丁香酚纳米微粒在冷鲜猪肉保鲜中的应用

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(西北农林科技大学食品科学与工程学院,陕西杨凌 712100)

丁香酚纳米微粒在冷鲜猪肉保鲜中的应用

张力,张娟,王綪,马凌艳,丁武*

(西北农林科技大学食品科学与工程学院,陕西杨凌 712100)

采用自组装法制备丁香酚纳米微粒,选取明胶-壳聚糖纳米微粒、丁香酚溶液以及空白处理作为对照组,对冷鲜猪肉进行涂膜处理,探究其对冷鲜猪肉贮藏中pH、持水力、挥发性盐基氮(TVB-N)含量、硫代巴比妥酸(TBARS)值、菌落总数、红度及质构指标的影响。结果表明，丁香酚纳米微粒能有效抑制冷鲜猪肉的pH、TVB-N含量、TBARS值增长,其效果显著优于丁香酚处理组(p<0.05);丁香酚纳米微粒处理组a值高于同期丁香酚与明胶-壳聚糖处理组;丁香酚纳米微粒有效延缓冷鲜猪肉的持水力、质构指标弹性、粘聚性的下降;菌落总数实验表明,丁香酚纳米微粒组贮藏期可延长至13 d,与对照组(6 d)有显著差异(p<0.05)。由此可见，丁香酚纳米微粒对冷鲜猪肉保鲜具有较好的防腐抗菌、抗氧化作用。

丁香酚,纳米微粒,冷鲜猪肉,保鲜

冷鲜肉因营养价值高,味道鲜美,生产成本相对较低等优点,成为我国广受欢迎的肉类消费品之一[1]。冷鲜肉是经严格执行屠宰检疫制度后的畜禽胴体迅速冷却处理,胴体温度(以后腿内部中心为测量点)在24 h内降为0～4 ℃,并在后续的排酸、加工、流通和销售过程中温度保持在0～4 ℃范围的预冷加工肉制品。该冷藏条件不能完全抑制肉品中微生物尤其是致病菌和腐败菌的生长繁殖,其中丰富的蛋白质、脂质易发生氧化变质,难以获得较长时间的货架期。采用涂膜保鲜延长保质期是冷鲜肉生产过程中的关键技术之一。

香辛料提取物等植物源天然食品防腐剂加工技术成为研究热点[2-5]。丁香酚(4-烯丙基-2-甲氧基苯酚)是提取自桃金娘科丁香属植物的一类天然酚类化合物,是丁香精油中主要的抑菌成分,其抑菌谱宽,对酵母、细菌、霉菌都有较强的抑制力,兼具抗氧化性能,适合作为食品用天然防腐保鲜剂[6-8]。但因其不溶于水,易挥发,稳定性差,直接运用并不能保证其功能充分发挥。壳聚糖是经甲壳素脱乙酰化衍生的天然产物,是有广泛来源的唯一碱性氨基多糖,其抑菌范围广,抗菌活性强,可以与明胶通过复合凝聚作用形成静电结合,二者以良好的生物相容性,生物可降解性且无毒性广泛用作食品用纳米载体包封材料[9-11]。

本文以可溶性明胶-壳聚糖复合物为载体,采用自组装法制备丁香酚纳米微粒,改善丁香酚水溶性差等限制,利用其缓释性能,开发天然来源的食品防腐剂在冷鲜猪肉保鲜中的应用。实验前期探究最优工艺制备丁香酚纳米微粒,用可溶性明胶-壳聚糖复合物、丁香酚溶液以及未作处理的冷鲜猪肉为对照组,通过测定贮藏期冷鲜猪肉pH、持水力、TBARS值等指标的变化情况,探究其对冷鲜猪肉品质的影响。

1 材料与方法

1.1材料与仪器

新鲜猪肉 西安杨凌雨润集团;丁香酚(纯度99%) 上海麦克林生化科技有限公司;明胶 国药集团化学试剂有限公司;壳聚糖(脱乙酰度≥95%) 上海阿拉丁试剂有限公司;冰醋酸、三氯乙酸、2-硫代巴比妥酸、氢氧化钠等 均为分析纯;保鲜膜 透湿率69.4 g/m2·24 h，东莞巨友纸塑制品有限公司。

MS-01H型恒温测速磁力搅拌器 美国Magnetic Stirrer公司;UV-1900型双光束紫外可见分光光度计 上海佑科仪器仪表有限公司;pHS-3C型精密pH计 上海日岛科学仪器有限公司;WSC-S型测色色差计 上海精密科学仪器有限公司;WGP-400型智能恒温恒湿箱 宁波海曙赛福实验仪器厂;HC-3018R型高速冷冻离心机 安徽中科中佳科学仪器有限公司;TA.XT Plus型物性测定仪 英国STable Micro systems公司。

1.2实验方法

1.2.1 保鲜剂的制备

1.2.1.1 可溶性明胶-壳聚糖复合物的制备 称取一定量的壳聚糖和明胶,分别溶解于0.5%醋酸溶液和超纯水中[12],制备成2 mg/mL的壳聚糖溶液和2 mg/mL明胶溶液。用0.45 μm的微孔滤膜过滤,将壳聚糖溶液缓慢滴入明胶溶液中,使壳聚糖与明胶的质量比为1∶3,调节pH至6.0,转速为800 r/min,搅拌30 min,60 ℃水浴加热20 min,通过阴阳离子静电作用发生交联,即形成可溶性明胶-壳聚糖复合物。

1.2.1.2 丁香酚纳米微粒的制备 量取一定体积丁香酚液体,溶于40%乙醇溶液,与2 mg/mL壳聚糖溶液均匀混合后,壳聚糖与丁香酚的质量比固定为1∶2,逐滴缓慢加入2 mg/mL明胶溶液中,转速为800 r/min,室温状态下搅拌10 min后,调节体系pH至6.0,搅拌30 min后,60 ℃水浴加热20 min[13],即形成丁香酚-明胶-壳聚糖纳米微粒。

1.2.1.3 丁香酚溶液的制备 丁香酚溶液:其浓度与丁香酚纳米微粒中包封的丁香酚浓度相同。

1.2.2 肉样处理 新鲜猪肉置于4 ℃冰箱,充分排酸24 h。在无菌条件下剔除肉品中的脂肪和筋膜,切成200 g形状均匀的块状,随机分成四组,分别用制备好的丁香酚纳米微粒(Euo-Gel-CS NPs)、明胶-壳聚糖纳米微粒(Gel-CS NPs)以及丁香酚溶液(Euo)进行浸渍处理,充分浸泡3 min,取出沥干1 min,第四组不做处理(CK),样品用保鲜膜包装,放置4 ℃冰箱冷藏待用。

以处理当天为计时起点第0 d,在贮藏的第1、3、5、7、9、11、13、15 d取样，测定样品pH、持水力、菌落总数以及质构;在贮藏的第2、4、6、8、10、12、14 d取样，测定样品TBARS值、TVB-N含量、色度。随机取样测定,每组实验均三次平行。

1.2.3 冷却猪肉贮藏期间指标测定

1.2.3.1 理化指标测定 pH测定:根据GB/T 9692.5-2008《肉与肉制品pH测定》的方法[14-15]进行,判定标准为:新鲜肉:pH5.8～6.2;次新鲜肉:pH6.3～6.6;变质肉:pH6.7以上。

挥发性盐基氮(TVB-N)含量测定:采用半微量凯氏定氮仪检测法,参照GB/T 5009.44-2003《肉与肉制品卫生标准的分析方法》[16]。规定标准:一级鲜肉TVB-N值≤15.0 mg/100 g;次鲜肉TVB-N值为15.0～20.0 mg/100 g;腐败肉≥20.0 mg/100 g。

硫代巴比妥酸(TBARS)值测定:取10.0 g不同处理组的肉样剪碎,加入50 mL 7.5%三氯乙酸溶液(含0.1% EDTA-2Na),振摇30 min,定性滤纸过滤,取5 mL上清液,分别加入等体积2-硫代巴比妥酸溶液(0.02 mol/L),90 ℃水浴40 min,自然冷却,加5 mL氯仿混匀,待静置后,在600 nm和532 nm处测定其上清液样品的吸光值,计算TBARS值如下:

TBARS值(mg/kg)=(A532-A600)/155×(1/10)×72.6×1000

标准规定:良质肉TBARS值≤0.664 mg/kg,次鲜肉TBARS值0.664～1.000 mg/kg，变质肉TBARS值>1.000 mg/kg[17]。

持水力测定:采用加热离心法进行测定,取5.0 g待测肉样绞碎,放入离心管中,70 ℃水浴20 min,3000 r/min离心3 min,倒掉水分,肉样称重,计算持水力。

持水力(%)=[肉样重×含水量-(肉样重-离心后肉样重)]/(肉样重×含水量)×100

红度的测定:采用色差计测定各处理组的肉样,随机在肉样上采点测定,记录a值。

1.2.3.2 微生物指标测定 菌落总数测定:根据GB 4789.2-2010《食品微生物学检验:菌落总数测定》[18],GB/T 9959.2-2008《分割鲜、冻猪瘦肉》评价标准[19]分为三级:一级鲜度≤1×104cfu/g,二级鲜度在1×104～1×106cfu/g之间,变质肉>1×106cfu/g。

1.2.3.3 质构测定 将样品分割成均匀形状的肉块(5 cm×5 cm×3 cm),选取硬度、弹性、粘聚力、回复性等指标进行测定,质地剖面分析测试模式(TPA):使用P5圆柱形不锈钢探头;测试速率参数1 mm/s;测试距离5 cm;循环2次;间隔时间5 s[20],每组测定6块。

1.3数据处理

使用Microsoft Excel 2007及SPSS 20进行数据处理及新复极差法(Duncan’s multiple)法进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1贮藏期冷鲜猪肉理化指标的变化

2.1.1 贮藏期冷鲜猪肉pH的变化 pH是肉制品新鲜度的重要评价指标,如图1所示,不同处理组肉样的pH在整个贮藏期间均有不同程度的增加,这是肉品中蛋白质类物质被微生物分解,产生氨基酸的分解产物等氨类物质引起的[21]。对照组(CK)样品pH一直高于同期其他处理组,在第9 d时pH>6.7,样品表面变粘,有腐败变质现象;Euo处理组样品在贮藏前期呈现pH微增长现象,11 d后pH大幅度增加(p<0.05);Euo-Gel-CS NPs处理组pH增长最为缓慢,第15 d时,Euo-Gel-CS NPs处理组达到次新鲜肉的临界值6.6,表明丁香酚纳米微粒对丁香酚有缓释作用,能有效抑制肉品中致腐菌并延缓其pH上升。

图1 贮藏期肉样pH的变化

2.1.2 贮藏期冷鲜猪肉挥发性盐基氮的变化 由图2可知,不同处理组的TVB-N值随贮藏期的延长均有不同幅度的增加。肉制品中的蛋白质在酶和某些细菌的作用下,经过脱氨、脱羧反应产生氨及胺类等碱性含氮物质,称为挥发性盐基氮[22-23]。CK组TVB-N值以较大幅度增长，前6 d低于腐败水平(20.0 mg/100 g)，肉样在第8 d时，TVB-N值为21.92 mg/100 g，超过国家标准限定值，为腐败变质肉；通过Gel-CS NPs处理的冷鲜猪肉TVB-N值高于同期Euo处理组水平,因为Gel-CS NPs在肉品表面形成明胶-壳聚糖可溶性复合膜增大了蛋白质含量,给微生物提供了更多的营养物质;Euo-Gel-CS NPs处理组对冷鲜猪肉保鲜效果良好,在第14 d时,TVB-N值为19.79 mg/100 g，显著低于其他处理组(p<0.01),为二级肉标准的临界值,表明Euo-Gel-CS NPs能有效抑制微生物繁殖,延缓蛋白质分解。

图2 贮藏期肉样挥发性盐基氮值的变化

2.1.3 贮藏期冷鲜猪肉硫代巴比妥酸值的变化 如图3所示,CK组TBARS值上升最快,TBARS值显著高于同期其他处理组(p<0.01),表明CK组冷鲜猪肉的脂肪氧化程度最高;硫代巴比妥酸值是通过测定肉品中脂肪氧化分解的终产物丙二醛的含量,间接评价肉品中脂质过氧化程度。Euo-Gel-CS NPs处理组TBARS含量增长最为缓慢,贮藏期间与其他组均有显著差异(p<0.01)。丁香酚作为脂溶性自由基清除剂,介导氢过氧化物保护肌肉免受氧化,是抑制肌肉中的脂质氧化的有效天然抗氧化剂[24]。Euo处理组在贮藏10 d内呈缓慢上升趋势,在第10 d时TBARS值为0.55 mg/kg,有氧化异味产生,由于丁香酚具有香辛料的特殊香味,两组处理实验期间氧化异味表现不明显;表明Euo-Gel-CS NPs能有效的对丁香酚活性物质进行保护,持续其抗氧化作用。

图3 贮藏期肉样TBARS值的变化

2.1.4 贮藏期冷鲜猪肉持水力的变化 由图4可知,各处理组肉样持水力在贮藏过程中均呈下降趋势,这是肌肉中的肌球蛋白发生蛋白质氧化,交联形成稳定的聚集体,使肌纤维收缩,引起持水力下降[25]。持水力是指肉品在贮藏加工过程中施加外力时保持自身水分及添加水分的水合能力[26-27],也称系水力或保水性,影响肉的滋味、香气、营养成分、嫩度、颜色等食用品质。Euo-Gel-CS NPs处理组肉样持水力在1～13 d下降缓慢,因为纳米微粒保鲜剂为含有水分的凝胶状,能对肉样形成保护层,在贮藏期间先蒸发保鲜剂自身所含水分,从而延缓了肉样的水分流失;其次纳米微粒有缓释丁香酚的作用,丁香酚具有抗氧化活性,有效防止肉质中肌球蛋白的交联变性,抑制其持水力下降,与其他处理组有显著性差异(p<0.05)。

图4 贮藏期肉样持水力的变化

2.1.5 贮藏期冷鲜猪肉红度的变化 色差仪所测a值是红度,a值越大,表明肉样越红,被氧化程度越低。从图5中得出,肉样a值随时间延长而逐渐变小,各处理组的下降幅度不同,Euo-Gel-CS NPs处理组初始a值为20.98,到第14 d下降为13.65,与其他处理组均有显著性差异(p<0.05),说明氧合肌红蛋白进一步被氧化成高铁肌红蛋白后,颜色变深,呈褐色;Euo处理组与Gel-CS NPs处理组均低于同期Euo-Gel-CS NPs处理组,表明Euo-Gel-CS NPs保鲜剂有效的抑制了肉质中腐败菌的增长,有护色保鲜、抗氧化作用,且其作用持久。CK处理组a值下降最快,在第8 d时,a值为14.81,其肉样颜色变暗呈现褐色。

图5 贮藏期肉样a值的变化

2.2贮藏期冷鲜猪肉菌落总数的变化

从图6可知,各处理组肉样的菌落总数随贮藏期延长均有所增加。Euo-Gel-CS NPs处理组肉样的增加幅度最小,再次验证丁香酚纳米微粒对丁香酚有缓释作用,能够延长其防腐抑菌效果,在贮藏期与其他处理组均有显著性差异(p<0.05)。在第13 d时，菌落总数为5.4 lg cfu/g，低于变质肉规定标准，在第15 d菌落总数超过腐败水平(6.0 lg cfu/g)；Euo处理组在贮藏前期菌落总数增长缓慢,但因丁香酚易挥发,其抑菌效果远差于Euo-Gel-CS NPs;Gel-CS NPs处理组在第9 d开始出现表面发黏、腐败气味等现象;CK处理组在7 d后菌落总数值超标成为变质肉,四种处理组的菌落总数大小排序为:Euo-Gel-CS NPs处理组

图6 贮藏期肉样菌落总数的变化

2.3贮藏期冷鲜猪肉质构的变化

质构特性是对肉品感官最直接、准确的评价方法,如表1所示,各处理组肉样的硬度在贮藏期均呈先变小后变大的趋势,硬度是肉样达到一定形变所必需的力。Euo-Gel-CS NPs处理组在第13 d时硬度下降到65.85 g,此后开始上升,因为肉样中蛋白质氧化反应导致的钙蛋白酶的失活对硬度产生不利影响,此结果与文献结果一致[28-29]。弹性是指肉样经过第一次压缩后恢复原状的程度。随着肉品贮藏各处理组弹性均下降,肉质中蛋白质由于自溶作用逐渐水解成小分子物质,其网络结构被破坏导致弹性下降。Euo-Gel-CS NPs处理组弹性下降趋势缓慢,在贮藏的第3、11～15 d与CK处理组有显著性差异(p<0.05),说明Euo-Gel-CS NPs保鲜剂有效的保护了肉质的弹性。粘聚性,又称内聚性,是在肉质内部相邻各部分之间的相互吸引力,各处理组粘聚性随肉样贮藏均呈下降趋势,说明肌肉纤维的内部结构键力逐渐减小。Euo处理组在贮藏前期与Euo-Gel-CS NPs处理组下降程度相似,说明丁香酚作用于结构间隙,有抗氧化和防腐效果。回复性指受外界压力恢复原来形状的程度,与弹性有一定相关性,也呈整体下降趋势,感官表现为初期的回复性良好到后期指压后不完全恢复乃至凹陷。

表1 贮藏期质构特性的变化

注:字母不同表示不同处理间差异显著(p<0.05)。

3结论

通过静电作用形成明胶-壳聚糖可溶性复合物,采用自组装法制备丁香酚纳米微粒,在半透膜壁材的保护下,达到延缓释放作用,比丁香酚显示出更优异的防腐抗菌、抗氧化性能,有效延长丁香酚抑菌作用时间,同时克服其水溶性差、易挥发等缺点,制备工艺简单易操作,制备过程绿色无污染,不使用任何毒性交联剂,所制纳米微粒具有可食用、生物相容性良好等特性。丁香酚纳米微粒能有效抑制肉品中致腐菌生长并延缓其pH上升;丁香酚具有抗氧化活性,有效防止肉质中肌球蛋白的交联变性,抑制其持水力下降;丁香酚纳米微粒兼具护色性能;丁香酚纳米微粒有效抑制TVB-N含量、TBARS值的增长,说明制备的纳米微粒对丁香酚有缓释性能。综合分析TVB-N含量、菌落总数等指标说明,丁香酚纳米微粒涂膜处理的冷鲜猪肉延长了7 d的货架期,对冷鲜猪肉防腐保鲜有良好效果。丁香酚纳米颗粒在用作食品包装的抗氧化、防腐抗菌活性材料方面具有广阔应用前景。

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Applicationofeugenolnanoparticlesonpreservationofchilledpork

ZHANGLi,ZHANGJuan,WANGQian,MALing-yan,DINGWu*

(College of Food Science and Engineering,Northwest Agricultureand Forestry University,Yangling 712100,China)

The eugenol nanoparticles were prepared by self-assembly method.The gelatin-chitosan nanoparticles,eugenol solution and blank treatment were used as the control group.The chilled pork was treated by coating method and was then processed with preservatives,pH,water holding capacity,volatile base nitrogen(TVB-N),thiobarbituric acid(TBARS)value and the total number of colonies and other indicators were detected.The effect of eugenol nanoparticles on the pH,TVB-N value and TBARS value of chilled pork was significantly higher than that of eugenol treatment group(p<0.05).The reda-value of eugenol nanoparticles treated group was higher than that of eugenol and gelatin-chitosan treatment group.The results showed that eugenol nanoparticles could retard the decrease of water holding capacity,texture index,springiness and cohesiveness effectively.The total number of colony experiments showed that the storage period of eugenol nanoparticles treatment group could be extended to 13 d,which was significantly different from(p<0.05)that in the control group(6 d). Thus,eugenol nanoparticles has a good anti-corrosion,anti-oxidation effect on preservation of chilled pork.

eugenol;nanoparticles;chilled pork;preservation

2017-05-18

张力(1992-)，女，硕士研究生，研究方向：畜产品深加工及安全控制，E-mail：18729966309@163.com。

*

丁武(1971-)，男，博士，教授，研究方向：畜产品深加工及安全控制，E-mail：dingwu10142000@163.com。

国家重点研发计划(2016YFD0401500)。

TS251.5

A

1002-0306(2017)22-0280-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.22.054