魏瑾雯,孔祥颖,张伟,曹晖,余群力*,韩玲
1(甘肃农业大学 食品科学与工程学院,甘肃 兰州,730070)2(青海省海北藏族自治州畜牧兽医科学研究所,青海 海北,812200)3(甘肃康美现代农牧产业集团有限公司,甘肃 临夏,731500) 4(陕西秦宝牧业发展有限公司,陕西 宝鸡,721000)
羊肉肉质鲜嫩,风味独特,营养丰富,深受广大消费者喜爱。随着人们生活水平的提升,对肉制品的健康安全越来越重视。但羊肉容易腐败变质,贮存过程中会发生脂质氧化和微生物生长,导致羊肉货架期变短、营养价值降低[1]。因此包装材料及质量成为肉制品行业关注的焦点。传统包装材料大多是以乙烯为原材料加工而成的保鲜膜,对人体有一定的危害且会对环境造成污染[2]。因此,天然活性包装材料具有更大的发展空间。
木薯淀粉(tapioca starch,TS)具有较好的延展性、糊状透明度高、可降解、且利于成膜[3]。但纯木薯淀粉膜机械性能和耐水性较差[4],使其应用受限。果胶是一种广泛存在于绿色植物中的结构性多糖,可降解,无毒,广泛应用于食品工业中[5]。果胶膜硬脆、拉伸强度也低。吴富奇等[6]将聚乙烯醇与木薯淀粉混合制备复合膜,当聚乙烯醇和木薯淀粉配比为70∶30时复合膜综合性能最佳。王玥等[7]研究发现马铃薯淀粉溶液中加入柠檬果胶后,复合膜的阻湿性能和机械性能均得到显著改善。但是目前关于木薯淀粉和果胶复合制备可食膜的研究还鲜有报道。
西兰花含蛋白质、糖、脂肪等营养物质,且富含较多的生物活性成分,如多酚、萝卜硫苷、硫代葡萄糖苷等[8-9]。然而西兰花的茎、花序和叶子等废弃物,大部分都未得到开发利用,造成严重的环境污染和资源浪费。KRISHNAIAH等[10]研究发现西兰花茎叶中的多酚等抗氧化产物的含量较高。因此,将西兰花叶多酚(broccoli leaf polyphenols, BLP)添加到复合基膜中,以期制备成一种新型可食膜应用于食品行业中。
本文通过流延法制备木薯淀粉/果胶(tapioca starch pectin,TSP)复合基膜,将BLP作为功能性物质添加到该复合膜中,研究BLP添加量对复合膜机械性能、阻隔性能、结构等的影响,并用该膜包裹羊肉,在4 ℃条件下贮藏15 d,测定羊肉的保鲜指标,研究不同浓度西兰花叶多酚-木薯淀粉/果胶复合膜对羊肉保鲜效果的影响。
羊肉:采自青海夏华肉食品有限公司,选取生长发育良好、健康无病、10~14月龄小尾寒羊,按照NY/T 1341—2007《家畜屠宰质量管理规范》进行屠宰后取后腿肉,立即置于4 ℃保温盒中3 h内运回实验室;西兰花叶,购于兰州市皋兰县九合镇蔬菜批发市场;木薯淀粉,食用级,北京厨大妈食品集团有限公司;果胶,北京索莱宝科技有限公司;MgO、硼酸、NaCl、2-硫代巴比妥酸、三氯乙酸等,天津市光复科技发展有限公司,以上均为分析纯。
KQ-500E型超声波清洗器,昆山市超声仪器有限公司;Testo-205pH计,上海德图仪器有限公司;SP-756P紫外可见分光光度计,上海光谱仪器有限公司;DJ1C磁力电动搅拌器,金坛区西城新瑞仪器厂;K9840型自动凯氏定氮仪,济南海能仪器有限公司;FTR-650傅里叶红外光谱仪,天津港东科技发展股份有限公司;JSM-6701F型扫描电镜,日本电子光学公司;万能试验机,济南万测电气设备有限公司。
1.3.1 BLP的制备
选择新鲜、大小均匀,无明显病斑的西兰花叶,在50 ℃恒温干燥12 h后将其粉碎,过60目筛得到西兰花叶粉末。超声辅助浸提,然后用真空泵对其抽滤,取粗提液测定多酚浓度,采用金属离子沉淀法纯化多酚,得到络合物沉淀后加入HCl溶液使其完全溶解,用乙酸乙酯萃取2次,在40 ℃条件下旋转蒸发萃取液得到西兰花叶多酚浓缩液,真空冷冻干燥浓缩液24 h得到西兰花叶多酚粉末。
1.3.2 BLP-木薯淀粉/果胶复合膜的制备
称取木薯淀粉2.5 g,加入100 mL蒸馏水,在71 ℃水浴条件下磁力搅拌41 min至木薯淀粉完全糊化。然后加入1 g果胶和2%的甘油,利用余热磁力搅拌10 min,然后加入不同添加量(1%、3%、5%,质量分数)的BLP,搅拌5 min得到膜溶液。超声脱气处理20 min,冷却至室温,然后将30 mL复合膜溶液缓慢均匀倒入直径为15 cm的玻璃培养皿中,置于40 ℃烘箱中干燥24 h,冷却后揭膜,置于25 ℃、相对湿度55%的恒温恒湿箱中平衡48 h。
1.3.3 试验设计
用75%的酒精对刀具等进行消毒,在超净工作台上将羊肉剔除筋膜和脂肪后均匀分割,分别用聚乙烯袋、木薯淀粉/果胶基膜以及(BLP含量为1%、3%和5%)BLP-木薯淀粉/果胶复合膜对羊肉包装保鲜,于4 ℃条件下贮藏,如图1所示。分别在0、3、6、9、12、15 d取样,测定羊肉的保鲜指标。
图1 复合膜包裹后肉样及4 ℃条件贮藏Fig.1 Meat sample after wrapping and storage 4 ℃
1.3.4 复合膜理化性能测定
薄膜厚度参照LU等[11]的方法,使用游标卡尺在薄膜上随机选择3个点进行测量并取平均值;薄膜密度的测定采用王玥等[7]的方法。
力学性能按照GB/T 1040.3—2006《塑料 拉伸性能的测定 第3部分:薄塑和薄片的试验条件》,将复合膜裁成7 cm×2 cm的长条,用电子万能试验机测定抗拉强度及断裂伸长率。
水溶性参考刘宏生等[12]的方法,并略作修改;溶胀度参考何娟等[13]的方法,并略做修改;不透明度参考LU等[11]的方法并略作修改;水蒸气透过率按照GB/T 1037—2021《塑料薄膜与薄片水蒸气透过性能测定 杯式增重与减重法》测定。
1.3.5 傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)分析
采用衰减全反射(attenuated total reflection,ATR)模式的傅里叶红外光谱仪来测量薄膜的4 000~400 cm-1的傅里叶红外光谱,分辨率为4 cm-1。
1.3.6 扫描电子显微镜观察
用双面胶将薄膜固定在金属块上,喷金后观察薄膜表面。将薄膜用液氮淬断,然后用双面胶带固定在载玻片上,喷涂金以观察薄膜的截面。
1.3.7 肉品保鲜指标测定
1.3.7.1 pH测定
参照杨斌等[14]的方法,用便携式pH计对肉样pH值进行测定。参考标准:新鲜肉的pH为5.8~6.2,次极鲜肉的pH为6.3~6.6,变质肉的pH为6.7以上。
1.3.7.2 硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid reactive substances,TBARS)值测定
参照GB/T 5009.181—2016 《食品安全国家标准 食品中丙二醛的测定》。
1.3.7.3 总挥发性盐基氮(total volatile base nitrogen,TVB-N)含量测定
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》。
1.3.7.4 菌落总数测定
参照GB 4789.2—2016 《食品微生物学检测:菌落总数测定》。
1.3.7.5 感官评价
参考SOMBONPANYAKUL等[15]的方法,并略作修改。选择本实验室经过感官评价训练的10名人员,男女比例为1∶1,分别对肉样色泽、气味、弹性及黏性进行评分,10位感官评价人员评分的平均值作为样品的感官得分。评分标准如表1所示。
表1 贮藏过程中羊肉感官评分标准Table 1 Standards for sensory evaluation of mutton during storage
试验平行3次,采用Excel进行数据统计与分析,采用Origin 9.0绘图。利用SPSS 22.0 Duncan’s进行显著性分析(P<0.05),试验数据用平均值±标准差表示。
2.1.1 不同质量分数BLP对复合基膜理化性能的影响
表2为BLP含量对复合基膜的厚度、密度、拉伸强度和断裂伸长率的影响。从表2中可以看出,随着BLP含量的添加,复合膜的厚度和密度均显著增加(P<0.05),这可能是因为BLP的添加使膜溶质增加且膜的结构更为紧密,这与闫青青等[16]报道的结果类似。多酚的添加能够降低结构的刚性,获得很好的拉伸性和柔韧性,在本试验中,TSP的拉伸强度为4.48 MPa。相较于前人制备的纯木薯淀粉薄膜(1.38 MPa)[6],TSP的拉伸强度增加了69.2%,断裂伸长率相近,不同浓度BLP复合膜的拉伸强度提高了40.4%~50.0%。本试验中,拉伸强度随着BLP的增加呈先上升后下降的趋势,断裂伸长率呈先下降后上升的趋势,因为酚类物质通过它们自身的氢键与淀粉和果胶中的氢键相互作用,使得薄膜的拉伸强度有所提高,但当BLP的含量过高时,其在膜中的分散性变差,且阻碍了膜液分子间的结合,这与郭宗林[19]的研究结果相似。
表2 不同质量分数BLP对复合膜厚度、密度、拉伸强度及断裂伸长率的影响Table 2 Effect of BLP concentration on the thickness,density,tensile strength and fracture strength of composite film
BLP含量对复合基膜水溶性、溶胀度、不透明度和水蒸气透过率的影响见表3。薄膜的水溶性会直接影响其使用寿命。田春美等[17]研究发现纯木薯淀粉膜的水溶性为26.40%,由表3可知,在复合基膜中加入BLP显著降低了薄膜的水溶性(P<0.05),提升了薄膜的稳定性,其中添加3% BLP处理组效果最佳。这可能是由于西兰花叶多酚与淀粉和果胶发生的相互作用,限制了亲水基团与水分子的相互作用,从而导致水溶性降低。与TSP膜样品相比,BLP的添加显著提高了复合膜的溶胀度(P<0.05),说明BLP的加入有利于提高复合膜的持水性能。复合膜的不透明度随着BLP含量的增加显著增加(P<0.05),因为BLP的添加使膜结构更为紧密,影响光的透过,且多酚的颜色也使得膜透明度逐渐下降。田春美等[17]研究发现纯木薯淀粉膜阻湿性很差,而本试验中TSP膜阻湿性较好,且添加BLP显著降低了膜的水蒸气透过率(P<0.05),能有效抑制食品中水分的散失,从而起到食品保鲜作用。
表3 不同质量分数BLP对复合膜水溶性、溶胀度、不透明度和水蒸气透过率的影响Table 3 Effect of BLP concentration on the solubility, swelling degree, opacity and water vapor transmission rate of composite film
2.1.2 不同质量分数BLP对复合基膜FT-IR的影响
如图2所示,复合膜在3 281、2 938、2 162、1 025、813 cm-1附近存在特征吸收峰。3 281 cm-1附近吸收峰是由于O—H键的振动,这可归因于BLP与淀粉和果胶分子间形成氢键,该区域各峰的吸收位置受整体分子结构的影响较大[14]。由于C—H键的不对称伸缩振动,在2 938 cm-1附近出现吸收峰,位于1 025和813 cm-1之间的光谱吸收带可归因于C—C键和C—O键的伸缩振动[18]。综上,在复合基膜中添加西兰花叶多酚并未出现新的峰,因此添加西兰花叶多酚并未显著改变复合基膜的化学结构。
图2 不同BLP复合膜的红外光谱研究Fig.2 FT-IR spectroscropy of different BLP composite films
2.1.3 不同质量分数BLP对复合基膜微观结构的影响
图3显示了不同薄膜在扫描电镜下的表面和断面情况。不添加BLP的薄膜表面不平整,这可能是因为果胶团聚所致。BLP添加量从1%增加到3%,薄膜的表面结构平整光滑,结构紧凑,这可能是由于BLP与木薯淀粉形成氢键相互作用。当BLP添加量增加到5%时,薄膜表面出现较多颗粒,复合基膜中未完全糊化的淀粉颗粒产生了一定的破坏作用。从薄膜的断面扫描电镜可以看出,BLP添加量从1%增加到3%,薄膜组织逐渐紧密,但当BLP添加量增加到5%时,复合薄膜出现明显的断层。这可能是因为BLP含量过高,影响了淀粉分子之间成键,进而影响了成膜性能[19]。由以上结果可知,TSP+BLP 3%薄膜的性质优于其他组。
a-TSP薄膜表面;b-TSP薄膜断面;c-TSP+1%BLP薄膜表面;d-TSP+1%BLP薄膜断面;e-TSP+3%BLP薄膜表面;f-TSP+3%BLP薄膜断面;g-TSP+5%BLP薄膜表面;h-TSP+5%BLP薄膜断面图3 不同质量分数BLP对复合基膜微观结构的影响Fig.3 Effect of different concentrations of BLP on the microstructure of composite base film
2.2.1 pH值
pH值是评价羊肉品质的指标之一[20]。羊肉贮藏期间复合膜对其pH值的影响如图4所示,pH值呈先下降后上升的趋势。这是由于羊肉宰后肌肉进行糖酵解作用,其产物乳酸在肌肉中积累导致,后期在酶和细菌作用下,肉中蛋白质降解生成氨基酸使pH回升[21]。在0 d时,羊肉的pH值为5.91,贮藏第6天起,薄膜包裹处理的肉样pH值显著低于对照组(P<0.05)。在第9天时,对照组肉样已变质,TSP处理组在贮藏12 d时pH达到了6.72,超出国标规定的范围,而此时添加BLP的复合膜处理组属于次鲜肉,贮藏末期TSP+BLP 3%组的pH值最低,这可能与复合膜的水溶性有关,TSP+BLP 3%的复合膜水溶性最低,膜贮藏期间对肉包裹更加完整。以上结果说明复合膜包装对羊肉pH值的升高有一定的延缓作用,且添加了西兰花叶多酚的复合膜对抑制羊肉pH值上升的作用更强。
图4 复合膜对羊肉贮藏期间pH值的影响Fig.4 Effect of composite membrane on the pH value of mutton during storage注:小写字母不同表示差异显著(P<0.05)(下同)
2.2.2 TBARS值
脂肪氧化可通过酶促反应或非酶促反应引起,会导致冷鲜肉在贮藏过程中腐败变质。肉制品中脂肪氧化程度可用TBARS值表示,反映了肉制品在贮藏期间品质的好坏[22]。由图5可知,随着贮藏时间的增加,羊肉的TBARS值均成上升趋势,且处理组均显著低于对照组(P<0.05)。贮藏0 d时羊肉的TBARS值为0.21 mg/kg,说明羊肉新鲜度较好。对照组在贮藏第6天时已高于新鲜肉的TBARS值,TSP处理组在贮藏至第12天时TBARS值为1.06 mg/kg,而添加了BLP的处理组在15 d时羊肉才腐败变质。这是因为BLP具有清除自由基的作用,抑制了脂质氧化,这与古明辉等[23]研究结果一致。TSP+BLP 3%处理组TBARS值上升幅度最低,上升了0.81 mg/kg,这可能与TSP+BLP 3%复合膜较低的水蒸气透过率和水溶性有关,能阻止羊肉与空气接触,有效抑制其氧化。综上表明,添加西兰花叶多酚可以使羊肉中不饱和脂肪酸的氧化速度降低。
图5 复合膜对羊肉贮藏期间TBARS值的影响Fig.5 Effect of composite film on the TBARS value of mutton during storage
2.2.3 TVB-N含量
TVB-N是由于酶和微生物相互作用,使蛋白质分解为氨以及胺类等物质[24],是肉及贮藏肉制品的新鲜度指标之一。从图6可知,对照组和复合膜包裹处理的羊肉的TVB-N含量随着贮藏时间的延长均增加。由GB 5009.228—2016 《食品安全国家标准 食品中挥发性盐基氮的测定》可知,肉及肉制品中TVB-N含量≤15 mg/100 g为新鲜肉,TVB-N含量>20 mg/100 g时为变质肉。对照组肉样的TVB-N含量增加幅度最大,在第9天时达到了20.77 mg/100 g,已超过国标限定值。而TSP组在第12天时羊肉变质,添加不同质量分数BLP处理组的TVB-N含量在贮藏至15 d时才超出国标限定值,TVB-N含量变化趋势与pH值基本一致。以上结果可知,西兰花叶多酚复合膜具有较好的抗菌性能,可以延缓肉样腐败变质。
图6 复合膜对羊肉贮藏期间TVB-N含量的影响Fig.6 Effect of composite film on the TVB-N content of mutton during storage
2.2.4 菌落总数
肉的腐败变质是由微生物引起的,菌落总数是评价羊肉新鲜度和品质的重要指标之一[25]。一般情况下,菌落总数>6 lg CFU/g为变质肉[26]。羊肉贮藏期间菌落总数如图7所示。
图7 复合膜对羊肉贮藏期间菌落总数的影响Fig.7 Effect of composite film on total viable count of mutton during storage
在贮藏第0天时,羊肉的菌落总数为2.91 lg CFU/g。由于微生物的大量繁殖,导致对照组在贮藏至第9天时已达到了6.29 lg CFU/g,而此时处理组均未超过国标规定,且TSP+BLP处理组的菌落总数均显著低于TSP组(P<0.05),这与田玉潭等[27]研究结果相似。添加了3%BLP的处理组在贮藏末期菌落总数上升至6.18 lg CFU/g,羊肉出现氨味,表明已经腐败变质。相比对照组,添加了多酚的复合膜包裹羊肉,延长了羊肉的货架期,复合膜对延缓羊肉微生物生长有积极的抑制作用,且添加了西兰花叶多酚的复合膜效果更佳。因此,多酚复合膜作为肉品包装可以达到良好的抑菌保鲜效果。
2.2.5 感官评价
感官评分是反映肉样新鲜程度最直观的指标[25],是消费者购买肉类产品的重要因素。对照组和不同处理组的羊肉感官评价如图8所示。感官评分随贮藏时间的延长均降低,处理组的感官评分下降速度显著低于对照组(P<0.05),这与徐红艳[28]的研究结果相似。感官评分的下降是因为贮藏期间羊肉脂质氧化和微生物生长所致,对照组肉样在贮藏第9天时已处于不可接受水平。与TSP组相比,含有BLP的处理组得分显著较高(P<0.05),感官评分降低最少的为TSP+BLP 3%处理组,这可能与西兰花叶多酚的颜色及气味有关。这表明BLP的添加可以维持羊肉感官质量和延长保质期。
图8 羊肉贮藏期间感官评分的变化Fig.8 Changes in sensory scores of mutton during storage
本试验将BLP添加到木薯淀粉/果胶复合基膜中,探究了BLP添加量对复合基膜性能的影响以及复合薄膜对羊肉保鲜效果的影响。结果表明,复合薄膜的厚度、密度、溶胀度、拉伸强度和不透明度均显著增大(P<0.05),断裂伸长率、水溶性和水蒸气透过率显著减小(P<0.05),说明添加BLP可以改善复合基膜的性能。TSP薄膜对冷藏肉的保鲜效果受添加BLP质量分数的影响,复合膜包裹羊肉在4 ℃下贮藏,结果表明,随着贮藏时间的延长,复合膜包裹羊肉的感官评分始终优于对照组,且处理组pH、TBARS值、TVB-N含量及菌落总数均显著低于对照组(P<0.05),在所有组中TSP+BLP 3%的效果最好。这表明西兰花叶多酚-木薯淀粉/果胶复合膜对羊肉具有良好的保鲜效果,延长了羊肉的保质期。