《食品科学》:中国农业大学温馨副教授等:芝麻油脂体可食用膜的制备及其在草莓保鲜中的应用

健康   2024-11-19 16:45   北京  
可食用膜是经包裹、涂刷、浸渍、喷洒等方式覆盖于食品表面或内部的可食用薄膜,其通过阻隔氧气、水蒸气以及防止溶质迁移保证食品质量,延长食品货架期。根据可食用膜的制备基质可将其分为多糖类可食用膜、蛋白质类可食用膜、脂质类可食用膜及复合型可食用膜。目前的研究主要集中在将脂肪加入到多糖基的膜中,改善其亲水特性和拉伸性能,从而提高保鲜效果。芝麻油由于其丰富的油溶性呋喃木脂素,具有较好的抗氧化性。因此,本研究推测将芝麻油脂体应用于可食用膜中能够起到更好的抗氧化作用,从而延长食品的保质期。草莓含水量高,易受微生物侵染而腐烂变质,较难贮藏,而且草莓采后呼吸强度大,失水迅速,致使自然保鲜时间短。可食用涂膜保鲜作为一种新型的食品保鲜方式,具有安全、绿色、便捷的应用特点。
中国农业大学食品科学与营养工程学院的秦琛强、李方束、温馨*等以芝麻油脂体为研究对象,并以草莓为水果代表,旨在开发出氧化稳定性高、耐水性良好并具有一定机械强度的水果保鲜可食用膜,提高植物油料加工利用水平的同时为果蔬贮藏运销提供安全、高效、便捷的新型保鲜技术。

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芝麻油脂体的粒径分布及贮藏期间PV和TBARS值变化


通过测定,所用的原材料芝麻的基本组成为水分质量分数(6.13±0.09)%、脂肪质量分数(51.83±0.09)%、蛋白质量分数(18.83±1.29)%,通过水代法提取的芝麻油脂体组成为水分质量分数(25.35±0.66)%、脂肪质量分数(72.31±0.59)%、蛋白质量分数(2.01±0.03)%。提取得到的芝麻油脂体在pH 7下的电位为(-24.50±0.17)mV。

由图1A可知,提取得到的油脂体粒径集中分布在0.4~15.0 μm,且呈现单峰分布,表明提取得到的芝麻油脂体较为完整,可形成均一的乳液体系,其体积平均粒径( D(4,3))和表面积平均粒径 (D(3,2))分别为(3.74±0.02)、(2.24±0.01)μm。

由图1B可知,随贮藏时间延长,芝麻油脂体乳液的过氧化值(PV)逐渐增大,表明油脂体中的过氧化物水平不断上升,初级氧化程度加重。丙二醛是脂质氧化过程中产生的主要次级氧化产物,可以与硫代巴比妥酸生成红色化合物,因此通过测定TBARS值可以判断油脂的二次氧化程度,用于评估油脂体贮藏过程中的后期腐败程度。在芝麻油脂体乳液加速氧化过程中,随贮藏时间延长,TBARS值不断增加,表明油脂体中的脂质次级氧化产物量逐渐上升,后期腐败程度逐渐加重。根据现行GB 8223—2018《芝麻油标准》中芝麻油的特征指标和质量指标,一级芝麻油标准为PV≤6.0 mmol/kg,在8 d贮藏期内,PV均远低于该值。综合来看,芝麻油脂体在加速贮藏过程中氧化稳定性较好,能够作为可食用膜中的添加成分进一步开展后续芝麻油脂体涂膜液在草莓保鲜中的应用研究。

02

芝麻油脂体可食用膜的性质



2.1 芝麻油脂体添加量对可食用膜厚度及透明度的影响

由图2A可知,随芝麻油脂体添加量增加,复合膜的厚度均有所增加,芝麻油脂体添加量≤5.6%时对膜厚度无显著影响(P>0.05),在芝麻油脂体添加量为7.7%时,膜厚度显著高于其他添加量(P<0.05)。这可能是由于涂膜液中过多的油脂体上浮在表面形成疏水层,相同干燥条件下失水速率更低,干燥结束后薄膜中水分含量更高,并且膜液中固形物含量也随着油脂体添加量增加而提高,因此增加了薄膜的厚度。

可食用膜的光学特性会影响消费者对果蔬产品的接受度,通常可食用膜透明度越高,对果蔬覆膜后感官品质的不良影响越小。由图2B可知,添加油脂体后薄膜的透明度整体有所下降,当添加量≤3.5%时,透明度无显著变化(P>0.05),当添加量为5.6%和7.7%时,膜的透明度显著降低(P<0.05)。油脂体含有一定量的甘油三酯和蛋白质,当油脂体加入可食用膜中时,表现出乳白色的外观,降低了可食用膜的光密度,导致膜透明度的降低。


2.2 芝麻油脂体添加量对可食用膜水蒸气透过系数及溶解率的影响

由图3A可知,添加油脂体后,复合膜的水蒸气透过系数均较未添加油脂体可食用膜对照组显著降低(P<0.05),但各添加量之间无显著差异(P>0.05)。在涂膜液中添加芝麻油脂体,膜液加热干燥过程中油脂体由于比重较小而上浮到膜表面形成一层脂质疏水层,能够大量降低水蒸气在膜内的扩散速率和吸附作用,显著降低膜水蒸气透过性,增强膜阻湿性。此外,研究表明多糖和蛋白质共混薄膜可以降低食品与周围环境之间水蒸气和气体的转移速率,从而应用于食品保鲜。因此,可食用膜水蒸气透过率降低,一方面是由于油脂体形成的脂质疏水层,另一方面是由于油脂体表面蛋白质与壳聚糖等的相互作用。

图3B可知,油脂体膜溶解度随油脂体添加量增加整体呈上升趋势,但各添加量之间并无显著差异(P>0.05)。水溶解率的升高可能是因为油脂体含有一定的水分,与壳聚糖、羧甲基纤维素钠复合成膜后,一定程度降低膜液内部交联度,使膜水溶性提高。此外,油脂体在常温下呈现乳膏状,油脂体的加入一定程度增加了膜的可流动性,从而增强其水溶解率。


2.3 芝麻油脂体添加量对可食用膜抗拉强度和延伸率的影响

由图4A可知,随着油脂体添加量不断增加,油脂体可食用膜的抗拉强度呈现先升高后降低的趋势。当添加量为1.2%时,膜抗拉强度最大;当添加量达到5.6%时,复合膜的抗拉强度显著低于对照组(P<0.05)。这可能是因为少量油脂体的存在增加了可食用膜中蛋白质的含量,而蛋白质的存在可能在一定程度上促进壳聚糖分子之间的交联,降低分子移动性,从而增强膜的抗拉强度,此外,壳聚糖可以作为分散剂促进油脂体颗粒的分散状态,从而增强其拉伸强度。随着油脂体添加量过多,由于加入的油含量过多会影响原膜内壳聚糖和羧甲基纤维素分子之间的相互作用,导致膜内的聚合物网络结构松散,疏松度增加,导致抗拉强度降低。

食用膜的延伸性代表膜的柔韧度,具有良好延伸性的膜能够适应多种形状的食品,并能够在包装和使用过程中承受一定的应力和变形,而不会破损或失去保护性能,从而提供更好的保鲜效果和防止氧化、湿气或污染物的侵入。由图4B可知,添加油脂体后可食用膜的延伸率较对照组显著增加(P<0.05),继续增加油脂体添加量后延伸率无显著变化(P>0.05)。说明一定量的油脂体能够有效软化膜架构并增强膜与食物之间的接触,使其能够更好地包装各种形状的食品,并提供良好的保护效果。

以上研究表明,芝麻油脂体的添加会对可食用膜的水蒸气透过性、溶解度和机械强度产生显著影响。一定量芝麻油脂体的添加可以改善可食用膜柔软度、水蒸气阻隔能力和溶解度,但添加过多会导致膜完整度降低和表面出油,导致膜的透明度及抗拉强度降低。当芝麻油脂体添加量为1.2%时,膜返潮性、完整度、透明度受影响较小,能够有效改善膜内大分子物质相容性,提高抗拉强度,因此选择添加1.2%油脂体作为最佳添加量探究后续在草莓涂膜保鲜中的应用。


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芝麻油脂体可食用膜在草莓涂膜保鲜中的应用



3.1 芝麻油脂体涂膜处理对草莓感官品质的影响

如表3和图5所示,各处理组草莓的感官评分总分在5 d贮藏期内均呈下降趋势。经过油脂体涂膜处理后草莓在贮藏前3 d内无显著差异,而空白对照组和对照膜组第3天显著下降,且油脂体膜组感官评分下降速率显著低于其余2 种保鲜方式,表明在3 种处理方式中,涂膜处理组在贮藏过程中表现最好,能够较好地保持草莓的感官品质。油脂体膜组与空白对照组草莓在贮藏2 d时感官评分存在显著差异,而与对照膜组没有显著差异,但是当贮藏时间延长到3 d时,油脂体膜组与空白对照组和对照膜组均存在显著差异,表明油脂体膜组在3 d内保鲜效果较好,草莓整体品质良好。


3.2 芝麻油脂体涂膜处理对草莓贮藏期间腐烂率和腐烂指数的影响

由表4可知,随着贮藏时间延长,各处理组草莓的腐烂率和腐烂指数均呈现增长趋势,而油脂体膜组的腐烂趋势增长相对缓慢,空白对照组和对照膜组均在第2天开始出现腐烂,之后腐烂加剧并迅速丧失食用价值,而油脂体膜组在前2 d内未出现任何腐烂,草莓果实形态完整且色泽良好,第3天后开始出现轻微腐烂。在贮藏末期,空白对照组的腐烂率和腐烂指数分别达到35.7%和10.6%,对照膜组的腐烂率和腐烂指数分别达到30.0%和8.7%,而油脂体膜组腐烂率和腐烂指数分别为16.7%和6.3%。由此可见,油脂体涂膜能够有效延缓草莓的腐烂劣变过程,常温条件下能够延长草莓货架期。研究表明,一些植物化学物质包括异黄酮、生育酚和植物甾醇,以及一些必需的氨基酸(油酸和亚油酸)、不饱和脂肪酸和VE会嵌入或附着在油脂体表面,提取得到的芝麻油脂体可能还含有一定的植物甾醇、生物酚等小分子物质,而这些物质具有抗氧化性和抑菌性,能够一定程度抑制草莓腐烂。


3.3 芝麻油脂体涂膜处理对草莓贮藏期间硬度、质量损失率和可溶性固形物含量的影响

如表5所示,各处理组草莓硬度均随贮藏时间延长呈现下降趋势,贮藏期间油脂膜组草莓硬度在第3天开始显著高于空白对照组和对照膜组。各处理组在前2 d内硬度下降趋势相对缓慢,且各处理组差别不大,第3天开始硬度下降趋势增大,可能与第3天各处理组草莓均开始出现腐烂有关(表4)。在贮藏3 d时各处理组之间的硬度有显著差异(P<0.05),油脂体膜组硬度最大,在贮藏期内变化最小,表明油脂体膜组能够在一定程度上抑制草莓变软,保持草莓良好的质构特性。

由表5可知,随着贮藏时间的延长,各处理组草莓的质量损失率均呈现增长趋势,油脂体膜组在0~5 d内质量损失率增长较为缓慢,对照膜组和空白对照组增长较快,贮藏3 d后油脂体膜组草莓质量损失率显著低于其他处理组(P<0.05)。油脂体膜组的草莓表面被致密的涂层保护,减少草莓表面和外界气体环境的直接接触,有效阻止草莓水分蒸发逸散,能够有效减少草莓的水分流失和氧化劣变。此外,油脂体在果实表面干燥后形成的膜具有较强的疏水性,能够将草莓呼吸作用时产生的水蒸气凝结在果实表面,从而进一步减少贮藏期间草莓的水分流失,有效降低质量损失率。

各处理组草莓可溶性固形物含量随时间变化趋势均为下降,油脂体膜处理组下降最缓慢且下降总量最小。在贮藏3 d后,油脂体膜处理组可溶性固形物含量显著高于空白对照组和对照膜组(P<0.05),说明芝麻油脂体膜处理在一定程度上会抑制草莓可溶性糖转化为醇类物质,能够明显延缓草莓腐烂变质,有利于草莓保鲜贮藏。


3.4 芝麻油脂体涂膜处理对草莓贮藏期间pH值和可滴定酸含量的影响

由表6可知,各处理组草莓的pH值随贮藏时间的延长呈现先升高后降低的趋势,可滴定酸含量先降低后增高。草莓中的有机酸在贮藏早期作为呼吸底物被消耗,随着成熟度增加,其酸度首先会逐渐下降,能够反映贮藏前期营养物质的消耗程度。贮藏3 d后各处理组草莓均出现腐败现象,微生物发酵产酸导致酸度再次下降。贮藏第3天时,对照组的可滴定酸含量显著低于油脂体膜组,说明前期贮藏过程中,对照组草莓有机酸的分解量更大,草莓营养物质和口感损失更严重。贮藏后期第5天时,空白对照组的可滴定酸含量显著高于油脂体膜组和对照膜组(P<0.05),可能是因为空白对照组的腐败程度更严重,微生物产酸更多,说明草莓表面的油脂体膜能够延缓草莓中有机酸的消耗和腐败过程,可有效延长草莓保鲜期。
以上研究表明,在常温贮藏环境下,芝麻油脂体可食用涂膜处理能够有效延缓草莓外观的品质劣变,抑制草莓腐烂变质,草莓的货架期至少延长1 d,在5 d货架期内可有效减少贮藏期间水分、可溶性固形物、可滴定酸损耗,延缓草莓腐败变质,有利于草莓保鲜贮藏。

04

结 论


研究不同添加量的芝麻油脂体对可食用膜性质的影响,并探讨该可食用膜在草莓保鲜中的实际效果。结果表明,芝麻油脂体具有较好的氧化稳定性,经过优化后,确定最佳的芝麻油脂体添加量为1.2%,在这个添加量下,可食用膜的水蒸气透过性、溶解度和延伸率均得到显著提升。油脂体膜在制备过程中会形成一层脂质疏水层,该疏水层显著增强了可食用膜的阻湿性,有效改善了多糖基可食用膜的性质。此外,将添加1.2%芝麻油脂体制成可食用膜应用于草莓保鲜,能够有效延长草莓的货架期至少1 d,其主要归因于油脂体处理后可以减少草莓中水分、可溶性固形物和可滴定酸的损失,从而减缓草莓外观品质的劣化,抑制草莓的腐烂和变质。本研究为多糖基可食用膜的进一步应用提供了新思路,拓展了其在食品保鲜中的应用。

本文《芝麻油脂体可食用膜的制备及其在草莓保鲜中的应用》来源于《食品科学》2023年45卷第7期243-251页,作者:秦琛强,李方束,傅 娆,梅雅欣,彭 郁,李 茉,倪元颖,温 馨*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20230803-027。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑:梁雯菁;责任编辑:张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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