CN114044943A - 一种可食性冷鲜肉抗菌保鲜膜及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可食性冷鲜肉抗菌保鲜膜及其制备方法和应用，采用包含壳聚糖、普鲁兰多糖、香芹酚、乳化剂、增塑剂的原料制成，先制备成膜基底液，用成膜基底液溶解香芹酚，加入乳化剂并进行第一次超声乳化，得到成膜液前体，再向成膜液前体中加入成膜基底液调节香芹酚的浓度，加入增塑剂进行第二次超声乳化，得到成膜液，成膜液经过真空脱气、干燥得到可食性冷鲜肉抗菌保鲜膜。本可食性活性抗菌膜的靶向抗菌性能良好，大幅度延长了冷鲜肉的保质期，不仅可降解且有良好的物理性能。
Description
技术领域
本发明涉及冷鲜肉抗菌保鲜膜，更具体地，本发明涉及一种采用特别方法制备的环保型可食性冷鲜肉抗菌保鲜膜及其制备方法和应用。
背景技术
冷鲜肉品质变化给肉类产业带来的经济损失现状：肉类加工贮藏流通过程中，常常面临鲜肉汁液流失、色泽褐变、质构劣化等问题，且劣质肉发生率高达8％～10％，肉质劣变量大速快成为我国肉类产业的痛点。即使在发达国家，美国肉类产业每年因为肉类变色问题造成的经济损失超过10亿美元。因此，使用改善食品品质的新型包装材料替代传统塑料包装材料，提质减损当前肉类产业亟需解决的问题。
冷鲜肉在“储”“运”“销”过程中遇到的技术问题：冷鲜肉在屠宰、排酸、运输、保藏过程中不可避免被微生物污染，研究表明，假单胞菌、单增李斯特菌、大肠杆菌、金黄葡萄球菌等为冷鲜肉中常见微生物。微生物的生长繁殖会加速冷鲜肉的腐败变质，在4℃冷藏条件下，冷鲜肉的保质期普遍为6-8天。对于牛羊肉来说，其产地与消费人群存在严重不对称情形，在“储”“运”“销”过程中耗时2-3天，当冷鲜肉售卖到消费者手中时，其品质早已大打折扣，保质期太短已经成为当前冷鲜肉产业亟需解决的技术问题。
冷鲜肉的常见包装形式及包装材料现状及发展趋势：当前冷鲜肉的主要包装方式有托盘包装、真空包装、气调包装等方式，所用的包装材料主要为传统塑料包装材料，这些材料的使用面临不可降解、环境污染、无抗菌活性、有毒物质迁移等问题。随着消费者食品安全意识不断提高和环保意识不断增强，可降解环境友好型活性包装膜在食品包装和保鲜领域的应用越来越受到重视。可食性抗菌膜作为一种功能性薄膜，具有易降解、可食用、抗菌性强等优势，因此，使用改善食品品质的环保型包装材料成为发展趋势。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种可食性冷鲜肉抗菌保鲜膜及其制备方法和应用，以期望可以解决冷鲜肉保质期不足的问题。
为解决上述的技术问题，本发明首先提供了一种可食性冷鲜肉抗菌保鲜膜，其采用包含壳聚糖、普鲁兰多糖、香芹酚、乳化剂、增塑剂的原料制成。
所述可食性冷鲜肉抗菌保鲜膜还包括用于溶解壳聚糖的原料，本发明采用醋酸水溶液溶解壳聚糖，优选醋酸水溶液的浓度为1％W/W，在本发明中记作“1％醋酸水溶液”。“W/W”指质量比。
本发明可以采用以下原料配比(W/W)制备可食性冷鲜肉抗菌保鲜膜：
所述乳化剂为吐温80，所述增塑剂为甘油。
本发明还可以采用改一下原料配比(W/W)制备可食性冷鲜肉抗菌保鲜膜：
所述乳化剂为吐温80，所述增塑剂为甘油。
本发明还可以采用改一下原料配比(W/W)制备可食性冷鲜肉抗菌保鲜膜：
所述乳化剂为吐温80，所述增塑剂为甘油。
本发明还可以采用改一下原料配比(W/W)制备可食性冷鲜肉抗菌保鲜膜：
所述乳化剂为吐温80，所述增塑剂为甘油。
为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种可食性冷鲜肉抗菌保鲜膜的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)以壳聚糖、醋酸水溶液、普鲁兰多糖制备成膜基底液；
(2)将香芹酚与成膜基底液混合，并加入乳化剂，进行第一次超声乳化，得到成膜液前体；
(3)在成膜液前体中加入增塑剂，进行第二次超声乳化，得到成膜液；
(4)成膜液真空脱气；
(5)成膜液在模具中干燥得到可食性冷鲜肉抗菌保鲜膜。
为了获得更好的技术效果，在制备成膜基底液时，即上述步骤(1)，采用以下具体操作方式：
将壳聚糖加入至醋酸水溶液中，常温条件下，搅拌直至壳聚糖完全溶解，接着加入普鲁兰多糖，继续搅拌直至完全溶解为无色透明状态，备用；该步骤中可以使用的搅拌装置包括但不限于磁力搅拌器。
该步骤中，优选的，成膜基底液中壳聚糖的质量含量为0.5％～1.3％；醋酸水溶液中的醋酸质量含量为1％；成膜基底液中普鲁兰多糖的质量含量为0.2％～0.6％。
为了获得更好的技术效果，在制备成膜液前体时，即上述步骤(2)，采用以下具体操作方式：
将香芹酚与成膜基底液按照一定比例混合，再加入适量的吐温80作为乳化剂，摇匀后置于超声波细胞粉碎机中进行间断式超声乳化，每段超声时间3～5s，间隙时间3～5s，超声功率200～400W，超声总时间10～20min，即第一次超声乳化。该步骤使香芹酚、吐温和成膜基底液形成乳白色的乳液，让乳滴直径更小，有利于香芹酚乳液在成膜液中的均匀分散，同时使香芹酚包裹于吐温中，减少成膜过程中香芹酚的挥发。
该步骤中，优选的，香芹酚与成膜基底液按照质量比1：9-11混合，吐温80的用量占最终成膜液产品质量的1.0％～1.5％。
为了获得更好的技术效果，在制备成膜液时，即上述步骤(3)，采用以下具体操作方式：
将成膜液前体与成膜基底液混合，调节香芹酚的浓度至需要的范围，再加入适量的甘油作为增塑剂(改善膜的机械性能)，摇匀后置于超声波细胞粉碎机中进行间断式超声乳化，每段超声时间3～5s，间隙时间3～5s，超声功率300～600W，超声总时间30～60min，即第二次超声乳化，得到成膜液。第二次超声乳化进一步促使香芹酚乳液在成膜液中的分散，增加成膜液的稳定性，利于膜均匀负载香芹酚。
该步骤中，优选的，利用成膜基底液调节香芹酚的浓度至成膜液总质量的0.3-1.8％，再加入成膜液总质量0.5％～1.5％的甘油作为增塑剂。
为了获得更好的技术效果，在真空脱气时，即上述步骤(4)，采用以下具体操作方式：
将成膜液置于真空箱中，进行真空脱气处理，阻止成膜过程中形成气泡。更具体地，可以打开真空泵，当真空度小于或等于200Pa开始计时，抽真空10～20min后停止，取出成膜液，备用。
为了获得更好的技术效果，在成膜液干燥时，即上述步骤(5)，采用以下具体操作方式：
将成膜液加入聚四氟乙烯模具中，放入鼓风干燥箱中干燥，即得可食性抗菌保鲜膜。优选的，干燥温度设置为30～50℃，打开鼓风，烘24～36h后揭膜。
本发明制备的可食性冷鲜肉抗菌保鲜膜用于包装鲜肉，对鲜肉具有抗菌保鲜，延长保质期的作用。
在本发明中，除了特别说明外，比例为质量比，浓度或者含量为质量含量。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
1、可食性活性抗菌膜的靶向抗菌性能良好
本发明采取3条途径提升产品抗菌性能：①本发明所述的可食性活性抗菌膜以冷鲜肉中常见微生物如假单胞菌、单增李斯特菌、阴沟肠杆菌、金黄葡萄球菌、大肠杆菌为靶向菌群，针对性的开发使膜具有良好的靶向抗菌效果；②本发明所述的可食性活性抗菌膜采用二次超声乳化法，借助表面活性剂吐温80使抗菌因子香芹酚乳滴更小、更均匀包裹于膜中，在膜干燥时减少香芹酚的损失，提升膜的抗菌效果；③本可食性抗菌膜在制备过程中，采用超声脱气结合真空脱气，大幅度降低了膜中气泡的形成，使得香芹酚分散更加均匀稳定，利于在干燥过程中香芹酚的均匀分布，提升了膜的抗菌效果。
2、可食性活性抗菌膜大幅度延长了冷鲜肉的保质期
本发明从以下3条途径延长了冷鲜肉的保质期：①本发明所述的可食性活性抗菌膜可有效抑制冷鲜肉中微生物生长繁殖，显著抑制冷鲜肉储藏过程中菌落总数的升高，延长了产品的保质期；②与对照组相比，采用抗菌膜覆盖方式对冷鲜肉进行保鲜处理，可显著减少冷鲜肉在储运过程中挥发性盐基氮(TVB-N)的形成，延长冷鲜肉的保质期；③该可食性活性抗菌膜处理具有良好的抗菌活性，还具有良好的抗氧化活性，可有效阻止鲜肉中脂肪的氧化，延长冷鲜肉的保质期。总的来说，采用抗菌膜对冷鲜肉进行保鲜处理，在保证冷鲜肉品质的同时，还能大幅度延长冷鲜肉的货架期，可将冷鲜肉的保质期从6～8天延长至15天以上。
3、可食性活性抗菌膜不仅可降解且有良好的物理性能
冷鲜肉传统包装材料均为石油基塑料包材，在使用过程面临难降解、污染重、无抗菌活性等问题。本发明所述的可食性活性抗菌膜所用原料均为可食性原料，以壳聚糖/普鲁兰多糖为基底膜，负载抗菌因子植物精油香芹酚，成膜后不仅安全可食，所用材料均为可降解原料，对环境影响小，用该抗菌膜替代传统保鲜膜可大幅度降低塑料保鲜膜对环境造成的巨大压力。加入抑菌因子植物精油香芹酚后，在提升可食性抗菌膜抗菌性能的同时，显著降低了膜的水蒸气透过率，增加膜的柔韧性，应用在鲜肉中可以有效降低肉的水分散失，减少经济损失。
附图说明
图1为不同香芹酚浓度的抗菌膜对DPPH自由基清除率。
图2为不同香芹酚浓度的抗菌膜的透光率。
图3为不同香芹酚浓度的抗菌膜的傅里叶红外光谱图。
图4为不同处理的肉类的挥发性盐基氮含量变化情况。
图5为不同处理的肉类的菌落总数变化情况。
图6为可食性抗菌保鲜膜样品照片。
图7为可食性抗菌保鲜膜样品电镜图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1～实施例4、对照例
将1.0％的壳聚糖溶于1％醋酸水溶液，常温(25℃左右)条件下，用磁力搅拌器搅拌直至壳聚糖完全溶解，接着加入0.3％的普鲁兰多糖，继续搅拌直至完全溶解为无色透明状态，得到成膜基底液。
将香芹酚与成膜基底液按照1：10混合，再加入1％(以成膜液计)的吐温80作为乳化剂，摇匀后置于超声波细胞粉碎机中进行第一次超声乳化，超声总时间10min，每段超声时间5s，间隙时间5s，超声功率325W，得到成膜液前体。
将成膜液前体与成膜基底液混合，使香芹酚的浓度为分别为0.00％、0.75％、1.00％、1.25％、1.50％(对照例的香芹酚浓度为0.00％，其他依次为实施例1～4的香芹酚浓度)，再加入成膜液总质量1.0％的甘油作为增塑剂，摇匀后置于超声波细胞粉碎机中进行二次超声乳化，超声总时间30min，每段超声时间5s，间隙时间5s，超声功率400W，得到成膜液。
将成膜液置于真空箱中，打开真空泵，当真空度为145Pa开始计时，进行真空脱气处理，抽真空10min后停止，取出成膜液，备用。
将成膜液按3L/m2的量加入于聚四氟乙烯模具中，放入鼓风干燥箱中，干燥温度设置为30℃，打开鼓风，烘干24h后揭膜，即得可食性抗菌保鲜膜，各实施例及对照例的膜样品及电镜图如图6和图7所示。
从图7可以看出，膜中形成了吐温包裹的香芹酚微粒。
膜的靶向抗菌性能测试
准备菌液(浓度约为106～108CFU/mL，LB肉汤培养基培养)：恶臭假单胞菌ATCC49128、荧光假单胞菌AS1.55、大肠埃希氏菌ATCC25922、金黄色葡萄球菌ATCC6538、单核增生李斯特菌ATCC19115、阴沟肠杆菌CMCC(B)45301。
将LB培养基溶解后置于121℃加热灭菌15min，冷却至50℃左右倒平板。分别取100μl不同的菌液接种在LB营养琼脂培养基上，在同一培养基不同位置放上直径为6mm的不同香芹酚浓度膜样品，随后将含有恶臭假单胞菌ATCC49128、荧光假单胞菌AS1.55培养皿置于28℃培养箱过夜，将含有大肠埃希氏菌ATCC25922、金黄色葡萄球菌ATCC6538、单核增生李斯特菌ATCC19115、阴沟肠杆菌CMCC(B)45301培养皿置于37℃培养箱中过夜，用测量精度为0.01mm游标卡尺测量抑菌圈直径。
表1不同浓度香芹酚抗菌膜对不同细菌的抑菌性能
结果表明，壳聚糖/普鲁兰多糖膜(0号膜)的抑菌活性最低，在大肠杆菌、阴沟肠杆菌、金黄葡萄球菌、单增李斯特菌、荧光假单胞菌和恶臭假单胞菌六种细菌培养基上均无抑菌圈出现，但加入香芹酚后，膜的抗菌活性显著提高，且随着香芹酚浓度增加，抗菌活性增强。
膜的物理性能测试
厚度的测试方法：采用精度为0.001mm数显千分尺(三量211-101，东莞三量量具有限公司)进行膜的厚度测量，每张膜随机取5个点进行测量，取平均值。
断裂拉伸率的测试方法：将膜裁剪成100mm×10mm的条状，两端夹距10mm，用电子单纤维强力仪(YM-06型，邢台润联科技开发有限公司)测拉伸，拉伸速率10mm/min，利用公式计算得到断裂伸长率(EB)。每个样品量三次，取平均值。
计算公式如下:
EB＝ΔL/L
式中:EB为断裂伸长率，％；ΔL为断裂时的伸长量，mm；L为原长，mm。
水蒸气透过率的测试方法：用密封蜡(熔点为50～52℃的85％石蜡和15％蜂蜡组成)将薄膜样固定在含有无水氯化钙(0％RH)的杯子上。然后将透湿杯放在25℃、相对湿度为65％条件下。测量杯的重量变化，并绘制出其随时间的函数，直到达到稳定状态。每种薄膜测试三个重复，然后取平均值。WVP(g·mm·m-2h-1KPa-1)计算如下:
WVP＝(ΔW×d)/(S×t×ΔP)
式中ΔW(g)为杯子增重；d(m)为膜厚；S(m2)为曝光膜面积(杯口面积)；t(h)为稳态发生的时间；ΔP(KPa)是薄膜试样两侧部分水蒸汽压的实际差值。
表2不同香芹酚浓度膜的理化性质
从表2可知，在力学性能方面，随着成膜液中香芹酚浓度增加，膜的断裂拉伸率(EB)表现为先下降后上升的变化趋势，由此可知，香芹酚加入成膜液中可减少膜的刚性，具有一定的增塑作用。
在水蒸气透过率方面，随着香芹酚在成膜液中浓度增加，1～4号膜的水蒸气透过率呈显著下降趋势，而水蒸气透过率下降有利于膜应用于新鲜食品的包装，可阻止食品中水分含量的蒸发，降低失重率。
膜的抗氧化性性能测试
抗氧化性能的测试方法：称取25mg膜样剪碎后置于5ml蒸馏水中，充分震荡，静置24h。从中取出0.5mL加入3.5mL的DPPH甲醇溶液(0.1mmol/L),溶液中室温下避光孵育60min。以纯甲醇作为空白调零，甲醇DPPH溶液作为空白对照，测定517nm处样品的吸光度，并用以下公式进行计算得到自由基清除能力:
DPPH自由基清除率(％)＝(A对照-A样品)/A对照
式中：A对照为空白的吸光值，A样品为样品的吸光度值。
测试结果如图1所示。图1显示了不同膜样对DPPH自由基的清除活性，不同香芹酚浓度抗菌膜对DPPH自由基的清除活性在6.81％～19.37％之间。对照组壳聚糖/普鲁兰多糖膜(0号膜)表现出较低的DPPH自由基清除活性,其自由基清除率仅为6.81％，但是在成膜液中添加不同含量的香芹酚后,膜的DPPH自由基清除活性的能力显著提高至12.99％～19.37％之间，由此可以证明该可食性抗菌膜具有良好的抗氧化活性。
在波长为200～280nm条件下，食物容易氧化导致变质、变色和产生异味。由图2可知，在250～300nm范围内，成膜液中加入不同浓度的香芹酚后，1～4号膜平均透射率明显下降。在264nm处，对照组0号膜平均透射率为1.34％，成膜液中添加香芹酚后，1～4号膜平均透射率下降至0.005％左右，因此可以推断，加入香芹酚后，膜的紫外阻隔性得到明显提升。
抗菌膜在1700cm-1显示出了一个很强的谱带，这可能是来自吐温80中羰基C＝O伸缩振动峰，而在1～4号膜中，1700cm-1处吸收峰明显减弱，这主要是由于C＝O基团与香芹酚之间的氢键相互作用。1617cm-1处的吸收峰是C＝C伸缩震动引起。1500cm-1处为壳聚糖中N-H变形振动，961cm-1处为反式乙烯基＝CH2，881cm-1处为壳聚糖结构中的β-糖苷键引起，420cm-1处为C-NH2面内弯曲振动。加入香芹酚后膜的吸收峰较壳聚糖/普鲁兰多糖相比吸收峰的位置基本一致，未检测到任何额外峰，说明各成分之间的相互作用均为物理作用，成膜过程中并没有新的物质产生，因此膜可安全应用到各类食品之中。
膜的应用效果测试
以新鲜羊肉为测试对象，设置空白对照组(不做任何处理，无膜覆盖)和膜覆盖处理组(4号膜，膜中香芹酚浓度为1.50％)，测试两组羊肉在4℃冷藏条件下挥发性盐基氮(TVB-N)和菌落总数的变化，评估膜的实际应用效果。
挥发性盐基氮(TVB-N)的测试方法：GB5009.228-2016《食品安全国家标准食品中挥发性盐基氮》。
菌落总数的测试方法：GB4789.2-2016《食品安全国家标准食品微生物学检测菌落总数测定》。
挥发性盐基氮(TVB-N)是肉腐败变质的关键指标，从图4可知，空白组对照组、膜覆盖处理组的样品TVB-N均呈上升趋势，在第3天后，两组的TVB-N值差异逐渐增大；在第7d，空白组TVB-N值接近15mg/100g，而在第15d时，抗菌膜处理组TVB-N为12mg/100g左右，仍在国标规定的15mg/100g以内(TVB-N出现小幅度下降是样本之间差异造成)。测试结果表明，抗菌膜可将冷鲜羊肉的保质期从7天左右延长至15天以上。
通过与空白对照组比较发现，如图5所示，抗菌膜对冷鲜羊肉中的细菌表现出了良好的抑菌性能，对照组细菌在第3天后开始加速繁殖，而抗菌膜处理组菌落总数变化一直相对平稳。在1、3、5、7天，对照组菌落总数依次为7200CFU/g、18917CFU/g、275000CFU/g、2972727CFU/g，而处理组在1、3、5、7、9、12、15天菌落总数依次为7200.00CFU/g、5900.00CFU/g、8600.00CFU/g、11225.81CFU/g、11225.81CFU/g、15524CFU/g、13886CFU/g、12700CFU/g，菌落总数数量增加缓慢，远远低于对照组菌落总数。在第15天时，抗菌膜处理组菌落总数仍在国标规定106CFU/g以内。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。
Claims (10)
1.一种可食性冷鲜肉抗菌保鲜膜，其特征在于，采用包含壳聚糖、普鲁兰多糖、香芹酚、乳化剂、增塑剂的原料制成。
2.根据权利要求1所述的可食性冷鲜肉抗菌保鲜膜，其特征在于，还包括用于溶解壳聚糖的原料醋酸水溶液。
3.根据权利要求1所述的可食性冷鲜肉抗菌保鲜膜，其特征在于，各原料成分的质量比例如下：
4.根据权利要求1所述的可食性冷鲜肉抗菌保鲜膜，其特征在于，所述乳化剂为吐温80，所述增塑剂为甘油。
5.一种可食性冷鲜肉抗菌保鲜膜的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)以壳聚糖、醋酸水溶液、普鲁兰多糖制备成膜基底液；
(2)将香芹酚与成膜基底液混合，并加入乳化剂，进行第一次超声乳化，得到成膜液前体；
(3)在成膜液中加入增塑剂，进行第二次超声乳化，得到成膜液；
(4)成膜液真空脱气；
(5)成膜液在模具中干燥得到可食性冷鲜肉抗菌保鲜膜。
6.根据权利要求5所述的可食性冷鲜肉抗菌保鲜膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)采用以下具体操作方式：
将壳聚糖加入至醋酸水溶液中，搅拌直至壳聚糖完全溶解，接着加入普鲁兰多糖，继续搅拌直至完全溶解为无色透明状态，得到成膜基底液；
成膜基底液中壳聚糖的质量含量为0.5％～1.3％；成膜基底液中普鲁兰多糖的质量含量为0.2％～0.6％，醋酸水溶液中的醋酸质量含量为1％。
7.根据权利要求5所述的可食性冷鲜肉抗菌保鲜膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)采用以下具体操作方式：
将香芹酚与成膜基底液按比例混合，再加入适量的乳化剂，摇匀后置于超声波细胞粉碎机中进行间断式超声乳化，每段超声时间3～5s，间隙时间3～5s，超声功率200～400W，超声总时间10～20min，即第一次超声乳化，得到成膜液前体；
香芹酚与成膜基底液的照质量比1：9～11，乳化剂的用量占最终成膜液产品质量的1％～1.5％。
8.根据权利要求5所述的可食性冷鲜肉抗菌保鲜膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)采用以下具体操作方式：
将成膜液前体与成膜基底液混合以调节香芹酚的浓度，再加入适量的增塑剂，摇匀后置于超声波细胞粉碎机中进行间断式超声乳化，每段超声时间3～5s，间隙时间3～5s，超声功率300～600W，超声总时间30～60min，即第二次超声乳化，得到成膜液；
该步骤中，香芹酚的浓度是成膜液总质量的0.3％～1.8％，增塑剂的用量是成膜液总质量的0.5％～1.5％。
9.根据权利要求5所述的可食性冷鲜肉抗菌保鲜膜的制备方法，其特征在于，步骤(4)采用以下具体操作方式：将成膜液置于真空箱中，打开真空泵，当真空度小于或等于200Pa开始计时，进行真空脱气处理，阻止成膜过程中形成气泡，抽真空10～20min后停止，取出成膜液；步骤(5)采用以下具体操作方式：将成膜液加入模具中，放入鼓风干燥箱中，在30～50℃条件下鼓风干燥24～36h，即得可食性抗菌保鲜膜。
10.权利要求1～4任意一项所述的可食性冷鲜肉抗菌保鲜膜用于包装肉类抗菌保鲜的用途。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20220215 |