玉米醇溶蛋白与黑莓原汁的共混静电纺丝用于增强冷鲜牛肉新鲜度指示

《Journal of Agriculture and Food Research》：Blending electrospinning of zein with blackberry stoste for enhanced chilled beef freshness indication

　　

智能包装将可生物降解基质与pH响应性天然色素相结合，为视觉监测冷鲜牛肉新鲜度提供了一种非破坏性方法。黑莓原汁（BS）是一种市售冷压黑莓产品，富含花青素，因此可作为天然新鲜度指示剂。在本研究中，研究人员评估了BS的pH响应颜色行为，并将BS掺入玉米醇溶蛋白（Z）中，通过静电纺丝制备生物基纤维膜（FFs）。对这些膜进行了多尺度结构、物理化学和力学性能、氨响应性以及冷鲜牛肉新鲜度指示的表征。随着BS添加量从每10 mL初始玉米醇溶蛋白分散液0增加到1.5 mL，静电纺丝膜保持光滑均匀的形态，而其颜色从白色变为浅粉色。平均膜厚度和纤维直径范围分别为67.96至101.28 μm和339.32至384.83 nm。负载测量和傅里叶变换红外光谱（FTIR）支持BS掺入静电纺丝膜。以1.5 mL BS制备的Z/1.5BS-FF对氨表现出最显著的颜色响应，总色差（ΔE）为5.66。在冷鲜牛肉冷藏储存期间，总挥发性盐基氮（TVB-N）、总菌落数（TVC）和硫代巴比妥酸反应物（TBARS）在第6天超过了本研究应用的阈值。Z/1.5BS-FF的颜色从浅粉色变为浅黄色，其ΔE从6.11增加到24.12。储存期间ΔE与TVC呈显著正相关。这些结果支持了含BS的静电纺丝纳米纤维膜作为冷鲜肉非接触比色指示剂的潜在应用，尽管仍需进一步校准和验证。

**论文解读：基于静电纺丝玉米醇溶蛋白/黑莓原汁纤维膜的冷鲜牛肉新鲜度指示研究**

**研究背景与问题**
肉制品因高水分、丰富营养及内源酶活性极易腐败，冷藏过程中微生物增殖和蛋白质降解产生挥发性胺类等有害物质，威胁食品安全。传统新鲜度评估依赖化学和微生物指标（如pH、总挥发性盐基氮（TVB-N）、总菌落数（TVC）、硫代巴比妥酸反应物（TBARS）），但需采样和专业设备，难以实现快速无损检测。智能包装通过pH响应性天然色素将腐败信号转化为可视颜色变化，成为研究热点。然而，传统铸膜法致密结构可能限制挥发性物质传质，导致响应慢、灵敏度低。静电纺丝技术可制备高比表面积、高孔隙率的纤维膜，加速传质，提升响应速度。黑莓富含花青素（pH响应性色素），但其市售产品——黑莓原汁（BS）在静电纺丝纤维膜中的行为及与新鲜度指标的关系尚不明确。因此，本研究将BS掺入玉米醇溶蛋白（Z）静电纺丝纤维膜，系统评估其结构、性能及冷鲜牛肉新鲜度指示能力。

**研究内容与结论**
研究人员通过静电纺丝制备了Z及Z/BS纤维膜（BS添加量0.5、1.0、1.5 mL），表征了多尺度结构、物理化学和力学性能、氨响应性，并进行了冷鲜牛肉包装试验。结果表明：Z/1.5BS-FF（1.5 mL BS）在氨环境中ΔE达5.66，颜色从浅粉变浅黄；在4°C冷藏牛肉储存中，其ΔE从6.11增至24.12，与TVC显著正相关（P ≤ 0.05），且颜色变化与TVB-N、TBARS等传统指标趋势一致。研究证实BS可有效掺入静电纺丝玉米醇溶蛋白纤维膜，并作为非接触比色指示剂监测冷鲜牛肉新鲜度。论文发表在《Journal of Agriculture and Food Research》。

**主要关键技术方法**
使用静电纺丝设备（JDF05，长沙Nano Apparatus Technology）在17 kV电压、0.3 mL/h流速、12 cm接收距离下制备纤维膜。原料：玉米醇溶蛋白（上海源叶生物）、黑莓原汁（江苏惠田科技，花青素含量138.83 mg/L）、冷鲜牛肉（扬州永辉超市）。表征方法包括：扫描电子显微镜（SEM，Hitachi）观察纤维形貌；傅里叶变换红外光谱（FTIR，Cary 660）分析化学相互作用；水接触角（WCA）测量表面润湿性；动态力学分析（DMA）测试力学性能；氨响应试验（25%氨水暴露20 min）评估颜色变化；牛肉储存试验（4°C，8天）监测pH、TVB-N、TVC、TBARS及膜色差ΔE。

**研究结果**
**3.1 黑莓原汁不同pH下的颜色和吸收光谱**
BS在pH 2时呈红色（花青素黄烯阳离子形式），pH 9时变紫（醌式碱），pH 12时变黄褐（查尔酮降解），最大吸收波长从510 nm红移至580 nm，证明其pH响应性色素特性。

**3.2 纤维膜外观与厚度**
随BS添加量增加，膜颜色从白色渐变为浅粉色，L*值降低，a*值升高，b*值降低。Z/1.5BS-FF厚度最大（101.28 μm），显著高于空白Z-FF（67.96 μm），表明BS影响纤维沉积。

**3.3 微观形貌与纤维直径**
SEM显示所有配方形成光滑、连续的带状纳米纤维，平均直径在339.32–384.83 nm之间。BS添加量1.0 mL时直径最大（384.83 nm），1.5 mL时降至339.32 nm，可能与乙醇比例降低有关。

**3.4 BS负载性能**
随BS添加量从0.5增至1.5 mL，负载含量从1.73增至8.21 mg/g，负载效率从28.06%升至78.97%，表明BS与玉米醇溶蛋白基质存在浓度依赖性相互作用。

**3.5 FTIR分析**
FTIR光谱显示BS掺入后，玉米醇溶蛋白的酰胺I和酰胺II带发生位移，且出现BS的芳香C=C伸缩峰（1635 cm^-1），提示非共价相互作用（氢键、疏水作用）。

**3.7 水接触阻力**
所有膜水接触角（WCA）均大于128°，保持疏水性。BS添加后WCA显著降低（从134.23°降至128.26°），可能因BS引入亲水成分。

**3.8 力学性能**
Z/0.5BS-FF拉伸强度（2.65 MPa）和断裂伸长率（0.72%）最高，优于Z-FF（1.95 MPa，0.57%）。更高BS添加量导致力学性能下降，但杨氏模量无显著差异。

**3.9 氨环境中的颜色响应**
Z/1.5BS-FF在氨暴露后ΔE最大（5.66），颜色从浅粉变浅黄，而空白Z-FF无明显变化，证实BS的pH响应性。

**3.10 冷鲜牛肉冷藏期间新鲜度指标**
pH、TVB-N、TVC和TBARS在储存期间均持续上升。第6天所有指标超过阈值（pH > 6.7，TVB-N > 15 mg/100 g，TVC > 6 log₁₀ CFU/g，TBARS > 1.0 mg/kg），表明第6天牛肉已腐败。Z/1.5BS-FF组在第4天TVC显著低于其他组。

**3.11 纤维膜在冷鲜牛肉储存中的变化**
Z/1.5BS-FF颜色从浅粉渐变为浅黄，ΔE从6.11增至24.12（P < 0.05），肉眼可辨。空白Z-FF仅轻微褪色，无时间依赖性响应。

**3.12 膜颜色变化与新鲜度指标的关联**
相关性分析显示ΔE与TVC呈显著正相关（P ≤ 0.05），与pH、TVB-N、TBARS正相关但未达显著水平，表明ΔE可反映微生物腐败趋势。

**讨论与结论**
讨论部分指出，BS的pH响应性花青素结构转化是颜色变化基础，静电纺丝纤维膜的高比表面积加速了氨类挥发性物质的传质。Z/1.5BS-FF在牛肉储存中颜色变化与新鲜度指标趋势一致，但ΔE与TVC的显著相关性可能受时间混杂因素影响，需进一步验证。结论部分翻译如下：
**结论**
研究人员制备了四种含BS添加量0–1.5 mL的静电纺丝玉米醇溶蛋白纤维膜，并评估其作为冷鲜牛肉比色指示剂的性能。Z/1.5BS-FF具有最高的BS当量负载和最大的氨诱导色差（ΔE = 5.66）。在冷鲜牛肉包装中，该配方在冷藏储存期间从浅粉色变为浅黄色，其ΔE随传统腐败指标上升而增加。ΔE与TVC呈显著正相关（P ≤ 0.05）；但该关联应谨慎解释，因为两个变量均随储存时间变化。研究结果支持Z/1.5BS-FF作为非接触比色指示标签的潜在应用，而非活性保质期延长材料。后续工作应在商业应用前确定响应动力学和选择性，验证在独立产品批次和储存条件下的性能，评估稳定性和安全性，并建立基于图像的颜色测量与新鲜度标准之间的校准关系。