羊肉肉质鲜嫩，风味独特，营养丰富，深受广大消费者喜爱。随着人们生活水平的提升，对肉制品的健康安全越来越重视。但羊肉容易腐败变质，贮存过程中会发生脂质氧化和微生物生长，导致羊肉货架期变短、营养价值降低[1]。因此包装材料及质量成为肉制品行业关注的焦点。传统包装材料大多是以乙烯为原材料加工而成的保鲜膜，对人体有一定的危害且会对环境造成污染[2]。因此，天然活性包装材料具有更大的发展空间。
木薯淀粉(tapioca starch,TS)具有较好的延展性、糊状透明度高、可降解、且利于成膜[3]。但纯木薯淀粉膜机械性能和耐水性较差[4]，使其应用受限。果胶是一种广泛存在于绿色植物中的结构性多糖，可降解，无毒，广泛应用于食品工业中[5]。果胶膜硬脆、拉伸强度也低。吴富奇等[6]将聚乙烯醇与木薯淀粉混合制备复合膜，当聚乙烯醇和木薯淀粉配比为70∶30时复合膜综合性能最佳。王玥等[7]研究发现马铃薯淀粉溶液中加入柠檬果胶后，复合膜的阻湿性能和机械性能均得到显著改善。但是目前关于木薯淀粉和果胶复合制备可食膜的研究还鲜有报道。
西兰花含蛋白质、糖、脂肪等营养物质，且富含较多的生物活性成分，如多酚、萝卜硫苷、硫代葡萄糖苷等[8-9]。然而西兰花的茎、花序和叶子等废弃物，大部分都未得到开发利用，造成严重的环境污染和资源浪费。KRISHNAIAH等[10]研究发现西兰花茎叶中的多酚等抗氧化产物的含量较高。因此，将西兰花叶多酚(broccoli leaf polyphenols, BLP)添加到复合基膜中，以期制备成一种新型可食膜应用于食品行业中。
本文通过流延法制备木薯淀粉/果胶(tapioca starch pectin,TSP)复合基膜，将BLP作为功能性物质添加到该复合膜中，研究BLP添加量对复合膜机械性能、阻隔性能、结构等的影响，并用该膜包裹羊肉，在4 ℃条件下贮藏15 d，测定羊肉的保鲜指标，研究不同浓度西兰花叶多酚-木薯淀粉/果胶复合膜对羊肉保鲜效果的影响。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
羊肉：采自青海夏华肉食品有限公司，选取生长发育良好、健康无病、10～14月龄小尾寒羊，按照NY/T 1341—2007《家畜屠宰质量管理规范》进行屠宰后取后腿肉，立即置于4 ℃保温盒中3 h内运回实验室；西兰花叶，购于兰州市皋兰县九合镇蔬菜批发市场；木薯淀粉，食用级，北京厨大妈食品集团有限公司；果胶，北京索莱宝科技有限公司；MgO、硼酸、NaCl、2-硫代巴比妥酸、三氯乙酸等，天津市光复科技发展有限公司，以上均为分析纯。
1.2 仪器与设备
KQ-500E型超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司；Testo-205pH计，上海德图仪器有限公司；SP-756P紫外可见分光光度计，上海光谱仪器有限公司；DJ1C磁力电动搅拌器，金坛区西城新瑞仪器厂；K9840型自动凯氏定氮仪，济南海能仪器有限公司；FTR-650傅里叶红外光谱仪，天津港东科技发展股份有限公司；JSM-6701F型扫描电镜，日本电子光学公司；万能试验机，济南万测电气设备有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 BLP的制备
选择新鲜、大小均匀，无明显病斑的西兰花叶，在50 ℃恒温干燥12 h后将其粉碎，过60目筛得到西兰花叶粉末。超声辅助浸提，然后用真空泵对其抽滤，取粗提液测定多酚浓度，采用金属离子沉淀法纯化多酚，得到络合物沉淀后加入HCl溶液使其完全溶解，用乙酸乙酯萃取2次，在40 ℃条件下旋转蒸发萃取液得到西兰花叶多酚浓缩液，真空冷冻干燥浓缩液24 h得到西兰花叶多酚粉末。
1.3.2 BLP-木薯淀粉/果胶复合膜的制备
称取木薯淀粉2.5 g，加入100 mL蒸馏水，在71 ℃水浴条件下磁力搅拌41 min至木薯淀粉完全糊化。然后加入1 g果胶和2%的甘油，利用余热磁力搅拌10 min，然后加入不同添加量(1%、3%、5%，质量分数)的BLP，搅拌5 min得到膜溶液。超声脱气处理20 min，冷却至室温，然后将30 mL复合膜溶液缓慢均匀倒入直径为15 cm的玻璃培养皿中，置于40 ℃烘箱中干燥24 h，冷却后揭膜，置于25 ℃、相对湿度55%的恒温恒湿箱中平衡48 h。
1.3.3 试验设计
用75%的酒精对刀具等进行消毒，在超净工作台上将羊肉剔除筋膜和脂肪后均匀分割，分别用聚乙烯袋、木薯淀粉/果胶基膜以及(BLP含量为1%、3%和5%)BLP-木薯淀粉/果胶复合膜对羊肉包装保鲜，于4 ℃条件下贮藏，如图1所示。分别在0、3、6、9、12、15 d取样，测定羊肉的保鲜指标。
图1 复合膜包裹后肉样及4 ℃条件贮藏
Fig.1 Meat sample after wrapping and storage 4 ℃
1.3.4 复合膜理化性能测定
薄膜厚度参照LU等[11]的方法，使用游标卡尺在薄膜上随机选择3个点进行测量并取平均值；薄膜密度的测定采用王玥等[7]的方法。
力学性能按照GB/T 1040.3—2006《塑料 拉伸性能的测定 第3部分：薄塑和薄片的试验条件》，将复合膜裁成7 cm×2 cm的长条，用电子万能试验机测定抗拉强度及断裂伸长率。
水溶性参考刘宏生等[12]的方法，并略作修改；溶胀度参考何娟等[13]的方法，并略做修改；不透明度参考LU等[11]的方法并略作修改；水蒸气透过率按照GB/T 1037—2021《塑料薄膜与薄片水蒸气透过性能测定 杯式增重与减重法》测定。
1.3.5 傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy，FT-IR)分析
采用衰减全反射(attenuated total reflection，ATR)模式的傅里叶红外光谱仪来测量薄膜的4 000～400 cm-1的傅里叶红外光谱，分辨率为4 cm-1。
1.3.6 扫描电子显微镜观察
用双面胶将薄膜固定在金属块上，喷金后观察薄膜表面。将薄膜用液氮淬断，然后用双面胶带固定在载玻片上，喷涂金以观察薄膜的截面。
1.3.7 肉品保鲜指标测定
1.3.7.1 pH测定
参照杨斌等[14]的方法，用便携式pH计对肉样pH值进行测定。参考标准：新鲜肉的pH为5.8～6.2，次极鲜肉的pH为6.3～6.6，变质肉的pH为6.7以上。
1.3.7.2 硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid reactive substances，TBARS)值测定
参照GB/T 5009.181—2016 《食品安全国家标准 食品中丙二醛的测定》。
1.3.7.3 总挥发性盐基氮(total volatile base nitrogen，TVB-N)含量测定
参照GB 5009.228—2016 《食品安全国家标准 食品中挥发性盐基氮的测定》。
1.3.7.4 菌落总数测定
参照GB 4789.2—2016 《食品微生物学检测:菌落总数测定》。
1.3.7.5 感官评价
参考SOMBONPANYAKUL等[15]的方法，并略作修改。选择本实验室经过感官评价训练的10名人员，男女比例为1∶1，分别对肉样色泽、气味、弹性及黏性进行评分，10位感官评价人员评分的平均值作为样品的感官得分。评分标准如表1所示。
表1 贮藏过程中羊肉感官评分标准
Table 1 Standards for sensory evaluation of mutton during storage
项目评分标准分数色泽(25%)肌肉有光泽,颜色鲜红20～25肌肉有光泽,颜色较鲜红15～20肌肉色泽发暗,仍具光泽10～15肌肉色泽暗红,无光泽5～10肌肉呈灰褐色,无光泽<5气味(25%)鲜羊肉特有的香味明显,无任何异味20～25鲜羊肉香味不明显,无异味15～20鲜羊肉香味不明显,稍带异味10～15鲜羊肉香味不浓郁,异味较明显5～10鲜羊肉气味消失,异味强烈<5弹性(25%)弹性好,用指按压后能立即恢复20～25弹性较好,用指按压后能恢复15～20弹性不好,用指按压后略有恢复10～15弹性差,用指按压后不能恢复5～10无弹性,用指按压后有凹陷,不能恢复<5黏性(25%)没有出水,肉样表面不发黏20～25稍有出水,肉样表面不发黏15～20出水较多,肉样表面不发黏10～15出水较多,肉样表面发黏5～10出水较多,肉样表面发黏严重<5
1.4 数据统计分析
试验平行3次，采用Excel进行数据统计与分析，采用Origin 9.0绘图。利用SPSS 22.0 Duncan’s进行显著性分析(P<0.05)，试验数据用平均值±标准差表示。
2 结果与分析
2.1 不同质量分数BLP对复合基膜的影响
2.1.1 不同质量分数BLP对复合基膜理化性能的影响
表2为BLP含量对复合基膜的厚度、密度、拉伸强度和断裂伸长率的影响。从表2中可以看出，随着BLP含量的添加，复合膜的厚度和密度均显著增加(P<0.05)，这可能是因为BLP的添加使膜溶质增加且膜的结构更为紧密，这与闫青青等[16]报道的结果类似。多酚的添加能够降低结构的刚性，获得很好的拉伸性和柔韧性，在本试验中，TSP的拉伸强度为4.48 MPa。相较于前人制备的纯木薯淀粉薄膜(1.38 MPa)[6]，TSP的拉伸强度增加了69.2%，断裂伸长率相近，不同浓度BLP复合膜的拉伸强度提高了40.4%～50.0%。本试验中，拉伸强度随着BLP的增加呈先上升后下降的趋势，断裂伸长率呈先下降后上升的趋势，因为酚类物质通过它们自身的氢键与淀粉和果胶中的氢键相互作用，使得薄膜的拉伸强度有所提高，但当BLP的含量过高时，其在膜中的分散性变差，且阻碍了膜液分子间的结合，这与郭宗林[19]的研究结果相似。
表2 不同质量分数BLP对复合膜厚度、密度、拉伸强度及断裂伸长率的影响
Table 2 Effect of BLP concentration on the thickness，density，tensile strength and fracture strength of composite film
复合膜厚度/mm密度/(g·cm-3)拉伸强度/MPa断裂伸长率/%TSP0.086±0.004d0.911±0.005d4.48±0.11d43.54±0.25aTSP+BLP 1%0.116±0.002c1.017±0.035c5.41±0.10c43.79±0.32aTSP+BLP 3%0.141±0.001b1.152±0.006b6.45±0.25a38.62±0.31cTSP+BLP 5%0.174±0.001a1.231±0.002a5.53±0.13b42.56±0.44b
注：同列肩标不同小写字母表示不同处理组差异显著(P<0.05)(下同)
BLP含量对复合基膜水溶性、溶胀度、不透明度和水蒸气透过率的影响见表3。薄膜的水溶性会直接影响其使用寿命。田春美等[17]研究发现纯木薯淀粉膜的水溶性为26.40%，由表3可知，在复合基膜中加入BLP显著降低了薄膜的水溶性(P<0.05)，提升了薄膜的稳定性，其中添加3% BLP处理组效果最佳。这可能是由于西兰花叶多酚与淀粉和果胶发生的相互作用，限制了亲水基团与水分子的相互作用，从而导致水溶性降低。与TSP膜样品相比，BLP的添加显著提高了复合膜的溶胀度(P<0.05)，说明BLP的加入有利于提高复合膜的持水性能。复合膜的不透明度随着BLP含量的增加显著增加(P<0.05)，因为BLP的添加使膜结构更为紧密，影响光的透过，且多酚的颜色也使得膜透明度逐渐下降。田春美等[17]研究发现纯木薯淀粉膜阻湿性很差，而本试验中TSP膜阻湿性较好，且添加BLP显著降低了膜的水蒸气透过率(P<0.05)，能有效抑制食品中水分的散失，从而起到食品保鲜作用。
表3 不同质量分数BLP对复合膜水溶性、溶胀度、不透明度和水蒸气透过率的影响
Table 3 Effect of BLP concentration on the solubility, swelling degree, opacity and water vapor transmission rate of composite film
复合膜水溶性/%溶胀度/%不透明度水蒸气透过率/[mg·(m·kPa·d)-1]TSP16.49±0.007a102.19±1.22d0.95±0.04d3.20±0.03aTSP+BLP 1%8.76±0.011b182.34±1.65c1.04±0.03c2.92±0.05bTSP+BLP 3%6.35±0.012c267.46±2.74b1.24±0.02b2.61±0.09cTSP+BLP 5%9.56±0.010b395.24±0.99a1.51±0.01a2.86±0.12b
2.1.2 不同质量分数BLP对复合基膜FT-IR的影响
如图2所示，复合膜在3 281、2 938、2 162、1 025、813 cm-1附近存在特征吸收峰。3 281 cm-1附近吸收峰是由于O—H键的振动，这可归因于BLP与淀粉和果胶分子间形成氢键，该区域各峰的吸收位置受整体分子结构的影响较大[14]。由于C—H键的不对称伸缩振动，在2 938 cm-1附近出现吸收峰，位于1 025和813 cm-1之间的光谱吸收带可归因于C—C键和C—O键的伸缩振动[18]。综上，在复合基膜中添加西兰花叶多酚并未出现新的峰，因此添加西兰花叶多酚并未显著改变复合基膜的化学结构。
图2 不同BLP复合膜的红外光谱研究
Fig.2 FT-IR spectroscropy of different BLP composite films
2.1.3 不同质量分数BLP对复合基膜微观结构的影响
图3显示了不同薄膜在扫描电镜下的表面和断面情况。不添加BLP的薄膜表面不平整，这可能是因为果胶团聚所致。BLP添加量从1%增加到3%，薄膜的表面结构平整光滑，结构紧凑，这可能是由于BLP与木薯淀粉形成氢键相互作用。当BLP添加量增加到5%时，薄膜表面出现较多颗粒，复合基膜中未完全糊化的淀粉颗粒产生了一定的破坏作用。从薄膜的断面扫描电镜可以看出，BLP添加量从1%增加到3%，薄膜组织逐渐紧密，但当BLP添加量增加到5%时，复合薄膜出现明显的断层。这可能是因为BLP含量过高，影响了淀粉分子之间成键，进而影响了成膜性能[19]。由以上结果可知，TSP+BLP 3%薄膜的性质优于其他组。
a-TSP薄膜表面；b-TSP薄膜断面；c-TSP+1%BLP薄膜表面；d-TSP+1%BLP薄膜断面；e-TSP+3%BLP薄膜表面；f-TSP+3%BLP薄膜断面；g-TSP+5%BLP薄膜表面；h-TSP+5%BLP薄膜断面
图3 不同质量分数BLP对复合基膜微观结构的影响
Fig.3 Effect of different concentrations of BLP on the microstructure of composite base film
2.2 复合膜对羊肉贮藏期间品质的影响
2.2.1 pH值
pH值是评价羊肉品质的指标之一[20]。羊肉贮藏期间复合膜对其pH值的影响如图4所示，pH值呈先下降后上升的趋势。这是由于羊肉宰后肌肉进行糖酵解作用，其产物乳酸在肌肉中积累导致，后期在酶和细菌作用下，肉中蛋白质降解生成氨基酸使pH回升[21]。在0 d时，羊肉的pH值为5.91，贮藏第6天起，薄膜包裹处理的肉样pH值显著低于对照组(P<0.05)。在第9天时，对照组肉样已变质，TSP处理组在贮藏12 d时pH达到了6.72，超出国标规定的范围，而此时添加BLP的复合膜处理组属于次鲜肉，贮藏末期TSP+BLP 3%组的pH值最低，这可能与复合膜的水溶性有关，TSP+BLP 3%的复合膜水溶性最低，膜贮藏期间对肉包裹更加完整。以上结果说明复合膜包装对羊肉pH值的升高有一定的延缓作用，且添加了西兰花叶多酚的复合膜对抑制羊肉pH值上升的作用更强。
图4 复合膜对羊肉贮藏期间pH值的影响
Fig.4 Effect of composite membrane on the pH value of mutton during storage
注：小写字母不同表示差异显著(P<0.05)(下同)
2.2.2 TBARS值
脂肪氧化可通过酶促反应或非酶促反应引起，会导致冷鲜肉在贮藏过程中腐败变质。肉制品中脂肪氧化程度可用TBARS值表示，反映了肉制品在贮藏期间品质的好坏[22]。由图5可知，随着贮藏时间的增加，羊肉的TBARS值均成上升趋势，且处理组均显著低于对照组(P<0.05)。贮藏0 d时羊肉的TBARS值为0.21 mg/kg，说明羊肉新鲜度较好。对照组在贮藏第6天时已高于新鲜肉的TBARS值，TSP处理组在贮藏至第12天时TBARS值为1.06 mg/kg，而添加了BLP的处理组在15 d时羊肉才腐败变质。这是因为BLP具有清除自由基的作用，抑制了脂质氧化，这与古明辉等[23]研究结果一致。TSP+BLP 3%处理组TBARS值上升幅度最低，上升了0.81 mg/kg，这可能与TSP+BLP 3%复合膜较低的水蒸气透过率和水溶性有关，能阻止羊肉与空气接触，有效抑制其氧化。综上表明，添加西兰花叶多酚可以使羊肉中不饱和脂肪酸的氧化速度降低。
图5 复合膜对羊肉贮藏期间TBARS值的影响
Fig.5 Effect of composite film on the TBARS value of mutton during storage
2.2.3 TVB-N含量
TVB-N是由于酶和微生物相互作用，使蛋白质分解为氨以及胺类等物质[24]，是肉及贮藏肉制品的新鲜度指标之一。从图6可知，对照组和复合膜包裹处理的羊肉的TVB-N含量随着贮藏时间的延长均增加。由GB 5009.228—2016 《食品安全国家标准 食品中挥发性盐基氮的测定》可知，肉及肉制品中TVB-N含量≤15 mg/100 g为新鲜肉，TVB-N含量>20 mg/100 g时为变质肉。对照组肉样的TVB-N含量增加幅度最大，在第9天时达到了20.77 mg/100 g，已超过国标限定值。而TSP组在第12天时羊肉变质，添加不同质量分数BLP处理组的TVB-N含量在贮藏至15 d时才超出国标限定值，TVB-N含量变化趋势与pH值基本一致。以上结果可知，西兰花叶多酚复合膜具有较好的抗菌性能，可以延缓肉样腐败变质。
图6 复合膜对羊肉贮藏期间TVB-N含量的影响
Fig.6 Effect of composite film on the TVB-N content of mutton during storage
2.2.4 菌落总数
肉的腐败变质是由微生物引起的，菌落总数是评价羊肉新鲜度和品质的重要指标之一[25]。一般情况下，菌落总数>6 lg CFU/g为变质肉[26]。羊肉贮藏期间菌落总数如图7所示。
图7 复合膜对羊肉贮藏期间菌落总数的影响
Fig.7 Effect of composite film on total viable count of mutton during storage
在贮藏第0天时，羊肉的菌落总数为2.91 lg CFU/g。由于微生物的大量繁殖，导致对照组在贮藏至第9天时已达到了6.29 lg CFU/g，而此时处理组均未超过国标规定，且TSP+BLP处理组的菌落总数均显著低于TSP组(P<0.05)，这与田玉潭等[27]研究结果相似。添加了3%BLP的处理组在贮藏末期菌落总数上升至6.18 lg CFU/g，羊肉出现氨味，表明已经腐败变质。相比对照组，添加了多酚的复合膜包裹羊肉，延长了羊肉的货架期，复合膜对延缓羊肉微生物生长有积极的抑制作用，且添加了西兰花叶多酚的复合膜效果更佳。因此，多酚复合膜作为肉品包装可以达到良好的抑菌保鲜效果。
2.2.5 感官评价
感官评分是反映肉样新鲜程度最直观的指标[25]，是消费者购买肉类产品的重要因素。对照组和不同处理组的羊肉感官评价如图8所示。感官评分随贮藏时间的延长均降低，处理组的感官评分下降速度显著低于对照组(P<0.05)，这与徐红艳[28]的研究结果相似。感官评分的下降是因为贮藏期间羊肉脂质氧化和微生物生长所致，对照组肉样在贮藏第9天时已处于不可接受水平。与TSP组相比，含有BLP的处理组得分显著较高(P<0.05)，感官评分降低最少的为TSP+BLP 3%处理组，这可能与西兰花叶多酚的颜色及气味有关。这表明BLP的添加可以维持羊肉感官质量和延长保质期。
图8 羊肉贮藏期间感官评分的变化
Fig.8 Changes in sensory scores of mutton during storage
3 结论
本试验将BLP添加到木薯淀粉/果胶复合基膜中，探究了BLP添加量对复合基膜性能的影响以及复合薄膜对羊肉保鲜效果的影响。结果表明，复合薄膜的厚度、密度、溶胀度、拉伸强度和不透明度均显著增大(P<0.05)，断裂伸长率、水溶性和水蒸气透过率显著减小(P<0.05)，说明添加BLP可以改善复合基膜的性能。TSP薄膜对冷藏肉的保鲜效果受添加BLP质量分数的影响，复合膜包裹羊肉在4 ℃下贮藏，结果表明，随着贮藏时间的延长，复合膜包裹羊肉的感官评分始终优于对照组，且处理组pH、TBARS值、TVB-N含量及菌落总数均显著低于对照组(P<0.05)，在所有组中TSP+BLP 3%的效果最好。这表明西兰花叶多酚-木薯淀粉/果胶复合膜对羊肉具有良好的保鲜效果，延长了羊肉的保质期。
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