中国是全球最大的猪肉生产国和消费国,每年屠宰的数量达到4 000万只;在贮藏、运输过程,猪肉中部分蛋白质和脂质在微生物和酶的作用下水解,导致腐败变质[1]。为了保证鲜肉食用的安全性,同时减少经济损失,可食活性包装材料已成为食品保鲜领域的新趋势。
海藻酸钠安全性高,有良好的成膜性,其基膜抗拉伸强度好,但水阻隔性能差,通常与其他材料复合后才能更好地在食品保鲜方面发挥作用[2]。ZHANG等[3]研究了姜精油-琼脂-海藻酸钠复合膜对牛肉保鲜效果的影响,结果表明,与聚乙烯膜相比,姜精油-琼脂-海藻酸钠复合膜处理抑制了冷鲜牛肉中微生物的生长繁殖,延缓了牛肉中蛋白质、脂质的氧化分解,并将其货架期延长4～6 d。梁杰等[4]制备了茶多酚,研究其对海藻酸钠/玉米淀粉复合膜用于冷鲜鸡肉的保鲜作用,结果发现,添加1.25%(质量分数)茶多酚的复合膜有较好的保鲜效果。TONG等[5]将肉桂酸-海藻酸钠果胶复合膜用于鲜牛肉的保鲜,结果表明,该复合膜能使贮藏期间牛肉的微生物减少84.09%,具有良好的抑菌效果。
单一的成膜基材保鲜效果有限,通常需要加入活性成分来提高薄膜的保鲜效果。多酚类物质因其具有安全、抑菌、抗氧化的特性,广泛用于食品保鲜领域,黄酮类化合物是多酚类化合物重要分支之一。LIU等[6]制备了壳聚糖/竹叶黄酮/纳米金属氧化物复合膜并用于菜籽油的抗氧化,结果表明,该膜能有效抑制油脂过氧化值和硫代巴比妥酸的升高。
目前,有关花生壳黄酮(peanut shell flavonoids,PSFs)-海藻酸钠/低酰基结冷胶(sodium alginate/low-acyl gellan gum,SA/LGG)复合膜的研究鲜有报道。本研究制备了不同质量分数的PSFs-SA/LGG复合膜,探究PSFs对复合膜机械性能、阻隔性能等的影响;并将该复合膜用于包装冷鲜猪肉,以贮藏期内冷鲜猪肉的pH值、菌落总数、挥发性盐基氮(total volatile base nitrogen,TVB-N)等值,判断PSFs-SA/LGG复合膜对冷鲜猪肉的保鲜效果,以期为鲜肉的保鲜提供一种新的活性包装材料。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
花生壳、冷鲜猪肉,兰州市桃海市场;AB-8型大孔吸附树脂,西亚试剂公司;海藻酸钠, 天津市光复科技发展有限公司;低酰基结冷胶,河南骏驰实业有限公司。
1.2 仪器与设备
151型酶标仪,赛默飞世尔仪器有限公司;K9840型全自动凯氏定氮仪,济南海能仪器有限公司;FTIR-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 PSFs提取
花生壳洗净晾干,用粉碎机打至粉末状,过60目筛备用。采用乙醇浸提法提取花生壳中的黄酮,提取容器密闭,提取溶剂为体积分数60%的乙醇,料液比为1∶40(g∶mL),提取温度70 ℃,提取时间50 min,浸提结束后用真空泵抽滤得到的上清液,参考文献[7-8]的方法,用AB-8型大孔吸附树脂对上清液进行纯化和洗脱,将洗脱液冷冻干燥后即为PSFs。
1.3.2 PSFs-SA/LGG复合膜的制备
1.0 g海藻酸钠,加入100 mL蒸馏水,50 ℃磁力搅拌30 min,使之完全分散后加入2.5 g低酰基结冷胶和1 mL甘油,继续搅拌30 min,即得到SA/LGG复合基膜液。在该复合基膜液中分别加入0.15%、0.30%、0.45% PSFs(均为质量分数),搅拌30 min,即为不同质量分数的PSFs-SA/LGG复合膜液。将上述膜液超声波脱气后,取35 mL倒入130 mm×130 mm的聚苯乙烯培养皿中,放入40 ℃的烘箱干燥12 h,而后在恒温恒湿箱中平衡24 h(相对湿度50%、温度25 ℃)揭膜。将揭下的复合膜用包装机制成5 cm×5 cm的包装袋备用。
1.3.3 复合膜物理性能的测定
复合膜厚度:随机选取薄膜5处,用螺旋测微器测量,取其平均值。
复合膜透光率:参考陈瑞瑞[9]的方法并作修改。将复合膜裁成10 mm×30 mm的条状,贴于比色皿内壁,用分光光度计在600 nm处测量薄膜的透光率,以空气作为空白对照。
拉伸强度和断裂伸长率:参考余紫娟[10]的方法并作修改,将复合膜裁成100 mm×20 mm的长条状,万能试验机的初始距离40 mm,测试速率100 mm/min。拉伸强度和断裂伸长率按公式(1)、公式(2)计算:
拉伸强度
(1)
式中:F,膜断裂时所承受的最大力,N;d,膜厚度,mm;W,膜的宽度,mm。
断裂伸长率
(2)
式中: L1,膜拉断时的长度,mm;L0,膜初始长度,mm。
1.3.4 复合膜阻隔性能的测定
参考苟俏敏等[11]的方法并作修改。将20 mL蒸馏水加入50 mL三角瓶中,并用制备的薄膜封口,置于装有硅胶的干燥器中,存储7 d每隔24 h称重1次,水蒸气透过率按公式(3)计算:
水蒸气透过率
(3)
式中:Δm,三角瓶的质量差,g;d,薄膜厚度, m;t,储存时间,s;S,三角瓶口的面积, m2;Δp,25 ℃下纯水的饱和蒸汽压,3 167.2 Pa。
参考杨洁茹等[12]的方法并作修改。将加入5 mL大豆油和1 mL亚油酸加入三角瓶中,并用复合膜封口,置于室温下7 d,每隔24 h称重1次,氧气透过率按公式(4)计算:
氧气透过率
(4)
式中:Δm,三角瓶增加的质量,g;D,复合膜的厚度,mm;t,时间,d;A,三角瓶口的面积,m2。
1.3.5 复合膜微观结构的测定
将薄膜固定在样品台上,喷金处理后用扫描电子显微镜在20 kV电压下观察复合膜表面的微观结构。
1.3.6 复合膜傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectrometer,FTIR)分析
在扫描波段为4 000～500 cm-1,分辨率为4 cm-1范围内对膜成分进行FTIR分析。
1.3.7 复合膜在猪肉保鲜中的应用
在超净工作台上剔去猪肉表面可见的筋膜和脂肪,并分割成3 cm×3 cm×1 cm、质量约为100 g的块状。将上述分割冷鲜猪肉分别放于1.3.2节中制备的SA/LGG和添加不同质量分数PSF的SA/LGG复合膜保鲜袋中,封口并置于4 ℃冰箱贮存,以食品级聚乙烯保鲜袋包装的冷鲜猪肉作为对照组。分别在贮藏第0、3、5、7、9、12天取样以测定各项指标。
参考GB 5009.237—2016《食品安全国家标准 食品pH值的测定》测定pH值;参考GB 4789.2—2022《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》测定菌落总数;参考GB 5009.228—2016《食品安全国家标准 食品中挥发性盐基氮的测定》中第2法测定TVB-N值;参考GB 5009.181—2016《食品安全国家标准 食品中丙二醛的测定》中第2法测定硫代巴比妥酸反应物值(thiobarbituric acid reactive substanceselisa,TBARS);参考冉锐敏[13]的方法进行感官评价。
1.4 数据统计分析
使用SPSS 27处理实验数据,通过Duncan多重比较确定差异显著性(P<0.05),结果用平均值±标准差表示。绘图软件为Origin 2022。
2 结果与分析
2.1 复合膜理化性能分析
2.1.1 复合膜物理性能
如表1所示。PSFs的加入使得SA/LGG复合膜的厚度显著增加,透光率显著下降(P<0.05)。这是因为薄膜的厚度由膜液中固体物质的含量决定,添加PSFs增加了膜液中固体物质的含量,使得薄膜的厚度增加[14];PSFs中含有大量的发色团,对紫外可见光具有阻隔性能,故而添加量越多,复合膜透光率越低[15]。这与魏瑾雯等[16]的结果一致。复合膜的拉伸强度随着PSFs添加量的增多逐渐增大,断裂伸长率逐渐减小,这可能是因为多酚类物质诱导SA/LGG复合膜发生交联反应,使其网络结构更加紧密,膜的刚性提高,柔韧性减弱,这与郭娜等[17]的研究结论相似。
表1 PSFs对复合膜物理特性的影响
Table 1 The Effect of PSFs on the physical properties of composite films
组别膜厚度/μm透光率/%拉伸强度/MPa断裂伸长率/%SA/LGG复合膜101.67±4.41d93.21±0.95a7.290 9±0.022 7d50.809 9±0.169 5a0.15%PSFs-SA/LGG复合膜123.33±3.33c87.23±0.27b9.758 7±0.031 5c45.449 9±0.080 5b0.30%PSFs-SA/LGG复合膜145.00±2.89b80.21±0.19c10.476 6±0.055 3b33.152 1±0.164 8c0.45%PSFs-SA/LGG复合膜156.67±1.67a73.47±0.05d11.076 6±0.064 6a31.454 8±0.199 8d
注：同列不同小写字母表示组间差异显著(P<0.05)(下同)。
2.1.2 复合膜阻隔性能
如表2所示,SA/LGG复合膜的水蒸气透过率和氧气透过率分别为(1.905 2±0.062 3) g·10-11/(m·s·Pa)和(0.533±0.009 5) g·mm/(m2·d),PSFs的加入能显著减低了复合膜的水蒸气和氧气透过率(P<0.05),且添加量越多,阻隔性能越好。这是因为,PSFs与SA/LGG复合膜形成了分子间氢键和致密的膜网络结构,阻隔了氧气和水蒸气的透过[18]。毕凤宇[19]的研究结果表明,黄酮类物质的添加可以减低薄膜的水蒸气和氧气透过率。
表2 PSFs对复合膜阻隔性能的影响
Table 2 The effect of PSFs on the barrier performance of composite films
组别水蒸气透过率/[g·10-11/(m ·s ·Pa)]氧气透过率/[g·mm/(m2·d)]SA/LGG复合膜1.905 2±0.062 3a0.533±0.009 5a0.15%PSFs-SA/LGG复合膜1.774 6±0.055 8b0.491 5±0.002 4b0.30%PSFs-SA/LGG复合膜1.523 5±0.102 3c0.380 8±0.011 2c0.45%PSFs-SA/LGG复合膜1.373 3±0.018 5d0.230 8±0.020 7d
2.1.3 FTIR分析
由图1可知,所有复合膜谱图相似,在3 200,2 930、1 600和1 700～800 cm-1附近出现特征吸收峰。3 290 cm-1附近的吸收峰是O—H对称及不对称伸缩振动产生的;随着PSFs添加量的增多,复合膜在其附近的伸缩峰蓝移,强度增加,因为PSFs碳链骨架上的羟基能与SA/LGG复合膜形成氢键作用,使分子间的相互作用增强[20]。1 700～800 cm-1处为多糖特征吸收峰,复合膜在1 600 cm-1处C
O的振动峰随着PSFs添加量的增多逐渐变大,这表明羰基可能与某些基团发生了化学相互作用,从而使复合膜各分子之间有较好的相容性[21]。
图1 复合膜傅里叶红外光谱图
Fig.1 FT-IR spectrogram of composite films
2.1.4 复合膜微观结构
如图2所示,SA/LGG复合膜表面粗糙,存在较多的颗粒,添加0.15%～0.3% PSFs的SA/LGG复合膜表面光滑,当PSFs添加量增至0.45%时,薄膜表面出现颗粒物。这表明,少量的PSFs(0.15%～0.3%)促进了海藻酸钠和低酰基结冷胶之间交联网络结构的形成,使复合膜结构致密、表面光滑;过量的PSFs可能在复合膜中大量聚集,导致膜表面变得粗糙,王倩婷等[22]发现茶多酚对普鲁兰-明胶膜的结构也有类似的影响。
a-SA/LGG复合膜;b-0.15%PSFs-SA/LGG复合膜;c-0.30%PSFs-SA/LGG复合膜;d-0.45%PSFs-SA/LGG复合膜
图2 复合膜扫描电镜图
Fig.2 Scanning electron microscopy of composite films
2.2 复合膜对冷鲜猪肉的保鲜效果
2.2.1 pH值
如图3所示,所有处理组冷鲜猪肉的pH值随储藏时间的延长而逐渐升高,因为,贮藏期间微生物和相关内源蛋白酶能使蛋白质被逐渐分解成氨类等碱性物质,导致肉的pH上升[23]。贮藏期内,对照组的pH值始终显著高于复合膜处理组(P<0.05),与对照组相比,PSFs-SA/LGG组猪肉的pH值上升速度较慢。贮藏第5天时,对照组冷鲜猪肉的pH值为6.72,已腐败变质,而PSFs-SA/LGG复合膜组在贮藏第9天时的pH值仍低于6.7,表明PSFs-SA/LGG复合膜能够延缓鲜肉pH值上升的速度。
图3 贮藏期内冷鲜猪肉pH值的变化
Fig.3 Changes in pH value of chilled pork during storage
注:同一包装膜在不同贮藏时间下的差异显著性用小写字母表示,同一贮藏时间下不同包装膜的差异显著型用大写字母表示,字母不同代表差异显著(P<0.05)(下同)。
2.2.2 菌落总数
由图4可知,所有处理组冷鲜猪肉的菌落总数随贮藏时间的延长呈现显著上升的趋势(P<0.05),对照组第5天的菌落总数已超过限定值(≤6 lg CFU/g),SA/LGG复合膜包装的猪肉在第7天超过限定值,表明SA/LGG复合膜的保鲜效果优于对照组,这可能是因为SA/LGG复合膜结构致密,将氧气和水蒸气阻隔于膜外,抑制了好氧微生物的生长繁殖[24]。不同质量分数PSFs-SA/LGG复合膜处理组在第9天的菌落总数为5.42～5.83 lg CFU/g,但在第12天的菌落总数均超过国家标准,与对照组相比,PSFs-SA/LGG复合膜延长猪肉的货架期4 d,其中0.45%PSFs-SA/LGG复合膜的抑菌效果显著高于另外2组。曹瑶[25]的研究结果表明,花生壳提取物中含量最多的物质是木犀草素,它能够有效抑制金黄色葡萄球菌的生长。SUTHARSAN等[26]将木犀草素加入壳聚糖基膜中用于牛肉保鲜,结果表明,木犀草素壳聚糖膜能够延长牛肉的保质期,因黄酮类化合物具有抑菌和抗氧化的特性,从而延长鲜肉的货架期。
图4 藏期间冷鲜猪肉菌落总数的变化
Fig.4 Changes in total viable count of chilled pork during storage
2.2.3 TVB-N值
在酶和微生物的作用下,蛋白质发生脱氨基和脱羧基反应,生成氨和胺等碱性含氮物质,这些物质称为TVB-N[27]。由图5可知,各处理组TVB-N值随着贮藏时间的延长而增加,这可能与微生物的繁殖有关,微生物使鲜肉的蛋白质降解,破坏了肌肉细胞结构的完整性,大量内源性酶从破碎的细胞中释放出来,加速了蛋白质降解和氨基酸的释放,导致鲜肉中TVB-N值的升高[28]。贮藏期内,对照组的TVB-N值显著高于其他处理组,并在第5天时超过国家标准的限定值(≤15 mg/kg)。不同质量分数的PSFs-SA/LGG复合膜处理组在第9天的TVB-N值分别为14.73 mg/kg(0.15%)、13.72 mg/kg(0.30%)、12.85 mg/kg(0.45%),仍有食用价值,这表明PSFs-SA/LGG复合膜可以延长冷鲜猪肉的保质期。与FAN等[29]实验结果的趋势一致。XU等[30]研究了景天黄酮类化合物对体外乳酸菌的影响,结果表明,黄酮化合物可以破坏乳酸菌的细胞膜,抑制微生物生长和蛋白质的氧化,延长冷鲜猪肉的保质期。
图5 贮藏期内冷鲜猪肉TVB-N值的变化
Fig.5 Changes in TVB-N value of chilled pork during storage
2.2.4 TBARS值
由图6可知,冷鲜猪肉初始的TBARS值为0.15 mg/kg,随着贮藏时间的延长,对照组的TBARS值上升速度最快,SA/LGG复合膜次之,而PSFs-SA/LGG复合膜组的TBARS值上升速度趋于平缓,且始终显著低于对照组和SA/LGG复合膜处理组(P<0.05),这表明PSFs可以延缓脂质氧化的速度,该实验与林娟等[31]的研究结论一致。黄酮类化合物具有抗氧化特性,能抑制脂质的氧化,因为黄酮类化合物中的羟基能提供氢原子,并与活泼的自由基结合,从而产生抗氧化效果[32]。CHOI等[33]将接骨木提取物加入到明胶-酪蛋白酸钠膜中用于猪肉保鲜,其显著的抗氧化活性延长了冷鲜猪肉的货架期。
图6 贮藏期内冷鲜猪肉TBARS值的变化
Fig.6 Changes in TBARS value of chilled pork during storage
2.2.5 感官评价
鲜肉的感官特性直接影响了消费者的购买欲望[23]。如图7所示,所有处理组的感官评分值均随贮藏时间的延长呈显著下降趋势(P<0.05)。在贮藏的第5天,对照组猪肉表面颜色暗淡,表面发黏,组织结构柔软,没有弹性,并有异味产生,而PSFs-SA/LGG复合膜包裹的猪肉在第12天才达到不可接受的程度。将感官评价与贮藏期间猪肉的pH值、菌落总数、TVB-N值、TBARS值相结合,判断PSFs-SA/LGG复合膜能将冷鲜猪肉的保质期延长4 d。
图7 贮藏期内冷鲜猪的感官评分
Fig.7 The sensory evaluation of chilled pork during storage
3 结论
本实验制备了一种PSFs-SA/LGG复合膜用于猪肉的保鲜。添加PSFs增加了SA/LGG基材的拉伸强度,降低了薄膜的水蒸气透过率、氧气透过率和断裂伸长率,表明PSFs能改善复合膜的性能。与对照组相比,PSFs-SA/LGG复合膜包裹有效延缓了贮藏期内冷鲜猪肉菌落总数、pH值、TVB-N值、TBARS值的升高,将冷鲜猪肉的货架期延长4 d。冷鲜猪肉的保鲜效果与薄膜基材中PSFs的添加量呈正相关关系,添加0.45% PSFs-SA/LGG复合膜的保鲜效果最好,说明PSFs-SA/LGG复合膜对冷鲜猪肉具有良好的保鲜效果,在鲜肉保鲜上有应用前景。
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