熟火腿与意式肉肠可持续包装方案评估：理化特性与微生物质量的综合研究

本研究系统比较了传统与可持续包装材料对熟火腿和意式肉肠在气调包装（MAP）贮藏期间的品质影响。结果表明，包装系统、贮藏时间与光/暗条件显著影响产品色泽（L、a、b*）、水分活度（aw）、pH值和脂质氧化（TBARS）。替代系统2（PET/R-PET/PET托盘+BOPET盖）在微生物控制方面与传统包装相当，展现了良好的应用潜力，为食品工业可持续转型提供了重要数据支撑。

　　

引言

近年来，食品包装领域快速发展，以应对全球对环保材料的迫切需求。传统石油基塑料虽具有优异的阻隔性和耐久性，但正逐渐被生物塑料和可回收材料所替代。单材料包装系统因其更好的可回收性和更低的环境影响而被视为更可持续的选择。然而，开发既能确保食品质量、安全性和货架期，又不逊色于传统材料的可持续包装解决方案仍是主要挑战。

在肉制品领域，真空或气调包装（MAP）和高阻隔塑料材料常用于产品保鲜。但替代材料的阻隔性能通常较差，而有效的气体阻隔性能对于控制氧化、水分和气体交换以及微生物生长至关重要。光照和贮藏条件也会影响肉类质量和货架期。肉类极易腐败， discoloration（变色）和微生物生长是导致其变质的最重要因素。

材料与方法

样品制备

实验样品为意大利艾米利亚-罗马涅地区工厂生产的熟火腿和意式肉肠（Mortadella Bologna PGI）。熟火腿由100公斤意大利猪后腿肉和25公斤盐水（20% w/w，含水、盐、亚硝酸钠、抗氧化剂E301和天然香料）经多针注射器注射后，在滚筒中按摩，装入模具蒸煮至中心温度69°C，冷却后真空包装并在105°C下巴氏杀菌20分钟。其成分为67%水分、11%脂肪（其中4%为饱和脂肪）、18%蛋白质、1%碳水化合物和3%灰分。意式肉肠则依据PGI规程生产，成分包括意大利猪肉、猪肚、盐、蔗糖、天然香料、调味料、抗氧化剂E301和亚硝酸钠，经绞碎（最终板孔直径不超过0.9毫米）、混合、灌入透水蒸气肠衣、干空气烤箱烹煮至中心温度70°C后快速冷却而成。其成分为57%水分、24%脂肪（8.3%饱和脂肪）、16%蛋白质和3%灰分。

实验将熟火腿和意式肉肠切成2毫米厚片，采用MAP（20% CO₂和80% N₂）包装于刚性托盘中，每包100 ± 5克产品。研究了四种包装系统：系统1（常规，PET/EVOH/PE托盘与PET/EVOH/PE盖）、系统2（PET阻隔层/R-PET/PET托盘与BOPET盖）、系统3（PET阻隔层/R-PET/PET托盘与PET-AlOx/PET盖）和系统4（bioPET/R-PET/PET托盘与BIOPET盖）。样品在4°C下贮藏38天，分别在0、3、10、22、30和38天监测其品质变化。

一半样品（共144个）在Memmert HPP260eco气候室（相对湿度约87%）黑暗条件下贮藏，模拟家用冰箱环境；另一半在相同条件下但用人造光照射（1000 lx），模拟零售展示条件。样品在监测期间定期旋转以确保光照均匀。

分析指标

CO₂顶空分析

采用Dansensor CheckMate 3气体分析仪测定顶空CO₂百分比，通过穿刺包装进行检测。

色泽分析

使用HunterLab D25 NC色度计（传感器直径25.4毫米）测定CIELAB颜色坐标（L、a、b*），校准采用白陶瓷板（Y = 86.75, X = 81.70, Z = 92.71）。分析使用顶部、两片中部和底部切片以获得平均值。

水分活度（a_w）、pH和脂质氧化（TBARS测定）

将同一托盘中的所有切片用实验室研磨机研磨后代表每个托盘。用水分活度仪HygroPalm23-A测定a_w；用pH计Sension+ PH3测定pH（样品与7.5% w/v KCl水溶液混合，涡旋2分钟后静置5分钟测定，仪器用pH 4和7缓冲溶液校准）；脂质氧化通过硫代巴比妥酸反应物（TBARS） assay评估， quantified as malondialdehyde（MDA） equivalents per kg产品（mg eq MDA/kg）。10克样品与50毫升10%三氯乙酸（TCA）均质后过滤，加入等体积0.02 M 2-硫代巴比妥酸，避光室温放置24小时后用紫外-可见分光光度计在530 nm处测定吸光度，通过MDA校准曲线（R² = 0.9965）计算浓度。

微生物分析

仅对黑暗贮藏的样品进行微生物分析，模拟家庭环境中可能的微生物生长。在0、10、22和30天（对应产品声明的货架期结束）检测总微生物计数（TMC）30°C、嗜冷菌、乳酸菌（LAB）、凝固酶阴性葡萄球菌、肠杆菌科、亚硫酸盐还原梭菌、蜡样芽孢杆菌和酵母菌和霉菌，均采用国际标准方法（ISO）。

统计分析

共获得144个熟火腿和144个意式肉肠包装样品。每个包装类型（两种产品各四种系统）、光照条件（明暗）和贮藏时间点（六个监测时间点）组合设三个重复。结果以平均值±标准误表示，采用SPSS Statistics 25软件进行三因素ANOVA分析包装系统、贮藏时间和光/暗条件的主效应及其一阶和二阶交互作用。存在显著差异时，用Tukey事后检验进行均值比较，显著性水平为p < 0.05。

结果与讨论

CO₂顶空分析

包装、光/暗条件和贮藏时间对熟火腿和意式肉肠样品的CO₂含量存在显著交互作用（p < 0.05）。黑暗贮藏的熟火腿样品CO₂含量显著降低（p < 0.05）， due to its solubilization in the fatty material of the ham。相反，光照条件下CO₂水平随时间增加，系统1在贮藏结束时CO₂百分比最高（29.57%）。意式肉肠样品在明暗条件下CO₂均略有下降，黑暗条件下系统1在贮藏结束时浓度显著最低（18.53%）， likely due to increased solubilization caused by higher fat content。系统4在维持CO₂水平方面表现最佳，平均变化约4%，而系统1、2和3的变化分别为1%、5%和10%。

色泽分析

熟火腿红色的消退主要 due to light and oxygen causing photooxidation of nitrosyl myochromogen。包装系统与光/暗条件对熟火腿L值存在显著交互作用（p < 0.05）。黑暗条件下，系统1的熟火腿L值最高（7.83），系统4最低（7.08）；光照条件下无显著差异。对于a值，包装系统与贮藏时间存在显著交互作用（p < 0.05）。系统1的高氧阻隔性（见表1 OTR值）有助于更好地保持熟火腿的红色，第38天a值最高（3.99）。从第22天到贮藏结束，各包装系统间无显著差异（p > 0.05）。所有样品a值在贮藏期间显著增加，b值也显著增加（p < 0.001）， indicating a shift towards yellow shades。

意式肉肠的L和b值受贮藏时间（p < 0.001）和光/暗条件（p < 0.01）显著影响。L值在第10天前下降，之后显著增加直至贮藏结束，可能与肌原纤维和肌浆蛋白变性导致的自由水增加和表面反射率增强有关。b值相对稳定，第22天最高后逐渐下降。光照贮藏导致L和b值显著降低（p < 0.01），表明样品向 darker shades转变，可能与光引发的脂质氧化有关。意式肉肠平均L值黑暗和光照条件下分别为8.3和7.8，b值分别为7.0和6.7。对于a值，包装与光/暗条件存在显著交互作用（p < 0.05）。光照条件下系统2的意式肉肠a值最低（4.22），显著低于（p < 0.05）黑暗条件下系统1、2和3的样品（4.68, 4.84, 和4.80）。结果表明意式肉肠样品 generally less susceptible to color degradation related to packaging systems，除系统2外，所有替代品在黑暗条件下与传统包装相当。光照条件下，各包装系统无显著差异（p > 0.05），平均a*值约4.42。

水分活度（a_w）和pH

熟火腿的a_w受包装与时间交互作用显著影响（p < 0.001），贮藏期间下降，这是加工肉制品贮藏的典型生理结果。系统1变化最大（下降约7%），与其盖材最高WVTR值（表1）相关；系统4变化最小（从0.95降至0.93）。同一贮藏期样品间无显著差异（p > 0.05）。包装与光/暗条件对熟火腿a_w也存在显著交互作用（p < 0.001）。相同包装下，光照条件样品a_w显著高于黑暗条件（p < 0.05），但系统3除外（黑暗0.92 vs 光照0.93，p > 0.05）。黑暗条件下a_w降低更明显，30天时最低值（0.863）显著（p < 0.05），与气候室相对湿度低于产品平衡相对湿度和光照贮藏冰箱湿度有关。

意式肉肠的a_w受包装、贮藏时间和光/暗条件的三阶交互作用显著影响（p < 0.001）。从第一天到贮藏结束a_w总体下降，黑暗条件下系统1和2样品下降显著（p < 0.05）。黑暗条件下系统1变化最大。光照条件下差异 less pronounced。第38天，黑暗系统1的意式肉肠a_w显著低于（p < 0.05）光照条件下系统2、3和4。

熟火腿pH值范围5.34–6.46，受包装材料、贮藏时间和光/暗条件的三阶交互作用显著影响（p < 0.001）。贮藏期间pH显著下降，光照条件下系统1在第30和38天最低（p < 0.05）。下降更明显于光照条件下的系统1和2，平均变化约14%，可能与乳酸菌（LAB）产生乳酸有关。意式肉肠pH受光与时间交互作用显著影响（p < 0.01），贮藏期间略有下降，光照条件下略更明显。

脂质氧化测定（TBARS assay）

脂质氧化导致口味、色泽和香气改变及有毒化合物产生。熟火腿脂质氧化受包装、贮藏时间和光/暗条件的三阶交互作用显著影响（p < 0.001）。氧化程度贮藏期间增加，光照条件下系统1和2变得显著（p < 0.05）， due to limited light barrier properties。系统1光照贮藏30天后MDA值最高（0.66 mg eq MDA/kg），但低于肉制品无酸败的接受限值（2–2.5 mg eq MDA/kg）。光照样品值更高，证实光对氧化反应的强烈催化作用。意式肉肠脂质氧化受贮藏时间与光/暗条件交互作用显著影响（p < 0.05），贮藏期间MDA值显著增加（p < 0.05），光照贮藏38天后最高。

微生物分析

所有熟火腿和意式肉肠样品TMC水平贮藏期间逐渐增加，包装系统间差异显著，系统3和4浓度显著更高（p < 0.05）。熟火腿方面，传统系统1与替代系统2间无显著差异，后者监测结束时TMC最低。系统2在控制LAB、葡萄球菌、霉菌和酵母水平方面也表现出能力。意式肉肠类似，系统2在显著控制细菌发育方面优于系统3和4。系统2的高性能可能归因于其托盘和盖材的高氧和水分阻隔特性（表1）。 Finally, no growth of Enterobacteriaceae, Clostridia sulphite-reducing, and B. cereus was determined in cooked ham and mortadella samples, with levels always lower than 10 cfu/g during the whole monitoring period, ensuring the microbiological safety of the products.

结论

本研究评估了多层单材料和部分回收替代包装系统对切片熟火腿和意式肉肠在冷藏贮藏期间品质保持的有效性。结果表明，传统塑料包装能更好地保持熟火腿的色泽坐标，而对意式肉肠，包装系统对产品色泽影响较小，系统2在光照条件下颜色降解最明显。系统1在贮藏期间a_w变化最大，系统3a_w水平最高，表明其保湿性能更好。所有系统包装的样品pH在贮藏期间下降，光照加速了这些变化。微生物分析表明替代系统2在控制产品贮藏期间微生物生长方面与传统系统1表现相似。然而，系统1和2脂质氧化更明显，尤其在光照下，证实其有限的光阻隔性。 Overall, 系统2作为熟火腿和意式肉肠传统包装的替代方案最具潜力，尤其在理化参数保持和微生物稳定性方面。

这些发现也强调了向可持续包装转变时经常出现的权衡。虽然单材料和回收系统提高了可回收性并减少了环境影响，但它们可能在保持食品品质参数方面并不总能匹配传统方案。因此，在设计食品包装策略时，必须仔细权衡性能限制与可持续性目标。

结果凸显了深入探索更可持续包装材料效果以保持产品质量的重要性，特别是在色泽稳定性、水分保持、氧化控制和气体交换动力学方面。然而，食品固有的复杂性使得开发一种满足所有保鲜需求的单一包装解决方案具有挑战性，表明需要基于产品特定特性的量身定制方法。在此背景下，识别更好反映产品稳定性和品质的特定关键参数至关重要，以便选择最合适的包装材料和技术。未来研究还应考虑产品与食品接触材料之间的潜在相互作用，如物质从包装向食品基质的迁移和/或香气风味 profiles的变化。理解这些相互作用对于确保包装不仅保护产品而且在整个货架期内保持其感官和安全属性至关重要。