納米銀酯化淀粉膜對牛肉保鮮的影響

楊 斌，曹銀娟，余群力,，韓 玲，林 梁，朱躍明，曹 暉

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅祁連牧歌食品工業(yè)股份有限公司，甘肅 張掖 734000；3.張掖萬禾草畜產(chǎn)業(yè)科技開發(fā)有限責任公司，甘肅 張掖 734000；4.陜西秦寶牧業(yè)發(fā)展有限公司，陜西 寶雞 721000）

牛肉是一種深受消費者青睞的肉品，其味道鮮美，并具有低脂肪、高蛋白等營養(yǎng)特性，但新鮮牛肉極易腐敗變質(zhì)[1]。隨著生活水平的提高，人們對食品健康的關(guān)注度也越來越高，與傳統(tǒng)的冷凍或者冷藏牛肉相比，新鮮牛肉具有更好的食品特性，如嫩度較好、顏色新鮮、營養(yǎng)價值高等。國內(nèi)的牛肉宰后貯藏及運輸過程中的保鮮方法還未得到改善，傳統(tǒng)的冷藏技術(shù)只能保證牛肉短時間的新鮮度，而冷凍貯藏技術(shù)雖然可以提高牛肉的貯藏期，但是冷凍過程中牛肉品質(zhì)的下降也是冷凍技術(shù)的一大缺點。普通的市售保鮮膜只能防止食品外部的細菌和空氣與食品接觸。食品的活性包裝是指采用抗氧化劑、抗菌劑、異味（腐味）消除劑、水分和二氧化碳控制劑等來延長食品的貨架期、提高其安全性和改善感官性的包裝技術(shù)[2]?；钚园b在阻隔外部細菌和空氣的同時，對內(nèi)部的氣體環(huán)境和微生物環(huán)境也有調(diào)節(jié)作用[3]，從而起到延長保鮮期的效果。

隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)納米銀具有廣譜殺菌性，其無任何耐藥性的特點使其成為新一代的抗菌劑[4]。羅晨等[4]對蝦仁的包裝進行納米銀聚乙烯薄膜處理，發(fā)現(xiàn)添加了納米銀的薄膜包裝延長了蝦仁的冷藏期。蘇啟枝等[5]對食物包裝中納米銀的遷移進行了研究，結(jié)果顯示不管是包裝的食品模擬物還是真實食品，納米銀的釋放量都較小，從而顯示出納米銀薄膜的安全性。國外眾多學者已對包裝材料中各種納米成分的含量、檢測方法以及遷移過程中時間和溫度等影響因素進行了大量研究[6-8]，說明了納米銀作為包裝材料的安全性。目前國內(nèi)關(guān)于牛肉的活性包裝研究較少，采用納米銀酯化淀粉薄膜包裝牛肉的研究鮮見報道。

本研究將真空包裝與納米銀酯化淀粉薄膜包裝相結(jié)合，在4 ℃條件貯藏冷鮮牛肉，分別在第0、3、6、9、15、21、24天對牛肉的pH值、色度、保水性、硫代巴比妥酸反應(yīng)產(chǎn)物（thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）值、總揮發(fā)性鹽基氮（total volatile base nitrogen，TVB-N）含量、菌落總數(shù)、感官評價、納米銀殘留量進行測定，研究納米銀酯化淀粉薄膜處理后牛肉保鮮過程中品質(zhì)的變化，為延長牛肉保鮮時間、開發(fā)牛肉新型保鮮方法提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

牛肉樣品均取自甘肅省張掖市祁連牧歌股份有限公司和陜西省寶雞市秦寶牧業(yè)股份有限公司，選取36～48 月齡、生長發(fā)育良好、健康無病的成年雄性西門塔爾牛，禁食12～24 h，禁水2 h，屠宰后車間內(nèi)全程4 ℃操作，立即取背最長肌，分割成100 g左右的肉塊4 ℃保存待測。

1.2 儀器與設(shè)備

FS-1型可調(diào)高速勻漿機 金壇市精達儀器制造廠；DJ1C增力電動攪拌器 金壇區(qū)西城新瑞儀器廠；HWS12型電熱恒溫水浴鍋 上海一恒科技有限公司；YYW-2型應(yīng)變控制式無側(cè)限壓力儀 蘇州威爾克電機制造有限公司；CR400色差儀 日本美能達公司；205 pH計 德國Testo-Germany公司；TD電子天平余姚市金諾天平儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 納米銀酯化淀粉薄膜的制備

稱取適量玉米原淀粉，加水得質(zhì)量分數(shù)75%的淀粉溶液。加入淀粉質(zhì)量10%的辛烯基琥珀酸酐，在室溫下，加入1 mol/L的氫氧化鈉溶液，使溶液處于中性，磁力攪拌，每10 min測定一次pH值，保證溶液在中性情況下，酯化3 h，得酯化玉米淀粉。稱取酯化淀粉3.0 g，加水100 mL，在恒溫水浴鍋中95 ℃持續(xù)攪拌加熱30 min，得到糊化淀粉。向上述溶液中添加納米銀1%、甘油5%（以酯化淀粉的質(zhì)量添加），磁力攪拌30 min，得膜溶液。用流延法將成膜液倒入20 cm×20 cm的模具中，晾干揭膜。即可得到面積為20 cm×20 cm、厚度1 mm的納米銀酯化淀粉薄膜。

1.3.2 實驗設(shè)計

取出肉塊后，對照組不進行任何處理直接裝入聚乙烯袋抽真空后在4 ℃條件下貯藏，處理組表面覆蓋納米銀酯化淀粉薄膜然后放入聚乙烯袋進行同樣的抽真空處理，4 ℃條件下貯藏，分別在0、3、6、9、15、21、24 d進行感官評價，對色度、加壓損失、TVB-N含量、菌落總數(shù)、pH值進行測定，每次測定設(shè)定3 個重復(fù)，取其平均值。

1.3.3 感官評價

根據(jù)GB/T 17238—2008《鮮、凍分割牛肉》[9]、GB/T 22210—2008《肉與肉制品感官評定規(guī)范》[10]進行評定。對肉樣色澤、氣味、彈性、煮沸后表現(xiàn)進行打分，評判人數(shù)15 人（男8 人，女7 人，年齡18～55 歲）；煮沸實驗，取50 g肉樣切成1 cm3方丁，放入燒瓶，加水煮10 min，通過對湯汁混濁度、氣味、油滴漂浮等表現(xiàn)綜合打分，評分標準見表1。

表1 感官評價標準Table 1 Criteria for sensory evaluation of beef

1.3.4 色度的測定

厚度不小于1 cm的肉樣新切開橫斷面在室溫條件下氧合40 min，色差計進行白板校正后，將色差儀探頭垂直放在樣品橫斷面上測量，每個肉樣重復(fù)測定3 次，取平均值作為該肉樣的色度值。用色度儀在動物宰后當天（小于24 h）測定背最長肌肉樣的第1個值。將其他肉樣在4 ℃條件下冷藏待測。

1.3.5 保水性的測定

采用壓力法測定保水性，以加壓損失率表征，截取肉樣一段，用直徑為2.532 cm的圓形取樣器（面積約5 cm2），切取中心部分樣品一塊，其厚度為1 cm，立即用感量為0.001的天平稱質(zhì)量（m1/g），然后上下各襯一層脫脂紗布，放置于上下鋪有多層吸水性好的中性濾紙的壓力計平臺上。通常以水分不透出，全部吸凈為止，一般為14～18 層中性濾紙。加壓至35 kg，保持5 min，撤除壓力后，立即稱量肉樣質(zhì)量（m2/g）。肉樣加壓前后質(zhì)量的變化即為肉樣失水量，加壓損失率根據(jù)下式計算。

1.3.6 TBARS值的測定

取1 g肉樣，于10 mL滅菌水中勻漿。取1 mL勻漿液，加入2 mL、0.25 mol/L的鹽酸溶液，其中含有15%（質(zhì)量分數(shù)，下同）三氯乙酸和0.375%硫代巴比妥酸。再加入3 mL含有2%苯并噻二唑的乙醇溶液。沸水浴中反應(yīng)15 min后使用流動水立即降溫，終止反應(yīng)。使用冷凍離心機3 500 r/min離心10 min。小心吸取上層液，使用分光光度計測定532 nm波長處的吸光度。最終TBARS值以每千克肉中丙二醛的質(zhì)量表示。每個樣品TBARS值測定3 組重復(fù)實驗，再求取算術(shù)平均值，結(jié)果保留3 位有效數(shù)字。

1.3.7 TVB-N含量的測定

牛肉中TVB-N含量的測定方法參照GB 5009.228—2016《食品安全國家標準 食品中揮發(fā)性鹽基氮的測定》[11]。每個樣品TVB-N含量測定3 次，再取平均值。

1.3.8 菌落總數(shù)的測定

參照GB/T 4789.2—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數(shù)測定》[12]。選取稀釋倍數(shù)依次為102、103、104、105的菌液進行培養(yǎng)。

1.3.9 pH值的測定

用便攜式pH計進行測定，將探頭插入到肉樣中，使其電極與肌肉組織充分接觸，待pH計讀數(shù)穩(wěn)定后記錄，每個肉樣測定3 次，取平均值。

1.3.10 納米銀殘留量的測定

參照GB/T 9735—2008《化學試劑 重金屬測定通用方法》[13]。分別測定第0天和第24天的樣品，每個肉樣測定3 次，取平均值。

1.3.11 保鮮期判定

根據(jù)GB 2707—2016《鮮（凍）畜肉衛(wèi)生標準》[14]對肉樣的色澤、組織狀態(tài)、黏度和氣味進行新鮮度評判，評判人數(shù)15 人（男8 人，女7 人，年齡18～55 歲），打分標準見表2。當肉樣有表中表現(xiàn)，且TVB-N含量不高于15 mg/100 g、pH值大于6.2時，即判定為次鮮肉，之前為保鮮期。

表2 次鮮肉感官評判標準Table 2 Sensory characteristics of deteriorated beef

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

實驗平行次數(shù)3～5 次，數(shù)據(jù)以平均值±標準偏差表示，采用Origin 9.0軟件繪圖，數(shù)據(jù)之間的差異采用SPSS 19.0 軟件進行分析分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 納米銀酯化淀粉薄膜處理對牛肉貯藏期間感官評分的影響

表3 不同處理組貯藏期間牛肉感官評分Table 3 Sensory scores of beef during storage in different treatment groups

依據(jù)感官評價標準，對貯藏過程中肉樣色澤、氣味、彈性、煮沸后湯汁等各項表現(xiàn)進行打分，6 分以上為鮮肉，低于6 分為次鮮至變質(zhì)肉。從表3可以看出，處理組有較強的保鮮效果，保鮮期最長27 d。對照組肉樣貯藏至第18天時得分為6.10 分，各感官指標都明顯下降，基本達到鮮肉標準最低限，開始進入變質(zhì)階段。處理組在第27天得分6.10，才開始進入變質(zhì)階段，保鮮期比對照組延長9 d。肉樣感官品質(zhì)綜合表現(xiàn)隨貯藏時間推移而下降，其中氣味、色澤變化較為明顯，本研究保鮮期判定以氣味、色澤為主要依據(jù)，90%的肉樣此時煮制后的湯汁較清澈，有油滴漂浮，煮后無異味，仍可食用，應(yīng)屬次鮮肉。

2.2 納米銀酯化淀粉薄膜處理對牛肉貯藏期間色度影響

色澤是反映牛肉感官品質(zhì)的重要指標，色澤很大程度上影響消費者的喜好。肉色的L*值、b*值、a*值，分別代表肉的亮度、黃度和紅度。由圖1可以看出隨著貯藏時間的延長，處理組與對照組的L*值和b*值都呈現(xiàn)逐漸升高后降低的趨勢，只有在第6天時處理組的L*值和b*值略高于對照組，其余時間點處理組均顯著性低于對照組（P＜0.05），在第15天時處理組極顯著低于對照組（P＜0.01）。由圖3可以看出，處理組的a*值只在第9天時顯著低于對照組（P＜0.05），其余時間點處理組均極顯著低于對照組（P＜0.01）。L*值的變化是由于肌肉內(nèi)部的水分滲出。堆積于肉的表面增強了肉對光的反射能力[15]，而處理組的L*值在整個貯藏期間總體顯著低于對照組（P＜0.05），說明處理組很好地抑制了牛肉水分的流失。a*值和b*值的變化是肌內(nèi)脂肪與肌紅蛋白氧化等綜合作用的結(jié)果[16-17]。a*值的變化與肌紅蛋白的含量和化學狀態(tài)密切相關(guān)，宰后成熟過程肉長時間和空氣接觸，肌紅蛋白逐漸被氧化成高鐵肌紅蛋白，a*值降低[18]。因為處理組和對照組都采用真空包裝，氧含量較少，所以a*值并沒有出現(xiàn)降低的現(xiàn)象。陳景宜等研究發(fā)現(xiàn)b*值的升高可能是肌肉與氧氣充分接觸后，肌肉中的脂肪被氧化所致[19]。在剛開始的幾天內(nèi)真空包裝內(nèi)氧氣逐漸被消耗，所以b*值逐漸升高，直至氧氣被消耗至不足時，肌內(nèi)脂肪氧化不再發(fā)生，所以b*值開始下降。最終處理組的b*值極顯著低于對照組（P＜0.01），說明處理組抑制了牛肉肌內(nèi)脂肪的氧化。

圖1 納米銀酯化淀粉薄膜處理對牛肉貯藏期間L*，a*和b*值的影響Fig. 1 Effect of nanosilver esterified starch film treatment on L*, a*and b* values of beef during storage

2.3 納米銀酯化淀粉薄膜處理對牛肉貯藏期間保水性的影響

圖2 納米銀酯化淀粉薄膜處理對牛肉貯藏期間加壓損失的影響Fig. 2 Effect of nanosilver esterified starch film on compression loss of beef during storage

肉的加壓損失率是衡量肉品保水性的主要衡量指標，而且與肉制品的嫩度、風味、口感密切相關(guān)[20]。從圖2可看出，隨著貯藏時間的延長兩組處理的加壓損失率都呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，不同處理組在第0天以后的相同貯藏時間加壓損失率存在極顯著差異（P＜0.01），成熟前9 d加壓損失率明顯升高，第9天時達到最大，不同處理分別為對照組34.27%，納米銀處理組21.73%，而在9～21 d逐漸下降，兩處理組第21天的加壓損失率相比第0天顯著提高（P＜0.01）。這可能與肉的腐敗變質(zhì)有關(guān)，細菌大量的生長繁殖使得牛肉的保水性降低、腐敗變質(zhì)，從而產(chǎn)生大量的水分，因為納米銀具有良好的抗菌性，所以處理組的加壓損失率會顯著低于對照組。這與李捷等[15]的研究：牛肉成熟時間延長，牛肉的加壓損失率呈先增大后減小趨勢結(jié)果一致。研究發(fā)現(xiàn)宰后肌肉的酸化速率加快，導(dǎo)致肌肉蛋白變性發(fā)生收縮，系水能力下降，pH值、持水力升高，蒸煮損失率和失水率減小[20]。

2.4 納米銀酯化淀粉薄膜處理對牛肉TBARS值的影響

表4 不同處理組貯藏期間牛肉硫代巴比妥酸值變化Table 4 Changes in TBARS value of beef during storage in different treatment groups

TBARS值被廣泛用來評價肉類食品中脂質(zhì)氧化的程度，TBARS值越大，說明脂肪氧化的程度越高，產(chǎn)生的小分子物質(zhì)如醛、酮、酸等越多，酸敗越嚴重[21]。新鮮肉制品的最大TBARS值在0.7～1.0 mg/kg之間，一般研究認為，TBARS值在0.20～0.66 mg/kg之間的為良質(zhì)肉；超過1 mg/kg時，為變質(zhì)肉[22]。表4結(jié)果顯示兩組處理的TBARS值都隨貯藏時間的延長而升高。在第9天以后納米銀處理組均極顯著低于對照組（P＜0.01），對照組在第21天時達到了0.81 mg/kg，超過了良質(zhì)肉的范圍，而納米銀處理組在第24天時達到了0.77 mg/kg，超過了良質(zhì)肉的范圍。說明納米銀處理組的牛肉脂肪氧化程度低于對照組，這可能是受pH值的影響，因為影響脂肪氧化的主要有溫度、氧含量、pH值等[23]，而本實驗為真空包裝下4 ℃貯藏，所以溫度、氧含量的影響可以不考慮。這也與pH值測定結(jié)果相符。

2.5 納米銀酯化淀粉薄膜處理對牛肉貯藏期間TVB-N含量的影響

圖3 納米銀酯化淀粉薄膜處理對牛肉貯藏期間TVB-N含量的影響Fig. 3 Effect of nanosilver esterified starch film on TVB-N content of beef during storage

TVB-N是動物性食品由于酶和細菌的作用[24]，在腐敗過程中，使蛋白質(zhì)分解而產(chǎn)生的氨以及胺類等堿性含氮物質(zhì)，其含量能夠反映產(chǎn)品受到細菌污染的程度，進而反映肉的新鮮度[25-26]。根據(jù)GB 2707—2016的要求，新鮮肉TVB-N含量不高于15 mg/100 g，由圖3可見，隨著貯藏時間的延長兩組處理均呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，在3 d以后處理組均極顯著低于對照組（P＜0.01）。處理組在24 d時TVB-N含量為14.72 mg/100 g，基本符合GB 2707—2016要求；對照組在15 d時，TVB-N含量為14.55 mg/100 g，已基本達到GB 2707—2016規(guī)定的最高值。結(jié)果顯示處理組對牛肉均有很好的保鮮效果，在4 ℃條件下，納米銀薄膜的保鮮期達24 d，比對照組長9 d。

2.6 納米銀酯化淀粉薄膜處理對牛肉貯藏期間菌落總數(shù)的影響

根據(jù)GB/T 17238—2008的要求，鮮牛肉菌落總數(shù)應(yīng)不高于1×106CFU/g。表5結(jié)果顯示，處理組在第27天菌落總數(shù)為5.53×105CFU/g，對照組第18天菌落總數(shù)已達1.73×106CFU/g，超過鮮牛肉菌落總數(shù)最高要求，即根據(jù)菌落總數(shù)判定，處理組保鮮期為27 d，比對照組長12 d，表明納米銀酯化淀粉薄膜具有良好的抑菌效果。Sondi等[27]的研究發(fā)現(xiàn)在掃描電子顯微鏡下觀察經(jīng)納米銀處理過的大腸桿菌，細胞壁上出現(xiàn)很多孔洞，細胞被嚴重破壞，還發(fā)現(xiàn)納米銀粒子與死亡的細胞發(fā)生聚集形成聚集體[28]。也有研究表明，納米銀對金黃色葡萄球菌有抗菌作用可導(dǎo)致細胞壁破裂從而胞內(nèi)物質(zhì)外流[29]。

表5 不同處理組貯藏期間牛肉菌落總數(shù)的變化Table 5 Change in APC of beef in different treatment groups during storage

2.7 納米銀酯化淀粉薄膜處理對牛肉貯藏期間pH值的影響

圖4 納米銀酯化淀粉薄膜處理對牛肉貯藏期間pH值的影響Fig. 4 Effect of nanometer silver esterified starch film on pH of beef during storage

pH值是肉成熟過程中變化明顯的參數(shù)之一[30]，圖4結(jié)果顯示，在貯藏期內(nèi)各組pH值從第0天至第3天均呈下降趨勢，之后逐漸上升。這一變化與肉的成熟有關(guān)。宰后動物肌肉主要發(fā)生糖酵解[31]，利用糖原產(chǎn)生能量來維持一些耗能反應(yīng)。因為糖酵解的最終產(chǎn)物是乳酸，所以引起pH值發(fā)生變化[32-33]。根據(jù)GB/T 9695.5—2008《肉與肉制品pH測定》中對pH值的規(guī)定，一級鮮度5.8～6.2，二級鮮度6.3～6.6，變質(zhì)肉高于6.7。從第3天起，各處理pH值以不同速率上升，15 d時對照組pH值高達6.5，已超出一級鮮肉要求；18 d時對照組pH值高達6.75，已經(jīng)成為變質(zhì)肉；處理組在24 d時超出鮮肉要求，這與TVB-N含量的測定結(jié)果相符。這表明納米銀酯化淀粉薄膜處理對控制牛肉的pH值有明顯的效果。

2.8 不同處理組貯藏期間牛肉中納米銀的殘留量

由表6可以看出，兩個不同處理組分別在第0天和第24天納米銀的殘留量均為0 mg/L，這是因為對照組只采用了真空包裝所以不含有納米銀，而納米銀處理組檢測結(jié)果為0 mg/L，是因為在制作膜的過程中100 mL水中加入3 g酯化淀粉，而納米銀只添加了酯化淀粉質(zhì)量的1%，低于GB/T 9735—2008《化學試劑 重金屬測定通用方法》中的最低檢出限0.2 mg/L。說明納米銀與酯化淀粉糊化形成的薄膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，納米銀沒有大量地殘留在牛肉表面，而銀對人成纖維細胞的最低毒性質(zhì)量濃度是30 mg/L[34]，證明納米銀酯化淀粉薄膜可以安全地應(yīng)用于牛肉抑菌包裝中。

表6 不同處理組貯藏期間牛肉納米銀殘留量Table 6 Nano-silver residues of beef in different treatment groups during storage

2.9 納米銀酯化淀粉薄膜處理對牛肉貯藏期間保鮮期判定的影響

根據(jù)不同指標的評定結(jié)果，本研究以每個處理各指標中保鮮期最短的時間作為該處理的保鮮時間，結(jié)果見表7。

表7 不同處理組貯藏期間牛肉保鮮期Table 7 Storage life of beef in different treatment groups

由表7可以看出，處理組綜合判定保鮮期為24 d，對照組為15 d，處理組比對照組長9 d。納米銀薄膜對肉有較好的保鮮效果，主要是因為用于食品包裝納米復(fù)合涂膜的微觀結(jié)構(gòu)不同于一般材料[35]。納米材料的性能體現(xiàn)在其低透氧率、低透濕率、阻隔二氧化碳和抗菌等特性[36-37]，是一種食品包裝的新材料。方東路等[38]研究發(fā)現(xiàn)，添加納米銀的包裝袋能很好地保持金針菇貯藏品質(zhì)，延長貯藏時間。納米材料還有一定的抑菌和阻止微小有機體進入的作用[39-40]。因此，將其用于冷卻肉保鮮具有很好的效果。

3 結(jié) 論

納米銀酯化淀粉薄膜真空包裝的牛肉在4 ℃條件下貯藏保鮮期為24 d，對照組為15 d，處理組比對照組的保鮮期延長了9 d。貯藏時期內(nèi)處理組的感官評分始終優(yōu)于對照組，其顏色、質(zhì)地等感官性狀更好。隨著貯藏時間的延長處理組的牛肉色度、加壓損失率、pH值、TVB-N含量均顯著性小于對照組（P＜0.05），處理組的牛肉各項指標變化速率低于對照組，在15 d時，對照組已腐敗變質(zhì)，處理組還保持一級鮮肉的狀態(tài)。納米銀酯化淀粉薄膜處理可以有效改善鮮牛肉貯藏期間的品質(zhì)變化，延長保鮮時間。