多孔微球緩釋技術(shù)在冰箱熟食保鮮中的應用研究

董浩 王海燕 欒福磊 楊益盛 盧世學 徐新星 趙元暉

1.海信冰箱有限公司 山東青島 266000；2.中國海洋大學食品科學與工程學院 山東青島 266003

0 引言

隨著生活節(jié)奏的加快，消費者對熟食類的儲購量不斷增加，同時，對熟食的安全性和保鮮儲藏的要求也越來越突出。亞硝酸鹽主要用于動物、禽肉和魚肉的腌制制劑中，它具有呈色、呈味、改善質(zhì)地等功效。研究發(fā)現(xiàn)，亞硝酸鹽在一定的環(huán)境（pH值、微生物菌群、溫度等）下，很容易與各種成分（巰基、氨基酸、還原肽、色素、氯離子等）發(fā)生化學反應，生成各種含氮物質(zhì)，包括 NO+、H2NO2+、NOSCN、NOCl、N2O4、N2O3、亞硝胺等。亞硝胺是一種具有致癌性、致畸性和胚胎毒性的化學物質(zhì)[1]。在酸性環(huán)境中，亞硝酸鹽會形成活性較強的HNO2，并迅速被分解獲得亞硝酐（N2O3），N2O3可與次級胺發(fā)生亞硝基化反應，形成亞硝胺[2]。N-亞硝胺在肉類儲藏過程中的積累主要受硝酸鹽、亞硝酸鹽、胺類等的濃度，亞硝基化的促進或抑制劑、樣品的酸堿度以及微生物的作用等因素的影響。

在食品安全方面，如何控制熟食中的N-亞硝胺含量，是近年來食品安全領域重點的研究方向之一。研究表明維生素C、植物提取物、多酚等物質(zhì)也可以影響亞硝化反應的進行[3]。目前學術(shù)界多選擇添加天然物質(zhì)來干擾亞硝化反應。姜、桔梗、橘核、蘋果等植物提取物對亞硝酸鹽均具有良好的清除作用[4]。另外一部分學者利用生物方法降解亞硝酸鹽來減少亞硝胺的生成[5]。家電行業(yè)也將清除亞硝酸鹽作為行業(yè)熱點問題，TCL公司通過在冰箱內(nèi)設置1.8 mt靜磁場條件，研究發(fā)現(xiàn)亞硝酸含量增長率為無磁場組的50%，72 h后磁場組亞硝酸鹽含量對比無磁場組減少39%[6]。容聲冰箱通過應用IDP熟食鮮儲技術(shù)，食材亞硝酸鹽的生成減少39%以上。與磁場等清除亞硝酸鹽技術(shù)相比，天然提取物因活性物質(zhì)含量高、安全、抗氧化活性強等特性，能有效降低熟食的安全隱患, 符合市場營養(yǎng)健康飲食理念。但是由于天然提取物存在活性物質(zhì)作用時間短、穩(wěn)定性差等缺點，限制了其在熟食保鮮領域的應用。緩釋技術(shù)是指將活性物質(zhì)和緩釋基材結(jié)合，通過緩釋基材的分解擴散、降解溶出、內(nèi)外壓差滲透等方式緩慢釋放活性物質(zhì)，能夠使活性物質(zhì)較長時間內(nèi)在體系中維持一定有效濃度的技術(shù)，具有使活性物質(zhì)緩慢釋放，延長作用時間，增強穩(wěn)定性、提高作用效率等多種優(yōu)點。微膠囊技術(shù)、脂質(zhì)體技術(shù)和多孔微球技術(shù)是目前最常見的三大緩釋技術(shù)[7]。鄭義等[8]采用阿拉伯膠和麥芽糊精為壁材，桂花精油為芯材，通過噴霧干燥技術(shù)制備了桂花精油微膠囊，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，制備的桂花精油微膠囊包埋率高達97.67%，并具有緩慢釋放的特性。CUI等[9]研究了丁香油脂質(zhì)體的制備工藝參數(shù)、抗菌活性及其在豆腐中的應用效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，具有小粒徑和高ζ電位的脂質(zhì)體具有更好的穩(wěn)定性，與丁香油相比，脂質(zhì)體包封的緩釋丁香油化學穩(wěn)定性和抗菌活性更高，表現(xiàn)出顯著的抗菌活性。本研究通過凝膠狀大蒜素等天然提取活性物質(zhì)與緩釋模塊結(jié)合，向空間內(nèi)緩慢釋放活性分子，清除羥基自由基（-OH），實現(xiàn)抗菌抑菌、抗氧化，提升了熟食保鮮效果。

作為亞硝胺的主要前體物，亞硝酸根對N-亞硝胺的形成起著關鍵作用[10]。在本實驗中，通過在典型熟食中外源添加亞硝酸鹽，來驗證在冰箱內(nèi)添加天然緩釋抑菌物質(zhì)對致癌物N-亞硝胺類化合物的生成的有效阻斷或抑制的作用，對比評價緩釋控制技術(shù)對熟食的保鮮效果，為開發(fā)冰箱熟食安全存儲保鮮技術(shù)提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料及預處理

鹵牛肉：月盛齋清香牛肉200 g真空老湯醬鹵味熟食；午餐肉：SPAM世棒午餐肉罐頭經(jīng)典原味198 g；緩釋劑：自研植物提取膏狀物，由透氣材料封裝。

將鹵牛肉和午餐肉分別攪碎，攪碎過程中添加100 mL亞硝酸鹽溶液（0.5%（m/v））混勻，將混勻后的樣品放入模具，均勻分裝至樣品盤中，各取12份樣品置于添加緩釋劑和未添加緩釋劑的保鮮盒中，密封后將盒子置于4℃恒溫箱貯存。每隔4天定點取樣進行亞硝酸鹽、N-亞硝胺及菌落總數(shù)指標的測定，取樣至12天。

緩釋材料：本研究以大蒜素為模型藥物，采用復凝聚法制備了明膠/海藻酸鈉/殼聚糖復合微球，明膠與海藻酸鈉質(zhì)量比為 1∶3，二者混合膠用量為2%，大蒜素投入量與混合膠比為1∶2。

1.2 儀器與設備

全自動滅菌鍋，上海博迅醫(yī)療生物儀器生物有限公司；分光光度計，SHIMADZU CORPORATION；氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀，日本島津公司；超純水機，北京龍躍偉逸科貿(mào)有限公司；旋蒸儀，青島創(chuàng)合盛科教儀器有限公司；多功能氮吹儀，海能儀器有限公司；分析天平，賽多利斯科學儀器有限公司；恒溫培養(yǎng)箱，青島創(chuàng)合盛科教儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 N-亞硝胺類化合物的測定

依據(jù)GB 5009.26—2016《食品安全國家標準 食品中N-亞硝胺類化合物的測定》進行。

1.3.2 亞硝酸鹽含量的測定

依據(jù)GB 5009.33—2016《食品安全國家標準 食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定》進行。

1.3.3 生物胺的測定

依據(jù)GB 5009.208—2016《食品安全國家標準 食品中生物胺的測定》進行。

1.3.3 菌落總數(shù)的測定

依據(jù)GB4789.2—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數(shù)測定》進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 4℃貯藏條件下N-亞硝胺含量的變化

在食物中有硝酸根和多種能被亞硝基化的有機胺。亞硝胺是一種強致癌物，因此，亞硝胺的生成反應抑制與阻斷對食物品質(zhì)的維持意義重大。亞硝胺類化合物中N-二甲基亞硝胺受到最多關注，它是由二甲胺與亞硝酸鹽相互作用產(chǎn)生的[11]。如圖1所示，醬牛肉在4℃貯藏條件下，N-二甲基亞硝胺的含量隨著貯藏時間的延長呈現(xiàn)增高的趨勢，貯藏12天后，有緩釋比無緩釋的樣品中N-二甲基亞硝胺含量低21.48%。如圖2所示，午餐肉在4℃貯藏8天后，有緩釋比無緩釋的樣品中N-二甲基亞硝胺含量低30.49%，貯藏12天后，有緩釋樣品比對照組含量低27.94%。

圖1 醬牛肉4℃貯藏條件下N-二甲基亞硝胺含量的變化

圖2 午餐肉4℃貯藏條件下N-二甲基亞硝胺含量的變化

2.2 4℃貯藏條件下亞硝酸鹽含量的變化

亞硝酸根是亞硝胺的重要前體，容易與有機胺發(fā)生化學反應生成亞硝胺。結(jié)合相關研究結(jié)果，本文提出“該緩釋制劑可能是通過與N-亞硝酸根的氧化還原作用，實現(xiàn)對N-亞硝胺的抑制”這一假說。如圖3和圖4所示，午餐肉和醬牛肉在4℃貯藏條件下亞硝酸鹽含量均呈現(xiàn)先減少轉(zhuǎn)而增加的趨勢，亞硝酸鹽的生成與轉(zhuǎn)化與諸多因素有關，例如硝酸鹽會在一系列具有硝基還原酶作用的細菌下被還原為亞硝酸鹽，亞硝酸鹽能夠轉(zhuǎn)化生成N-亞硝胺。在本實驗中，添加了緩釋劑貯藏的午餐肉樣品中亞硝酸鹽的殘留量均高于對照組，推測緩釋劑抑制了亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為N-亞硝胺的反應途徑。陳文靜等人探究了復合香辛料亞硝化抑制劑對西式培根中亞硝酸鹽、生物胺以及N-亞硝胺含量的影響，其實驗數(shù)據(jù)表明，在西式燒烤培根中，采用復合香辛料處理的樣品中亞硝酸鹽含量顯著高于未處理組，與本實驗結(jié)果一致[12]。與此同時，添加了緩釋劑貯藏的醬牛肉樣品中亞硝酸鹽的殘留量在貯存8天后均低于對照組，推測是緩釋劑起到了清除亞硝酸鹽的作用。結(jié)合文獻報道，盧堯研究發(fā)現(xiàn)生物抗氧化劑葡萄糖、柚皮苷、桑葚提取物等在添加濃度較低時，其樣品中的亞硝酸鹽的殘留量均高于空白對照[13]，與本實驗結(jié)果一致，但當濃度不斷增高時，亞硝酸鹽的殘留量才呈現(xiàn)低于空白對照，也就是清除的作用。綜上所述，緩釋劑在4℃貯藏條件下的作用可從亞硝酸鹽的清除以及亞硝酸鹽作為前體物質(zhì)生成亞硝胺反應的抑制進行解釋。根據(jù)結(jié)果推測，在增加緩釋劑濃度后，對亞硝酸鹽的清除作用更加凸顯出來。

圖3 醬牛肉4℃貯藏條件下亞硝酸鹽含量的變化

2.3 4℃貯藏條件下生物胺含量的變化

生物胺是一類小分子含氮有機物，具有一定生物活性[14]。適量生物胺具有增強代謝、提高免疫力等活性，但超量時會對身體健康造成威脅[15]。多聚胺，例如：腐胺、尸胺、精胺、亞精胺，還可以與一些亞硝基化合物發(fā)生作用，生成具有致癌性的N-二甲基亞硝胺，N-亞硝基吡咯烷，N-亞硝基哌啶等[16]。

如表1中所示，午餐肉置于4℃緩釋調(diào)控條件下12天后，生物胺總量分別比對照組低83.45%。醬牛肉置于4℃緩釋調(diào)控條件8天和12天后，生物胺總量分別比對照組低60.96%和24.87%。從4℃貯藏12天的數(shù)據(jù)來看，緩釋塊從一定程度上能夠降低4℃貯藏條件下生物胺的積累。

表1 午餐肉4℃貯藏條件下生物胺含量的變化

2.4 4℃貯藏條件下菌落總數(shù)含量的變化

菌落總數(shù)測定是用于判斷食物被微生物污染的程度及衛(wèi)生質(zhì)量的一種方法，與此同時，肉類產(chǎn)品中的微生物繁殖與N-亞硝胺的形成有著緊密的關系，微生物可以參加到亞硝化的化學反應中[17]。如圖5和圖6所示，兩種食材在4℃貯藏條件下，菌落總數(shù)呈現(xiàn)顯著上升趨勢，添加緩釋塊的醬牛肉和午餐肉中菌落總數(shù)明顯低于未添加緩釋塊的對照組樣品。午餐肉在4℃貯藏12天后，有緩釋比無緩釋的樣品中菌落總數(shù)低15.79%；醬牛肉貯藏12天后，有緩釋樣品比對照組菌落總數(shù)低20.0%。由此可見，緩釋塊能夠有效抑制微生物的滋生。

圖5 醬牛肉4℃貯藏條件下菌落總數(shù)的變化

圖6 午餐肉4℃貯藏條件下菌落總數(shù)的變化

3 結(jié)論與展望

N-亞硝胺作為一種熟食肉制品中常見的有害物質(zhì)，因其強烈的致癌、致畸、致突變等毒性，受到了人們的廣泛關注。在倡導綠色地球、健康環(huán)保和走可持續(xù)發(fā)展道路的今天，采用天然植物提取物質(zhì)降低熟食中的N-亞硝胺因其原料無害、對環(huán)境友好、成本低、安全性高而倍受研究者關注。開發(fā)高效無毒、低殘留的天然緩釋保鮮劑，對熟食保鮮具有重要意義。

本實驗結(jié)果表明，通過凝膠狀天然提取物與緩釋模塊結(jié)合，向空間內(nèi)緩慢釋放活性分子，清除羥基自由基（-OH），顯著抑制冰箱內(nèi)熟食微生物的滋生，抑制醬牛肉和午餐肉兩種食材在4℃貯藏時N-亞硝胺的生成；從亞硝酸鹽含量推測緩釋劑抑制了亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為N-亞硝胺的反應途徑；從一定程度上能夠降低4℃貯藏條件下生物胺的積累，提升了熟食保鮮效果。

本文可為后續(xù)冰箱熟食保鮮開發(fā)提供新思路。未來在緩釋劑應用于熟食保鮮研究中，對其與亞硝酸鹽反應機制的研究還需深入，后續(xù)可通過核磁共振法、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)繼續(xù)探討兩者變化及作用機理。在實際應用中，緩釋技術(shù)體現(xiàn)了活性物質(zhì)緩慢釋放，作用時間長，穩(wěn)定性好、效率高等多種優(yōu)點，但仍然有許多問題值得深入研究。關于緩釋劑可考慮與不同成分進行組合，優(yōu)化其清除亞硝酸鹽的性能。此外在深入研究緩釋劑清除亞硝酸鹽過程中，探究對熟食的品質(zhì)（如感官風味指標、脂肪氧化、TVB-N、質(zhì)構(gòu)等）方面的影響。