基于生物可降解材料的活性包裝在熟肉制品中的應用進展

陳文文　朱立賢　羅欣　張一敏　郝劍剛　張文華

摘 要：肉制品不僅營養豐富，而且是微生物的良好生長介質。在貯藏運輸過程中科學合理的包裝方式能夠有效抑制肉制品的腐敗變質，從而保證肉制品品質。活性包裝作為目前迅速發展的新技術之一，在驅除氧氣、控制二氧化碳含量、抗氧化和抑菌方面已取得一定的研究成果，并在肉制品加工產業中得到應用。同時可降解的環保材料能夠減少塑料污染，符合綠色生態環保的發展理念，并有助于實現食品包裝產業的可持續發展。本文綜述了基于生物可降解材料的活性包裝在肉制品加工產業中的應用現狀，以及該類活性包裝對熟肉制品貨架期、脂肪氧化和蛋白氧化等品質的影響及其機制，以期推進活性包裝在熟肉制品中的應用并為相關研究提供理論指導。

關鍵詞：熟肉制品;活性包裝;貨架期;活性成分;生物可降解材料

Abstract： Meat products are nutritious but they also sever as good growth medium for microorganisms. Proper packaging forms for the storage and transportation of meat products are important to inhibit meat spoilage and hence ensure its quality. Active packaging is one of the new technologies that is being developed rapidly. Studies have shown that active packaging has achieved some results in the removal of oxygen， the control of carbon dioxide content， oxidation inhibition and microbial inhibition and thus has been successfully applied in the meat processing industry. Meanwhile， biodegradable and environmentally friendly materials can reduce plastic pollution， conforming with the concept of green and eco-friendly development and meeting the requirements for the sustainable development of the food packaging industry. Therefore， this review presents the application status of active packaging based on biodegradable materials in the processing of meat products， and deeply explores the effects and the underlying mechanisms of active packaging on the shelf life， lipid oxidation and protein oxidation of processed meat products. It is expected that the information gathered here will promote the development and application of active packaging in processed meat products and provide new ideas for relevant research.

Keywords： processed meat products; active packaging; shelf life; active components; biodegradable materials

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20191107-270

中圖分類號：TS251.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2020）03-0075-07

隨著人們環保意識的增強和對食品安全品質要求的不斷提高，消費者更趨向于選購化學防腐劑含量少的健康、安全、無公害食品。肉制品在貯藏運輸過程中受微生物、酶、氧氣等因素的影響極易發生腐敗變質。包裝材料與食品品質密切相關，目前應用于熟肉制品的包裝材料與廣泛應用于生鮮肉制品的有很大區別。熟肉制品的包裝材料要求具有良好的密封性、低透氧率、較好的阻油性和阻濕性以及較強的抗拉強度[1]，如低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚偏二氯乙烯等。

近年來出現了天然高分子生物可降解包裝材料，即以生物可降解物質（如淀粉、纖維素、殼聚糖、乳清蛋白、大豆蛋白、明膠等多糖蛋白及脂類物質）為原料制成的薄膜[2-4]。與傳統包裝材料相比，這種包裝材料能夠在保障食品安全性的同時顯著降低環境污染[5]。除此之外，活性包裝材料中有益成分的釋放能夠更好的保證肉制品的營養及風味，延緩熟肉制品的腐敗變質，從而延長貨架期[6]。生物活性肽通常用于抑制病原菌的生長[7-8]。

天然提取物和精油中含有豐富的酚類化合物，也同樣具有抗菌和抗氧化作用[9]。由于這些物質具有脂溶性，能夠減少親水性薄膜的透水性[10-11]，因而將天然提取物添加到生物可降解薄膜中或作為涂層發揮作用，可以改善肉制品品質和延長貨架期。因此，本文綜述了在可降解包裝膜中添加活性成分后對薄膜抑菌、抗氧化性能的影響及其在熟肉制品中的應用進展，以期為基于生物可降解材料的活性包裝在熟肉制品中的應用提供理論參考。

1 可降解活性包裝材料對熟肉制品中微生物生長的影響

微生物污染是影響食品貨架期的重要原因。微生物繁殖過程中能夠生成生物胺、有機酸等物質，還會加速脂質氧化以及其他氧化過程，使肉制品產生不被消費者接受的刺激性氣味[12]。對于低溫肉制品而言，蒸煮加熱過程中能夠殺滅食品中絕大多數微生物，因此微生物污染主要發生在之后的冷卻、包裝、貯藏和運輸過程中。而抑菌包裝能夠有效抑制肉制品中微生物的生長，減少食源性疾病的發生，維持肉制品良好的感官特性和延長貨架期[13]。

1.1 可降解活性包裝材料的抑菌性

抗菌包裝是將抗菌劑以襯墊、涂層或者將其直接加入基質膜等方式制成的抗菌包裝材料。除此以外，人們也在尋找可用作包裝材料的天然抗菌性聚合物，如殼聚糖、天然可降解多糖以及蛋白質。許多天然抗菌劑的主要來源是中草藥和香辛料，其主要以精油和提取物的形式存在，如迷迭香精油、牛至精油、肉桂精油、百里香提取物、葡萄籽提取物、黃精提取物和柑橘提取物等。從植物中提取的精油所具有的抗菌作用主要來源于酚類物質，如丁香酚和麝香草酚等。研究表明，植物精油的抑菌作用機制主要包括以下幾個方面：1）破壞微生物細胞壁和細胞膜結構，增加細胞膜通透性，使內容物滲出，導致細胞失活甚至死亡[14-15];2）影響蛋白質合成和能量代謝進程，使細菌無法正常生長[16];3）抑制菌體生長和分生孢子的產生與萌發[17];4）影響DNA拓撲異構酶活性，從而阻礙細胞的DNA代謝活動，造成菌體死亡[18]。薄膜抗菌物質的釋放取決于多種因素，包括抗菌物質和聚合物鏈之間的靜電作用、滲透作用、抗菌藥物引起的結構變化以及環境條件等[19-20]。天然抗菌物質的抑菌作用主要通過分子遷移作用實現的，而目前關于抗菌物質在肉制品中的遷移規律有待進一步研究。抗菌物質添加量過高也會對肉制品的風味產生不良影響，因此確定合適的添加量也十分重要。以可食用薄膜作為載體，添加活性成分，由于精油在食品表面能夠緩慢釋放，因此所需抗菌成分比直接應用的少。由于抗菌物質和聚合物鏈之間會產生靜電作用和滲透作用等，因而活性成分添加量及釋放速率也會對肉制品包裝聚合物薄膜的特性造成影響[21]。

1.2 可降解活性包裝材料的抑菌性在熟肉制品中的應用

殼聚糖本身能夠減少肉類食品中病原微生物的生長，殼聚糖及其衍生物等分子可作為制作抗菌薄膜的優良材料[22-24]。相關研究者將殼聚糖和真空包裝聯合使用研究其對烤豬排品質的影響，結果表明：殼聚糖聯合真空包裝的抑菌性能較傳統包裝好，并且烤豬排的感官特性也較傳統包裝更好。由于殼聚糖黏性較大，當殼聚糖添加量大于2.5%時會導致包裝薄膜發黏;而添加量低于2.0%時，殼聚糖薄膜的抗菌性和抗氧化活性不顯著。因此，殼聚糖薄膜中的殼聚糖添加量為2.0%～2.5%時，殼聚糖薄膜可發揮抗菌、抗氧化功效，有效抑制微生物生長。28 d貯藏期間，與不添加殼聚糖的真空包裝對照組相比，烤豬肉中菌落總數降低了2.53～2.67 （lg（CFU/g）），且不存在發黏現象[25]。但由于殼聚糖的抑菌譜較窄，因此其應用范圍有限。最新研究發現，以生物可降解材料為基膜，添加天然提取物質的活性包裝膜在熟肉制品中的應用具有可行性[26]。已有研究表明，在包裝基質中添加細菌素、酶和多肽類物質，能夠延緩肉制品中病原微生物和腐敗微生物的生長[27-28]。

表1總結了可食用抑菌活性包裝薄膜在熟肉制品中應用的近期研究，為控制肉制品中的微生物生長提供理論參考。Xu Yixiang等[31]選用‘赤霞珠和‘維歐尼葡萄籽提取物與淀粉、纖維素納米晶制備2 種淀粉/纖維素納米晶體/葡萄籽提取物可食用活性薄膜，將其應用于即食雞肉中進行抑菌活性的探究;在即食雞肉表面接種4.00 （lg（CFU/cm2））的單增李斯特菌ATCC 7644和金黃色葡萄球菌ATCC 29213，并將其置于4 ℃條件下冷藏，在貯藏0、1、3、10 d進行微生物測定發現：與對照組相比，2 種薄膜對單增李斯特菌均具有明顯抑制作用，使即食雞肉中的菌落總數下降了1.00～2.00 （lg（CFU/cm2）），且淀粉/纖維素納米晶體/‘維歐尼葡萄籽提取物膜對即食雞肉中菌落生長的抑制效果比添加‘赤霞珠的薄膜更好。2.6%月桂酸精氨酸涂覆的聚乳酸薄膜在熟火腿片上中能夠抑制單增李斯特菌和鼠傷寒沙門氏菌（Salmonella typhimurium）的生長，但添加高劑量月桂酸精氨酸的薄膜透明度降低[40]。研究表明，添加迷迭香、百里香和牛至等植物精油的可降解薄膜對多種革蘭氏陽性菌和陰性菌有較好的抑制作用[41]，且精油使用量較少，因此將其應用于熟肉制品中不僅能夠保證肉制品良好的感官風味而且可以延長貨架期。

抗菌包裝還可以與其他技術如納米技術和微膠囊化技術等共同作用，增加抗菌物質的活性，減少抗菌物質的添加量，增加抗菌包裝的安全性。Khezrian等[42]研究表明，與聚乙烯薄膜相比，納米蒙脫土-羧甲基纖維素薄膜、納米蒙脫土殼聚糖薄膜與2%芫荽精油和1%無花果提取物結合使用，能夠使駱駝肉中的微生物減少1～4 （lg（CFU/g）），并有效延長駱駝肉的貨架期。Benavides等[43]將百里香精油和微膠囊技術結合制備不同分散度的乳液，經離子凝膠化將其封裝在海藻酸鈣微粒中，結果表明所制備的微球抗微生物活性顯著。抗菌化合物的微膠囊化有助于提高其復合穩定性，避免與食品的相互作用，增加抗菌物質的有效活性，延長食品貨架期。此外，對于抗菌包裝的研究不能僅限于發現新的抗菌活性成分和開發新的抑菌包裝薄膜，還應進一步研究抗菌活性物質的抑菌途徑及其作用機理，以便更好的應用于實際生產。

2 可降解活性包裝材料對熟肉制品氧化的影響

在肉制品加工貯藏過程中，脂質和蛋白質的氧化是造成其腐敗和品質下降的重要原因。在大多數情況下，氧氣的存在會加速脂肪氧化速率，促進霉菌、細菌和酵母菌等微生物的生長繁殖，造成肉制品變色，進而影響消費者的購買欲[44]。同時，蛋白多肽鏈和氨基側鏈對氧化敏感，以賴氨酸、脯氨酸、精氨酸和組氨酸為主的氨基酸氧化變質可產生影響肉類蛋白質功能的羰基化合物[45]，而且在肉制品加工過程中可能發生蛋白交聯反應，引起熟肉制品出現營養成分流失、變味（酸敗）、變色（褐變反應）等品質劣變現象，還可能形成有害物質，進而影響食品安全性。盡管目前使用的氣調包裝和真空包裝在一定程度上能夠保持氧敏感性食品品質，但少量殘存的氧氣仍然會導致脂肪氧化和蛋白質分解。

2.1 可降解活性包裝材料的抗氧化性

抗氧化可降解活性包裝通常是將抗氧化活性成分直接涂抹在可降解包裝材料表面或者嵌入到可降解包裝膜中。抗氧化活性成分主要通過捕集氧化前體物質及釋放抗氧化成分來抑制氧化過程，延緩腐敗進程。在開發新型活性包裝材料的過程中，需要將活性物質與聚合物基質結合，結合過程中可能需要高溫、高壓、低pH值等條件。這種環境可能會導致熱敏性活性成分的失活，而高壓、充足二氧化碳、低溫條件可以使得活性成分與聚合物結合，包裝膜具有更好的抗氧化功效，從而減少活性物質的使用量，降低成本并獲得更高的經濟效益。目前，常用的抗氧化物質為丁羥基茴香醚和二丁基羥基甲苯。由于消費者對天然產品需求的增加導致天然抗氧化劑的使用成為當前的研究熱點。一些植物提取物和精油可以作為還原劑、金屬離子螯合劑和單線態氧猝滅劑（其中起抗氧化作用的成分主要是酚酸類和萜類物質）發揮抗氧化效果[46]。此外，一些動、植物蛋白及其水解產物本身也具有一定的抗氧化活性，如乳清蛋白、大豆蛋白及其水解物[36-37]。與普通真空包裝相比，抗氧化可降解活性包裝具有良好的抗氧化能力，可以控制肉制品中的氧氣水平以降低食品的脂質過氧化和蛋白質氧化，提高食品安全性和食用品質。

2.2 可降解活性包裝材料的抗氧化性在熟肉制品中的應用

為了抑制熟肉制品脂質、蛋白質氧化進程，需要在加工過程或包裝中加入抗氧化劑。Kong Baohua等[47]從13 種常用香料提取物中篩選出丁香、肉桂、肉豆蔻、小豆蔻、迷迭香和甘草6 種總酚含量相對較高的提取物，并測定其1，1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除活性、鐵還原能力、金屬螯合力和硫代巴比妥酸值，最終選擇添加量為0.05%的迷迭香、肉桂和丁香提取物作為熟肉餅貯藏期間的抗氧化劑，結果發現，與對照組相比，添加3 種提取物均能抑制熟肉餅中的脂肪氧化，其效果與添加0.05%丁羥基茴香醚相當，貯藏7 d時處理組肉餅的硫代巴比妥酸值約為對照組的65%。Camo等[48]研究了迷迭香萃取物噴涂、迷迭香提取物活性包裝薄膜、牛至提取物活性包裝薄膜和普通薄膜4 種處理對羊排貯藏過程中品質變化的影響;結果表明，在低溫條件下貯藏8 d時，4 種包裝下羊排的脂肪氧化程度呈現顯著差異，其中添加牛至提取物的活性包裝薄膜的抗氧化能力最強;與普通薄膜相比，添加活性成分的包裝薄膜能更好地維持樣品的感官風味。脂質氧化的抑制作用隨著活性成分添加量的增加而增強，且與活性包裝膜直接接觸的樣品脂肪氧化速率顯著低于頂空釋放抗氧化劑的樣品。Ashrafi[49]和Pabast[50]等在可降解薄膜中添加精油，探究其對脂肪氧化的抑制作用，并得出相似結論。

多項研究表明，所選提取物的總酚含量與抗氧化能力間呈正相關，因此酚類化合物的含量可以作為評價其抗氧化能力的指標[51-52]。殼聚糖中添加花生皮渣和辣椒皮渣2 種提取物均能降低雞肉產品的脂質氧化;其中，花生皮渣提取物中的總酚含量較高，效果較好，同樣證明了總酚含量與抗氧化能力呈正相關的理論[53]。此外，Park等[54]評估了用精油中的氧化成分替代精油制成的薄膜在肉制品包裝中應用的可行性，以玉米醇溶蛋白為聚合物基質，丁香酚為抗氧化劑，加入低密度聚乙烯薄膜中，制備抗氧化玉米醇溶蛋白復合薄膜，并對牛肉餅進行真空包裝，結果發現，添加丁香酚的樣品表現出較強的抗氧化性，脂肪氧化水平顯著降低且肉色穩定性較好。

盡管已有大量研究表明添加天然抗氧化活性成分的薄膜能夠有效延緩氧化進程，但目前關于薄膜生產方式對活性成分抗氧化能力的影響卻未見報道。由于肉制品相關研究中所使用的抗氧化劑、聚合物及其肉類基質不同，導致難以進行整合比較。因此，未來關于抗氧化活性包裝在肉制品中的研究應趨向于確定抗氧化劑、聚合物和肉制品的類型和含量，以及探究成膜方式對肉制品氧化的影響。

3 可降解活性包裝材料對熟肉制品肉色的影響

肉色是影響消費者購買欲的重要因素，消費者通常通過肉色來評價肉品新鮮度及食用品質。影響肉制品肉色的因素有很多，主要包括pH值、加工方式、包裝方式、貯藏條件（溫度和時間）及微生物等[55-57]。這些因素都是通過在加工前后改變肌紅蛋白的狀態和含量，進而影響熟肉制品的肉色。而肌紅蛋白狀態的變化在很大程度上取決于氧氣含量，因此不同包裝方式對肉色影響較大。目前市場上常用的包裝方式為真空包裝和氣調包裝。研究表明，與高氧氣調包裝相比，一氧化碳氣調包裝能夠更好地保持牛排在貯藏期間的肉色穩定性，這可能是由于在貯藏期間，高氧氣調包裝加快了肉品氧化進程，使得肌紅蛋白轉變為氧合肌紅蛋白，進一步氧化為高鐵肌紅蛋白所導致[58]。Suman等[59]研究發現，可使用乳酸增強劑結合氣調包裝來保證肉色穩定性。近年來，研究人員開始探究活性包裝對肉品品質的影響，結果表明，添加綠茶提取物的殼聚糖薄膜能夠提高薄膜的抗氧化和抑菌性能，有效抑制冷藏過程中豬肉腸的脂肪氧化和微生物生長，從而保證香腸感官品質和肉色穩定性[60]。Ribeiro-Santos等[61]使用乳清蛋白作為基膜，添加肉桂和迷迭香混合精油（1%～5%）作為抗氧化劑，將其用于包裝意大利臘腸，臘腸的脂肪氧化值顯著降低，同時增加了肉色穩定性，最終達到延長保質期的效果。

4 結 語

與傳統包裝方式相比，基于生物可降解材料的活性包裝在提高肉制品品質、延長貨架期方面具有明顯優勢，但在其應用方面仍然存在一些問題。隨著活性成分的添加，薄膜的微觀結構會發生變化，進而降低薄膜的拉伸強度;同時，活性成分對高溫、高壓條件的敏感性較強，因此將其應用于工業化生產仍具有巨大挑戰。而活性成分的抑菌作用主要是通過酚類物質的遷移實現的，但活性成分的遷移量和毒性尚未明確，因此可能會影響人體健康，進而引起食品安全問題。此外，與普通包裝相比，活性包裝的工藝相對復雜，成本相對較高，因此尚未普及使用。并且一些活性包裝在體外實驗中表現出較高的抑菌抗氧化活性，而在實際應用過程中卻出現活性減弱或喪失的現象，因此如何有效保持活性成分的穩定性有待進一步研究。

活性包裝能夠通過調控肉制品包裝內環境，進而實現抑菌和抗氧化功效。而有些生物可降解材料本身具有抑菌和抗氧化功能，通過與天然活性成分的協同作用，能更好地抑制肉制品中微生物生長和氧化進程，因此基于生物可降解材料的活性包裝在肉制品中具有良好的應用前景。但是已發現的天然活性成分十分有限，因此也應致力于發現更多的天然活性成分，并研究其在包裝貯存過程中的作用機理，以及在工業化生產過程中的高溫條件下，維持薄膜中天然提取物的抑菌、抗氧化功效及良好的物理性能。

近年來活性標簽、時間溫度指示卡、無線射頻識別標簽、新鮮度指示卡等智能包裝技術和納米材料的出現，不僅能夠將肉類產品的品質特性及時反饋給生產企業，而且能夠增強肉品溯源性和肉制品安全性。因此，未來將結合活性包裝、智能包裝、納米包裝材料的優勢，更好地保證食品營養和感官特性以及延長肉制品貨架期。因此，多種包裝技術的結合將成為未來肉品包裝技術領域的新趨勢。

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