迷迭香精油微胶囊对猪肉饼保鲜效果的影响

猪肉饼因其营养丰富、食用方便等特点深受消费者的欢迎,具有较大的市场前景[1]。但在4 ℃冷藏期间易腐败变质,从而缩短货架期。因此,寻求安全、高效的保鲜剂成为肉制品保鲜的研究热点。

近年来,天然活性化合物作为食品防腐剂的应用越来越受欢迎。植物精油因具备天然、安全、抗氧化和抗菌特性,有巨大潜力成为化学防腐剂的替代品[2]。迷迭香精油(rosemary essential oil,REO)中富含酚类化合物,如咖啡酸、迷迭香二醛、迷迭香酸、鼠尾草酸和迷迭香酚等,具有较强的抗氧化活性、抑菌活性和抗炎活性等[3]。但REO不稳定且易挥发,具有明显的刺激性气味,使得其应用在食品行业中受到限制[4]。采用复合凝聚法包封植物精油,不仅可以增强其抗氧化活性、抗菌性,还可以提高植物精油的稳定性,屏蔽其刺激性气味,促进植物精油在食品保鲜中的应用[5]。大豆分离蛋白(soy protein isolate,SPI)含有丰富的必需氨基酸,生产成本低[6]。但SPI的溶解性、乳化性等功能性质较差,限制了其作为载体的应用。pH偏移协同超声波改性是一种有效的蛋白修饰方法,WANG等[7]发现pH偏移联合超声处理有效增强了松子蛋白的溶解性、乳化性;ZHAO等[8]发现pH偏移联合超声波处理可以有效改变由酪蛋白和乳清蛋白组成的牛奶蛋白的理化性质、溶解度和发泡能力;LEE等[9]和FANG等[10]发现pH偏移联合超声波处理可以使SPI的溶解度和乳化性提高,有效提升了SPI对白藜芦醇的包封能力。壳聚糖(chitosan,CS)是世界上第二丰富的多糖,具有生物可降解性和生物相容性等优点,因此具有作为微胶囊壁材的巨大潜力[11]。本实验在前期实验基础上,以pH偏移联合超声波改性的SPI与CS作为壁材,采用复合凝聚法已成功制备REO微胶囊。

因此,本实验以空白、添加游离REO为对照,探究采用复合凝聚法以SPI与CS为壁材制备的REO微胶囊(SPI-CS-R)及以pH偏移联合超声波(ultrasound,US)改性SPI与CS为壁材制备的REO微胶囊(pHUS-CS-R)对猪肉饼在贮藏过程中保鲜效果的影响,以期为迷迭香精油微胶囊在猪肉贮藏保鲜领域的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大豆分离蛋白(蛋白含量≥90%),金克隆北京生物技术有限公司;新鲜猪肉,重庆市北碚区永辉超市;壳聚糖,上海阿拉丁生物技术公司;迷迭香精油,南京草本源科技有限公司;平板计数琼脂,青岛海博生物技术有限公司;谷氨酰胺转氨酶(200 U/g),南京杜莱生物技术有限公司;其余试剂均为分析纯。

1.2 仪器和设备

SKD-200凯氏定氮仪,上海沛欧分析仪器有限公司;MLtraScan® PRO手持色差仪,上海一恒科学仪器有限公司;TA-XT plus物性测定仪,英国Stable Micro System公司;pHS-3C+酸度计,成都世纪方舟科技有限公司;SCIENTZ-1500F超声波分散仪,宁波新芝生物科技股份有限公司;BSA224S-CW电子天平,北京赛多利斯科学仪器有限公司;LGJ-10真空冷冻干燥机,北京松源华兴科技发展有限公司;TGL-1650高速冷冻离心机,四川蜀科仪器有限公司;HCJ-6D磁力搅拌水浴锅,常州兆圣实验设备制造有限公司;UV-5100紫外可见分光光度计,上海元析仪器有限公司;YLD-6000远红外干燥箱,天津市通利信达仪器厂;THZ-D恒温振荡器,苏州培英实验设备有限公司;SD-JR39多功能料理机,三的电器制造有限公司;UPTA-10超纯水机,上海力辰邦西仪器科技有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1.1 壁材溶液的准备

参考LEE等[9]的方法,制备pH偏移联合超声改性SPI样品(记作:pH-U-SPI)。用2 mol/L NaOH溶液调节500 mL SPI溶液(4 mg/mL)pH值至12.0,立即进行超声波处理5 min(300 W,20 kHz),置于10 ℃磁力搅拌水浴锅搅拌(300 r/min)30 min。用2 mol/L HCl溶液将SPI溶液pH值调节至7.0,10 ℃搅拌(300 r/min)15 min。用截留分子质量为14 000 Da的透析袋透析48 h后放入-80 ℃预冷冻24 h再真空冷冻干燥48 h,得到的pH-U-SPI干燥样品放置于-80 ℃冰箱保存。

将pH-U-SPI样品用去离子水溶解,CS用1%(体积分数)乙酸溶解,分别放于室温下搅拌(300 r/min)3 h,于4 ℃静置过夜,使2种壁材溶液均充分水合。

1.3.1.2 迷迭香精油微胶囊的制备

采用REO作为芯材,CS和pH-U-SPI样品作为壁材制备微胶囊。根据4∶1的壁芯质量比,向pH-U-SPI溶液中加入REO,然后缓慢滴入CS溶液得到混合液,最终混合液中壁材总质量分数为1%,壁材质量比(CS:pH-U-SPI样品)为1∶1.6。将混合液均质(10 000 r/min)3 min,用2 mol/L NaOH溶液调节混合液pH值至6.5,放于50 ℃磁力搅拌水浴锅(300 r/min)搅拌30 min进行复合凝聚。冰水浴降温到10 ℃保持30 min,以结束反应。用10%乙酸(体积分数)将混合液pH值调节至6.0,加入谷氨酰胺转氨酶(添加量为0.125 g/g pH-U-SPI样品),10 ℃磁力搅拌(150 r/min)固化3 h后离心得到湿囊。将湿囊预冷后冷冻干燥48 h,即可得到干燥的REO微胶囊,包埋率为83.14%(记作:pHUS-CS-R)。SPI与CS为壁材在相同工艺条件下制备REO微胶囊(记作:SPI-CS-R)。

1.3.1.3 鲜猪肉饼的制备

猪肥膘与精瘦肉分开搅碎成肉糜再混合(肥瘦质量比1∶4),加入2%的食盐,分为空白组、游离REO组、SPI-CS-R组和pHUS-CS-R组,REO含量均为0.08%(质量分数)。取40 g猪肉糜制成直径为6 cm、厚度为1 cm的肉饼后放入聚乙烯袋密封4 ℃保存,分别在0、2、4、6、8、10、12 d测定相关指标。

1.3.2.1 菌落总数测定

参照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》进行测定。

1.3.2.2 挥发性盐基氮测定

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》进行测定。将5 g不同样品分别转移到装有75 mL水的锥形烧瓶中,在20 ℃的恒温振荡器中以180 r/min放置30 min。上清液用4层纱布过滤,4 ℃贮藏使用。

1.3.2.3 硫代巴比妥酸反应物(thiobarbituric acid reactive substance,TBARS)值测定

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

参照GB 5009.237—2016《食品安全国家标准食品pH值的测定》。取5 g样品加入50 mL 0.1 mol/L KCl溶液均质30 s,测定肉样pH值。

1.3.2.5 色泽测定

使用手持色差仪测量猪肉饼的颜色。色差仪在每次使用前均需用标准白板校准。测量肉表面的3个不同位置,颜色表示为L*(亮度),a*(红度)和b*(黄度)。

1.3.2.6 质构测定

称取10 g均匀的猪肉饼,装于50 mL塑料离心管中,在4 ℃下以1 500 r/min低速离心5 min除气泡,然后将肉样置于85 ℃水浴锅中煮30 min,冷却至室温,将煮熟的肉糜切成直径为2 cm、高度为1 cm的柱状样品。设定质构仪的参数为:P50铝合金探头、测前速率2 mm/s、测中速率1 mm/s、测后速率1 mm/s、触发力5.0 g、间隔时间5 s。测定并记录各组样品的硬度、弹性、回复性、咀嚼性。

1.3.2.7 感官评定

参考李亚萍[12]以及GB 2707—2016《食品安全国家标准鲜(冻)畜、禽产品》的方法。邀请10位专业感官评定人员对猪肉饼的色泽、气味、组织状态进行评定,感官评定评分标准如表1所示。

所有实验平行重复3次,结果以“平均值±标准差”表示。用SPSS 21.0进行显著性分析(P<0.05,差异显著),Origin 2018软件绘图。

2 结果与分析

2.1 贮藏过程中菌落总数的变化

菌落总数是评价肉品新鲜程度的重要指标,而微生物的生长代谢是引起猪肉饼品质劣变的根本因素[13]。根据GB/T 9959.2—2008《分割鲜冻猪瘦肉》,新鲜肉的菌落总数应不大于6 lg CFU/g。由表2可知,在4 ℃下,随贮藏时间延长,猪肉饼菌落总数均显著增加(P<0.05),这是由于微生物利用猪肉饼中的营养物质进行生长繁殖。相同贮藏时间下,添加REO的猪肉饼菌落总数显著低于空白组(P<0.05),且呈现pHUS-CS-R组P<0.05),其中空白组4 d、游离REO组6 d、SPI-CS-R组8 d、pHUS-CS-R组12 d的菌落总数超过6 lg CFU/g,这说明REO有很强的抗菌活性,尤其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有较强的抑制作用[14];而REO微胶囊的抗菌性优于游离REO,说明微胶囊化增强了其稳定性和分散性,使REO持续缓慢释放,从而有效地干扰了微生物的生长代谢[15-16],也可能是由于CS有抑菌性,与REO发生了协同作用[17]。与SPI-CS-R组相比,pHUS-CS-R组对猪肉饼中微生物生长的抑制作用更强,可能是由于pH偏移联合超声改性SPI制备的REO微胶囊具有更好的缓释效果,这与ZHONG等[18]研究发现pH偏移联合热处理改性蛋白可以提高乳液的缓释效果具有一致性。综上,添加pHUS-CS-R能够更好地抑制微生物生长,延长猪肉饼在4 ℃贮藏期间的货架期。

2.2 贮藏过程中挥发性盐基氮的变化

挥发性盐基氮(total volatile base nitrogen,TVB-N)是肉饼中腐败菌分解蛋白质的盐基氮类物质[19]。根据GB 2707—2016《食品安全国家标准鲜(冻)畜、禽产品》的评价标准,鲜肉TVB-N值≤15 mg/100 g。由图1可知,在4 ℃下,随贮藏时间延长,猪肉饼TVB-N值均显著增加(P<0.05),这是由于微生物生长代谢增强,蛋白质不断分解,使TVB-N值不断升高[20]。贮藏4 d后,添加REO的猪肉饼TVB-N值显著低于对照组(P<0.05),且呈现pHUS-CS-R组P<0.05),其中对照组4 d、游离REO组6 d、SPI-CS-R组8 d、pHUS-CS-R组12 d的TVB-N值>15 mg/100 g,说明REO的抑菌活性有效地干扰了微生物的生长,进而抑制了微生物对含氮化合物的氧化脱胺作用;而微胶囊化增强了REO的稳定性、分散性和缓释效果,从而延缓腐败变质,这与CHEN等[21]研究丁香酚微胶囊对猪肉末保鲜效果的结果一致。与SPI-CS-R组相比,pHUS-CS-R结构更紧密,具有更好的稳定性和包埋效果,更大程度地增强了REO的抗氧化性能,这与WANG等[22]研究超声改性大豆分离蛋白制备大麻籽油微胶囊的结果一致。综上,添加pHUS-CS-R能够更好地抑制猪肉饼在贮藏期间TVB-N值增加。

2.3 贮藏过程中TBARS的变化

TBARS是评价肉中脂质过氧化程度的一种方法,反映了肉制品贮藏期间品质的好坏[23]。由图2可知,在4 ℃下,随贮藏时间延长,猪肉饼TBARS值均显著增加(P<0.05),这是由于猪肉脂质氧化程度逐渐增大,使TBARS值增大。相同贮藏时间下,添加REO的猪肉饼TBARS值显著低于对照组(P<0.05),且呈现pHUS-CS-R组P<0.05),说明REO发挥了其抗氧化活性,但由于部分生物活性物质的挥发以及氧、温度、光照等因素增加了REO的氧化程度;而微胶囊化延缓了REO在贮藏过程中的氧化挥发,提高了抗氧化能力,有效地抑制脂肪氧化酸败,这与刘善智等[24]利用迷迭香精油壳聚糖纳米进行冷藏草鱼保鲜效果研究结果一致。与SPI-CS-R组相比,pHUS-CS-R中的pH-U-SPI与CS能形成更加致密的复合凝聚物,减少了REO在贮藏过程中与氧、光照等的接触,从而提高了包封REO的抗氧化能力。综上,添加pHUS-CS-R能够在猪肉饼贮藏期间表现出更好地抑制脂肪氧化的能力。

2.4 贮藏过程中pH值的变化

由图3可知,在4 ℃下,随贮藏时间延长,猪肉饼pH值均显著增加(P<0.05),这是由于微生物分解蛋白质,不断产生碱性物质,导致pH值上升[25]。这与TVB-N的变化结果一致。在贮藏前6 d内,添加REO的猪肉饼pH值均显著低于空白组(P<0.05),随着时间延长,REO持续释放而丧失其抗菌功能,从而导致在贮藏初期pH值增长缓慢,而在后期急剧上升,且pH值呈现pHUS-CS-R组P<0.05),说明REO具有较强的抗菌作用,可以抑制微生物生长及蛋白质分解为碱性物质。贮藏第12天时,游离REO组与空白组pH差异不显著(P>0.05),这是由于REO释放完全,已经失去了抑菌作用;而REO微胶囊具有缓释作用,抑制pH值升高的能力优于游离REO,这与WANG等[26]用明胶-壳聚糖制备的丁香酚纳米颗粒对鲜猪肉贮藏过程中pH值的影响结果一致。与SPI-CS-R组相比,pHUS-CS-R具有更高的包埋率和更好的缓释性能,释放出的REO积累越来越多,表现出良好的抗菌活性,更大程度地抑制蛋白质和脂质氧化,减少胺类物质产生,从而延缓了pH值的上升。综上,添加pHUS-CS-R能够表现出更好地抑制pH值升高的能力,降低了猪肉饼的腐败变质程度。

2.5 贮藏过程中色泽的变化

由图4可知,在4 ℃下,随贮藏时间延长,猪肉饼L*值与a*值总体均呈下降趋势,b*值总体呈上升趋势。L*值大小反映肉色明暗度,L*值越大,肉色亮度越高。由图4-a可知,在贮藏2～12 d期间,添加REO的猪肉饼L*值显著高于空白组(P<0.05),可能是由于REO中的酚类物质延缓了蛋白质的变性,导致肌肉中自由水扩散减少,对光的反射能力减弱,使L*变化较小[27]。由图4-b可知,在贮藏2～12 d,添加REO的猪肉饼a*值明显高于空白组,可能是由于猪肉的氧合肌红蛋白被氧化成高铁肌红蛋白,从而呈现出褐色;而REO能够在一定程度上减缓氧合肌红蛋白的氧化,使a*下降缓慢。b*值与肌红蛋白的氧化有关。由图4-c可知,在贮藏2～12 d期间,添加REO的猪肉饼b*值明显低于空白组,这是由于REO具有较强的抗氧化活性,可以避免肌红蛋白被过度氧化,抑制色泽劣变的积累。总体来看,REO微胶囊的L*、a*和b*值均较空白组和游离REO组变化小,且pHUS-CS-R组的L*、a*和b*值变化最小,说明REO微胶囊具备的缓释效果使其在抑制猪肉外观变化具有良好的护色作用,这与LIU等[28]研究百里香精油纳米乳液对猪肉色泽稳定结果一致,且因pHUS-CS-R对REO的保护以及缓释作用更明显,使猪肉饼在贮藏期间表现出更好的色泽。综上,添加pHUS-CS-R能够在贮藏期间更好地保持猪肉饼的良好色泽。

2.6 贮藏过程中质构特性的变化

质构特性是对猪肉饼的感官评价最直接、最快捷的方法。由表3可知,在4 ℃下,随贮藏时间延长,猪肉饼的硬度呈先下降后升高再下降的趋势,可能是由于猪肉中的微生物分解蛋白质,破坏了蛋白质结构,导致硬度下降;而REO的加入抑制了微生物生长和肉类内源性酶活性,使硬度明显上升[29];最终因肉中蛋白质氧化使硬度再次下降。在贮藏末期(8～12 d),REO微胶囊硬度显著高于空白组和游离REO组(P<0.05)。咀嚼性指样品对咀嚼的持续阻力,与硬度相关,也呈先下降后升高再下降的趋势。在贮藏末期,REO微胶囊咀嚼性显著高于空白组和游离REO组(P<0.05),这与WANG等[26]研究冷鲜猪肉贮藏过程中硬度和咀嚼性变化的趋势一致。此外,相同贮藏时间条件下,猪肉饼的弹性呈下降趋势,可能是由于猪肉饼中蛋白质的网状结构被破坏引起的[30]。在贮藏末期,REO微胶囊弹性显著高于空白组和游离REO组(P<0.05)。回复性与弹性有一定的相关性,在贮藏期间,回复性整体呈下降趋势。与SPI-CS-R组相比,在贮藏第8天后,pHUS-CS-R组对猪肉饼质构特性的保持效果更明显。综上,添加pHUS-CS-R能更好地维持猪肉饼的质地。

2.7 贮藏过程中感官评价的变化

鲜肉的感官特性会直接影响消费者的购买欲望[31]。由图5可知,随贮藏时间延长,各组的感官评分均有不同程度地下降,而空白组感官评分显著下降(P<0.05),表现为色泽加深,质地松散,嚼劲变差,产生腐败臭味,可能是由于脂质和蛋白氧化影响猪肉饼的颜色和风味,导致感官评分值降低。这与TBARS和TVB-N的结果一致。游离REO组对猪肉饼的初始感官有一定影响,这是由于未包封的REO具有明显的刺激性气味,影响了猪肉饼原有的气味;而REO微胶囊对初始感官没有影响,说明包封后REO的刺激性气味被屏蔽了。贮藏第8天后,空白组和游离REO组发出难以接受的腐肉臭味、弹性变差,有很多汁液渗出;而SPI-CS-R、pHUS-CS-R组的感官可接受程度较高,说明REO微胶囊具有良好的缓慢释放作用,很好地维持了猪肉饼的色泽和弹性,抑制腐败气味的产生。用微胶囊包封精油不仅保留了其抗氧化和抗菌活性,又能得到良好的感官品质,这与BHARTI等[32]发现肉豆蔻精油复合膜能够改善肉制品品质,同时不会引起令人不快的感官特性的结果一致。在贮藏第4天后,pHUS-CS-R组的感官评分显著高于SPI-CS-R组(P<0.05),说明pHUS-CS-R组能够使猪肉饼在贮藏过程的感官品质更好。综上,添加pHUS-CS-R能够有效延缓猪肉饼感官品质的降低。

3 结论

本试验研究了REO微胶囊对4 ℃冷藏条件下猪肉饼的保鲜效果。结果表明,REO微胶囊能通过缓慢释放REO,对猪肉饼发挥抗氧化和抑菌的保鲜效果。添加REO微胶囊可显著降低贮藏过程中猪肉饼的菌落总数、TVB-N含量、TBARS值和pH值(P<0.05),延缓猪肉饼色泽与质地劣变,提高感官品质;与空白组(4 d)相比,添加REO可以使猪肉饼的货架期延长2 d,添加SPI-CS-R可以延长4 d,而添加pHUS-CS-R可以将货架期延长8 d。综上,REO微胶囊可以有效维持猪肉饼的良好色泽和感官品质,具有较好的保鲜效果和延长货架期作用,且pHUS-CS-R对猪肉饼的保鲜效果最佳。

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