一种以明胶/海藻糖为基础的可食用涂层能够抑制预煮牛肉在冷冻储存过程中的品质劣化

时间:2026年3月10日
来源:International Journal of Biological Macromolecules

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本研究开发了一种含明胶、海藻糖和茶多酚的涂层,通过SEM和FTIR证实其有效承载茶多酚并形成致密结构。涂层显著提升抗氧化性能(DPPH 95.63%,ABTS 98.75%),抑制冷冻牛肉的脂质氧化(TBARS 0.14 mg/kg)和水分流失(POV 0.063 g/100g),有效延缓品质劣变。

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Jiaqi Wang|Yunze Ma|Rui Zhao|Huajiang Zhang|Zhanhui Geng|Hanyu Li|Yuepeng Wang|Ning Xia|Lina Xu
中国黑龙江省哈尔滨市东北农业大学食品科学学院,邮编150030

摘要

在长时间冷冻过程中,冰晶的生长与重结晶、蛋白质变性以及脂质氧化会导致肉类及其制品的品质下降。本研究开发了一种可食用涂层,该涂层由明胶和海藻糖(G/TRE)与茶多酚(TP)混合而成。扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析表明,基于G/TRE的涂层能够有效承载TP,并与TP相互作用形成连续且致密的微观结构。添加TP后,涂层的阻隔性能和抗氧化性能得到提升。当TP含量为1.5%时,该涂层的DPPH和ABTS抗氧化活性分别达到95.63%和98.75%。将预煮牛肉在-50°C下冷冻储存6个月后,G/TRE/TP涂层有效延缓了脂质氧化和品质劣化,表现为水分损失减少以及质地和颜色稳定性改善。值得注意的是,6个月后,涂层样品的重量损失为3.81%,而未涂层样品的重量损失为12.78%。此外,活性涂层显著抑制了脂质氧化:对照组在第四个月的POV值为0.091 g/100 g,而G/TRE/TP组的POV值仅为0.063 g/100 g。6个月后,对照组的TBARS值为0.46 mg/kg,而G/TRE组为0.16 mg/kg,G/TRE/TP组为0.14 mg/kg。总体而言,G/TRE/TP涂层为冷冻预煮牛肉提供了一种实用的可食用涂层方案,它减少了水分损失和氧化劣化,同时保持了产品的持水能力、质地和颜色。

引言

作为预煮食品类别中的关键部分,预煮肉制品通常依赖冷冻储存来确保安全性、延长保质期并保持整个储存期间的质地质量[1]。然而,在冷冻过程中,肉类及其制品经常经历温度波动,这容易引发冰晶的形成、生长和重结晶,导致肌肉组织结构受到机械损伤并加速品质下降[2],[3]。这种损伤表现为Z线断裂、I带弱化以及纤维间间距增加[4]。冰晶产生的机械应力降低了肌纤维的持水能力,从而在解冻过程中导致滴汁损失增加和品质恶化[5]。
同时,如果包装材料缺乏足够的阻隔性能,食品表面的冰晶会升华,使水分不断从内部迁移到表面。这最终会导致食品结构变得干燥多孔。这种多孔性显著增加了食品与氧气接触的表面积,从而加速了脂质氧化[6],[7]。其宏观表现包括重量减轻、表面出现灰白色斑块、质地变硬以及产生异味(如酸败味)。这些问题严重影响了食品的营养价值、感官品质和消费者的接受度。
涂层处理已成为一种广泛采用的保鲜技术,因为它操作简便、成本低且具有显著的保护效果。明胶(G)作为一种典型的动物蛋白,具有成熟的提取工艺、低成本以及优异的成膜性能、安全性和生物降解性,因此被广泛用于食品级涂层的制备[8]。其他基于蛋白质的涂层(如乳清蛋白和大豆蛋白)也因其良好的成膜能力和功能性而受到广泛研究[9]。然而,与明胶相比,这些蛋白质在凝胶化/热行为以及消费者相关因素(如过敏原标签和潜在风味影响)方面可能存在差异;因此,明胶仍是一种有吸引力的涂层基质[10]。不过,单一的明胶涂层存在延展性差和脆性高的缺点。为了解决这些问题,通常通过添加多糖或酚类化合物来改善其性能[11],[12]。多糖因其独特的功能成分而被广泛使用[13]。海藻糖(TRE)是一种由两个葡萄糖单元通过α-糖苷键连接而成的非还原性二糖,在制药和食品工业中广泛应用[14]。其分子能与明胶形成强氢键,有效提高基于明胶的涂层的柔韧性和润湿性[15]。近年来,海藻糖被用作天然抗冻剂,以提高冷冻食品的品质[16]。它通过破坏冰界附近水分子的有序排列来抑制冰晶的形成和重结晶[17]。此外,海藻糖还可以调节肌肉组织周围水分的分布和迁移,从而减轻冷冻过程中冰晶生长造成的结构损伤。Zhang等人[18]的研究表明,海藻糖通过氢键、疏水相互作用或静电作用嵌入冰晶层之间,从而抑制冰晶的生长,减少了对虾肌肉组织的损伤。
天然植物多酚因其多种健康益处而受到广泛关注,可作为功能性成分来提升食品包装膜的性能[19]。茶多酚(TP)是从茶叶中提取的儿茶素混合物,因其出色的抗氧化效果和安全性而在食品工业中得到广泛应用。此外,茶多酚还可以作为酚类交联剂,增强薄膜的机械性能和功能特性。将茶多酚加入蛋清蛋白薄膜中可显著提高其拉伸强度,并对冷却猪肉中的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有优异的抑制效果[20]。另一项研究将黑莓花原花青素和茶多酚结合到壳聚糖-羧甲基纤维素薄膜中用于牛肉保鲜,这种复合薄膜表现出更高的拉伸强度、更低的透气性和更好的牛肉品质保持能力[21]。然而,在长期冷冻储存过程中,预煮肉制品面临冷冻烧伤(表面脱水)、冰晶生长/重结晶引起的结构损伤以及脂质和蛋白质的氧化劣化等问题。不过,目前针对冷冻预煮肉制品(而非冷却预煮肉制品)的含TP明胶/海藻糖复合可食用涂层的专门研究相对较少[22]。
因此,本研究旨在制备并表征含有茶多酚(TP)的明胶/海藻糖(G/TRE)复合涂层,系统研究不同TP含量对G/TRE涂层结构和功能的影响。我们进一步评估了G/TRE基础涂层和G/TRE/TP涂层在-50°C条件下的保护效果。本研究旨在开发并系统表征一种兼具高效防冻保护和抗氧化活性的复合G/TRE/TP涂层系统。通过研究不同TP含量对涂层结构、阻隔性能和抗氧化功能的调节作用,并全面评估其在-50°C冷冻条件下对预煮牛肉中冰晶损伤、蛋白质变性和脂质氧化的协同抑制效果,本研究旨在为冷冻预煮肉制品的开发提供理论和技术基础。

材料

明胶购自元业有限公司;海藻糖(纯度约99%)购自上海麦克莱恩生化技术有限公司(中国上海);茶多酚(纯度约97%)、甘油(纯度约99%)、玉米油、酚酞、淀粉指示剂、氯化钙。牛肉来自中国哈尔滨香坊区的农贸市场,要求新鲜、颜色鲜艳且无霉菌或腐败迹象。所有其他试剂均为分析级。

颜色特性

涂层表面的颜色特性是影响消费者视觉偏好和接受度的关键因素之一。表1提供了含有不同浓度TP的涂层样品的L*(100=白色;0=黑色)、a*(+,红色;-,绿色)和b*(+,黄色;-,蓝色)值。实验结果表明,含有TP的复合涂层在L*、a*和b*值方面与对照组相比有显著差异(p<0.05)。这归因于TP的作用

结论

本研究成功制备了一种含有茶多酚(TP)的明胶-海藻糖(G/TRE)复合涂层。与未添加TP的涂层相比,G/TRE/TP涂层表现出更强的抗氧化性能、更优异的紫外-可见光阻隔能力和更低的水蒸气透过率。傅里叶变换红外光谱分析表明,TP通过氢键成功结合到G/TRE的三维网络中,形成了稳定且致密的复合体

CRediT作者贡献声明

Jiaqi Wang:撰写初稿、可视化处理、方法学设计、数据分析、概念构建。Yunze Ma:方法学设计、数据分析。Rui Zhao:方法学设计、数据分析。Huajiang Zhang:撰写与编辑、监督、资源获取、数据分析。Zhanhui Geng:撰写与编辑、数据分析。Hanyu Li:数据分析。Yuepeng Wang:数据分析。Ning Xia:数据分析。Lina Xu:数据分析。

写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备本论文的过程中,作者使用了ChatGPT来提高手稿的语言表达和可读性。使用该工具后,作者对内容进行了必要的审核和编辑,并对发表文章的内容负全责。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的研究工作。

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