在肉品行业加速发展的今天,冷鲜肉已成为肉类行业中最具吸引力和最受欢迎的品种之一。由于冷鲜肉滋味鲜美、营养丰富,其产量每年超过300万t。然而,冷鲜牛肉在贮藏流通期间易被微生物污染和发生氧化腐败,造成营养流失及消费者接受程度的下降。因此,冷鲜肉行业迫切需要开发一种新型包装材料来满足当前消费者的需求和现代市场的变化趋势。
近年来,可生物降解和环保聚合物如淀粉、壳聚糖、聚乙烯醇等引起人们广泛关注,其可作为智能和活性包装薄膜的固体载体。聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)是一种成膜性良好的多羟基聚合物,但PVA膜阻隔性能极差。共混改性是改善其性能的常用方式,纤维素具有良好的可再生性和降解性,其分子链上的羟基能与PVA形成氢键相互作用,降低活性羟基含量,提升膜的疏水性和机械强度[1]。细菌纤维素(bacterial cellulose,BC)是一类由微生物发酵合成的天然纳米纤维聚合物,常用作聚合物材料的增强剂,具有良好的成膜性能[2]。JU等[3]制备了BC/PVA复合膜,研究表明二者彼此兼容,相比于BC膜,BC/PVA复合膜具有更优异的物理性能。
目前,大多数研究倾向于将精油添加到可生物降解的薄膜中,以延长食品的货架期。精油被认为是“公认安全”的活性包装材料的抗菌剂[1]。紫苏精油(perilla essential oil,PEO)是从紫苏籽中提取的含有许多活性化合物的精油,如丁香酚、萜烯等,具有巨大的功能特性,但由于其水不溶性和挥发性,所以开发了基于乳液的封装形式,从而提高其稳定性。Pickering乳液作为一种以胶体颗粒代替表面活性剂稳定的乳液体系,比表面活性剂具有更高的稳定性、更高的负载能力和更低的释放速率,可进一步延长食品货架期[5]。与传统乳液不同,Pickering乳液中的固体颗粒是由天然物质组成,因此是生物安全的。大豆分离蛋白(soybean protein isolate,SPI)和壳聚糖纳米粒子(chitosan nanoparticles,CSNPs)是可食用的天然材料,其具有一定的乳化性,是制备Pickering乳液的常用材料,也是合适的PEO稳定剂[6]。目前,负载PEO Pickering乳液(SPI-CSNPs-PEO Pickering,SCEO)的BC/PVA复合膜还未见报道。
因此,本研究旨在制备一种添加SCEO的BC/PVA复合膜。探讨SCEO含量对BC/PVA膜结构和性能的影响。此外,将此复合膜应用在冷鲜牛肉的保鲜中,以鲜肉菌落总数(total viable count,TVC)、pH值变化、硫代巴比妥酸反应物(thiobarbituric acid reactive substances,TBARS)和挥发性盐基氮(total volatile base nitrogen,TVB-N)含量为指标评估复合膜的保鲜效果。为冷鲜牛肉品质的改善提供理论依据及新的思路,同时为进一步开发新型包装薄膜提供了途径。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
牛肉[平均体重:(450±50) kg;平均年龄:3岁]购自青海可可西里食品有限公司,饲养条件相同、发育正常、健康无病。屠宰后牛胴体在4 ℃的排酸库中排酸24 h后取后腿肉(所选肉样最终pH值为5.50～5.60),加冰块运到肉类加工实验室。
聚乙烯醇(醇解度为99%)、壳聚糖(相对分子质量为500 kDa,脱乙酰度为90%)、大豆分离蛋白(蛋白质含量为90%),上海源叶生物科技公司;大豆油,上海益海嘉里食品工业有限公司;紫苏籽油,安徽滁谷食品有限公司;细菌纤维素悬浮液(0.5%,质量分数),中国桂林启宏科技有限公司;其他试剂均为分析纯。
1.2 仪器与设备
Bettersize 2000激光粒度分布仪,丹东百特仪器有限公司;FJ200-SH 数显高速分散均质机,上海沪析实业有限公司;FTR-650 傅里叶红外光谱仪,天津港东科技发展股份有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 CSNPs的制备
参考ASFOUR等[7]描述的方法,稍作修改。根据壳聚糖(chitosan,CS)与三聚磷酸钠(sodium tripolyphosphate,STPP)进行离子交联的离子凝胶化法在稀溶液中合成CSNPs。具体步骤如下:将1 g CS溶解在 100 mL 1%(质量分数)乙酸溶液中,充分搅拌3 h,调pH至5.0。然后将STPP溶液逐滴加到CS溶液中(CS与STPP质量比为5∶1),不断搅拌,直到形成乳白色悬浮液后离心,上清液用0.45 μm滤膜过滤,所得沉淀冷冻干燥后即为CSNPs。
1.3.2 SPI-CSNPs复合物的制备
称取适量SPI,将SPI和CSNPs以3∶1(质量比)混合,控制颗粒质量浓度为2 g/100 mL,pH值调至3.0。搅拌2 h后,4 ℃条件下水化过夜,以使其充分水合,此溶液即为水相。
1.3.3 SCEO的制备
参考RAN等[8]的方法,将10%(体积分数)PEO与大豆油混合加入水相中,油相体积分数为50%、60%、70%、80%和90%。以均质速度20 000 r/min乳化4 min,以获得不同油相体积分数的SCEO。
1.3.4 SCEO乳液的分析
1.3.4.1 粒径、多分散系数(polydispersity Index,PDI)和Zeta电位
测量前,用去离子水稀释1 000倍,防止多重光散射效应。每个样品重复测量3次。折射率分别为1.330和1.469。
1.3.4.2 乳化指数
乳化指数(creaming index,CI)根据段方宇等[2]的方法测量。将乳液置于室温下贮藏,每2天测量一次CI,持续10 d。CI计算如公式(1)所示:
(1)
式中:HX为乳液乳化层高度,cm;H为Pickering乳液总高度,cm。
1.3.5 复合膜的制备
称取2 g PVA分散于98 mL的去离子水中,90 ℃下搅拌1 h。根据前期预实验的结果,确定PVA与BC悬浮液质量比为5∶2。在50 ℃下磁力搅拌2 h,添加30%(基于BC/PVA的质量分数)的甘油,然后加入体积分数为1%、1.5%、2%、2.5%的SCEO(油相体积分数为80%),搅拌30 min。将膜液在20 000 r/min均质5 min,超声处理15 min以脱除气泡。接着,将50 mL成膜液倒入培养皿(20 cm×20 cm),40 ℃下干燥24 h后在25 ℃和50%的相对湿度下贮存。制备的膜标记为:BC/PVA(BP)膜、BC/PVA/SCEO(BP/SCEO)膜。
1.3.6 膜的表征
1.3.6.1 傅里叶变换红外光谱 (Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)
使用FTIR扫描膜及其组分,在4 cm-1分辨率下采集了4 000～400 cm-1波数内的吸收光谱(32次扫描)。
1.3.6.2 扫描电子显微镜
薄膜真空喷金处理后,用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)在10 kV的电压下记录膜的表面(×3 000)和截面(×500)。
1.3.3 厚度和机械性能
厚度:使用螺旋测微器随机在膜上取10个点测量。
机械性能:通过电子万能试验机测量,包括拉伸强度(tensile strength,TS)和断裂伸长率(elongation at break,EAB)。将膜裁成100×120 mm的矩形,初始间距为50 mm,速率为50 mm/min。每组试验重复5次。分别用公式(2)和公式(3)计算TS和EAB:
(2)
(3)
式中:F为拉断时的最大张力,N;S为横截面积,mm2;L0为原始长度,mm;L1为拉断时的长度,mm。
1.3.4 水蒸气透过率
水蒸气渗透率(water vapor permeability,WVP)测定方法为:将膜覆盖在装有20 mL去离子水的小烧杯口并用皮筋固定,常温下放入含有硅胶的干燥器中。24 h内每隔2 h测1次瓶子的质量。WVP计算如公式(4)所示:
(4)
式中:WVP为水蒸气透过率,g/(m·s·Pa);A为膜的厚度,mm;Δm为t时间内的质量增量,g;S为水蒸气透过膜的有效面积;t为时间,s;Δp为膜两侧的水蒸气压差,Pa(3 179 Pa)。
1.3.5 差式扫描量热法(differential scanning calorimetry,DSC)
参考马源等[10]的方法并稍加修改。称取5 mg的样品于坩埚中,在50 mL/min的氮气流下以10 ℃/min的升温速率将温度从20 ℃升至200 ℃,测定膜的热稳定性。
1.3.6 抗氧化性
参考的SUN等[11]方法,稍有修改。称取100 mg复合膜于装满2 mL 10%乙醇的烧杯中制备成膜溶液。取2 mL膜溶液与2 mL 0.1 mmol/L DPPH反应液混合,避光反应进行 30 min。另取2 mL DPPH反应液与2 mL 10%乙醇混合作为对照组。用紫外可见分光光度计测量517 nm处的吸光度。DPPH自由基的清除率用公式(5)计算:
DPPH自由基清除率
(5)
式中:A0为空白吸光度;A为样品吸光度。
取上述成膜溶液1 mL置于具塞比色管,依次加入2 mL浓度均为6 mmol/L的硫酸亚铁、水杨酸和H2O2溶液,摇匀后37 ℃水浴30 min。测定510 nm处的吸光度。羟自由基消除率计算如公式(6)所示:
羟自由基清除率
(6)
式中:Ai,样品吸光度;Ab,H2O2溶液换为蒸馏水的吸光值;Ap,膜溶液换为蒸馏水的吸光值。
1.4 复合膜在冷鲜肉保鲜中的应用
在超净工作台里将牛肉切成100 g左右的块状,分别用聚乙烯袋(对照组,CK)、BP膜、BP/SCEO复合膜包裹肉样,于4 ℃条件下贮藏。每2、4、6、8、10、12、14 d取样,测定牛肉的保鲜指标。
1.4.1 菌落总数
参照国标GB 4789.2—2022 《食品微生物学检验 菌落总数测定》[12]。称取10 g肉样加入到含有90 mL无菌生理盐水的烧杯中,用高速分散器于10 000 r/min下均质3 min,然后进行梯度稀释,采用平板计数法。
1.4.2 pH
肉样经处理后于0、2、4、6、8、10、12、14 d取样测定(24 h排酸结束后即为第0天)。参考苟俏敏等[13]的方法,称取5 g绞碎的肉样,加入20 mL去离子水,静置20 min后过滤,测滤液pH。
1.4.3 硫代巴比妥酸
参考杨斌等[14]的方法,稍作修改。称取2 g肉糜置于离心管中,分别加入5 mL 250 g/L三氯乙酸溶液和4 mL去离子水,振荡混匀后,在10 000 r/min离心10 min后取上清液定容至10 mL,移取5 mL溶液至试管内,并向其中加入5 mL 8 g/L硫代巴比妥酸溶液。100 ℃水浴锅中反应15 min,流动水降温,于532 nm 处测定吸光度。
1.4.4 挥发性盐基氮
参照国标 GB 5009.228—2016 《食品中挥发性盐基氮的测定》中半微量定氮法测定[15]。称取10 g肉样切碎后加入50 mL去离子水,在8 000 r/min的速度下均质3 min后静置20 min。取上清液用凯氏定氮仪测TVB-N含量。
1.5 统计分析
采用Origin 2019软件绘图,利用SPSS 19进行差异显著性分析,结果以平均值±方差表示。所有试验重复3次。
2 结果与分析
2.1 Pickering乳液分析
2.1.1 SCEO粒径、PDI和Zeta电位
油相体积分数对SCEO粒径、PDI和Zeta-电位的影响如图1所示。粒径和PDI是评价乳液稳定性的基本参数[9]。随着油相体积的增加,SCEO粒径和PDI减小,当油相体积增至80%时,SCEO的粒径和PDI最小分别为347.74 nm和0.24,此时乳液更加均一且稳定。这可能是由于蛋白质-多糖复合通过桥联絮凝形成凝胶结构,使液滴之间相互靠近,减少了体系内分子运动,导致黏度增加和凝胶结构增强,提高了其稳定性[16]。但当油相体积进一步增大至90%时,SCEO粒径和PDI增大,说明油相过高不能被颗粒很好的包埋,油滴极易发生聚集使乳液失稳,这与万文瑜等[17]的结果相似。Zeta电位常用来表征乳液分散体系的稳定性,其绝对值越大,乳液越稳定[18]。随着油相体积的增加,SCEO液滴的电位绝对值呈现出先升高后降低的趋势,在油相体积为80%时,SCEO的电位绝对值达到最高33.19 mV。这可能与离子生物聚合物的掺入有关。电位的增大说明液滴间的静电斥力增强,从而提高了乳液的破乳性和稳定性[19]。
a-粒径、PDI;b-Zeta电位
图1 不同油相体积分数对Pickering乳液粒径、PDI及Zeta电位的影响
Fig.1 Effect of different oil phase volume fractions on the particle size, PDI, and Zeta potential of Pickering emulsions
注:不同大写字母表示乳液粒径差异显著(P<0.05);不同小写字母表示乳液PDI及Zeta-电位差异显著(P<0.05)。
2.1.2 乳化指数
CI常用于评价乳液的稳定性的指标,其值越大,乳液稳定性越好[20]。从图2可以看出,不同油相体积分数的Pickering乳液显示出不同的CI。静止10 d后,油相体积分数50%的乳液CI最小,为73.40%,与其他油相体积分数形成的Pickering乳液相比,分层现象最严重;随着油相体积的增加,Pickering乳液分层现象逐渐减弱,CI不断增大。当油相体积分数为80%时,10 d后仍未出现分层现象,稳定性较好。这可能是因为油相体积分数的增加,蛋白-多糖固体颗粒会附着更多的油相来形成稳定的乳液[21]。当油相体积分数90%时,再次出现分层现象,下层水相浑浊,可能由于颗粒与界面吸附达到饱和后多余的颗粒进入连续相中反而破坏了乳液的稳定性[22]。
a-乳化指数;b-外观
图2 不同油相体积分数的Pickering乳液的乳化指数及外观
Fig.2 Emulsification index and appearance of Pickering emulsion with different oil phase volume fraction
注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。
结合粒径和电位分析,油体积分数为80%时的SCEO液滴粒径最小,分散性良好,有较高的黏度和最高的Zeta电位,稳定性最高,因此后续试验选择油相体积分数80%。
2.2 复合膜FTIR分析
FTIR常用于表征膜基质内分子之间的化学相互作用和结构变化[23]。如图3所示。所有基于BC/PVA的薄膜均在3 286 cm-1处出现酰胺A带的特征峰,这可能是由于成膜溶液中的羟基,以及BC/PVA和SCEO(PEO的芳香族化合物)之间形成氢键[24]。2 920～2 928 cm-1处的峰为酰胺B带的弱吸收,对应于C—H的拉伸振动。在1 732、1 531和1 162 cm-1分别属于酰胺I(C
O拉伸),酰胺Ⅱ(N—H弯曲和C—N拉伸)和酰胺Ⅲ(C—N和N—H振动)[25]。SCEO的加入使复合膜在3 304 cm-1附近的特征峰值更弱且发生蓝移,说明乳液与基膜之间形成氢键[26]。加入SCEO后并没有发现任何新的峰,表明BC/PVA与乳液之间的相互作用归因于物理反应。这种相互作用是通过加热产生的,使BC/PVA和乳液相互缠绕,相互渗透,形成网络结构[27]。根据FT-IR的结果可知,SCEO与BC/PVA膜基质有较好的相容性,有效地保留了基质原本结构。
图3 不同添加量SCEO的复合膜的FTIR谱图
Fig.3 FTIR spectra of composite films with different concentrations of SCEO
注:SCEO1、SCEO2、SCEO3、SCEO4分别表示SCEO体积分数为1%、1.5%、2%、2.5%(下同)。
2.3 复合膜微观结构分析
复合膜的表面和截面图像如图4所示,BP膜的表面较为光滑,有少量凝结,这是由于细菌纤维素未完全溶解导致。SCEO的加入使得BP膜表面的平滑度降低,这主要是乳液液滴在薄膜干燥过程中的向上表面迁移所导致[33]。如截面图所示,BP膜呈现出紧密交错堆积的纤维状网络结构。加入SCEO后,复合膜断面发生褶皱,出现了少量的孔洞,说明SCEO与BP基膜发生相互作用导致膜的拉伸强度下降。这些微孔的形成可能是由相分离和粒子间的团聚效应引起的[29]。SCEO添加量为2%时,孔洞数量明显降低,表面较为平整。但当SCEO的添加量达到2.5%时,复合膜中嵌入了大量的油滴,破坏了薄膜基质的连续性,这表明在亲水聚合物基质中,大量的乳液加入会使液滴聚结[30]。所以,SCEO的添加量为2%时薄膜的性能优于其他组。
图4 不同添加量SCEO的复合膜表面和截面SEM图
Fig.4 Appearance, surface and cross-section of composite films with different concentrations of SCEO
2.4 复合膜厚度和机械性能分析
SCEO对复合基膜的厚度、TS和EAB的影响如表1所示。膜厚度与膜基质密切相关,直接影响薄膜的机械性能[28]。随着SCEO添加量的增加,复合膜的厚度也随之增加。这是因为SCEO的加入破坏了膜的有序结构,导致膜中溶质增加,从而影响膜的厚度[24]。
表1 不同浓度SCEO复合膜厚度、拉伸强度、断裂伸长率和水汽透过率的变化
Table 1 Changes in thickness, tensile strength, elongation at break, and water vapor permeability of different concentrations of SCEO composite films
复合膜厚度/mm拉伸强度/MPa断裂伸长率/%水蒸气透过率/[×10-11 g/(m·s·Pa)]BP0.092±0.02de94.75±0.78e26.78±1.04ce1.38±0.02eBP/SCEO10.116±0.04cd84.90±0.56d54.38±0.21d2.73±0.09dBP/SCEO20.136±0.03c77.30±0.40c56.78±1.80bc1.97±0.20bcBP/SCEO30.140±0.02b74.36±0.32b56.06±1.26b1.78±0.02bBP/SCEO40.184±0.02a62.02±0.31a55.62±1.32a2.67±0.01a
注:同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。
机械性能是衡量薄膜作为包装应用可能性的重要指标[29]。与BP膜相比,加入SCEO后会降低复合膜的TS,同时增加EAB。乳液与BP基质间的相互作用使聚合物链间的相互作用减弱,削弱膜基质的连续性,并降低了膜的TS[10]。同时,SEM图像也显示,SCEO的加入引起膜基质的不连续性和不均匀性,导致TS较弱。此外,有研究表明,EAB增加可能与Pickering乳液中的油滴有关,低浓度油滴具有可变性,有助于拉伸过程中乳液与聚合物链的滑动,使其更具有柔韧性[17]。但当SCEO添加量为2.5%时,复合膜的EAB减小。其主要原因是乳液添加量较高时易形成团聚等现象,阻碍了膜基质的流动性[4]。虽然Picgering乳液的加入影响了薄膜的TS,但力学性能仍保持良好,其最低TS也高于其他含有Pickering乳液的膜,如含有马乔兰精油Pickering乳液的果胶膜(8.67 MPa)[30]和肉桂精油Pickering乳液-淀粉膜(5.10 MPa)[33]。
2.5 复合膜WVP分析
水蒸气在包装食品中的传递会影响食品的保质期,因此测量薄膜的WVP在食品包装中具有重要意义[22]。由表1可知,随着SCEO添加量的增加,复合膜表现出相对较低的WVP。乳化作用使得乳液液滴均匀分散在薄膜中,水分子必须绕过这些液滴,延长了水分子的移动路径,从而有效阻止水分子的透过,降低了薄膜的WVP[25]。这与高素利[33]的研究结果一致。当添加量过高时,孔洞破坏了膜基质的连续性,使水分子更容易通过,这与SEM观测结果一致。此外,薄膜的微观结构是决定WVP的重要因素。
2.6 复合膜DSC分析
薄膜的热稳定性反映了薄膜对温度变化的耐受程度[34]。复合膜的热稳定性可以用峰值吸热温度,即熔融温度(Tm)来表征。Tm越高,熔化所需能量越大,结构越稳定。从图5可以看出,所有膜都具有相似的吸热峰,但其Tm略有不同。BP膜的Tm为128.53 ℃,而加入SCEO后,Tm升高,BP/SCEO3的Tm达到最高(135.04 ℃),这可能是由于PEO的疏水性使薄膜含水量降低,有利于提高热稳定性[8]。当SCEO添加量>2%时,复合膜中的乳液已过饱和,导致多余的SCEO悬浮于膜液中,溶液的整体稳定性下降,Tm也随之降低[35],这与FTIR的结论一致。
图5 不同添加量SCEO的复合膜的DSC
Fig.5 DSC of composite films with different concentrations of SCEO
2.7 复合膜抗氧化性能分析
抗氧化性能是评价复合膜对食物贮藏保鲜效果重要指标之一,植物精油中酚类化合物具有良好的自由基清除效果,因此,含植物精油的生物聚合物薄膜能够发挥一定的抗氧化活性[36]。复合膜对DPPH自由基和羟自由基的清除能力如图6所示。不含SCEO的BP膜抗氧化活性较低,此时DPPH和羟自由基清除率分别为10.89%和9.45%。而负载SCEO的膜表现出较高的抗氧化活性,且随着SCEO添加量的增加,活性显著提高(P<0.05)。在BP/SCEO3薄膜中观察到较高的DPPH和羟自由基清除能力,清除率分别为60.56%和58.64%。SCEO提高BP薄膜抗氧化活性可能是由于酚酸和萜类化合物的存在,如β-蒎烯、芳樟醇、乙酸芳樟酯和乙酸香叶酯等,它们是有效的氢供体,具有良好的自由基清除能力[37]。因此,添加了PED的复合膜具有良好的抗氧化能力,有利于延缓食品的氧化。这与在辛烯基琥珀酸淀粉膜中添加肉桂精油Pickering乳液后增强了抗氧化性能具有相似的结果[11]。
图6 不同添加量SCEO的复合膜的自由基清除能力
Fig.6 Free radical scavenging capacity of composite films with different concentrations of SCEO
注:不同大写字母表示Pickering乳液添加量对羟自由基清除率差异显著(P<0.05);不同小写字母表示Pickering乳液添加量对DPPH自由基清除率差异显著(P<0.05)。
2.8 复合膜对冷鲜牛肉的保鲜作用
2.8.1 菌落总数
牛肉贮藏过程中菌落总数的变化如图7-a所示。一般认为,菌落总数>6lg CFU/g为变质肉[28]。随着时间的延长,菌落总数呈上升趋势。牛肉初始菌落总数为3.23lg CFU/g。在第6天时,CK组达到6.98lg CFU/g,已属于腐败肉。而BP/SCEO组此时均未超过上限,且菌落总数低于BP组。BP/SCEO3在贮藏至第12天时才超过6lg CFU/g,说明SCEO的存在一定程度上抑制了微生物的活性,可以有效延长冷鲜牛肉的货架期。此外,先前有研究报道,负载精油的纳米乳液对精油有一定的缓释作用,使其在贮藏过程中实现稳定的释放,抑菌效果优于直接将精油加入基质中制备的复合膜[38]。
a-菌落总数;b-pH值;c-硫代巴比妥酸反应物;d-挥发性盐基氮
图7 牛肉贮藏期间菌落总数、pH值、硫代巴比妥酸反应物、挥发性盐基氮的变化
Fig.7 Changes in total viable count, pH, thiobarbituric acid reactive substances, and total volatile base nitrogen of beef during storage
2.8.2 pH值
pH值是衡量冷鲜肉品质的重要指标,直接影响蛋白质的稳定性。图7-b显示了冷藏期间牛肉的pH值先下降后上升。pH下降是肌肉中糖原物质的降解和ATP的分解导致乳酸和磷酸含量增加[39],第4天后上升是因为酶和微生物可以使蛋白质降解并释放三甲胺等碱性物质,腐败程度加剧。CK组在第6天时pH值超过6.7,属于变质肉[40];BP组第10天时,开始变质。含SCEO的处理组在贮藏结束时(第14天)仍未超过上限,说明PEO中的酚类与萜类等物质有效抑制了致腐菌的生长,起到保鲜效果[29]。且BP/SCEO3的pH值最低,这可能与复合膜的机械强度有关。本研究发现BP/SCEO3的复合膜机械性能最佳,这可能导致复合膜阻气性能提升,对肉样包裹更完整。
2.8.3 硫代巴比妥酸反应物
TBARS含量是评价肉品脂肪氧化程度的重要指标,反映了在贮藏期间肉品品质的好坏[41]。如图7-c所示,含SCEO的处理组上升的趋势较BP与CK组更为平缓,说明含SCEO的复合膜对冷鲜牛肉脂肪氧化的抑制效果较好。一方面是因为BP膜能够在牛肉的表面形成一层致密的膜保护层,阻止氧气的渗透[42];另一方面是精油乳化后提高了抗氧化活性,其中的酚类与萜类等物质能够和金属离子螯合,抑制自由基链式反应,从而延缓脂质氧化[43],同时,Pickering乳液对PEO进行了包覆而相对稳定,抑制了其氧化[44]。
2.8.4 挥发性盐基氮
TVB-N是牛肉新鲜度的重要指标。结果如图7-d所示,贮藏期间所有样品的TVB-N含量急剧增加。这可能是因为腐败菌的存在,使肉类蛋白质发生分解[45]。含有SCEO的复合膜的TVB-N含量明显低于CK组和BP组。CK组和BP组分别在第6天和第8天就已经超过限值15 mg/100 g[46],表明牛肉出现腐败变质。而含SCEO的肉样TVB-N含量增长缓慢,贮藏14 d后仍在安全阈值限度内,是因为PEO中单萜类化合物及其氧化物(包括柠檬烯、芳樟醇、紫苏醛和紫苏酮)等具有极强的抑酶性和抑菌性,可以减少微生物对蛋白质和脂肪的分解,从而降低TVB-N的含量[40]。
3 结论
本研究制备了负载PEO Pickering乳液。确定油相体积分数为80%时乳液粒径更小,乳滴分布更均匀,体系更稳定。以BC/PVA为成膜基质,负载PEO Pickering乳液制备复合膜。结果表明,SCEO与基膜各组分间具有良好的相容性。BP/SEO3具有最佳的阻水性能,同时也展现出优异的机械强度和热稳定性。负载PEO Pickering乳液复合膜降低了冷鲜牛肉的菌落总数,延缓了氧化酸败。BP/SCEO3在第14天时仍未腐败,此时CK与BP组已腐败变质。因此,负载PEO Pickering乳液的复合膜是一种很有前景的的食品包装材料。
[1] 黄佳茵, 周雅琪, 陈美玉, 等.基于甲基纤维素改性聚乙烯醇指示膜的制备、表征及对南美白对虾的鲜度指示[J].食品科学, 2021, 42(3):194-203.HUANG J Y, ZHOU Y Q, CHEN M Y, et al.Preparation and characterization of indicator films based on polyvinyl alcohol modified by methyl cellulose and pH-sensitive dyes for shrimp freshness monitoring[J].Food Science, 2021, 42(3):194-203.
[2] 杨眉, 陈袁曦, 于冬云, 等.细菌纤维素/聚乙烯醇复合材料的制备及性能[J].工程塑料应用, 2017, 45(8):20-24.YANG M, CHEN Y X, YU D Y, et al.Preparation and characterization of bacterial cellulose/poly(vinyl alcohol) composites[J].Engineering Plastics Application, 2017, 45(8):20-24.
[3] JU S Y, ZHANG F L, DUAN J F, et al.Characterization of bacterial cellulose composite films incorporated with bulk chitosan and chitosan nanoparticles:A comparative study[J].Carbohydrate Polymers, 2020, 237:116167.
[4] SMAOUI S, BEN HLIMA H, TAVARES L, et al.Application of essential oils in meat packaging:A systemic review of recent literature[J].Food Control, 2022, 132:108566.
[5] 王艺潼, 王萍, 徐飞, 等.可可精油及其Pickering乳液的体外抗氧化和抑菌活性[J].现代食品科技, 2022, 38(12):16-25.WANG Y T, WANG P, XU F, et al.Evaluation of the antioxidant and antibacterial activity of cocoa essential oil and its Pickering emulsion in vitro[J].Modern Food Science &Technology, 2022, 38(12):16-25.
[6] 马小强, 白卫滨, 陈嘉莉, 等.花色苷递送系统研究进展[J].食品科学, 2022, 43(7):245-253.MA X Q, BAI W B, CHEN J L, et al.Progress in the delivery system for anthocyanins[J].Food Science, 2022, 43(7):245-253.
[7] ASFOUR M H, ELMOTASEM H, MOSTAFA D M, et al.Chitosan based pickering emulsion as a promising approach for topical application of rutin in a solubilized form intended for wound healing:In vitro and in vivo study[J].International Journal of Pharmaceutics, 2017, 534(1-2):325-338.
[8] RAN R M, ZHENG T T, TANG P P, et al.Antioxidant and antimicrobial collagen films incorporating Pickering emulsions of cinnamon essential oil for pork preservation[J].Food Chemistry, 2023, 420:136108.
[9] 段方宇, 王越, 张旭, 等.葡萄籽油/大米水解蛋白复合乳液工艺优化及稳定性研究[J].中国食品学报, 2023, 23(5):125-137.DUAN F Y, WANG Y, ZHANG X, et al.Studies on process optimization and stability of grape seed oil/rice hydrolyzed protein composite emulsion[J].Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2023, 23(5):125-137.
[10] 马源, 唐善虎, 李思宁, 等.基于β-环糊精/壳聚糖/聚乙烯醇负载牛至油缓释膜的制备及其性能评价[J/OL].食品科学, 2023.http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2206.ts.20230316.1139.008.html.MA Y, TANG S H, LI S N, et al.Preparation and performance evaluation of oregano oil sustained-release film based on β-cyclodextrin/chitosan/polyvinyl alcohol[J].Food Science, 2023.http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2206.ts.20230316.1139.008.html.
[11] SUN H M, LI S, CHEN S S, et al.Antibacterial and antioxidant activities of sodium starch octenylsuccinate-based Pickering emulsion films incorporated with cinnamon essential oil[J].International Journal of Biological Macromolecules, 2020, 159:696-703.
[12] 国家卫生健康委员会, 国家市场监督管理总局. 食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定: GB 4789.2—2022[S]. 北京: 中国标准出版社,2022.National Health Commission, State Administration for Market Regulation. National standard for food safety food microbiology test total number of colonies determination: GB 4789.2—2022 [S]. Beijing: China Standards Press, 2022.
[13] 苟俏敏, 郭宗林, 董春娟, 等.卡拉胶基复合花青素微胶囊指示膜的制备、表征及其对冷鲜牛肉新鲜度的监测[J].食品科学, 2023, 44(9):154-162.GUO Q M, GOU Z L, DONG C J, et al.Preparation and characterization of indicator films based on carrageenan-based microcapsules containing anthocyanins for monitoring the quality of beef during storage[J].Food Science, 2023, 44(9):154-162.
[14] 杨斌, 曹银娟, 余群力, 等.纳米银酯化淀粉膜对牛肉保鲜的影响[J].食品科学, 2019, 40(23):199-205.YANG B, CAO Y J, YU Q L, et al.Application of nanosilver esterified starch film in beef preservation[J].Food Science, 2019, 40(23):199-205.
[15] 中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会. GB 5009.228—2016食品安全国家标准食品中挥发性盐基氮的测定[S].北京:中国标准出版社, 2017.National Health and Family Planning Commission of the People′s Republic of China GB 5009.228-2016. National standard for food safety determination of volatile salt nitrogen in food[S].Beijing:China Standard Press, 2017.
[16] 姜成辰, 黄泽昊, 周戚薇, 等.OSA淀粉-壳聚糖复合基Pickering乳液的构建及其特性表征[J].食品工业科技, 2023, 44(15):116-125.JIANG C C, HUANG Z H, ZHOU Q W, et al.Preparation and characterization of Pickering emulsion stabilized by OSA starch/chitosan complexes[J].Science and Technology of Food Industry, 2023, 44(15):116-125.
[17] 万文瑜, 闫圣坤, 孔令明, 等.核桃蛋白-黄原胶复合pickering乳液的制备工艺优化[J].中国油脂, 2023, 48(7):85-89.WAN W Y, YAN S K, KONG L M, et al.Optimization of preparing walnut protein-xanthan composite Pickering emulsion[J].China Oils and Fats, 2023, 48(7):85-89.
[18] 郑环宇, 孔洋, 郑丽, 等.大豆蛋白-多糖复合物结构与性能及其稳定性研究[J].农业机械学报, 2022, 53(6):406-415.ZHENG H Y, KONG Y, ZHENG L, et al.Effect of soybean protein-polysaccharides complexes on structure, properties and stability[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2022, 53(6):406-415.
[19] 闫紫玮, 郭瑞阳, 王小雪, 等.玉米醇溶蛋白/果胶稳定的肉桂精油皮克林乳液制备工艺的优化[J].中国食品学报, 2023, 23(3):260-270.YAN Z W, GUO R Y, WANG X X, et al.Optimization of preparation process for cinnamon essential oil-encapsulated Pickering emulsion stabilized by zein/pectin composite colloidal particles[J].Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2023, 23(3):260-270.
[20] 郭子鸣, 丰雪影, 徐晓云, 等.非可溶性柑橘纤维-玉米油皮克林乳液的构建及性质表征[J].华中农业大学学报, 2023, 42(2):202-208.GUO Z M, FENG X Y, XU X Y, et al.Construction and characterization of insoluble citrus fiber-corn oil Pickering emulsion[J].Journal of Huazhong Agricultural University, 2023, 42(2):202-208.
[21] 韩墨, 于化鹏, 彭羽, 等.辛烯基琥珀酸淀粉酯纳米颗粒稳定Pickering乳液及其乳化性分析[J].食品研究与开发, 2022, 43(5):28-34.HAN M, YU H P, PENG Y, et al.Emulsification analysis of Pickering emulsion stabilized using octenyl succinic starch ester nanoparticles[J].Food Research and Development, 2022, 43(5):28-34.
[22] 范旭华, 何蒙, 陈广鑫, 等.纳米纤维素增强淀粉食品包装材料的研究进展[J].包装工程, 2023, 44(9):154-161.FAN X H, HE M, CHEN G X, et al.Research progress of nanocellulose-enhanced starch food packaging materials[J].Packaging Engineering, 2023, 44(9):154-161.
[23] 李福杰, 齐斌, 徐华亭, 等.交联壳聚糖/聚乙烯醇/蜗牛黏液复合膜的制备及性能研究[J].中国塑料, 2022, 36(5):53-61.LI F J, QI B, XU H T, et al. Preparation and properties of chitosan/polyvinyl alcohol/snail mucus composite films[J].China Plastics, 2022, 36(5):53-61.
[24] 郭亚平, 陈琳珉, 陈全胜, 等.Cu-PAN@G-CS/PVA制备及在虾肉鲜度检测中的应用[J].食品科学, 2023, 44(8):330-336.GUO Y P, CHEN L M, CHEN Q S, et al.Preparation of graphene-incorporated chitosan-polyvinyl alcohol composite film loaded with copper-1-(2-pyridylazo)-2-naphthol complex and its application to monitor shrimp freshness[J].Food Science, 2023, 44(8):330-336.
[25] 吴秀华, 罗欣, 何鹏.壳聚糖精油复合涂膜对生鲜猪肉的保鲜效果研究[J].食品科技, 2022, 47(6):140-145.WU X H, LUO X, HE P.Effect of coating treatment by chitosan-basil oil solution on preservation of fresh pork[J].Food Science and Technology, 2022, 47(6):140-145.
[26] BAKRY A M, FANG Z, KHAN M A, et al.Tuna oil and mentha piperita oil emulsions and microcapsules stabilised by whey protein isolate and inulin:characterisation and stability[J].International Journal of Food Science and Technology, 2017, 52(2):494-503.
[27] 邹小波, 王圣, 石吉勇, 等.天然花青素提取物与壳聚糖明胶复合膜的制备和表征[J].农业工程学报, 2016, 32(17):294-300.ZOU X B, WANG S, SHI J Y et al.Preparation and characterization of chitosan/gelatin composite films incorporated with four natural pigments[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2016, 32(17):294-300.
[28] 魏瑾雯, 孔祥颖, 张伟, 等.西兰花叶多酚-木薯淀粉/果胶复合膜对羊肉冷藏保鲜效果的影响[J].食品与发酵工业, 2022, 48(21):232-238.WEI J W, KONG X Y, ZHANG W, et al.Effect of broccoli leaf polyphenols-tapioca starch/pectin composite film on the refrigerated mutton[J].Food and Fermentation Industries, 2022, 48(21):232-238.
[29] XIAO J D, WANG W H, WANG K, et al.Impact of melting point of palm oil on mechanical and water barrier properties of gelatin-palm oil emulsion film[J].Food Hydrocolloids, 2016, 60:243-251.
[30] 陈柯君, 杨周昊, 余虹达, 等.基于黑苹果果皮花青素的虾鲜度指示膜的制备及应用[J/OL].食品科学, 2023.http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2206.TS.20230308.1325.058.html.Preparation and application of shrimp freshness indicator film based on black apple peel anthocyanin[J].Food Science, 2023.http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2206.TS.20230308.1325.058.html.
[31] ALMASI H, AZIZI S, AMJADI S.Development and characterization of pectin films activated by nanoemulsion and Pickering emulsion stabilized marjoram (Origanum majorana L.) essential oil[J].Food Hydrocolloids, 2020, 99:105338.
[32] SOUZA A G, FERREIRA R R, PAULA L C, et al.Starch-based films enriched with nanocellulose-stabilized Pickering emulsions containing different essential oils for possible applications in food packaging[J].Food Packaging and Shelf Life, 2021, 27:100615.
[33] 高素利. 基于壳聚糖-精油Pickering乳液膜体系的构建及其初步应用研究[D].郑州:郑州轻工业大学, 2022.GAO S L.Construction and preliminary application of chitosan-essential oil Pickering emulsion system[D].Zhengzhou:Zhengzhou University of Light Industry, 2022.
[34] 薛思雅, 张润峰, 李慧雪, 等.凝胶多糖对果胶/百里香精油纳米乳液复合膜特性的改进[J].食品与发酵工业, 2023, 49(12):78-84.XUE S Y, ZHANG R F, LI H X, et al.Improvement of pectin/thyme essential oil nanoemulsion composite film properties by curdlan[J].Food and Fermentation Industries, 2023, 49(12):78-84.
[35] PRAKASH B, KUJUR A, YADAV A, et al.Nanoencapsulation:An efficient technology to boost the antimicrobial potential of plant essential oils in food system[J].Food Control, 2018, 89:1-11.
[36] WU H J, LU J Y, XIAO D, et al.Development and characterization of antimicrobial protein films based on soybean protein isolate incorporating diatomite/thymol complex[J].Food Hydrocolloids, 2021, 110:106138.
[37] 李会珍, 王琴琴, 张志军.紫苏精油微囊粉的生物活性及结构表征[J].现代食品科技, 2021, 37(11):281-287;249.LI H Z, WANG Q Q, ZHANG Z J.Biological activities and structure characterization of perilla essential oil microcapsule powder[J].Modern Food Science &Technology, 2021, 37(11):281-287;249.
[38] 王雅南, 王稳航.肉桂精油-羟丙甲基纤维素乳液涂层对冷鲜肉保鲜效果的影响[J].中国食品添加剂, 2018(4):164-170.WANG Y N, WANG W H.Effect of hydroxypropyl methyl cellulose emulsified cinnamon oil coatings on the quality of chilled pork[J].China Food Additives, 2018(4):164-170.
[39] NAWAZ A H, AMOAH K, LENG Q F, et al.Poultry response to heat stress:Its physiological, metabolic, and genetic implications on meat production and quality including strategies to improve broiler production in a warming world[J].Frontiers in Veterinary Science, 2021, 8:699081.
[40] HU J, WANG X G, XIAO Z B, et al.Effect of chitosan nanoparticles loaded with cinnamon essential oil on the quality of chilled pork[J].LWT-Food Science and Technology, 2015, 63(1):519-526.
[41] SHARMA H, MENDIRATTA S K, AGRAWAL R K, et al.Use of various essential oils as bio preservatives and their effect on the quality of vacuum packaged fresh chicken sausages under frozen conditions[J].LWT-Food Science and Technology, 2017, 81:118-127.
[42] JOUKI M, YAZDI F T, ALI MORTAZAVI S, et al.Effect of quince seed mucilage edible films incorporated with oregano or thyme essential oil on shelf life extension of refrigerated rainbow trout fillets[J].International Journal of Food Microbiology, 2014, 174:88-97.
[43] 张力, 张娟, 王綪, 等.丁香酚纳米微粒在冷鲜猪肉保鲜中的应用[J].食品工业科技, 2017, 38(22):280-285.ZHANG L, ZHANG J, WANG Q, et al.Application of eugenol nanoparticles on preservation of chilled pork[J].Science and Technology of Food Industry, 2017, 38(22):280-285.
[44] 郗泽文, 成策, 彭盛峰, 等.柠檬精油乳液可食用涂膜液对冷藏卤鸭脖的保鲜效果[J].食品科学, 2020, 41(1):237-243.XI Z W, CHENG C, PENG S F, et al.Effect of lemon essential oil emulsion edible coating on quality preservation of refrigerated pot-stewed duck neck[J].Food Science, 2020, 41(1):237-243.
[45] 李典典, 钱志鹏, 侯博璇, 等.葡萄皮渣提取物-壳聚糖复合涂膜对冷鲜猪肉贮藏品质的影响[J].食品科技, 2023, 48(1):107-113.LI D D, QIAN Z P, HOU B X, et al.Effects of grape peel residue extract-chitosan composite coating on storage quality of chilled pork[J].Food Science and Technology, 2023, 48(1):107-113.
[46] 国家卫生和计划生育委员会, 国家食品药品监督管理总局. 食品安全国家标准 鲜: GB 2707—2016[S]. 北京: 中国标准出版社, 2017.National Health and Family Planning Commission, State Food and Drug Administration. National standards for food safety fresh (frozen) livestock and poultry products: GB 2707—2016 [S]. Beijing: China Standards Press, 2017.