抑菌乳清蛋白涂膜液的制備及對(duì)雞蛋的保鮮效果

王玉峰，王建清，豆麗麗

（1.天津科技大學(xué) 包裝與印刷工程學(xué)院，天津 300222；2.中國(guó)輕工業(yè)食品包裝材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300222）

抑菌乳清蛋白涂膜液的制備及對(duì)雞蛋的保鮮效果

王玉峰1，2，王建清1，2，豆麗麗1，2

（1.天津科技大學(xué) 包裝與印刷工程學(xué)院，天津 300222；2.中國(guó)輕工業(yè)食品包裝材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300222）

以乳清濃縮蛋白為主要原料，通過(guò)添加天然抑菌劑，制備抑菌乳清蛋白涂膜液，并用于雞蛋保鮮。采用單因素試驗(yàn)，研究了乳清濃縮蛋白用量、甘油用量、亞硫酸鹽用量和谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶用量等因素對(duì)成膜性能的影響，得到了優(yōu)化的工藝條件。然后將制備的涂膜液用于雞蛋保鮮，通過(guò)測(cè)試雞蛋揮發(fā)性鹽基氮、菌落總數(shù)等指標(biāo)，考察涂膜液的保鮮效果。當(dāng)乳清濃縮蛋白用量為11%、甘油用量為4%、亞硫酸鈉用量為0.1%、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶用量為0.1%時(shí)，涂膜液成膜后具有較好的阻氧、阻水蒸氣性能以及良好的力學(xué)性能。含有1.0 mg/mL ε-聚賴氨酸和1.0 mg/mL乳酸鏈球菌素的乳清蛋白涂膜液具有明顯的抑菌作用，可以顯著延長(zhǎng)鮮雞蛋的保質(zhì)期。

抑菌；乳清蛋白；雞蛋；保鮮

0 引言

雞蛋營(yíng)養(yǎng)豐富，富含高質(zhì)量的蛋白質(zhì)、維生素、脂質(zhì)以及礦物質(zhì)等多種營(yíng)養(yǎng)成分，被譽(yù)為“人類理想營(yíng)養(yǎng)庫(kù)”[1]，深受廣大消費(fèi)者的喜愛。但雞蛋在生產(chǎn)中很容易受到病原菌的危害，而且雞蛋大多不經(jīng)任何處理直接上市銷售，這就使得鮮雞蛋的貨架壽命變短，很容易變質(zhì)，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此采用安全有效的技術(shù)對(duì)雞蛋進(jìn)行保鮮處理，延長(zhǎng)雞蛋的貨架壽命，是一個(gè)非常重要的課題[2]。

對(duì)于雞蛋的保鮮已經(jīng)有了很多研究，采用的方法主要有輻射法、CO2處理法、熱處理法、臭氧法和涂膜法等。由于涂膜保鮮法操作簡(jiǎn)便且成本較低，因而受到國(guó)內(nèi)外的關(guān)注。雞蛋的涂膜法是將具有一定成膜性且成膜氣密性較好的涂膜液涂布于蛋殼表面，通過(guò)改變內(nèi)外環(huán)境交換的通道，減緩蛋的呼吸作用以及酶的活性，以保持鮮蛋品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)成分。涂膜保鮮能有效延長(zhǎng)雞蛋的保質(zhì)期，而且還可增強(qiáng)蛋殼的亮度及強(qiáng)度，有著廣闊的應(yīng)用前景[3-4]。

本研究以乳清濃縮蛋白為主要原料，通過(guò)添加天然抑菌劑，制備抑菌乳清蛋白涂膜液。采用單因素試驗(yàn)，對(duì)制備乳清蛋白涂膜液的工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化。并將涂膜液用于雞蛋保鮮，通過(guò)測(cè)試雞蛋的揮發(fā)性鹽基氮、菌落總數(shù)等主要指標(biāo)，考察了涂膜液的保鮮效果。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

ε-聚賴氨酸（ε-PL）、乳酸鏈球菌素（Nisin）：浙江銀象有限公司；濃縮乳清蛋白粉：恒天然集團(tuán)；谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶(TG酶)：江蘇一鳴生物制品有限公司；氯化鈉、甘油、無(wú)水亞硫酸鈉：均為分析純，天津市江天化工有限公司；鮮雞蛋：天津市津南區(qū)興農(nóng)養(yǎng)雞場(chǎng)。

PHS-25pH計(jì)：上海精密科學(xué)儀器有限公司；半微量凱氏定氮儀：江蘇晶玻實(shí)驗(yàn)儀器廠；立式壓力蒸汽滅菌器：上海博迅實(shí)業(yè)有限公司；電熱恒溫培養(yǎng)箱：天津市天宇實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；透氣測(cè)試儀：德國(guó)BRRUGER公司；電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)：英國(guó)INSTRON公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 抑菌乳清蛋白涂膜液的制備

首先配制不同濃度的濃縮乳清蛋白溶液，攪拌至充分溶解，用1 moL/L NaOH調(diào)節(jié)pH值至8.0，在80℃的條件下加熱20 min，冷卻，然后加入一定量的無(wú)水亞硫酸鈉、甘油TG酶，在45℃下繼續(xù)攪拌15 min，即為乳清蛋白涂膜液。在乳清蛋白涂膜液中分別加入1 mg/mL ε－聚賴氨酸和1 mg/mL乳酸鏈球菌素，得到抑菌乳清蛋白涂膜液。

1.2.2 薄膜性能測(cè)試

將制備的乳清濃縮蛋白液在有機(jī)玻璃板上定量成膜，并將其平整地放置在40℃的水浴鍋上，18 h后揭膜，對(duì)性能進(jìn)行測(cè)試。透氧性、透濕性、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均按照相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)定。

1.2.3 雞蛋保鮮試驗(yàn)

（1）樣品處理：選擇表面光滑、無(wú)裂痕的新鮮雞蛋，用清水洗凈晾干，再用體積分?jǐn)?shù)為75%的醫(yī)用酒精消毒。然后將雞蛋樣品分為3組，其中一組不做任何處理，設(shè)為空白對(duì)照組，記做CK組，第1組樣品涂乳清蛋白涂膜液，第2組樣品涂添加了抑菌劑的乳清蛋白涂膜液。

雞蛋先在制備的涂膜液中浸泡15 s，然后取出瀝干，待涂膜液自然風(fēng)干后，存儲(chǔ)在溫度為28℃、相對(duì)濕度為60%～80%的恒溫恒濕箱內(nèi)。間隔一定時(shí)間測(cè)定雞蛋的揮發(fā)性鹽基氮（TVB－N）值和蛋內(nèi)容物的菌落總數(shù)。

（2）取樣方法：從每一組樣品中隨機(jī)抽取3枚雞蛋，分別對(duì)每枚雞蛋進(jìn)行測(cè)試，以3次測(cè)定的平均值為測(cè)試結(jié)果。

（3）測(cè)試方法：揮發(fā)性鹽基氮（TVB－N）參照GB 5009.44—2003《肉與肉制品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法》中半微量定氮法進(jìn)行測(cè)定；蛋內(nèi)容物菌落總數(shù)按照GB/T 4789.19—2003《食品衛(wèi)生微生物學(xué)檢驗(yàn)蛋與蛋制品檢驗(yàn)》進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 乳清蛋白涂膜液的制備

乳清蛋白涂膜液制備參數(shù)及成膜的性質(zhì)見表1。

表1 乳清蛋白涂膜液制備試驗(yàn)參數(shù)與成膜性能Table 1 Experimental parameters of whey protein coating preparation and the properties of film

2.1.1 乳清蛋白用量對(duì)成膜性能的影響

當(dāng)乳清蛋白用量小于10%時(shí)，隨著水分的脫除，分子間作用距離增大，不能形成連續(xù)的薄膜，而當(dāng)乳清蛋白用量大于13%時(shí)，由于蛋白質(zhì)在加熱過(guò)程中會(huì)形成凝膠，也無(wú)法成膜，因此本試驗(yàn)選用的乳清蛋白用量為10%～12%。由表1可見，隨著乳清濃縮蛋白薄膜用量的增加，膜的透氧系數(shù)在逐漸降低，當(dāng)其用量在11%～11.5%時(shí)，變化不明顯，且透氧系數(shù)較低，當(dāng)上升到12%時(shí)，溶液比較黏稠，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)凝膠，成膜較困難。

隨著乳清蛋白用量的增加，成膜拉伸強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，表明蛋白質(zhì)含量對(duì)乳清蛋白膜機(jī)械強(qiáng)度有比較大的影響。通過(guò)加熱、調(diào)節(jié)pH值等處理后，使蛋白質(zhì)亞基解離，分子發(fā)生變性，使其分子得到一定程度的伸展，內(nèi)部的疏水基團(tuán)暴露出來(lái)，分子間的相互作用得到加強(qiáng)[7]，從而使膜的機(jī)械性能得到加強(qiáng)。而隨著乳清蛋白用量的增加，成膜斷裂伸長(zhǎng)率逐漸降低，即柔軟性降低。

2.1.2 甘油用量對(duì)成膜性能的影響

增塑劑是形成蛋白可食用膜的必要成分，多為小分子質(zhì)量的多羥基化合物。甘油分子質(zhì)量較小，與其他分子質(zhì)量較大的增塑劑相比，在增塑劑用量相同的情況下，甘油的分子數(shù)量更多，因此對(duì)于降低蛋白質(zhì)聚合物鏈間的交互作用更為明顯，增塑效果顯著[8]。此外，甘油還可以減少蛋白質(zhì)相鄰鏈間分子內(nèi)的相互作用，降低成膜的脆性，賦予膜更好的柔性。

從表1可以看出，隨著甘油用量的增加，成膜的阻氧性和阻水蒸氣性逐漸降低。這是因?yàn)楦视吞砑恿吭黾?，小分子質(zhì)量的甘油具有一定的遷移性，使蛋白質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得疏松，并且增加了膜中親水性基團(tuán)的數(shù)目，增加了水蒸氣在膜表面的吸附溶解能力和水蒸氣在膜中的擴(kuò)散作用，從而導(dǎo)致透氧量和透水蒸氣量隨甘油含量增加而逐漸升高。

表1還表明，隨著甘油用量的增加，成膜的拉伸強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，而斷裂伸長(zhǎng)率呈上升趨勢(shì)。原因可能是甘油是親水性的小分子，膜的水分吸附能力增強(qiáng)，含有3個(gè)羥基的甘油分子很容易插入蛋白質(zhì)分子內(nèi)部，增加了分子的間隙，使得膜的空間結(jié)構(gòu)變得更為疏松，進(jìn)一步削弱了蛋白質(zhì)分子間的作用，所以其拉伸強(qiáng)度逐漸降低[7]，斷裂伸長(zhǎng)率呈上升趨勢(shì)。

2.1.3 亞硫酸鈉用量對(duì)成膜性能的影響

由表1可知，Na2SO3用量對(duì)薄膜的阻隔性能的影響，呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。添加無(wú)水Na2SO3可起到還原劑的作用，可使蛋白質(zhì)分子中的二硫鍵斷裂，蛋白質(zhì)分子展開，重新形成堅(jiān)固的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[9-10]，因此成膜阻隔性能逐漸增強(qiáng)，但當(dāng)Na2SO3超過(guò)了0.1%的時(shí)候，過(guò)量的Na2SO3進(jìn)一步阻礙了展開的蛋白質(zhì)分子的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重新形成，因此成膜阻隔性能開始降低。

Na2SO3用量對(duì)成膜拉伸強(qiáng)度的影響，呈現(xiàn)出先上升后降低的趨勢(shì)，在用量為0.15%時(shí)，拉伸強(qiáng)度達(dá)到最大的5.28 MPa。斷裂伸長(zhǎng)率也出現(xiàn)了先上升后下降的趨勢(shì)，同樣在0.15%時(shí)達(dá)到了最大，為101.2%。但當(dāng)還原劑過(guò)量的時(shí)候，導(dǎo)致分子間相對(duì)滑動(dòng)困難，因此韌性降低，薄膜斷裂伸長(zhǎng)率降低。

2.1.4 TG酶用量對(duì)成膜性能的影響

從表1可以看出，成膜透氧系數(shù)隨著TG酶用量的增加，先降低后增加，在TG酶用量為0.05%時(shí)達(dá)到最低。適量的TG酶可催化乳清蛋白質(zhì)的分子內(nèi)或分子間形成共價(jià)鍵，蛋白質(zhì)分子內(nèi)或者分子間形成致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了其阻氣性能，但過(guò)量的TG酶，不利于蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重新形成，所以其阻氣性能開始降低。成膜的水蒸氣透過(guò)系數(shù)隨著TG酶用量的增大，同樣先降低后升高，TG酶用量為0.15%時(shí)，達(dá)到了最低。原因可能是TG酶誘導(dǎo)蛋白質(zhì)聚集，其阻濕性降低，另一方面，過(guò)量的TG酶使氨基酸側(cè)鏈的親水性增強(qiáng)，因此TG酶一方面會(huì)誘導(dǎo)蛋白交聯(lián)，另一方面，交聯(lián)過(guò)多會(huì)導(dǎo)致沉淀，因此要把握好交聯(lián)劑的濃度，同時(shí)抑制酶促聚沉很重要[11-12]。

由于TG酶可催化乳清蛋白在分子內(nèi)或分子間形成共價(jià)鍵，可形成更加緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使成膜拉伸強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。而過(guò)量的TG酶則使蛋白質(zhì)聚沉或產(chǎn)生沉淀，從而導(dǎo)致形成不緊密和不均一的結(jié)構(gòu)，所以其拉伸強(qiáng)度開始降低[13-14]。

2.2 乳清蛋白涂膜液對(duì)雞蛋的保鮮效果

通過(guò)單因素試驗(yàn)可知，當(dāng)乳清濃縮蛋白用量為11%、甘油用量為4%、亞硫酸鈉用量為0.1%、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶用量為0.1%時(shí)，制備的乳清蛋白涂膜液成膜后具有較好的阻氧、阻水蒸氣性能以及良好的力學(xué)性能。將在上述條件下制備的乳清蛋白涂膜液用于雞蛋保鮮，通過(guò)測(cè)試存儲(chǔ)期內(nèi)雞蛋揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N）、菌落總數(shù)等指標(biāo)的變化，考察涂膜液的保鮮效果。

2.2.1 涂膜處理對(duì)雞蛋揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N）的影響

揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N）指動(dòng)物性食品由于酶和細(xì)菌的作用，使蛋白質(zhì)分解而產(chǎn)生氨以及胺類等堿性含氮物質(zhì)，此類物質(zhì)具有揮發(fā)性，其含量越高，表明氨基酸被破壞得越多，特別是蛋氨酸和酪氨酸，因此營(yíng)養(yǎng)價(jià)值會(huì)大受影響。TVB-N含量的高低直接反映了雞蛋的新鮮程度，一般說(shuō)來(lái)，當(dāng)雞蛋的TVB-N含量超過(guò)4 mg/100 g時(shí)，需要消毒后才能食用，當(dāng)TVB-N含量超過(guò)10 mg/100 g時(shí)，表明雞蛋已經(jīng)變質(zhì)，不能食用了。

從圖1可以看出，未經(jīng)涂膜處理的雞蛋的TVB-N含量增加最快，在第10天時(shí)TVB-N值已超過(guò)了4 mg/100 g，在第20天時(shí)TVB-N值已接近10 mg/100 g，失去可食性。而涂膜后雞蛋的TVB-N值增加明顯減緩，第1組樣品在存儲(chǔ)到第27天時(shí)，TVB-N值才達(dá)到4 mg/100 g，添加了抑菌劑的第2組樣品在存儲(chǔ)到第30天時(shí)TVB-N值仍低于4 mg/100 g，表明具有抑菌作用的乳清蛋白涂膜液顯著延長(zhǎng)了雞蛋的貨架壽命，具有優(yōu)良的保鮮效果。

圖1 雞蛋TVB-N含量隨時(shí)間的變化情況Fig.1 The change of TVB-N content in egg with time

2.2.2 涂膜處理對(duì)雞蛋內(nèi)容物菌落總數(shù)的影響

雞蛋內(nèi)容物菌落總數(shù)與食品安全密切相關(guān)，是雞蛋新鮮度的直接反映，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定鮮雞蛋菌落總數(shù)的上限為5×104cfu/mL[15]。從圖2可以看出，未經(jīng)涂膜處理的雞蛋菌落總數(shù)增加迅速，存儲(chǔ)到第24天時(shí)，菌落總數(shù)已達(dá)到6.3×104cfu/mL，超出了鮮蛋的標(biāo)準(zhǔn)。而經(jīng)涂膜處理后的雞蛋，存儲(chǔ)到第30天時(shí)，菌落總數(shù)最高為1.6×104cfu/mL，低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)抑菌處理的雞蛋，存儲(chǔ)30 d后，菌落總數(shù)最高僅為0.13×104cfu/mL，遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，抑菌效果顯著。

圖2 存儲(chǔ)期內(nèi)雞蛋內(nèi)容物菌落總數(shù)變化Fig.2 Change of total bacterial colonies in storage period

3 結(jié)論

以乳清濃縮蛋白為原料，甘油為增塑劑，亞硫酸鈉為還原劑，TG酶為交聯(lián)劑，制備抑菌乳清蛋白涂膜液。當(dāng)乳清濃縮蛋白用量為11%、甘油用量為4%、亞硫酸鈉用量為0.1%、TG酶用量為0.1%時(shí)，涂膜液成膜后具有較好的阻氧、阻水蒸氣性能以及良好的力學(xué)性能。雞蛋涂膜保鮮試驗(yàn)表明，含有1.0 mg/mL ε-聚賴氨酸和1.0 mg/mL乳酸鏈球菌素的乳清蛋白涂膜液具有明顯的抑菌作用，對(duì)雞蛋具有良好的保鮮效果，可以顯著延長(zhǎng)鮮雞蛋的保質(zhì)期。

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PREPARATION OF WHEY PROTEIN COATING WITH ANTIBACTERIAL ACTIVITY AND ITS APPLICATION IN THE PRESERVATION OF EGGS

WANG Yufeng1，2，WANG Jianqing1，2，DOU Lili1，2
（1.School of Packaging and Printing Engineering，Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300222，China；2.Key Laboratory of Food Packaging Materials and Technology of China Light Industry，Tianjin 300222，China）

s:Whey protein coating with antibacterial activity was prepared by adding different natural antibacterial agent，such as ε-polylysine，Nisin，lysozyme and essential oil.The process conditions for preparing whey protein coating were optimized through single factor experiments.The factors including concentration of whey protein，amount of glycerol，sodium sulfite and glutamine transaminage were selected and their effects on the properties of whey protein coating were evaluated.Then the effects of whey protein coating in the preservation of eggs were evaluated and the indexes of TVBN value and total bacterial colonies were investigated.The results showed that when the concentration of whey protein was 11%，the amount of glycerol was 4%，the amount of sodium sulfite was 0.1%，the amount of glutamine transaminage was 0.1%，the barrier properties for oxygen and water vapor and mechanical properties of whey protein coating film were superior.Eggs coated by whey protein coating had better performance in TVBN value，egg contenting total bacterial colonies than control experiments，especially，whey protein coating containing antibacterial agent of 1 mg/mL ε-polylysine and 1 mg/mL Nisin had better fresh-keeping effect，which could prolong the shelf life of eggs more than double.Whey protein coating had a good effect on the preservation of eggs.

antibacterial activity；whey protein；eggs；fresh-keeping

TS206

：B

1673-2383(2017)04-0070-05

http://kns.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20170828.0857.026.html

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2017-8-28 8:57:22

2016-12-09

國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃（2015BAD16B05）

王玉峰（1982—），男，河北承德人，工學(xué)博士，高級(jí)工程師，主要從事功能性包裝材料的研究。