纳米银酯化淀粉膜对牛肉保鲜的影响

杨 斌，曹银娟，余群力,，韩 玲，林 梁，朱跃明，曹 晖

（1.甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃 兰州 730070；2.甘肃祁连牧歌食品工业股份有限公司，甘肃 张掖 734000；3.张掖万禾草畜产业科技开发有限责任公司，甘肃 张掖 734000；4.陕西秦宝牧业发展有限公司，陕西 宝鸡 721000）

牛肉是一种深受消费者青睐的肉品，其味道鲜美，并具有低脂肪、高蛋白等营养特性，但新鲜牛肉极易腐败变质[1]。随着生活水平的提高，人们对食品健康的关注度也越来越高，与传统的冷冻或者冷藏牛肉相比，新鲜牛肉具有更好的食品特性，如嫩度较好、颜色新鲜、营养价值高等。国内的牛肉宰后贮藏及运输过程中的保鲜方法还未得到改善，传统的冷藏技术只能保证牛肉短时间的新鲜度，而冷冻贮藏技术虽然可以提高牛肉的贮藏期，但是冷冻过程中牛肉品质的下降也是冷冻技术的一大缺点。普通的市售保鲜膜只能防止食品外部的细菌和空气与食品接触。食品的活性包装是指采用抗氧化剂、抗菌剂、异味（腐味）消除剂、水分和二氧化碳控制剂等来延长食品的货架期、提高其安全性和改善感官性的包装技术[2]。活性包装在阻隔外部细菌和空气的同时，对内部的气体环境和微生物环境也有调节作用[3]，从而起到延长保鲜期的效果。

随着纳米技术的快速发展，人们发现纳米银具有广谱杀菌性，其无任何耐药性的特点使其成为新一代的抗菌剂[4]。罗晨等[4]对虾仁的包装进行纳米银聚乙烯薄膜处理，发现添加了纳米银的薄膜包装延长了虾仁的冷藏期。苏启枝等[5]对食物包装中纳米银的迁移进行了研究，结果显示不管是包装的食品模拟物还是真实食品，纳米银的释放量都较小，从而显示出纳米银薄膜的安全性。国外众多学者已对包装材料中各种纳米成分的含量、检测方法以及迁移过程中时间和温度等影响因素进行了大量研究[6-8]，说明了纳米银作为包装材料的安全性。目前国内关于牛肉的活性包装研究较少，采用纳米银酯化淀粉薄膜包装牛肉的研究鲜见报道。

本研究将真空包装与纳米银酯化淀粉薄膜包装相结合，在4 ℃条件贮藏冷鲜牛肉，分别在第0、3、6、9、15、21、24天对牛肉的pH值、色度、保水性、硫代巴比妥酸反应产物（thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）值、总挥发性盐基氮（total volatile base nitrogen，TVB-N）含量、菌落总数、感官评价、纳米银残留量进行测定，研究纳米银酯化淀粉薄膜处理后牛肉保鲜过程中品质的变化，为延长牛肉保鲜时间、开发牛肉新型保鲜方法提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

牛肉样品均取自甘肃省张掖市祁连牧歌股份有限公司和陕西省宝鸡市秦宝牧业股份有限公司，选取36～48 月龄、生长发育良好、健康无病的成年雄性西门塔尔牛，禁食12～24 h，禁水2 h，屠宰后车间内全程4 ℃操作，立即取背最长肌，分割成100 g左右的肉块4 ℃保存待测。

1.2 仪器与设备

FS-1型可调高速匀浆机 金坛市精达仪器制造厂；DJ1C增力电动搅拌器 金坛区西城新瑞仪器厂；HWS12型电热恒温水浴锅 上海一恒科技有限公司；YYW-2型应变控制式无侧限压力仪 苏州威尔克电机制造有限公司；CR400色差仪 日本美能达公司；205 pH计 德国Testo-Germany公司；TD电子天平余姚市金诺天平仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 纳米银酯化淀粉薄膜的制备

称取适量玉米原淀粉，加水得质量分数75%的淀粉溶液。加入淀粉质量10%的辛烯基琥珀酸酐，在室温下，加入1 mol/L的氢氧化钠溶液，使溶液处于中性，磁力搅拌，每10 min测定一次pH值，保证溶液在中性情况下，酯化3 h，得酯化玉米淀粉。称取酯化淀粉3.0 g，加水100 mL，在恒温水浴锅中95 ℃持续搅拌加热30 min，得到糊化淀粉。向上述溶液中添加纳米银1%、甘油5%（以酯化淀粉的质量添加），磁力搅拌30 min，得膜溶液。用流延法将成膜液倒入20 cm×20 cm的模具中，晾干揭膜。即可得到面积为20 cm×20 cm、厚度1 mm的纳米银酯化淀粉薄膜。

1.3.2 实验设计

取出肉块后，对照组不进行任何处理直接装入聚乙烯袋抽真空后在4 ℃条件下贮藏，处理组表面覆盖纳米银酯化淀粉薄膜然后放入聚乙烯袋进行同样的抽真空处理，4 ℃条件下贮藏，分别在0、3、6、9、15、21、24 d进行感官评价，对色度、加压损失、TVB-N含量、菌落总数、pH值进行测定，每次测定设定3 个重复，取其平均值。

1.3.3 感官评价

根据GB/T 17238—2008《鲜、冻分割牛肉》[9]、GB/T 22210—2008《肉与肉制品感官评定规范》[10]进行评定。对肉样色泽、气味、弹性、煮沸后表现进行打分，评判人数15 人（男8 人，女7 人，年龄18～55 岁）；煮沸实验，取50 g肉样切成1 cm3方丁，放入烧瓶，加水煮10 min，通过对汤汁混浊度、气味、油滴漂浮等表现综合打分，评分标准见表1。

表1 感官评价标准Table 1 Criteria for sensory evaluation of beef

1.3.4 色度的测定

厚度不小于1 cm的肉样新切开横断面在室温条件下氧合40 min，色差计进行白板校正后，将色差仪探头垂直放在样品横断面上测量，每个肉样重复测定3 次，取平均值作为该肉样的色度值。用色度仪在动物宰后当天（小于24 h）测定背最长肌肉样的第1个值。将其他肉样在4 ℃条件下冷藏待测。

1.3.5 保水性的测定

采用压力法测定保水性，以加压损失率表征，截取肉样一段，用直径为2.532 cm的圆形取样器（面积约5 cm2），切取中心部分样品一块，其厚度为1 cm，立即用感量为0.001的天平称质量（m1/g），然后上下各衬一层脱脂纱布，放置于上下铺有多层吸水性好的中性滤纸的压力计平台上。通常以水分不透出，全部吸净为止，一般为14～18 层中性滤纸。加压至35 kg，保持5 min，撤除压力后，立即称量肉样质量（m2/g）。肉样加压前后质量的变化即为肉样失水量，加压损失率根据下式计算。

1.3.6 TBARS值的测定

取1 g肉样，于10 mL灭菌水中匀浆。取1 mL匀浆液，加入2 mL、0.25 mol/L的盐酸溶液，其中含有15%（质量分数，下同）三氯乙酸和0.375%硫代巴比妥酸。再加入3 mL含有2%苯并噻二唑的乙醇溶液。沸水浴中反应15 min后使用流动水立即降温，终止反应。使用冷冻离心机3 500 r/min离心10 min。小心吸取上层液，使用分光光度计测定532 nm波长处的吸光度。最终TBARS值以每千克肉中丙二醛的质量表示。每个样品TBARS值测定3 组重复实验，再求取算术平均值，结果保留3 位有效数字。

1.3.7 TVB-N含量的测定

牛肉中TVB-N含量的测定方法参照GB 5009.228—2016《食品安全国家标准 食品中挥发性盐基氮的测定》[11]。每个样品TVB-N含量测定3 次，再取平均值。

1.3.8 菌落总数的测定

参照GB/T 4789.2—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》[12]。选取稀释倍数依次为102、103、104、105的菌液进行培养。

1.3.9 pH值的测定

用便携式pH计进行测定，将探头插入到肉样中，使其电极与肌肉组织充分接触，待pH计读数稳定后记录，每个肉样测定3 次，取平均值。

1.3.10 纳米银残留量的测定

参照GB/T 9735—2008《化学试剂 重金属测定通用方法》[13]。分别测定第0天和第24天的样品，每个肉样测定3 次，取平均值。

1.3.11 保鲜期判定

根据GB 2707—2016《鲜（冻）畜肉卫生标准》[14]对肉样的色泽、组织状态、黏度和气味进行新鲜度评判，评判人数15 人（男8 人，女7 人，年龄18～55 岁），打分标准见表2。当肉样有表中表现，且TVB-N含量不高于15 mg/100 g、pH值大于6.2时，即判定为次鲜肉，之前为保鲜期。

表2 次鲜肉感官评判标准Table 2 Sensory characteristics of deteriorated beef

1.4 数据统计分析

实验平行次数3～5 次，数据以平均值±标准偏差表示，采用Origin 9.0软件绘图，数据之间的差异采用SPSS 19.0 软件进行分析分析。

2 结果与分析

2.1 纳米银酯化淀粉薄膜处理对牛肉贮藏期间感官评分的影响

表3 不同处理组贮藏期间牛肉感官评分Table 3 Sensory scores of beef during storage in different treatment groups

依据感官评价标准，对贮藏过程中肉样色泽、气味、弹性、煮沸后汤汁等各项表现进行打分，6 分以上为鲜肉，低于6 分为次鲜至变质肉。从表3可以看出，处理组有较强的保鲜效果，保鲜期最长27 d。对照组肉样贮藏至第18天时得分为6.10 分，各感官指标都明显下降，基本达到鲜肉标准最低限，开始进入变质阶段。处理组在第27天得分6.10，才开始进入变质阶段，保鲜期比对照组延长9 d。肉样感官品质综合表现随贮藏时间推移而下降，其中气味、色泽变化较为明显，本研究保鲜期判定以气味、色泽为主要依据，90%的肉样此时煮制后的汤汁较清澈，有油滴漂浮，煮后无异味，仍可食用，应属次鲜肉。

2.2 纳米银酯化淀粉薄膜处理对牛肉贮藏期间色度影响

色泽是反映牛肉感官品质的重要指标，色泽很大程度上影响消费者的喜好。肉色的L*值、b*值、a*值，分别代表肉的亮度、黄度和红度。由图1可以看出随着贮藏时间的延长，处理组与对照组的L*值和b*值都呈现逐渐升高后降低的趋势，只有在第6天时处理组的L*值和b*值略高于对照组，其余时间点处理组均显著性低于对照组（P＜0.05），在第15天时处理组极显著低于对照组（P＜0.01）。由图3可以看出，处理组的a*值只在第9天时显著低于对照组（P＜0.05），其余时间点处理组均极显著低于对照组（P＜0.01）。L*值的变化是由于肌肉内部的水分渗出。堆积于肉的表面增强了肉对光的反射能力[15]，而处理组的L*值在整个贮藏期间总体显著低于对照组（P＜0.05），说明处理组很好地抑制了牛肉水分的流失。a*值和b*值的变化是肌内脂肪与肌红蛋白氧化等综合作用的结果[16-17]。a*值的变化与肌红蛋白的含量和化学状态密切相关，宰后成熟过程肉长时间和空气接触，肌红蛋白逐渐被氧化成高铁肌红蛋白，a*值降低[18]。因为处理组和对照组都采用真空包装，氧含量较少，所以a*值并没有出现降低的现象。陈景宜等研究发现b*值的升高可能是肌肉与氧气充分接触后，肌肉中的脂肪被氧化所致[19]。在刚开始的几天内真空包装内氧气逐渐被消耗，所以b*值逐渐升高，直至氧气被消耗至不足时，肌内脂肪氧化不再发生，所以b*值开始下降。最终处理组的b*值极显著低于对照组（P＜0.01），说明处理组抑制了牛肉肌内脂肪的氧化。

图1 纳米银酯化淀粉薄膜处理对牛肉贮藏期间L*，a*和b*值的影响Fig. 1 Effect of nanosilver esterified starch film treatment on L*, a*and b* values of beef during storage

2.3 纳米银酯化淀粉薄膜处理对牛肉贮藏期间保水性的影响

图2 纳米银酯化淀粉薄膜处理对牛肉贮藏期间加压损失的影响Fig. 2 Effect of nanosilver esterified starch film on compression loss of beef during storage

肉的加压损失率是衡量肉品保水性的主要衡量指标，而且与肉制品的嫩度、风味、口感密切相关[20]。从图2可看出，随着贮藏时间的延长两组处理的加压损失率都呈现出先增大后减小的趋势，不同处理组在第0天以后的相同贮藏时间加压损失率存在极显著差异（P＜0.01），成熟前9 d加压损失率明显升高，第9天时达到最大，不同处理分别为对照组34.27%，纳米银处理组21.73%，而在9～21 d逐渐下降，两处理组第21天的加压损失率相比第0天显著提高（P＜0.01）。这可能与肉的腐败变质有关，细菌大量的生长繁殖使得牛肉的保水性降低、腐败变质，从而产生大量的水分，因为纳米银具有良好的抗菌性，所以处理组的加压损失率会显著低于对照组。这与李捷等[15]的研究：牛肉成熟时间延长，牛肉的加压损失率呈先增大后减小趋势结果一致。研究发现宰后肌肉的酸化速率加快，导致肌肉蛋白变性发生收缩，系水能力下降，pH值、持水力升高，蒸煮损失率和失水率减小[20]。

2.4 纳米银酯化淀粉薄膜处理对牛肉TBARS值的影响

表4 不同处理组贮藏期间牛肉硫代巴比妥酸值变化Table 4 Changes in TBARS value of beef during storage in different treatment groups

TBARS值被广泛用来评价肉类食品中脂质氧化的程度，TBARS值越大，说明脂肪氧化的程度越高，产生的小分子物质如醛、酮、酸等越多，酸败越严重[21]。新鲜肉制品的最大TBARS值在0.7～1.0 mg/kg之间，一般研究认为，TBARS值在0.20～0.66 mg/kg之间的为良质肉；超过1 mg/kg时，为变质肉[22]。表4结果显示两组处理的TBARS值都随贮藏时间的延长而升高。在第9天以后纳米银处理组均极显著低于对照组（P＜0.01），对照组在第21天时达到了0.81 mg/kg，超过了良质肉的范围，而纳米银处理组在第24天时达到了0.77 mg/kg，超过了良质肉的范围。说明纳米银处理组的牛肉脂肪氧化程度低于对照组，这可能是受pH值的影响，因为影响脂肪氧化的主要有温度、氧含量、pH值等[23]，而本实验为真空包装下4 ℃贮藏，所以温度、氧含量的影响可以不考虑。这也与pH值测定结果相符。

2.5 纳米银酯化淀粉薄膜处理对牛肉贮藏期间TVB-N含量的影响

图3 纳米银酯化淀粉薄膜处理对牛肉贮藏期间TVB-N含量的影响Fig. 3 Effect of nanosilver esterified starch film on TVB-N content of beef during storage

TVB-N是动物性食品由于酶和细菌的作用[24]，在腐败过程中，使蛋白质分解而产生的氨以及胺类等碱性含氮物质，其含量能够反映产品受到细菌污染的程度，进而反映肉的新鲜度[25-26]。根据GB 2707—2016的要求，新鲜肉TVB-N含量不高于15 mg/100 g，由图3可见，随着贮藏时间的延长两组处理均呈现逐渐增大的趋势，在3 d以后处理组均极显著低于对照组（P＜0.01）。处理组在24 d时TVB-N含量为14.72 mg/100 g，基本符合GB 2707—2016要求；对照组在15 d时，TVB-N含量为14.55 mg/100 g，已基本达到GB 2707—2016规定的最高值。结果显示处理组对牛肉均有很好的保鲜效果，在4 ℃条件下，纳米银薄膜的保鲜期达24 d，比对照组长9 d。

2.6 纳米银酯化淀粉薄膜处理对牛肉贮藏期间菌落总数的影响

根据GB/T 17238—2008的要求，鲜牛肉菌落总数应不高于1×106CFU/g。表5结果显示，处理组在第27天菌落总数为5.53×105CFU/g，对照组第18天菌落总数已达1.73×106CFU/g，超过鲜牛肉菌落总数最高要求，即根据菌落总数判定，处理组保鲜期为27 d，比对照组长12 d，表明纳米银酯化淀粉薄膜具有良好的抑菌效果。Sondi等[27]的研究发现在扫描电子显微镜下观察经纳米银处理过的大肠杆菌，细胞壁上出现很多孔洞，细胞被严重破坏，还发现纳米银粒子与死亡的细胞发生聚集形成聚集体[28]。也有研究表明，纳米银对金黄色葡萄球菌有抗菌作用可导致细胞壁破裂从而胞内物质外流[29]。

表5 不同处理组贮藏期间牛肉菌落总数的变化Table 5 Change in APC of beef in different treatment groups during storage

2.7 纳米银酯化淀粉薄膜处理对牛肉贮藏期间pH值的影响

图4 纳米银酯化淀粉薄膜处理对牛肉贮藏期间pH值的影响Fig. 4 Effect of nanometer silver esterified starch film on pH of beef during storage

pH值是肉成熟过程中变化明显的参数之一[30]，图4结果显示，在贮藏期内各组pH值从第0天至第3天均呈下降趋势，之后逐渐上升。这一变化与肉的成熟有关。宰后动物肌肉主要发生糖酵解[31]，利用糖原产生能量来维持一些耗能反应。因为糖酵解的最终产物是乳酸，所以引起pH值发生变化[32-33]。根据GB/T 9695.5—2008《肉与肉制品pH测定》中对pH值的规定，一级鲜度5.8～6.2，二级鲜度6.3～6.6，变质肉高于6.7。从第3天起，各处理pH值以不同速率上升，15 d时对照组pH值高达6.5，已超出一级鲜肉要求；18 d时对照组pH值高达6.75，已经成为变质肉；处理组在24 d时超出鲜肉要求，这与TVB-N含量的测定结果相符。这表明纳米银酯化淀粉薄膜处理对控制牛肉的pH值有明显的效果。

2.8 不同处理组贮藏期间牛肉中纳米银的残留量

由表6可以看出，两个不同处理组分别在第0天和第24天纳米银的残留量均为0 mg/L，这是因为对照组只采用了真空包装所以不含有纳米银，而纳米银处理组检测结果为0 mg/L，是因为在制作膜的过程中100 mL水中加入3 g酯化淀粉，而纳米银只添加了酯化淀粉质量的1%，低于GB/T 9735—2008《化学试剂 重金属测定通用方法》中的最低检出限0.2 mg/L。说明纳米银与酯化淀粉糊化形成的薄膜结构稳定，纳米银没有大量地残留在牛肉表面，而银对人成纤维细胞的最低毒性质量浓度是30 mg/L[34]，证明纳米银酯化淀粉薄膜可以安全地应用于牛肉抑菌包装中。

表6 不同处理组贮藏期间牛肉纳米银残留量Table 6 Nano-silver residues of beef in different treatment groups during storage

2.9 纳米银酯化淀粉薄膜处理对牛肉贮藏期间保鲜期判定的影响

根据不同指标的评定结果，本研究以每个处理各指标中保鲜期最短的时间作为该处理的保鲜时间，结果见表7。

表7 不同处理组贮藏期间牛肉保鲜期Table 7 Storage life of beef in different treatment groups

由表7可以看出，处理组综合判定保鲜期为24 d，对照组为15 d，处理组比对照组长9 d。纳米银薄膜对肉有较好的保鲜效果，主要是因为用于食品包装纳米复合涂膜的微观结构不同于一般材料[35]。纳米材料的性能体现在其低透氧率、低透湿率、阻隔二氧化碳和抗菌等特性[36-37]，是一种食品包装的新材料。方东路等[38]研究发现，添加纳米银的包装袋能很好地保持金针菇贮藏品质，延长贮藏时间。纳米材料还有一定的抑菌和阻止微小有机体进入的作用[39-40]。因此，将其用于冷却肉保鲜具有很好的效果。

3 结 论

纳米银酯化淀粉薄膜真空包装的牛肉在4 ℃条件下贮藏保鲜期为24 d，对照组为15 d，处理组比对照组的保鲜期延长了9 d。贮藏时期内处理组的感官评分始终优于对照组，其颜色、质地等感官性状更好。随着贮藏时间的延长处理组的牛肉色度、加压损失率、pH值、TVB-N含量均显著性小于对照组（P＜0.05），处理组的牛肉各项指标变化速率低于对照组，在15 d时，对照组已腐败变质，处理组还保持一级鲜肉的状态。纳米银酯化淀粉薄膜处理可以有效改善鲜牛肉贮藏期间的品质变化，延长保鲜时间。