冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜对牛肉冷藏保鲜效果的影响

孙保龙1,赵喜亚1,于鸿伟2,张玉斌1*

1(甘肃农业大学 食品科学与工程学院,甘肃 兰州,730070)2(甘肃汇利泽农牧科技有限公司,甘肃 武威,733000)

摘 要 为开发具有保鲜效果且可生物降解的复合膜,该试验以纳米SiO2和马铃薯氧化羟丙基淀粉(potato oxidizes hydroxypropyl starch,POHS)为成膜基材,采用反复冻融方法制备改性纳米SiO2-POHS复合膜。研究了不同冻融次数对复合膜性能的影响和3种保鲜处理(冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜覆盖、聚乙烯保鲜膜覆盖和不覆盖膜)冷藏对牛肉保鲜效果的影响。结果表明,当反复冻融4次时,复合膜拉伸强度达到最大值17.02 MPa,透明度降低95.17%,水蒸气透过系数降低33.92%,透油系数降低27.84%(P<0.05),复合膜孔径变小,表面结构致密。将不同保鲜处理的牛肉在4 ℃条件下贮藏18 d,随时间的延长,发现用聚乙烯保鲜膜处理和冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜处理可显著减缓牛肉pH值、菌落总数、挥发性盐基氮(total volatile base nitrogen,TVB-N)值、硫代巴比妥酸反应物(thiobarbituric acid reactive substances,TBARS)值的上升(P<0.05),相同时间下,相较于聚乙烯保鲜膜组,冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜组的pH值、TVB-N值、TBARS值都最低且感官评分始终优于聚乙烯保鲜膜组。说明冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜处理能有效延长牛肉保质期。

关键词 马铃薯氧化羟丙基淀粉;纳米二氧化硅;反复冻融;牛肉保鲜;可生物降解膜

肉及肉制品中有丰富的营养物质,但是营养物质在为人类提供所需营养的同时,也为微生物的生长繁殖提供了必须的能量,致使肉及肉制品容易腐败变质,此外,脂质氧化和酶的消化也会影响肉制品新鲜度[1]。因此,为了保证肉制品的新鲜度,可使用活性保鲜包装膜来延长冷鲜肉的货架期,提高冷鲜肉的安全性。活性包装薄膜通过直接或间接抑菌来达到保鲜目的,也可以通过选择透过性来抑制微生物的生长[2]

淀粉分子含有大量羟基,具有很强的交联能力,因此它们是制备可生物降解薄膜的理想材料[3]。INAM等[4]研究了马铃薯淀粉基抗氧化活性包装膜的制备及其对牛肉保鲜的影响,结果表明,抗氧化活性包装膜改善了牛肉的颜色和pH值。MATHEW等[5]对淀粉-壳聚糖复合膜进行表征:发现2种多糖通过分子间氢键和分子内氢键以及范德华力的作用形成了具有选择透过性的薄膜,提高了复合膜的拉伸强度。然而,天然淀粉制备的薄膜通常具有机械性能差、脆性强和阻水性差的缺点,限制了其在薄膜中的应用[6]。为克服这些缺点,通常采用化学改性或添加增强材料来改善其性能。马铃薯淀粉首先经过环氧丙烷醚化处理,再经过氧化处理,得到颜色洁白、糊液透亮的马铃薯氧化羟丙基淀粉(potato oxidizes hydroxypropyl starch,POHS)。其不仅具有优异的成膜性而且具有良好的冻融稳定性[7]。而纳米二氧化硅(SiO2)在所有增强材料中被称为“环境友好型材料”,其比表面积大,重量轻,化学性质稳定[8]。研究发现,纳米SiO2作为填料添加到薄膜中对薄膜的机械性能产生影响,增强其阻隔性能[9]。高红芳[10]将纳米SiO2作为一种增强剂加入薄膜中,使膜的结构更加紧密,提高了膜的机械性能,增加了膜的热稳定性。因此,将纳米SiO2添加到POHS中,制备一种新型可生物降解薄膜具有广阔的应用前景。

淀粉薄膜贮存在不同环境条件下时,会发生物理或化学变化,从而改变其力学性能和阻隔性能。经研究,冻融处理使淀粉薄膜的不透明度提高,质地变硬,附着力黏度增加[11-12]。所以经冷冻解冻处理后的复合膜不仅能保持原料的最初特性,具有很强的力学性能和保水性能,还对复合物其他性质也起到协同增强的效果[13]。因此,对纳米SiO2-POHS复合膜进行冻融处理,研究冻融循环次数对纳米SiO2-POHS复合膜性能的影响很有必要。

该试验以纳米SiO2和POHS为成膜基材,采用反复冻融方法制备改性纳米SiO2-POHS复合膜。研究了不同冻融次数对复合膜性能的影响。并用该膜包裹牛肉,在4 ℃条件下贮藏18 d,通过测定冷却肉硫代巴比妥酸反应物(thiobarbituric acid reactive substances,TBARS)值、pH值、菌落总数、挥发性盐基氮(total volatile base nitrogen,TVB-N)值和色度值,探索冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜对牛肉冷藏保鲜效果的影响。为日后冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜的实际开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜牛肉,购买于甘肃祁连牧歌实业有限公司。

POHS,甘肃丰收农业科技有限公司;纳米SiO2、乳酸钙,上海源叶生物科技有限公司;丙三醇,天津市百世化工有限公司;D-山梨醇,北京索莱宝生物技术有限公司;乙二胺四乙酸二钠,天津市凯通化学试剂有限公司;硫代巴比妥酸,天津市凯信化学工业有限公司。所用试剂均为分析纯级。

1.2 仪器与设备

PHS-3C电子分析天平,沃特世有限公司;CMT-8102微机控制电子万能试验机,深圳市新三思材料检测有限公司;JSM-6701F扫描电子显微镜,日本电子株式会社捷欧陆科技有限公司;FTIR-650傅里叶变换红外光谱仪,天津港东科技发展股份有限公司;XRD-6100X射线衍射仪,日本岛津有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜的制备

1.3.1.1 制膜工艺流程

参考赵喜亚等[14]的方法略作修改。称取0.75 g纳米SiO2使其分散在10 mL蒸馏水中。将0.15 g乳酸钙溶于10 mL蒸馏水中,超声处理使其充分溶解。将5 g POHS溶于70 mL蒸馏水中,分别加入配制的纳米SiO2和乳酸钙溶液,按1∶1(质量比)加入甘油和山梨醇共3 g,85 ℃下糊化70 min。将糊化好的膜液超声脱气并倒入聚乙烯盘中制膜。

1.3.1.2 反复冻融处理

按上述工艺流程成膜后,对膜液分别进行0、1、2、3、4、5次冻融处理(将膜在-18 ℃条件下冷冻24 h,然后室温下放置12 h为一次冻融循环),最后自然凉干。测定其机械强度、透明度等物理指标以及用X-射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、扫描电镜、傅立叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)表征膜的微观结构。

1.3.1.3 薄膜材料性能测定

a)机械性能

参考GB/T 1040.1—2018《塑料拉伸性能的测定第1部分:总则》和GB/T 1040.3—2006《塑料拉伸性能的测定第3部分:薄膜和薄片的试验条件》,将样品膜裁剪成150 mm×20 mm放置于电子万能试验机测定槽中,设置其实际测量长度为70 mm,测试速率为200 mm/min。拉伸强度和断裂伸长率的计算分别如公式(1)、公式(2)所示:

(1)

(2)

式中:T,拉伸强度,MPa;F,样品膜断裂时的负荷,N;h,样品膜厚度,mm;b,样品膜宽度,mm;E,断裂伸长率,%;L1,样品膜测量初始标距,mm;L2,样品膜断裂时的标距,mm。

b)水蒸气透过系数

参考GB/T 1037—1988《塑料薄膜和片材透水蒸气性试验方法杯式法》并稍作修改。在室温下,锥形瓶中量取15 mL蒸馏水,用样品膜密封锥形瓶,将其放入干燥器中,平衡1 h,每5 h称重1次,直到相邻测量之间的质量差不超过5%。样品膜的水蒸气透过系数的计算如公式(3)所示:

(3)

式中:WVP,样品膜水蒸气透过系数;Δm,锥形瓶前后质量变化,g;d,样品膜厚度,mm;A,样品膜面积,m2t,时间间隔,h;Δp,样品膜两侧水蒸气气压差,2.915 kPa,25 ℃。

c)透油系数

参照原芳[15]的方法。试管中量取5 mL大豆油,密封样品膜并倒在滤纸上,静置4 d,确定滤纸前后质量差。膜的透油系数的计算如公式(4)所示:

(4)

式中:P0,样品膜的透油系数;Δw,滤纸前后质量差,g;Ft,样品膜的厚度,mm;S,样品膜面积,m2;t,测定时间,d。

d)不透明度

参照SOLTANI等[16]方法。选取样品膜厚度均匀平整处,将其剪成100 mm×40 mm的尺寸贴于比色皿的一侧,测定其在600 nm处的吸光度。不透明度的计算如公式(5)所示:

(5)

式中:O,样品膜不透明度;A600,样品膜在600 nm处的吸光度;d,样品膜的厚度,mm。

e)水溶性

参考NUR等[17]的方法。先将薄膜在100 ℃干燥至恒重,称重并置于装有蒸馏水的玻璃杯中,室温下溶胀15 h,然后在100 ℃下干燥5 h,通过改变样品膜前后的质量数计算在水中的溶解度。

1.3.1.4 薄膜材料结构表征

a)FTIR分析

参考ZHANG等[18]的方法并略有改进。测定参数为:扫描分辨率2 cm-1,在400~4 000 cm-1波段范围内进行测试。

b)扫描电镜分析

参考汪敏等[19]的方法。首先用液氮淬断薄膜样品以获得平坦的横截面,然后用双面胶带固定薄膜样品并喷金30 s。使用扫描电子显微镜观察膜的表面和横向微观结构。

c)XRD分析

参考张昊等[20]的方法。将样品膜切成正方形(20 mm×20 mm)置于X射线衍射仪的试验室中,测定条件为铜靶,管内电流为30 mA,管内压力为40 kV,扫描速度为4 (°)/min,室温下收集10°~50°(2θ)衍射数据结果。

1.3.2 试验原料及处理

肉样切成60 g左右薄厚相同的肉块,分3组置于托盘中。处理组用最优次数冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜与聚乙烯(polyethylene,PE)保鲜膜分别覆盖在塑料皿上,对照组不覆盖膜。所有样品放于4 ℃恒温恒湿条件下,在第0、3、6、9、12、15、18天每组各取一份测定牛肉的色度、pH、TVB-N值、菌落总数等指标。

1.3.3 表征与测试方法

1.3.3.1 色度

参照杨斌等[21]的方法,并稍作修改。其中,L*为亮度值;a*为红度值;b*为黄度值。

1.3.3.2 pH值

使用便携式pH计测量pH值,待读数稳定读取数值。

1.3.3.3 菌落总数

参照GB 4789.2—2016《食品微生物学检测:菌落总数测定》。

1.3.3.4 TVB-N

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》。

1.3.3.5 感官品质评价

参考GB/T 22210—2008《肉与肉制品感官评定规范》中感官指标评定方法并稍作改动。根据表1,选择8名接受过感官评估培训的工作人员,对储存过程中采用不同保存方法的牛肉进行颜色、气味、弹性和黏度的感官评估。所有指标的最高分为10分,最终得到平均分。

表1 感官评定的指标体系

Table 1 Indicator system for sensory evaluation

评分评价指标色泽气味弹性黏性10鲜红均匀有光泽 鲜牛肉气味 按压后立即恢复 无渗水,不发黏 8较鲜红均匀有光泽牛肉气味,无异味 按压后能恢复 略有渗水,不发黏6较暗红无光泽 稍有异味 按压后略有恢复 渗水较多,不发黏4暗红无光泽 有明显异味 按压后不能完全恢复渗水较多,发黏 2灰褐色无光泽 腐败味明显 按压后凹陷不恢复 渗水多,严重发黏

1.3.3.6 TBARS

参照GB/T 5009.181—2016《食品安全国家标准 食品中丙二醛的测定》。

1.4 数据统计分析方法

采用Excel 10和Origin进行试验数据处理和绘图,利用SPSS 19.0 Duncan′s多重比较分析实验结果显著性(P<0.05代表差异显著)。最终实验数据取3次重复实验的平均值±标准偏差。

2 结果与分析

2.1 冻融次数对纳米SiO2-POHS复合膜的影响

2.1.1 冻融次数对纳米SiO2-POHS复合膜物理性质的影响

表2为冻融次数对纳米SiO2-POHS复合膜不透明度,阻隔性能等物理性质的影响。冻融4次时,纳米SiO2-POHS复合膜拉伸强度达到最大值17.02 MPa,不透明度最大是2.83%,阻隔性能最强。这是因为纳米SiO2-POHS体系在进行冷冻过程中,淀粉颗粒的自由水向冰晶态转变,随着冷冻时间的延长,冰晶态的面积增大占据淀粉分子内的空间越大,从而会施加较大的机械力使淀粉颗粒溶胀,导致其解冻后形成形似蜂窝的海绵状结构,增加了淀粉吸收纳米SiO2的空间,所以其力学性能增强。但是当冻融次数增加到5次时,其结构彻底崩溃,所以纳米SiO2-POHS复合膜的力学性能骤然下降。

表2 冻融次数对纳米SiO2-POHS复合膜物理性质的影响

Table 2 Effects of freezing and thawing times on physical properties of nano SiO2-POHS composite films

注:同一列不同上标字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。

冻融次数拉伸强度/MPa不透明度/%水蒸气透过系数/[g·mm/(h·m2·kPa)]透油系数/[g·mm/(m2·d)]水溶性/%014.45±1.43c1.45±0.26c0.339±0.04a0.158±0.004e30.28±0.33a114.84±1.16c2.25±0.13b0.329±0.01a0.260±0.004a26.58±0.48b215.78±1.06b2.45±0.17b0.315±0.01ab0.219±0.004b25.12±0.53c316.07±1.14b2.79±0.12a0.266±0.01c0.183±0.004c23.12±0.58d417.02±1.24a2.83±0.05a0.224±0.003d0.114±0.004f20.97±0.27e515.30±1.08bc2.78±0.09a0.283±0.008bc0.166±0.005d22.45±0.51d

随冻融次数的增加,不透明度升高,阻隔性能增强、水溶性降低,这主要是因为冻融次数的增加,使纳米SiO2-POHS体系中支链淀粉含量增加,从而导致水分子和其他分子通过该复合膜的过程更加的困难。

综上所述,在本实验室中,冻融4次即为最佳冻融次数。与纳米SiO2-POHS复合膜相比,冻融4次的纳米SiO2-POHS复合膜不透明度为(2.83±0.05)%,水蒸气透过系数为(0.224±0.003) g·mm/(h·m2·kPa),透油系数为(0.114±0.004) g·mm/(m2·d),水溶性为(20.97±0.27)%。

2.1.2 冻融次数对纳米SiO2-POHS复合膜红外光谱的影响

由图1可知,与未处理膜相比,冻融改性后膜的的每个特征吸收峰位置在红外光谱中没有显著变化。经过反复冻融,其峰面积没有明显变化。表明,冻融处理既不会改变淀粉分子中化学基团的类型,也不会产生新的化学基团,说明冻融改性技术对纳米SiO2-POHS复合膜的相容性有显著效果。

图1 冻融次数对纳米SiO2-POHS复合膜FTIR的影响

Fig.1 Influence of freeze-thaw times on FTIR of nano-SiO2-POHS composite membrane

2.1.3 冻融次数对纳米SiO2-POHS复合膜微观结构的影响

图2-a~图2-g分别是POHS膜、纳米SiO2-POHS复合膜冻融0、1、2、3、4、5次的表面扫描图。可以看出,加入纳米SiO2后复合膜表面有颗粒状的小白点出现,这可能是因为纳米SiO2团聚在一起。随着冻融次数的增加,小白点逐渐消失,呈现出均匀、光滑的表面形态,说明冻融处理增加了纳米SiO2和POHS的相容性。图2-A~图2-G分别是POHS膜、纳米SiO2-POHS复合膜冻融0、1、2、3、4、5次的断面扫描图。POHS膜断面蓬松,有孔洞,经过反复冻融后,纳米SiO2-POHS复合膜结构越来越紧凑,孔洞减小,冻融4次的复合膜横截面形态表现最好。随着冻融处理次数增多,复合膜孔径越小,复合膜分子网络结构越规整[22],说明反复冻融的改性技术对纳米SiO2-POHS复合膜的相容性有显著效果。

a-POHS膜表面图;b-纳米SiO2-POHS复合膜表面图;c-纳米SiO2-POHS复合膜冻融1次表面图;d-纳米SiO2-POHS复合膜冻融2次表面图;e-纳米SiO2-POHS复合膜冻融3次表面图;f-纳米SiO2-POHS复合膜冻融4次表面图;g-纳米SiO2-POHS复合膜冻融5次表面图

A-POHS膜断面图;B-纳米SiO2-POHS复合膜断面图;C-纳米SiO2-POHS复合膜冻融1次断面图;D-纳米SiO2-POHS复合膜冻融2次断面图;E-纳米SiO2-POHS复合膜冻融3次断面图;F-纳米SiO2-POHS复合膜冻融4次断面图;G-纳米SiO2-POHS复合膜冻融5次断面图

图2 冻融次数对纳米SiO2-POHS复合膜扫描电镜的影响

Fig.2 Influence of freeze-thaw times on scanning electron microscopy of nano-SiO2-POHS composite film

2.1.4 冻融次数对纳米SiO2-POHS复合膜XRD的影响

由图3可以观察到冻融后薄膜的XRD谱没有明显变化,但峰高略有降低。因为冻融后,双螺旋的减弱,衍射峰的强度部分降低[23]。图3表明,冻融破坏了结晶区域,从而降低了结晶度。这可能是因为反复冻融过程中析出的直连淀粉聚集,造成颗粒结构变弱,也可能是冻融诱导支链淀粉析出,造成支链淀粉双螺旋的损失,影响了淀粉微晶的组织[24]。结果表明反复冻融技术使纳米SiO2-POHS复合膜的相容性增加。

图3 冻融次数对纳米SiO2-POHS复合膜XRD的影响

Fig.3 Effects of freezing and thawing times on XRD of nano-SiO2-POHS composite films

2.2 纳米SiO2-POHS复合膜对牛肉冷藏保鲜效果的影响

2.2.1 色度

在牛肉的感官特性中,颜色的形成和稳定将直接影响消费者对牛肉新鲜程度的判断。由表3可知,3组的L*值均呈现先上升、后下降又逐渐回升、到末期又开始下降的趋势。这与BINGOL等[25]研究的结果基本一致。主要是因为pH值会从屠宰到胴体冷却降低,使肌红蛋白变性,变性肌红蛋白在一定条件下会改变其空间结构,使其反射性更强,使肉色増亮[24]。随后,因为肉自身酶的作用及微生物的作用将肉的还原体系破坏,致使肌红蛋白的量减少,使亮度下降[25]。相较于聚乙烯保鲜膜组,冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜组L*值上升更加缓慢。

表3 冷却肉色度值随冷藏时间的变化

Table 3 Changes in coloration value of chilled meat with cold storage time

贮藏方式指数贮藏时间/d0369121518L∗31.02±1.07a38.42±0.67a46.38±0.57a41.81±0.64a———冷藏a∗16.71±0.48a23.77±0.21a19.59±0.63c17.20±0.16c———b∗4.99±0.32a10.10±0.56a12.67±0.33a14.42±0.23a———L∗31.02±1.07a37.94±0.17ab41.90±0.21b43.68±0.2b38.92±0.18c37.86±0.21b41.89±0.16a冷藏+保鲜膜a∗16.71±0.48a19.78±0.34c23.77±0.21a21.25±1.03a18.67±0.33a16.56±0.45b14.69±0.42cb∗4.99±0.32a8.57±0.21b10.95±0.18b12.36±0.32bc13.67±0.33c15.16±0.26b16.00±0.36aL∗31.02±1.07a36.26±0.48b39.09±0.21c42.90±0.21c37.62±0.31c36.38±0.57b40.48±0.64a冷藏+复合膜a∗16.71±0.48a20.53±0.45b22.95±0.24b19.32±0.28b16.56±0.45a14.69±0.42b13.03±0.19cb∗4.99±0.32a6.65±0.11c10.10±0.56c12.86±0.83b13.67±0.33c14.67±0.33b15.42±0.23a

3个组的a*值均呈现先上升后下降的趋势,处理组的a*值下降缓慢。这可能是因为冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜和PE膜的阻隔性可以抑制牛肉表面微生物的生长。其中,冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜组的变化程度显著(P<0.05)小于其他各组。3个组的b*值均呈现上升趋势,处理组的b*值上升缓慢,冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜组b*值变化均小于其他处理组(P<0.05)。这可能是因为冷藏后期微生物和酶的作用,分解蛋白质等物质的过程中伴随产生H2S,与血红蛋白结合形成较为复杂的偏绿偏黄颜色。

2.2.2 pH值

由图4可知,0 d时,牛肉的pH值是5.41,随试验进行,冷藏组的pH值上升迅速,第9天时就已经达到6.44。与之相比,处理组冷却牛肉的pH上升缓慢,第18天时,处理组牛肉的pH才分别达到6.48、6.37。所以,冻融改性过的纳米SiO2-POHS复合膜与PE膜对冷却牛肉的pH的变化有显著抑制作用(P<0.05)。相较于PE膜组,冻融改性过的纳米SiO2-POHS复合膜组的pH值更低。这表明冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜可以有效控制牛肉的pH值。

图4 冷却肉pH值随冷藏时间的变化

Fig.4 changes in pH value of chilled meat with cold storage time

注:不同字母 A~C 代表组间差异显著(P<0.05),不同字母 a~g 代表组内差异显著 (P<0.05)(下同)。

2.2.3 菌落总数

由图5可知,0 d时,牛肉的菌落总数为2.76 lg CFU/g,随着贮藏时间的延长,3组冷却肉中菌落总数含量都上升。冷藏前3 d,3组间菌落总数值没有显著差异(P>0.05)。冷藏后期,相同时间下,冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜组的值最低。冷藏组第9天菌落总数达到6.45 lg CFU/g。与之相比,两处理组在第18天时,牛肉的菌落总数才分别达到6.32 lg CFU/g、6.22 lg CFU/g,明显腐败失去消费价值。说明冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜可以有效抑制肉表面微生物生长,这是因为纳米SiO2发挥了抑菌作用。

图5 冷却肉菌落总数随冷藏时间的变化

Fig.5 Total number of bacteria in chilled meat changes with cold storage time

2.2.4 TVB-N

在贮藏期间,TVB-N的增加表示氨基酸分解量的增加。由图6可知,0 d时,冷却牛肉的TVB-N为4.66 mg/100 g,随着试验进行,3组处理的牛肉中TVB-N含量均有所增加。这主要是因为冷却肉中的蛋白质被自身酶和微生物不断分解,碱性含氮物质逐渐积累。冷藏前3 d,不同处理组间TVB-N值没有显著差异(P>0.05)。冷藏组到第9天时TVB-N值为24.5 mg/100 g,已经超过了国家标准。冷藏后期,相同时间下,冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜组的TVB-N值最低(P<0.05)。两处理组在第18天时,牛肉的TVB-N值分别是25.2、22.63 mg/100 g,明显腐败失去消费价值。说明冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜组可以有效延长冷却肉保质期。

图6 冷却肉TVB-N随冷藏时间的变化

Fig.6 Changes of TVB-N in chilled meat with cold storage time

2.2.5 感官品质评价

由图7可知,随着冷藏时间的延长,不同处理组的冷鲜肉感官评价分数均呈现逐渐下降的趋势,在冷藏6 d后不同薄膜包装的冷鲜肉感官评价分数之间差异显著(P<0.05)。冷藏组的冷却肉在第9天偏暗褐色,按压后不能完全恢复且腐败味明显;处理组冷却肉感官品质下降较慢,PE膜组在第12天呈轻度变质。冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜的保鲜效果显著优于PE膜组和冷藏处理组(P<0.05),其肉样在第18天时成为了变质肉,说明冻融改性过的纳米SiO2-POHS复合膜可延缓冷却肉的腐败变质。

图7 冷却肉感官评分随冷藏时间的变化

Fig.7 Changes of cold sensuality score with time of cold storage

2.2.6 TBARS

肉类脂质的评定标准为:0.20 mg/kg<良质肉<0.66 mg/kg,变质肉>1 mg/kg[28]。由图8可知,0 d时,冷却牛肉的TBARS值为0.15 mg/kg,冷藏前3 d,不同处理组间TBARS值差异不显著(P>0.05)。随试验进行,冷藏组的TBARS值增加显著(P<0.05)。冷藏后期相同时间下,冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜组的TBARS值低于PE膜组(P<0.05)。第9天时,冷藏组TBARS值超过了规定范围,已经达到0.78 mg/kg。处理组牛肉第18天时,其TBARS值分别是0.74、0.71 mg/kg,明显腐败失去消费价值。说明冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜可以有效抑制牛肉贮藏期间的脂质氧化。

图8 冷却肉TBARS随冷藏时间的变化

Fig.8 Thiobarbituric acid value of chilled meat changes with cold storage time

3 结论

本试验研究了不同冻融次数对复合膜性能的影响和3种保鲜处理:冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜覆盖、PE膜覆盖和不覆盖膜,冷藏对牛肉保鲜效果的影响。结果表明:当反复冻融4次时,复合膜拉伸强度达到最大值17.02 MPa,不透明度为(2.83±0.05)%,水蒸气透过系数为(0.224±0.003) g·mm/(h·m2·kPa),透油系数为(0.114±0.004) g·mm/(m2·d),水溶性为(20.97±0.27)%。复合膜孔径变小,表面结构致密。反复冻融技术有效改善了膜的综合性能,满足绿色安全的制备要求。将不同保鲜处理的牛肉在4 ℃条件下保藏18 d,随时间的延长,发现用PE膜处理和冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜处理可显著减缓牛肉pH值、菌落总数、TVB-N值、TBARS值的上升(P<0.05)。相同贮藏时间下,冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜组的pH值、TVB-N值、TBARS值都低于PE膜组且感官评分始终优于PE膜组,说明冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜处理能有效延长牛肉保质期。

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Effect of freeze-thaw modified nano-silica-potato oxidized hydroxypropyl starch composite films on preservation of beef in cold storage

SUN Baolong1, ZHAO Xiya1, YU Hongwei2, ZHANG Yubing1*

1(College of Food Science and Engineering, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China) 2(Gansu Huilize Agriculture and Animal Husbandry Technology Co.Ltd., Wuwei 733000, China)

ABSTRACT To develop biodegradable composite films with fresh-keeping effects, this experiment used nano-SiO2 and potato oxidizes hydroxypropyl starch (POHS) as the film-forming substrate to prepare a modified nano-SiO2-POHS composite film by the repeated freeze-thawing method.The effects of different freeze-thaw times on the performance of the composite film and three preservation treatments, including freeze-thaw modified nano-SiO2-POHS composite film cover, polyethylene plastic wrap cover and, no film cover, and the effect of refrigeration on the preservation of beef were investigated.Results showed that when repeatedly freeze-thawed 4 times, the tensile strength of the composite film reached a maximum value of 17.02 MPa, opacity increased by 95.17%, water vapour transmission coefficient decreased by 33.92%, oil permeability coefficient decreased by 27.84% (P<0.05), the pore size of the composite film became smaller, and the surface structure was dense.Beef with different preservation treatments was stored at 4 ℃ for 18 days.With the increase of time, it was found that treatment with polyethylene plastic wrap and freeze-thaw modified nano-SiO2-POHS composite film significantly slowed down the increase of beef pH, total bacterial colony, total volatile base nitrogen (TVB-N), and thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) (P<0.05).Compared to the cling film group, the freeze-thaw modified nano-SiO2-POHS composite film group had the lowest pH, TVB-N, and TBARS and consistently better sensory scores than the polyethylene plastic wrap group at the same time.It shows that the freeze-thaw modified nano-SiO2-POHS composite film treatment can effectively delay the quality deterioration of beef during storage and prolong the shelf life of beef.

Key words potato oxidizes hydroxypropyl starch; nano SiO2; repeated freezing and thawing; beef keeps fresh; biodegradable membrane

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.035327

引用格式:孙保龙,赵喜亚,于鸿伟,等.冻融改性纳米SiO2-POHS复合膜对牛肉冷藏保鲜效果的影响[J].食品与发酵工业,2024,50(10):32-39.SUN Baolong,ZHAO Xiya,YU Hongwei, et al.Effect of freeze-thaw modified nano-silica-potato oxidized hydroxypropyl starch composite films on preservation of beef in cold storage[J].Food and Fermentation Industries,2024,50(10):32-39.

第一作者:硕士研究生(张玉斌教授为通信作者,E-mail:zhangyb@gsau.edu.cn)

基金项目:国家“十四五”重点研发计划课题子项目(2021YFD2100 503-2-2)

收稿日期:2023-03-01,改回日期:2023-04-14