蒲公英黃酮-殼聚糖復合膜的制備及對冷鮮雞胸肉保鮮的研究

何惠利，任雪嬌，張莉力

（錦州醫科大學食品科學與工程學院，遼寧省肉類加工與質量安全控制工程技術研究中心，遼寧 錦州 121000）

傳統的塑料薄膜和合成保鮮劑由于價格低廉和性能穩定被廣泛應用于食品包裝和食品保鮮，但是它們存在不可降解及對人體有害等缺點[1]。因此近年來研究制備及優化綠色環境友好型的可食性膜受到廣泛關注。多糖膜因具有良好的可降解性、價格低廉、無毒等特點已被廣泛應用于食品保鮮及可食性包裝膜的制備。但僅由一種多糖形成的薄膜機械性能較弱，對熱和水蒸氣的阻隔性較差[2]，這會限制其在食品包裝和保鮮領域的應用。研究發現添加植物提取物能夠提高殼聚糖膜的整體機械性能、阻隔性等。丁莉等[3]發現復合膜的水蒸氣透過系數、硬度和穿刺強度隨著百里香酚濃度的增加而降低。孫莎等[4]將薄荷提取物與殼聚糖溶液共混制膜后發現復合膜的抗氧化、抑菌能力均有增強，且能夠延長冷卻肉的貨架期。

蒲公英作為一種藥食兩用植物在我國各地廣泛分布，黃酮是其主要活性成分，具有抗氧化、抑菌等多種功能。植物中黃酮提取物在食品保鮮中也有應用，如楊宇華等[5]發現艾草黃酮能抑制雞胸肉中微生物生長繁殖和脂質氧化。王曉英等[6]將蒲公英黃酮和殼聚糖作為涂膜材料發現可延長冷鮮豬肉的保鮮期。李楠等[7]發現三七葉黃酮-殼聚糖復合保鮮劑能使冷鮮黃牛肉在第10天仍在可食用范圍。

本研究將蒲公英黃酮（dandelion flavonoids，DF）和殼聚糖（chitosan，CS）混合制備蒲公英黃酮-殼聚糖復合膜（DF-CS），分析蒲公英黃酮濃度對復合膜的物理性能、體外抗氧化性能、抑菌能力的影響，并將復合膜應用于冷鮮雞胸肉的保鮮研究中，分析其與純殼聚糖膜、市售保鮮膜在雞胸肉保鮮方面的差異，以期為復合可食性膜在食品包裝和保鮮中應用提供更多參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大腸桿菌、金黃色葡萄球菌：錦州醫科大學食品科學與工程學院微生物實驗室提供；蒲公英：采摘于錦州市科學研究院，洗凈后置于55℃烘干箱干燥，粉碎過80目篩，備用。

殼聚糖（脫乙酰度≥95%）：上海阿拉丁科技有限公司；DPPH、ABTS、K2S2O8：合肥博美生物科技有限公司；營養瓊脂：長沙三行生物科技有限公司。以上試劑均為分析純。

1.2 主要儀器設備

DHG-9243A電熱恒溫鼓風干燥箱、DNP-9272電熱恒溫培養箱：上海精其儀器有限公司；211-101K精準型手持螺旋測微器：日本三量公司；UV1810紫外可見分光光度計：鑫貝西科學儀器有限公司；B-004806硅膠干燥器：成都宜邦科析儀器有限公司；DR-200Bc酶標儀：鄭州德朗儀器設備有限公司；Airsense PEN3電子鼻：天津塞力斯自動化設備有限公司。

1.3 蒲公英黃酮-殼聚糖復合膜（DF-CS）的制備

參考Zheng等[8]方法制備復合膜。將3.0 g殼聚糖溶于200 mL、1%的冰醋酸溶液中，60℃恒溫水浴30 min，并不斷攪拌，即得1.5%的殼聚糖溶液，同時加入30%的甘油（以殼聚糖質量分數計），然后將不同濃度蒲公英黃酮溶液與殼聚糖溶液等體積混合，取25mL的復合膜溶液倒入直徑為90 mm的塑料培養皿上靜置1.5 h，等待氣泡消失。然后將其置于電熱恒溫干燥箱中，50℃，烘干成膜，備用。

1.4 DF-CS復合膜性能的測定

1.4.1 厚度

選取平整的膜，在膜上隨機選取9個點測定厚度，計算平均值。

1.4.2 水蒸氣透過系數

參考陽暉[9]的方法，測定復合膜的水蒸氣透過系數。計算公式如下。

式中：WVP為水蒸氣透過系數，g·mm/（m2·h·kPa）；d 為膜厚度，mm；△m 為玻璃瓶質量變化，mg；△t為時間間隔，h；△p為膜內外水蒸氣氣壓差，2.337 kPa；A 為膜面積，m2。

1.4.3 拉伸強度和斷裂伸長率

參考Le等[10]的方法并稍作修改，測定膜的拉伸強度和拉伸斷裂率。計算公式如下。

式中：TS為拉伸強度，MPa；F為膜斷裂時的抗拉力，N；S 為膜的截面積，m2。

式中：EAB為斷裂拉伸率，%；L1為膜的起始長度，mm；L2為膜斷裂時的長度，mm。

參考Gao等[11]的方法，取50μL復合膜溶液和200μL DPPH乙醇溶液（0.2 mmol/L）混合均勻后室溫（25℃）下避光靜置30 min，測定517 nm波長處吸光值。同時以蒸餾水代替復合膜溶液做為空白對照組。計算公式如下。

式中：A1為樣品組吸光值；A2為乙醇液代替DPPH溶液與復合膜混合液混合所測吸光值；A0為空白對照組吸光值。

1.5.2 ABTS+自由基清除率測定

準確稱取0.192 0 g ABTS試劑及0.033 g K2S2O8，蒸餾水定容至50 mL，此時ABTS溶液濃度為7 mmol/L，過硫酸鉀濃度為2.45 mmol/L，室溫（25℃）下暗反應12 h～16 h后加入蒸餾水將其稀釋至48倍～50倍，使其在734 nm處吸光度為0.7。取20 μL復合膜溶液和200 μL ABTS溶液混合均勻后室溫（25℃）下避光靜置10min，在734 nm處測定吸光值。計算公式如下。

式中：A1為樣品組吸光值；A2為以PBS代替ABTS溶液與復合膜混合液混合所測吸光值；A0為空白對照組吸光值。

1.5 DF-CS復合膜抗氧化性測定

1.5.1 DPPH自由基清除率測定

1.6 DF-CS復合膜抑菌性測定

復合膜溶液的抑菌效果采用濾紙片法測定。首先將大腸桿菌、金黃色葡萄球菌接種至牛肉膏蛋白胨培養基，置于37℃，1 800 r/min搖床活化12 h。將直徑為6 mm的無菌濾紙片置于2%的蒲公英黃酮溶液、1.5%殼聚糖溶液、DF-CS復合膜溶液中浸泡2 h，將15 mL～20 mL的牛肉膏蛋白胨瓊脂培養基倒入高壓滅菌后的培養皿中，等待其凝固，然后吸取100 μL濃度為1×106CFU/mL的菌懸液滴在培養皿表面，用涂布棒涂布均勻，取出浸泡的濾紙片，濾去多余的膜溶液后貼在固體培養基表面，貼好后，室溫（25℃）放置30 min，然后倒放置于37℃培養箱培養24 h，取出測定抑菌圈直徑，對比各組抑菌效果。

1.7 肉品處理

參考秦丹丹等[12]方法處理肉品。在超凈工作臺內將雞胸肉分成約10 g的肉塊，分別用0.2%的蒲公英黃酮-殼聚糖復合膜、純殼聚糖膜及市售保鮮膜進行包裹，所有樣品置于 4℃冰箱保存，分別在第 0、2、4、6、8、10、12 天測定相關指標。

1.7.1 雞胸肉理化性質測定

分別測定不同包膜處理的冷鮮雞胸肉在貯藏期間pH值、硫代巴比妥酸值、揮發性鹽基氮值來判斷各組雞胸肉的品質變化、各組的保鮮能力。

1.7.2 雞胸肉揮發性氣味測定

參考杜方麗等[13]試驗方法，稱取1 g絞碎的雞胸肉裝入10 mL的收集瓶中靜置30 min后檢測各組的揮發性氣味物質，清洗時間和檢測時間分別為110 s和90 s。

1.8 數據統計與分析

試驗數據使用SPSS 22.0軟件進行顯著性分析，使用Graphpad Prism 7.00軟件進行圖片的繪制，電子鼻試驗的數據使用Winmuster軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 DF-CS復合膜性能分析

添加不同濃度蒲公英黃酮后對蒲公英黃酮-殼聚糖復合膜性能進行測定，結果見表1。

表1 蒲公英黃酮濃度對復合膜厚度、水蒸氣透過系數、拉伸強度和斷裂伸長率的影響Table 1 Effect of dandelion flavonoids concentration on thickness，water vapor transmission coefficient，mild tensile strength and elongation at break of composite membrane

由表1可知，蒲公英黃酮濃度對復合膜厚度、水蒸氣透過系數、拉伸強度、拉伸斷裂率都有顯著影響（P＜0.05）。復合膜的厚度隨著蒲公英黃酮濃度的增加而增加，這與姜雪等[14]殼聚糖/酸棗仁黃酮復合膜的研究結果一致。這是因為殼聚糖分子結構中存在羥基基團，而多酚則能作為橋梁結合殼聚糖分子，使它們之間的距離變短，因此增加了復合膜的厚度。水蒸氣透過系數在食品保鮮方面十分重要，隨著黃酮濃度的增加，水蒸氣透過率逐漸降低，這是因為復合膜的厚度增加，減緩了水分子的滲透速率，另外還有可能是因為黃酮的加入減弱了殼聚糖分子與水分氫鍵的作用力，從而降低了水蒸氣透過率[15]。與純殼聚糖膜相比，0.20%蒲公英黃酮-殼聚糖的復合膜的拉伸強度和斷裂伸長率僅是純殼聚糖膜的1/2和1/3左右，這是因為加入黃酮后破壞了殼聚糖分子之間的規整性，阻礙了分子之間的相互作用，降低了復合膜的機械性能。

2.2 DF-CS復合膜的抗氧化性

良好食品保鮮包裝材料需要具較強的抗氧化性，黃酮類化合物具有較強的抗氧化性是因為其苯環架構上羥基易失去氫電子，能作為電子供體清除自由基。不同濃度蒲公英黃酮添加后對DPPH自由基、ABTS+自由基清除能力影響如圖1所示。

圖1 蒲公英黃酮-殼聚糖復合膜抗氧化性能Fig.1 Antioxidant properties of dandelion flavone-chitosan composite membrane

由圖1可知，純殼聚糖膜對DPPH自由基、ABTS+自由基清除率分別為20.88%、40.12%，而添加蒲公英黃酮后，復合膜清除率均有顯著提升，且隨著蒲公英黃酮濃度增加，清除能力逐漸增強，當蒲公英黃酮濃度為0.20%時，復合膜對DPPH自由基、ABTS+自由基清除率分別為95.68%和96.37%，分別是純殼聚糖膜清除率的4.58倍和2.4倍。

2.3 DF-CS復合膜的抑菌性

蒲公英黃酮提取液、殼聚糖膜液及蒲公英黃酮-殼聚糖復合膜液抑菌能力如圖2所示。

圖2 蒲公英黃酮-殼聚糖復合膜對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的抑制效果Fig.2 Inhibitory effect of dandelion flavone-chitosan composite membrane on Escherichia coli and Staphylococcus aureus

通過抑菌圈試驗可知，0.2%的蒲公英黃酮提取液、1.5%的殼聚糖膜液、DF-CS復合膜膜液對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均有抑制效果，大腸桿菌的抑菌圈直徑分別為 9.80±1.25、8.97±1.01、（12.73±1.75）mm，金黃色葡萄球菌的抑菌直徑分別為9.34±0.47、7.63±0.15、（11.23±0.75）mm，對比抑菌圈直徑可知，DF-CS復合膜液產生的抑菌圈大小顯著高于殼聚糖膜液和黃酮提取液，且對大腸桿菌的抑制效果優于金黃色葡萄球菌。結果表明，蒲公英黃酮的添加能夠提升復合膜的抑菌性，更有助于復合膜在食品保鮮領域的應用。

2.4 對冷鮮雞胸肉保鮮效果的影響

2.4.1 pH值

各組冷鮮雞胸肉貯藏期間pH值變化如圖3所示。

圖3 冷鮮雞胸肉貯藏期pH值的變化Fig.3 Changes of pH value of chilled chicken breast during storage

由圖3可知，所有處理組在貯藏期間pH值整體呈現為先下降后上升的趨勢。這是因為雞在被屠宰后，糖原和磷酸肌酸分別被分解為乳酸和磷酸，酸性物質的積累使得冷鮮雞胸肉的pH值在貯藏初期有所下降[16]。不同組的pH值的升高與微生物及揮發性堿的積累有關[17]。保鮮膜組pH值在第8天時達到6.44為變質肉，純殼聚糖膜組的pH值為6.11為次鮮肉，而此時復合膜組的pH值為5.85，仍在可食用范圍。與另外兩組相比DF-CS復合膜組顯著抑制了冷鮮雞胸肉pH值的升高（P<0.05），說明復合膜能夠抑制微生物生長和蛋白質分解，延長冷鮮雞胸肉的保質期。Sarmast等[18]的研究發現，由于抑制微生物的生長繁殖，含有石灰精油的殼聚糖-明膠涂膜降低了儲存期間鱘魚片pH值的升高速率。

2.4.2 硫代巴比妥酸值

硫代巴比妥酸值（thiobarbituric acid reactive substances，TBARS）反映了肉類食品中脂肪氧化的情況，各組冷鮮雞胸肉貯藏期間TBARS變化如圖4所示。

圖4 冷鮮雞胸肉貯藏期TBARS的變化Fig.4 Changes of TBARS of chilled chicken breast during storage

由圖4可知，各組TBARS隨著貯藏時間延長而升高，貯藏2 d后，DF-CS復合膜組的TBARS顯著低于保鮮膜組和殼聚糖膜組（P<0.05），貯藏期內保鮮膜組TBARS從0.193 mg/kg升高至1.400 mg/kg，純殼聚糖膜組TBARS從0.200 mg/kg升高至1.070 mg/kg，DFCS復合膜組從0.200 mg/kg升高至0.460 mg/kg，只有DF-CS復合膜包裹的雞胸肉在可食用范圍內。這是因為DF-CS復合膜具有較強的抗氧化性，能夠抑制肉食品氧化變質，延長貯藏期。Zhang等[19]研究表明百里香精油可以釋放到包裝的肉品中，由于其具備出色的抗氧化性，可以延緩肉制品的氧化過程，與本研究結果一致。

2.4.3 揮發性鹽基氮值

揮發性鹽基氮值（total volatile base nitrogen，TVBN）通常用于確定肉制品的新鮮程度。由于細菌的存在，肉品中的蛋白質被分解為胺和氨，這是影響肉品風味的主要因素。各組冷鮮雞胸肉貯藏期間TVB-N變化如圖5所示。

圖5 冷鮮雞胸肉貯藏期TVB-N的變化Fig.5 Changes of TVB-N of chilled chicken breast during storage

由圖5可知，TVB-N隨著雞胸肉貯藏時間的延長而增加，從第4天起，各組間TVB-N差異顯著，純殼聚糖組在第12天時TVB-N為22.29 mg/100 g，已經變質，而DF-CS復合膜組在貯藏第12天時，TVB-N為14.59 mg/100 g，屬于一級肉，接近二級，這與pH值、TBARS試驗結果一致，說明DF-CS復合膜能有效延長冷鮮雞胸肉的貯藏期。這與李穎暢等[20]殼聚糖和藍莓葉多酚能夠抑制魚丸TVB-N升高的結果一致。

2.4.4 主成分分析

雞胸肉在貯藏過程中新鮮度會逐漸下降，因此所產生的揮發性氣味物質會隨之增加。不同包膜處理的冷鮮雞胸肉在貯藏第6、12天氣味主成分分析如圖6所示。

圖6 不同處理組冷鮮雞胸肉貯藏期間PCA分析Fig.6 PCA analysis of chilled chicken breast in different treatment groups during storage

由圖6可知，PC1、PC2貢獻率分別為92.86%和6.39%，總計為99.25%，大于90%，說明不同處理組間氣味存在差異，能夠反映樣品的整體信息[21]。第6天復合膜組與新鮮樣品與相接近，表明第6天復合膜組與新鮮樣品產生的揮發性氣味物質比較接近[22]，說明相比于其他兩組，復合膜能較好維持雞胸肉的風味。張振等[23]的研究也表明殼聚糖/ε-聚賴氨酸復合膜能有效維持中國對蝦的風味品質。

3 討論與結論

本研究制備蒲公英黃酮-殼聚糖復合膜，測定添加蒲公英黃酮后復合膜的性能、抗氧化性和抑菌能力的變化，然后將該膜應用于冷鮮雞胸肉的保鮮研究中。結果表明，添加0.20%的蒲公英黃酮后復合膜厚度顯著提高，水蒸氣透過系數、拉伸強度、拉伸斷裂率顯著降低。說明蒲公英黃酮的添加，能改善膜的性能，但復合膜的柔韌性仍需進一步優化。復合膜對DPPH自由基和ABTS+自由基的清除率分別提升至95.68%和96.37%，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑制效果有所增強。說明蒲公英黃酮在與殼聚糖共混后很好地發揮了其抗氧化性及抑菌性，這對食品保鮮至關重要。

使用蒲公英黃酮-殼聚糖復合膜對冷鮮雞胸肉進行包膜處理，結果表明，與市售保鮮膜及純殼聚糖膜相比，蒲公英黃酮-殼聚糖復合膜能顯著降低冷鮮雞胸肉貯藏期間pH值、TBARS、TVB-N的上升速度，雞胸肉在第12天時仍在可食用范圍內。電子鼻測定結果顯示，第6天時，復合膜包裹的雞胸肉產生的揮發性物質成分與新鮮樣品接近，說明復合膜能延長冷鮮雞胸肉的貯藏期，較好的保持雞胸肉的風味品質，為可食用包裝膜的進一步研究與應用提供更多參考依據。今后可從復合膜對肉品優勢腐敗菌的抑制作用，延緩肉品蛋白氧化方面進一步探究復合膜的保鮮機制。