聚乙烯醇软质泡沫对黄骨鱼抑菌保鲜效果的研究*

2020-03-16翟纬坤王源升

弹性体 2020年1期

翟纬坤，王源升，王轩

(海军工程大学基础部，湖北武汉 430033)

聚乙烯醇(PVA)软质泡沫一般为纯白色，具有三维空间相互贯穿的通孔结构，可制成块状、厚板状或模塑制品[1]，干燥时质地坚硬，弹性模量较大，吸水后手感柔软，目前已广泛用于负压引流和吸液材料等领域。

货轮和舰船出海执行任务通常会携带冷冻的肉类鱼类等补给品满足日常所需，这些冷冻食物在运输途中受运输条件的影响易解冻，从而影响食品的品质，这就需要包装材料有很好的吸液性能，保持食品干燥，防止微生物繁殖。

本文选择海军出海执行任务时经常携带的补给品黄骨鱼作为冷藏研究对象，黄骨鱼为淡水鱼，在我国分布范围广、产量大、性价比高，烹饪简单，营养丰富，适合保障部队日常消耗，以其作为研究对象具有一定的代表性。本研究利用PVA泡沫良好的吸液性，创新一种集吸液抑菌为一体的新型冷链运输箱，为军需生鲜食品的冷链运输提供了参考。

1 实验部分

1.1 原料

平板计数琼脂培养基：百思生物试剂有限公司；磷酸盐缓冲液(PBS)：西陇科学股份有限公司；大肠菌群测试纸片：广东环凯微生物科技有限公司；聚氨酯(PU)软质泡沫、PVA软质泡沫：深圳东泰海绵制品有限公司；黄骨鱼：盒马生鲜公司。

1.2 仪器及设备

DH4000 AB型恒温培养箱：天津市泰斯特仪器有限公司；G2X-PH.500S型高压蒸汽灭菌器：上海跃进医疗器械有限公司；DHG-9145A型鼓风干燥箱：上海一恒科技有限公司；CX-200TA型扫描电子显微镜：德国蔡司公司。

1.3 实验方法

1.3.1 填充泡沫冷链运输箱的制备

首先采用一步发泡法制备PU泡沫，采用熔融挤出法制备PVA泡沫，控制两种泡沫密度相近(约为0.15 g/cm3)，再将泡沫按冷链运输箱内壁尺寸剪切，以直壁式填充进运输箱，泡沫厚度控制为1 cm[2]。

1.3.2 吸水率

准确称取一定量的PVA和PU泡沫，室温下浸入足量蒸馏水中，每隔一段时间取出并滴淌5 min之后，称取吸水后泡沫的质量，由式(1)计算泡沫的吸水率。

Q=(m1-m0)/m0

(1)

式中：Q为吸水率， g/g；m0、m1分别为泡沫吸水前和吸水后的质量，g。

1.3.3 保水率

准确称取一定量的PVA和PU泡沫，待其于蒸馏水中吸水达饱和后称重并迅速转移至塑料离心管中，于2 000 r/min的转速下高速离心5 min，重新称量泡沫质量，根据式(2)计算离心保水率。

K=m3/m2

(2)

式中：K为保水率，%；m2、m3分别为泡沫离心前和离心后的质量，g。

1.3.4 泡孔结构

将PVA和PU泡沫材料在液氮下脆断，喷金，采用扫描电子显微镜对断面的泡孔结构进行观察。

1.3.5 鱼肉的预处理和包装保鲜

分别将密度相近的软质PVA泡沫和软质PU泡沫按硬质泡沫箱内壁尺寸(145 mm×85 mm×65 mm)剪切，以直壁式填充进硬质泡沫箱内部(175 mm×115 mm×90 mm)，泡沫厚度控制为1 cm。

挑选同批次、质量误差不超过10 g的黄骨鱼，宰杀后快速切取鱼背部肌肉放入4 ℃冰箱中保存，用作包装保鲜或空白使用。先将用无菌水冷冻的碎冰放进3组泡沫箱(一组为空白，其他组分别用PU泡沫、PVA泡沫贴壁)中，约占总容积的3/4，分别将30 g鱼肉放置于冰块上，将泡沫箱置于4 ℃冰箱中，每隔3 d取样，测定保鲜指标[3]。

1.3.6 菌落总数的测定

称取样品用匀浆器碾碎，按照GB 4789.2—2016测定不同贮藏时间肉样的菌落总数[4]。

1.3.7 水质中总大肠菌群的测定

总大肠菌群是指在37 ℃下培养24 h内能发酵乳糖产酸产气的需氧或兼性厌氧的革兰氏阴性无芽孢杆菌。按照HJ 755—2015纸片快速法，测定不同时间段冷链运输箱泡沫吸收水样中的总大肠菌群数[5]。

1.3.8 感官指标的判定

本文首先挑选4名从事食品领域的专业人员，经过反复训练，将主观与客观相统一，根据经验及常见分类[6]，应用国际基本原则[7-8]，将鱼肉新鲜度评价体系分为综合评价、颜色、气味、质地、光泽度5个剖面进行描述，考虑到综合评价是最重要的指标，赋予权重值为2，其它剖面赋予权重1，最终感官评价评分结果见表1[9-10]。

表1 鱼肉冷藏过程中感官评价评分表1)

1) 感官剖面得分=Xi；感官评价总得分=∑Xi×M。

2 结果与讨论

2.1 PVA和PU的吸水率和保水率

由表2可知，在密度相近的情况下，PVA泡沫的吸水率为5.01 g/g，PU泡沫的吸水率为4.21 g/g。PVA泡沫的保水率为95.52%，是PU泡沫的5倍。一方面是因为PVA泡沫具有独特的泡中泡结构，如图1所示，当泡沫受到外力时，能够紧紧锁住水分，而PU泡沫泡孔排列疏松，如图2所示，很容易失水；另一方面PVA泡沫吸收的水包括自由水和结合水，自由水即物理吸附的水，结合水是PVA分子所含氢键与水分子结合，更为稳定牢固，不易失水。

表2 PVA和PU泡沫的吸水率和保水率

(a) 放大200倍

(b) 放大3 000倍图1 PVA泡沫泡孔结构电镜图

(a) 放大100倍

(b) 放大200倍图2 PU泡沫泡孔电镜图

PVA泡沫具有良好的吸水性和保水性，这是因为PVA泡沫吸水不仅存在物理吸附作用，还存在弱化学吸附作用。PVA泡沫由于具有羟基，可以与水分子形成氢键，吸收的水包含自由水和结合水两部分。水与PVA分子结合成结合水有多种形式：一分子PVA可以与一分子水形成单氢键或分子内双氢键，两分子PVA可以与一分子水形成分子间双氢键(见图3)，由于氢键具有饱和性及方向性，再加上键长、键角和键能的差异造成结合水的具体存在状态也千差万别，而PU分子结构复杂(见图4)，不利于与水形成稳定的氢键。

图3 PVA分子羟基与水分子羟基结合生成氢键方式

图4 PU分子的结构示意图

2.2 鱼肉在冷藏过程中感官品质的变化

各组鱼肉在4 ℃下冷藏的感官评分如图5所示。3组不同处理方式下鱼肉的感官评分都呈下降趋势，使用PVA泡沫处理组都高于空白组和PU组，这是因为PVA泡沫能够吸收冰块融化后的水，鱼肉始终处于一个相对干燥的环境，防止了细菌的滋生。而PU泡沫的吸水能力远远不如PVA泡沫，冷链运输箱中残留的水浸泡鱼肉，泡沫的微孔结构也为细菌和微生物提供了生长的温床，导致感官评分与空白组相差无几。空白组、PU泡沫组和PVA泡沫组在第5 d和第7 d的感官评分低至可接受的8分，鱼肉颜色暗淡无光泽，有异味。PVA泡沫可以延长鱼肉的货架期2 d，而PU泡沫对鱼肉的保鲜无效果。

时间/d图5 冷藏鱼肉的感官评分

2.3 鱼肉菌落总数随时间的变化曲线

各组鱼肉冷藏过程中菌落总数的变化如图6所示。随着冷藏时间的增加，各组菌落总数都呈上升趋势。空白组和PU泡沫组在第3 d菌落总数已达到6.36 lg cfu/g(为了方便记录和作图，将菌落数换算成以10为底的对数)和6.89 lg cfu/g，接近国际食品微生物标准委员会(ICMSF)规定的新鲜或冷冻鱼肉的最大可接受菌落总数7 lg cfu/g，说明空白组和PU组鱼肉货架期为3 d左右。而PVA组在第6 d的菌落总数为6.88 lg cfu/g，可知PVA泡沫具有生物活性，抑制了大部分细菌的生长，从而大幅度延长鱼肉的货架期。

时间/d图6 冷藏鱼肉不同时间段的菌落数量

2.4 水质中大肠菌群菌落数随时间的变化曲线

各组冷链箱中水质菌落总数的变化如图7所示。PVA组的测试纸片(见图8)在第1 d和第3 d都没有变色，说明其菌落数少于2.3 lg cfu/L，故未在图7中曲线标出，从第6 d到第12 d菌落数量曲线缓慢上升，可知PVA泡沫具有抑菌作用，可抑制细菌在水中滋生。空白组和PU组菌落曲线上升较快，在第12 d已经达到了5.5 lg cfu/L，且PU泡沫的菌落数量比空白组还要多，说明PU泡沫不仅没有抑菌作用，还为细菌的生长提供了温床。