海藻酸钠基LDH-ZnO复合膜保鲜冷却肉研究

张晨宇，王利强，2

（1.江南大学 机械工程学院，江苏无锡 214122；2.江苏省食品先进制造装备技术重点实验室，江苏无锡 214122）

0 引言

冷却肉营养丰富，购买贮藏方便，深受人们欢迎，但是，冷却肉在贮藏期间很容易受到微生物污染而腐败变质[1]，同时贮存环境的变化也会导致冷却肉发生脂肪氧化酸败。变质的冷却肉不仅外观、风味等发生极大变化，而且人们误食后更会损害身体健康。为延长冷却肉的货架期，保证冷却肉的质量，针对冷却肉的贮藏，学者们做出了一系列研究。当前，企业通常采取冷藏的方法保存冷却肉，但是冷藏需要大型冷藏设备，成本较高。另外，还有添加防腐剂保鲜、气调包装保鲜、辐照保鲜等，但是添加防腐剂会在冷却肉上残留有害物质，改变冷却肉的品质；气调包装投入大[2]，运转周期长；辐照保鲜则可能会产生放射线污染。目前，市场上用于冷却肉的包装材料主要是塑料包装，但是塑料包装中的有害物质可能会迁移到冷却肉中，安全性受到威胁，而且塑料包装垃圾很难处理，近年来由此导致的“白色污染”一直是人们关注的问题[3]。要克服当前冷却肉保鲜的缺点，既要保证冷却肉的安全，延长冷却肉的货架期，又要使包装材料不会造成环境污染。因此，选用可完全生物降解的环境友好型绿色包装材料替代塑料包装材料包装冷却肉[4]，既可以解决安全问题，又不会对环境造成污染，还可以减少能源消耗。为了贯彻可持续发展理念，研发绿色包装材料将是一重大举措[5]。

以天然高分子化合物为基材，向其添加助剂共混得到新的功能性材料是目前常采用的方法。海藻酸钠基水滑石-纳米氧化锌复合膜具有良好的生物降解性、相容性，而且该复合膜化学性质稳定，抗菌性能良好，成本较低，符合当前食品包装材料的发展方向。本文以天然多糖海藻酸钠（SA）为成膜基材[6-7]，使海藻酸钠和纳米氧化锌（NZnO）、水滑石（LDH）实现共混分别制备不同的复合薄膜进行冷却肉保鲜性能试验[8-9]，以感官品质、色泽、pH值、失重率为指标，对复合薄膜的保鲜性能进行评估。

1 材料与仪器

1.1 试验试剂

试验过程中所需使用的试剂和原料，如表1所示。

表1 试验试剂和原料Tab.1 Experimental reagents and raw materials

1.2 试验仪器

量筒、烧杯、玻璃棒、滴管、烘箱、培养皿、便携式水平尺、20 cm×25 cm亚克力玻璃板、塑料刮板、万能材料试验机、磁力搅拌器、电子天平、电子分析天平、数显高速分散均质机、pH计、色差仪、美丽雅保鲜袋（PE）等，重要仪器见表2。

表2 仪器名称及型号Tab.2 Instrument name and model

2 试验方法

2.1 冷却肉保鲜试验

选择海藻酸钠为成膜基材，配置4份适宜浓度海藻酸钠溶液，将经过超声分散的LDH、NZnO、LDH-NZnO分别和3份海藻酸钠溶液共混，从而制备出4种含有不同成分的成膜液，运用流延法将这4种成膜液分别均匀流延在亚克力玻璃板上，放入烘箱烘干后取出，冷却揭膜，即制得4种复合膜（F2：SA 膜，F3：SA-LDHS 膜，F4：SA-NZnO膜，F5：SA-LDHS-NZnO膜）。取对照组（F1：PE膜）和另外4种薄膜备用，将当天宰杀的市售冷却肉切成相同质量的若干份，用5种薄膜分别将冷却肉包裹，每种膜做3个平行试验。然后将包裹好的冷却肉试验样品放入4 ℃的冰箱中冷藏贮存，在一个周期内对冷却肉的感官品质、色泽、pH值、失重率进行统计分析，从而对冷却肉的保鲜效果做出评价。

2.2 感官品质评价方法

根据 GB 2707-2016《鲜（冻）畜、禽产品》[10]，挑选5位成员组成评价小组，对冷却肉保鲜性能试验过程中不同阶段冷却肉的感官品质进行打分，包括气味、颜色、弹性、黏性等，打分以感官品质评价表为依据，见表3。

表3 感官品质评价表Tab.3 Sensory quality evaluation table

2.3 色泽测定

冷却肉的色泽选用色差仪测量，使用时需要校准色差仪上的白板，校准板的测量值是L*=93.85，a*=-0.26，b*=3.50，其中 L*表示亮度值，a*表示红度值，b*表示黄度值。为防止测量过程中出现漏光的现象，应将冷却肉放置在测试台上。对冷却肉测试完成后可直接得到其数值，每个样品取5个数值，最终结果取其平均值。

2.4 pH值测定

根 据 GB 5009.237-2016《食 品 pH 值 的 测定》和 GB/T 9695.19-2008《肉与肉制品 取样方法》规定，取一定量的冷却肉搅碎成肉末，避免试样温度超过25 ℃[11]。配制试样质量10倍的氯化钾（KCl）溶液，将试样放入KCl溶液中，充分均质后，将电极插入溶液中，直接测量其pH值，每个样品取3个数值，最终结果取其平均值。

2.5 失重率测定

将冷却肉包装好之后，称量其重量，此时数值为M1；试验一定时间后，打开包装，用滤纸吸附除去冷却肉表面的液体，再次称量其重量，此时数值为M2，肉样失重率计算公式：

式中 Q ——失重率，%；

M1——加包装袋的冷却肉初始重量，g；

M2——一段时间后冷却肉加包装袋的重量，g。

3 结果与分析

3.1 感官品质评价

图1显示了贮藏期间5种薄膜包装对冷却肉感官品质的影响。图2显示了贮藏结束后各组冷却肉外观差异。用市售PE材质的普通保鲜袋包装的冷却肉在1～2天的时候等级低于4分，表明此时冷却肉已经开始变质，在5～6天则完全变质，感官品质表现为冷却肉呈现红褐色，腐臭味严重，按压后不恢复，样品黏度很大。用SA膜和SALDHS膜包装的冷却肉则在3～4天时开始出现变质现象，6～7天完全变质。用SA-NZnO膜和SALDHS-NZnO膜包装的样品在4～5天开始出现变质现象，7天后完全变质。

图1 贮藏期间不同包装薄膜对冷却肉感官品质的影响Fig.1 Effect of different packaging films on sensory quality of chilled meat during storage

图2 贮藏结束后不同薄膜包装对冷却肉外观品质的影响Fig.2 Effect of different packaging films on appearance quality of chilled meat after storage

由感官品质评价的分数得出PE材质普通保鲜袋对冷却肉的保鲜效果较差，这与其本身没有抗菌性能且厚度较小有一定关系。添加了海藻酸钠的保鲜薄膜对冷却肉的保鲜效果较PE材质普通保鲜袋更强，这是因为海藻酸钠本身具有一定的抑菌效果，此外添加了海藻酸钠的薄膜具有一定的阻隔性，能够在一定程度上阻止空气中的氧气和微生物进入食品内部。从图1可看出，SA膜和SA-LDHS膜的感官评分差别并不大，同时SA-NZnO膜和SA-LDHS-NZnO膜感官评分同样差异不大，由此表明水滑石本身抗菌效果不是特别明显，抗菌膜中主要起抗菌效果的是纳米氧化锌，水滑石主要作用是负载抗菌剂，同时在一定程度上提高薄膜的综合性能。

3.2 色泽变化与分析

消费者在购买冷却肉时，首先是来自视觉的感官冲击，人们普遍通过冷却肉的颜色来判断其新鲜程度。本文用亮度、红度、黄度来描述冷却肉在一周内的色泽变化趋势，亮度值和红度值较大，说明冷却肉比较新鲜；若黄度值较大，则说明冷却肉已经变质，具体变化过程如图3所示。由图3可知，L*和a*随着贮藏时间的增加，呈下降趋势，其原因可能是凌晨宰杀猪之后，受到环境中O2的作用，表层肉的肌红蛋白发生氧化反应，产生鲜红色的氧合肌红蛋白[12]。随着贮藏时间的增加，包装内的O2、肉本身的酶和微生物3者相互作用，使氧合肌红蛋白与O2发生反应，生成暗褐色的高铁肌红蛋白，也就意味着冷却肉开始变质[13]。随着贮藏时间的增加，各组冷却肉的b*逐渐变大，这是由于在贮藏期间，冷却肉表面的微生物和酶发生反应，生成的H2S继续与血红蛋白相互作用而使肉样品颜色偏黄。

图3 不同包装薄膜对冷却肉样品色泽的影响Fig.3 Effect of different packaging films on the color of fresh meat samples

冷却肉在整个保鲜周期内，SA膜和SALDHS膜的L*和a*差别并不明显，同时SANZnO膜和SA-LDHS-NZnO膜的L*和a*差别也不大。而SA膜、SA-LDHS膜、SA-NZnO膜和SA-LDHS-NZnO膜包装的冷却肉的L*和a*的数值明显高于PE保鲜袋，SA-LDHS-NZnO膜和SA-LDHS膜包装的样品的L*和a*则存在一定差异。结果表明，4种试验薄膜阻隔性能和抗菌性能都优于对照组，这是因为添加了SA和NZnO的薄膜具有良好的抗菌性，能够有效抑制冷却肉表面细菌产生，为样品表面形成较为安全的保护层。同时，水滑石的加入则提高了复合薄膜整体的综合性能，使复合薄膜的性质更加稳定。

3.3 pH值变化与分析

冷却肉的pH值是衡量肉是否新鲜的另一项重要指标，它影响着色泽、气味和表面形态等基本感官品质[14]。通过有效手段测量冷却肉的pH值，再通过pH值可以高效地判断出冷却肉当前的状态。若冷却肉的pH值在5.8～6.2，表明肉十分新鲜；若冷却肉的pH值在6.2～6.7，表明肉不是特别新鲜，但仍可食用；若冷却肉的pH值超过6.7，则说明冷却肉已经变质[15]。

由图4可以看出，冷却肉pH值的变化趋势是先下降后上升。在第1天，所有样品的pH值都降到最低，这是受到屠宰后鲜肉中的肌糖原分解产生的乳酸的影响，随着贮藏时间的增加，冷却肉表面细菌开始产生，分解冷却肉中的蛋白质并且产生一些碱性物质，导致pH值持续增大[16]。F1包装的样品pH值上升速度明显快于其他4个试验组，且从pH数值分析，F1组在2天后pH值便增大到6.60，冷却肉变质较快。F2和F3在3～4天pH值分别升到6.70和6.69，开始出现变质。而F4和F5在4～5天pH值分别升到6.60和6.50，开始出现变质。添加了NZnO和LDHS-NZnO的薄膜具有良好的抗菌性，延缓了样品pH值的上升，薄膜的抗菌性能越好，保鲜性能也就越好。

3.4 失重率变化与分析

由图5可知，随着贮藏时间的增加，样品的失重率整体呈上升趋势，这是因为贮藏过程中冷却肉受到pH值影响和细菌对冷却肉组织的破坏，蛋白质凝聚性变小，保存水分的能力下降，汁液逐渐流失。从第2天开始，对照组F1与其他试验组的失重率差异显著，表明添加了抗菌剂的薄膜对样品具有良好的保鲜作用，能够延缓其汁液流失，延长其货架期。此外，5种薄膜包装的冷却肉样品的失重率几乎相同，这并不意味着海藻酸钠和纳米氧化锌没有起到抗菌效果，而是海藻酸钠本身是亲水性材料，当SA基膜覆盖在冷却肉表面时，会吸一部分水分[17]，在图中就表示为汁液流失很多，但到了后期，抗菌膜已经吸收一部分冷却肉表面水分，进一步吸收就变得困难，于是开始正常发挥其保鲜性能[18]。

图5 不同包装薄膜对冷却肉样品失重率的影响Fig.5 Effect of different packaging films on the weight loss rate of fresh meat samples

4 结语

用5种不同薄膜对冷却肉样品包装一周后，对其感官品质、色泽、pH值、失重率等指标的检测与分析，表明SA和NZnO都具有一定的抗菌性，而海藻酸钠基水滑石-纳米氧化锌薄膜具有更加优良的抗菌性能[19]，（4±1）℃条件下，每种薄膜比较适合的保质期长短比较为普通PE保鲜袋＜SA膜＜SA-LDHS膜＜SA-NZnO膜＜SA-LDHSNZnO膜。机械性能良好、性质稳定、厚度均匀的SA基LDH-NZnO膜能够在（4±1）℃，相对湿度为50%条件下将冷却肉货架期明显延长。

未来以绿色包装材料为主体的功能性包装材料的研发将会是一个热点，越来越多的研究将会进一步去挖掘和探知更适合食品包装的替代包装材料。天然多糖储量丰富，无毒无害，性能稳定，可完全降解，符合当前研究的大趋势，在消费者的需求上也更容易得到认可。绿色包装材料替代塑料包装材料将指日可待[20]。