基于高载量多酚-蛋白质纤维超分子水凝胶的牛肉保鲜作用及其机制研究

How to ensure the quality of beef during shelf life and prolong its storage period is an important issue concerned by the meat industry. Compared with the preservation technologies using physical and chemical preservative, edible matrix coating technology has unique advantages. However, at present, edible film is usually only a simple mixture of high concentration of film-forming matrix and functional factors, affecting the sensory quality. We developed a supramolecular hydrogel based on the interactions between polyphenols and the food protein fibrils, which synergized water retention, antioxidant and antimicrobial potentials rationally. In the previous study, we have prepared high-loading polyphenol-protein fibril supramolecular hydrogels, which could enhance the stability of polyphenols. In this project, the supramolecular hydrogel will be applied to coat beef to evaluate its effects on keeping the freshness and quality of beef through measuring the colour, water-holding capacity, oxidation degree of fat and protein, microbial contamination and so on. Furthermore, this project intends to elucidate the preservation mechanism of the supramolecular hydrogels through exploring their effects on the solubilization and controlled release of polyphenols; the adsorption and interaction of the protein fibrils with fat and muscle proteins, as well as the agglutination and clearance of microorganisms by the protein fibrils. This project will provide a theoretical basis for the development of efficient, green, safe and non-toxic meat preservation materials and methods.

如何保证牛肉在货架期内的质量，延长其贮藏期是肉类行业关注的重要问题。相比于物理保鲜和化学防腐剂保鲜技术，可食用基质涂膜保鲜技术具有独特的优势。但是，目前可食用膜通常只是将高浓度的成膜基质、功能因子进行简单的混合，影响感官品质。我们应用多酚与食品蛋白质纤维之间的相互作用，构建超分子水凝胶，合理地协同了保水、抗氧化与抗菌潜力。前期研究工作制备了高载量多酚-蛋白质纤维超分子水凝胶，能够增强多酚的稳定性。本课题拟应用该超分子水凝胶对牛肉进行涂膜保鲜，通过测定贮藏期内牛肉的色泽、保水性、脂肪和蛋白质氧化程度、微生物污染程度等，综合评价其保鲜作用。在此基础上，本课题拟进一步地探究水凝胶对多酚的增溶和控释作用；蛋白质纤维对油脂和肌肉蛋白的吸附作用和对腐败微生物的凝集与清除作用，从而阐明超分子水凝胶的保鲜作用机制。本研究将为构建高效、绿色、安全、无毒的肉品保鲜材料和方法提供一定的理论基础。

我国是世界第三大牛肉生产国, 同时也是牛肉消费大国。由于冷链的不完善, 牛肉在贮运和销售过程中经常会出现汁液流失、脂肪和蛋白质氧化、受有害微生物的污染等，发生变色、变味、腐败变质。可食用膜技术因其可以调控水分、氧气或溶质的迁移，是近几年发展起来的一种能够有效减少肉的汁液流失、降低脂肪酸败和蛋白质氧化变性、控制其微生物污染的防腐保鲜技术。本项目首先从拓展食用牛肉来源的角度，系统地研究了宰前和宰后因素对乳用型公牛生产的牛肉质量的影响，以优化乳用来源牛肉的生产和肌肉类型选择，提供优质牛肉，其品质形成因素及其调控与监测成果也为后续可食用涂膜保鲜原料的性质研究和选择奠定了科学基础。在高载量多酚-蛋白质纤维超分子水凝胶的基础上，本研究成功地引入疏水性的植物醇溶蛋白质，构建了高载量多酚-蛋白质纤维-玉米醇溶蛋白“三元”超分子水凝胶；阐明了其分子相互作用机制及其跨多尺度的结构演化规律；发现了多酚-蛋白质纤维-玉米醇溶蛋白“三元”超分子水凝胶能够显著地保持冷鲜牛肉的嫩度，抑制牛肉中微生物的生长，抑制牛肉pH值的上升，抑制牛肉氧化导致的自由基TBARS的增加，有效地保持冷鲜牛肉的色泽。另外，本项目构建了高载量脂溶性功能因子（如番茄红素）的乳液凝胶体系，探明了脂溶性功能因子在乳液凝胶中的不同分布状态和位置，发现乳液凝胶包埋显著地提高了番茄红素对紫外光照、温度、过氧化氢和三价铁离子的稳定性。研究发现高内相乳液可以稳定的添加在灌肠制品中，延缓其脂肪的氧化速率，延缓pH的下降，延缓色泽的L值的上升，降低灌肠制品的总体硬度、弹性、粘聚性以及咀嚼性，并且能延缓灌肠制品质构的变化，高内相乳液使灌肠制品芳香类气味有所降低，且延缓了芳香类气味的生成速率，高内相乳液可以使灌肠制品中的强结合水向弱结合水、弱结合水向自由流动水方向迁移。本研究成果对基于食品功能因子与食品生物大分子互作的牛肉涂抹保鲜与品质提增提供了理论依据和指导。