植物精油与壳聚糖复配涂膜保鲜剂对鸡蛋的保鲜效果研究

2015-12-20 08:34刘丽莉康怀彬
食品工业科技 2015年4期
关键词:保鲜剂涂膜蛋黄

刘丽莉,王 焕,康怀彬,段 续,李 丹

(河南科技大学食品与生物工程学院,河南洛阳471003)

植物精油与壳聚糖复配涂膜保鲜剂对鸡蛋的保鲜效果研究

刘丽莉,王焕,康怀彬,段续,李丹

(河南科技大学食品与生物工程学院,河南洛阳471003)

探讨了一种新型、安全的涂膜保鲜剂的配制,并对鸡蛋保鲜效果进行了研究。选取植物精油和壳聚糖为涂膜保鲜剂中的抑菌物质,以沙门氏菌抑菌率为指标,确定了最佳的复合抑菌物质浓度组合为:桉叶精油0.8mg/mL、连翘精油1.1mg/mL、壳聚糖15mg/mL;同时确定以0.20%的明胶作为成膜剂,配制出鸡蛋的涂膜保鲜剂。通过测定涂膜处理组和未涂膜对照组的鸡蛋在高温(37℃)条件下的贮藏过程中失重率、哈夫单位、蛋白系数、蛋黄指数、pH、游离脂肪酸和菌落总数等指标的变化。结果表明经过涂膜保鲜剂处理后的鸡蛋在贮藏过程中的品质远优于未涂膜的鸡蛋;且在37℃下贮藏,经涂膜保鲜剂处理的鸡蛋保鲜期至少延长了1周。

涂膜保鲜剂,鸡蛋,成膜剂,保鲜效果,贮藏

鸡蛋的产量逐年增加,但鸡蛋在存放期间,其内部会发生一系列的物理、化学、生物学变化,其中鸡蛋的呼吸作用导致鸡蛋发生干耗现象,每年都给养鸡业和蛋品企业带来很大的经济损失。因此,迫切需要一种简便易行、低成本、行之有效的保鲜方法,既能使鸡蛋较长时间贮存,又可长途运销外地。

目前国内外研究鸡蛋保鲜的主要方向之一就是涂膜保鲜法[1],采用具有抑菌功能的涂膜保鲜剂,能更好的延长鸡蛋的保存期[2]。而市场上大部分采用的涂膜保鲜剂都是人工合成的化学保鲜剂,不仅保鲜效果不佳,并且极易引起化学物质残留,危害人体的健康,所以天然、高效、无毒的生物保鲜剂已成为很多专家和学者研究与开发的热点[3-5]。国内外鸡蛋保鲜的相关研究很多,如陈志周等[6]研究了大豆分离蛋白膜对鸡蛋的保鲜作用。结果表明和对照相比,室温下贮藏,经大豆分离蛋白膜处理的鸡蛋保鲜期至少延长2周;通过干耗率、气室高度、蛋黄指数三因素对贮存6周的鸡蛋进行综合质量评定,并确定了最佳的大豆分离蛋白膜的组合。刘会珍[7]选用具有抑菌和非抑菌作用的3种保鲜剂:壳聚糖、聚乙烯醇和液体石蜡对产后12h内的鲜鸡蛋进行涂膜处理研究其保鲜效果,结果表明具有抑菌作用、透气性好的壳聚糖的保鲜效果最差,而非抑菌作用、成膜致密性好的液体石蜡保鲜效果最好。洪怕铿等[8]对常用的几种涂膜保鲜剂做鸡蛋保鲜实验,综合鸡蛋减重率、蛋白指数、蛋黄指数和蛋黄pH4项指数,结果表明羧甲基壳聚糖的保鲜效果最好。C.Caner[9]研究了各种不同的涂膜材料(乳清分离蛋白、壳聚糖和虫胶)对鲜鸡蛋内部品质变化和感官变化的影响。结果表明随着贮藏的时间延长,没有进行涂膜的鸡蛋的pH明显地比进行过涂膜的鸡蛋的pH高。壳聚糖和虫胶有效地使鸡蛋至少在2周内保持在“A”等级。Bhale等[10]采用壳聚糖对鸡蛋进行涂膜,在25℃下保存5周对其内部品质和感官指标进行测定。制备高、中、低三种壳聚糖溶液,结果显示,低分子量的壳聚糖处理鸡蛋使鸡蛋的失重率最低,比没有进行涂膜的鸡蛋保存期至少延长了3周。

由于鸡蛋涂膜保鲜剂中的抑菌材料对整个保鲜剂的保鲜效果起着很重要的作用。本文选取壳聚糖和植物精油作为抑菌物质,通过确定最佳的抑菌物质的组合和选取合适的成膜剂,制备出安全、高效的鸡蛋涂膜保鲜剂;同时针对涂膜后的鸡蛋在贮藏期间的品质变化进行测定分析。

1 材料与方法

1.1材料与仪器

新鲜鸡蛋购于洛阳市丹尼斯超市;大肠杆菌Escherichia coli、沙门氏菌Salmonella均为河南科技大学微生物实验室提供;桉叶精油(食品级) 江西省吉安振兴香料厂;连翘精油(食品级) 江西省吉安振兴香料厂;海藻酸钠(AR) 北京奥博星生物技术有限公司;明胶(食品级) 河北省东盛蜂蜡公司;壳聚糖(食品级) 上海笛柏试剂厂;其他试剂均为市售分析纯。

电热恒温培养箱北京光明医疗器械厂;双人单面净化工作台苏州净化设备有限公司;不锈钢立式电热蒸汽消毒器上海申安医疗器械厂;5415R型冷冻离心机Eppendorf公司;游标卡尺上海精密科学仪器有限公司;JSM-6390LV型扫描电镜日本NTC;AR2140型电子天平奥豪斯国际贸易公司;Beta2-8LD型真空冷冻干燥机德国CHRIST。

1.2实验方法

1.2.1单一植物精油和壳聚糖的最小抑菌浓度和抑菌率的测定采用二倍稀释法测定单一植物精油对大肠杆菌和沙门氏菌的最小抑菌质量浓度(MIC)[11]。取13cm×10cm试管7支编号,每个试管中均装入2.00mL的葡萄糖酚红肉汤培养基后灭菌。在无菌条件下,将植物精油加入到5支试管中,稀释使植物精油的浓度依次为2.50、1.25、0.63、0.31、0.16mg/mL,然后再在这5支试管中分别加入已制备好的菌悬液0.10mL(菌体浓度107个/mL);同时以第6支试管中只加入0.10mL菌悬液,作为阳性对照管和第7支试管中只加入植物精油2.00mL,作为试物对照。

取13cm×10cm试管7支编号,每个试管中均装入2.00mL的葡萄糖酚红肉汤培养基后灭菌。然后吸取不同浓度的壳聚糖5、10、15、20、25mg/mL依次加入到6支试管中,再在这6支试管中加入0.10mL菌悬液,第7支试管中只加入0.10mL菌悬液,作为阳性对照。

以上操作完毕后,将各支试管于37℃的生化培养箱中培养24h后,取出来观察实验结果,以没有细菌生长的试管中最低的植物精油浓度作为最小抑菌浓度,以上实验重复3次。

分别取1.00mL的抑菌组合物质与0.10mL的菌悬液混合均匀,培养2h后,分别取0.30mL混合液,用混匀法倾注琼脂培养基于灭菌培养皿中,同时以无菌水作为对照组[28]。将以上培养皿倒置于37℃的生化培养箱中培养24h,观察细菌生长的菌落数,计算抑菌率。计算公式见式(1)。

1.2.2复合抑菌物质正交实验在确定了以上最小抑菌浓度的基础上,针对桉叶精油、连翘精油和壳聚糖三因素进行的正交实验,以大肠杆菌的抑菌率为指标,确定最佳的复合配比。正交因素水平表见表1。

表1 正交实验的因素水平表Table.1 The orthogonal factors lever

1.2.3成膜剂的选择选取海藻酸钠和明胶作为成膜剂,以成膜时间为指标,确定最佳的成膜剂和浓度。

1.2.4SEM观察涂膜后鸡蛋气孔的微观结构变化将配制的涂膜保鲜剂采用喷涂的方法涂膜于新鲜的鸡蛋上,并与未涂膜保鲜剂的鸡蛋相对照,采用扫描电镜(SEM)测定鸡蛋气孔的微观结构,放大倍数为1000倍。

1.2.5鸡蛋在贮藏过程中变化指标的测定采用两组对照实验,分为涂膜组和未涂膜组。处理后的鸡蛋放置于在恒温培养箱中,温度为37℃,每隔3d分别取样测定两组样品,同时每个指标平行测定3次。

a.失重率的测定采用质量差法[12]进行测定,测定贮藏前后鸡蛋的重量差,计算公式见式(2)。

b.哈夫单位的测定先称量鸡蛋的重量,记录下来,然后把鸡蛋磕破于平台上,用游标卡尺测定距离蛋黄1cm处浓厚蛋白的高度,测定3次,取平均值。根据鸡蛋重量和蛋白高度可以计算出哈夫值,计算公式见式(3)[13]。

式中:H—浓厚蛋白的蛋白高度;G—整个蛋的重量。

c.蛋黄指数的测定参照杨素芳[14]的方法,用游标卡尺精确测量蛋黄高度和蛋黄直径,蛋黄指数的计算公式见式(4):

d.蛋白系数的测定将蛋壳磕破去除蛋黄,将蛋白倒入40目的标准检验筛中静置过滤5min,然后滤去稀蛋白,剩下的蛋白即为浓蛋白,滤去的蛋白为稀蛋白,蛋白系数计算公式见式(5)[11]。

表2 植物精油对大肠杆菌和沙门氏菌的最小抑菌浓度(MIC)Table.2 MIC of the essential oils to Escherichia coli and Salmonella

e.蛋白pH的测定将鸡蛋磕破后,分离出蛋白部分,然后用pH计进行测量。每次测定之前,pH计要用标准缓冲液校准。每个样品做三个平行,结果以“均值±标准偏差”形式表示。

f.游离脂肪酸的测定采用酸价法测定[12],计算公式见式(6)。

g.菌落总数的测定按照国标GB/T 4789.2-2003的方法进行测定。即取0.1g样品于营养琼脂培养皿上,涂布均匀,于恒温培养箱中培养24h,测定菌落数。

h.水分含量的测定称取一定量的蛋白(蛋黄)于洁净干燥的干燥皿中,置于105℃的温度下干燥3~4h,直至达到恒重状态为止,待干燥器中冷却,精确称量此时样品的质量[12],计算公式见式(7)。

1.3数据分析

本文所有的数据分析均采用Excel建立数据库,用数据统计SPSS 13.0软件进行数据拟合及方差分析。

2 结果与分析

2.1鸡蛋抑菌剂的选择

2.1.1最小抑菌浓度采用二倍稀释法测定2种植物精油对大肠杆菌和沙门氏菌的最小抑菌浓度,结果分别见表2和表3。

表2表明2种植物精油均对大肠杆菌和沙门氏菌表现出了不同程度的抑制作用。其中,桉叶精油对大肠杆菌和沙门氏菌两种菌的最小抑菌浓度为0.63mg/mL;连翘精油对大肠杆菌和沙门氏菌两种菌的最小抑菌浓度为1.25mg/mL;阳性对照组均有细菌生长,试剂对照组均没有细菌生长。

表3 壳聚糖对大肠杆菌和沙门氏菌的最小抑菌浓度(MIC)Table.3 MIC of the essential oils to Escherichia coli and Salmonella

表3表明在壳聚糖6种浓度中,壳聚糖对大肠杆菌的最小抑菌浓度为5mg/mL,但对沙门氏菌的最小抑菌浓度为10mg/mL,由于沙门氏菌是鸡蛋杀菌效果的指示菌,因此,选择壳聚糖浓度选择以10mg/mL作为最低抑菌浓度。

2.1.2复合抑菌物质的正交实验结果根据表2和表3的结果,选择壳聚糖、连翘精油与桉叶精油的最小浓度为基础,进行浓度复配,采用L9(33)的正交实验设计,以沙门氏菌抑菌率为指标,正交实验结果见表4,方差分析见表5。

由正交实验结果,表4中的极差R可知各因素影响抑菌率的主次顺序为A>B>C,即桉叶精油>连翘精油>壳聚糖,结合方差分析表5,表明三因素对抑菌率影响显著(p>0.05)。由表4可知最佳组合A3B3C3,即抑菌组合物质选取桉叶精油0.8mg/mL、连翘精油1.1mg/mL、壳聚糖15mg/mL。由于该组合不在9组实验中,需做验证实验。经验证实验表明在最佳组合条件下,沙门氏菌抑菌率为99.8%±1.02%,高于表4中其他组合中的抑菌率,证明结论是正确的。

表4 复合抑菌物质复配的正交实验结果Table.4 The orthogonal test results of complex composite antibacterial substance

表5 正交实验方差分析表Table.5 Variance analysis of the orthogonal experiment

2.2成膜剂的确定和鸡蛋保鲜剂的配制

在参考相关研究的基础上,本文以海藻酸钠和明胶作为涂膜剂中的成膜成分,以成膜时间为指标,确定最佳的成膜剂及其浓度,结果见表6所示。

表6 成膜剂的成膜时间Table.6 Film time of filmogen

表6结果表明:海藻酸钠在浓度为1.0%时成膜时间最短为8min;明胶浓度为0.2%时成膜时间最短为5.5min,对照两者的结果实验选取0.2%明胶作为成膜剂。

因此,综合以上实验结果,确定最佳的涂膜保鲜剂配方为(100mL水溶液):明胶0.20g、桉叶精油0.08g、连翘精油0.11g、壳聚糖1.5g。该涂膜保鲜剂具有安全、高效的特点,在鸡蛋表面干燥后呈无色透明状态。

2.3涂膜保鲜剂覆盖鸡蛋壳表面气孔的电镜(SEM)扫描结果

图1 涂膜保鲜剂的鸡蛋的电镜扫描微观结构图Fig.1 Structure of measuring the coating treatment group and the control group by SEM

由图1涂膜前后的鸡蛋气孔经SEM观察微观结构的变化可知,涂膜保鲜剂后鸡蛋的表面微观结构变化显著,与未涂保鲜剂的鸡蛋的气孔结构比较,涂膜后在鸡蛋表面形成了一层致密的保护层,防止微生物的侵入,可以起到较好的保鲜作用。

2.4鸡蛋保鲜剂保鲜效果的研究

2.4.1鸡蛋失重率和哈夫单位的变化对鸡蛋进行涂膜保鲜剂处理和未涂膜对照处理,放置于37℃条件下贮藏,测定不同时间鸡蛋的失重率和哈夫单位的变化,结果见图2和图3。

图2 贮藏期间鸡蛋失重率变化Fig.2 Changs of egg weight loss during storage

图3 鸡蛋哈夫单位变化Fig.3 Changes of egg haugh units during storage

图2表明随着贮藏时间的延长,鸡蛋因为呼吸作用,鸡蛋内部水分通过蛋壳表面气孔向外散发,内外进行气体交换,失重率是持续增大的。对于不同处理组对照表明,鸡蛋在贮藏期间失重率:未涂膜组显著高于涂膜组(p<0.05)。哈夫单位与鸡蛋质量是密切相关的,一般新鲜的鸡蛋的哈夫单位在72以上,这种蛋称为“AA”级。由图3可知,在37℃高温条件下贮藏,随着贮藏时间的延长,鸡蛋的哈夫单位是下降趋势。两组对照表明,未涂膜对照组的哈夫单位下降显著,在9d后出现鸡蛋腐败,因此,9d后的结果不再测定;而涂膜组在9d前一直保持“AA”级。综合分析表明涂膜保鲜剂显著抑制了鸡蛋失重率和哈夫单位的下降。

2.4.2鸡蛋蛋黄指数和蛋白系数的变化鸡蛋经涂膜保鲜剂处理后,与对照组对比在37℃条件下贮藏,其蛋黄指数和蛋白系数的变化见图4和图5。

图4 贮藏期间鸡蛋蛋黄指数变化Fig.4 Changes of egg yolk index during storage

图5 贮藏期间鸡蛋蛋白系数的变化Fig.5 Changes of albumen index during storage

新鲜的鸡蛋蛋黄指数很大,鸡蛋的蛋黄指数的大小可以很好地反映鸡蛋的新鲜度。图4显示,随着贮藏时间的延长,经过涂膜的鸡蛋的蛋黄指数显著高于对照组(p<0.05);贮藏9d后,对照组出现散黄后,不再测定蛋黄指数。同时蛋白系数与鸡蛋的新鲜度也具有相关性,由于鸡蛋在贮藏过程中,浓蛋白会发生蛋白水样化,浓蛋白质量减少,稀蛋白质量增加,蛋白系数降低,表明鸡蛋的质量下降。图5表明经过涂膜的鸡蛋的蛋白系数显著高于对照组(p<0.05)。

2.4.3鸡蛋蛋白pH和游离脂肪酸的变化涂膜组和对照组放置于高温37℃条件下进行贮藏,测定其蛋白pH和游离脂肪酸的变化,结果见图6和图7。

随着贮藏时间的延长,CO2的逸散会使鸡蛋蛋白pH上升。从图6可知,鸡蛋在贮藏过程中,蛋白pH的变化趋势是先上升后下降。涂膜的鸡蛋的pH上升趋势显著低于对照组(p<0.05)。图7表明新鲜的鸡蛋中游离脂肪酸含量很低,含量仅为1.79g/100g,随着贮藏时间的延长,游离脂肪酸的含量呈上升趋势。18d时涂膜组游离脂肪酸含量为6.03g/100g,对照组为6.71g/100g,对照组变化较大,表明其腐败明显。在贮藏过程中,由于微生物侵入鸡蛋内部,鸡蛋中的油脂在各种细菌和酶的作用下进行水解和氧化反应,产生出相应的产物,其中油脂的水解反应导致游离脂肪酸的增加[15]。

图6 贮藏期间鸡蛋蛋白pH的变化Fig.6 Changes of pH during egg storage time

图7 贮藏期间鸡蛋游离脂肪酸含量的变化Fig.7  Changes of FFA during egg storage time

2.4.4鸡蛋在贮藏期间菌落总数的变化规律在贮藏期间,随着鸡蛋新鲜度的降低,鸡蛋内容物的菌落总数也会发生相应的变化,其测定结果见图8。

图8 鸡蛋在贮藏期间菌落总数的变化Fig.8 Changes of total number of bacterial colony during egg storage time

图8表明在贮藏初期,鸡蛋内部的菌落总数很少,几乎没有;随着贮藏时间的延长,鸡蛋内部的菌落总数会慢慢增加;到了贮藏后期,鸡蛋内部的菌落总数会迅速增加。同时涂膜组微生物显著低于对照组(p<0.05),说明在保鲜剂中添加的抑菌物质可以有效地抑制微生物的生长。

3 结论与讨论

3.1鸡蛋中的微生物除了大肠杆菌和沙门氏菌以外,还有很多其他微生物,它们都可能引起鸡蛋的腐败变质,本实验采用精油和壳聚糖制备出复合抑菌剂,以达到更好的抑菌效果。得到最佳的涂膜保鲜剂的配方为:桉叶精油0.8mg/mL,连翘精油1.1mg/mL,壳聚糖15mg/mL,明胶为0.20%(w/v)。

3.2通过SEM观测涂膜保鲜剂后的鸡蛋气孔微观结构表明,涂膜保鲜剂在鸡蛋表层形成一层保护层,能阻挡微生物从气孔侵入。

3.3与目前国内外研究相关鸡蛋涂膜保鲜相比较,本文将精油乳状液与壳聚糖复合所形成的保鲜膜能够更均匀地覆盖在蛋壳上,感官上更易为消费者接受。S.Bhale等[10]采用2%壳聚糖溶液对鸡蛋进行涂膜保鲜,在25℃下贮藏5周,贮藏结束后,鸡蛋的失重率为6.69%,而哈夫单位下降了53.14%,蛋黄指数下降了21.05%。谢晶等[16]研究了丁香精油乳状液对鸡蛋涂膜保鲜在30℃的高温条件下贮藏,失重率为2.656%,哈夫单位下降了50.82%,蛋黄指数下降了51.51%。本文所实验的鸡蛋涂膜保鲜剂,针对鸡蛋在37℃高温条件下贮藏,测定其各指标的变化,结果表明经过涂膜的鸡蛋的质量要明显优于没有经过涂膜的鸡蛋。如18d时,涂膜组的失重率为2.93%,远远低于对照组的7.11%;涂膜组的9d时,涂膜组哈夫单位为64.38,蛋黄指数为0.32,蛋白系数为0.83,样品仍保持新鲜,而此时对照组已出现散黄;蛋白pH的变化趋势表明涂膜的鸡蛋比没有经过涂膜的鸡蛋的蛋白pH上升的速度显著减慢;18d时游离脂肪酸含量对照组(6.71g/100g)显著高于涂膜组(6.03g/100g);6d时,涂膜组的菌落总数(CFU/100g)仍为0,对照组达是1.3×105;9d后对照组已显著腐败,而涂膜组的菌落总数变化不明显。因此,分析以上指标变化,原因是由于鸡蛋经过涂膜以后,蛋壳表面的气孔被鸡蛋涂膜保鲜剂堵塞了,减缓了鸡蛋的品质变化,鸡蛋经过涂膜处理后其保存期明显地延长了1周(37℃)。

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Research of preservation effect of plant essential oils and
chitosan compound egg film coating antistaling agent

LIU Li-li,WANG Huan,KANG Huai-bin,DUAN Xu,LI Dan
(Food and Bioengineering College,Henan University of Science and Technology,Luoyang 471003,China)

A new,safe preservative coating eggs preparation was discussed,and its preservation effect was researched.Plant essential oil and chitosan was selected as coating antistaling agent of antibacterial substances,with salmonella antimicrobial rate as the index,to determine the best combination of composite antibacterial substance concentration for:eucalyptus oil 0.8mg/mL,forsythia oil 1.1mg/mL,chitosan 15mg/mL.While identifying with 0.20%gelatin as a film-forming agent.By measuring the coating treatment group and the control group which did not film at high temperature eggs(37℃)under the conditions of changes during storage,such as the change of weight loss,Haugh unit,albumen index,yolk index,pH,free fatty acids and total number of colonies. The results showed that after coating preservative treated eggs during storage was not much better than the quality of the coating eggs.Stored at 37℃,after handling eggs preservative coating to extend shelf life of at least 1 week.

coating antistaling agent;egg;filmogen;preservation effect;storage

TS253.4

A

1002-0306(2015)04-0328-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.04.063

2014-04-28

刘丽莉(1974-),女,博士,副教授,研究方向:畜产食品科学与技术。

农业部公益性行业(农业)科研专项(201303084)。

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