以聚乙烯醇为基液的3种膜对冷鲜猪肉的保鲜

刘琨，韩笑

广西大学化学化工学院（南宁 530004）

肉类食品是中国食品中一大类重要组成部分，和人类生活密不可分。我国作为世界人口大国，随着人们生活水平提高，对肉类食品的消耗量呈逐年递增趋势。根据肉所处的温度，可将生肉分为热鲜肉、冷鲜肉（冷却肉）、冷冻肉3种形态[1-2]。与热鲜肉相比，冷鲜肉的卫生品质得到明显提高，而且也不存在冷冻肉解冻过程中营养流失问题[3-5]，因此，大力发展冷鲜肉产业将会是肉类行业的一种趋势，如何延长冷鲜肉的货架期[6]是热点研究方向。

国内对延长冷鲜肉货架期的研究主要是改进屠宰、分割与包装工艺以降低冷鲜肉总菌数[7]，并用化学防腐剂结合气调包装等方法抑制冷鲜肉中腐败菌的繁殖等[8]，但在包装材料对冷鲜肉保鲜的影响上研究不多。20世纪50年代初期，国外开展抑菌性可食膜[9-10]应用于肉类保鲜试验，而国内在这方面研究起步晚，仅在近几年里有少许报道。

聚乙烯醇（PVA）是一种人工合成的高分子材料，它可分解为水、二氧化碳等物质，对环境不产生污染，是一种公认的环保包装材料[11]，同时它具有良好成膜性、透光性、水溶性、生物相容性和化学稳定性等优良特性，被广泛应用于食品包装等领域[12-13]。壳聚糖是一种天然高分子抑菌材料，具有广谱抑菌性，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、变形杆菌、枯草杆菌、酵母菌有较强的抑制力[14-15]，且柠檬酸这种天然的有机酸也有良好抑菌效果，有研究将其用于冷鲜肉的保鲜。Yuk等[16]提出乳酸和柠檬酸对抑制猪肉中大肠杆菌效果极佳[17]，在10 d贮藏时间内，能使大肠杆菌减少2个数量级[5]。试验主要选取PVA为基础膜材料，从适宜冷鲜肉的保鲜剂选择入手，制备PVA膜、PVA/壳聚糖膜、PVA/壳聚糖/柠檬酸膜，研究3种共混膜的基本性能，以及对于冷鲜猪肉的保鲜效果。测试的主要指标为冷鲜猪肉贮藏期间的感官、pH、TVB-N、菌落总数等，并对这3种膜包裹的冷鲜猪肉的保鲜效果进行验证评价，为实际应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鲜猪肉（广西南宁市，市售里脊肉）；聚乙烯醇（1750±50，化学纯，国药集团化学有限公司）；壳聚糖（脱乙酰度99.3%，阿拉丁试剂有限公司）；柠檬酸（分析纯）；95%乙醇；冰醋酸；氯化钠；乙醚；无水乙醇；盐酸；硼酸；丙酮；氧化镁。

1.2 主要仪器和设备

DF-101S集热式磁力搅拌器（常州金坛良友仪器有限公司）；722分光光度计（上海精密科学仪器有限公司）；BSA224S-CW电子分析天平（赛多利斯科学仪器（北京）有限公司）；XWW型万能电子试验机（济南天辰试验机制造有限公司）；雷磁PHS-25型pH计（上海仪电科学仪器股份有限公司）。

1.3 膜的制备

1.3.1 PVA膜工艺流程（见图1）

图1 PVA膜的制备工艺流程图

1.3.2 PVA/壳聚糖膜工艺流程（见图2）

图2 PVA/壳聚糖膜的制备工艺流程图

1.3.3 PVA/壳聚糖/柠檬酸膜

在壳聚糖溶液中加入聚乙烯醇、柠檬酸和甘油，工艺同1.3.2。

1.4 膜性能测定

力学性能参照GB/T 1040.3—2006《塑料拉伸性能的测定》方法进行测定；吸水性用吸水率表征，参照GB/T 1034—2008《塑料吸水性的测定》；透光率参照GB/T 2410—2008《透明塑料透光率和雾都的测定》方法测定；透湿率参照GB/T 16928—1997《包装材料试验方法》测定；透气性参照文献[14]。

1.5 膜对冷鲜猪肉抑菌性能测试

在超净台上将灭菌过的牛肉膏蛋白胨培养基倒入培养皿，水平摇动使之成为平板，用移液枪吸取1 mL膜液在平板上涂布，灭菌干燥，将做好的菌饼放在上述培养皿中，于28 ℃恒温箱中培养，观察菌丝生长情况，并用十字交叉法测量菌落直径，重复测量3次取平均值，并换算成相对抑菌率。

1.6 冷鲜猪肉保鲜指标

1) 感官评定：运用评分检验法进行评定，并用10分制进行打分。感官评定小组由10人组成，分成3组分别评分，40分满分，取平均值。

2) TVB-N：参照GB/T 9959.2—2008《分割鲜冻猪瘦肉》进行测定。

3) pH：选取刚刚屠宰后的新鲜猪肉，将其洗净沥干，进行测试，其余每次测试都在相同环境和时间下进行，方法参照GB/T 9695.5—2008《肉与肉制品pH测定》进行测定。

4) 高铁肌红蛋白含量：按照文献[19]方法对冷鲜猪肉高铁肌红蛋白进行测定。

5) 酸价：参照GB 5009.229—2016《食品安全国家标准 食品中酸价的测定》进行测定。

6) 菌落总数的测定：按照GB 4789.2—2010《食品卫生微生物学检验 菌落总数测定》进行测定。

1.7 冷鲜猪肉保鲜试验方法

1) 将制作好的PVA膜、PVA/壳聚糖膜、PVA/壳聚糖/柠檬酸膜分别剪裁成20 cm×20 cm薄膜，用于包裹冷鲜猪肉。

2) 鲜猪肉样品的处理：用水洗净里脊肉表面，去除污垢，沥干表面水分，用无菌小刀进行分割，均匀分成大小相等的4组，其中3组为用自制保鲜膜包裹的试验组，另1组为直接暴露在冷空气中的对照组，将试验组的保鲜膜单层覆盖在猪肉上方并紧密包裹，用封口机密封后与对照组冷鲜猪肉一同放置在0～4 ℃冰箱。每组试验重复5次，最终结果取平均值。

2 结果与分析

2.1 3种膜物理性能分析

以8% PVA、2%壳聚糖、7%柠檬酸、10%甘油条件制备PVA/壳聚糖/柠檬酸膜，添加一定量甘油可以提高薄膜韧性。3种膜的物理性质见表1。在以PVA/壳聚糖为制膜液基础上，添加柠檬酸可降低膜吸水率、透光率、透湿率，并适当增加膜的透气率；降低膜的拉伸强度，提高薄膜的断裂伸长率。可能是引入柠檬酸后，壳聚糖与柠檬酸发生酰化反应，分子间及分子内氢键被破坏，分子粒径变小，结构疏松多孔[18]，降低塑料硬度，增大塑料弹性和韧性。

表1 膜的各项性能

2.2 膜的抑菌性能分析

冷鲜肉腐败菌主要有肠杆菌科、假单胞菌属、葡萄糖菌属等，故选取大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为试验菌种，对膜对冷鲜猪肉的抑菌性能进行测试，结果见表2。从抑菌率可看出，PVA膜对2种菌体的生长没有明显抑制作用，而加入壳聚糖后，壳聚糖/PVA膜有一定抑菌效果，且壳聚糖/柠檬酸/PVA膜表现出更好抑菌效果，说明添加柠檬酸可以改善膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌效果。

表2 膜的抑菌效果

结果表明，在PVA基础制膜液基础上，添加壳聚糖和柠檬酸制成的保鲜液对2种试验菌种在壳聚糖溶液中加入柠檬酸制成的混合液对肉中的主要病原菌大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有更好抑制作用，且PVA/壳聚糖/柠檬酸膜有适宜的吸水性、力学性能等物理性能，是一种环保、安全、成本低，且有一定保鲜作用的膜，其在肉类的保鲜领域有良好应用潜力。

2.3 3种膜对冷鲜猪肉保鲜效果的影响

2.3.1 感官影响

由表3和表4可知，在0～2 d，无论是由膜包裹下的冷鲜猪肉还是暴露在空气中的冷鲜猪肉在外观上的差距很小，是由于在0～4 ℃条件下，冷藏条件本身也对猪肉起到一定保鲜作用。到第4天时，感官差距开始变大，用PVA/壳聚糖/柠檬酸膜包裹的肉感官评分最高，为33分，且到第6～第8天时，感官评分差距更加明显。在第6天时，PVA/壳聚糖/柠檬酸膜包裹的肉评分为27分，在第8天为17分，均高于PVA/壳聚糖膜和PVA膜包裹的肉的评分，即从颜色、黏度、弹性、气味上看，PVA/壳聚糖/柠檬酸膜保鲜效果均优于PVA/壳聚糖膜和PVA膜，以及暴露在空气下的冷猪肉。在第10天，用PVA/壳聚糖/柠檬酸膜包裹的肉的感官评分为12分，其余各组均低于10分，保鲜效果仍为最好。

表3 感官评定得分标准

表4 感官评定评分结

2.3.2 TVB-N的变化

挥发性盐基氮是反映肉的新鲜度的重要指标。由图3可知，在储藏期间的0～4 d，TVB-N增长缓慢，且用PVA/壳聚糖/柠檬酸膜包裹的肉在第4天时为10.92mg/100 g，与其他几组相比，含量最低，而用PVA/壳聚糖膜包裹的肉的TVB-N含量次之，为11.76 mg/100 g。到第6天，除用PVA/壳聚糖/柠檬酸膜包裹的肉TVB-N值为12.88 mg/100 g，用PVA/壳聚糖膜包裹的肉为14 mg/100 g，在GB/T 9959.2—2008《分割鲜冻猪瘦肉》中规定的冷鲜猪肉TVB-N一级含量标准（15 mg/100 g）之内外，其余2组均超出标准值，为次鲜肉。到第8天，PVA/壳聚糖/柠檬酸膜包裹的肉TVB-N值为17.5 mg/100 g，在二级鲜肉的范围内，暴露在冷空气中的猪肉和用PVA膜包裹的猪肉都已变质。在第10天，用PVA/壳聚糖保鲜膜包裹的肉变质。

图3 冷鲜肉TVB-N的变化

2.3.3 pH的影响

由图4可知，冷鲜猪肉的pH呈先减小后增加趋势，是由于猪肉在被屠宰之后组织呼吸方式会由有氧呼吸变成无氧呼吸，肌糖原无氧酵解产生乳酸，三磷酸腺苷分解产生磷酸，使pH减小。在之后储藏中，冷鲜肉中蛋白质被分解最终产生氨和胺等碱性基团，使pH上升。在储藏期间的第4天，PVA膜、壳聚糖/PVA膜和PVA/壳聚糖/柠檬酸膜包裹的冷鲜猪肉的pH依次为6.08，6.03和5.87，均小于暴露在空气下的冷鲜猪肉，这些膜包裹对肉与外界空气隔绝起到保护作用。且PVA/壳聚糖/柠檬酸膜包裹的冷鲜猪肉的pH变化较为缓慢。在储藏期第6天，PVA/壳聚糖/柠檬酸膜包裹的冷鲜猪肉的pH相较其他各组仍为最小，pH 6.16，壳聚糖/PVA膜包裹的肉次之，pH 6.21。第8天时，除PVA/壳聚糖/柠檬酸膜包裹的冷鲜猪肉的pH 6.27，在GB/T 9695.5—2008《肉与肉制品pH测定》标准的一级鲜肉内，其余各组均大于6.3，成为次级鲜肉。在第10天，PVA/壳聚糖/柠檬酸膜包裹的冷鲜猪肉达到pH 6.42，其余各组均变质。

图4 冷鲜肉中pH的变化

2.3.4 高铁肌红蛋白含量的影响

肉的颜色是肌红蛋白与氧气结合的情况，肌红蛋白与氧气结合的情况决定高铁肌红蛋白含量的高低，即冷鲜肉褐变程度。由图5可知，各试验组的高铁肌红蛋白含量均呈现先增加后减小趋于平缓趋势，是由于肉自身呼吸过程NADH不断被消耗，ATP含量一直减少，储藏后期NADH和ATP都匮乏，使肌红蛋白发生氧化还原反应的因素达到平稳状态[19]。PVA/壳聚糖/柠檬酸膜包裹的冷鲜猪肉，高铁肌红蛋白含量前期较低后期变化缓慢可能原因是膜的透氧量相对较小，小于壳聚糖/PVA膜，使好氧性细菌生长速度减缓，且壳聚糖有一定抗氧化性，加入柠檬酸可以提高其抗氧化性能，故PVA/壳聚糖/柠檬酸膜比单一的壳聚糖/PVA膜有更好抗氧化性。虽然PVA膜透氧性小于PVA/壳聚糖/柠檬酸保鲜膜，但是没有添加抑菌剂，故保鲜效果不如壳聚糖/PVA膜和PVA/壳聚糖/柠檬酸膜。对照组由于暴露在空气下，冷鲜猪肉没有保护膜的支持，褐变程度最为严重。

图5 冷鲜猪肉高铁肌红蛋白含量的变化

2.3.5 油脂的酸价变化

酸价是游离脂肪酸在试样中的总量，一般来说，游离脂肪酸在肉样中总量越高酸价也越高。由图6可看出，各组肉样的酸价均随储藏时间增加而上升[20]。用添加壳聚糖、柠檬酸的膜包裹可以缓解脂肪氧化从而抑制酸价的增长速率。其中，用PVA/壳聚糖/柠檬酸膜包裹的肉在储藏期间处于最低水平，原因可能是柠檬酸的加入增强壳聚糖抗氧化性，从而增强PVA/壳聚糖/柠檬酸膜的抗氧化性。用PVA/壳聚糖膜包裹的肉的酸价略高于用PVA/壳聚糖/柠檬酸膜包裹的肉，对脂肪氧化也有抑制作用，但是PVA/壳聚糖/柠檬酸膜包裹的肉酸价最低，对肉中脂肪氧化酸败的抑制作用更明显，此膜的抗脂肪氧化酸败的效果最好。

图6 冷鲜猪肉酸价的变化

2.3.6 菌落总数的影响

微生物是引起冷鲜猪肉变质的主要原因，故菌落总数是肉腐败程度的重要的指标，参照GB 4789.2—2010。由图7可知，各条件下处理的肉样中菌落总数均呈上升趋势。用PVA/壳聚糖/柠檬酸膜包裹的肉在储藏时间的第4天菌落总数为3.8 lg CFU/g，是各试验组中最低含量，并一直处于最低变化量。PVA/壳聚糖膜在第4天的菌落总数为4.5 lg CFU/g，而未经处理的暴露在空气中的对照组冷鲜猪肉菌落总数为5.2 lg CFU/g，可见由PVA/壳聚糖/柠檬酸膜包裹的猪肉菌落总数最少。在储藏期第8天，用PVA/壳聚糖/柠檬酸膜包裹的肉菌落总数为5.2 lg CFU/g，而对照组试样为7 lg CFU/g，达到变质肉的标准。

图7 冷鲜猪肉菌落总数的变化

3 结论

通过以PVA为基础制膜液，其中加入一定量壳聚糖和不同含量柠檬酸，制成PVA/膜、PVA/壳聚糖膜、PVA/壳聚糖/柠檬酸膜，用其包裹0～4 ℃下储藏的冷鲜猪肉并探究保鲜效果，结果表明，对冷鲜猪肉的保鲜效果：PVA/壳聚糖/柠檬酸保鲜膜＞PVA/壳聚糖膜＞PVA保鲜膜＞对照组。3种膜液对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌试验表明，加入柠檬酸可以提高保鲜液的保鲜效果。

PVA/壳聚糖/柠檬酸保鲜膜具有适宜透气性、透湿性及良好力学性能。用该膜包裹冷鲜猪肉可在储藏期间有效抑制微生物生长，降低肉TVB-N值、pH、酸价和高铁肌红蛋白含量，且加入柠檬酸可以提高壳聚糖的抗氧化作用，一定程度维持鲜肉色泽，延长冷鲜猪肉储藏期。