抑菌紙對吐司保鮮作用

汪志強， 楊福馨

（上海海洋大學 食品學院，上海201306）

吐司是西式面包的一種，是以高筋面粉為主要原料制作而成的烘焙食品。 吐司營養美味，易于消化吸收，食用方便，在日常生活中頗受人們喜愛[1]。但由于吐司營養豐富并且含有較高的水分，在室溫25 ℃條件下2 d 左右就會發霉變質， 保質期較短，不僅容易造成食物浪費，而且誤食變質的吐司會危害人們的健康。 對于吐司的包裝，市面上普遍使用的是聚丙烯（polypropylene，PP）薄膜或者牛皮紙與薄膜的復合材料，然而這些包裝不能對吐司進行抗菌保鮮。 因此，研制出利用包裝材料來控制并防止吐司在儲藏期間發霉變質尤為重要。

抗菌保鮮功能是食品包裝領域重要的研究課題，目前這方面還缺乏研究。 抗菌保鮮功能性包裝材料通過緩慢釋放具有抗菌保鮮作用的成分，可避免直接向食品中添加防腐劑， 并且無須在低溫、氣調等條件下儲藏，操作簡便，可從根源上抑制食品品質劣變，保證食品安全[2]。

聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）是一種無毒無害，環境友好的親水性高分子聚合物[3]。 聚乙烯醇樹脂顆粒與水混合加熱溶化后涂布于紙上能夠成膜，可以改善紙的機械性能和阻隔性能，并且使紙具有一定的熱封性能。 脫氫乙酸鈉是一種安全型食品防霉保鮮劑，得到聯合國糧農組織和世界衛生組織的認可[4]。 脫氫乙酸鈉對食品中的細菌、霉菌等微生物有著較強的抑菌作用，廣泛應用于面包、肉制品、果蔬制品等食品[5-6]。 脫氫乙酸鈉溶于PVA 溶液無不良氣味，具有良好的溶解性和穩定性，可以與PVA 很好地結合，使之具有抗菌性能[7]。 山梨糖醇是一種具有持水保濕功能的特殊甜味劑，無臭，有清涼的甜味[8]。 添加適量的山梨糖醇可防止食品干裂、老化，保持新鮮柔軟及色香味[9]，延長食品貨架期限。

作者將PVA、脫氫乙酸鈉、山梨糖醇與牛皮紙結合制備得到抑菌紙， 將抑菌紙作為內包裝，PP 薄膜作為外包裝來包裝吐司， 與僅僅采用PP 薄膜包裝以及未采取包裝的吐司對比質構、色差、水分活度、菌落總數、熱力學特性的差異，進行保鮮作用研究。 旨在為延長吐司保質期，改善吐司儲藏品質提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑 吐司：購于上海海洋大學附近面包店（同一批次生產的新鮮吐司，無防腐劑）；牛皮紙（質量密度為80 g/m2）：購于蚌埠天成包裝科技股份有限公司；PP 薄膜：作者所在實驗室自制。

聚乙烯醇（PVA，聚合度1 799）：購于上海精析化工科技有限公司；脫氫乙酸鈉（食品級）：購于上海崇明生化制品廠有限公司；山梨糖醇（食品級）：購于蘇州市明華糖醇有限公司； 平板計數瓊脂（PCA）：購于青島海博生物技術有限公司。

1.1.2 主要儀器與設備 AZY-SERIES 型涂膜器：安卓源科技有限公司產品；SZ-A30002 型電子天平： 諸暨市超澤衡器設備有限公司產品；TA-XT plus 型質構儀： 英國Stable Micro Systems 公司產品；CR-400 型色差儀： 日本柯尼卡美能達產品；AquaLab 4 型水分活度測試儀： 美國Decagon 公司產品；Labconco 型超凈工作臺： 美國Labconco 公司產品；MIR154 型恒溫培養箱：日本三洋電機生物醫藥株式會社產品；823e 型差示掃描量熱儀（DSC）：梅特勒-托利多公司產品；不銹鋼反應釜（定制型）：上海遠懷化工科技有限公司產品。

1.2 實驗方法

1.2.1 PVA 抗菌液的制備 參考張勇等[10]的方法，并作修改。將PVA 顆粒用蒸餾水清洗后置于恒溫鼓風干燥箱中60 ℃干燥8 h，準確稱取干燥后的PVA顆粒6 kg 于反應釜中，再加入44 L 蒸餾水，在反應釜中65 ℃恒溫溶脹2 h。 設置反應釜轉速為30 r/min，溫度為95 ℃，連續攪拌4 h 后加入2.5 kg 脫氫乙酸鈉和1.5 kg 山梨糖醇繼續攪拌0.5 h，最終完全溶解得到PVA 抗菌液。

1.2.2 抑菌紙的制備 抑菌紙的制備采用表面涂布法。 首先將牛皮紙裁切成30 cm×18 cm 大小，用移液器吸取15 mL 配制好的PVA 抗菌液于牛皮紙上， 再用涂膜器在常溫下涂布30 s 使之均勻分布，涂布方向均為橫向與縱向交替進行且涂布次數相同，然后在調溫為60 ℃的烘箱中干燥30 min，即制得抑菌紙。

1.2.3 抑菌紙保鮮實驗設計 抑菌紙的表面有一層PVA 膜，因此具有熱封性能。 將抑菌紙的長邊對折，在超凈工作臺里將吐司裝入后進行三邊熱壓封口， 再用尺寸為40 cm×20 cm 的PP 薄膜作為外包裝進行熱封。 單獨的PP 薄膜包裝尺寸與抑菌紙一致（30 cm×18 cm），以同樣的方式裝入后熱封，用不采取包裝的吐司作為對照。 在室溫（25±1） ℃、相對濕度（75±1）%的條件下儲藏，分別在第0、2、4、6、8天對吐司質構、色差、水分活度、菌落總數和熱焓值進行測定。

1.2.4 質構測定 使用TA-XT plus 型質構儀的2次咀嚼測試法（TPA）測定儲藏第0、2、4、6、8 天吐司的質構，探頭接觸的位置均為吐司的中心。 參數設置：探頭型號為P/36R，測前速度2.0 mm/s，測試速度1.0 mm/s，測后速度1.0 mm/s，壓縮形變50%，感應力5g，2 次壓縮間隔5 s[11]。

1.2.5 色差測定 使用CR-400 型色差儀測定儲藏第0、2、4、6、8 天吐司的L*、a*、b*值， 測試前先進行校準，測試時探頭接觸的位置均為吐司的中心。

1.2.6 水分活度測定 使用AquaLab 4 型水分活度測試儀測定儲藏第0、2、4、6、8 天吐司的水分活度（AW值）。 要求保證所有樣品溫度相同且均為室溫，同時每次取吐司進行測試時應迅速，避免水分蒸發。 每次測試取吐司中心部位2.0 g 置于樣品盤中，再放在水分活度儀測試腔體中進行測定[12]。

1.2.7 菌落總數測定 菌落總數的測定按照GB 4789.2—2016 《食品安全國家標準食品微生物學檢驗 菌落總數測定》[13]規定的方法，采用平板記數法，測得每克樣品中的菌落總數。

1.2.8 熱焓值測定 使用差示掃描量熱儀分別測定儲藏第0、2、4、6、8 天吐司的熱焓值ΔH。 取吐司中心部位10.0 mg 放入樣品盤內密封， 設置升溫速率10 ℃/min，掃描溫度范圍為25～150 ℃，以空白樣品盤作為對照，記錄熱焓值ΔH[14-15]。

1.3 數據處理

各項試驗指標至少做3 次重復試驗，數據以平均值±標準差表示， 用Origin 8.5 軟件作圖。 采用SPSS Statistics 22.0 進行數據統計分析，運用方差分析法（ANOVA）進行顯著性檢驗，P＜0.05 表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 吐司儲藏過程中質構的變化

吐司的2 次咀嚼測試測得的參數包括硬度、彈性、內聚性、咀嚼性、回復性等，可以用來檢驗吐司的品質特性[16]。其中硬度、咀嚼性與吐司的品質成負相關，彈性、內聚性、回復性與吐司的品質成正相關[17]。未采取包裝的吐司由于水分快速蒸發變硬，在上述參數下無法測得質構指標數值，因此只測了PP膜和紙塑復合材料包裝的吐司質構。

表1 和表2 分別為PP 薄膜和紙塑復合材料包裝吐司儲藏過程中質構的變化。 由表1 和表2 可知，吐司的硬度、彈性、內聚性、咀嚼性、回復性隨著儲藏時間均在逐漸變差。 與PP 薄膜包裝相比，紙塑復合材料包裝的吐司在8 d 儲藏期內，其硬度、咀嚼性參數上升變緩，彈性、內聚性、回復性下降同樣變緩， 說明在一定程度上抑制了吐司口感的劣變，這是因為內包裝紙上涂布的抗菌PVA 膜含有山梨糖醇，能夠在一定程度上保持吐司的水分，維持吐司的組織結構，從而延緩品質劣變的趨勢。

表1 PP 薄膜包裝吐司儲藏過程中質構的變化Table 1 Texture changes of toast packed with PP film during storage

表2 紙塑復合材料包裝吐司儲藏過程中質構的變化Table 2 Texture changes of toast packed with composite packaging during storage

2.2 吐司儲藏過程中色差的變化

色澤是評價吐司品質的重要指標，能夠很大程度影響人們對產品的接受度。 表3 是吐司3 種儲藏方式的色差變化。

色差儀中的L*為明暗度， 數值越大則越明亮；a*為紅綠色，其正值表示偏紅，負值表示偏綠；b*為黃藍色，其正值表示偏黃，負值表示偏藍[18]。由表3可知， 使用本試驗制備的紙塑復合材料包裝的吐司，在儲藏8 d 時其亮度下降最少，偏綠和偏黃的程度同樣最小，而無包裝的吐司色澤很快變得暗淡發黃。 這是因為脫氫乙酸鈉起到抗氧化的作用，同時抑制了微生物的代謝活動， 抑制其對糖類的分解，減少了美拉德反應的發生。

表3 吐司儲藏過程中色差的變化Table 3 Changes in color difference during toast storage

2.3 吐司儲藏過程中水分活度的變化

在食品的儲藏過程中，AW值與食品的穩定性和安全性直接相關。AW值高，則水分的結合程度低。圖1 是吐司儲藏過程中水分活度的變化。由圖1 可知，3 種儲藏方式的吐司水分活度隨儲藏時間呈下降趨勢。 無包裝的吐司由于沒有包裝的阻隔作用水分快速蒸發，水分活度下降顯著。 紙塑復合材料包裝相較于PP 薄膜包裝，吐司的水分活度有小幅下降，這是因為山梨糖醇具有較好的保水性，與吐司中的自由水形成結合水，減少了自由水的含量，起到降低水分活度的作用[19]。

圖1 吐司儲藏過程中水分活度的變化Fig. 1 Changes in water activity during toast storage

2.4 吐司儲藏過程中菌落總數的變化

根據GB 7099—2015 規定的微生物限量標準，當吐司的菌落總數不超過1×104CFU/g 時， 則該項指標一定符合要求。 表4 是吐司儲藏過程中菌落總數的變化。 由表4 可知，使用PP 薄膜包裝的吐司由于適宜的溫度和水分活度， 菌落總數急劇增加；無包裝的吐司菌落總數先快速增加，隨后由于水分活度的下降，增長變得緩慢；使用紙塑復合材料包裝的吐司由于內包裝紙涂布了脫氫乙酸鈉，阻止了外界微生物的進入，同時通過緩慢釋放作用使包裝內環境處于抑菌狀態， 對菌落的生長有較強的抑制作用，保證了吐司在8 d 儲藏期內菌落總數未超標，抑菌作用顯著。

表4 吐司儲藏過程中菌落總數的變化Table 4 Changes in the total number of colonies during toast storage

2.5 吐司儲藏過程中熱焓值的變化

測定吐司的熱焓值是衡量吐司老化的重要指標[20]。吐司在儲藏期間會發生老化現象，吐司老化的表現為表面光澤變差、硬化掉渣、風味消失、水分和可溶性淀粉減少等[21]。

由圖2 可知，3 種儲藏方式的吐司熱焓值ΔH隨儲藏時間呈上升趨勢。 吐司的老化速率與水分含量有重要關系。 無包裝的吐司由于水分的不斷蒸發，ΔH上升較快，老化程度顯著。 紙塑復合材料包裝相較于PP 薄膜包裝，吐司的ΔH上升變緩，這是因為山梨糖醇的保水性，部分與吐司中的自由水結合，提高了吐司持水能力，延緩了吐司的老化，所以熱焓值較低。

圖2 吐司儲藏過程中ΔH 的變化Fig. 2 Changes in ΔH during toast storage

3 結 語

本試驗中將PVA、脫氫乙酸鈉與山梨糖醇結合應用于牛皮紙制備得到抑菌紙， 將其作為內包裝，PP 薄膜作為外包裝來包裝吐司，與僅僅采用PP 薄膜包裝以及未采取包裝的吐司進行對比。 結果表明，由于抑菌紙含有抗菌保鮮功能的脫氫乙酸鈉和持水保濕功能的山梨糖醇，因此使用抑菌紙作為內包裝的吐司，其質構和色差指標的劣變變緩，水分活度有小幅下降， 菌落總數的增長得到有效抑制，老化焓值的增長也得到延緩。

本試驗中制備的紙塑復合材料可有效延長吐司貨架期，提高吐司儲藏品質。 但本試驗中尚有遺留的問題，后續將研究食品防腐劑的復配作用對抑菌紙抑菌防霉功能的影響。