Апробация индикаторной пленки с добавлением растительных экстрактов в качестве вкладыша при хранении индейки
Апробация индикаторной пленки с добавлением растительных экстрактов в качестве вкладыша при хранении индейки
Аннотация
Спрос на мясо индейки в РФ в последние годы стабильно растет. Мясо является скоропортящимся продуктом, порча которого не всегда однозначно идентифицируется. Интеллектуальная упаковка, в том числе индикаторные пленки, могут служить источником информации о состоянии упакованного продукта. Цель работы состояла в тестировании индикаторной пленки на основе альгината натрия и пектина с добавлением водных экстрактов черноплодной рябины и свеклы при хранении мяса индейки. Были получены растительные экстракты, которые использовались в составе пленки. Был проведен эксперимент по хранению упакованных образцов грудки индейки при 3 °С в присутствии разработанных пленок. Применение ферментативной обработки препаратами целлюлазы и пектиназы при получении растительных экстрактов позволило повысить выход пигментов по сравнению с мацерацией. Индикаторные пленки показали явный цветовой отклик при изменении pH в диапазоне 4,0–8,0. На 6 день эксперимента было отмечено появление органолептических признаков порчи мяса, подтверждавшееся превышением безопасных уровней КМАФАнМ 1×105 КОЕ/г. Данные показатели использовались для выявления значений TVB-N (13–14 мг/100 г) и колориметрических параметров L*, a* и b* индикаторных пленок, соответствующих мясу индейки сомнительной свежести. Согласно колориметрическим параметрам пленок в ходе хранения, образцы пленок с экстрактом свеклы СВЦ2, полученным при применении двойной дозировки целлюлазы, проявили цветовую разницу ΔE в диапазоне 9,80–15,31, в том числе ΔE>5 при переходе мяса к состоянию сомнительной свежести (с 4 на день 6 эксперимента), что считается различимым для человеческого глаза.
1. Введение
Мясо является важной составляющей рациона человека. Мясо индейки считается диетическим, поскольку оно богаче белком и содержит меньше жира по сравнению с говядиной, свининой и мясом бройлеров. Стремление потребителей придерживаться здорового питания является одной из причин повышения спроса на индейку . Так, наблюдался рост продаж мяса индейки в РФ на 29,5% с 2020 по 2024 гг., в том числе на 3,8% за 2024 г. .
Высокое значение активности воды и значительное содержание нутриентов делают мясо благоприятной средой для жизнедеятельности микроорганизмов , поэтому мясные продукты являются скоропортящимися. Традиционная упаковка не всегда позволяет судить о протекании порчи мяса. Исходя из этого, в настоящее время наблюдается активное развитие интеллектуальных (умных) упаковочных решений, которые расширяют функциональные возможности упаковки, обеспечивая информацией о качестве и безопасности продукта, температурном режиме его хранения, нарушении целостности упаковки , .
Одним из видов интеллектуальной упаковки является индикаторная упаковка, дающая информацию о состоянии продукта посредством оптического изменения в процессе хранения. Индикаторные пигменты реагируют с соединениями, которые вырабатываются микроорганизмами в упакованных пищевых продуктах, показывая изменение окрашивания. Растительные экстракты, содержащие такие pH-чувствительные пигменты как антоцианы, беталаины, куркумин и каротиноиды, применяются в составе индикаторной упаковки , , . Антоцианы (хромофор ион 7-гидроксифлавилия) при различных pH претерпевают структурные изменения, отражающиеся на окрашивании их растворов. Беталаины также проявляют чувствительность к изменению pH в щелочную сторону. В качестве основы для упаковки используются синтетические и биополимеры, а также их композиции , что позволяет повысить барьерные и механические свойства материалов.
Для разработки индикаторной упаковки ранее были выбраны черноплодная рябина и свекла как источники антоцианов и беталаинов, соответственно . Плоды черноплодной рябины содержат ряд фенольных соединений и распространены в РФ, свекла является доступным источником беталаинов в России. Ферментативная обработка была использована для повышения выхода целевых пигментов. Данный метод показал результаты в ряде предыдущих исследований , , а также может считаться экологичным. Состав пленки из альгината натрия и пектина был выбран по причине совместимости материалов и возможности взаимодействия между ними за счет водородных связей.
Целью данной работы являлось тестирование индикаторной пленки на основе альгината натрия и пектина с добавлением водных экстрактов черноплодной рябины и свеклы при хранении мяса индейки.
2. Объекты и методы исследования
Объектами являлись экстракты из ягод черноплодной рябины и корнеплодов свеклы, пленки на основе альгината натрия и низкоэтерифицированного пектина с добавлением растительных экстрактов и филе грудки индеек охлажденное. Для экстракции использовались препараты пектиназа (порошок, активность 30 ед/г, ТД «Биопрепарат», Россия) и целлюлаза (жидкость, активность 4000 ед/мл, ТД «Биопрепарат», Россия).
Получение растительных экстрактов. Экстракция ягод черноплодной рябины и корнеплодов свеклы проводилась при комнатной температуре методом мацерации в дистиллированной воде (гидромодуль 1:10, 2 часа). Полученные экстракты фильтровались.
Экстракция черноплодной рябины и свеклы с применением ферментативной обработки выполнялась при (35 ± 2) °С и перемешивании 200 об/мин посредством магнитной мешалки в дистиллированной воде (гидромодуль 1:10, 2 часа). Использовались ферментные препараты пектиназа (0, 1 и 2% относительно массы растительного сырья) и/или целлюлаза (0, 2 и 4 мкл на 100 мл). Дозировки препаратов выбирались на основе рекомендаций производителя. Экстракты отфильтровывались.
Определение содержания антоцианов в экстрактах черноплодной рябины проводили pH-дифференциальным спектрофотометрическим методом по . Оптическую плотность исследуемых растворов измеряли при 510 и 700 нм в кварцевых кюветах на спектрофотометре UV-1800 (Shimadzu, Япония).
Определение содержания беталаинов в экстрактах свеклы выполняли по методу .
Получение пленок. Биополимеры альгинат натрия (BOF05, Jiangsu Benefit Ocean Technology, Китай) и низкоэтерифицированный пектин (APC 201Y, Andre Pectin, Китай) в соотношении 1:1 растворяли в 100 мл дистиллированной воды, нагретой до 40 °C, при перемешивании в течение 2 часов. При перемешивании вносили 2 мл глицерина и продолжали процесс 2 часа. Пленкообразующий раствор охлаждался до 25–30 °C перед добавлением 3 мл свежеприготовленных экстрактов. Растворы тщательно перемешивали, отливали в чаши Петри (36 мл раствора, диаметр 9 см) и оставляли на ночь для удаления воздушных пузырей. Пленки высушивали в дегидраторе, который был предварительно облучен ультрафиолетовой бактерицидной лампой, при температурном режиме 30–40 °C в течение 20 часов. Высушенные пленки выдерживали при комнатной температуре в течение 24 часов до проведения дальнейших исследований.
Проводилась оценка цветового отклика пленок на изменение pH. Буферные растворы с pH 4,0–8,0 готовились по . Образцы пленки (2×1 см) погружались в буферные растворы на 30 секунд, затем размещались на чашках Петри для высыхания и фотографировались.
Пленки применялись в качестве вкладыша при холодильном хранении мяса птицы. В качестве объекта использовалось филе грудки индеек охлажденное, упакованное в модифицированной газовой среде. Продукт был приобретен в розничном магазине на 4-ый день хранения. Образцы индейки массой (40 ± 3) г взвешивались в ламинарном боксе и упаковывались в полипропиленовые контейнеры с крышкой. Образцы индикаторных пленок (2×2 см) состава альгинат натрия : пектин = 1:1 с экстрактом черноплодной рябины и экстрактом свеклы прикреплялись ко внутренней стороне крышки контейнера. Образцы мяса хранились при 3 °С в течение 10 суток. Каждые 48 ч определялись микробиологические параметры образцов индейки, оценивались органолептические характеристики, измерялись pH и содержание летучих азотистых оснований (TVB-N). Были подготовлены контрольные образцы: мясо индейки, помещенное в контейнеры без пленок.
Количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) в образцах индейки определялось согласно . В соответствии с микробиологический норматив для натуральных полуфабрикатов из мяса птицы охлажденных составляет не более 1×105 КОЕ/г. Выполнялись посевы 4-6 разведений образцов в чашки Петри на питательную среду ГМФ-агар глубинным способом. Чашки термостатировались при (30 ± 1) °С в течение (72 ± 3) часов. Анализ выполнялся в 2 повторностях. Проводили подсчет выросших колоний, учитывали разведения, где наблюдалось 10-300 колоний микроорганизмов. Если в посевах 4 разведения в каждой из чашек Петри не было найдено колоний, отмечалось значение КМАФАнМ менее 104 КОЕ/г образца.
Выявление бактерий группы кишечных палочек (БГКП) (колиформных бактерий) выполнялось по . Проводились посевы 2-4 разведений в пробирки с поплавком в питательную среду Кесслера с инкубированием при (37 ± 1) °С в течение (48 ± 2) часов. Анализ выполнялся в 2 повторностях. Пробирки с помутнением среды, образованием газа или изменением цвета считались положительными.
Определение pH проводилось с применением pH-метра pH-410 (АО Аквилон, Россия). Измерение выполнялось на разведении (1:10) образца в дистиллированной воде в 2 повторностях.
Величину содержания летучих азотистых оснований TVB-N оценивали по методу с небольшими модификациями. Измельченный образец грудки индейки массой 10 г взвешивали и помещали в колбу с небольшим количеством дистиллированной воды. Затем вносили 2 г MgO и в течение 12 минут выполняли паровую дистилляцию в колбу с 10 мл 3% раствора борной кислоты, 90 мл дистиллированной воды и 3–5 каплями индикатора Таширо. По окончании дистилляции образец оттитровывали 0,01 М раствором HCl до изменения зеленого окрашивания на серое. В контрольном эксперименте 10 г образца заменяли дистиллированной водой. Проводилось 2 повторности. Значения TVB-N, мг/100 г образца, рассчитывали по формуле 1:
где V1 — объем HCl, пошедший на титрование образца, мл;
V2 — объем HCl, пошедший на титрование контроля, мл;
c — концентрация HCl, моль/л;
14 — масса азота, эквивалентная 1 мл раствора соляной кислоты концентрации 1 моль/л, мг;
m — масса образца, г.
Наряду с определением параметров индейки каждые 48 часов фиксировалось изменение цвета пленок в процессе хранения образцов. Контейнеры с пленками фотографировались с помощью камеры телефона (Google LLC, США). Фотографирование выполнялось на фоне белой подложки в условиях искусственного освещения лаборатории в одно и то же время дня. Колориметрические параметры (L*, a* и b*) определяли посредством анализа фотографий в приложении Figma (Figma, Inc.). Цветовую разницу (ΔE) рассчитывали по формуле 2:
где L*0, a*0, b*0 — колориметрические параметры пленок на день 0 эксперимента по хранению образцов индейки; L*, a*, b* — колориметрические параметры пленок в последующие дни эксперимента.
2.1. Статистическая обработка
Данные приведены в формате среднее значение ± стандартное отклонение. Использовался однофакторный дисперсионный анализ (ANOVA), выполненный в SPSS 23.0. Уровень значимости определялся при p<0,05 по методу Tukey HSD.
3. Результаты и их обсуждение
В таблице 1 указано содержание антоцианов в экстрактах черноплодной рябины (ЧР), полученных мацерацией и экстракцией с ферментативной обработкой. Введены следующие обозначения: П — пектиназа, Ц — целлюлаза; цифра указывает на дозировку препарата.
Содержание антоцианов в экстрактах черноплодной рябины
значения представлены как среднее ± стандартное отклонение; различные надстрочные буквы показывают значимое (p<0,05) различие между значениями по методу Tukey
Код | Состав и дозировка на 100 мл экстрагента | Массовая концентрация антоцианов, мг/л, пересчете на цианидин-3-глюкозид |
ЧР | - | 159,18 ± 7,76a |
ЧРП1Ц1 | 0,1 г пектиназы + 2 мкл целлюлазы | 189,20 ± 0,71b |
ЧРП2Ц1 | 0,2 г пектиназы + 2 мкл целлюлазы | 193,54 ± 2,60b |
ЧРП1Ц2 | 0,1 г пектиназы + 4 мкл целлюлазы | 195,54 ± 2,13b |
ЧРП | 0,1 г пектиназы | 198,55 ± 4,27b |
ЧРЦ | 2 мкл целлюлазы | 199,97 ± 2,24b |
ЧРЦ2 | 4 мкл целлюлазы | 198,72 ± 4,49b |
По результатам анализа можно заключить, что ферментативная обработка позволила повысить (p<0,05) содержание антоцианов в экстрактах черноплодной рябины по сравнению с экстрактом, полученным мацерацией. Образец ЧРЦ имел наибольшее содержание антоцианов среди других образцов, однако различие не было статистически значимым (p≥0,05).
Данные о содержании бетацианинов и бетаксантинов в экстрактах свеклы приведены в таблице 2.
Содержание беталаинов в экстрактах свеклы
значения представлены как среднее ± стандартное отклонение; различные надстрочные буквы показывают значимое (p<0,05) различие между значениями по методу Tukey
Код | Содержание бетацианинов (в пересчете на бетанин), мг/л | Содержание бетаксантинов (в пересчете на вульгаксантин I), мг/л |
СВ | 28,80 ± 0,48a | 14,37 ± 0,76a |
СВП1Ц1 | 34,51 ± 0,06b | 18,75 ± 0,45b,c |
СВП2Ц1 | 37,08 ± 0,06c | 20,12 ± 0,00c |
СВП1Ц2 | 43,91 ± 0,52d | 22,78 ± 0,45d |
СВП | 33,32 ± 0,06b | 17,52 ± 0,2b |
СВЦ | 48,9 ± 0,58e | 26,73 ± 0,55e |
СВЦ2 | 53,12 ± 0,2f | 23,73 ± 0,3d |
Из таблицы 2 видно, что наивысшее содержание бетацианинов отмечено в экстракте свеклы СВЦ2, обработанном двойной дозировкой целлюлазы (4 мкл). Данное значение примерно в 2 раза превышает содержание пигментов в экстракте, полученном методом мацерации.
Экстракты черноплодной рябины и свеклы, полученные мацерацией, а также экстракты с ферментативной обработкой ЧРЦ и СВЦ2 далее включались в состав индикаторных пленок.
Стабильность фиолетово-розового окрашивания пленок с экстрактом черноплодной рябины сохранялась при хранении в течение 3 месяцев в закрытых контейнерах без прямого воздействия света при комнатной температуре (Рисунок 1). Наблюдалось пожелтение образцов пленок с экстрактом свеклы к третьему месяцу хранения.
Фотографии пленок (а) после получения, (б) спустя 1,5 месяца и (в) спустя 3 месяца хранения
Цветовой отклик пленок на изменение pH в диапазоне 4,0-8,0 приведен на Рисунке 2. С увеличением значения pH пленки с экстрактом свеклы (СВ и СВЦ2) приобретали более темный красно-розовый оттенок. Пленки с экстрактами черноплодной рябины переходили от розового (pH 4,0) к бледно-фиолетовому (pH 5,0) и фиолетовому (pH 6,0) окрашиванию, а затем становились розовыми (pH 7,0 и 8,0). Значения pH свежего мяса индейки находятся в диапазоне 5,6–6,0, и в процессе хранения pH повышается. Таким образом, pH-чувствительные пленки с экстрактами способны проявлять визуально различимое изменение цвета при переходе от слабокислой к слабощелочной среде.
Пленки до воздействия буферных растворов (а) и цветовой отклик пленок на изменение pH (б)
Образцы индейки, упакованные в контейнеры с использованием или без использования пленок-вкладышей, хранились при 3 °С в течение 10 дней с определением характеристик мяса и контролем цвета пленок каждые 48 часов. В таблице 3 приведены органолептические характеристики образцов индейки в ходе хранения. Вплоть до 6 дня эксперимента (10 дня с даты изготовления) не было выявлено ухудшения качества мяса грудки индейки или признаков порчи. На 6 день отмечались характеристики мяса сомнительной свежести: снижение плотности консистенции и повышение влажности, липкости. К 8 дню хранения (последние дни срока годности согласно информации производителя) образцы индейки проявляли характерные признаки несвежести (Таблица 3). После 8 дня хранения образцы были утилизированы.
Таблица 3 - Изменение органолептических характеристик образцов индейки в процессе хранения при 3 °С
Контроль (К) | Образец (О) | |
День 0 | Внешний вид: мышцы плотные и упругие, поверхность слегка влажная, не оставляет влажного пятна на фильтровальной бумаге; Цвет: бледно-розовый; Запах: свойственный свежему мясу индейки | |
День 2 | То же | |
День 4 | То же | |
День 6 | Внешний вид: менее плотные мышцы, поверхность влажная, оставляет влажное пятно на фильтровальной бумаге; Цвет: бледно-розовый; Запах: свойственный свежему мясу индейки | |
День 8 | Внешний вид: дряблые мышцы, поверхность влажная и липкая, со слизистыми каплями, оставляет влажное пятно на фильтровальной бумаге; Цвет: бледно-розовый с желтоватым оттенком; Запах: несвежий, затхлый | |
Определение показателя КМАФАнМ позволяет подтвердить соответствие мяса птицы требованиям безопасности. В соответствии с КМАФАнМ для натуральных полуфабрикатов из мяса птицы охлажденных не должно превышать 1×105 КОЕ/г. Как видно из таблицы 4, образцы индейки соответствовали микробиологическому нормативу вплоть до 4 дня эксперимента (8 дня с даты изготовления). На 6 день наблюдалось КМАФАнМ более 106 КОЕ/г, сопровождавшееся первыми признаками порчи мяса птицы (таблица 3), что соотносится с результатами других исследователей , . Бактерии группы кишечной палочки были выявлены в одном из образцов на 4 день хранения, на 6 день хранения и во всех образцах на 8 день. Данный параметр подтверждает, что образцы мяса индейки были безопасны для детского питания, к которому предъявляются более строгие требования, вплоть до 4 дня хранения.
Изменение физико-химических и микробиологических параметров индейки в процессе хранения при 3 °С
значения представлены как среднее ± стандартное отклонение; различные надстрочные буквы показывают значимое (p<0,05) различие между значениями в разные дни по методу Tukey; отсутствие букв указывает на p≥0,05
День | TVB-N, мг/100 г образца | pH | КМАФАнМ, КОЕ/г образца | |||
К | О | К | О | К | О | |
0 | 12,27 ± 1,71 | 6,0 ± 0,03b | <104 | |||
2 | 10,38a | 10,92 ± 0,76 | 6,0 ± 0,00b | 5,9 ± 0,04a | <104 | <104 |
4 | 11,96a | 12,01 ± 0,78 | 5,9 ± 0,00a | 6,0 ± 0,04a,b | <4,0 × 104 | 1,1×105 |
6 | 12,82a | 13,72 ± 0,47 | 5,9 ± 0,00a | 6,0 ± 0,01a,b | 1,8×106 | 3,3×107 |
8 | 23,53b | 19,83 ± 5,24 | 6,1 ± 0,00c | 6,2 ± 0,04c | >107 | |
Изменение параметров pH и TVB-N, как правило, связывают с протеканием процессов порчи в мясных и рыбных продуктах. Жизнедеятельность микрофлоры вызывает разложение белков с выработкой таких соединений как аммиак, амины, метилсульфиды, сложные эфиры и летучие органические кислоты. Данные соединения повышают pH и величину TVB-N. Начальное значение TVB-N мяса индейки в данной работе составляло 12,27 ± 1,71 мг/100 г образца, что сходится с результатами для грудки индейки у других авторов — 12,42 ± 2,08 мг/100 г .
Наблюдалось постепенное увеличение (p≥0,05) TVB-N в процессе хранения. Поскольку изменение содержания летучих азотистых оснований в мясе индейки в процессе хранения не было подробно исследовано по сравнению с курицей и другими видами мяса, в литературе нет устоявшихся данных о том, какое значение TVB-N считается показателем несвежести. На основе значений КМАФАнМ можно заключить, что TVB-N выше 13–14 мг/100 г (день 6) является признаком сомнительной свежести индейки с некоторым ухудшением органолептических характеристик, а значение около 19 мг/100 г говорит о глубокой порче. Фрэкеза и коллеги пришли к сходным выводам, что TVB-N 14 мг/100 г является границей приемлемости грудки индейки, а 20–30 мг/100 г соответствуют значительным стадиям порчи мяса .
Значение pH образцов индейки постепенно возрастало в ходе хранения образцов, но увеличение было незначительным вплоть до явной порчи мяса птицы (pH 6,2 на 8 день). Оркуш и соавторы сообщили об увеличении pH бедра индейки от 5,94 до 6,43 при хранении в пластиковых пакетах в течение 6 дней при 1 °C .
В таблице 5 приведены колориметрические параметры пленок в ходе хранения образцов индейки и цветовая разница ΔE, позволяющая оценить различие окрашивания. Считается, что ΔE>5 указывает на возможность различить изменение цвета невооруженным глазом . В случае пленок с экстрактами ЧР и ЧРЦ колориметрические параметры указывают на слабо различимую разницу окрашивания с ΔE в диапазоне 4,10–9,46. Однако отмечается увеличение параметра светлости L* (p<0,05 для ЧР) при переходе от 4 (удовлетворительная свежесть индейки согласно значениям КМАФАнМ) к 6 дню (сомнительная свежесть) хранения. Пленки с экстрактами СВ и СВЦ2 показали ΔE в диапазоне 10,65-15,76, что говорит о заметной человеческому глазу цветовой разнице. Индикаторная пленка с СВЦ2 имела ΔE>5 при сравнении дня 4 и 6, что указывает на различимое изменение окрашивания при переходе мяса в состояние сомнительной свежести. Отмечается увеличение параметра светлости L* и снижение красноты a* в днях 4 и 6 хранения.
Изменение колориметрических параметров пленок в процессе хранения образцов индейки при 3 °С
значения представлены как среднее ± стандартное отклонение; различные надстрочные буквы показывают значимое (p<0,05) различие между значениями в разные дни по методу Tukey; отсутствие букв указывает на p≥0,05
Фотографии образцов индейки, упакованных в контейнеры с пленками, в процессе хранения при 3 °С
4. Заключение
В рамках данной работы были получены растительные экстракты черноплодной рябины и свеклы с применением и без применения ферментативной обработки препаратами целлюлазы и пектиназы. Ферментативная обработка позволила повысить выход пигментов по сравнению с мацерацией. Наиболее высокое содержание антоцианов показал экстракт ЧРЦ (199,97 ± 2,24 мг/л), экстракт СВЦ2 имел содержание бетацианинов и бетаксантинов в 1,8 и 1,7 раза большее, чем экстракт, полученный мацерацией. Индикаторные пленки на основе альгината натрия и пектина (1:1) с добавлением растительных экстрактов показали явный цветовой отклик при изменении pH в диапазоне 4,0-8,0. Пленки состава альгинат натрия и пектин (1:1) с внесением экстрактов черноплодной рябины (ЧР и ЧРЦ) и свеклы (СВ и СВЦ2) в дозировке 3 мл на 33 мл пленкообразующего раствора тестировались при хранении упакованного мясного продукта.
В ходе эксперимента по хранению упакованных образцов грудки индейки при 3 °С в присутствии разработанных пленок мясо сохраняло органолептические свойства и микробиологическую безопасность в течение 4 дней. На 6 день было отмечено появление органолептических признаков порчи мяса, которое сопровождалось превышением КМАФАнМ 1×105 КОЕ/г, считающегося безопасным согласно TP ЕАЭС 051/2021 «О безопасности мяса птицы и продукции его переработки». На основе КМАФАнМ были определены значения TVB-N (13-14 и 19 мг/100 г) и колориметрических параметров L*, a* и b* индикаторных пленок, соответствующих мясу индейки сомнительной свежести и несвежему. Образцы пленок с экстрактом СВЦ2 проявили цветовую разницу ΔE>5 при переходе мяса к состоянию сомнительной свежести (9,80 на день 4 и 15,31 на день 6), что считается различимым для человеческого глаза, для образцов с другими экстрактами величина ΔE была меньше. В дальнейшем рекомендуется расширить индикаторный вкладыш, добавив шкалу окрашивания, характерного для свежего продукта, продукта сомнительной свежести и испорченного продукта, что позволит облегчить сравнение цветов и идентификацию состояния мяса.