黑木耳多糖/殼聚糖可食性復合膜的制備及對鮮牛肉的保鮮效果

秦丹丹，吳 瓊，白 洋，曹慧馨，劉夢林

（長春大學食品科學與工程學院，吉林 長春 130022）

隨著人們生活水平的提高，對食品安全的要求也越來越高，食品的包裝質量也引起了人們的關注。與傳統的塑料包裝膜相比，可食性包裝膜因其具有無毒、無害、可生物降解性、可再生性和良好的生物相容性、阻氣性和阻水性等優點成為食品包裝領域的研究熱點[1-3]。研究表明，可食性包裝膜多以自然界中多糖類高分子物質為材料，如淀粉、維生素、海藻酸鈉等。近幾年，雖然以殼聚糖為材料制備可食性包裝膜的研究很多，但單一的殼聚糖膜因其性能存在缺陷，限制了其在食品包裝領域的應用。通過將功能化合物添加到殼聚糖中[4-5]，可以彌補單一殼聚糖膜的性能缺陷，提高膜的性能，生產出具有一定功能作用的可食性包裝膜，使其更好地應用于食品包裝領域。

黑木耳（Auricularia auricular）富含多糖、維生素及礦物質元素等多種功能性物質，是一種珍貴的藥食兼用膠質真菌[6]。多糖是黑木耳中最主要的活性成分[7-9]，具有抗氧化、抗凝血、抗腫瘤、抗衰老、降血脂、增強免疫力等多種生理活性[10-14]。因此，將黑木耳多糖作為功能性物質添加到殼聚糖中，可以制備出一種環保、健康、安全、性能優良、抑菌、抗氧化、可降解的可食性包裝膜。

冷鮮牛肉因其具有鮮嫩、美味、安全、衛生等優點而深受消費者喜愛。但0～4 ℃貯存并不能完全抑制脂質過氧化和微生物的生長，容易造成冷鮮牛肉在貯藏、運輸、銷售過程中發生腐敗變質，導致營養價值降低、貨架期變短，因此對冷鮮牛肉的保鮮具有重大意義。采用黑木耳多糖/殼聚糖（auricularia auricularpolysaccharide/chitosan，AAP/CS）復合膜對冷鮮牛肉進行包裝，黑木耳多糖能夠從膜包裝材料中滲透進入食品，在食品表面保持一定濃度，可以緩解冷鮮牛肉在貯藏過程中的水分流失以及包裝過程中汁液的流失，減少腐敗菌和致病菌的繁殖，從而延長食品的貨架期，保持其質量和感官特性。

本實驗將黑木耳多糖作為功能性物質添加到殼聚糖中，通過流延法制備A A P/C S 復合膜，研究黑木耳多糖添加量對復合膜物理性能、機械性能、結構及抗氧化活性的影響，并用制備的復合膜、殼聚糖膜及聚對苯二甲酸乙二醇酯/聚乙烯（polyethylene terephthalate/polyethylene，PET/PE）復合真空包裝袋對冷鮮牛肉進行真空包裝保鮮，模擬超市環境4 ℃條件下貯藏，對冷鮮牛肉進行感官評價、pH值、菌落總數及硫代巴比妥酸反應物（thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）值的測定，研究復合膜對肉品的保鮮效果，以期為黑木耳多糖的進一步研究及其在食品中的開發利用提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

干黑木耳、牛肉（屠宰后的牛后腿精瘦肉）市售；平板計數瓊脂培養基北京博星生物技術責任有限公司；殼聚糖（脫乙酰度≥95%）、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）、丙二醛乙縮醛（純度≥95%）上海麥克林生化科技有限公司；其他試劑均為分析純北京化工廠。

1.2 儀器與設備

UV-2700型紫外-可見分光光度計、Nicolet iS5型傅里葉變換紅外光譜儀日本島津公司；JJ-1BA型攪拌器常州潤華電器有限公司；QJ210A型電子萬能實驗機上海傾技儀器儀表科技有限公司；DHP-9082型電熱恒溫培養箱上海一恒科技有限公司；Jipad-20型拍打式無菌均質器上海旌派儀器有限公司；PHS-3C型pH計上海儀電科學儀器股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 多糖的提取

黑木耳多糖的提取采用Bao Honghui等[15]的方法，略有改進。稱取已粉碎好的黑木耳粉末40 g，加入400 mL、體積分數80%乙醇溶液，70 ℃下浸提2 h，以除去黑木耳中低分子質量物質，過濾，將濾渣干燥后加入30 倍體積的蒸餾水，90 ℃浸提2 h，4 000 r/min離心20 min，收集上清液。向上清液中按體積比5∶1加入質量分數10%的三氯乙酸溶液除去蛋白，濃縮、醇沉，冷凍干燥后得到AAP。采用Wu Qiqiong等[16]的方法測定出AAP的分子質量為3.57×106Da。

1.3.2 AAP/CS的制備

將0.6 g CS溶于20 mL體積分數為2%的乙酸溶液中，磁力攪拌至完全溶解，得到CS溶液。將不同添加量（CS質量的5%、10%、15%、20%、25%和30%）的AAP溶于20 mL蒸餾水中，制得AAP溶液。將CS溶液與AAP溶液混合，并加入0.24 g甘油，50 ℃水浴攪拌30 min，制得AAP/CS復合膜溶液。取20 g復合膜溶液緩慢倒入直徑為90 mm的塑料培養皿上，50 ℃干燥成膜。

1.3.3 復合膜理化性能測定

用螺旋測微儀測定厚度，每種膜選取5 個點，取平均值作為結果。

密度的測定采用孫彥峰等[17]的方法。

溶解度的測定采用Khoshgozaran-Abras等[18]的方法。

溶脹度的測定采用Mayachiew等[19]的方法。

不透明度的測定采用王坤等[20]的方法。

水蒸氣透過率的測定采用GB/T 1037—1988《塑料薄膜和片材透水蒸氣性試驗方法 杯式法》[21]的方法。

按照GB/T 1040.3—2006《塑料 拉伸性能的測定 第3部分：薄塑和薄片的試驗條件》[22]，采用電子萬能實驗機測定復合膜的抗拉強度及斷裂伸長率。

1.3.4 復合膜結構測定

將膜烘干剪碎后與溴化鉀按質量比1∶100混合，研磨均勻后壓片，在4 000～400 cm-1處進行傅里葉變換紅外光譜掃描。

1.3.5 復合膜抗氧化性測定

將試樣膜用2 g/100 mL的NaOH溶液浸泡1 h后，置于50 ℃烘箱中烘干至恒質量。取0.2 g干燥后的復合膜置于10 mL DPPH-乙醇溶液（0.1 mmol/L）中，室溫避光靜置24 h，在517 nm波長處測定吸光度（AS），并測定DPPH-乙醇溶液在517 nm波長處的吸光度（ADPPH）。根據下式計算膜的DPPH自由基清除率。

1.3.6 牛肉的保鮮實驗

1.3.6.1 牛肉處理

在無菌條件下，將冷鮮牛肉進行均勻分割處理，分別用PET/PE復合真空包裝袋、CS膜以及AAP添加量為30%的AAP/CS復合膜對冷鮮牛肉進行真空包裝保鮮，于4 ℃條件下貯藏10 d，每隔2 d取樣一次，對冷鮮牛肉進行感官評價，并測定肉品中pH值、菌落總數以及TBARS值。

1.3.6.2 感官評價

由10 名食品專業人員組成評定小組，參照GB/T 17238—2008《鮮、凍分割牛肉》[23]對冷鮮牛肉進行感官評定。感官評分標準見表1。

表 1 感官評分標準Table 1 Criteria for sensory evaluation of beef

1.3.6.3 pH值的測定

按照GB 5009.237—2016《食品安全國家標準 食品pH值的測定》[24]對冷鮮牛肉的pH值進行測定。

1.3.6.4 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》[25]對冷鮮牛肉的菌落總數進行測定。

1.3.6.5 TBARS值的測定

按照GB 5009.18—2016《食品安全國家標準 食品中丙二醛的測定》[26]對冷鮮牛肉的TBARS值進行測定。

1.4 數據統計分析

使用SPSS Statistics 20.0統計軟件進行實驗數據分析，結果以平均值±標準差表示，采用Duncan多重比較檢驗法進行顯著性差異分析，P＜0.05表示差異顯著，使用OriginPro 8.5軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 復合膜的理化性能測定結果

表 2 AAP添加量對復合膜厚度、密度、溶解度和溶脹度的影響Table 2 Effect of AAP content on thickness, density, solubility and swelling rate of composite films

從表2可以看出，AAP添加量的增加對復合膜厚度、密度、溶解度、溶脹度有顯著性影響（P＜0.05）。這可能是因為AAP可以填補CS分子之間的間隙，使膜的結構更為緊密，從而導致復合膜的厚度和膜密度增加。復合膜的溶解度和溶脹度隨著AAP添加量的增加而增加，可能是因為AAP含有大量羥基，具有較強的親水性，導致水分子更易進入復合膜中，促進了膜的溶解和溶脹。

從表3可以看出，AAP添加量對復合膜不透明度、水蒸氣透過率、抗拉強度和斷裂伸長率都有顯著影響（P＜0.05）。AAP本身具有顏色，AAP的加入使復合膜逐漸呈現土黃色，導致透明度逐漸降低。通常，水蒸氣透過率取決于水分子在薄膜基質中的擴散率和溶解度。隨AAP添加量增加，AAP/CS復合膜水蒸氣透過率降低，一方面可能是AAP與CS之間的相互作用減少了它們中親水基與水的相互作用；另一方面，AAP/CS復合膜密度增加，說明CS基質中的間隙空間減少，從而降低了水分子通過膜的擴散速率。同時隨著AAP添加量的增加，溶液黏稠度增大，導致溶液流動性變差，抗拉強度增加，斷裂伸長率降低。

表 3 AAP添加量對復合膜不透明度、水蒸氣透過率、抗拉強度和斷裂伸長率的影響Table 3 Effect of AAP content on opacity, water vapor permeability,tensile strength and elongation at break of composite films

2.2 復合膜的結構分析結果

圖 1 復合膜的傅里葉變換紅外光譜圖Fig. 1 Fourier transform infrared spectra of composite films

由圖1可知，復合膜在3 424 cm-1處為—OH與—NH伸縮振動吸收峰，寬峰表明存在分子內和分子間氨鍵；在2 921 cm-1和2 850 cm-1處主要是C—H的伸縮振動吸收峰，1 629 cm-1處主要是酰胺C＝O伸縮振動吸收峰。AAP的添加使復合膜在1 401 cm-1處出現了新峰，這歸因于AAP中C—O的伸縮振動，說明復合膜中AAP和CS發生了相互作用。復合膜在1 101 cm-1和621 cm-1處主要是CS的結晶敏感峰。

2.3 復合膜抗氧化性分析結果

圖 2 AAP添加量對復合膜DPPH自由基清除率的影響Fig. 2 Effect of AAP content on DPPH radical scavenging capacity of composite films

由圖2可知，隨著AAP添加量的增加，DPPH自由基清除率逐漸增加。CS膜的DPPH自由基清除率為37.33%，當AAP的添加量上升至30%時，復合膜的DPPH自由基清除率為51.73%，是CS膜的1.39 倍。這表明復合膜具有較強的抗氧化性，可能是因為AAP中的羥基供氫能力較強，阻止了自由基之間反應的進行，從而使AAP/CS復合膜具有更高的DPPH自由基清除率。

綜上，AAP添加量為30%的復合膜綜合性能較好，該復合膜的水蒸氣透過率最低，可以有效抑制食品中水分的散失，且具有最高的DPPH自由基清除率。后續實驗采用AAP添加量為30%的AAP/CS復合膜對冷鮮牛肉進行真空包裝。

2.4 肉品品質指標分析結果

2.4.1 感官評價

圖 3 牛肉在不同包裝材料中4 ℃冷藏條件下的感官評價Fig. 3 Sensory evaluation of beef packaged with different materials during storage at 4 ℃

由圖3可知，隨著冷藏時間的延長，不同包裝材料中牛肉的感官得分逐漸減小，這與付麗等[27]的研究結果相似。牛肉在貯藏時期顏色的變化、腐敗氣味的產生以及狀態的變差，主要是微生物生長和脂質氧化所致。在0～10 d冷藏過程中，PET/PE復合真空包裝袋中的牛肉感官得分最低，其次是CS包裝組，最后是AAP（30%）/CS包裝組，這可能是因為AAP具有抗氧化活性和抑菌性，可以抑制微生物生長和脂質氧化，從而抑制冷鮮牛肉腐敗變質，維持冷鮮牛肉感官品質和延長保質期。

2.4.2 pH值

由圖4可知，隨著冷藏時間的延長，不同包裝材料中牛肉的pH值逐漸減小。牛肉pH值在宰前呈中性，宰后由于肌肉糖酵解作用使乳酸在肌肉中累積導致pH值減小[28]。在0～10 d冷藏過程中，PET/PE復合包裝的牛肉pH值減小得最快，pH值從5.90減小到5.30（P＜0.05）；CS包裝的牛肉pH值減小得較慢，pH值從5.90減小到5.60（P＜0.05）；AAP（30%）/CS包裝的牛肉pH值從5.90增加到6.15（2 d）又減小到6.02（P＜0.05），這可能是因為CS在低pH值條件下發生降解反應，從而改變了牛肉表面的酸性環境[29]；另一方面可能是因為AAP滲透到冷鮮牛肉表面，有效抑制了冷鮮牛肉pH值的降低。但楊斌等[30]的研究結果與本實驗結果略有不同，其發現納米銀酯化淀粉薄膜可以抑制冷鮮牛肉在貯藏期間pH值的增加趨勢。這可能與肉的成熟有關，牛肉的pH值在屠宰后先降低后升高，本實驗研究的是牛肉pH值因為糖酵解作用逐漸降低的過程，與劉偉[29]的實驗結果相似。

2.4.3 菌落總數

圖 5 牛肉在不同包裝材料中4 ℃冷藏條件下的菌落總數Fig. 5 Total bacterial counts in beef packaged with different materials during storage at 4 ℃

由圖5可知，隨著冷藏時間的延長，不同包裝材料中的牛肉菌落總數逐漸增加。經過10 d冷藏，PET/PE復合包裝組牛肉的菌落總數從4.80（lg（CFU/g））增加到7.53（lg（CFU/g））（P＜0.05），增加了57%。貯藏前期PET/PE復合包裝的牛肉在冷藏前期（0～2 d）菌落總數小于6.0（lg（CFU/g）），說明未變質[31]，這可能是因為真空包裝組前期氧氣濃度低，抑制了需氧微生物的生長和繁殖；CS包裝組牛肉的菌落總數從4.80（lg（CFU/g））增加到6.58（lg（CFU/g））（P＜0.05），總量增加了37%，這可能是因為CS分子上帶正電的氨基與帶負電的微生物生物膜發生靜電作用，從而抑制了微生物的生長繁殖[32]；AAP（30%）/CS包裝的牛肉菌落總數從4.80（lg（CFU/g））增加到5.69（lg（CFU/g））（P＜0.05），總量增加了19%，這可能是因為AAP抑菌作用使AAP（30%）/CS包裝的牛肉中微生物生長緩慢。經過10 d冷藏，只有AAP（30%）/CS包裝的牛肉未變質。李天密等[33]發現CS/姜黃素/γ-聚谷氨酸可食性復合膜可以抑制培根和火腿貯藏過程中的菌落總數增加，與本實驗結果相符。

2.4.4 TBARS值

圖 6 牛肉在不同包裝材料中4 ℃冷藏條件下的TBARS值Fig. 6 TBARS values of beef packaged with different materials during storage at 4 ℃

由圖6可知，隨著冷藏時間的延長，不同包裝材料中牛肉的TBARS值逐漸增加，這與高曉冉等[34]的研究結果相似。經過10 d冷藏，PET/PE復合包裝、CS包裝、AAP（30%）/CS包裝組牛肉的TBARS從0.12 mg/kg分別增加到2.54、1.44、0.45 mg/kg（P＜0.05）。Sheard等[35]發現，當新鮮肉類產品中TBARS值大于0.5 mg/kg時，消費者能感受到酸敗的味道。經過10 d冷藏，只有AAP（30%）/CS包裝的牛肉符合要求。這是因為AAP具有清除自由基的作用，進而抑制了脂質過氧化反應，減少了丙二醛的生成。

3 結 論

本實驗將AAP與CS共混，以達到改善純CS膜性能的目的。結果顯示，與沒有添加AAP的CS膜相比，加AAP后復合膜的厚度、密度、溶解度、溶脹度、抗拉強度均顯著提高，水蒸氣透過率顯著降低，APP添加量為30%的AAP/CS復合膜DPPH自由基清除率達到了51.73%。說明AAP作為天然活性物質能很好地溶入CS膜中，制備出具有優良性能、高抗氧化活性的復合膜，適合用于食品包裝。但是，添加30%的AAP會使復合膜的斷裂伸長率和透明度降低，因此，還需繼續優化AAP/CS復合膜的制備工藝，進一步提高其品質。

利用AAP/CS復合膜對冷鮮牛肉進行真空包裝處理，結果顯示，相較于PET/PE復合真空包裝袋和CS膜，AAP/CS復合膜明顯降低了牛肉貯藏過程中菌落總數及TBARS值，延緩了牛肉貯藏過程感官品質和pH值的降低。說明AAP/CS復合膜對冷鮮牛肉保鮮具有良好的效果。