一种监测鸡肉新鲜度的海藻酸钠-紫薯皮花青素智能指示膜制备的方法

1.本发明涉及一种监测鸡肉新鲜度的海藻酸钠-紫薯皮花青素智能指示膜制备的方法，属于紫薯废弃物资源化利用领域。


背景技术：

2.鸡胸肉具有高蛋白、低脂肪、低热量、低胆固醇的特点而受到人们的喜爱，但因其蛋白质含量高，在屠宰、加工、储藏和运输过程中容易受到微生物的污染和酶的作用，而发生新鲜度降低，最终导致腐败变质。随着人们对饮食健康的关注，对鸡胸肉新鲜度的检测十分必要。常见的肉类新鲜度检测方法有化学检测(挥发性盐基氮(total volatile base nitrogen，简称tvb-n)、脂质过氧化值和ph值等)、微生物测定(如：菌落总数)、计算机视觉技术、高光谱技术和智能指示膜等。其中，化学检测和微生物测定获得的结果精确，但是需要专业的人员，耗费时间长，操作繁杂，且都会对样品造成破坏，无法实现肉类流通过程中的实时无损检测。计算机视觉技术和高光谱技术等新兴技术可以实现对肉品的快速、无损检测，但是需要专业的操作人员和精密的仪器，不利于消费者对于肉品新鲜度的实时判断。智能指示膜可以对样品进行快速无损检测，且成本低廉、便于携带、生物可降解，消费者在不打开包装的情况下通过肉眼观察即可判断肉品的实时新鲜度。
3.智能指示膜由ph敏感指示剂和成膜基材两部分组成，将其贴于食品包装顶空内侧，通过感知包装环境ph的变化发生人眼可识别的颜色变化，进而实时判断食品的新鲜度。目前，常用的ph敏感指示剂按来源可分为化学合成ph敏感指示剂(如：溴甲酚氯、溴酚蓝、甲基红和溴甲酚紫)和天然来源的ph敏感指示剂(如：花青素、姜黄素和紫草素等)。其中，花青素因其天然安全、对ph敏感且变色明显易区分而受到广泛关注。因为合成的塑料材料难降解、不可再生且不安全，现在智能指示膜常用的成膜基材大多是生物可降解基材，主要有多糖类(如：壳聚糖、淀粉和纤维素等)、蛋白质类(如：玉米醇溶蛋白、大豆蛋白和胶原蛋白等和一些化合物(如：聚乙烯醇等)，这些成膜基材因安全无毒、生物可降解和可食性等特点而备受青睐。
4.紫薯(ipomoea batatas(l.)lam)属旋花科番薯属草本植物，含有硒、绿原酸、花青素等功能性成分。近年来，紫薯因其重要的保健功能而在工业上被广泛用于新型食品的开发，如：紫薯粉条、紫薯薯条、紫薯果脯和紫薯面包等，从而产生大量的皮渣，这些皮渣一般用作饲料和肥料，或者成为加工废弃物丢弃，对环境造成不良影响。其中，紫薯皮中含有丰富的天然花青素，而关于紫薯皮花青素(purple sweet potato peelanthocyanins，简称ppe)作为ph敏感指示剂制备智能指示膜的研究很少。
5.海藻酸钠(sodium alginate，简称sa)是藻类的副产物，价格低廉、安全无毒、具有很好的成膜性能和可食性，成膜透明无色，可与二价阳离子交联获得优异的机械性能，已广泛用于食品包装的研究中。其中，最重要的是海藻酸钠薄膜的无色透明特点可最大限度降低对ph敏感指示剂显色的影响，因此有潜力和紫薯皮花青素复合用以智能指示膜的开发。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种监测鸡肉新鲜度的海藻酸钠-紫薯皮花青素智能指示膜制备的方法，本发明将低成本的紫薯皮花青素添加到海藻酸钠基材中制备智能指示膜，并用于鸡胸肉新鲜度的检测。所制备的指示膜检测鸡胸肉新鲜度指示效果明显，肉眼可辨别。
7.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
8.一种监测鸡肉新鲜度的海藻酸钠-紫薯皮花青素智能指示膜制备的方法，包括以下步骤：搅拌溶解、除气泡、流延、干燥、交联得到智能指示膜，将膜贴于装有鸡胸肉的培养皿顶空内侧，检测鸡胸肉的新鲜度。
9.本发明优化了制备智能指示膜的紫薯皮花青素的浓度，探究紫薯皮花青素浓度对智能指示膜阻隔性能、机械性能、nh3敏感性和鸡胸肉新鲜度指示效果的影响，通过单因素的实验方法确定最优的紫薯皮花青素浓度。
10.通过单因素试验得出，当紫薯皮花青素浓度为0.6％时，得到的智能指示膜物理性能较优、鸡胸肉新鲜度指示效果最好。
附图说明
11.图1紫薯皮花青素浓度对指示膜水蒸气透过率的影响；
12.图2紫薯皮花青素浓度对指示膜透光率的影响；
13.图3紫薯皮花青素浓度对指示膜机械性能的影响；
14.图4紫薯皮花青素浓度对指示膜nh3敏感性的影响；
15.图5紫薯皮花青素浓度对指示膜指示效果的影响(4℃和25℃)；
16.图6紫薯皮花青素含量对tvb-n与δe相关性的影响。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
18.一、搅拌溶解
19.称取1.5g海藻酸钠溶解于100ml蒸馏水中，待溶解后加入紫薯皮花青素，搅拌均匀后加入30％(基于海藻酸钠)甘油，搅拌均匀得到成膜液。
20.1、单因素试验设计
21.考察紫薯皮花青素浓度(0.0％、0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1.0％)智能指示膜阻隔性能、机械性能、 nh3敏感性和鸡胸肉新鲜度指示效果的影响。将不同紫薯皮花青素浓度的指示膜命名为：sa、sa-ppe2、 sa-ppe4、sa-ppe6、sa-ppe8、sa-ppe10。
22.二、除气泡
23.采用超声处理30min除去成膜液中的气泡。
24.三、流延
25.量取30ml成膜液流延至塑料培养皿(8.5cm
×
8.5cm)中。
26.四、干燥
27.将培养皿放在恒温恒湿箱中，在30℃，50％的相对湿度条件下干燥48h。
28.五、交联
29.使用2％的cacl2对薄膜进行浸泡交联，再烘干表面水分，并在25℃，50％的相对湿度条件下放置24 h，得到智能指示膜。
30.六、应用
31.将指示膜裁剪成2cm
×
2cm，贴于装有鸡胸肉的塑料培养皿顶空内侧。
32.七、单因素实验
33.图1显示不同紫薯皮花青素浓度对指示膜水蒸气透过率的影响。水蒸气透过率可以反映薄膜对水蒸气的阻隔性，水蒸气透过率越低，薄膜对水蒸气的阻隔性越高。随着花青素浓度的增加，水蒸气透过率显著降低(p《0.05)，表明花青素显著改善了薄膜的水蒸气阻隔性能。这是因为花青素和sa可能形成氢键，阻止了sa中的亲水基团与水结合。sa-ppe8指示膜的水蒸气透过率最低；sa-ppe6和sa-ppe8指示膜的水蒸气透过率无显著差异(p》0.05)。
34.图2显示不同紫薯皮花青素浓度对指示膜透光率的影响。透光率可以反映薄膜的光阻隔性，透光率越小，薄膜的光阻隔性越强。随着花青素浓度的增加，透光率明显降低；尤其在290
–
350nm波长范围内，指示膜的透光率接近0％，这表明紫外线被有效阻挡，可保护肉制品免受紫外线照射。优异的光阻隔性能是因为花青素芳香环中存在丰富的发色团(如：c＝c和c＝o)可吸收紫外可见光。sa-ppe10指示膜的透光率最低。
35.图3显示不同紫薯皮花青素浓度对指示膜机械性能的影响。良好的机械性能可以保证薄膜在储存，运输和销售过程中的完整性，通常用抗拉强度和断裂伸长率来反映薄膜的机械性能。随着花青素浓度的增加，抗拉强度和断裂伸长率都呈现先降低后增加再降低的趋势(p《0.05)。sa-ppe2抗拉强度降低是因为sa 分子链之间的相互作用被破坏，降低了薄膜的内聚力；抗拉强度的增加(0.4％
–
0.6％)是由于花青素和sa 链中羟基之间的存在氢键；然而，花青素含量过高(0.8％
–
1.0％)的指示膜中花青素分散性差，产生聚集，导致薄膜网络结构松散，抗拉强度降低。sa-ppe2断裂伸长率降低是因为少量的花青素阻碍了sa分子链相互作用，导致分子链的迁移率和薄膜的柔韧性降低；断裂伸长率的增加(0.4％
–
0.8％)是因为含有许多羟基的花青素可以作为增塑剂，增加sa分子的自由体积和流动性，促进sa分子链的滑动；然而，过量的花青素(0.8％-1.0％)表现出优异的刚性，抑制了聚合物链的运动并降低了柔韧性，导致断裂伸长率降低。sa-ppe6指示膜的抗拉强度最大；sa-ppe8指示膜的断裂伸长率最大。
36.图4显示不同紫薯皮花青素浓度对指示膜nh3敏感性的影响。nh3可以用来模拟在肉类腐败过程中产生的挥发性含氮化合物，以评估指示膜对挥发性碱性气体的反应灵敏性。密闭容器中nh3可与指示膜表面的水分子结合形成nh3·
h2o，随后解离形成nh
4
和oh-，导致膜表面ph值增加并变色。如图4b所示，当指示膜暴露于nh3时，薄膜的颜色随着响应时间的延长而变化(粉红色
→
浅粉红色
→
蓝绿色)。如图4a 所示，花青素含量越低，指示膜的灵敏性越高，颜色达到平衡所需的时间越短；随着花青素的增加，指示膜的灵敏性降低，并且变色时会发生滞后现象，这是因为更多的花青素需要更多的oh-，但密闭容器中的 nh3是有限的，因此，变色出现滞后。由于在肉类新鲜度检测过程中对挥发性碱性气体快速响应的需求，因此，使用sa-ppe2、sa-ppe4和sa-ppe6来研究紫薯皮花青素浓度对指示膜指示效果的影响(4℃和 25℃)以及对tvb-n与δe相关性的影响。
37.图5显示了紫薯皮花青素浓度对指示膜指示效果的影响(4℃和25℃)。在4℃(25℃)下，新鲜鸡胸肉样品的初始tvb-n为5.35(5.35)mg/100g，在48h(4d)后增加到14.89(13.95)mg/100g，最后在5d(60h)后增加到19.93(16.19)mg/100g。根据gb2707-2016，鸡胸肉样品的安全限值tvb-n 值低于15mg/100g。ph值随着贮藏时间的增加而增加，表明鸡胸肉逐渐变质。这些结果表明，鸡胸肉分别在4℃和25℃下储存5d和60h处于变质阶段。在4℃和25℃时，sa-ppe2，sa-ppe4和sa-ppe6 指示膜的颜色随着鸡胸肉的新鲜度而变化。sa-ppe2和sa-ppe4薄膜在4℃下发生颜色变化：粉红色(前 2d)
→
蓝色(3d)
→
浅绿色(4d和5d)，并且在25℃下观察到基本一致的颜色变化。在4℃和25℃时，在sa-ppe6薄膜中观察到肉眼可见的颜色变化：粉红色(前2d和24h)
→
浅粉红色(3
–
4d和36
–
48 h)
→
蓝色(5d和60h)。三种指示膜在不同贮藏温度下均呈现出连续的颜色变化，证实了紫薯皮花青素具有实时检测鸡胸肉新鲜度的能力。
38.图6显示了紫薯皮花青素含量对tvb-n与δe相关性的影响。智能指示膜检测鸡胸肉新鲜度的指示效果可以通过鸡胸肉tvb-n和指示膜δe之间的pearson’s来评价，pearson’s越接近1或者-1，表示相关性越强，即指示膜的指示效果越好。如图6所示，sa-ppe2、sa-ppe4和sa-ppe6薄膜的pearson's r在4(25)℃时分别为0.9311(0.8195)、0.9475(0.8398)和0.9789(0.9868)，表明sa-ppe2、sa-ppe4和sa-ppe6 薄膜的δe和鸡胸肉的tvb-n之间存在很强的正相关关系。sa-ppe6薄膜具有最高pearson’s，因此， sa-ppe6最适合实时监测鸡胸肉的新鲜度。
39.综上，最佳紫薯皮花青素浓度为0.6％。在最佳紫薯皮条件下，智能指示膜具有较好的水蒸气阻隔性、光阻隔性、机械性能、nh3敏感性以及最好的鸡胸肉新鲜度指示效果。