西蘭花葉多酚-木薯淀粉/果膠復合膜對羊肉冷藏保鮮效果的影響

魏瑾雯，孔祥穎，張偉，曹暉，余群力*，韓玲

1(甘肅農業大學 食品科學與工程學院，甘肅 蘭州，730070)2(青海省海北藏族自治州畜牧獸醫科學研究所，青海 海北，812200)3(甘肅康美現代農牧產業集團有限公司，甘肅 臨夏，731500) 4(陜西秦寶牧業發展有限公司，陜西 寶雞，721000)

羊肉肉質鮮嫩，風味獨特，營養豐富，深受廣大消費者喜愛。隨著人們生活水平的提升，對肉制品的健康安全越來越重視。但羊肉容易腐敗變質，貯存過程中會發生脂質氧化和微生物生長，導致羊肉貨架期變短、營養價值降低[1]。因此包裝材料及質量成為肉制品行業關注的焦點。傳統包裝材料大多是以乙烯為原材料加工而成的保鮮膜，對人體有一定的危害且會對環境造成污染[2]。因此，天然活性包裝材料具有更大的發展空間。

木薯淀粉(tapioca starch,TS)具有較好的延展性、糊狀透明度高、可降解、且利于成膜[3]。但純木薯淀粉膜機械性能和耐水性較差[4]，使其應用受限。果膠是一種廣泛存在于綠色植物中的結構性多糖，可降解，無毒，廣泛應用于食品工業中[5]。果膠膜硬脆、拉伸強度也低。吳富奇等[6]將聚乙烯醇與木薯淀粉混合制備復合膜，當聚乙烯醇和木薯淀粉配比為70∶30時復合膜綜合性能最佳。王玥等[7]研究發現馬鈴薯淀粉溶液中加入檸檬果膠后，復合膜的阻濕性能和機械性能均得到顯著改善。但是目前關于木薯淀粉和果膠復合制備可食膜的研究還鮮有報道。

西蘭花含蛋白質、糖、脂肪等營養物質，且富含較多的生物活性成分，如多酚、蘿卜硫苷、硫代葡萄糖苷等[8-9]。然而西蘭花的莖、花序和葉子等廢棄物，大部分都未得到開發利用，造成嚴重的環境污染和資源浪費。KRISHNAIAH等[10]研究發現西蘭花莖葉中的多酚等抗氧化產物的含量較高。因此，將西蘭花葉多酚(broccoli leaf polyphenols, BLP)添加到復合基膜中，以期制備成一種新型可食膜應用于食品行業中。

本文通過流延法制備木薯淀粉/果膠(tapioca starch pectin,TSP)復合基膜，將BLP作為功能性物質添加到該復合膜中，研究BLP添加量對復合膜機械性能、阻隔性能、結構等的影響，并用該膜包裹羊肉，在4 ℃條件下貯藏15 d，測定羊肉的保鮮指標，研究不同濃度西蘭花葉多酚-木薯淀粉/果膠復合膜對羊肉保鮮效果的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

羊肉：采自青海夏華肉食品有限公司，選取生長發育良好、健康無病、10～14月齡小尾寒羊，按照NY/T 1341—2007《家畜屠宰質量管理規范》進行屠宰后取后腿肉，立即置于4 ℃保溫盒中3 h內運回實驗室；西蘭花葉，購于蘭州市皋蘭縣九合鎮蔬菜批發市場；木薯淀粉，食用級，北京廚大媽食品集團有限公司；果膠，北京索萊寶科技有限公司；MgO、硼酸、NaCl、2-硫代巴比妥酸、三氯乙酸等，天津市光復科技發展有限公司，以上均為分析純。

1.2 儀器與設備

KQ-500E型超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；Testo-205pH計，上海德圖儀器有限公司；SP-756P紫外可見分光光度計，上海光譜儀器有限公司；DJ1C磁力電動攪拌器，金壇區西城新瑞儀器廠；K9840型自動凱氏定氮儀，濟南海能儀器有限公司；FTR-650傅里葉紅外光譜儀，天津港東科技發展股份有限公司；JSM-6701F型掃描電鏡，日本電子光學公司；萬能試驗機，濟南萬測電氣設備有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 BLP的制備

選擇新鮮、大小均勻，無明顯病斑的西蘭花葉，在50 ℃恒溫干燥12 h后將其粉碎，過60目篩得到西蘭花葉粉末。超聲輔助浸提，然后用真空泵對其抽濾，取粗提液測定多酚濃度，采用金屬離子沉淀法純化多酚，得到絡合物沉淀后加入HCl溶液使其完全溶解，用乙酸乙酯萃取2次，在40 ℃條件下旋轉蒸發萃取液得到西蘭花葉多酚濃縮液，真空冷凍干燥濃縮液24 h得到西蘭花葉多酚粉末。

1.3.2 BLP-木薯淀粉/果膠復合膜的制備

稱取木薯淀粉2.5 g，加入100 mL蒸餾水，在71 ℃水浴條件下磁力攪拌41 min至木薯淀粉完全糊化。然后加入1 g果膠和2%的甘油，利用余熱磁力攪拌10 min，然后加入不同添加量(1%、3%、5%，質量分數)的BLP，攪拌5 min得到膜溶液。超聲脫氣處理20 min，冷卻至室溫，然后將30 mL復合膜溶液緩慢均勻倒入直徑為15 cm的玻璃培養皿中，置于40 ℃烘箱中干燥24 h，冷卻后揭膜，置于25 ℃、相對濕度55%的恒溫恒濕箱中平衡48 h。

1.3.3 試驗設計

用75%的酒精對刀具等進行消毒，在超凈工作臺上將羊肉剔除筋膜和脂肪后均勻分割，分別用聚乙烯袋、木薯淀粉/果膠基膜以及(BLP含量為1%、3%和5%)BLP-木薯淀粉/果膠復合膜對羊肉包裝保鮮，于4 ℃條件下貯藏，如圖1所示。分別在0、3、6、9、12、15 d取樣，測定羊肉的保鮮指標。

圖1 復合膜包裹后肉樣及4 ℃條件貯藏Fig.1 Meat sample after wrapping and storage 4 ℃

1.3.4 復合膜理化性能測定

薄膜厚度參照LU等[11]的方法，使用游標卡尺在薄膜上隨機選擇3個點進行測量并取平均值；薄膜密度的測定采用王玥等[7]的方法。

力學性能按照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》，將復合膜裁成7 cm×2 cm的長條，用電子萬能試驗機測定抗拉強度及斷裂伸長率。

水溶性參考劉宏生等[12]的方法，并略作修改；溶脹度參考何娟等[13]的方法，并略做修改；不透明度參考LU等[11]的方法并略作修改；水蒸氣透過率按照GB/T 1037—2021《塑料薄膜與薄片水蒸氣透過性能測定 杯式增重與減重法》測定。

1.3.5 傅里葉紅外光譜(Fourier transform infrared spectroscopy，FT-IR)分析

采用衰減全反射(attenuated total reflection，ATR)模式的傅里葉紅外光譜儀來測量薄膜的4 000～400 cm-1的傅里葉紅外光譜，分辨率為4 cm-1。

1.3.6 掃描電子顯微鏡觀察

用雙面膠將薄膜固定在金屬塊上，噴金后觀察薄膜表面。將薄膜用液氮淬斷，然后用雙面膠帶固定在載玻片上，噴涂金以觀察薄膜的截面。

1.3.7 肉品保鮮指標測定

1.3.7.1 pH測定

參照楊斌等[14]的方法，用便攜式pH計對肉樣pH值進行測定。參考標準：新鮮肉的pH為5.8～6.2，次極鮮肉的pH為6.3～6.6，變質肉的pH為6.7以上。

1.3.7.2 硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid reactive substances，TBARS)值測定

參照GB/T 5009.181—2016 《食品安全國家標準 食品中丙二醛的測定》。

1.3.7.3 總揮發性鹽基氮(total volatile base nitrogen，TVB-N)含量測定

參照GB 5009.228—2016 《食品安全國家標準 食品中揮發性鹽基氮的測定》。

1.3.7.4 菌落總數測定

參照GB 4789.2—2016 《食品微生物學檢測:菌落總數測定》。

1.3.7.5 感官評價

參考SOMBONPANYAKUL等[15]的方法，并略作修改。選擇本實驗室經過感官評價訓練的10名人員，男女比例為1∶1，分別對肉樣色澤、氣味、彈性及黏性進行評分，10位感官評價人員評分的平均值作為樣品的感官得分。評分標準如表1所示。

表1 貯藏過程中羊肉感官評分標準Table 1 Standards for sensory evaluation of mutton during storage

1.4 數據統計分析

試驗平行3次，采用Excel進行數據統計與分析，采用Origin 9.0繪圖。利用SPSS 22.0 Duncan’s進行顯著性分析(P<0.05)，試驗數據用平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 不同質量分數BLP對復合基膜的影響

2.1.1 不同質量分數BLP對復合基膜理化性能的影響

表2為BLP含量對復合基膜的厚度、密度、拉伸強度和斷裂伸長率的影響。從表2中可以看出，隨著BLP含量的添加，復合膜的厚度和密度均顯著增加(P<0.05)，這可能是因為BLP的添加使膜溶質增加且膜的結構更為緊密，這與閆青青等[16]報道的結果類似。多酚的添加能夠降低結構的剛性，獲得很好的拉伸性和柔韌性，在本試驗中，TSP的拉伸強度為4.48 MPa。相較于前人制備的純木薯淀粉薄膜(1.38 MPa)[6]，TSP的拉伸強度增加了69.2%，斷裂伸長率相近，不同濃度BLP復合膜的拉伸強度提高了40.4%～50.0%。本試驗中，拉伸強度隨著BLP的增加呈先上升后下降的趨勢，斷裂伸長率呈先下降后上升的趨勢，因為酚類物質通過它們自身的氫鍵與淀粉和果膠中的氫鍵相互作用，使得薄膜的拉伸強度有所提高，但當BLP的含量過高時，其在膜中的分散性變差，且阻礙了膜液分子間的結合，這與郭宗林[19]的研究結果相似。

表2 不同質量分數BLP對復合膜厚度、密度、拉伸強度及斷裂伸長率的影響Table 2 Effect of BLP concentration on the thickness，density，tensile strength and fracture strength of composite film

BLP含量對復合基膜水溶性、溶脹度、不透明度和水蒸氣透過率的影響見表3。薄膜的水溶性會直接影響其使用壽命。田春美等[17]研究發現純木薯淀粉膜的水溶性為26.40%，由表3可知，在復合基膜中加入BLP顯著降低了薄膜的水溶性(P<0.05)，提升了薄膜的穩定性，其中添加3% BLP處理組效果最佳。這可能是由于西蘭花葉多酚與淀粉和果膠發生的相互作用，限制了親水基團與水分子的相互作用，從而導致水溶性降低。與TSP膜樣品相比，BLP的添加顯著提高了復合膜的溶脹度(P<0.05)，說明BLP的加入有利于提高復合膜的持水性能。復合膜的不透明度隨著BLP含量的增加顯著增加(P<0.05)，因為BLP的添加使膜結構更為緊密，影響光的透過，且多酚的顏色也使得膜透明度逐漸下降。田春美等[17]研究發現純木薯淀粉膜阻濕性很差，而本試驗中TSP膜阻濕性較好，且添加BLP顯著降低了膜的水蒸氣透過率(P<0.05)，能有效抑制食品中水分的散失，從而起到食品保鮮作用。

表3 不同質量分數BLP對復合膜水溶性、溶脹度、不透明度和水蒸氣透過率的影響Table 3 Effect of BLP concentration on the solubility, swelling degree, opacity and water vapor transmission rate of composite film

2.1.2 不同質量分數BLP對復合基膜FT-IR的影響

如圖2所示，復合膜在3 281、2 938、2 162、1 025、813 cm-1附近存在特征吸收峰。3 281 cm-1附近吸收峰是由于O—H鍵的振動，這可歸因于BLP與淀粉和果膠分子間形成氫鍵，該區域各峰的吸收位置受整體分子結構的影響較大[14]。由于C—H鍵的不對稱伸縮振動，在2 938 cm-1附近出現吸收峰，位于1 025和813 cm-1之間的光譜吸收帶可歸因于C—C鍵和C—O鍵的伸縮振動[18]。綜上，在復合基膜中添加西蘭花葉多酚并未出現新的峰，因此添加西蘭花葉多酚并未顯著改變復合基膜的化學結構。

圖2 不同BLP復合膜的紅外光譜研究Fig.2 FT-IR spectroscropy of different BLP composite films

2.1.3 不同質量分數BLP對復合基膜微觀結構的影響

圖3顯示了不同薄膜在掃描電鏡下的表面和斷面情況。不添加BLP的薄膜表面不平整，這可能是因為果膠團聚所致。BLP添加量從1%增加到3%，薄膜的表面結構平整光滑，結構緊湊，這可能是由于BLP與木薯淀粉形成氫鍵相互作用。當BLP添加量增加到5%時，薄膜表面出現較多顆粒，復合基膜中未完全糊化的淀粉顆粒產生了一定的破壞作用。從薄膜的斷面掃描電鏡可以看出，BLP添加量從1%增加到3%，薄膜組織逐漸緊密，但當BLP添加量增加到5%時，復合薄膜出現明顯的斷層。這可能是因為BLP含量過高，影響了淀粉分子之間成鍵，進而影響了成膜性能[19]。由以上結果可知，TSP+BLP 3%薄膜的性質優于其他組。

a-TSP薄膜表面；b-TSP薄膜斷面；c-TSP+1%BLP薄膜表面；d-TSP+1%BLP薄膜斷面；e-TSP+3%BLP薄膜表面；f-TSP+3%BLP薄膜斷面；g-TSP+5%BLP薄膜表面；h-TSP+5%BLP薄膜斷面圖3 不同質量分數BLP對復合基膜微觀結構的影響Fig.3 Effect of different concentrations of BLP on the microstructure of composite base film

2.2 復合膜對羊肉貯藏期間品質的影響

2.2.1 pH值

pH值是評價羊肉品質的指標之一[20]。羊肉貯藏期間復合膜對其pH值的影響如圖4所示，pH值呈先下降后上升的趨勢。這是由于羊肉宰后肌肉進行糖酵解作用，其產物乳酸在肌肉中積累導致，后期在酶和細菌作用下，肉中蛋白質降解生成氨基酸使pH回升[21]。在0 d時，羊肉的pH值為5.91，貯藏第6天起，薄膜包裹處理的肉樣pH值顯著低于對照組(P<0.05)。在第9天時，對照組肉樣已變質，TSP處理組在貯藏12 d時pH達到了6.72，超出國標規定的范圍，而此時添加BLP的復合膜處理組屬于次鮮肉，貯藏末期TSP+BLP 3%組的pH值最低，這可能與復合膜的水溶性有關，TSP+BLP 3%的復合膜水溶性最低，膜貯藏期間對肉包裹更加完整。以上結果說明復合膜包裝對羊肉pH值的升高有一定的延緩作用，且添加了西蘭花葉多酚的復合膜對抑制羊肉pH值上升的作用更強。

圖4 復合膜對羊肉貯藏期間pH值的影響Fig.4 Effect of composite membrane on the pH value of mutton during storage注：小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)(下同)

2.2.2 TBARS值

脂肪氧化可通過酶促反應或非酶促反應引起，會導致冷鮮肉在貯藏過程中腐敗變質。肉制品中脂肪氧化程度可用TBARS值表示，反映了肉制品在貯藏期間品質的好壞[22]。由圖5可知，隨著貯藏時間的增加，羊肉的TBARS值均成上升趨勢，且處理組均顯著低于對照組(P<0.05)。貯藏0 d時羊肉的TBARS值為0.21 mg/kg，說明羊肉新鮮度較好。對照組在貯藏第6天時已高于新鮮肉的TBARS值，TSP處理組在貯藏至第12天時TBARS值為1.06 mg/kg，而添加了BLP的處理組在15 d時羊肉才腐敗變質。這是因為BLP具有清除自由基的作用，抑制了脂質氧化，這與古明輝等[23]研究結果一致。TSP+BLP 3%處理組TBARS值上升幅度最低，上升了0.81 mg/kg，這可能與TSP+BLP 3%復合膜較低的水蒸氣透過率和水溶性有關，能阻止羊肉與空氣接觸，有效抑制其氧化。綜上表明，添加西蘭花葉多酚可以使羊肉中不飽和脂肪酸的氧化速度降低。

圖5 復合膜對羊肉貯藏期間TBARS值的影響Fig.5 Effect of composite film on the TBARS value of mutton during storage

2.2.3 TVB-N含量

TVB-N是由于酶和微生物相互作用，使蛋白質分解為氨以及胺類等物質[24]，是肉及貯藏肉制品的新鮮度指標之一。從圖6可知，對照組和復合膜包裹處理的羊肉的TVB-N含量隨著貯藏時間的延長均增加。由GB 5009.228—2016 《食品安全國家標準 食品中揮發性鹽基氮的測定》可知，肉及肉制品中TVB-N含量≤15 mg/100 g為新鮮肉，TVB-N含量>20 mg/100 g時為變質肉。對照組肉樣的TVB-N含量增加幅度最大，在第9天時達到了20.77 mg/100 g，已超過國標限定值。而TSP組在第12天時羊肉變質，添加不同質量分數BLP處理組的TVB-N含量在貯藏至15 d時才超出國標限定值，TVB-N含量變化趨勢與pH值基本一致。以上結果可知，西蘭花葉多酚復合膜具有較好的抗菌性能，可以延緩肉樣腐敗變質。

圖6 復合膜對羊肉貯藏期間TVB-N含量的影響Fig.6 Effect of composite film on the TVB-N content of mutton during storage

2.2.4 菌落總數

肉的腐敗變質是由微生物引起的，菌落總數是評價羊肉新鮮度和品質的重要指標之一[25]。一般情況下，菌落總數>6 lg CFU/g為變質肉[26]。羊肉貯藏期間菌落總數如圖7所示。

圖7 復合膜對羊肉貯藏期間菌落總數的影響Fig.7 Effect of composite film on total viable count of mutton during storage

在貯藏第0天時，羊肉的菌落總數為2.91 lg CFU/g。由于微生物的大量繁殖，導致對照組在貯藏至第9天時已達到了6.29 lg CFU/g，而此時處理組均未超過國標規定，且TSP+BLP處理組的菌落總數均顯著低于TSP組(P<0.05)，這與田玉潭等[27]研究結果相似。添加了3%BLP的處理組在貯藏末期菌落總數上升至6.18 lg CFU/g，羊肉出現氨味，表明已經腐敗變質。相比對照組，添加了多酚的復合膜包裹羊肉，延長了羊肉的貨架期，復合膜對延緩羊肉微生物生長有積極的抑制作用，且添加了西蘭花葉多酚的復合膜效果更佳。因此，多酚復合膜作為肉品包裝可以達到良好的抑菌保鮮效果。

2.2.5 感官評價

感官評分是反映肉樣新鮮程度最直觀的指標[25]，是消費者購買肉類產品的重要因素。對照組和不同處理組的羊肉感官評價如圖8所示。感官評分隨貯藏時間的延長均降低，處理組的感官評分下降速度顯著低于對照組(P<0.05)，這與徐紅艷[28]的研究結果相似。感官評分的下降是因為貯藏期間羊肉脂質氧化和微生物生長所致，對照組肉樣在貯藏第9天時已處于不可接受水平。與TSP組相比，含有BLP的處理組得分顯著較高(P<0.05)，感官評分降低最少的為TSP+BLP 3%處理組，這可能與西蘭花葉多酚的顏色及氣味有關。這表明BLP的添加可以維持羊肉感官質量和延長保質期。

圖8 羊肉貯藏期間感官評分的變化Fig.8 Changes in sensory scores of mutton during storage

3 結論

本試驗將BLP添加到木薯淀粉/果膠復合基膜中，探究了BLP添加量對復合基膜性能的影響以及復合薄膜對羊肉保鮮效果的影響。結果表明，復合薄膜的厚度、密度、溶脹度、拉伸強度和不透明度均顯著增大(P<0.05)，斷裂伸長率、水溶性和水蒸氣透過率顯著減小(P<0.05)，說明添加BLP可以改善復合基膜的性能。TSP薄膜對冷藏肉的保鮮效果受添加BLP質量分數的影響，復合膜包裹羊肉在4 ℃下貯藏，結果表明，隨著貯藏時間的延長，復合膜包裹羊肉的感官評分始終優于對照組，且處理組pH、TBARS值、TVB-N含量及菌落總數均顯著低于對照組(P<0.05)，在所有組中TSP+BLP 3%的效果最好。這表明西蘭花葉多酚-木薯淀粉/果膠復合膜對羊肉具有良好的保鮮效果，延長了羊肉的保質期。