聚乙烯醇軟質(zhì)泡沫對黃骨魚抑菌保鮮效果的研究*

翟緯坤，王源升，王 軒

(海軍工程大學(xué)基礎(chǔ)部，湖北 武漢 430033)

聚乙烯醇(PVA)軟質(zhì)泡沫一般為純白色，具有三維空間相互貫穿的通孔結(jié)構(gòu)，可制成塊狀、厚板狀或模塑制品[1]，干燥時(shí)質(zhì)地堅(jiān)硬，彈性模量較大，吸水后手感柔軟，目前已廣泛用于負(fù)壓引流和吸液材料等領(lǐng)域。

貨輪和艦船出海執(zhí)行任務(wù)通常會(huì)攜帶冷凍的肉類魚類等補(bǔ)給品滿足日常所需，這些冷凍食物在運(yùn)輸途中受運(yùn)輸條件的影響易解凍，從而影響食品的品質(zhì)，這就需要包裝材料有很好的吸液性能，保持食品干燥，防止微生物繁殖。

本文選擇海軍出海執(zhí)行任務(wù)時(shí)經(jīng)常攜帶的補(bǔ)給品黃骨魚作為冷藏研究對象，黃骨魚為淡水魚，在我國分布范圍廣、產(chǎn)量大、性價(jià)比高，烹飪簡單，營養(yǎng)豐富，適合保障部隊(duì)日常消耗，以其作為研究對象具有一定的代表性。本研究利用PVA泡沫良好的吸液性，創(chuàng)新一種集吸液抑菌為一體的新型冷鏈運(yùn)輸箱，為軍需生鮮食品的冷鏈運(yùn)輸提供了參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

平板計(jì)數(shù)瓊脂培養(yǎng)基：百思生物試劑有限公司；磷酸鹽緩沖液(PBS)：西隴科學(xué)股份有限公司；大腸菌群測試紙片：廣東環(huán)凱微生物科技有限公司；聚氨酯(PU)軟質(zhì)泡沫、PVA軟質(zhì)泡沫：深圳東泰海綿制品有限公司；黃骨魚：盒馬生鮮公司。

1.2 儀器及設(shè)備

DH4000 AB型恒溫培養(yǎng)箱：天津市泰斯特儀器有限公司；G2X-PH.500S型高壓蒸汽滅菌器：上海躍進(jìn)醫(yī)療器械有限公司；DHG-9145A型鼓風(fēng)干燥箱：上海一恒科技有限公司；CX-200TA型掃描電子顯微鏡：德國蔡司公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 填充泡沫冷鏈運(yùn)輸箱的制備

首先采用一步發(fā)泡法制備PU泡沫，采用熔融擠出法制備PVA泡沫，控制兩種泡沫密度相近(約為0.15 g/cm3)，再將泡沫按冷鏈運(yùn)輸箱內(nèi)壁尺寸剪切，以直壁式填充進(jìn)運(yùn)輸箱，泡沫厚度控制為1 cm[2]。

1.3.2 吸水率

準(zhǔn)確稱取一定量的PVA和PU泡沫，室溫下浸入足量蒸餾水中，每隔一段時(shí)間取出并滴淌5 min之后，稱取吸水后泡沫的質(zhì)量，由式(1)計(jì)算泡沫的吸水率。

Q=(m1-m0)/m0

(1)

式中：Q為吸水率， g/g；m0、m1分別為泡沫吸水前和吸水后的質(zhì)量，g。

1.3.3 保水率

準(zhǔn)確稱取一定量的PVA和PU泡沫，待其于蒸餾水中吸水達(dá)飽和后稱重并迅速轉(zhuǎn)移至塑料離心管中，于2 000 r/min的轉(zhuǎn)速下高速離心5 min，重新稱量泡沫質(zhì)量，根據(jù)式(2)計(jì)算離心保水率。

K=m3/m2

(2)

式中：K為保水率，%；m2、m3分別為泡沫離心前和離心后的質(zhì)量，g。

1.3.4 泡孔結(jié)構(gòu)

將PVA和PU泡沫材料在液氮下脆斷，噴金，采用掃描電子顯微鏡對斷面的泡孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。

1.3.5 魚肉的預(yù)處理和包裝保鮮

分別將密度相近的軟質(zhì)PVA泡沫和軟質(zhì)PU泡沫按硬質(zhì)泡沫箱內(nèi)壁尺寸(145 mm×85 mm×65 mm)剪切，以直壁式填充進(jìn)硬質(zhì)泡沫箱內(nèi)部(175 mm×115 mm×90 mm)，泡沫厚度控制為1 cm。

挑選同批次、質(zhì)量誤差不超過10 g的黃骨魚，宰殺后快速切取魚背部肌肉放入4 ℃冰箱中保存，用作包裝保鮮或空白使用。先將用無菌水冷凍的碎冰放進(jìn)3組泡沫箱(一組為空白，其他組分別用PU泡沫、PVA泡沫貼壁)中，約占總?cè)莘e的3/4，分別將30 g魚肉放置于冰塊上，將泡沫箱置于4 ℃冰箱中，每隔3 d取樣，測定保鮮指標(biāo)[3]。

1.3.6 菌落總數(shù)的測定

稱取樣品用勻漿器碾碎，按照GB 4789.2—2016測定不同貯藏時(shí)間肉樣的菌落總數(shù)[4]。

1.3.7 水質(zhì)中總大腸菌群的測定

總大腸菌群是指在37 ℃下培養(yǎng)24 h內(nèi)能發(fā)酵乳糖產(chǎn)酸產(chǎn)氣的需氧或兼性厭氧的革蘭氏陰性無芽孢桿菌。按照HJ 755—2015紙片快速法，測定不同時(shí)間段冷鏈運(yùn)輸箱泡沫吸收水樣中的總大腸菌群數(shù)[5]。

1.3.8 感官指標(biāo)的判定

本文首先挑選4名從事食品領(lǐng)域的專業(yè)人員，經(jīng)過反復(fù)訓(xùn)練，將主觀與客觀相統(tǒng)一，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及常見分類[6]，應(yīng)用國際基本原則[7-8]，將魚肉新鮮度評價(jià)體系分為綜合評價(jià)、顏色、氣味、質(zhì)地、光澤度5個(gè)剖面進(jìn)行描述，考慮到綜合評價(jià)是最重要的指標(biāo)，賦予權(quán)重值為2，其它剖面賦予權(quán)重1，最終感官評價(jià)評分結(jié)果見表1[9-10]。

表1 魚肉冷藏過程中感官評價(jià)評分表1)

1) 感官剖面得分=Xi；感官評價(jià)總得分=∑Xi×M。

2 結(jié)果與討論

2.1 PVA和PU的吸水率和保水率

由表2可知，在密度相近的情況下，PVA泡沫的吸水率為5.01 g/g，PU泡沫的吸水率為4.21 g/g。PVA泡沫的保水率為95.52%，是PU泡沫的5倍。一方面是因?yàn)镻VA泡沫具有獨(dú)特的泡中泡結(jié)構(gòu)，如圖1所示，當(dāng)泡沫受到外力時(shí)，能夠緊緊鎖住水分，而PU泡沫泡孔排列疏松，如圖2所示，很容易失水；另一方面PVA泡沫吸收的水包括自由水和結(jié)合水，自由水即物理吸附的水，結(jié)合水是PVA分子所含氫鍵與水分子結(jié)合，更為穩(wěn)定牢固，不易失水。

表2 PVA和PU泡沫的吸水率和保水率

(a) 放大200倍

(b) 放大3 000倍圖1 PVA泡沫泡孔結(jié)構(gòu)電鏡圖

(a) 放大100倍

(b) 放大200倍圖2 PU泡沫泡孔電鏡圖

PVA泡沫具有良好的吸水性和保水性，這是因?yàn)镻VA泡沫吸水不僅存在物理吸附作用，還存在弱化學(xué)吸附作用。PVA泡沫由于具有羥基，可以與水分子形成氫鍵，吸收的水包含自由水和結(jié)合水兩部分。水與PVA分子結(jié)合成結(jié)合水有多種形式：一分子PVA可以與一分子水形成單氫鍵或分子內(nèi)雙氫鍵，兩分子PVA可以與一分子水形成分子間雙氫鍵(見圖3)，由于氫鍵具有飽和性及方向性，再加上鍵長、鍵角和鍵能的差異造成結(jié)合水的具體存在狀態(tài)也千差萬別，而PU分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜(見圖4)，不利于與水形成穩(wěn)定的氫鍵。

圖3 PVA分子羥基與水分子羥基結(jié)合生成氫鍵方式

圖4 PU分子的結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 魚肉在冷藏過程中感官品質(zhì)的變化

各組魚肉在4 ℃下冷藏的感官評分如圖5所示。3組不同處理方式下魚肉的感官評分都呈下降趨勢，使用PVA泡沫處理組都高于空白組和PU組，這是因?yàn)镻VA泡沫能夠吸收冰塊融化后的水，魚肉始終處于一個(gè)相對干燥的環(huán)境，防止了細(xì)菌的滋生。而PU泡沫的吸水能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如PVA泡沫，冷鏈運(yùn)輸箱中殘留的水浸泡魚肉，泡沫的微孔結(jié)構(gòu)也為細(xì)菌和微生物提供了生長的溫床，導(dǎo)致感官評分與空白組相差無幾?？瞻捉M、PU泡沫組和PVA泡沫組在第5 d和第7 d的感官評分低至可接受的8分，魚肉顏色暗淡無光澤，有異味。PVA泡沫可以延長魚肉的貨架期2 d，而PU泡沫對魚肉的保鮮無效果。

時(shí)間/d圖5 冷藏魚肉的感官評分

2.3 魚肉菌落總數(shù)隨時(shí)間的變化曲線

各組魚肉冷藏過程中菌落總數(shù)的變化如圖6所示。隨著冷藏時(shí)間的增加，各組菌落總數(shù)都呈上升趨勢。空白組和PU泡沫組在第3 d菌落總數(shù)已達(dá)到6.36 lg cfu/g(為了方便記錄和作圖，將菌落數(shù)換算成以10為底的對數(shù))和6.89 lg cfu/g，接近國際食品微生物標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)(ICMSF)規(guī)定的新鮮或冷凍魚肉的最大可接受菌落總數(shù)7 lg cfu/g，說明空白組和PU組魚肉貨架期為3 d左右。而PVA組在第6 d的菌落總數(shù)為6.88 lg cfu/g，可知PVA泡沫具有生物活性，抑制了大部分細(xì)菌的生長，從而大幅度延長魚肉的貨架期。

時(shí)間/d圖6 冷藏魚肉不同時(shí)間段的菌落數(shù)量

2.4 水質(zhì)中大腸菌群菌落數(shù)隨時(shí)間的變化曲線

各組冷鏈箱中水質(zhì)菌落總數(shù)的變化如圖7所示。PVA組的測試紙片(見圖8)在第1 d和第3 d都沒有變色，說明其菌落數(shù)少于2.3 lg cfu/L，故未在圖7中曲線標(biāo)出，從第6 d到第12 d菌落數(shù)量曲線緩慢上升，可知PVA泡沫具有抑菌作用，可抑制細(xì)菌在水中滋生?？瞻捉M和PU組菌落曲線上升較快，在第12 d已經(jīng)達(dá)到了5.5 lg cfu/L，且PU泡沫的菌落數(shù)量比空白組還要多，說明PU泡沫不僅沒有抑菌作用，還為細(xì)菌的生長提供了溫床。

時(shí)間/d圖7 冷鏈箱中不同時(shí)間段水質(zhì)菌落總數(shù)

(a) 接種前

(b) 接種后

(c)培養(yǎng)后圖8 總大腸菌群測試紙片

3 結(jié) 論

PVA泡沫是一種生物活性材料，具有良好的吸水性和保水性，加之其泡中泡的微孔結(jié)構(gòu)，不適宜細(xì)菌生長。低溫貯藏結(jié)合PVA軟質(zhì)泡沫包裝能有效抑制魚肉菌類繁殖，延長魚肉的貨架期約2 d。在后續(xù)的加工中，可以添加一些抗菌劑進(jìn)一步增強(qiáng)其抗菌能力。