含五倍子水提物的魔芋葡甘聚糖/乙基纖維素膜理化性和抗菌性研究

童　佩,倪學文,匡　映,嚴文莉,姜發堂,肖　滿

(湖北工業大學食品與制藥工程學院,湖北武漢 430068)

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含五倍子水提物的魔芋葡甘聚糖/乙基纖維素膜理化性和抗菌性研究

童佩,倪學文,匡映,嚴文莉,姜發堂,肖滿*

(湖北工業大學食品與制藥工程學院,湖北武漢 430068)

以魔芋葡甘聚糖(KGM)和乙基纖維素(EC)為基材,添加五倍子提取物制備可食性抗菌膜。測定了復合膜的拉伸強度、斷裂伸長率、水蒸汽透過率及阻氧性,并將其應用于生鮮魚片保鮮包裝,測定了儲藏期內魚肉的pH、揮發性鹽基氮(TVB-N)值和菌落總數。結果表明,KGM/EC復合膜拉伸強度隨五倍子水提物添加量的增大而顯著降低,當五倍子水提物添加量大于15%時,其拉伸強度無顯著變化(p<0.05)。隨著五倍子水提物添加量從0%增加至20%時,復合膜斷裂伸長率顯著性增加且水蒸汽透過率顯著性降低(p<0.05),另外,膜的阻氧性顯著性提高(p<0.05)。采用添加20%五倍子提取物的復合膜(w/w)用于魚片冷藏包裝,魚片保鮮的主要參考指標(pH、TVB-N值和菌落總數)與未用膜包裝組和未添加五倍子復合膜組相比,均有顯著性差異(p<0.05)。以菌落總數為參考指標,添加20%五倍子含量的復合膜包裝的魚片與未用膜包裝魚片相比,其4 ℃儲藏條件下貨架期延長了3 d。魔芋葡甘聚糖-乙基纖維素復合抗菌膜在食品保鮮上具有一定的應用前景。

魔芋葡甘聚糖,乙基纖維素,五倍子,魚片,抗菌性

由食源性微生物引起的食品安全問題,促使人們尋求新的方法來抑制食品中微生物的生長[1]。添加天然抗菌物質的可食性包裝膜被證明是一種較為有效的方法[2]，其中天然抗菌物質包括植物提取物、精油、細菌素和抗菌酶等。可食性包裝膜中添加天然提取物能改善機械和物理化學性能,提高復合膜的生物活性[3]。Karag?z Emirolu等將其制備的牛至精油復合膜用于牛肉餡餅的保鮮,發現該復合膜能抑制牛肉餡餅中大腸桿菌和假單胞菌的生長[4]。Fernández-Pan等將含有丁香精油復合膜用于雞肉保鮮,其能將雞肉貨架期從6 d延長到13 d[5]。

五倍子是一種傳統中藥,它源于漆樹葉組織響應寄生蚜蟲(家族癭)刺激的分泌。由于其抗菌、抗病毒、抗齲、抗氧化、抗癌、抗糖尿病、止瀉、消炎和抗凝血酶活性而被廣泛使用[6]。其含有豐富的可水解單寧,含量多達70%[7]。Fang Tian等發現五倍子單寧對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、沙門氏菌等食品腐敗菌有明顯抑制作用,其效果明顯強于苯甲酸鈉、山梨酸鉀[8]。江凱等發現五倍子單寧對食品腐敗菌有抑制作用,并且對綠膿假單胞菌的效果最好[9]。

魔芋葡甘聚糖是一種水溶性多糖,易溶于水,具有很好的成膜性,可用于食品包裝材料[10]。乙基纖維素由于安全無毒,是應用最廣泛的水不溶性纖維衍生物,其具有良好的耐水性，在食品行業的應用主要是作食品包裝材料,允許與食物接觸的紙、食用色素等接觸[11]。魔芋葡甘聚糖與乙基纖維素混合制膜能降低魔芋葡甘聚糖純膜的親水性,Li等[12]通過將不同比例的魔芋葡甘聚糖和乙基纖維素共混制備復合膜,其制得的復合膜具有一定的疏水性,能適應食品包裝的需要。

鰱魚是長江流域較為常見的主要魚類,白鰱魚肉質鮮嫩,蛋白質含量豐富,深受我國廣大消費者喜愛。近年來,我國超市生鮮食品市場快速發展,經宰殺、清洗、分切包裝的生鮮魚片已成為一種發展趨勢[13]。因此,如何做好生鮮魚片的保鮮至關重要。

本文以魔芋葡甘聚糖和乙基纖維素為膜基材,通過添加五倍子提取物制備可食性抗菌膜,考察五倍子提取物添加量對復合膜性能的影響,并將其用于魚片保鮮包裝,期望能制備出一種新的魚片保鮮膜。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

魔芋葡甘聚糖(KGM)(純度>95%)湖北強森魔芋有限公司;乙基纖維素(EC)分析純，國藥集團化學試劑有限公司;五倍子湖北中藥材有限公司;1.5～2 kg的鮮活白鰱市售;其他試劑均為分析純。

HH-2型數顯恒溫水浴鍋國華電器有限公司;JJ-1型增力電動攪拌器江蘇省金壇市醫療儀器廠;LHS-150HC型智能恒溫恒濕箱無錫華澤科技有限公司;NL315SV-230型離心冷凍干燥機美國Avant公司;GZX-9030MBE鼓風干燥箱上海博迅實業有限公司;TMS-PRO質構分析儀美國FTCCH-1-S;千分手式薄膜測厚儀上海六菱儀器廠;SW-CJ-1FD型潔凈工作臺蘇州安泰空氣技術有限公司;YX280A型滅菌鍋上海三申醫療器械有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1五倍子提取物制備五倍子的提取參照陳惠等[14]的提取方法。五倍子用粉碎機磨碎,過60目篩,放入干燥箱中,40 ℃左右干燥至恒重。稱取20 g五倍子粉末,加入400 mL蒸餾水,常溫浸泡15～20 h,90 ℃條件下以300 r/min攪拌20 min過濾,藥渣加入200 mL蒸餾水,再次于90 ℃條件下以300 r/min攪拌20 min,過濾,合并濾液并在70 ℃進行旋轉蒸發,于低溫冰箱中冷凍后凍干。凍干后粉末儲存在棕色干燥器中備用。

1.2.2魔芋葡甘聚糖/乙基纖維素復合抗菌膜的制備參照Li等[12]的方法。向已制備完成的100 mL魔芋葡甘聚糖/乙基纖維素復合成膜溶液(KGM∶EC=7∶3,w/w)中加入不同質量的五倍子提取物粉末,使得五倍子濃度分別為5%、10%、15%、20%(w/w),在900 r/min轉速下攪拌30 min。得到樣品C1、C2、C3、C4,不添加五倍子提取物的魔芋葡甘聚糖/乙基纖維素復合膜液記作C0(空白對照)。所有膜液于玻璃板中倒取70 g后,置于60 ℃烘箱干燥12 h,即成膜。對應的膜樣品分別記為Film(gallnut 0%)、Film(gallnut 5%)、Film(gallnut 10%)、Film(gallnut 15%)和Film(gallnut 20%)。

1.2.3魚片儲存期實驗活魚宰殺后去皮,用無菌水沖洗,取脊背肉切成約每片20 g的魚片,魚片置于冰塊上,后依次采用五倍子復合膜包裝封口,置于4 ℃條件下儲藏,于0、2、7、10、15 d取樣測定魚片的pH、揮發性鹽基氮(TVB-N)值、細菌總數。依據前期復合膜基本性能的測試結果,選取綜合性能最好、五倍子提取物含量為20%的復合膜包裝魚片。另外,采用五倍子含量0%的復合膜包裝魚片以此來衡量純的KGM/EC膜對魚片的保鮮效果。以未包膜的魚片作為空白對照。

1.2.4復合膜性能測定

1.2.4.1機械性能測定復合膜機械性能按國標《GB/T 13022-1991 塑料薄膜拉伸強度性能實驗方法》進行測定。具體為:膜樣品測試前在(25±1) ℃,50%±5%的相對濕度條件下平衡3 d,選取光滑平整的膜,裁成10 mm×50 mm的長條,使用千分尺測定其膜厚。用質構儀測定最大拉力,同時得到斷裂伸長率計算所需數值。測試條件:測試速度為5 mm/min,測試溫度為25 ℃,RH為50%。膜樣品的拉伸強度公式如下:

式中:TS為拉伸強度,MPa;P為最大負荷即拉力,N;b為試樣寬度,m;d為試樣厚度,m。

膜樣品的斷裂伸長率公式如下:

式中:EAB為斷裂伸長率,%;L0為試樣原始標線距離,mm;L為試樣斷裂時的標線間的距離,mm。

1.2.4.2水蒸氣透過率測定按ASTM(1993)的方法[15],稱取3 g無水CaCl2置于25 mm×40 mm稱量瓶中,用不同五倍子含量的復合膜封口,并用橡皮筋將膜固定緊,放入干燥器中。再在干燥器底部放一盛有飽和NaCl溶液的小燒杯,于25 ℃提供75%的相對濕度。為確保溶液一直處于飽和狀態,小燒杯中應有少量未溶的NaCl固體。每24 h測稱量瓶的重量,至恒重。水蒸汽透過率計算公式如下:

WVP=(Wf-Wi)/(D×S)

式中,Wf和Wi為稱量瓶最終和起始質量(mg);D為天數,d;S為膜片的有效面積(S=4.5216 cm2)。

1.2.4.3阻氧性測定依據GB/T 5538,稱取 20 mL花生油置于聚乙烯塑料杯中,用不同五倍子含量的復合膜封口,石蠟密封,置于 50 ℃恒溫箱中,7 d后揭膜測定油樣的過氧化值(POV值)。同時以敞口的油樣作對照[16]。

1.2.5儲藏期內魚片理化指標

1.2.5.1pH的測定參照de Lacey等[17]的方法,取5 g絞碎樣品加入10 mL雙蒸水,均質5 min后,使用pH計測量。

1.2.5.2揮發性鹽基氮值(TVB-N)的測定參照Qiu[18]等的方法,10 g魚糜樣品加入90 mL 0.6 mol/L的高氯酸絞碎,過濾后將濾液用20%氫氧化鈉處理,同時蒸餾5 min,蒸餾出的揮發性化合物用3%硼酸吸收。隨后用0.01 mol/L鹽酸滴定。結果表示為mg/100 g魚樣。

1.2.5.3菌落總數的測定按照GB 4789.2-2010《食品微生物學檢驗:菌落總數測定》進行稀釋平板計數法測定。

1.3數據處理

每個樣品至少重復測定3次,取平均值±SD。采用SPSS 19.0軟件進行數據統計分析。

2　結果與討論

2.1五倍子提取物添加量對復合膜機械性能的影響

當五倍子含量在0%～15%之間時,復合膜的拉伸強度從(45.31±0.13) MPa顯著降低到(42.53±0.07) MPa(p<0.05),當五倍子提取物含量為15%和20%時復合膜的拉伸強度無顯著性差異(p>0.05),與未添加五倍子提取物的復合膜相比減小了5.84%,說明五倍子提取物的添加對復合膜拉伸強度有一定影響。而復合膜的斷裂伸長率則隨著五倍子含量的增多顯著性增大(p<0.05),在五倍子提取物含量為最大值20%時，其斷裂伸長率為17.72%±0.13%,與未添加五倍子提取物的復合膜相比增大了38.98%,這可能是因為五倍子加入后,小分子的分布減弱了魔芋葡甘聚糖和乙基纖維素的作用,使得增塑劑的作用更加明顯,對應的斷裂伸長率越大[19]。

圖1　不同五倍子提取物添加量下復合膜的斷裂伸長率和拉伸強度Fig.1　EAB and TS of composite filmwith different gallnut extract content

圖2　不同五倍子提取物添加量下復合膜的水蒸汽透過率Fig.2　Water vapor transmission rate of composite filmwith different gallnut extract content

2.2五倍子提取物添加量對復合膜水蒸汽透過率的影響

五倍子復合膜的水蒸汽透過率隨著五倍子提取物含量的增加顯著性減小(p<0.05),未添加五倍子提取物的復合膜其WVP為(21.49±0.06) mg·cm-2·d-1,五倍子提取物含量20%的復合膜WVP降至(16.79±0.06) mg·cm-2·d-1,這可能是由于五倍子提取物與KGM、EC之間的相互作用增加了膜的致密性,降低膜的溶脹能力,使水分子在膜中難以擴散,提高了膜對水分子的阻隔性[20]。

2.3五倍子提取物添加量對復合膜阻氧性的影響

未添加五倍子提取物的復合膜其油樣過氧化值最大,達到(44.13±0.52) mmol/kg,隨著五倍子提取物添加量的增大,對應的油樣的過氧化值從(44.13±0.52) mmol/kg顯著降低到(21.28±0.58) mmol/kg(p<0.05),說明復合膜中五倍子提取物含量越大,其阻氧性越好,可能是因為五倍子提取物極強的自由基清除能力使得氧氣在接觸復合膜時就與五倍子發生化學作用,從而消耗了氧氣[8]。而五倍子提取物含量越多,與之作用的氧氣也就越多,能透過膜的氧氣量相應地減少,復合膜的阻氧性越強。

圖3　不同五倍子提取物含量復合膜封口油樣的過氧化值Fig.3　Peroxide value of oil under differentgallnut extract composite membrane

2.4包膜魚片儲藏期品質變化

2.4.1pH圖4所示為不同膜包裝魚片4 ℃儲藏期的pH,由圖4可看出,在15 d的冷藏期內,魚片的pH均呈現出先降低后升高的趨勢,這是因為魚體死亡后糖原酵解成乳酸,肌肉pH逐步下降,達到最低點后,又會隨著蛋白質等分解產生堿性物質,而逐漸上升[21]。魚體死亡時,魚片pH為6.57±0.005,在儲藏第2 d時,對照組pH達到其儲藏期內的最小值,隨后pH開始上升,而包膜組均在第7 d達到最小值,隨后pH才開始上升。pH最小值出現的時間不同原因在于對照組魚片微生物生長較快,產生較多的氨以及胺類等堿性物質與魚片產生的乳酸中和,導致pH在第2 d就達到最低值隨后迅速上升。而包膜組由于與環境隔絕和五倍子的抑菌作用,在前7 d魚片內因微生物分解蛋白質產生的氨以及胺類等堿性物質不足以中和糖原酵解生成的乳酸,故其pH顯著低于對照組(p<0.05)。對照組在各個測量天數內pH均顯著高于五倍子含量0%復合膜處理組和五倍子含量20%復合膜處理組魚片(p<0.05)。而五倍子含量0%復合膜處理組和五倍子含量20%復合膜處理組在儲藏期0～10 d內pH均沒有顯著性差異(p>0.05),在儲藏期15 d時有顯著性差異(p<0.05)。其原因在于,對照組魚片由于微生物作用導致蛋白質分解產生氨以及胺類等堿性物質,導致pH較高。五倍子復合膜的包裝能抑制部分微生物的生長,0～10 d內五倍子含量0%復合膜處理組和五倍子含量20 %復合膜處理組pH兩者無顯著性差異。在15 d時,五倍子含量20%復合膜處理組因含具有抑菌功效的五倍子提取物使得其對應魚片腐敗延緩,pH顯著低于其它兩組。

圖4　不同膜包裝魚片4 ℃儲藏期的pHFig.4　pH of different packaging fillets during 4 ℃ storage

2.4.2揮發性鹽基氮值圖5為不同處理魚片4 ℃儲藏期TVB-N值。從圖5可看出,各組魚片的TVB-N值在冷藏過程中均逐漸增大。在活魚宰殺當天(0 d),魚片TVB-N值未超過一級鮮度標準值(20 mg/100 g),在儲藏第10 d時,對照組TVB-N值超過標準值,達到(26.05±0.74) mg/100 g,而五倍子含量0%復合膜處理組則達到(19.58±0.61) mg/100 g,接近標準值。五倍子含量20%復合膜處理組在儲藏第15 d TVB-N值達到(19.56±0.76) mg/100 g,與對照組和五倍子含量0%復合膜處理組相比分別延遲了7 d和5 d,但整個儲藏周期內數值都未超過標準值,且顯著低于對照組和五倍子含量0%復合膜處理組(p<0.05),說明添加五倍子提取物的復合膜包裝魚片在冷藏條件下能延緩魚片腐敗。

圖5　不同處理魚片4 ℃儲藏期TVB-N值Fig.5　TVB-N value of different packagingfillets during 4 ℃ storage

2.4.3菌落總數隨著冷藏時間延長,各組生魚片的細菌總數逐漸上升,如圖6所示,菌落總數初始值為(2.88±0.06) lg CFU/g,在貯藏至第7 d時,對照組和五倍子含量0%復合膜處理組菌落總數值分別達到(6.13±0.12)、(6.04±0.45) lg CFU/g,均超過GB 18406.4-2001《農產品安全質量無公害水產品安全要求》規定的細菌總數應不大于6 lg CFU/g的標準,而五倍子含量20%復合膜處理組在第10 d時,菌落總數達到(6.14±0.2) lg CFU/g,超過標準值,整個儲藏期內五倍子含量20%復合膜處理組菌落總數顯著低于對照組和五倍子含量0%復合膜處理組(p<0.05)。原因可能是五倍子提取物復合膜包裝內形成的低氧低濕環境和五倍子本身的抑菌作用使得魚片內微生物生長變緩,使得五倍子含量20%復合膜處理組菌落總數超標天數較對照組和不含五倍子復合膜組延遲了3 d。

圖6　不同膜包裝魚片4 ℃儲藏期菌落總數Fig.6　Total number of colonies of differentpackaging fillets during 4 ℃ storage

2.4.4包膜魚片儲藏期外觀儲藏期內不同處理組包裝魚片外觀變化不明顯,在儲藏期內包裝膜外形除略微變干外,均能保持其完整性,沒有出現破裂現象,說明五倍子復合膜能滿足魚片儲藏的要求。變干原因可能在于冰箱內相對濕度較低,膜失去部分自由水。

3　結論

五倍子提取物含量對魔芋葡甘聚糖/乙基纖維素復合抗菌膜的性能有一定影響,隨著復合膜中五倍子提取物含量的增加,復合膜拉伸強度從(45.31±0.13) MPa顯著降低到(42.53±0.07) MPa后保持不變。斷裂伸長率和阻氧性隨著五倍子提取物含量的增加顯著增大(p<0.05),斷裂伸長率從12.75%±0.09%增加到17.72%±0.13%,用膜密封的油樣,其對應的過氧化值從(44.13±0.52) mmol/kg顯著降低到(21.28±0.58) mmol/kg(p<0.05),膜的水蒸汽透過率隨著五倍子提取物含量的增多,其值顯著性減小(p<0.05),從(21.49±0.06) mg·cm-2·d-1降低到(16.79±0.06) mg·cm-2·d-1。將五倍子含量20%復合膜應用于魚片冷藏保鮮,其能通過控制微生物的增長延緩4 ℃魚片的腐敗,與對照組和五倍子含量0%復合膜相比,菌落總數超標時間延遲了3 d,TVB-N值超標時間分別延遲7 d和5 d。以菌落總數為參考指標,五倍子含量20%復合膜能延長魚片4 ℃儲藏時的貨架期3 d。因此魔芋葡甘聚糖-乙基纖維素復合抗菌膜在食品保鮮上具有一定的應用前景。

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Physical-mechanical and antimicrobial properties of konjac glucomannan/ethyl cellulose film incorporated with gallic water extract

TONG Pei,NI Xue-wen,KUANG Ying,YAN Wen-li,JIANG Fa-tang,XIAO Man*

(Food and Pharmaceutical Engineering Department,Hubei University of Technology,Wuhan 430068,China)

Edible antibacterial film was prepared by adding gallnut water extract into konjac glucomannan(KGM)/ethyl cellulose(EC)sol. The tensile strength(TS),elongation at break(EAB),water vapor permeability(WVP),and oxygen barrier properties of composite films were measured. The composite films were used to package fish fillet stored at 4 ℃. The pH,total volatile basic nitrogen(TVB-N),and total numbers of colonies were tested at 0,2,7,10 and 15 day respectively to determine effects of edible antibacterial films on the storage of fish fillet. The results showed that with the increase of gall water extract content in composite film,TS of composite films decreased significantly(p<0.05),when the contents of gallnut was more than 15%,TS showed no significantly difference. With the content of gallnut water extract content increasing from 0% to 20%,EAB and WVP were significantly increased and decreased(p<0.05),respectively.Moreover,oxygen barrier properties were enhanced significantly(p<0.05). KGM/EC films incorporated with 20% gallic water extract were used to fish fillet packaging,the values of pH,TVB-N,and total numbers of colonies of fish fillet had significantly difference,respectively,compared with fish fillet and fish fillet packaged with films without gallnut during storage(p<0.05). Considering the total numbers of colonies as a reference index,KGM/EC composite film containing 20% gallnut water extract could prolong the shelf life of fish fillet stored at 4 ℃ for 3 days,compared with fish fillet without film packaging. Konjac glucan-mannan-ethyl cellulose antibacterial membrane had a certain application prospect in food preservation.

konjac glucan-mannan;ethyl cellulose;chinese gallnut;fish fillet;antimicrobial properties

2016-01-20

童佩(1990-)，女，碩士研究生，研究方向：食品科學，E-mail:tongpei007@163.com。

肖滿(1979-),男，博士，講師，主要從事天然高分子多糖生物材料方面的研究，E-mail:xian_man@163.com。

國家自然科學基金(31271832,31301428)。

TS254.4

A

1002-0306(2016)16-0318-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.16.055