肉及肉制品可为人体提供蛋白质和其他重要的微量营养素。作为市售冷鲜肉常用的包装方式,真空包装具有成本低、可有效延长食品货架期等优势,但由于真空包装的低氧环境,使冷鲜肉产生大量的紫红色脱氧肌红蛋白(deoxymyoglobin, DMb),影响其销售价值。同时真空包装无法有效抑制肉中厌氧微生物的生长,为此如何在实现真空包装肉制品护色保质的同时抑制微生物的繁殖,从而延长产品包装货架期是业界关注的重要课题。
亚硝酸盐作为一种食品添加剂,可在还原作用下生成NO,并与DMb结合生成鲜红色的亚硝基肌红蛋白色素(nitrosylmyoglobin, NOMb),从而改善冷鲜肉的表面颜色[1]。将亚硝酸盐添加到包装膜中实施肉制品包装,在保证颜色改善效果的同时可减少亚硝酸盐在肉中的残留量,提高使用安全性[2]。ROBERTS等[3]和CLAUS等[4]将亚硝酸盐添加到聚氯乙烯膜中,证实活性膜可改善真空包装牛肉表面颜色、抑制脂质氧化和微生物增长;YANG等[5]采用含亚硝酸盐的聚氯乙烯膜包装猪排和猪肉香肠,表明活性膜在改善产品颜色的同时还可延长货架期。但仅添加亚硝酸盐的包装膜对肉制品微生物生长的抑制作用有限,无法进一步延长产品包装货架期。
香芹酚(carvacrol, Car)为牛至精油、百里香精油中的主要活性成分,具有广泛的生物活性且香芹酚的抗菌活性高于精油中存在的其他挥发性化合物[6],同时其自身还因具备优异的抗氧化性而多用作冷鲜肉的抗菌、抗氧化剂。XIAO等[7]将香芹酚添加到壳聚糖/普鲁兰多糖中,结果表明活性膜可有效抑制羊肉蛋白质氧化和微生物的生长,使包装货架期延长至15 d以上;ANDRADE等[8]将香芹酚添加到聚乳酸/聚乙烯醇多层材料中,活性膜同样抑制了牛肉微生物增长。研究表明,含香芹酚包装膜可有效抑制肉制品蛋白质氧化和微生物生长,延长产品包装货架期。但对于真空包装肉制品来说,只添加香芹酚无法实现有效护色。
为满足真空包装肉制品护色、保质要求,同时探索进一步延长产品货架期的途径,本文将亚硝酸钠(sodium nitrite, SN)、香芹酚活性物加入包装膜中,研究膜中SN迁移与香芹酚释放对冷鲜肉的护色保质作用。同时考虑到香芹酚具有高挥发性,故将其负载至硅藻土(diatomite, D)以达到香芹酚缓释的目的。采用热重分析、红外光谱分析以及微观形貌观察确定香芹酚的负载率及形态结构;研究添加物及配比对薄膜结构、力学、阻隔性能的影响及薄膜的缓释效果;测定真空包装猪肉颜色、NOMb含量、SN含量、挥发性盐基氮(total volatile basic nitrogen, TVB-N)含量、菌落总数等,分析活性包装对猪里脊肉的颜色改善、保质效果及膜的应用安全性,为冷鲜肉的活性包装应用提供技术支撑。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
低密度聚乙烯(low-density polyethylene, LDPE)(100AC),苏州浏雨琦塑化有限公司;对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate, PET)膜,方成塑业有限公司;猪里脊肉(冷鲜肉),无锡欧尚超市。
香芹酚,北京伊诺凯科技有限公司;硅藻土、亚硝酸钠、无水乙醇、磺胺、N-萘基乙二胺二盐酸盐、丙酮、硼酸、无水碳酸钾、甲基红、亚甲基蓝、平板计数琼脂、氯化钠,国药集团化学试剂有限公司;水性丙烯酸乳液(胶黏剂),深圳市吉田化工有限公司。
1.2 仪器与设备
DZG-6020真空干燥箱,上海森信实验仪器有限公司;Nicolet iS10傅里叶红外光谱仪,美国赛默飞世尔科技(中国)有限公司;Q500热重分析仪,美国TA仪器公司;SU-1510扫描电子显微镜,日本日立株式会社;LMX5-V5高速混合机、LTE16-40双螺杆挤出机,LAB TECH工程有限公司;SJ20/25-MF260-3三层共挤吹膜机,北京泽岛机械有限公司;ZY-TB-B加热涂布试验机,中仪(济南)试验设备有限公司;E43-104微机控制电子万能材料试验机,美特斯工业系统(中国)有限公司;VAC-V2压差法气体渗透仪、TYS-T透湿测试仪,济南兰光机电技术有限公司;DZ-260PD真空包装机,温州大江机械有限公司;UV-1800紫外分光光度计,日本岛津公司。
1.3 实验方法
1.3.1 复合物D-Car的制备
将硅藻土与香芹酚置于离心管中,质量浓度为0.1 g/mL,超声分散30 min后于真空干燥箱中抽真空20 min,之后恢复常压保持10 min,为了提高负载率,该过程重复进行3次。完成后,离心回收香芹酚并采用无水乙醇洗涤,最后将硅藻-香芹酚(D-Car)置于40 ℃真空干燥箱中直至完全干燥。
1.3.2 复合物D-Car的表征
1.3.2.1 复合物中香芹酚负载率测定
利用热重分析仪测定样品的热失重,称取3～10 mg样品于坩埚中,氮气气氛下以15 ℃/min的速度从25 ℃升到300 ℃,根据样品的质量损失来评估香芹酚与硅藻土的热稳定性以及确定香芹酚的负载率。
1.3.2.2 微观形貌观察
将完全干燥的硅藻土与D-Car用导电胶固定在样品台上,喷金处理后,利用扫描电子显微观察,加速电压为15 kV。
1.3.2.3 红外光谱测定
采用傅里叶红外光谱仪在4 000～500 cm-1对香芹酚、硅藻土和D-Car进行表征。
1.3.3 PET/LDPE活性膜的制备
首先将LDPE粒子按一定比例与SN、D-Car在高速混合机中共混,经双螺杆挤出机高温熔融、挤出切割后制得LDPE改性粒子,双螺杆挤出机加热段、混合段、挤出段温度分别为150、155、160 ℃。制得的LDPE改性粒子置于挤出吹膜机中,吹塑制得LDPE活性包装膜,挤出吹膜机加热段、混合段、挤出段、模头的温度分别为150、155、160、165 ℃。在PET膜上均匀涂布一层胶黏剂,通过施加一定压力与LDPE活性膜复合,制得PET/LDPE活性膜。活性膜中SN添加量为0.5%(质量分数),D-Car添加量分别为0%、0.5%、1%、2%(质量分数),分别记作PS、PS-DC1、PS-DC2、PS-DC3。为进行对比分析,同时制备活性膜PS-C2(0.5% SN、1%香芹酚)、普通膜PCK(未添加SN、香芹酚、硅藻土)。
1.3.4 PET/LDPE包装膜的表征
1.3.4.1 形貌观察
采用扫描电子显微镜观察PCK、PS、PS-C2、PS-DC2的横截面形貌,加速电压为10 kV。
1.3.4.2 红外光谱测定
采用傅里叶红外光谱仪在4 000～500 cm-1对PCK、PS、PS-C2、PS-DC2的内层进行表征。
1.3.4.3 厚度、含水率测定
根据GB/T 6672—2001《塑料薄膜和薄片厚度测定 机械测量法》,用螺旋测微器在被测膜上随机取5个点测定,结果取平均值。根据卢俊宇等[9]的方法测定包装膜中的含水率,膜中含水率的计算如公式(1)所示:
含水率
(1)
式中:m0,室温下薄膜质量,mg;m1,薄膜完全干燥时质量,mg。
1.3.4.4 力学性能测定
根据国家标准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》,采用微机控制电子万能材料试验机测定膜的拉伸强度和断裂伸长率。
1.3.4.5 气体阻隔性能测定
分别根据国家标准GB 1037—88《塑料薄膜和片材透水蒸气性试验方法杯式法》、GB/T 1038—2000《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法压差法》测定膜的水蒸气、氧气透过系数。
1.3.4.6 膜中香芹酚释放率测定
分别配制0.1、0.08、0.06、0.045、0.035、0.025、0.02、0.01 mg/mL的香芹酚-95%乙醇溶液,采用紫外分光光度计分别测定各溶液在276 nm处的吸光度,以质量浓度为横坐标,吸光度为纵坐标,得到香芹酚在95%乙醇中的标准曲线为y=7.153x+0.033 5(R2=0.996)。
以95%乙醇作为高脂类食品模拟物,准确称取200 mg活性膜剪碎放入含有10 mL 95%乙醇的离心管中,于4 ℃,50%相对湿度下贮存,采用紫外分光光度计测定食品模拟液在1 h、2 h、3 h、5 h、7 h、9 h、12 h、1 d、2 d、3 d、4 d…22 d、24 d、26 d在276 nm处的吸光度,香芹酚释放率的计算如公式(2)所示:
释放率
(2)
式中:Pt,t时间食品模拟液中香芹酚质量浓度,mg/mL;P,完全释放食品模拟液中香芹酚质量浓度,mg/mL。
1.3.5 猪肉护色保质实验
在超净台中,将猪里脊肉去除筋膜和多余脂肪后切割成厚为1.5 cm,质量为30 g的小块。PCK真空包装的猪肉为空白组样品,PS、PS-DC1、PS-DC2、PS-DC3真空包装的猪肉为处理组样品,于4 ℃,100 lux日光灯条件下贮藏。每隔4 d取样1次,测定其各类品质指标。
1.3.5.1 颜色测定
将冷鲜肉从包装内取出,随机选取10个点,采用色彩色差计经标准比色板校正后直接测定,记录猪肉表面的红度值(a*值)、黄度值(b*值),C*值表示颜色的饱和度,即颜色的鲜艳程度,C*值的计算如公式(3)所示:
(3)
式中:C*,猪肉的色度;a*,猪肉的红度;b*,猪肉的黄度。
1.3.5.2 NOMb含量测定
冷鲜肉中的NOMb含量根据CHATKITANAN等[10]的方法来测定。
1.3.5.3 SN含量测定
肉中SN含量根据《AMSA肉色测量指南》[11]中的方法测定。
1.3.5.4 TVB-N含量测定
参照GB 5009.228—2016《食品中挥发性盐基氮的测定》中的微量扩散法测定。
1.3.5.5 菌落总数测定
参照GB 4789.2—2022《食品微生物学检验 菌落总数测定》中的方法测定。
1.4 数据处理
所有实验均重复3次,采用Origin 2021学习版软件绘制实验数据图像。使用SPSS 21对实验数据进行统计分析,结果表示为平均值±标准偏差,使用方差分析和沃勒-邓肯多重范围检验对数据进行显著性分析(P<0.05)。
2 结果与分析
2.1 复合物D-Car表征结果分析
2.1.1 香芹酚负载率分析
图1是香芹酚、硅藻土、D-Car 3种物质的热重(thermogravimetric, TG)分析图。硅藻土的TG曲线在25～300 ℃未出现明显的质量损失,表明在该温度范围内,硅藻土未发生分解。香芹酚因具有挥发性,在88 ℃开始出现质量损失,并在192 ℃完全消失。因此,D-Car的TG曲线在110～190 ℃的质量损失完全来源于香芹酚的挥发,质量损失为34.97%,因此确定香芹酚在硅藻土中的负载率为34.97%,同时表明硅藻土负载能提高香芹酚的热稳定性。
图1 硅藻土、香芹酚和D-Car的热重曲线
Fig.1 Thermogravimetric curves of diatomite, carvacrol and D-Car
2.1.2 结构表征分析
硅藻土的微观形貌如图2-A所示。由图2-A中可观察到其表面均匀分布的细孔。负载后的D-Car微观形貌如图2-B所示,硅藻土孔隙被香芹酚完全覆盖,表明香芹酚成功进入硅藻土孔隙。香芹酚、硅藻土与D-Car的红外光谱图见图2-C,香芹酚在3 364 cm-1处的宽峰是由自由羟基以及分子间与分子内羟基的拉伸振动引起的,在2 959、1 623、1 417、865 cm-1处的吸收峰分别归属于—CH2的拉伸振动峰、C—O耦合引起的不对称拉伸吸收峰、C—OH的拉伸振动峰以及C—H的伸缩振动峰[12]。硅藻土在1 075、786 cm-1处存在特征吸收峰,这分别对应于Si—O—Si的拉伸和弯曲振动吸收峰[13],615 cm-1处的吸收峰来源于部分硅藻土转变成方石英而反映出的SiO4四面体六元环沿立方密积方向三层重复堆叠的有序结构[14]。而D-Car的红外光谱存在硅藻土与香芹酚2种物质的特征峰,同样表明香芹酚成功负载至硅藻土。此外,D-Car在1 075 cm-1处峰值稍向低波长移动,这是因为香芹酚干涉了硅藻土中的Si—O—Si的拉伸振动,表明两者具有氢键相互作用。
A-硅藻土扫描电镜图;B-D-Car扫描电镜图;C-红外光谱图
图2 硅藻土、香芹酚和D-Car的结构表征
Fig.2 Structural characterization of diatomite, carvacrol and D-Car
2.2 包装膜表征结果分析
2.2.1 包装膜形貌分析
包装材料的形态结构可影响其性能。鉴于PET/LDPE膜中PET层未含活性物质,故分析PCK、PS、PS-C2、PS-DC2的内层(LDPE层)结构。图3为上述4种薄膜的横截面图。如图3-A所示,PCK截面均匀、连续、光滑,无明显缺陷,这说明聚乙烯的成膜性良好,加入SN后聚合物横截面(图3-B)虽致密但出现了分层现象,这是因为SN与聚合物之间相容性较差,且SN密度较大,加热熔融时使SN堆积在一侧而变得粗糙。如图3-C所示,在聚合物基质中加入香芹酚后,PS-C2横截面出现一定程度的褶皱,这是因为香芹酚的增塑作用增加了聚乙烯分子链之间的距离,从而影响膜的致密性[15]。相较于PS-C2,PS-DC2(图3-D)的横截面更加致密,这说明硅藻土负载后增加了香芹酚与聚合物之间的相容性,这归因于分子间氢键的作用,提高了界面相容性[16]。
A-PCK;B-PS;C-PS-C2;D-PS-DC2
图3 包装膜的横截面
Fig.3 Cross section of packaging film
2.2.2 包装膜红外光谱分析
膜内部不同成分之间的相互作用对于膜的性能具有一定影响,通过观察膜内部基团的变化可分析各个成分之间的相容性。图4为PCK、PS、PS-C2、PS-DC2的傅里叶红外光谱图(透射模式)。由图4可知,所有膜在2 912、2 847、1 472、716 cm-1处均存在吸收峰,这分别对应于—CH2的反对称变形、—CH3的对称拉伸、—CH2的对称变形及—CH3的摇摆振动峰[17]。与PCK相比,PS在1 380、1 067 cm-1的红外吸收峰有所加强,这是因为SN中的氧原子和氮原子改变了分子间氢键的强度[18]。PS、PS-C2的红外光谱没有出现新的峰以及峰的偏移,这表明可能没有新的化学键生成,即SN、香芹酚与聚合物之间没有明显的化学相互作用。PS-DC2在786、620 cm-1出现新的峰,在2.1.2节中已有叙述,这2处吸收峰可归为硅藻土的特征吸收峰,这表明D-Car成功添加到膜中。同时,PS-DC2在1 067 cm-1处的红外吸收峰峰带变宽,这是由于硅藻土的Si—O—Si拉伸振动对该区域内的其他基团产生干扰,表明D-Car与聚合物之间存在一定的相互作用。
图4 包装膜的红外光谱图
Fig.4 Infrared spectrogram of packaging film
2.2.3 包装膜厚度、含水率分析
包装膜的厚度和含水率与其性能和可应用性密切相关。表1为不同包装膜的厚度和含水率,所有薄膜的厚度为83.43 μm(PS-DC2)～84.67 μm(PS-DC3),不同包装膜厚度之间差异不显著,这表明活性物质对薄膜的厚度几乎没有影响。对于包装膜含水率而言,PET、LDPE为石油基聚合物,亲水性及水溶性均较差,因此包装膜的含水率较低,为0.30%(PCK)～1.33%(PS)。与PCK相比,加入SN的PS含水率增加,这是因为SN具有吸水性,其加入增大了活性膜中亲水物质的量。与PS相比,加入香芹酚和不同质量分数D-Car后,活性膜含水率降低,其中PS-C2含水率降低63.91%,这是因为香芹酚为疏水性化合物,其加入使活性膜的疏水性能提升,PS-DC1、PS-DC2、PS-DC3含水率分别降低32.33%、42.86%、67.67%,这归因于D-Car中的硅藻土作为无机填料不溶于水,其加入增加了活性膜中不溶物质的量。
表1 包装膜的厚度及含水率
Table 1 Thickness and moisture content of packaging film
注:数值以“平均值±标准差”表示,同一列中不同字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。
组别 厚度/μm含水率/%PCK83.67±1.530.30±0.52bPS83.83±1.041.33±0.28aPS-DC183.43±1.290.90±0.23abPS-C284.00±1.800.48±0.42bPS-DC283.83±1.260.76±0.33abPS-DC384.67±1.530.43±0.38b
2.2.4 包装膜力学性能分析
食品包装膜的机械强度和柔韧性对其结构完整性意义重大,直接影响膜的实际应用性。包装膜的拉伸强度和断裂伸长率见表2,相比于PCK,添加SN的PS拉伸强度和断裂伸长率降低,这是因为SN以固体颗粒的形式嵌入到LDPE薄膜中,破坏了聚乙烯网络结构规整性,但下降并不显著,仍具有优异的力学性能。加入香芹酚后,复合膜(PS-C2)的拉伸强度进一步降低,但断裂伸长率增加,这是因为香芹酚降低了聚乙烯分子链之间的相互作用,但其自身所具备的增塑效果使膜的断裂伸长率增加[19]。此外,D-Car的加入使膜的拉伸强度降低、断裂伸长率增加且D-Car添加量对薄膜力学性能影响显著。与PCK相比,PS-DC1、PS-DC2、PS-DC3纵向和横向拉伸强度分别降低10.55%、15.01%、18.41%和7.72%、12.75%、18.40%,断裂伸长率分别增加43.23%、60.86%、118.67%和56.82%、74.99%、106.32%,这是因为硅藻土可以减少聚合物结构中的交联数量,增加聚合物的分子活性并导致不连续的聚合物结构[20]。总体来说,由于硅藻土的增塑作用,D-Car的加入可改善包装膜的韧性。
表2 包装膜的拉伸强度、断裂伸长率
Table 2 Tensile strength and elongation at break of packaging film
组别纵向拉伸强度/MPa横向拉伸强度/MPa纵向断裂伸长率/%横向断裂伸长率/%PCK34.32±0.80a37.17±0.61a39.12±3.15e39.74±1.82ePS33.40±0.50ab36.53±0.45ab37.13±0.35e30.42±0.51fPS-DC130.70±0.44c34.30±0.36c56.03±0.46c62.32±0.32cPS-C232.43±0.42b35.90±0.40b45.81±0.75d43.63±0.36dPS-DC229.17±0.31d32.43±0.38d62.93±0.65b69.54±0.57bPS-DC328.00±0.46e30.33±0.76e85.54±0.47a81.99±0.45a
2.2.5 包装膜气体阻隔性能分析
在食品包装中,阻隔性对于延长食品的包装货架期至关重要。膜的氧气、水蒸气透过系数如表3所示,相比于PCK,PS氧气、水蒸气透过系数分别增加20.77%、12.78%,PS-C2氧气、水蒸气透过系数分别增加21.02%、7.78%,这是因为SN、香芹酚与聚合物之间不相容,两者增加了聚合物分子间隙,使气体分子更易通过聚合物内部。同时SN具有亲水性,使活性膜更易吸收水分子,但由于香芹酚为疏水性物质,因此PS-C2的水蒸气透过系数低于PS[18-19]。此外,与PS相比,添加D-Car活性膜的氧气、水蒸气透过系数随D-Car添加量的增加先下降后上升,即阻隔能力先上升后下降,这是因为香芹酚堵住了硅藻土的微孔,同时当硅藻土含量较少时,熔融状态下聚合物和硅藻土之间有一定的粘结作用,两者分子结合紧密,因此氧气和水蒸气分子不易通过。当硅藻土含量较大时,硅藻土颗粒易团聚,粒子尺寸变大,增大了聚合物间隙,使氧气和水蒸气分子容易透过[21]。总体来说,当D-Car添加量为1%时,活性膜具有较优异的阻隔性能。
表3 包装膜的氧气、水蒸气透过系数
Table 3 Oxygen and water vapor permeability coefficient of packaging film
组别氧气透过系数/×10-15[cm3·cm/(cm2·s·Pa)]水蒸气透过系数/×10-15[g·cm/(cm2·s·Pa)]PCK8.04±0.09d3.60±0.02ePS9.71±0.14a4.06±0.05bPS-DC18.65±0.54c3.72±0.03dPS-C29.73±0.04a3.88±0.03cPS-DC27.70±0.02d3.52±0.05fPS-DC39.13±0.10b4.21±0.05a
2.2.6 活性膜中香芹酚的缓释性能分析
添加到薄膜中的香芹酚赋予了薄膜优异的抗菌、抗氧化性,但因香芹酚的释放,薄膜中的香芹酚不断损失,从而影响膜的抗菌、抗氧化效果。图5为PS-DC2和PS-C2两种膜中香芹酚在95%乙醇中的释放率。从第2天开始,PS-DC2中香芹酚的释放速率低于PS-C2,同时PS-C2中香芹酚在第16天完全释放,而PS-DC2中香芹酚在第22天才完全释放,这源于硅藻土将香芹酚吸附在孔洞中,使香芹酚的释放过程变曲折,从而减缓膜中香芹酚的释放,延长膜的抗菌、抗氧化时效。
图5 PS-DC2和PS-C2中香芹酚释放率
Fig.5 Release rates of carvacrol in PS-DC2 and PS-C2
2.3 包装膜对猪肉的护色保质效果分析
2.3.1 猪肉颜色分析
图6为不同膜包装下猪里脊肉的a*值和C*值,初始值为猪肉暴露在空气时的颜色值。由图6可知,PCK包装下猪肉的a*值和C*值随时间的延长呈现先下降后上升趋势,但始终低于初始值,猪肉色泽劣化而影响销售。这主要是因为真空包装内低氧环境使DMb不断生成,使猪肉为紫红色,在包装至12 d时,猪肉腐败变质,高铁肌红蛋白代替原先的DMb,使猪肉的a*值的C*值出现小幅上升。PS、PS-DC1、PS-DC2、PS-DC3包装猪肉的a*值和C*值随时间的延长先上升后下降,但均高于初始值,4种活性膜包装下产品色泽均不影响销售,这是因为活性膜与猪肉接触后,膜中SN不断迁移出来,SN在还原作用下生成NO,并与猪肉中的DMb结合生成鲜红色的NOMb,使a*值上升[22]。同时,含D-Car活性膜包装猪肉a*值和C*值高于PS包装猪肉且D-Car添加量越多,颜色值越高。这是因为含D-Car活性膜中香芹酚释放促进了SN还原,使猪肉生成了更多的NOMb,但PS-DC2与PS-DC3包装猪肉颜色值差异不显著,表明过多香芹酚对猪肉的颜色改善效果增加不显著。此外,由于NOMb在光照作用下部分氧化[23],PS包装的猪肉在贮藏12 d时颜色值下降,但含D-Car活性膜包装的猪肉在贮藏16 d时下降,这说明香芹酚在一定程度上抑制了NOMb的氧化。
A-a*值;B-C*值
图6 包装膜对猪肉红度和色度的影响
Fig.6 Effect of packaging film on the redness and chromaticity of pork
注:图中不同字母表示差异显著(P<0.05),字母相同则差异不显著(P>0.05)(下同)。
2.3.2 猪肉中NOMb含量分析
真空包装后膜中迁移出的SN在还原作用下生成NO,并与肉中的DMb结合生成NOMb。图7为活性膜包装下猪肉中NOMb含量随时间的变化。由于PCK中未添加SN,因此在贮藏时间内,PCK包装猪肉的NOMb生成量均为0。4种活性膜包装下猪肉中的NOMb含量均随时间的延长先增多后减少,但添加D-Car膜包装猪肉NOMb含量高于PS包装猪肉,且D-Car添加量越多生成的NOMb越多。同时,PS包装猪肉中的NOMb含量在第12天下降,含D-Car膜包装猪肉延迟至16 d,与图6中的颜色变化趋势相似,这进一步说明了香芹酚可通过增加SN还原及抑制NOMb氧化来促进猪肉的颜色改善。
图7 活性膜对猪肉NOMb含量的影响
Fig.7 Effect of active film on NOMb content in pork
2.3.3 猪肉中SN含量分析
猪肉在贮藏过程中的SN含量即活性膜中SN向肉中的迁移量如图8所示。肉中SN含量随时间的延长逐渐增加,表明膜中SN持续迁移到肉中。添加D-Car活性膜包装猪肉SN含量低于PS包装猪肉,且添加浓度越大,SN含量越低,这是因为香芹酚的抗氧化作用使更多的SN还原成NO,同时,硅藻土的加入使部分SN进入硅藻土孔隙中,从而影响了SN迁移。包装至20 d时,PS、PS-DC1、PS-DC2、PS-DC3包装猪肉SN含量分别为3.78、3.12、2.85、2.67 mg/L。
图8 活性膜对猪肉中SN含量的影响
Fig.8 Effect of active film on SN content in pork
2.3.4 猪肉TVB-N含量和菌落总数分析
肉制品的TVB-N含量、菌落总数是判断其新鲜度的重要指标,肉样在贮藏过程中,受其中微生物繁殖和酶活力的影响,肉中的蛋白质分解产生含氮物质,最终导致肉样的腐败变质以及TVB-N含量的增加[24]。图9为包装膜包装猪里脊肉的TVB-N含量和菌落总数随时间的变化。如图9-A所示,包装猪肉的TVB-N含量随时间的延长而增加,贮藏12 d时,PCK包装猪肉TVB-N含量达到15.77 mg/100 g,超过国家标准规定的限定值(15 mg/100 g),PS包装猪肉在贮藏16 d时超过限定值(15.5 mg/100 g),而PS-DC1包装猪肉在贮藏16 d时为14.07 mg/100 g,PS-DC2、PS-DC3包装猪肉贮藏20 d时为13.90 mg/100 g、13.47 mg/100 g。由图9-B可知,猪肉的菌落总数随时间的延长而逐渐增加,在贮藏12 d时,PCK包装猪肉菌落总数达到6.33 lg CFU/g,超过国家标准规定的限定值(6 lg CFU/g),PS包装的猪肉在贮藏16 d时超过限定值(6.28 lg CFU/g),这与TVB-N含量反映的结果相似。但PS-DC1包装猪肉在贮藏16 d时为5.92 lg CFU/g,PS-DC2、PS-DC3包装的猪肉在贮藏20 d时为5.56 lg CFU/g、5.41 lg CFU/g。结果表明,D-Car可有效抑制猪肉中微生物的生长,减缓含氮物质的产生,从而延长产品的包装货架期。
A-TVB-N含量;B-菌落总数
图9 包装膜对猪肉TVB-N和菌落总数的影响
Fig.9 Effect of packaging film on TVB-N content and total bacterial count in pork
3 结论
本研究采用真空负载法成功制备了硅藻土/香芹酚复合物D-Car,并与SN相结合制备了PET/LDPE活性膜。研究了添加物及配比对活性膜结构和性能的影响、实验测试了活性膜对真空包装猪肉护色保质的有效性。结果表明,相较于PCK,只添加SN的PS力学、阻隔性能有所降低,其对真空包装猪肉具有颜色改善作用,保质货架期达12 d。加入香芹酚、D-Car后,活性膜的韧性有所改善。相较于PS,D-Car添加量<1%时可改善活性膜的气体阻隔性。同时,硅藻土负载后减缓了香芹酚在膜中的释放,从而延长了活性膜的抗菌、抗氧化时效。此外,猪肉各品质指标表明,与PS相比,D-Car的加入可有效提高猪肉的红度,抑制含氮物质的生成和微生物生长,添加1%及以上使猪肉货架期延长至20 d以上。
[1] DENZER M.Effects of enhancement and nitrite-embedded packaging on dark-cutting beef color[D].Morgan denzer:University of Iowa state, 2018.
[2] CHATKITANAN T, HARNKARNSUJARIT N.Effects of nitrite incorporated active films on quality of pork[J].Meat Science, 2021, 172:108367.
[3] ROBERTS J C, RODAS-GONZALEZ A, GALBRAITH J, et al.Nitrite embedded vacuum packaging improves retail color and oxidative stability of bison steaks and patties[J].Meat &Muscle Biology, 2017, 1(1):169.
[4] CLAUS J R, DU C.Nitrite-embedded packaging film effects on fresh and frozen beef color development and stability as influenced by meat age and muscle type[J].Meat Science, 2013, 95(3):526-535.
[5] YANG X, WOERNER D R, MCCULLOUGH K R, et al.An evaluation of the effectiveness of FreshCase technology to extend the storage life of whole-muscle pork and ground pork sausage[J].Journal of Animal Science, 2016, 94(11):4921-4929.
[6] GANDOVA V, LAZAROV A, FIDAN, H, et al.Physicochemical and biological properties of carvacrol[J].Open Chemistry, 2023, 21(1):20220319.
[7] XIAO L Q, KANG S, LAPU M, et al.Preparation and characterization of chitosan/pullulan film loading carvacrol for targeted antibacterial packaging of chilled meat[J].International Journal of Biological Macromolecules, 2022, 211:140-149.
[8] ANDRADE J, GONZ
LEZ-MART
NEZ G, CHIRALT A.Antimicrobial PLA-PVA multilayer films containing phenolic compounds[J].Food Chemistry, 2022, 375:131861.
[9] 卢俊宇, 朱芮, 吴贺君, 等.茶多酚对可食性马铃薯淀粉/海藻酸钠复合膜性能影响及表征[J].核农学报, 2020, 34(10):2226-2234.LU J Y, ZHU R, WU H J, et al.Effect of tea polyphenols on the properties of edible potato starch /sodium alginate composite films[J].Journal of Nuclear Agriculture, 2020, 34(10):2226-2234.
[10] CHATKITANAN T, HARNKARNSUJARIT N.Effects of nitrite incorporated active films on quality of pork[J].Meat Science, 2021, 172:108367.
[11] HUNT M C, KING A.AMSA Meat Color Measurement Guidelines[M].Champaign, Illinois USA:American Meat Science Association, 2012.
[12] FANG S Y, QIU W Q, MEI J, et al.Effect of sonication on the properties of flaxseed gum films incorporated with carvacrol[J].International Journal of Molecular Science, 2020, 21(5):1637.
[13] LAMASTRA F R, MORI S, CHERUBINI V, et a.A new green methodology for surface modification of diatomite filler in elastomers[J].Materials Chemistry and Physics, 2017, 194:253-260.
[14] 肖万生, 彭文世, 王冠鑫, 等.吉林长白山硅藻土的红外光谱研究[J].光谱学与光谱分析, 2004(6):690-693.XIAO W S, PENG W S, WANG G X, et al.Infrared spectroscopic study of Changbaishan diatomite[J].Spectroscopy and Spectral Analysis, 2004(6):690-693.
[15] WU H J, MA L, LI S, et al.Sustained-release antibacterial gelatin films:Effects of diatomite/carvacrol complex on their structure, physicochemical and antibacterial properties[J].Food Packaging and Shelf Life, 2023, 35:101019.
[16] 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.
[17] JEONG S, YOO S.Preparation and properties of sodium bicarbonate-incorporated LDPE films with deodorizing function for kimchi packaging[J].Packaging Technology and Science, 2017, 30(12):781-790.
[18] CHATKITANAN T, HATHDANAI H.Development of nitrite compounded starch-based films to improve color and quality of vacuum-packaged pork[J].Food Packaging and Shelf Life, 2020, 25:100521.
[19] TAO R, SEDMAN J, ISMAIL A.Characterization and in vitro antimicrobial study of soy protein isolate films incorporating carvacrol[J].Food Hydrocolloids, 2022, 122:107091.
[20] AKYUZ L, KAYA M, KOC B, et al.Diatomite as a novel composite ingredient for chitosan film with enhanced physicochemical properties[J].International Journal of Biological Macromolecules, 2017, 105(Part2):1401-1411.
[21] 卢莉璟, 卢立新, 包俊青, 等.硅藻土添加对HDPE/LDPE基抗氧化活性膜性能的影响[J].包装工程, 2016, 37(15):61-66.LU L J, LU L X, BAO J Q, et al.The influences of diatomite addition on the performance of HDPE/LDPE antioxidant active film[J].Packaging Engineering, 2016, 37(15):61-66.
[22] ROBERTS J C, RODAS-GONZALEZ A, GALBRAITH J, et al.Nitrite embedded vacuum packaging improves retail color and oxidative stability of bison steaks and patties[J].Meat &Muscle Biology, 2017, 1(1):169.
[23] DENZER M L, MAFI G G, VANOVEREBEKE D L, et al.Effects of glucono delta-lactone enhancement and nitrite-embedded packaging on fresh color, cooked color, and sensory attributes of dark-cutting beef[J].Applied Food Research, 2022, 2(2):100189.
[24] YU T, WU D, LIANG B, et al.Preparation, characterization of Auricularia auricula polysaccharide-based films and application in meat preservation[J].International Journal of Biological Macromolecules, 2023, 244:125242.