涂膜保鲜技术是指以天然可食性的大分子物质为主要成分制成涂膜,通过浸渍、涂抹等方法使其在食物表面固化,形成一种结构紧密且具有保护作用的薄膜,其能够使食物与外界环境隔离并抑制微生物生长繁殖,从而延缓食物品质的劣变[1]。壳聚糖(chitosan,CS)是一种无毒无害可食用的天然物质,有良好的成膜性以及抗菌能力,目前关于食品保鲜涂膜的研究主要是以CS为成膜基质,通过添加其他天然产物如茶多酚、大蒜素、香精油等来增强涂膜的抑菌保鲜能力[2]。戴照琪等[3]通过制备CS-茶多酚复合保鲜涂膜,发现其可以有效保持低温冷藏条件下秀珍菇的品质;陈洪彬等[4]制备鱼皮明胶-CS复合保鲜涂膜,发现其可改善采后西番莲果实贮藏品质,增强其耐贮性;李佳艺等[5]以CS、茶多酚以及溶菌酶为主要原料制备复合保鲜涂膜,发现其能有效延缓鱼肉的品质劣变进程。
水飞蓟素(silymarin,Sily)是从水飞蓟果实和种子中提取并与苯丙素类衍生物缩合的一种黄酮类木脂素,因其安全无毒、无刺激性且具有抗炎保肝、抗氧化等生物活性[6-7],在食品保健[8-10]、医药[11]、化妆品[12]等行业得到广泛关注和应用。关于Sily抑菌活性的研究已有大量报道,如DE OLIVEIRA等[13]测定了Sily对一些常见菌株的最小抑菌浓度(minimum inhibitory concentration, MIC)以及其与抗菌药物联合使用时表现出的协同作用,结果表明Sily对大肠杆菌的MIC值为64 μg/mL,并且当Sily与抗生素阿米卡星联合使用时对金黄色葡萄球菌的MIC为1.22 μg/mL,与庆大霉素联合使用时其MIC为9.76 μg/mL。EVREN等[14]的研究中评估了Sily对几种革兰氏阳性标准菌株和革兰氏阴性标准菌株的抗菌作用,其MIC均在60～241 μg/mL,且Sily对革兰氏阴性菌的抑制作用要小于革兰氏阳性菌。因此,本研究以CS和Sily作为主要成分制备复合保鲜涂膜,通过测定其DPPH自由基清除率、zeta电位以及流变特性来探究不同Sily添加量对保鲜涂膜性能表征的影响,同时测定猪肉不同冷藏期间的pH、汁液流失率、挥发性盐基氮(total volatile basic nitrogen,TVB-N)、硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid reactive substances, TBARS)、菌落总数以及感官评价,来探究不同Sily添加量对猪肉冷藏保鲜效果的影响。以期能够明确CS-Sily可食性涂膜应用于食品保鲜方面的可行性。
1 材料与方法
1.1 主要材料与仪器
Sily,西安云悦生物科技有限公司;猪肉,市售新鲜后退精瘦肉;CS(脱乙酰度90%),上海麦克林生化科技股份有限公司;甘油(分析纯)、吐温-80(化学纯),国药集团化学试剂有限公司;乙酸(分析纯),江苏强盛功能化学股份有限公司;三氯乙酸(分析纯),天津大茂;TBARS(纯度98%),上海阿拉丁生化科技;DPPH溶液,福建飞净生物科技公司。
TDZ5-WS型离心机,湖南湘仪实验室仪器开发有限公司;Nano-ZS纳米粒度电位仪,英国马尔文仪器有限公司;k-370凯氏定氮仪,瑞士步琦有限公司;Testo205 pH计,德国德图集团;Infinite E Plex多功能酶标仪,瑞士帝肯有限公司;TA DHR-2食品流变仪,美国沃特斯有限公司。
1.2 CS-Sily复合保鲜涂膜的制备
参照WANG等[15]的方法并略作修改。准确称取2 g CS粉末置于烧杯中,加入体积分数1%的乙酸水溶液定容到100 mL,形成CS悬浮液,继续搅拌至CS完全溶解,分别加入基于CS质量分数0%、2%、4%、6%、8% Sily(体积分数1%甘油以及体积分数1%吐温-80作为乳化物),均质机均质5 min,制成涂膜液。
1.3 复合涂膜液性能表征的测定
1.3.1 抗氧化活性的测定
参照DAI等[16]的方法,并略作修改。将样品组、对照组、空白组混匀后置于暗处反应30 min之后离心,收集上清液,在517 nm处测量吸光度。并按照公式(1)计算DPPH自由基清除率。
DPPH自由基清除率
(1)
式中: a,2 mL乙醇+2 mL的DPPH-乙醇溶液(0.2 mmol/L)的517 nm处吸光度值;b,2 mL涂膜液+乙醇(体积分数为75%)的517 nm处吸光度值;c,2 mL涂膜液+DPPH-乙醇溶液(0.2 mmol/L)的517 nm处吸光度值。
1.3.2 复合涂膜液zeta电位的测定
使用纳米粒度电位仪测定涂膜液的zeta电位。
1.3.3 涂膜液的流变特性测定
使用食品流变仪测定涂膜液流变特性[17],测试温度25 ℃,剪切速率范围为0.1～100 s-1,记录表观黏度随剪切速率变化曲线。
1.4 复合保鲜涂膜对冷藏猪肉保鲜效果
1.4.1 冷藏猪肉pH的测定
分别在猪肉冷藏的第0、3、6、9、12天,使用肉类pH计进行检测,将pH计插入肉样中,待显示屏数字稳定后记录数据[18]。
1.4.2 冷藏猪肉汁液流失率的测定
称取整理好的肉样的初始质量记为m1,于0～4 ℃冰箱内保鲜冷藏,分别在冷藏的3、6、9、12 d时取肉样,用洁净滤纸轻轻拭去肉样表层汁液后称质量记为m2。猪肉的汁液流失率(juice loss rate,JLR)用公式(2)计算[19]。
(2)
式中:JLR,汁液流失率,%;m1,肉样的初始质量,g;m2,冷藏后的质量,g。
1.4.3 猪肉中TVB-N含量的测定
参照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。
1.4.4 猪肉中TBARS的测定
参照GB 5009.181—2016《食品中丙二醛的测定》中分光光度法测定。
1.4.5 猪肉中菌落总数的测定
参照GB 4789.2—2022《食品微生物学检验》中菌落总数的方法测定。
1.5 不同冷藏时期猪肉的感官评价
选择具备专业感官评价能力的专业人员以及普通消费者共10人,感官质量标准参照NY/T 821—2019《猪肉品质测定技术规程》对猪肉进行感官评价,评分标准如表1所示。
表1 感官评价表
Table 1 Sensory evaluation table
评分项目评分标准9～106～84～51～3气味鲜味足鲜味轻淡但无异味有轻微异味异味严重色泽有光泽且红色分布均匀色泽稍有暗淡呈暗红色稍有发白 暗红色且发白严重弹性 指压立即恢复指压恢复变慢 指压不易恢复 指压后不恢复黏度外表微湿润且不黏手稍微感到黏手 较黏手 十分黏手纹理 纹理清晰纹理稍变淡纹理不清晰纹理模糊出水 无出水较少出水 出水较多 出水很多
1.6 数据处理与统计分析
所有试验重复3次,试验结果使用SPSS 19.0统计软件分析和处理数据,采用Tukey法进行差异显著性检验,用Duncan’s 法进行多重比较。使用Origin 2022软件绘图,图中“**”为P<0.05表示差异显著。图中不同小写字母表示组内差异显著P<0.05,不同大写字母表示组间差异显著P<0.05。
2 结果与分析
2.1 复合保鲜涂膜的DPPH自由基清除率及zeta电位
DPPH自由基清除率是评价活性物质抗氧化能力的重要指标,清除率越高,表明物质的抗氧化能力越强。实验结果如图1-a所示,CS组的自由基清除率为11.70%,2%、4%、6%、8%Sily添加组的自由基清除率分别为45.43%、80.47%、85.27%以及89.20%。相较于CS组分别升高了33.73%,68.77%、73.57% 以及77.50%。杨欧等[20]发现虾青素添加量为0.3%时可以使CS/大豆蛋白复合食用膜的DPPH清除能力达到80.10%,这与本文的研究结果类似。
a-DPPH自由基清除率;b-zeta电位
图1 保鲜涂膜的DPPH自由基清除率及zeta电位
Fig.1 DPPH radical scavenging rate and zeta potential of fresh-keeping coating
zeta电位是评价乳液体系稳定性的指标之一,根据HUANG等[21]所述,zeta电位与乳状液体系稳定性的关系,认为水相中颗粒分散稳定性的分界线为30和-30 mV,即zeta电位的绝对值大于30 mV时则该分散体系较稳定。如图1-b所示,本研究中由于CS带正电荷,因此所制备的复合保鲜涂膜的zeta电位为正值,且均大于30 mV,表明该保鲜涂膜的体系较稳定。
2.2 复合保鲜涂膜的流变特性分析
DU等[22]的研究表明,若要得到均匀稳定的涂膜液体系,其黏度应小于0.7 Pa·s,过高的黏度会使涂膜液的体系分布不均匀,从而影响其扩散能力。为更直观的了解CS-Sily涂膜液的流变特性,使用流变仪对其表观黏度进行分析,实验结果如图2所示。各组涂膜液均表现出特殊的剪切变稀流体行为,随着剪切速率的增加,各组涂膜液的表观黏度逐渐下降。随着Sily添加量的增加,涂膜液的黏度有所上升,这可能是Sily添加量提高,增加了涂膜液的浓度,使其黏度上升,但各组涂膜液的黏度均小于0.7 Pa·s,表明涂膜液分散均匀,具有良好的稳定性。
图2 涂膜液的流变特性分析
Fig.2 Rheological characteristics analysis of coating solution
2.3 CS-Sily涂膜对冷藏猪肉pH的影响
肉类在贮藏过程中,会在多种微生物以及酶的作用下使肌肉蛋白氧化分解为各种碱性物质,从而导致肉类中的pH值上升。由图3-a可知,0～12 d各组的猪肉pH整体均呈现上升趋势,0～9 d对照组pH值上升明显,而经涂膜处理的猪肉pH值上升缓慢,12 d时,对照组pH值达到6.91,CS涂膜组的pH值达到6.45,2%、4%、6%、8%Sily添加组的pH值分别为5.81、5.57、5.42、5.30,分别降低了15.92%、19.39%、21.56%、23.30%,这可能是CS-Sily保鲜涂膜具有一定的抑菌性以及抗氧化性,从而抑制了微生物作用以及肉中蛋白质的氧化,进而使涂膜组pH值上升缓慢。严碧云等[23]研究发现,未经涂膜液处理的冷藏猪肉在第10天的pH值就超过了6.7,失去了食用价值,而经质量分数1.5%CS-蒜姜提取液复合涂膜处理的猪肉在第15天时pH值才达到6.6,这与本文研究结果一致。
a-pH值;b-汁液流失率
图3 CS-Sily复合保鲜涂膜对猪肉pH及汁液流失率的影响
Fig.3 Effects of CS-Sily composite coating on pork pH and juice loss rate
2.4 CS-Sily涂膜对冷藏猪肉汁液流失率的影响
微生物会随着肉类储藏时间的增加而大量繁殖,从而导致肉类中组织细胞裂解,使水分以及营养物质大量流失。由图3-b可知,在猪肉的储藏过程中,各组的汁液流失率均显著增加,但经涂膜液处理后的猪肉汁液流失率显著低于对照组。猪肉冷藏12 d后,对照组的汁液流失率达到16.34%,CS处理组的汁液流失率达到14.72%,2%、4%、6%、8%,Sily添加组的汁液流失率分别为13.14%、12.62%、11.22%、9.94%,较对照组分别降低了19.58%、22.76%、31.33%、39.16%。许萍等[19]用大蒜素、茶多酚和葡萄籽提取物制备复合保鲜涂膜处理大口黑鲈,发现其汁液流失率较对照组减少了11.77%,这可能是由于其采用多种抑菌物质进行保鲜剂的复配,使其保鲜效果较好。
2.5 CS-Sily涂膜对冷藏猪肉菌落总数的影响
GB 4789.2—2022《食品微生物学检验》中规定,新鲜猪肉中的微生物菌落总数应<4 lg CFU/g,当冷鲜肉中的菌落总数>6 lg CFU/g则属于变质肉。如图4所示,在猪肉冷藏的第6天时,对照组和CS处理组的菌落总数分别为4.64和4.34 lg CFU/g,已不属于新鲜猪肉的范畴,而经2%、4%、6%、8%Sily添加组的保鲜涂膜处理的猪肉中的菌落总数分别为3.99、3.94、3.59和3.44 lg CFU/g,依然属于新鲜猪肉,在冷藏的第12天,对照组的菌落总数为6.11 lg CFU/g,属于变质肉,经CS以及2%、4%Sily添加组的涂膜处理的猪肉菌落总数分别为5.98、5.76和5.74 lg CFU/g,接近于变质肉,6%以及8%Sily添加组的涂膜处理的猪肉的菌落总数为5.46和5.19 lg CFU/g,依然有食用价值。
图4 CS-Sily复合保鲜涂膜对猪肉中菌落总数的影响
Fig.4 Effect of CS-Sily composite coating on the total number of colonies in pork
2.6 CS-Sily涂膜对冷藏猪肉TBARS的影响
肉中脂肪在氧化后产生的次级代谢产物丙二醛可以和TBARS在高温及酸性条件下反应生成红棕色或粉红色络合物,在OD532处测量其吸光度,可以反映出肉类的氧化程度,从而判定肉类新鲜度。如图5所示,猪肉冷藏期间,各组的TBARS值均呈上升趋势,相较于对照组,涂膜处理后的猪肉TBARS值显著降低,其中对照组在冷藏的第3天之后,TBARS值显著上升,涂膜处理后的猪肉在第6天之后TBARS值上升较明显,在冷藏的第12天,对照组的TBARS值达到1.95 mg/kg,CS组达到1.66 mg/kg,降低了14.87%,2%、4%、6%、8%Sily添加量涂膜处理组分别达到了1.45、1.18、0.81、0.69 mg/kg,分别降低25.97%、39.75%、58.35%以及64.90%。范小宁等[24]研究了桑叶提取物-CS可食性涂膜对静宁烧鸡保鲜效果,发现0.7%添加量的桑叶提取物可使烧鸡中的TBARS值降低34.58%,这与本文研究结果一致。
图5 CS-Sily复合保鲜涂膜对猪肉中TBARS的影响
Fig.5 Effect of CS-Sily composite coating on TBARS in pork
2.7 CS-Sily涂膜对冷藏猪肉TVB-N的影响
TVB-N值是指肉类中蛋白质被微生物和酶分解后产生的含氮物质的含量,如胺类以及氨类物质,GB T9959.2—2008分割鲜冻瘦肉中规定,分割冷鲜猪瘦肉中TVB-N≤15 mg/100 g。CS-Sily涂膜对冷藏猪肉TVB-N值的影响如图6所示,在储藏期间,涂膜处理的猪肉TVB-N值同样的显著低于对照组,且随着Sily添加量的增加,涂膜处理组猪肉的TVB-N值上升趋势逐渐变缓,这可能同样是微生物生长受到抑制所造成的结果。冷藏12 d后,对照组的TVB-N值为32.72 mg/100 g,CS组的TVB-N值为28.65 mg/100 g,2%、4%、6%、8%Sily添加量涂膜处理组的TVB-N值分别为25.03、22.72、17.11、15.59 mg/100 g,分别下降23.50%、30.56%、47.71%以及52.35%。郗泽文等[25]制备了柠檬精油乳液可食用涂膜,发现其可使卤鸭脖的TVB-N值下降32.81%,与本研究结果相似。
图6 CS-Sily复合保鲜涂膜对猪肉中TVB-N值的影响
Fig.6 Effect of CS-Sily composite coating on TVB-N value in pork
2.8 感官评价
经过对不同冷藏期的猪肉进行感官评价,如图7、图8所示,经CS-Sily复合保鲜涂膜处理的猪肉在冷藏期内的色泽、弹性、出水、纹理等评分均高于对照组,但在0～3 d,关于气味以及黏度处理组的评分要低于对照组,3 d之后关于气味及黏度的评分才高于对照组,这可能是由于在涂膜制备的过程中添加了少量乙酸,使肉具有一定的酸味,同时肉表面的一层保鲜涂膜本身有一定黏度,在冷藏前期使处理组的气味和黏度评分变低,之后乙酸大量挥发,酸味变淡,其评分又高于对照组。
图7 不同处理不同时期的猪肉样品
Fig.7 Pork samples with different treatments and different periods
a-色泽;b-弹性;c-出水;d-纹理;e-气味;f-黏度
图8 感官评价
Fig.8 Sensory evaluation
3 结论
在本研究中以Sily作为抑菌剂,CS为成膜基质制备CS-Sily复合涂膜液,并将其应用到冷鲜猪肉的保鲜中,结果表明该保鲜涂膜具有很强的抗氧化性以及稳定性,能很好的抑制肉中微生物的繁殖以及蛋白质的氧化,降低猪肉中水分的流失,保证猪肉品质,未经涂膜处理的冷鲜猪肉在第6天时,其菌落总数(4.64 lg CFU/g)、TBARS(1.05 mg/kg)以及TVB-N(14.67 mg/100 g)各项指标均已超过或接近国标中对新鲜肉类的规定(菌落总数≤4 lg CFU/g,TBARS≤0.664 mg/kg,TVB-N≤15 mg/100 g),而经CS-Sily保鲜涂膜处理的冷鲜猪肉在第9天时各项指标才接近于国标中规定,若以此为指标来判定肉类新鲜度,该保鲜涂膜可将冷鲜猪肉保质期延长2～3 d。但该保鲜涂膜在制备过程中添加的乙酸在猪肉冷藏前期会导致其可以闻到轻微酸味,为避免消费者误解,可用其他物质进行代替。
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