散于水中,一段时间后阳光下观察到水中颗粒或片状消失时为本实验溶水时间的终点,记录样品溶解的时间。

2.3 复合膜保鲜效果测定 将鱼腥草随机分为四组,每组3份,每份10株,按以下方法处理。（A）复合膜保鲜:将鲜药浸泡于配制好的涂膜液中1～2 min,自然晾干后装入聚乙烯保鲜袋中,置于温度为（25±0.5）℃、湿度70%的条件下敞口贮藏。（B）自然贮藏法:将鲜药直接装入聚乙烯保鲜袋中,置于温度为（25±0.5）℃、湿度70%的条件下敞口贮藏。（C）薄膜密封法:将鲜药直接装入聚乙烯保鲜袋中,置于温度为（25±0.5）℃、湿度70%的条件下密封贮藏。（D）低温冷藏法:低温（5±2）℃贮藏。测定褐变率、腐烂率与失重率。褐变率（%）=褐变数/总数量×100%。腐烂率（%）=腐烂数/总数量×100%。失重率计算公式:W=（m0-m1）/m0×100%,m0为保鲜措施前质量（单位:g）；m1为保鲜措施后质量（单位:g）。

3 结果

3.1 不同成膜材料成膜性能比较 前期实验发现,复合膜成膜材料中以单一成膜材料所制备的复合膜其成膜性及膜性能方面均不理想,以PUL为骨架材料,加入壳聚糖或明胶等复合成膜亦未达到理想要求。所以最终选择以甘油和CaCl2作为普鲁兰基质膜的复配剂。甘油为常用的保湿剂,Ca2+亦具有抗菌作用[5]。见表1。

3.2 PUL、甘油、CaCl2单因素试验结果 由单因素考察结果可知,鲜药失水率随着PUL质量浓度的增加呈先降后升之势,在3.0%左右达到谷值；随着甘油质量浓度的增加失水率依然先降后升,提示实验优化时甘油质量浓度设置在1.0%～2.0%,且添加2.0%甘油后膜成型性下降；CaCl2在一定程度增强了膜的韧性和附着能力,其质量浓度在＞0.5%之后失水率有所上升,因此实验优化中CaCl2质量浓度设置在0.5%左右。见图1。

图1 PUL、甘油、CaCl2单因素试验结果

3.3 Box-Behnken设计实验结果

3.3.1 Box-Behnken设计因素水平及结果 在单因素考察结果的基础上,选择PUL（A）、甘油（B）和CaCl2（C）为考察因素,以失水率（Y）为指标,采用3因素3水平的Box-Behnken设计优化处方,设计包括重复实验的中心点和一系列多维试验点。因素水平见表2,试验结果见表3。

表2 Box-Behnken设计因素水平

表3 Box-Behnken设计试验结果

3.3.2 指标回归方程的拟合 使用Design-Expert8.0.6.1软件对表3数据进行拟合分析,以Y为指标进行多元线性回归和二项式方程拟合。Y用二项式回归最优,其二次多元回归方程分别为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 方差分析和显著性检验 拟合方程的相关系数说明该模型拟合程度良好,可对复合膜处方进行分析和预测。模型Y中PUL的一次项、二次项,CaCl2二次项、PUL与甘油的交互项都达到显著水平（P＜0.05）,其他项不显著。删除不显著项,得到的简化方程为Y＝10.76+0.51A-0.52AB+0.68A2+ 0.67C2（R2＝0.887 2,P＜0.013 1）。回归系数的显著性检验见表4。

表4 二次项回归方程系数显著性检验

3.3.4 效应面分析与优化 使用Design-Expert8.0.6.1软件,根据回归方程分析结果,选择对各指标有显著影响的2个因素,另一因素设为中心点值,做出相应的曲面图。见图2。

图2 各因素对响应值影响的三维效应曲面图

3.3.5 优选处方的预测与验证采用Design-Expert 8.0.6.1实验软件,按Y最小值设定目标,得到的优选处方条件为A＝2.3%,B＝1.1%,C＝0.62%,即膜处方比PUL:甘油:CaCl2为2.3:1.1:0.62,按该处方制备复合膜并测定指标。实测量值和预测值分别为（10.61±0.43）%与10.55%,实测量值和预测值接近,表明该模型预测性良好。

3.4 复合膜性质

3.4.1 复合膜膜厚度测定结果 将PUL复合膜从聚丙乙烯培养皿中揭下,测定膜厚度为0.18～0.20 mm。

3.4.2 不同甘油、CaCl2浓度对复合膜拉伸强度和断裂伸长率的影响 在最优处方的基础上,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,复合膜拉伸强度在降低,而断裂伸长率增大。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,其拉伸强度和断裂伸长率均有所提高。见图3。

图3 不同甘油、CaCl2浓度对复合膜拉伸强度和断裂伸长率的影响

3.4.3 不同甘油、CaCl2浓度对复合膜溶水时间的影响 在最优处方的基础上,固定PUL和CaCl2的加入量,复合膜的溶水时间随着甘油加入量的增多而减少,最优处方所制备复合膜的溶水时间为（56.8±3.1）s。而CaCl2则对复合膜的溶水时间影响不大,最优处方所制备复合膜的溶水时间为（54.6±2.3）s。见图4。

图4 不同甘油、CaCl2浓度对复合膜溶水时间的影响

3.5 不同保存方式对鱼腥草的保鲜效果 新鲜的鱼腥草随着时间的延长,叶子颜色逐渐变暗,并出现大量的黑斑,略带霉味,促使腐烂加快,长期存放依然存在呼吸作用,呼吸强度越高,衰老的速度越快,鱼腥草褐变出现的时间越早；密封保存在一定程度上会加速腐烂；而复合膜能较好地抑制鱼腥草的褐变。采用不同保存方式保存鱼腥草,其保鲜效果的优劣次序为低温冷藏法（D）＞复合膜保鲜（A）＞薄膜密封法（C）＞自然贮藏法（B）。见表5。

表5 不同保存方式对鱼腥草保鲜效果

4 讨论

鲜药在中医临床上治疗疑难杂症、危急重症解毒外治等方面具有特殊性,有较高的应用价值,但因其难以保存,应用受到极大限制,且鲜药贮藏保鲜技术在国内外研究报道相对较少[9～10]。本研究借鉴复合膜在果蔬保鲜方面的技术和理论[11～12],将其运用到中药保鲜领域,进行了初步探究。研究以最优处方2.3%（g/ml）PUL,1.1%（g/ml）甘油,0.62%（g/ml）CaCl2（复合膜处方比PUL:甘油:CaCl2为2.3:1.1:0.62）所制备PUL复合保鲜膜能较好减少水分的散失,起到保鲜作用。通过测定鱼腥草各贮藏时间内褐变率、腐烂率、失重率的评价指标,得出PUL复合膜能较好地抑制鱼腥草褐变,降低腐烂率及失重率,对鱼腥草有较好保鲜效果的结论。然而对于其化学成分是否发生变化仍需做进一步的研究。本研究将多糖复合膜保鲜技术应用于鲜药保鲜,为中药鲜药保鲜提供了参考与借鉴。