多孔微球缓释技术在冰箱熟食保鲜中的应用研究

董浩 王海燕 栾福磊 杨益盛 卢世学 徐新星 赵元晖

1.海信冰箱有限公司 山东青岛 266000；2.中国海洋大学食品科学与工程学院 山东青岛 266003

0 引言

随着生活节奏的加快，消费者对熟食类的储购量不断增加，同时，对熟食的安全性和保鲜储藏的要求也越来越突出。亚硝酸盐主要用于动物、禽肉和鱼肉的腌制制剂中，它具有呈色、呈味、改善质地等功效。研究发现，亚硝酸盐在一定的环境（pH值、微生物菌群、温度等）下，很容易与各种成分（巯基、氨基酸、还原肽、色素、氯离子等）发生化学反应，生成各种含氮物质，包括 NO+、H2NO2+、NOSCN、NOCl、N2O4、N2O3、亚硝胺等。亚硝胺是一种具有致癌性、致畸性和胚胎毒性的化学物质[1]。在酸性环境中，亚硝酸盐会形成活性较强的HNO2，并迅速被分解获得亚硝酐（N2O3），N2O3可与次级胺发生亚硝基化反应，形成亚硝胺[2]。N-亚硝胺在肉类储藏过程中的积累主要受硝酸盐、亚硝酸盐、胺类等的浓度，亚硝基化的促进或抑制剂、样品的酸碱度以及微生物的作用等因素的影响。

在食品安全方面，如何控制熟食中的N-亚硝胺含量，是近年来食品安全领域重点的研究方向之一。研究表明维生素C、植物提取物、多酚等物质也可以影响亚硝化反应的进行[3]。目前学术界多选择添加天然物质来干扰亚硝化反应。姜、桔梗、橘核、苹果等植物提取物对亚硝酸盐均具有良好的清除作用[4]。另外一部分学者利用生物方法降解亚硝酸盐来减少亚硝胺的生成[5]。家电行业也将清除亚硝酸盐作为行业热点问题，TCL公司通过在冰箱内设置1.8 mt静磁场条件，研究发现亚硝酸含量增长率为无磁场组的50%，72 h后磁场组亚硝酸盐含量对比无磁场组减少39%[6]。容声冰箱通过应用IDP熟食鲜储技术，食材亚硝酸盐的生成减少39%以上。与磁场等清除亚硝酸盐技术相比，天然提取物因活性物质含量高、安全、抗氧化活性强等特性，能有效降低熟食的安全隐患, 符合市场营养健康饮食理念。但是由于天然提取物存在活性物质作用时间短、稳定性差等缺点，限制了其在熟食保鲜领域的应用。缓释技术是指将活性物质和缓释基材结合，通过缓释基材的分解扩散、降解溶出、内外压差渗透等方式缓慢释放活性物质，能够使活性物质较长时间内在体系中维持一定有效浓度的技术，具有使活性物质缓慢释放，延长作用时间，增强稳定性、提高作用效率等多种优点。微胶囊技术、脂质体技术和多孔微球技术是目前最常见的三大缓释技术[7]。郑义等[8]采用阿拉伯胶和麦芽糊精为壁材，桂花精油为芯材，通过喷雾干燥技术制备了桂花精油微胶囊，结果发现，制备的桂花精油微胶囊包埋率高达97.67%，并具有缓慢释放的特性。CUI等[9]研究了丁香油脂质体的制备工艺参数、抗菌活性及其在豆腐中的应用效果。结果发现，具有小粒径和高ζ电位的脂质体具有更好的稳定性，与丁香油相比，脂质体包封的缓释丁香油化学稳定性和抗菌活性更高，表现出显著的抗菌活性。本研究通过凝胶状大蒜素等天然提取活性物质与缓释模块结合，向空间内缓慢释放活性分子，清除羟基自由基（-OH），实现抗菌抑菌、抗氧化，提升了熟食保鲜效果。

作为亚硝胺的主要前体物，亚硝酸根对N-亚硝胺的形成起着关键作用[10]。在本实验中，通过在典型熟食中外源添加亚硝酸盐，来验证在冰箱内添加天然缓释抑菌物质对致癌物N-亚硝胺类化合物的生成的有效阻断或抑制的作用，对比评价缓释控制技术对熟食的保鲜效果，为开发冰箱熟食安全存储保鲜技术提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 材料及预处理

卤牛肉：月盛斋清香牛肉200 g真空老汤酱卤味熟食；午餐肉：SPAM世棒午餐肉罐头经典原味198 g；缓释剂：自研植物提取膏状物，由透气材料封装。

将卤牛肉和午餐肉分别搅碎，搅碎过程中添加100 mL亚硝酸盐溶液（0.5%（m/v））混匀，将混匀后的样品放入模具，均匀分装至样品盘中，各取12份样品置于添加缓释剂和未添加缓释剂的保鲜盒中，密封后将盒子置于4℃恒温箱贮存。每隔4天定点取样进行亚硝酸盐、N-亚硝胺及菌落总数指标的测定，取样至12天。

缓释材料：本研究以大蒜素为模型药物，采用复凝聚法制备了明胶/海藻酸钠/壳聚糖复合微球，明胶与海藻酸钠质量比为 1∶3，二者混合胶用量为2%，大蒜素投入量与混合胶比为1∶2。

1.2 仪器与设备

全自动灭菌锅，上海博迅医疗生物仪器生物有限公司；分光光度计，SHIMADZU CORPORATION；气相色谱质谱联用仪，日本岛津公司；超纯水机，北京龙跃伟逸科贸有限公司；旋蒸仪，青岛创合盛科教仪器有限公司；多功能氮吹仪，海能仪器有限公司；分析天平，赛多利斯科学仪器有限公司；恒温培养箱，青岛创合盛科教仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 N-亚硝胺类化合物的测定

依据GB 5009.26—2016《食品安全国家标准 食品中N-亚硝胺类化合物的测定》进行。

1.3.2 亚硝酸盐含量的测定

依据GB 5009.33—2016《食品安全国家标准 食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定》进行。

1.3.3 生物胺的测定

依据GB 5009.208—2016《食品安全国家标准 食品中生物胺的测定》进行。

1.3.3 菌落总数的测定

依据GB4789.2—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》进行。

2 结果与分析

2.1 4℃贮藏条件下N-亚硝胺含量的变化

在食物中有硝酸根和多种能被亚硝基化的有机胺。亚硝胺是一种强致癌物，因此，亚硝胺的生成反应抑制与阻断对食物品质的维持意义重大。亚硝胺类化合物中N-二甲基亚硝胺受到最多关注，它是由二甲胺与亚硝酸盐相互作用产生的[11]。如图1所示，酱牛肉在4℃贮藏条件下，N-二甲基亚硝胺的含量随着贮藏时间的延长呈现增高的趋势，贮藏12天后，有缓释比无缓释的样品中N-二甲基亚硝胺含量低21.48%。如图2所示，午餐肉在4℃贮藏8天后，有缓释比无缓释的样品中N-二甲基亚硝胺含量低30.49%，贮藏12天后，有缓释样品比对照组含量低27.94%。

图1 酱牛肉4℃贮藏条件下N-二甲基亚硝胺含量的变化

图2 午餐肉4℃贮藏条件下N-二甲基亚硝胺含量的变化

2.2 4℃贮藏条件下亚硝酸盐含量的变化

亚硝酸根是亚硝胺的重要前体，容易与有机胺发生化学反应生成亚硝胺。结合相关研究结果，本文提出“该缓释制剂可能是通过与N-亚硝酸根的氧化还原作用，实现对N-亚硝胺的抑制”这一假说。如图3和图4所示，午餐肉和酱牛肉在4℃贮藏条件下亚硝酸盐含量均呈现先减少转而增加的趋势，亚硝酸盐的生成与转化与诸多因素有关，例如硝酸盐会在一系列具有硝基还原酶作用的细菌下被还原为亚硝酸盐，亚硝酸盐能够转化生成N-亚硝胺。在本实验中，添加了缓释剂贮藏的午餐肉样品中亚硝酸盐的残留量均高于对照组，推测缓释剂抑制了亚硝酸盐转化为N-亚硝胺的反应途径。陈文静等人探究了复合香辛料亚硝化抑制剂对西式培根中亚硝酸盐、生物胺以及N-亚硝胺含量的影响，其实验数据表明，在西式烧烤培根中，采用复合香辛料处理的样品中亚硝酸盐含量显著高于未处理组，与本实验结果一致[12]。与此同时，添加了缓释剂贮藏的酱牛肉样品中亚硝酸盐的残留量在贮存8天后均低于对照组，推测是缓释剂起到了清除亚硝酸盐的作用。结合文献报道，卢尧研究发现生物抗氧化剂葡萄糖、柚皮苷、桑葚提取物等在添加浓度较低时，其样品中的亚硝酸盐的残留量均高于空白对照[13]，与本实验结果一致，但当浓度不断增高时，亚硝酸盐的残留量才呈现低于空白对照，也就是清除的作用。综上所述，缓释剂在4℃贮藏条件下的作用可从亚硝酸盐的清除以及亚硝酸盐作为前体物质生成亚硝胺反应的抑制进行解释。根据结果推测，在增加缓释剂浓度后，对亚硝酸盐的清除作用更加凸显出来。

图3 酱牛肉4℃贮藏条件下亚硝酸盐含量的变化

2.3 4℃贮藏条件下生物胺含量的变化

生物胺是一类小分子含氮有机物，具有一定生物活性[14]。适量生物胺具有增强代谢、提高免疫力等活性，但超量时会对身体健康造成威胁[15]。多聚胺，例如：腐胺、尸胺、精胺、亚精胺，还可以与一些亚硝基化合物发生作用，生成具有致癌性的N-二甲基亚硝胺，N-亚硝基吡咯烷，N-亚硝基哌啶等[16]。

如表1中所示，午餐肉置于4℃缓释调控条件下12天后，生物胺总量分别比对照组低83.45%。酱牛肉置于4℃缓释调控条件8天和12天后，生物胺总量分别比对照组低60.96%和24.87%。从4℃贮藏12天的数据来看，缓释块从一定程度上能够降低4℃贮藏条件下生物胺的积累。

表1 午餐肉4℃贮藏条件下生物胺含量的变化

2.4 4℃贮藏条件下菌落总数含量的变化

菌落总数测定是用于判断食物被微生物污染的程度及卫生质量的一种方法，与此同时，肉类产品中的微生物繁殖与N-亚硝胺的形成有着紧密的关系，微生物可以参加到亚硝化的化学反应中[17]。如图5和图6所示，两种食材在4℃贮藏条件下，菌落总数呈现显著上升趋势，添加缓释块的酱牛肉和午餐肉中菌落总数明显低于未添加缓释块的对照组样品。午餐肉在4℃贮藏12天后，有缓释比无缓释的样品中菌落总数低15.79%；酱牛肉贮藏12天后，有缓释样品比对照组菌落总数低20.0%。由此可见，缓释块能够有效抑制微生物的滋生。

图5 酱牛肉4℃贮藏条件下菌落总数的变化

图6 午餐肉4℃贮藏条件下菌落总数的变化

3 结论与展望

N-亚硝胺作为一种熟食肉制品中常见的有害物质，因其强烈的致癌、致畸、致突变等毒性，受到了人们的广泛关注。在倡导绿色地球、健康环保和走可持续发展道路的今天，采用天然植物提取物质降低熟食中的N-亚硝胺因其原料无害、对环境友好、成本低、安全性高而倍受研究者关注。开发高效无毒、低残留的天然缓释保鲜剂，对熟食保鲜具有重要意义。

本实验结果表明，通过凝胶状天然提取物与缓释模块结合，向空间内缓慢释放活性分子，清除羟基自由基（-OH），显著抑制冰箱内熟食微生物的滋生，抑制酱牛肉和午餐肉两种食材在4℃贮藏时N-亚硝胺的生成；从亚硝酸盐含量推测缓释剂抑制了亚硝酸盐转化为N-亚硝胺的反应途径；从一定程度上能够降低4℃贮藏条件下生物胺的积累，提升了熟食保鲜效果。

本文可为后续冰箱熟食保鲜开发提供新思路。未来在缓释剂应用于熟食保鲜研究中，对其与亚硝酸盐反应机制的研究还需深入，后续可通过核磁共振法、气相色谱-质谱联用技术继续探讨两者变化及作用机理。在实际应用中，缓释技术体现了活性物质缓慢释放，作用时间长，稳定性好、效率高等多种优点，但仍然有许多问题值得深入研究。关于缓释剂可考虑与不同成分进行组合，优化其清除亚硝酸盐的性能。此外在深入研究缓释剂清除亚硝酸盐过程中，探究对熟食的品质（如感官风味指标、脂肪氧化、TVB-N、质构等）方面的影响。