聚乙烯醇-殼聚糖基抑菌指示膜的制備及在冷鮮肉中的應用

吳楊林，孫 理，李亦欣，高 媛，李 昊，鄭 聰，李春偉

（東北林業大學工程技術學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

智能包裝是指與其他包裝相比，可以對包裝周圍環境進行檢測、感知、記錄、追蹤、交流等的新型包裝[1]。活性包裝是通過材料中的活性組分來改變食品的包裝環境以延長貯存期、改善食品安全性和感官特性，同時保持食品品質不變的一種包裝體系[2]。智能包裝與活性包裝的區別在于智能包裝在供應鏈循環中主要用于監測產品自身或所處環境的信息，而活性包裝會主動采取措施（如釋放抗氧化劑）來保護產品[3]。冷鮮肉是人們日常飲食中常見的食物原料，但其在貯存期間新鮮度下降貨架期較短[4]，容易導致食品安全問題和造成經濟損失[5-6]。因此，制備一種既能檢測肉類食品新鮮度又能延長食品貨架期的智能活性包裝具有現實意義。

聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）是一種環境友好型高分子聚合物，具有優良的成膜性、可生物降解性、氣體阻隔性及機械強度，在食品包裝和醫藥等領域有著廣泛應用[7]。殼聚糖（chitosan，CS）是一種天然高分子，具有良好的生物相容性、成膜性和抗菌性[8]。PVA與CS之間可以形成分子間氫鍵，CS的添加減少了PVA上羥基與水分子作用，使薄膜的耐水性提高[9]。CS/PVA復合膜相比純CS膜對氧氣和水蒸氣的阻隔能力增強、機械性能更優異[10]。大量研究利用合成色素作為指示劑，張星暉等[11]利用溴麝香草酚藍（bromothymol blue，BTB）制作的指示標簽能靈敏地反映金槍魚的新鮮度。Sutthasupa等[12]以海藻酸鈉和甲基纖維素為原料制備水凝膠并加入BTB，檢測豬肉糜腐敗，腐敗過程中指示劑顏色從橙色變為黃色。但研究發現單一指示劑變色范圍窄，復配指示劑具有更好的指示效果[13]，Chen Huizhi等[14]發現BTB與甲基紅（methyl red，MR）按質量比3∶2混合制備指示劑其顏色變化與豬肉新鮮度具有強相關性。艾月等[15]利用MR和BTB為指示劑制備新鮮度指示水凝膠應用于大米的新鮮度檢測，指示材料與新米、陳米、陳化米接觸時色圈顏色分別為米綠黃色、象牙色和硫磺色。研究表明，茶多酚（tea polyphenols，TP）可以有效抑制常見微生物的繁殖，具有優異的抗氧化性及廣譜抑菌性。李柯欣[16]采用牛津杯法發現TP對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等具有明顯的抑菌性。Yang Yufan等[17]發現添加TP的復合膜具有良好的抗氧化和抗菌活性，而且隨著TP含量的增加豬肉貨架期最多延長了3 d。蒙脫土（montmorillonite，MMT）成本低、穩定性好，在聚合物基質中分散性好，具有獨特的二維層狀納米結構和陽離子交換特性，經酸化的MMT具有更強的吸附性和化學活性，是一種優異的中孔載體材料。高靈娟[18]利用改性的MMT成功負載香芹酚和百里香酚，制備的復合材料表現出良好的抑菌性。甘文樂等[19]發現MMT負載TP不僅可以增強PVA薄膜的機械強度，還能夠提高薄膜的水蒸氣阻隔性、耐水性及抗氧化性能。

因此，本實驗以PVA和CS為成膜基材，MMT負載TP為抑菌劑，添加溴甲酚紫（bromocresol purple，BCP）和MR及其復配物（BCP與MR質量比1∶1、1.5∶1、2∶1）作為指示劑制備抑菌指示膜，分別設立空白組，研究抑菌劑和指示劑對PVA-CS薄膜性能的影響，并應用于冷鮮肉的保鮮指示，檢驗其實際應用效果。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

CS（脫乙酰度≥90%，分子質量70～80 kDa）上海藍季生物有限公司；1797型PVA（醇解度96%～98%） 上海阿拉丁試劑有限公司；甘油 天津富宇精細化工有限公司；MTT（120 目，醫藥級） 山東化學化工科技有限公司；茶多酚（純度＞98%） 河南萬邦實業有限公司；BCP、MR（分析純） 天津科密歐化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

90-4數顯控溫磁力攪拌器 上海振捷實驗設備有限公司；SB-800D超聲波清洗機 寧波新芝生物科技股份有限公司；SDH-25055GT臺式鼓風干燥箱 上海島純實業有限公司；LD-05電腦測控拉力試驗機 長春月明小型試驗機有限責任公司；WGT-S透光率/霧度測定儀上海儀電物理光學儀器有限公司；SPX-250BIII生化培養箱 天津泰斯特儀器有限公司；X’ Pert3 Powedr X射線衍射儀 荷蘭帕納科公司；Nicolet 6700傅里葉變換紅外光譜儀 賽默飛世爾科技公司。

1.3 方法

1.3.1 抑菌指示膜的制備

PVA和CS溶液的制備：稱取3 g PVA溶于100 mL蒸餾水中，在95 ℃下水浴攪拌2 h后備用；稱取3 g CS溶于100 mL體積分數為1%的乙酸溶液中攪拌至完全溶解。

MMT負載TP溶液的制備：參照周華鋒等[20]方法進行MMT酸改性并作適當修改，稱取1 g MMT于燒杯中，加入10 mL 1 mol/L HCl溶液攪拌30 min，室溫靜置24 h后過濾，用去離子水洗滌pH值至6～7，烘干得到酸化的MMT。然后稱取1 g酸化MMT和0.5 g TP，加入10 mL無水乙醇，攪拌30 min制得MMT負載TP溶液。

稱取BCP和MR及其復配物（BCP與MR質量比1∶1、1.5∶1、2∶1）分別溶于無水乙醇，制備5 g/L指示劑溶液。將制備好的PVA溶液和CS溶液按體積比1∶1混合，加入MMT負載TP溶液（混合膜液總體積的5%），在40 ℃磁力攪拌器中高速攪拌2 h；再加入4 mL指示劑溶液和0.3 mL甘油，放入40 ℃水浴中攪拌1 h，調節pH值至4.5，超聲去泡30 min后得到成膜溶液。取120 mL成膜液倒至方形模具（長25 cm）中，室溫下放置3 d，揭膜，于25 ℃、相對濕度75%的恒溫恒濕箱中密封貯存。

將添加BCP指示劑的薄膜記為X1，添加MR指示劑的薄膜記為X2，將添加BCP與MR質量比1∶1、1.5∶1、2∶1指示劑的薄膜記分別記為X3、X4、X5；以相同方法制備未添加指示劑的PVA-CS/MMT-TP膜作為對照組（記為Y1），研究指示劑對薄膜性能的影響；以相同方法制備未添加抑菌劑的PVA-CS復合膜（BCP與MR質量比1.5∶1）作為對照組（記為Y2），研究抑菌劑對薄膜性能影響。

1.3.2 薄膜的結構表征

1.3.2.1 傅里葉變換紅外光譜分析

采用全反射法對樣品進行掃描光譜測定，掃描范圍4 000～500 cm-1。

1.3.2.2 X射線衍射分析

掃描范圍5°～90°，電壓40 kV，掃描速率5 °/min。

1.3.3 添加不同指示劑薄膜相關性能的測定

1.3.3.1 薄膜厚度及機械性能

使用精度為0.001 mm的厚度儀在薄膜上隨機取5個點測定其厚度。根據GB/T 1040.3—2006《塑料 拉伸性能的測定 第3部分：薄膜和薄片的試驗條件》，將薄膜裁成150 mm×10 mm的長條狀。參數設定：初始夾距40 mm，拉伸速率10 mm/min。分別按照式（1）、（2）計算拉伸強度和斷裂伸長率。

式中：F為拉伸過程最大力/N；S為有效受力面積/mm2；L1為斷裂時膜長度/mm；L0為初始膜長度/mm。

1.3.3.2 光學性能

將薄膜裁成50 mm×50 mm，根據GB 2410—2008《透明塑料透光率和霧度的測定》，將樣品放入霧度測定儀接收器出射窗口處進行測定。

1.3.3.3 NH3顯色靈敏性

分別配制NH3質量分數3%、6%、10%、20%、25%的氨水，對照組為蒸餾水，將待測薄膜裁成1 cm×1 cm的正方形樣品，將其排列分布于聚氯乙烯薄膜。用聚氯乙烯薄膜將培養皿覆蓋完全（樣品置于聚氯乙烯薄膜中心位置）。利用氨水的揮發性，觀察薄膜的顏色變化并在標準光源下拍照。利用色差儀進行顏色指標采集。按照公式（3）計算色差值（ΔE）。

式中：L*、a*、b*和分別代表前后兩次測定的亮度、紅度和黃度。

1.3.4 添加抑菌劑薄膜相關性能的測定

1.3.4.1 含水率以及水蒸氣透過率

將55 mm×55 mm的指示膜用電子天平進行稱質量并記為m1/g，置于100 ℃鼓風干燥箱中烘干至恒質量后取出試樣，稱質量記為m2/g。按照式（4）計算薄膜含水率。

取適量蒸餾水倒入50 mL燒杯中，杯口用薄膜包裹并用膠帶圈纏繞防止漏氣，放入22 ℃恒溫干燥箱中。每隔2 h稱質量，稱量5 次。按照公式（5）計算水蒸氣透過率。每種薄膜作3 組平行，結果取平均值。

式中：x為膜厚度/mm；S為有效面積（18.08×10-4m2）；Δm為水分透過的質量/g；t為間隔時間/s；ΔP為膜兩邊的壓強差（3 179 Pa（22 ℃））。

1.3.4.2 耐水性

溶脹率：將樣品裁剪成55 mm×55 mm的方形，放置于100 ℃鼓風干燥機中干燥至質量恒定，稱量后放入室溫蒸餾水中浸泡24 h。取出樣品迅速吸干表面水分稱質量。每種薄膜作3 組平行，結果取平均值。按式（6）計算溶脹率。

式中：m為薄膜浸泡后的溶脹質量/g；m0為薄膜烘干后的初始質量/g。

溶解質量損失率：將溶脹率測試中吸水溶脹的薄膜置于100 ℃鼓風烘箱中干燥至質量恒定，取出后迅速精確稱量薄膜質量，每種薄膜3個平行。溶解質量損失率按式（7）計算。

式中：m2為水溶性物質去除前薄膜質量/g；m1為水溶性物質去除后薄膜質量/g。

1.3.4.3 抗氧化性

參照陳晨偉等[21]的方法并稍作修改，將0.1 g樣品剪碎放入50 mL蒸餾水中，95 ℃磁力攪拌器攪拌1 h。取1 mL膜樣浸出液，加入3 mL 75 μmol/L 2,2-二苯基-1-苦基肼（2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl，DPPH）溶液，避光處理30 min后利用紫外分光光度計于517 nm波長處測定混合溶液的吸光度。無水乙醇作為空白組，按公式（8）計算DPPH自由基清除率。

式中：A1為待測薄膜樣品膜液和自由基溶液的吸光度；A2為無水乙醇和自由基溶液的吸光度；A3為無水乙醇和待測薄膜樣品膜液的吸光度。

1.3.5 抑菌性

采用抑菌圈法對薄膜進行抑菌性測試。參照汪志強[21]的方法并稍作修改，選用大腸桿菌和金黃色葡萄球菌作為實驗用菌，先用打孔器制備直徑6 mm的薄膜圓片并紫外滅菌2 h，再取400 μL活化后濃度為1×105CFU/mL的大腸埃希氏菌和金黃色葡萄球菌混合菌液均勻分布于固體培養基表面，然后再用滅菌后的鑷子將薄膜圓片置于培養皿中心位置，在37 ℃生化培養箱中培養24 h，測量抑菌圈直徑。

1.3.6 抑菌指示膜在冷鮮肉中的應用實驗

將冷鮮豬肉在無菌環境下切成若干份，取（50±1） g豬肉放入錐形瓶中，瓶口用抑菌指示膜覆蓋，用保鮮膜加皮筋將四周封緊，于4 ℃冰箱貯存10 d，每2 d測定相關指標。菌落總數：參照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》；總揮發性鹽基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）含量：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》；pH值：稱取5 g樣品切碎，加入45 mL蒸餾水，破碎勻漿2 min后靜置15 min，用pH計進行測定。貯藏期間記錄抑菌指示膜的顏色變化。

1.4 數據處理與分析

使用Origin 9.5軟件繪圖。采用SPSS軟件分析統計數據，對數據進行方差分析以檢測數據的顯著性，采用Duncan多范圍測試比較參數之間的顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 指示劑對PVA-CS/MMT-TP薄膜結構的影響

2.1.1 添加不同指示劑PVA-CS/MMT-TP薄膜的傅里葉變換紅外光譜

由圖1可知，薄膜均出現了相似的特征吸收峰，說明指示劑添加后薄膜結構組分之間未發生化學作用。MMT中含有Al2O3、MgO、SiO2，在1 041、701 cm-1處的振動峰分別對應Si—O、Mg—Fe—OH，這說明薄膜中均存在MMT，這與趙菲[23]的結果類似。3 292 cm-1處為PVA分子—OH伸縮振動的吸收峰[24]，峰形較寬是由于膜中PVA與CS濃度太大，發生締合作用，形成氫鍵，這也使得PVA-CS共混膜具有良好的成膜性能、力學性能和氧氣阻隔性能[25]。在1 555 cm-1處為C＝C雙鍵伸縮振動，2 906 cm-1處為飽和碳原子上C—H弱吸收振動峰，1 395 cm-1處為甲基基團的對稱彎曲振動特征峰，這可能是CS與TP通過接枝共聚形成了共價鍵，或各組分之間發生氫鍵等相互作用[26]。在1 200 cm-1附近沒有出現吸收峰，表明不存在酚類，可能是因為TP被很好地負載在MMT上。

圖1 添加不同指示劑薄膜的傅里葉變換紅外光譜Fig. 1 Infrared spectra of films with different indicators

2.1.2 添加不同指示劑的PVA-CS/MMT-TP薄膜的X射線衍射分析結果

由圖2可知，Y1在2θ20.3°處出現較弱衍射吸收峰，而研究表明PVA和CS的X射線衍射峰并不重合，這說明PVA和CS之間發生了強烈的氫鍵結合，并且PVA與CS混合一定程度降低了PVA的結晶度[27]。若共混膜中的指示劑與其他組分分子間未發生或僅有微弱的相互作用，那么共混膜的衍射峰為各組分結晶峰的簡單疊加，而本實驗中加入指示劑的薄膜在2θ19.8°處出現了較強衍射峰，這表明指示劑與各組分發生了強烈的分子間相互作用（范德華力和氫鍵），形成了新的交聯網狀結構，從而增強了共混膜的結晶度[28]。2θ6.18°處出現衍射峰，這可能是酸化后MMT硅酸鹽層狀結構的形態和層間距有所擴張，TP嵌入到MMT黏層間[29-30]。

圖2 不同指示劑薄膜的X射線衍射圖Fig. 2 X-ray diffraction spectra of different indicator films

2.2 指示劑對PVA-CS/MMT-TP薄膜理化性能的影響

2.2.1 添加不同指示劑PVA-CS/MMT-TP薄膜的厚度及機械性能

由表1可知，與Y1相比，加入指示劑后薄膜的厚度、拉伸強度和斷裂伸長率均顯著增大（P＜0.05）。膜厚度與成膜物質密切相關，會直接影響薄膜的機械性能[31]。拉伸強度的增大可能是指示劑的加入使薄膜組分間相容性更好，促進分子間作用力形成更加緊密的氫鍵網絡結構。其中X4的拉伸強度（（56.91±2.16）MPa）最大，相較于Y1提升了13.55%。斷裂伸長率反映了材料的柔軟性[32]，指示劑的加入降低了薄膜的斷裂伸長率，X5的斷裂伸長率相較于Y1降低了33.29%，這可能是指示劑與膜基質溶液充分溶合，分子間結構更緊密，使薄膜脆性增加、柔性下降。不同指示劑薄膜中X4斷裂伸長率（（36.4±1.23）%）最大。

表1 添加不同指示劑薄膜的厚度和機械性能Table 1 Effect of addition of different indicators on the thickness and mechanical properties of the film

2.2.2 添加不同指示劑PVA-CS/MMT-TP薄膜的光學性能

透光率可用于反映復合膜體系內各成分的相容性，透光率越小、霧度越高，光阻隔性能越強，良好的光阻隔性能可一定程度保護食品免受光照干擾[33]。由圖3可知，空白組Y1的透光率最高，為81.84%，X1的透光率最低，為53.74%，且隨著BCP、MR復配指示劑中BCP添加量的增加，透光率逐漸降低，霧度相應逐漸增加。空白組薄膜霧度為13.48%，X1霧度最高，為36.52%，相比空白組增加了23.04%。這是由于BCP、MR指示劑本身具有較深的色澤，且BCP較MR顏色更深，因此隨著復配指示劑中BCP含量的增加，透光率明顯下降，提升了對光的阻隔性能[34]。這與馮永莉等[35]的研究結果一致，指示劑的添加明顯改變了指示膜的透光性，顯著提高了指示膜對紫外光的阻隔性能。

圖3 添加不同指示劑薄膜的透光率和霧度Fig. 3 Transmittance and haze of films with different indicators

2.2.3 添加不同指示劑PVA-CS/MMT-TP薄膜的NH3響應性

由圖4可知，隨著NH3質量分數的增加，空白組薄膜顏色幾乎未發生變化；而薄膜X1顏色變化表現為深紫-紫-紫紅；X2表現為黃-淡黃，變化不明顯；X3表現為深紫-紫藍；X4表現為深紫-紫藍-淡紫；X5表現為深紫-紫-紫紅。以上結果可以表明，指示膜對不同質量分數NH3具有響應性。李寧[36]也有類似研究，以麥氏酸活化的呋喃和葡萄皮花青素作為肉類新鮮度指示劑，制備的復合膜對NH3具有響應性，并可以實時監測豬肉的新鮮度。

圖4 指示劑薄膜對不同質量分數NH3的響應性Fig. 4 Responsiveness of indicator films to different concentrations of NH3

由圖5可知，NH3質量分數為3%時，X4的ΔE最大，為11.653 0，隨NH3質量分數增加，X4的ΔE整體呈上升趨勢，在NH3質量分數為25%時ΔE為27.946 0，顏色變化明顯。X1和X5的ΔE整體均呈先上升后下降趨勢，兩種薄膜的ΔE均在NH3質量分數為20%時達到最大，分別為27.183 9和23.122 3；X2和X3均在NH3質量分數為3%時，ΔE明顯增大，但隨NH3質量分數的增加，薄膜顏色變化不明顯，這也解釋了這兩種指示薄膜只有兩種顯色的原因。無指示劑的Y1 ΔE幾乎無變化，這與顏色變化結果一致。以上結果表明，指示膜的顏色變化對揮發出的堿性氣體具有積極響應，指示膜用于實時監測食品新鮮度具有潛在可行性。杜月紅等[37]以甲基纖維素和聚乙二醇-6000為基材，添加溴甲酚紫、溴百里酚藍等酸堿指示劑制備指示標簽，隨著NH3質量分數的增加，6種標簽顏色均發生顯著變化，具有NH3響應性，可用于冷鮮肉的新鮮度指示。

圖5 不同質量分數NH3環境中指示薄膜ΔE的變化Fig. 5 Changes in ΔE of indicator films in response to different concentrations of NH3

2.3 MMT-TP對PVA-CS基智能膜理化性能的影響

2.3.1 添加MMT-TP PVA-CS基智能膜的含水率及水蒸氣阻隔性能

由圖6可知，未添加MMT負載TP的指示膜Y2含水率高達10.28%，而其他薄膜為6%～9%。這是由于PVA中存在大量羥基，MMT負載TP作用于PVA后形成了氫鍵，使水分子不易進入分子內部，提高了薄膜的疏水性[38]。X3的水蒸氣透過率最小（2.201 0×10-11g/（m·s·Pa）），相較于空白組（5.939 6×10-11g/（m·s·Pa））降低了62.92%。這說明MMT負載TP的加入提高了薄膜的水蒸氣阻隔性，這是因為MMT負載TP均勻分散在薄膜中，與各組分的分子間作用力增強，限制了基體分子的運動，從而使水蒸氣的通過受到更大阻礙，減少了水蒸氣透過量[39]。

圖6 薄膜的含水率與水蒸氣透過率Fig. 6 Film moisture contents and water vapor transmission coefficients

2.3.2 添加MMT-TP PVA-CS基智能膜的耐水性

由圖7可知，空白組薄膜的溶脹率和溶解質量損失率均最高，分別為458.68%和85.71%。而5種抑菌指示膜的溶脹率和溶解質量損失率均較小；這可能是因為MMT負載TP的添加使薄膜分子間結合得更加緊密，減少了膜內游離羥基的數量，這與甘文樂等[19]的研究結果一致，其研究發現納米MMT負載的TP有效地改善了PVA薄膜的耐水性。TP中含有疏水性苯環基團，增強了薄膜的疏水性，在混合過程中TP與PVA分子間形成氫鍵，減少了膜內游離分子，限制了水分子與PVA分子中羥基的結合[40]。Wang Yining等[41]采用超聲輔助法制備具有良好阻濕性和抗氧化性能的活性PVA-半纖維素/TP薄膜，TP的大量疏水苯環結構為膜材料提供了屏障，PVA-半纖維素/TP薄膜具有較低的水蒸氣透過率。

圖7 薄膜的溶脹率和溶解質量損失率Fig. 7 Swelling rates and dissolution loss rates of films

2.3.3 添加MMT-TP PVA-CS基智能膜的抗氧化活性

由圖8可知，空白組Y2薄膜的DPPH自由基清除率為21.13%。成膜基液中的天然CS具有良好的抗氧化作用。與Y2相比，添加MMT負載TP的5種薄膜的DPPH自由基清除率明顯上升，其中X4最高，為54.31%。這是由于水分子進入薄膜后，TP被釋放并發揮DPPH自由基清除作用，提高了薄膜的抗氧化活性[42]。Zhang Die等[43]用靜電紡絲法制備多功能淀粉/TP納米纖維膜，研究發現TP賦予薄膜抗氧化活性。Lan Xingzi等[44]采用同軸靜電紡絲技術制備芯層負載抗氧化TP和殼層負載抗菌ε-聚賴氨酸的同軸納米纖維膜，發現薄膜抗氧化活性隨著TP含量的增加和在DPPH-乙醇溶液中孵育時間的延長而增強。

圖8 薄膜的DPPH自由基清除率Fig. 8 DPPH radical scavenging effect of films

2.3.4 添加MMT-TP PVA-CS基智能膜的抑菌性

由圖9可知，空白組Y2抑菌圈微小，直徑約為8 mm。這是因為成膜基液中添加了CS，CS對細菌和霉菌均具有抑菌性。郭浩麒等[45]制備的含CS的綠色抗菌膜對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌均具有抑菌性，且隨CS添加量的增加，抑菌性增強。添加MMT負載TP的薄膜抑菌圈直徑為12～14 mm，與Y2相比，抑菌性更強。這可能是由于MMT負載TP改變了培養基的pH值，破壞了菌種生長繁殖的適宜環境[46]；也可能是因為MMT負載的TP與細菌細胞膜結合，影響了細菌蛋白質的合成，破壞了細胞膜，從而抑制細菌繁殖[47]。Pan Ziqiang等[48]研究發現TP處理可以抑制魚片中細菌增長，降低魚片的TVB-N含量，將魚片貨架期延長6 d。Y2薄膜略有卷曲，這是因為PVA富含大量游離羥基的結構特點易造成薄膜耐水性能較差，當薄膜與固體培養基表面的菌液貼合時，水分子進入薄膜并與PVA中的羥基結合，從而出現卷曲現象。此外，Y2還表現出潤漲的現象，這是因為PVA分子鏈中的羥基與水分子接觸時會吸水膨脹。但X1～X5薄膜未出現明顯的卷曲和潤脹現象，這是因為MMT負載TP減少膜內游離分子，限制了水分子與PVA分子中羥基的結合，使薄膜的耐水性增強，這與2.3.2節結果一致。

圖9 薄膜的抑菌圈Fig. 9 Zones of inhibition against bacterial strains

2.4 抑菌指示膜在冷鮮肉中的應用

如圖10A所示，貯藏初始冷鮮肉的菌落總數為3.34（lg（CFU/g）），且隨貯藏時間的延長呈上升趨勢；貯藏10 d時Y2組菌落總數為6.27（lg（CFU/g）），超出可食用標準（≤6（lg（CFU/g））），表明此時冷鮮肉已變質。與Y2組相比，X1～X5組的菌落總數上升較緩慢，貯藏10 d時僅X5組菌落總數超出可食用標準，為6.013（lg（CFU/g））。如圖10B所示，冷鮮肉的初始TVB-N含量為（6.22±0.67）mg/100 g，貯藏8 d時Y2組的TVB-N含量為（20.22±0.68）mg/100 g，這表明冷鮮肉已腐敗（≥20 mg/100 g），而X1～X5組在貯藏10 d時僅X2組的TVB-N含量（（20.22±0.68）mg/100 g）超出限值。如圖10C所示，冷鮮肉在貯藏期間pH值均呈上升趨勢，初始pH值為5.96，貯藏8 d時Y2組pH值為6.65，此時豬肉臨近腐敗（pH＞6.7），在貯藏10 d時Y2組pH值為6.81，已完全不能食用，而X1～X5組均低于Y2組，主要原因可能是TP破壞了菌株生長繁殖的適宜環境，影響了細菌蛋白質的合成，從而延緩了冷鮮肉的腐敗。綜上，抑菌指示膜對冷鮮肉具有保鮮作用，相較于未添加抑菌劑的空白對照組，可以延長冷鮮肉貨架期1～2 d。

圖10 冷鮮肉4 ℃貯藏期間的鮮度指標變化Fig. 10 Changes in freshness index of chilled pork during4 ℃ storage

圖11 抑菌指示膜在冷鮮肉貯藏期間的指示效果Fig. 11 Results of antibacterial indicator films for chilled pork at different storage times

根據豬肉的鮮度標準[49]，將菌落總數、TVB-N含量和pH值這3個化學指標結合，可更全面準確地評價豬肉新鮮度。將X1～X5組冷鮮肉劃分為3個等級：0～4 d，新鮮肉；6～8 d，次鮮肉；10 d，腐敗肉。Y2組冷鮮肉劃分為3個等級：0～2 d，新鮮肉；4～6 d，次鮮肉；8～10 d，腐敗肉。如圖11所示，抑菌指示膜在冷鮮肉貯藏期間的薄膜顏色均發生了變化。Y2在0～2 d為紫紅色，4～6 d 為紫藍色，8～10 d為紫黑色。X4在冷鮮肉貯藏期間顏色有明顯變化，0～4 d為紫紅色，6～8 d為紫藍色，10 d為紫黑色。Y2和X4的指示劑添加為同一配比（BCP與MR質量比1.5∶1），Y2在4 d變為紫藍色，8 d變為紫黑色，而X4則是6 d變為紫藍色，10 d時變為紫黑色。這是由于X4組的抑菌指示膜延長了冷鮮肉貨架期1～2 d。其他薄膜不能提供冷鮮肉鮮度等級的可靠信息，如X1、X5在4～6 d顏色變化不明顯，而此時實驗組冷鮮肉的品質已從新鮮肉變為次鮮肉；X2只有兩個色度變化，且6～10 d顏色無明顯變化，無法指示豬肉新鮮度；X3在8～10 d顏色變化不明顯，而此時實驗組冷鮮肉已從次鮮肉變為腐敗肉。綜上可以發現，抑菌指示膜不僅可以延長冷鮮肉貨架期1～2 d，而且可以實時監測冷鮮肉的新鮮度。X4的顏色變化與冷鮮肉在相應時間內的新鮮度一致，能較好地指示冷鮮肉的新鮮程度，因此，可將添加BCP與MR質量比1.5∶1的抑菌指示膜在冷鮮肉貯存過程中的顏色變化與新鮮度等級相關聯，即紫紅色為新鮮肉、紫藍色為次鮮肉、紫黑色為腐敗肉。

3 結 論

以PVA和CS為成膜基材，MMT負載TP為抑菌劑，BCP和MR及其復配為指示劑，制備抑菌指示膜。結構表征表明，各組分之間只是簡單的物理結合，通過氫鍵作用力形成致密的薄膜網絡結構；指示劑的添加增強了共混膜的結晶度，改善了薄膜的物理性能和光學性能；指示膜均能對氨氣響應。其中BCP與MR質量比1.5∶1薄膜具有最大的拉伸強度（（56.91±2.16）MPa）、斷裂伸長率（（36.4±1.23）%），并且具有靈敏的氨氣響應性（紫紅-紫藍-淡紫）；BCP薄膜透光率最低（53.74%）、霧度最高（36.52%）。將未添加抑菌劑的PVA/CS復合膜（BCP與MR質量比1.5∶1）作為對照組用于研究抑菌劑對于薄膜相關性能影響，發現添加抑菌劑能夠改善薄膜的耐水性、抗氧化性，且具有良好的抑菌性能。將抑菌指示膜應用于冷鮮肉的保鮮及新鮮度指示，結果表明，抑菌指示膜相較于空白組可延長冷鮮肉貨架期1～2 d；而且BCP與MR質量比1.5∶1薄膜的顏色變化與冷鮮肉新鮮度等級相一致，即紫紅色為新鮮肉、紫藍色為次鮮肉、紫黑為變質肉。制備的抑菌指示膜不僅具有抑菌保鮮的功能，還可以實時監測冷鮮肉新鮮度，具有應用潛力。今后研究可從薄膜的安全性展開，驗證其應用的可行性。