黑木耳多糖/殼聚糖可食性復(fù)合膜的制備及對鮮牛肉的保鮮效果

秦丹丹，吳 瓊，白 洋，曹慧馨，劉夢林

（長春大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長春 130022）

隨著人們生活水平的提高，對食品安全的要求也越來越高，食品的包裝質(zhì)量也引起了人們的關(guān)注。與傳統(tǒng)的塑料包裝膜相比，可食性包裝膜因其具有無毒、無害、可生物降解性、可再生性和良好的生物相容性、阻氣性和阻水性等優(yōu)點(diǎn)成為食品包裝領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[1-3]。研究表明，可食性包裝膜多以自然界中多糖類高分子物質(zhì)為材料，如淀粉、維生素、海藻酸鈉等。近幾年，雖然以殼聚糖為材料制備可食性包裝膜的研究很多，但單一的殼聚糖膜因其性能存在缺陷，限制了其在食品包裝領(lǐng)域的應(yīng)用。通過將功能化合物添加到殼聚糖中[4-5]，可以彌補(bǔ)單一殼聚糖膜的性能缺陷，提高膜的性能，生產(chǎn)出具有一定功能作用的可食性包裝膜，使其更好地應(yīng)用于食品包裝領(lǐng)域。

黑木耳（Auricularia auricular）富含多糖、維生素及礦物質(zhì)元素等多種功能性物質(zhì)，是一種珍貴的藥食兼用膠質(zhì)真菌[6]。多糖是黑木耳中最主要的活性成分[7-9]，具有抗氧化、抗凝血、抗腫瘤、抗衰老、降血脂、增強(qiáng)免疫力等多種生理活性[10-14]。因此，將黑木耳多糖作為功能性物質(zhì)添加到殼聚糖中，可以制備出一種環(huán)保、健康、安全、性能優(yōu)良、抑菌、抗氧化、可降解的可食性包裝膜。

冷鮮牛肉因其具有鮮嫩、美味、安全、衛(wèi)生等優(yōu)點(diǎn)而深受消費(fèi)者喜愛。但0～4 ℃貯存并不能完全抑制脂質(zhì)過氧化和微生物的生長，容易造成冷鮮牛肉在貯藏、運(yùn)輸、銷售過程中發(fā)生腐敗變質(zhì)，導(dǎo)致營養(yǎng)價(jià)值降低、貨架期變短，因此對冷鮮牛肉的保鮮具有重大意義。采用黑木耳多糖/殼聚糖（auricularia auricularpolysaccharide/chitosan，AAP/CS）復(fù)合膜對冷鮮牛肉進(jìn)行包裝，黑木耳多糖能夠從膜包裝材料中滲透進(jìn)入食品，在食品表面保持一定濃度，可以緩解冷鮮牛肉在貯藏過程中的水分流失以及包裝過程中汁液的流失，減少腐敗菌和致病菌的繁殖，從而延長食品的貨架期，保持其質(zhì)量和感官特性。

本實(shí)驗(yàn)將黑木耳多糖作為功能性物質(zhì)添加到殼聚糖中，通過流延法制備A A P/C S 復(fù)合膜，研究黑木耳多糖添加量對復(fù)合膜物理性能、機(jī)械性能、結(jié)構(gòu)及抗氧化活性的影響，并用制備的復(fù)合膜、殼聚糖膜及聚對苯二甲酸乙二醇酯/聚乙烯（polyethylene terephthalate/polyethylene，PET/PE）復(fù)合真空包裝袋對冷鮮牛肉進(jìn)行真空包裝保鮮，模擬超市環(huán)境4 ℃條件下貯藏，對冷鮮牛肉進(jìn)行感官評價(jià)、pH值、菌落總數(shù)及硫代巴比妥酸反應(yīng)物（thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）值的測定，研究復(fù)合膜對肉品的保鮮效果，以期為黑木耳多糖的進(jìn)一步研究及其在食品中的開發(fā)利用提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

干黑木耳、牛肉（屠宰后的牛后腿精瘦肉）市售；平板計(jì)數(shù)瓊脂培養(yǎng)基北京博星生物技術(shù)責(zé)任有限公司；殼聚糖（脫乙酰度≥95%）、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）、丙二醛乙縮醛（純度≥95%）上海麥克林生化科技有限公司；其他試劑均為分析純北京化工廠。

1.2 儀器與設(shè)備

UV-2700型紫外-可見分光光度計(jì)、Nicolet iS5型傅里葉變換紅外光譜儀日本島津公司；JJ-1BA型攪拌器常州潤華電器有限公司；QJ210A型電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)上海傾技儀器儀表科技有限公司；DHP-9082型電熱恒溫培養(yǎng)箱上海一恒科技有限公司；Jipad-20型拍打式無菌均質(zhì)器上海旌派儀器有限公司；PHS-3C型pH計(jì)上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 多糖的提取

黑木耳多糖的提取采用Bao Honghui等[15]的方法，略有改進(jìn)。稱取已粉碎好的黑木耳粉末40 g，加入400 mL、體積分?jǐn)?shù)80%乙醇溶液，70 ℃下浸提2 h，以除去黑木耳中低分子質(zhì)量物質(zhì)，過濾，將濾渣干燥后加入30 倍體積的蒸餾水，90 ℃浸提2 h，4 000 r/min離心20 min，收集上清液。向上清液中按體積比5∶1加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的三氯乙酸溶液除去蛋白，濃縮、醇沉，冷凍干燥后得到AAP。采用Wu Qiqiong等[16]的方法測定出AAP的分子質(zhì)量為3.57×106Da。

1.3.2 AAP/CS的制備

將0.6 g CS溶于20 mL體積分?jǐn)?shù)為2%的乙酸溶液中，磁力攪拌至完全溶解，得到CS溶液。將不同添加量（CS質(zhì)量的5%、10%、15%、20%、25%和30%）的AAP溶于20 mL蒸餾水中，制得AAP溶液。將CS溶液與AAP溶液混合，并加入0.24 g甘油，50 ℃水浴攪拌30 min，制得AAP/CS復(fù)合膜溶液。取20 g復(fù)合膜溶液緩慢倒入直徑為90 mm的塑料培養(yǎng)皿上，50 ℃干燥成膜。

1.3.3 復(fù)合膜理化性能測定

用螺旋測微儀測定厚度，每種膜選取5 個(gè)點(diǎn)，取平均值作為結(jié)果。

密度的測定采用孫彥峰等[17]的方法。

溶解度的測定采用Khoshgozaran-Abras等[18]的方法。

溶脹度的測定采用Mayachiew等[19]的方法。

不透明度的測定采用王坤等[20]的方法。

水蒸氣透過率的測定采用GB/T 1037—1988《塑料薄膜和片材透水蒸氣性試驗(yàn)方法 杯式法》[21]的方法。

按照GB/T 1040.3—2006《塑料 拉伸性能的測定 第3部分：薄塑和薄片的試驗(yàn)條件》[22]，采用電子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)測定復(fù)合膜的抗拉強(qiáng)度及斷裂伸長率。

1.3.4 復(fù)合膜結(jié)構(gòu)測定

將膜烘干剪碎后與溴化鉀按質(zhì)量比1∶100混合，研磨均勻后壓片，在4 000～400 cm-1處進(jìn)行傅里葉變換紅外光譜掃描。

1.3.5 復(fù)合膜抗氧化性測定

將試樣膜用2 g/100 mL的NaOH溶液浸泡1 h后，置于50 ℃烘箱中烘干至恒質(zhì)量。取0.2 g干燥后的復(fù)合膜置于10 mL DPPH-乙醇溶液（0.1 mmol/L）中，室溫避光靜置24 h，在517 nm波長處測定吸光度（AS），并測定DPPH-乙醇溶液在517 nm波長處的吸光度（ADPPH）。根據(jù)下式計(jì)算膜的DPPH自由基清除率。

1.3.6 牛肉的保鮮實(shí)驗(yàn)

1.3.6.1 牛肉處理

在無菌條件下，將冷鮮牛肉進(jìn)行均勻分割處理，分別用PET/PE復(fù)合真空包裝袋、CS膜以及AAP添加量為30%的AAP/CS復(fù)合膜對冷鮮牛肉進(jìn)行真空包裝保鮮，于4 ℃條件下貯藏10 d，每隔2 d取樣一次，對冷鮮牛肉進(jìn)行感官評價(jià)，并測定肉品中pH值、菌落總數(shù)以及TBARS值。

1.3.6.2 感官評價(jià)

由10 名食品專業(yè)人員組成評定小組，參照GB/T 17238—2008《鮮、凍分割牛肉》[23]對冷鮮牛肉進(jìn)行感官評定。感官評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表 1 感官評分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria for sensory evaluation of beef

1.3.6.3 pH值的測定

按照GB 5009.237—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品pH值的測定》[24]對冷鮮牛肉的pH值進(jìn)行測定。

1.3.6.4 菌落總數(shù)的測定

按照GB 4789.2—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測定》[25]對冷鮮牛肉的菌落總數(shù)進(jìn)行測定。

1.3.6.5 TBARS值的測定

按照GB 5009.18—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中丙二醛的測定》[26]對冷鮮牛肉的TBARS值進(jìn)行測定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

使用SPSS Statistics 20.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用Duncan多重比較檢驗(yàn)法進(jìn)行顯著性差異分析，P＜0.05表示差異顯著，使用OriginPro 8.5軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合膜的理化性能測定結(jié)果

表 2 AAP添加量對復(fù)合膜厚度、密度、溶解度和溶脹度的影響Table 2 Effect of AAP content on thickness, density, solubility and swelling rate of composite films

從表2可以看出，AAP添加量的增加對復(fù)合膜厚度、密度、溶解度、溶脹度有顯著性影響（P＜0.05）。這可能是因?yàn)锳AP可以填補(bǔ)CS分子之間的間隙，使膜的結(jié)構(gòu)更為緊密，從而導(dǎo)致復(fù)合膜的厚度和膜密度增加。復(fù)合膜的溶解度和溶脹度隨著AAP添加量的增加而增加，可能是因?yàn)锳AP含有大量羥基，具有較強(qiáng)的親水性，導(dǎo)致水分子更易進(jìn)入復(fù)合膜中，促進(jìn)了膜的溶解和溶脹。

從表3可以看出，AAP添加量對復(fù)合膜不透明度、水蒸氣透過率、抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長率都有顯著影響（P＜0.05）。AAP本身具有顏色，AAP的加入使復(fù)合膜逐漸呈現(xiàn)土黃色，導(dǎo)致透明度逐漸降低。通常，水蒸氣透過率取決于水分子在薄膜基質(zhì)中的擴(kuò)散率和溶解度。隨AAP添加量增加，AAP/CS復(fù)合膜水蒸氣透過率降低，一方面可能是AAP與CS之間的相互作用減少了它們中親水基與水的相互作用；另一方面，AAP/CS復(fù)合膜密度增加，說明CS基質(zhì)中的間隙空間減少，從而降低了水分子通過膜的擴(kuò)散速率。同時(shí)隨著AAP添加量的增加，溶液黏稠度增大，導(dǎo)致溶液流動性變差，抗拉強(qiáng)度增加，斷裂伸長率降低。

表 3 AAP添加量對復(fù)合膜不透明度、水蒸氣透過率、抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長率的影響Table 3 Effect of AAP content on opacity, water vapor permeability,tensile strength and elongation at break of composite films

2.2 復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)分析結(jié)果

圖 1 復(fù)合膜的傅里葉變換紅外光譜圖Fig. 1 Fourier transform infrared spectra of composite films

由圖1可知，復(fù)合膜在3 424 cm-1處為—OH與—NH伸縮振動吸收峰，寬峰表明存在分子內(nèi)和分子間氨鍵；在2 921 cm-1和2 850 cm-1處主要是C—H的伸縮振動吸收峰，1 629 cm-1處主要是酰胺C＝O伸縮振動吸收峰。AAP的添加使復(fù)合膜在1 401 cm-1處出現(xiàn)了新峰，這歸因于AAP中C—O的伸縮振動，說明復(fù)合膜中AAP和CS發(fā)生了相互作用。復(fù)合膜在1 101 cm-1和621 cm-1處主要是CS的結(jié)晶敏感峰。

2.3 復(fù)合膜抗氧化性分析結(jié)果

圖 2 AAP添加量對復(fù)合膜DPPH自由基清除率的影響Fig. 2 Effect of AAP content on DPPH radical scavenging capacity of composite films

由圖2可知，隨著AAP添加量的增加，DPPH自由基清除率逐漸增加。CS膜的DPPH自由基清除率為37.33%，當(dāng)AAP的添加量上升至30%時(shí)，復(fù)合膜的DPPH自由基清除率為51.73%，是CS膜的1.39 倍。這表明復(fù)合膜具有較強(qiáng)的抗氧化性，可能是因?yàn)锳AP中的羥基供氫能力較強(qiáng)，阻止了自由基之間反應(yīng)的進(jìn)行，從而使AAP/CS復(fù)合膜具有更高的DPPH自由基清除率。

綜上，AAP添加量為30%的復(fù)合膜綜合性能較好，該復(fù)合膜的水蒸氣透過率最低，可以有效抑制食品中水分的散失，且具有最高的DPPH自由基清除率。后續(xù)實(shí)驗(yàn)采用AAP添加量為30%的AAP/CS復(fù)合膜對冷鮮牛肉進(jìn)行真空包裝。

2.4 肉品品質(zhì)指標(biāo)分析結(jié)果

2.4.1 感官評價(jià)

圖 3 牛肉在不同包裝材料中4 ℃冷藏條件下的感官評價(jià)Fig. 3 Sensory evaluation of beef packaged with different materials during storage at 4 ℃

由圖3可知，隨著冷藏時(shí)間的延長，不同包裝材料中牛肉的感官得分逐漸減小，這與付麗等[27]的研究結(jié)果相似。牛肉在貯藏時(shí)期顏色的變化、腐敗氣味的產(chǎn)生以及狀態(tài)的變差，主要是微生物生長和脂質(zhì)氧化所致。在0～10 d冷藏過程中，PET/PE復(fù)合真空包裝袋中的牛肉感官得分最低，其次是CS包裝組，最后是AAP（30%）/CS包裝組，這可能是因?yàn)锳AP具有抗氧化活性和抑菌性，可以抑制微生物生長和脂質(zhì)氧化，從而抑制冷鮮牛肉腐敗變質(zhì)，維持冷鮮牛肉感官品質(zhì)和延長保質(zhì)期。

2.4.2 pH值

由圖4可知，隨著冷藏時(shí)間的延長，不同包裝材料中牛肉的pH值逐漸減小。牛肉pH值在宰前呈中性，宰后由于肌肉糖酵解作用使乳酸在肌肉中累積導(dǎo)致pH值減小[28]。在0～10 d冷藏過程中，PET/PE復(fù)合包裝的牛肉pH值減小得最快，pH值從5.90減小到5.30（P＜0.05）；CS包裝的牛肉pH值減小得較慢，pH值從5.90減小到5.60（P＜0.05）；AAP（30%）/CS包裝的牛肉pH值從5.90增加到6.15（2 d）又減小到6.02（P＜0.05），這可能是因?yàn)镃S在低pH值條件下發(fā)生降解反應(yīng)，從而改變了牛肉表面的酸性環(huán)境[29]；另一方面可能是因?yàn)锳AP滲透到冷鮮牛肉表面，有效抑制了冷鮮牛肉pH值的降低。但楊斌等[30]的研究結(jié)果與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果略有不同，其發(fā)現(xiàn)納米銀酯化淀粉薄膜可以抑制冷鮮牛肉在貯藏期間pH值的增加趨勢。這可能與肉的成熟有關(guān)，牛肉的pH值在屠宰后先降低后升高，本實(shí)驗(yàn)研究的是牛肉pH值因?yàn)樘墙徒庾饔弥饾u降低的過程，與劉偉[29]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似。

2.4.3 菌落總數(shù)

圖 5 牛肉在不同包裝材料中4 ℃冷藏條件下的菌落總數(shù)Fig. 5 Total bacterial counts in beef packaged with different materials during storage at 4 ℃

由圖5可知，隨著冷藏時(shí)間的延長，不同包裝材料中的牛肉菌落總數(shù)逐漸增加。經(jīng)過10 d冷藏，PET/PE復(fù)合包裝組牛肉的菌落總數(shù)從4.80（lg（CFU/g））增加到7.53（lg（CFU/g））（P＜0.05），增加了57%。貯藏前期PET/PE復(fù)合包裝的牛肉在冷藏前期（0～2 d）菌落總數(shù)小于6.0（lg（CFU/g）），說明未變質(zhì)[31]，這可能是因?yàn)檎婵瞻b組前期氧氣濃度低，抑制了需氧微生物的生長和繁殖；CS包裝組牛肉的菌落總數(shù)從4.80（lg（CFU/g））增加到6.58（lg（CFU/g））（P＜0.05），總量增加了37%，這可能是因?yàn)镃S分子上帶正電的氨基與帶負(fù)電的微生物生物膜發(fā)生靜電作用，從而抑制了微生物的生長繁殖[32]；AAP（30%）/CS包裝的牛肉菌落總數(shù)從4.80（lg（CFU/g））增加到5.69（lg（CFU/g））（P＜0.05），總量增加了19%，這可能是因?yàn)锳AP抑菌作用使AAP（30%）/CS包裝的牛肉中微生物生長緩慢。經(jīng)過10 d冷藏，只有AAP（30%）/CS包裝的牛肉未變質(zhì)。李天密等[33]發(fā)現(xiàn)CS/姜黃素/γ-聚谷氨酸可食性復(fù)合膜可以抑制培根和火腿貯藏過程中的菌落總數(shù)增加，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。

2.4.4 TBARS值

圖 6 牛肉在不同包裝材料中4 ℃冷藏條件下的TBARS值Fig. 6 TBARS values of beef packaged with different materials during storage at 4 ℃

由圖6可知，隨著冷藏時(shí)間的延長，不同包裝材料中牛肉的TBARS值逐漸增加，這與高曉冉等[34]的研究結(jié)果相似。經(jīng)過10 d冷藏，PET/PE復(fù)合包裝、CS包裝、AAP（30%）/CS包裝組牛肉的TBARS從0.12 mg/kg分別增加到2.54、1.44、0.45 mg/kg（P＜0.05）。Sheard等[35]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)新鮮肉類產(chǎn)品中TBARS值大于0.5 mg/kg時(shí)，消費(fèi)者能感受到酸敗的味道。經(jīng)過10 d冷藏，只有AAP（30%）/CS包裝的牛肉符合要求。這是因?yàn)锳AP具有清除自由基的作用，進(jìn)而抑制了脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，減少了丙二醛的生成。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)將AAP與CS共混，以達(dá)到改善純CS膜性能的目的。結(jié)果顯示，與沒有添加AAP的CS膜相比，加AAP后復(fù)合膜的厚度、密度、溶解度、溶脹度、抗拉強(qiáng)度均顯著提高，水蒸氣透過率顯著降低，APP添加量為30%的AAP/CS復(fù)合膜DPPH自由基清除率達(dá)到了51.73%。說明AAP作為天然活性物質(zhì)能很好地溶入CS膜中，制備出具有優(yōu)良性能、高抗氧化活性的復(fù)合膜，適合用于食品包裝。但是，添加30%的AAP會使復(fù)合膜的斷裂伸長率和透明度降低，因此，還需繼續(xù)優(yōu)化AAP/CS復(fù)合膜的制備工藝，進(jìn)一步提高其品質(zhì)。

利用AAP/CS復(fù)合膜對冷鮮牛肉進(jìn)行真空包裝處理，結(jié)果顯示，相較于PET/PE復(fù)合真空包裝袋和CS膜，AAP/CS復(fù)合膜明顯降低了牛肉貯藏過程中菌落總數(shù)及TBARS值，延緩了牛肉貯藏過程感官品質(zhì)和pH值的降低。說明AAP/CS復(fù)合膜對冷鮮牛肉保鮮具有良好的效果。