Testing of indicator film containing plant extracts as a liner for storing turkey
Testing of indicator film containing plant extracts as a liner for storing turkey
Abstract
Demand for turkey meat in the Russian Federation has been growing steadily in recent years. Meat is a perishable product, and signs of spoilage are not always easily identifiable. Smart packaging, including indicator films, can provide information on the condition of the packaged product. The aim of the work was to test an indicator film based on sodium alginate and pectin, with the addition of aqueous extracts of black rowan and beetroot when storing turkey meat. Plant extracts were obtained and used as components of the film. An experiment was conducted involving the storage of packaged turkey breast samples at 3 °C in the presence of the developed films. The use of enzymatic treatment with cellulase and pectinase drugs during the extraction of plant extracts made it possible to increase the pigment yield compared with maceration. The indicator films showed a clear colour response to changes in pH within the range 4.0–8.0. On the sixth day of the experiment, organoleptic signs of meat spoilage were observed, confirmed by QMA&OAMO levels exceeding safe limits at 1×105 CFU/g. These indicators were used to determine the TVB-N values (13–14 mg/100 g) and the colorimetric parameters L*, a* and b* of the indicator films corresponding to turkey meat of questionable freshness. According to the colourimetric parameters of the films during storage, film samples containing the SVT2 beetroot extract, obtained using a double dose of cellulase, exhibited a colour difference ΔE in the range 9.80–15.31, including a ΔE > 5 when the meat reached a state of questionable freshness (from day 4 to day 6 of the experiment), which is deemed discernible to the human eye.
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.