生物基聚丁內(nèi)酰胺腸衣膜的性能分析

張?zhí)硖恚悊⒚鳎w黎明，姜舒文，陳 濤

（華東理工大學(xué)生物工程學(xué)院，發(fā)酵工業(yè)分離提取技術(shù)研發(fā)中心，生物反應(yīng)器工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200237）

香腸是我國(guó)肉制品的主要品類之一，占據(jù)整體肉制品市場(chǎng)近1/3。2014—2016年我國(guó)香腸行業(yè)的產(chǎn)量分別約為620、635、618萬(wàn) t，市場(chǎng)規(guī)模分別約為573.8、608.3、583.6億 元[1]?？梢?jiàn)，香腸具有穩(wěn)定增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求。

腸衣作為一種重要的肉類包裝，在國(guó)內(nèi)外都具有非常強(qiáng)的消費(fèi)剛性。其基本功能是保證香腸在一定條件及時(shí)間內(nèi)不變質(zhì)，以滿足貯存及流通的需要。腸衣主要有天然腸衣和人造腸衣，天然腸衣是采用健康牲畜腸道制備灌制香腸的衣膜[2]，可食用、口感好。但動(dòng)物腸道的個(gè)體差異導(dǎo)致天然腸衣殘次品率高，不利于機(jī)械化生產(chǎn)且資源有限[3-4]。人造腸衣主要包括膠原蛋白腸衣和塑料腸衣。膠原蛋白腸衣是以豬、牛皮真皮層的膠原蛋白纖維為原料，加入輔料后經(jīng)化學(xué)和機(jī)械處理制成[5]，厚度均勻、氨基酸含量豐富、具有可食性，適用于機(jī)器灌腸生產(chǎn)。但膠原蛋白腸衣的蛋白質(zhì)分子質(zhì)量分布較窄且分子質(zhì)量低，導(dǎo)致其機(jī)械性能不好，在嚴(yán)苛的加工條件下可能會(huì)發(fā)生崩解，應(yīng)用范圍有限[6-8]。大部分人造腸衣屬于塑料腸衣，多為復(fù)合膜或共混擠出膜，由于加入了很多低熔點(diǎn)的烯烴類材料和助劑，其機(jī)械強(qiáng)度高，利于生產(chǎn)和加工，但是塑料腸衣不可降解，能夠給環(huán)境造成負(fù)擔(dān)。因此，研究一種具備優(yōu)良力學(xué)性能和阻隔性能且可降解的腸衣，對(duì)于香腸產(chǎn)業(yè)未來(lái)的發(fā)展有重要的意義。

聚丁內(nèi)酰胺（polybutyrolactam，PA4）又稱聚酰胺4，分子式為[NH(CH2)3CO]n。PA4是一種生物基材料，可通過(guò)生物發(fā)酵的γ-氨基丁酸經(jīng)高壓聚合得到[9-11]。PA4已被證明可被海水和土壤中的微生物降解，具有優(yōu)異的生物降解性[12-16]，是目前發(fā)現(xiàn)的唯一可生物降解的聚酰胺。此外，PA4具有高強(qiáng)度、耐磨性和生物相容性等特點(diǎn)，在食品包裝方面具有極大的應(yīng)用潛力。然而，PA4的分子鏈間氫鍵密度大，極易結(jié)晶，導(dǎo)致其韌性較差，因此需要通過(guò)與其他材料共混以改善其力學(xué)性能。殼聚糖（chitosan，CS）由甲殼素經(jīng)脫乙酰得到，是迄今發(fā)現(xiàn)的唯一天然堿性多糖，具有抗菌、抗氧化、生物相容性、生物可降解等性質(zhì)[17-19]，可作為抗菌劑、保鮮劑、澄清劑等應(yīng)用于食品和保健品[20]。CS可與聚酰胺類聚合物共同混合形成一定的相互作用，從而改善聚酰胺的力學(xué)性能[21-27]。因此，本實(shí)驗(yàn)室前期采用流延法以可降解生物基PA4為主體，與CS共混制備出一種可降解型生物基PA4腸衣膜，但是目前PA4腸衣膜在腸衣包裝中的基本性能尚不明確。

本實(shí)驗(yàn)以PA4腸衣膜為對(duì)象，比較其與市售尼龍復(fù)合腸衣和市售膠原蛋白腸衣在力學(xué)性能、阻隔性能、熱收縮率、耐撕裂性能、總遷移量、抗菌性能及對(duì)豬肉香腸的保鮮性等方面的差異，探究了PA4腸衣膜在腸衣包裝應(yīng)用上的價(jià)值，評(píng)價(jià)了PA4腸衣膜的優(yōu)劣勢(shì)，為其在肉類包裝領(lǐng)域中的應(yīng)用提供參考，并拓展環(huán)保腸衣材料的開發(fā)。

1 材料與方法

1.1 菌株、材料與試劑

大腸桿菌CICC23657為實(shí)驗(yàn)室分離菌株；PA4腸衣膜由實(shí)驗(yàn)室自制。

體積分?jǐn)?shù)95%乙醇（分析純） 上海泰坦科技股份有限公司；高嶺土（分析純）、無(wú)水乙醇（分析純）阿拉丁試劑（上海）有限公司；胰蛋白大豆肉湯液體培養(yǎng)基、卵磷脂吐溫大豆酪蛋白（soya casein digest lecithin Tween polysorbate，SCDLP）培養(yǎng)液、平板計(jì)數(shù)瓊脂培養(yǎng)基 杭州百思生物科技有限公司；尼龍復(fù)合腸衣（以PA6和聚烯烴為主體，多層復(fù)合結(jié)構(gòu)膜） 天津市潤(rùn)澤塑料包裝制品有限公司；膠原蛋白腸衣（以牛皮二層蛋白為主體） 廣西神冠控股（集團(tuán)）有限公司；豬肉香腸原料為市售。

1.2 儀器與設(shè)備

HSX-150恒溫恒濕箱 上海海向儀器設(shè)備廠；TM210萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī) 廣東東莞歐美奧蘭檢測(cè)設(shè)備有限公司；W3/031水蒸氣透過(guò)率測(cè)試儀、VAC-V2壓差法氣體滲透儀 濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司；Nicolet 5700型傅里葉變換紅外光譜儀 美國(guó)Thermo公司。

1.3 方法

1.3.1 PA4腸衣膜的制備

PA4腸衣膜采用流延法制備，將PA4和CS按照一定比例溶解后進(jìn)行共混，置于恒溫恒速磁力攪拌器中均勻分散12 h，靜置1 h脫泡，得到PA4腸衣膜液后，流延澆注在玻璃模具上，于30 ℃、相對(duì)濕度55%的恒溫恒濕箱中烘干后，揭膜，得到PA4腸衣膜。其中，CS所占的質(zhì)量比例不超過(guò)50%。同時(shí)，將PA4溶解后，采用流延法制備純PA4膜，留作備用。

1.3.2 力學(xué)性能測(cè)定

PA 4 腸衣膜與市售腸衣拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定參照GB/T 1040.1—2018《塑料 拉伸性能的測(cè)定 第1部分：總則》[28]。將PA4腸衣膜和市售腸衣裁成150 mm×14 mm的條狀，樣品兩端固定于十字夾具，設(shè)定標(biāo)線距離為100 mm，拉伸速率50 mm/min。同時(shí)以PA4膜為對(duì)照，測(cè)定其力學(xué)性能。每種樣品設(shè)置5 個(gè)平行，取平均值。按照式（1）和式（2）分別計(jì)算拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。

式中：σ為拉伸強(qiáng)度/MPa；F為最大負(fù)荷/N；b為樣品寬度/mm；d為樣品厚度/mm。

式中：ε為斷裂伸長(zhǎng)率/%；L為樣品斷裂時(shí)標(biāo)線的距離/mm；L0為原始標(biāo)線距離/mm。

1.3.3 阻氧性能測(cè)定

PA4腸衣膜與市售腸衣的氧氣透過(guò)系數(shù)測(cè)定參照GB/T 1038—2000《塑料薄膜和薄片氣體透過(guò)性試驗(yàn)方法壓差法》[29]。將PA4腸衣膜和市售腸衣裁成直徑為9 cm的圓片，置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)中間，用真空脂密封邊緣，蓋上測(cè)試腔。輸入樣品的厚度，溫度23 ℃，抽真空6 h，進(jìn)行氧氣透過(guò)性能測(cè)試。按照式（3）計(jì)算氧氣透過(guò)系數(shù)。

式中：pg為氧氣透過(guò)系數(shù)/（cm3·cm/（cm2·s·Pa））；Δp/Δt表示在氧氣穩(wěn)定透過(guò)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)低壓室氣體壓力變化的算術(shù)平均值/（Pa/s）；V為低壓室體積/cm3；S為樣品的面積/cm2；p1-p2為樣品兩側(cè)的壓力差/Pa；T0、p0分別表示標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的溫度（273.15 K）和壓力（1.013 3×105Pa）；D為樣品的厚度/cm；T為實(shí)驗(yàn)溫度（296.15 K）。

1.3.4 阻水性能測(cè)定

PA4腸衣膜與市售腸衣的水蒸氣透過(guò)系數(shù)測(cè)定參照GB/T 1037—1988《塑料薄膜和片材透水蒸氣性試驗(yàn)方法 杯式法》[30]。將PA4腸衣膜和市售腸衣裁成直徑7.3 cm的圓片，貼在加入10 mL去離子水的透濕杯上，置于測(cè)試倉(cāng)內(nèi)密封。輸入樣品的厚度，相對(duì)濕度為90%，溫度38 ℃，循環(huán)稱質(zhì)量6 次，每次間隔5 min，進(jìn)行水蒸氣透過(guò)性能測(cè)試。按照式（4）計(jì)算水蒸氣透過(guò)系數(shù)。

式中：pv為水蒸氣透過(guò)系數(shù)/（g·cm/（cm2·s·Pa））；t為質(zhì)量增量穩(wěn)定后的前后間隔時(shí)間/h；Δm為t時(shí)間內(nèi)的質(zhì)量增量/g；S為樣品的透水蒸氣有效面積/cm2；D為樣品的厚度/cm；Δp為樣品兩側(cè)的水蒸氣壓差/Pa。

1.3.5 熱收縮率測(cè)定

PA 4 腸衣膜與市售腸衣的熱收縮率測(cè)定參照GB/T 12027—2004《塑料 薄膜和薄片加熱尺寸變化率試驗(yàn)方法》[31]在160 ℃下進(jìn)行，按照張啟綱等[32]的方法計(jì)算橫向熱收縮率和縱向熱收縮率。

1.3.6 總遷移量測(cè)定

總遷移量是食品接觸材料的安全質(zhì)量指標(biāo)之一，不同腸衣材料向香腸中遷移的非揮發(fā)性物質(zhì)總量即為總遷移量。參照GB/T 31604.8—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品接觸材料及制品 總遷移量的測(cè)定》[33]和GB/T 4806.1—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品接觸材料及制品 通用安全要求》[34]進(jìn)行測(cè)定。以體積分?jǐn)?shù)10%乙醇和95%乙醇作為食品模擬物浸泡液，40 ℃全浸沒(méi)10 d。將只加入浸泡液設(shè)置為空白對(duì)照。同時(shí)測(cè)定純PA4膜在10%乙醇浸泡液的總遷移量。按照式（5）計(jì)算總遷移量（overall migration limit，OML）。樣品和空白對(duì)照組都設(shè)置3 個(gè)平行，取平均值。

式中：OML為總遷移量/（mg/dm2）；m1為樣品測(cè)定消耗的浸泡液殘?jiān)|(zhì)量/mg；m2為空白浸泡液殘?jiān)|(zhì)量/mg；V為樣品浸泡液總體積/mL；V1為測(cè)定消耗的浸泡液體積/mL；S為樣品與浸泡液接觸面積/dm2。

對(duì)PA4腸衣膜在體積分?jǐn)?shù)10%乙醇中進(jìn)行遷移實(shí)驗(yàn)后的總遷移物（記作PA4C-OML）進(jìn)行紅外光譜表征，并與PA4腸衣膜（記作PA4C）和CS膜的紅外譜圖進(jìn)行比對(duì)。

1.3.7 耐撕裂性能測(cè)定

PA4腸衣膜與市售尼龍復(fù)合腸衣的耐撕裂力和撕裂強(qiáng)度參照GB/T 16578.1—2008《塑料薄膜和薄片 耐撕裂性能的測(cè)定 褲形撕裂法》[35]進(jìn)行測(cè)定。

1.3.8 抗菌性能評(píng)價(jià)

PA 4 腸衣膜與市售腸衣的抗菌性能測(cè)定參照GB/T 31402—2015《塑料 塑料表面抗菌性能試驗(yàn)方法》[36]。將腸衣膜和市售腸衣裁成2.5 cm×2.5 cm的正方形，把無(wú)抗菌性能的聚乙烯（polyethylene，PE）膜裁成2.0 cm×2.0 cm的正方形作為覆蓋膜，紫外照射殺菌12 h。取10 μL大腸桿菌菌液到胰蛋白大豆肉湯液體培養(yǎng)基，37 ℃、150 r/min，培養(yǎng)至OD值達(dá)到0.6左右。將樣品膜放入無(wú)菌的培養(yǎng)皿中，測(cè)試面朝上，吸取100 μL接種液，滴加到膜表面，用PE膜蓋于接種菌液上。同時(shí)接種到PE膜表面，作為空白組。接種后37 ℃培養(yǎng)24 h，將膜轉(zhuǎn)移至SCDLP培養(yǎng)液中，充分沖洗和振蕩，回收菌液。對(duì)回收的菌液進(jìn)行10 倍梯度稀釋，各取稀釋液100 μL接種到平板計(jì)數(shù)瓊脂培養(yǎng)基上進(jìn)行涂布。37 ℃培養(yǎng)48 h后計(jì)數(shù)。根據(jù)式（6）計(jì)算活菌數(shù)，根據(jù)式（7）計(jì)算抗菌性能（R值表示抗菌性能，R＞1表示具有一定的抗菌性，且R越大，抗菌性越好；R＜1表示無(wú)抗菌性）。

式中：N為活菌數(shù)/（CFU/cm2）；C為兩個(gè)培養(yǎng)皿的平均菌落數(shù)/（CFU/mL）；D為稀釋倍數(shù)；V為用于洗脫的SCDLP培養(yǎng)液體積/mL；S為覆蓋膜的表面積/cm2。

式中：R為抗菌性能（l g（C F U/c m2））；Ut為未經(jīng)抗菌處理樣品接種后24 h菌落數(shù)的對(duì)數(shù)平均值（lg（CFU/cm2））；At為經(jīng)抗菌處理樣品接種后24 h菌落數(shù)的對(duì)數(shù)平均值（lg（CFU/cm2））。

1.3.9 對(duì)豬肉香腸保鮮性的影響

豬肉香腸的制備方法：稱取500 g豬肉（53%（以原料總質(zhì)量計(jì)，下同））、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶（0.65%）、鹽（2%）、糖（2%）、大豆蛋白（3%）、玉米淀粉（10%）、紅曲紅（0.05%）、復(fù)合磷酸鹽（0.7%）、冰水（2 7.5%）、酪蛋白鈉（1%）、亞硝酸鈉（0.1%），用攪拌機(jī)進(jìn)行混合，將混合均勻的豬肉香腸原料填充到PA4腸衣膜和市售腸衣中，90 ℃水浴加熱30 min殺菌，然后迅速冷卻，4 ℃下貯存。

菌落總數(shù)測(cè)定：在貯存0、7、14、21、28 d時(shí)，參照GB/T 4789.2—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測(cè)定》[37]對(duì)不同腸衣材料制備的香腸分別測(cè)定菌落總數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Origin 8.0軟件和GraphPad Prism 8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，采用t檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性差異分析，顯著性水平為P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 力學(xué)性能測(cè)定結(jié)果

圖1 不同腸衣材料的拉伸強(qiáng)度（A）和斷裂伸長(zhǎng)率（B）Fig.1 Tensile strength (A) and elongation at break (B) of different casing materials

腸衣的力學(xué)性能是香腸加工、運(yùn)輸和貯存的重要保障，是防止過(guò)度內(nèi)部-外部相互作用的有效屏障，能夠影響包裝的耐久性[38]。圖1為不同腸衣材料的拉伸強(qiáng)度（圖1A）和斷裂伸長(zhǎng)率（圖1B）。PA4腸衣膜的拉伸強(qiáng)度為84.42 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為73.34%，已達(dá)到GB/T 17030—2008要求（拉伸強(qiáng)度≥60 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率≥50%）[39]，相比于純PA4膜力學(xué)性能明顯提高。原因是PA4腸衣膜中添加了CS，CS的氨基與PA4的酰胺鍵之間能產(chǎn)生一定的氫鍵相互作用，從而增強(qiáng)PA4的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。此外，與市售腸衣相比，PA4腸衣膜的力學(xué)性能優(yōu)于市售膠原蛋白腸衣，略低于市售尼龍復(fù)合腸衣。市售膠原蛋白腸衣中的蛋白質(zhì)分子質(zhì)量一般不高，因此其延展性差，所以斷裂伸長(zhǎng)率較低。市售尼龍復(fù)合腸衣是由PA6和聚烯烴類以及多種塑料助劑形成的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，具有較好的力學(xué)性能。

2.2 阻氧性能測(cè)定結(jié)果

腸衣作為肉類包裝材料，高阻氧性可避免肉類受到微生物污染、脂質(zhì)氧化、腐敗變質(zhì)等食品安全問(wèn)題[40]。圖2是不同腸衣材料的氧氣透過(guò)系數(shù)。PA4腸衣膜、市售尼龍復(fù)合腸衣、市售膠原蛋白腸衣的氧氣透過(guò)系數(shù)分別為2.448×10-16、1.283×10-15、2.385×10-15cm3·cm/（cm2·s·Pa）。PA4腸衣膜的阻氧性最優(yōu)。市售尼龍復(fù)合腸衣主體成分為PA6，相比于PA4，其含有的連接強(qiáng)極性基團(tuán)的酰胺鍵密度較低，因此阻隔氧氣等非極性氣體的能力更低。晶體是影響阻隔作用的重要因素，結(jié)晶度高、晶體含量高、阻氧性強(qiáng)，雖然市售膠原蛋白腸衣的酰胺鍵含量高于市售尼龍復(fù)合腸衣，但是市售膠原蛋白腸衣的原料來(lái)源于牛皮提取的膠原蛋白，含有的氨基酸種類多，分子鏈短、規(guī)整性差、結(jié)晶度低，所以阻氧性低于含有長(zhǎng)鏈高分子的市售尼龍復(fù)合腸衣。

圖2 不同腸衣材料的氧氣透過(guò)系數(shù)Fig.2 Oxygen permeability coefficients of different casing materials

2.3 阻水性能測(cè)定結(jié)果

圖3 不同腸衣材料的水蒸氣透過(guò)系數(shù)Fig.3 Water vapor transmission coefficients of different casing materials

肉類包裝環(huán)境中的水分含量高，會(huì)促進(jìn)微生物生長(zhǎng)，微生物滋生易造成食品腐敗，從而影響產(chǎn)品的品質(zhì)和貨架期。圖3為不同腸衣材料的水蒸氣透過(guò)系數(shù)。PA4腸衣膜、市售尼龍復(fù)合腸衣、市售膠原蛋白腸衣的水蒸氣透過(guò)系數(shù)分別為2.046×10-13、2.042×10-14、1.082×10-12g·cm/（cm2·s·Pa）。PA4腸衣膜阻水性優(yōu)于膠原蛋白腸衣，次于市售尼龍復(fù)合腸衣。這是由于膠原蛋白腸衣中的蛋白質(zhì)分子質(zhì)量低，分子鏈間纏結(jié)作用差，水分子易透過(guò)，同時(shí)酰胺鍵密度大，造成其吸水性強(qiáng)；市售尼龍復(fù)合腸衣中PA6酰胺鍵密度最低并含有非極性的聚烯烴成分，且為多層復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，因此具有較好的阻水性能。

2.4 熱收縮率測(cè)定結(jié)果

腸衣的熱收縮率過(guò)大會(huì)造成腸體包裹不緊實(shí)，浪費(fèi)包裝；熱收縮率過(guò)小，易導(dǎo)致腸體變形或撐破腸衣。因此，適宜的熱收縮率能夠提高商品的外觀性，降低包裝成本。表1為不同腸衣材料的熱收縮率。PA4腸衣膜、市售尼龍復(fù)合腸衣、市售膠原蛋白腸衣的橫向熱收縮率分別為-2.5%、-13%、-0.5%，縱向熱收縮率分別為-2.5%、-18%、-1%。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是高分子聚合物從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)所對(duì)應(yīng)的溫度，即聚合物分子鏈段可以運(yùn)動(dòng)的最低溫度。高分子聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越低，分子鏈運(yùn)動(dòng)的阻力越小，受熱后越易發(fā)生變形，因此，在同一受熱條件下，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低的材料更易于分子鏈熱運(yùn)動(dòng)，發(fā)生鏈的蜷縮，從而產(chǎn)生熱收縮。市售尼龍復(fù)合腸衣中PA6和聚烯烴的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低于PA4[41-42]，因此市售尼龍復(fù)合腸衣具備更高的熱收縮率。

表1 不同腸衣材料的熱收縮率Table 1 Heat shrinkage rates of different casing materials

2.5 耐撕裂性能測(cè)定結(jié)果

圖4 不同腸衣材料的耐撕裂力（A）和耐撕裂強(qiáng)度（B）Fig.4 Tear force (A) and tear resistance (B) of different casing materials

耐撕裂性能是影響腸衣使用方便性的重要因素，耐撕裂力過(guò)小，不利于香腸包裝或貯存；耐撕裂力過(guò)大，在香腸食用時(shí)不方便。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，市售膠原蛋白腸衣在撕裂時(shí)不能沿著樣品的中心線撕裂到底端，根據(jù)GB/T 16578.1—2008要求[35]，耐撕裂性能較差，無(wú)法計(jì)算。圖4為不同腸衣材料的耐撕裂力和耐撕裂強(qiáng)度。PA4腸衣膜、市售尼龍復(fù)合腸衣的耐撕裂強(qiáng)度分別為33.47、40.85 MPa，耐撕裂力分別為1.98、2.25 N。PA4腸衣膜和市售尼龍復(fù)合腸衣的耐撕裂性能相仿，且達(dá)到GB/T 17030—2008中所規(guī)定耐撕裂力≥0.20 N的要求[39]，且PA4腸衣膜的耐撕裂性能小于市售尼龍復(fù)合腸衣，更方便香腸食用。

2.6 抗菌性能測(cè)定結(jié)果

表2為不同腸衣材料的抗菌性能。PE膜、PA4腸衣膜、市售尼龍復(fù)合腸衣、市售膠原蛋白腸衣的活菌數(shù)分別為1.35×104、10、1.00×104、1.85×104CFU/cm2，PA4腸衣膜、市售尼龍復(fù)合腸衣、市售膠原蛋白腸衣的抗菌性能分別為3.13、0.13、-0.13（lg（CFU/cm2））。表明市售尼龍復(fù)合腸衣和市售膠原蛋白腸衣抗菌性能均較差，PA4腸衣膜具有良好的抗菌性能。PA4腸衣膜含有的CS是一種天然堿性多糖，其結(jié)構(gòu)內(nèi)含有的游離氨基能夠被質(zhì)子化，與細(xì)菌細(xì)胞膜的負(fù)電離子相結(jié)合，從而破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁，起到抑制微生物生長(zhǎng)的作用[43]。

表2 不同腸衣材料的抗菌性能Table 2 Antibacterial activity of different casing materials

2.7 總遷移量的測(cè)定結(jié)果

GB/T 4806.7—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品接觸用塑料材料及制品》規(guī)定[44]，食品接觸用塑料材料及制品的總遷移量限量為10 mg/dm2。表3是兩種不同條件下不同材料的總遷移量。在體積分?jǐn)?shù)95%乙醇模擬液中，市售尼龍復(fù)合腸衣和PA4腸衣膜中的總遷移量均在限量以下，而市售膠原蛋白腸衣的總遷移量超過(guò)限量；在體積分?jǐn)?shù)10%乙醇模擬液中，市售尼龍復(fù)合腸衣和純PA4膜中的總遷移量在限量以下，市售膠原蛋白腸衣和PA4腸衣膜的總遷移量超過(guò)限量。

對(duì)PA4腸衣膜的總遷移物進(jìn)行紅外光譜分析鑒定。圖5是PA4C、CS膜和PA4C-OML的紅外光譜圖。PA4中因含有—CO—NH，酰胺I帶位于1 630 cm-1處，酰胺II帶位于1 540 cm-1處。O—H和N—H的伸縮振動(dòng)重疊形成多重吸收峰，CS在3 440 cm-1處產(chǎn)生寬譜帶，另外，CS由于C3—OH的C—O伸縮振動(dòng)在1 120 cm-1和1 025 cm-1處出現(xiàn)特征峰。PA4C-OML在3 440 cm-1附近均有寬的特征峰，在1 120 cm-1和1 025 cm-1處也出現(xiàn)特征峰，在1 630 cm-1和1 540 cm-1處出現(xiàn)微弱的特征峰，且純PA4膜在體積分?jǐn)?shù)10%乙醇中的總遷移量?jī)H有2.39 mg/dm2，證明PA4腸衣膜在體積分?jǐn)?shù)10%乙醇中總遷移物超量的主體是CS。CS是食品原料，無(wú)毒性，可食用，不會(huì)造成食品安全問(wèn)題[45]。

表3 兩種不同條件下不同材料的總遷移量Table 3 Overall migration limits of different casing materials when contacting with food simulants

圖5 PA4C、CS膜和PA4C-OML的紅外光譜Fig.5 Fourier transform infrared spectra of PA4C, CS film and PA4C-OML

2.8 豬肉香腸不同貯存期的菌落總數(shù)測(cè)定結(jié)果

香腸變質(zhì)主要是由微生物生長(zhǎng)繁殖引起的，香腸中菌落總數(shù)低于5（lg（CFU/g））時(shí)才可以安全食用[46]。圖6是不同腸衣材料制備的豬肉香腸菌落總數(shù)變化。香腸在0～28 d貯存過(guò)程中，市售尼龍復(fù)合腸衣和PA4腸衣膜包裝的豬肉香腸菌落總數(shù)均低于限量，并且腸衣表面無(wú)變黏和發(fā)霉現(xiàn)象，滿足食品安全要求。由市售膠原蛋白腸衣包裝的豬肉香腸在第21天時(shí)菌落總數(shù)為5.28（lg（CFU/g）），且腸衣材料表面變黏，第28天時(shí)菌落總數(shù)為6.09（lg（CFU/g）），腸衣材料表面發(fā)霉。PA4腸衣膜保鮮性能明顯優(yōu)于膠原蛋白腸衣，但稍差于市售尼龍復(fù)合腸衣，可能的原因是市售尼龍復(fù)合腸衣阻水性優(yōu)于PA4腸衣膜。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)探究了實(shí)驗(yàn)室自制的以可降解生物基PA4和CS為原料制備的生物基PA4腸衣膜性能。PA4腸衣膜具有良好的力學(xué)性能、熱收縮率和耐撕裂性能，滿足塑料腸衣的標(biāo)準(zhǔn)要求，阻氧性能、抗菌性能優(yōu)于市售尼龍復(fù)合腸衣和市售膠原蛋白腸衣，阻水性能優(yōu)于市售膠原蛋白腸衣。PA4腸衣膜在體積分?jǐn)?shù)95%乙醇模擬液中，總遷移量符合限量要求，且低于市售尼龍復(fù)合腸衣和市售膠原蛋白腸衣，更加安全可靠；在體積分?jǐn)?shù)10%乙醇模擬液中，遷移物的主體為CS，無(wú)安全問(wèn)題。此外，PA4腸衣膜具有良好的抗菌活性，可更好地應(yīng)用于食品保鮮，從而減少包裝和肉類產(chǎn)品中防腐劑的使用，綠色安全，在4 ℃可貯存豬肉香腸28 d，保鮮性優(yōu)于市售膠原蛋白腸衣，在低溫肉制品中具有很好的應(yīng)用潛力。

后期可通過(guò)制備多層復(fù)合膜，進(jìn)一步改善PA4腸衣膜的力學(xué)性能和阻水性能，從而進(jìn)一步延長(zhǎng)食品貨架期，擴(kuò)大其在肉類食品包裝方面的應(yīng)用范圍。