新鲜度指示/保鲜衬垫的制备及其在鲜肉包装中的应用

作     者：何悦 

作者单位：西南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐丹

授予年度：2022年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 083201[工学-食品科学] 083203[工学-农产品加工及贮藏工程] 

主      题：新鲜度指示 抗菌 吸湿衬垫 紫薯花青素 纳米银 

摘      要：鲜肉因其味道鲜美、营养丰富而深受广大消费者的喜爱,但是在生产、销售和消费过程中,极易受微生物和环境的影响而腐败变质。一方面鲜肉因存储不当极易受微生物污染,在货架期内发生变质,食用后会造成严重的食品安全问题;另一方面,部分临近保质期但可安全食用的鲜肉被丢弃,则会造成食物浪费和经济损失。因此,利用可指示新鲜度的智能材料对鲜肉的品质和货架期进行实时的可视化指示是解决上述问题的理想方案之一,进一步将新鲜度指示材料与抗氧化/抗菌活性包装相结合,则既可提高鲜肉的贮藏品质,又可实时指示其新鲜度变化,对于提升食品安全和减少浪费具有重要意义。由于鲜肉变质时会释放出挥发性胺类物质,引起环境p H的变化,因此目前的研究热点是采用花青素为p H指示剂制备指示标签或包装薄膜。但标签的功能单一,而花青素添加在薄膜中可发挥其抗氧化作用,但会影响其透明度。因此,本研究采用具有良好可降解性、安全性、稳定性和机械性能的聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol,PVA)为基材,紫薯花青素(Purple sweet potato anthocyanins,PSPA)为p H指示剂,并以琼脂糖(Agarose,AG)、纳米银(Silver nanoparticles,Ag NPs)、纸纤维等为添加剂,制备具有新鲜度指示、抗菌和抗氧化功能的吸水衬垫,用于鲜肉的保鲜和新鲜度指示。研究首先采用冻融-冻干法制备了以PVA、AG和PSPA为原料的多孔衬垫,探究了AG添加量、冻融次数和PSPA添加量对衬垫微观结构与性能的影响,并考察了衬垫对鲜肉的新鲜度指示功能和保鲜效果;然后,以球磨柚子皮提取液为还原剂、银氨溶液为银源制备了Ag NPs,对其粒径、形貌、稳定性和抗菌性等进行了表征,并探究了Ag NPs对PSPA溶液p H响应性能的影响;最后,将Ag NPs、PSPA和纸纤维添加到PVA中制备衬垫,考察了Ag NPs的含量对衬垫微观结构、吸水性、抗氧化和抗菌效果以及p H响应性能等的影响,并评价了衬垫对新鲜猪肉的新鲜度指示与保鲜效果。主要研究结果如下:(1)以PVA、AG和PSPA为原料,采用冻融-冻干法制备了一种具有p H响应变色功能的吸水性衬垫。当AG的添加量为4%、冻融次数为3时,衬垫内部出现微孔且孔径分布均匀,凝胶强度高、溶解度低。PSPA在衬垫中可均匀分散,与PVA和AG间可能存在氢键相互作用。当PSPA的质量分数从0%增加到12%时,衬垫的结晶度随PSPA质量分数的增加而降低,内部孔隙先增大后降低,凝胶强度、水接触角和溶解度先降低后增加,但溶胀度先增加后降低。衬垫的DPPH自由基清除活性随着PSPA质量分数的增加而升高,说明衬垫的抗氧化能力主要由PSPA提供。当环境p H值从3升高到10,含有PSPA的衬垫从粉色逐渐变为蓝绿色,且颜色随PSPA质量分数的增加而加深。将PSPA质量分数为9%的衬垫用于新鲜猪肉保鲜时,衬垫不仅可迅速吸收肉汁来抑制微生物的生长,而且可通过灵敏的颜色变化来实时、准确地反映鲜肉的新鲜度。(2)以机械球磨法处理后的柚子皮提取液为绿色还原剂,以银氨溶液为银源制备了具有良好分散性和抗菌性的Ag NPs,且该Ag NPs与PSPA的混合溶液仍然具有灵敏的p H响应变色功能。柚子皮提取液与银氨溶液的反应物在430 nm处具有强吸收峰,证明Ag NPs粒子被成功合成。所得Ag NPs的平均粒径为(37.61±0.46)nm,呈球形面心立方结构,具有良好的水分散性和稳定性。Ag NPs溶液对DPPH自由基的清除率为79.2%,对大肠杆菌(Escherichia coli)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、伤寒沙门氏菌(Salmonella)及枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)均有显著生长抑制作用,对四种菌的抑菌圈直径分别为:9.8mm、10.0 mm、11.2 mm和28.1 mm。将Ag NPs与PSPA溶液混合后改变了PSPA的颜色,但并未改变其随p H变化发生的结构转变,说明二者主要为物理混合,且混合液在不同的p H下仍然具有明显的颜色变化,显示出灵敏的p H指示能力。(3)以PVA、PSPA、Ag NPs以及纸纤维为原料,制备了一种具有抗菌性、抗氧化活性以及p H响应变色功能的多孔衬垫。纸纤维的添加使衬垫形成了疏松多孔的结构,而Ag NPs在衬垫中均匀分散进一步提高了衬垫中微孔结构的稳定性,使其呈均匀的圆形结构,且密度降低。Ag NPs的添加降低了衬垫的表面亲水性,且衬垫的DPPH自由基清除活性和对沙门氏菌的生长抑制能力均随Ag NPs含量的增加而提高。在p H 3～10范围内,含Ag NPs的衬垫随p H的变化表现出明显的颜色变化。在保鲜实验中,相较于未添加Ag NPs的衬垫,含Ag NPs的衬垫能更好地降低鲜肉中的挥发性盐基氮(Total volatile base nitroge,TVB-N)的含量,抑制菌落总数(Total viable count,TVC)的增长,并保持鲜肉的感官品质,将鲜肉的货架期由48 h延长至96 h。同时,在鲜肉贮藏96 h后,衬垫颜色由深粉色变为棕色,实时、准确地对鲜肉的新鲜度变化进行了指示。综上所述,本研究以PVA为主要基材、PSPA为指示剂,辅以AG、纸纤维、Ag NPs等添加剂,成功制备了一种具有新鲜度指示和抗菌保鲜双重功能的吸湿衬垫,衬垫不仅可延长鲜肉的货架期,还可准确地通过颜色变化来指示其新鲜度。本研究将智能包装与活性包装相结合,有望在提高鲜肉贮藏品质的同时,使得鲜肉的品质变化可视化,对于减少其在流通和消费环节的浪费、提升食品安全具有良好的实践意义。