中藥材提取物復配液對雞蛋的保鮮研究

徐曉霞,張懷珠,彭 濤,楊富民

(1.甘肅農業大學食品科學與工程學院,甘肅蘭州 730070;2.甘肅農業職業技術學院,甘肅蘭州 730020)

中藥材提取物復配液對雞蛋的保鮮研究

徐曉霞1,2,張懷珠2,彭 濤2,楊富民1,*

(1.甘肅農業大學食品科學與工程學院,甘肅蘭州 730070;2.甘肅農業職業技術學院,甘肅蘭州 730020)

以雞蛋失水率和雞蛋內容物細菌總數為響應值,采用Box-Behnken Design設計分析和優化中草藥提取物、聚乙烯醇與單甘脂不同水平對雞蛋新鮮度的影響。結果表明保鮮液最佳配比為:中草藥提取物0.45 g/mL、聚乙烯醇10.68 g/mL、單甘脂2.05 g/mL。驗證實驗表明,雞蛋經保鮮液處理后在25 ℃、相對濕度60%條件下貯藏30 d后失水率為5.84%,細菌總數為4.54 lgcfu/g,哈夫單位為55.1,保鮮效果顯著優于對照組。

響應面,中藥材提取物,雞蛋,保鮮

雞蛋營養豐富,被譽為“完全蛋白質模式”、“人類理想的營養庫”[1],一直是消費者喜愛的質優價廉食品。但是雞蛋在貯藏和運輸期間極易因微生物的作用而發生腐敗變質[2],也會因水分蒸發引起質量損失[3],因此選擇安全、環保、經濟的貯藏保鮮方法,抑制或殺滅致腐微生物,延緩質量損失速度,對于延長雞蛋貯藏期、保證商品雞蛋質量、減少因腐敗而致的損失具有重要意義。

涂膜法是在蛋殼表面涂布一層保護膜,使蛋殼的氣孔處于密封狀態,在阻止微生物侵入的同時,減少了蛋內水分蒸發和二氧化碳溢出,抑制酶的活性,延緩蛋內生化反應速度,從而達到延長雞蛋貨架期的目的[4]。國內外用于雞蛋涂膜的材料有化學合成物質[5]、植物提取物[6]、多聚糖[7-8]、大豆蛋白[9]和礦物油[10]等。盡管天然提取物對雞蛋的保鮮效果沒有化學合成物質顯著,但仍然以其可食、安全、無毒副作用等特點受到人們的青睞[11],中藥材提取物是其中的一種。

很多中藥材都具有抑菌作用,如丹參、金銀花、黃芪、甘草等。丹參(SalviamiltiorrhizaBge.)是唇形科(Labiatae)鼠尾草屬多年生草本植物,其根含有水溶性酚酸類和脂溶性的二萜醌類活性成分,具有消炎、抗病毒、抗腫瘤、抗潰瘍等多種重要的藥理活性[12]。早在20世紀70年代,國內學者就提出甘西鼠尾草S.przewalskiiMaxim為品質優良的藥用資源,并研制出甘肅丹參沖劑和復方甘肅丹參片等[13]。金銀花葉中含有綠原酸和黃酮類等多種抗菌成分,具有廣譜抗菌及抗氧化作用[14],對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、枯草桿菌等都具有較強的抑制作用[15-16]。黃芪是我國傳統的補益用藥,具有抗氧化、抗病毒、抗腫瘤等作用,對細菌、病毒感染等有顯著作用[17]。黃芪95%乙醇提取物對枯草芽胞桿菌、炭疽芽孢桿菌、大腸埃希氏菌、金黃色葡萄球菌等都具有抑制作用[18]。甘草來源于豆科甘草屬多種植物的根和根莖,主要活性成分是甘草酸,具有抑菌及抗氧化性能[19],對大腸桿菌(E.coli)O157∶H7[20]、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌[21]、肺炎鏈球菌[22]等均有抑制作用。

甘肅是全國中藥材主要產區之一,目前中藥材種植面積和產量居于全國首位,產量約占全國產量的20%。擁有大宗地道藥材30多種,其中甘肅丹參、黃芪、甘草、當歸、黨參等品種蘊藏量大,品質優良。因此,選用地方特產中藥材作為主要原料開發雞蛋天然保鮮劑,對于充分利用地方資源、提高產品附加值具有重要意義。本實驗選取甘肅丹參、甘草、黃芪、金銀花等我國衛生部門公布的藥食同源植物材料,通過響應面法探究以中藥材提取物為抑菌劑,以聚乙烯醇、單甘脂為基料對雞蛋的保鮮效果,以期選出最優配比,為雞蛋的保鮮提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

甘肅丹參(SalviamiltiorrhizaBunge.)、甘草(GlycyrrizaUralensisFisch.)、黃芪(Astragalusmembranaceus)、金銀花(honeysuckleleaves) 蘭州黃河中藥材批發市場,并經蘭州大學藥學院藥劑研究所專家鑒定;新鮮雞蛋 超市。

RE-52AA旋轉蒸發器 上海亞龍生化儀器廠;YXQ-LS-50SII立式壓力蒸汽滅菌器 上海博訊實業有限公司醫療設備廠;SW-CJ-1F凈化工作臺 蘇州江東精密儀器有限公司;SPX-150B智能型生化培養箱 上海瑯玕實驗設備有限公司;MS-1056孵化箱 德州茂盛孵化設備有限公司;DGY-2 哈夫儀 江蘇家禽科學研究所;營養瓊脂培養基 北京陸橋技術有限責任公司;聚乙烯醇1788型 上海譜振生物科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 中藥材提取液及保鮮液的制備 甘肅丹參、甘草、黃芪、金銀花葉先后用自來水、蒸餾水清洗后于50 ℃烘箱干燥、粉碎并過40目篩。分別稱取10 g中藥材粉末置于錐形瓶中,加入75%乙醇60 mL,在超聲波清洗器中超聲(功率150 W)提取30 min,過濾,保留濾液,用上述方法對濾渣進行第二次提取,合并濾液,將全部濾液用旋轉蒸發器濃縮至生藥含量為1 g/mL,過無菌濾膜,冷藏備用。前期實驗結果表明,當甘肅丹參、甘草、黃芪、金銀花的質量配比為14∶11∶17∶7時抑菌效果較好,故將中藥材提取液按上述比例配比后制成保鮮液,并在其中加入聚乙烯醇和單甘脂制成保鮮液。

1.2.2 雞蛋涂膜保鮮處理方法 選擇新鮮優質雞蛋,用清水洗凈蛋殼上的雜物后以無菌水沖淋,再用75%(體積分數)酒精消毒后放人已配好的保鮮液中浸泡10 s后撈出,熱風干燥形成完整的涂膜包裝后放入25 ℃、相對濕度60%的孵化箱內,貯藏30 d后檢測雞蛋的失水率、細菌總數和哈夫單位。

1.2.3 雞蛋失水率檢測 雞蛋涂膜保鮮包裝冷卻后,用電子天平(精密度0.001 g)稱其重量,貯藏后再稱其重量,用失重的變化大小反映雞蛋失水率,按式(1)計算失水率:

失水率(%)=雞蛋貯藏前重量-雞蛋貯藏后重量/雞蛋貯藏前重量×100

式(1)

1.2.4 雞蛋細菌總數檢測 參考食品安全國家標準《食品微生物學檢驗 細菌總數測定》(GB 4789.2-2010),對雞蛋內容物細菌總數進行測定。評定標準:依據中華人民共和國農業行業標準《綠色食品 蛋與蛋制品》NY/T 754-2011,鮮雞蛋細菌總數≤2 lgcfu/g。

1.2.5 雞蛋哈夫單位檢測 雞蛋稱重后敲開輕倒在哈夫儀的水平板上,利用蛋白高度測量儀測量蛋黃周圍濃蛋白的高度,選取3點取其平均值。根據蛋白高度與蛋重,按式(2)計算雞蛋的哈夫單位(HU)。評定標準:依據中華人民共和國國內貿易行業標準《鮮雞蛋、鮮鴨蛋分級》SB/T 10638-2011,鮮雞蛋哈夫單位≥72,AA級≥60,A級≥55,B級。哈夫單位計算公式如式(2)所示:

HU=lg(H-1.7m0.37+7.6)× 100

式(2)

式(2)中:H為蛋白高度/mm;m為蛋質量/g。

1.2.6 保鮮液的優化 選擇3個因素A(中藥材提取物)、B(聚乙烯醇)、C(單甘脂)為自變量進行組合實驗設計。根據預實驗設計實驗因素編碼表,如表1所示。采用Design Expert軟件中的Box-Behnken進行中藥材提取物、聚乙烯醇和單甘脂3個因素對雞蛋失水率和細菌總數的響應曲面分析,并對獲得的回歸模型進行顯著性檢驗。

表1 實驗因素水平設計表

1.2.7 保鮮液保鮮效果的驗證 以雞蛋失水率、細菌總數和哈夫單位為指標,以不涂膜雞蛋為空白對照,對涂膜雞蛋的保鮮效果進行驗證,每隔5 d測定一次,共測定7次,每一組做3個平行。

實驗結果以雞蛋的貯藏時間為橫坐標,分別以雞蛋的失水率、細菌總數和哈夫單位為縱坐標繪制折線圖,比較實驗組和對照組之間雞蛋新鮮度的差異。

2 結果與分析

2.1 回歸模型的建立

利用Design-expert 8.0.6.1軟件對表2的實驗數據進行回歸分析,得到的雞蛋失水率(Y1)和細菌總數(Y2)回歸模型分別如下:

Y1=6.77-0.50A-0.26B-0.14C+0.17AB-0.11AC+0.25BC+0.90A2+0.73B2+1.14C2

式(3)

Y2=4.46-0.21A-0.098B-0.0.058C+0.043AB-7.500E-003AC+0.088BC+0.39A2+0.34B2+0.53C2

式(4)

表3 二次響應面回歸模型方差分析

注:p<0.05,影響顯著;p<0.01,影響極顯著。

表2 響應面分析方案及結果

2.2 回歸模型檢驗

雞蛋失水率回歸模型(式3)的方差分析表明,回歸模型失擬項p=0.9223>0.05,不顯著,說明該回歸模型能夠很好的擬合實驗結果。對回歸模型系數的顯著性檢驗表明(表3),一次項A極顯著、B顯著、C不顯著,交互項AB、AC、BC均不顯著,二次項A2、B2、C2極顯著。因此,各個具體實驗因子對雞蛋失水率的影響不是簡單的線性關系。各因素對雞蛋失水率的影響大小順序為中藥材提取物>聚乙烯醇>單甘脂,分析原因可能中藥材提取物中含有較多的油脂性成分,這些成分覆蓋在蛋殼表面,有效地阻止了水分的蒸發。

雞蛋細菌總數回歸模型(式4)的方差分析表明,回歸模型失擬項p=0.4593>0.05,不顯著,說明該回歸模型能夠很好的擬合實驗結果。逐步顯著性檢驗結果表明(表3),一次項A極顯著、B顯著、C不顯著,交互項AB、AC、BC均不顯著,二次項A2、B2、C2極顯著。因此,各個具體實驗因子對雞蛋細菌總數的影響不是簡單的線性關系。各因素對雞蛋細菌總數的影響大小順序為中藥材提取物>聚乙烯醇>單甘脂。

2.3 回歸模型分析

2.3.1 各因素的交互作用分析 以失水率為響應值,對中藥材提取物、聚乙烯醇和單甘脂3個因素作響應面圖,見圖1。從圖1可以看出,聚乙烯醇和單甘脂、聚乙烯醇和中藥材提取物的交互效應不顯著,在實驗范圍內同時增大聚乙烯醇和單甘脂、聚乙烯醇和中藥材提取物均能使雞蛋失水率降低,并接近最小值,而且響應值對聚乙烯醇濃度的變化比單甘脂和中藥材提取物敏感,其最優點分別趨近于聚乙烯醇與單甘脂、聚乙烯醇與中藥材提取物。中藥材提取物和單甘脂交互效應不顯著,其相應值在最優點附近達到最大值。

圖1 各因素交互作用對失水率影響的響應面圖Fig.1 Response surface and contour plots showing the interactive effects of three factors on water loss

以細菌總數為響應值,對中藥材提取物、聚乙烯醇和單甘脂3個因素作響應面圖,見圖2。從圖2可以看出,中藥材提取物和聚乙烯醇、聚乙烯醇和單甘脂的交互效應不顯著,在實驗范圍內同時增大中藥材提取物和聚乙烯醇、聚乙烯醇和單甘脂均能使雞蛋細菌總數降低,并接近最小值,而且響應值對中藥材提取物的變化比聚乙烯醇濃度和單甘脂敏感,其最優點分別趨近于中藥材提取物與聚乙烯醇、聚乙烯醇與單甘脂、聚乙烯醇與單甘脂,聚乙烯醇和單甘脂的交互效應并不很顯著,其相應值在最優點附近達到最大值。

圖2 各因素交互作用對細菌總數影響的響應面圖Fig.2 Response surface and contour plots showing the interactive effects of three factors on total bacteria colonial

2.3.2 回歸模型尋優 利用Design Expert Numerical Optimization對失水率和細菌總數的回歸模型進行尋優,得到失水率最低時的工藝參數:A=0.270,B=0.134,C=0.050,對應的保鮮液配比:中藥材提取物0.45 g/mL,聚乙烯醇10.67 g/mL,單甘脂2.05 g/mL,失水率為6.679%,細菌總數最低時的工藝參數:A=0.265,B=0.136,C=0.049,對應的保鮮液配比:中藥材提取物0.45 g/mL,聚乙烯醇10.68 g/mL,單甘脂2.05 g/mL,細菌總數為4.42 lgcfu/g。可以看出,最低失水率和細菌總數對應的最佳工藝參數中除聚乙烯醇的濃度略有差別外,其余兩種物質的濃度均是一致的,因此確定保鮮液的最優配比為:中藥材提取物0.45 g/mL,聚乙烯醇10.68 g/mL,單甘脂2.05 g/mL。

2.4 保鮮液保鮮效果的驗證

將保鮮液按最優配比對雞蛋進行保鮮研究,通過檢測保藏期間雞蛋的失水率、細菌總數和哈夫單位驗證其保鮮效果。

2.4.1 保鮮液對失水率的影響 由圖3可知,實驗組雞蛋的失水率均隨著貯藏時間的延長而增加,對照組的失水率始終高于實驗組。雞蛋貯藏15 d后,對照組的失水率為4.86%,保鮮組的失水率為2.65%;貯藏30 d后,對照組和保鮮組失重率差異顯著(p<0.05),表明保鮮液在雞蛋表面形成了一層有效的防護屏障,在一定程度上防止了雞蛋內部水分透過蛋殼蒸發,減少了失水率的變化。

圖3 雞蛋貯藏期間失水率的變化Fig.3 Change of water loss rate of eggs during storage

2.4.2 保鮮液對細菌總數的影響 細菌總數可直接反映雞蛋新鮮度,我國農業行業標準規定鮮雞蛋細菌總數≤2 lgcfu/g。由圖4可知,對照組在第10 d細菌總數達到2.67 lgcfu/g,已經超過了鮮雞蛋標準;而保鮮組在第15 d細菌總數為1.95 lgcfu/g,尚未超過鮮雞蛋標準,在20 d時細菌總數才剛超過鮮雞蛋標準。可見保鮮液中含有的中藥材提取物,能有效地阻止微生物入侵并抑制其生長。

圖4 雞蛋貯藏期間細菌總數的變化Fig.4 Change of total bacterial colonies of eggs during storage

2.4.3 保鮮液哈夫單位的影響 哈夫單位在我國貿易標準中用于鮮雞蛋的分級,鮮雞蛋哈夫單位≥72,AA級≥60,A級≥55,B級。由圖5可知,對照組在第5 d時哈夫單位為71.3,開始低于AA級,而保鮮組在第10 d時哈夫單位為74.8,仍屬于AA級;對照組在第15 d時哈夫單位為48.5,已屬于B級以下,而保鮮組在第20 d時哈夫單位為60.6,仍屬于A級;對照組在第30 d時已經無法測量到濃蛋白的高度,而保鮮組在第30 d時哈夫單位為55.1,仍屬于B級。可見保鮮液能夠抑制細菌侵入,從而降低了其對蛋白質和酶類的分解,減緩哈夫單位的降低速度。

圖5 雞蛋貯藏期間哈夫單位的變化Fig.5 Change of HU of eggs during storage

3 結論

利用二次正交中心組合設計,采用Design Expert軟件中的Box-Behnken對影響雞蛋失水率、內容物細菌總數的中藥材提取物、聚乙烯醇和單甘脂3個因素進行回歸分析和優化,經F檢驗,該回歸模型不失擬,能很好地擬合雞蛋貯藏過程中失水率和內容物細菌總數反映的真實情況,各因素對雞蛋失水率和細菌總數的影響大小順序相同,都為中藥材提取物>聚乙烯醇>單甘脂。得出雞蛋保鮮液的最佳工藝參數為:中藥材提取物0.45 g/mL、聚乙烯醇10.68 g/mL和單甘脂2.05 g/mL。

驗證實驗表明,保鮮液在降低雞蛋失水率、抑制內容物細菌生長和控制哈夫單位等方面起到良好作用,與對照組相比保鮮效果顯著,可保證雞蛋品質,延長鮮蛋貨架期。同時,該保鮮液選用地方中藥材特色資源,原料來源廣泛,成本低廉,利于推廣應用。

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Study on preservation effect of extracts of Chinese herbal medicines on eggs

XU Xiao-xia1,2,ZHANG Huai-zhu2,PENG Tao2,YANG Fu-min1，*

(1.College of Food Science and Engineering,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China;2.Gansu Agriculture Technology College,Lanzhou 730020,China)

Box-Behnken Design was employed to analyze and optimize the effect of Chinese herbal medicine extracts,PVA and monoglyceride on the fresh-keeping efficiency of eggs with water loss rate and the total bacteria colonial as responses. The results showed that optimal ratio were Chinese herbal medicine extracts 0.45 g/mL,PVA 10.68 g/mL and monoglyceride 2.05 g/mL. Under the conditions,the water loss rate,total bacterial colonial and HU of coated eggs was 5.84%,4.54 lgcfu/g and 55.1 respectively after 30 days storage at 25 ℃,RH 60%,which was significantly better than the control group.

Responses surface methodology;Chinese herbal medicine;egg;preservation

2015-02-13

徐曉霞(1972-),女,博士,副教授,研究方向:畜產食品科學與技術,E-mail:harveyxxx@163.com。

*通訊作者:楊富民(1961-),男,博士,教授,研究方向:畜產品加工與貯藏,E-mail:yfumin@gsau.edu.cn。

蘭州市城關區科技計劃項目(2014-6-2);甘肅省科技計劃支撐項目(1204NKCA072)。

TS253.2

A

1002-0306(2015)21-0332-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.21.060