FOOD CHEM|中南林业科技大学孙术国教授等:基于蛋黄颗粒/明胶/羧甲基纤维素与ε-聚赖氨酸的可降解抗菌可食膜:在鲜鸡肉保鲜中的应用

1. 薄膜厚度、含水量、溶解度与水蒸气渗透性

表1显示了不同ε-聚赖氨酸含量的蛋黄颗粒/明胶/羧甲基纤维素钠复合薄膜的厚度，各样品间无显著差异（0.280–0.301 mm）。以甘油为增塑剂制备的薄膜，其含水量随ε-聚赖氨酸浓度增加从98.4% ± 0.07下降至91.51% ± 0.04，这归因于ε-聚赖氨酸增强了蛋白质分子（蛋黄颗粒/明胶）与水之间的相互作用。相反，薄膜溶解度从3.717 ± 0.005增至7.807 ± 0.004，可能与ε-聚赖氨酸的亲水性及其与蛋黄颗粒蛋白巯基间的强氢键作用有关。

如表1所示，未添加ε-聚赖氨酸的薄膜其值为0.251 ± 0.002，加入后先增至0.306 ± 0.011（0.3%），随后在0.9%时降至最低值0.215 ± 0.005，此变化归因于ε-聚赖氨酸的胺基亲水性及其与蛋白质、甘油的交联作用；超过此浓度后，水蒸气渗透性复增至0.233 ± 0.005，推测是因膜网络结构被破坏所致。

2. 水接触角

如图1a所示，未添加ε-聚赖氨酸的薄膜水接触角为62.9°。加入ε-聚赖氨酸后，水接触角先降至45.1°（0.3%），随后逐渐上升，在0.9%时达到最大值79.8°，表明薄膜表面疏水性增强；超过该浓度后水接触角下降。水接触角的变化与薄膜表面亲/疏水基团的暴露及相互作用有关，其结果与水蒸气渗透性数据趋势一致（图1b）。

3. 透明度与色泽特性

如图1c所示，薄膜透明度随ε-聚赖氨酸浓度增加而提高，在0.9%时达到最高，这可能是由于ε-聚赖氨酸促进了蛋白质交联，扩大了分子基质；但浓度增至1.2%时透明度下降，可能与组分间静电相互作用增强导致结构不均一有关。色泽分析（图1d）显示，L*值无显著变化，而b*值与a*值随ε-聚赖氨酸浓度增加呈上升趋势，导致总色差ΔE增大，这主要源于蛋黄颗粒与ε-聚赖氨酸自身的淡黄色调。

4. 力学性能

薄膜的拉伸强度随ε-聚赖氨酸浓度增加而提高，断裂伸长率也从8.16% ± 0.40增至32.73% ± 0.64（图2a），表明ε-聚赖氨酸兼具增强剂与增塑剂作用，既能通过与基质的相互作用提升结构完整性，又促进了大分子链运动，提高了薄膜的柔韧性。如图2b所示，薄膜在折叠、扭转、拉伸等多种形变下均表现出良好的机械稳定性。

5. X射线衍射分析

X射线衍射谱图（图3a）显示，明胶薄膜在8.303°和6.273°处有特征峰，而羧甲基纤维素钠薄膜呈无定形结构。在复合薄膜中未观察到明显的明胶结晶峰，表明各组分混合均匀。约20°处的衍射峰反映了蛋黄颗粒高密度脂蛋白的非晶态成分。随着ε-聚赖氨酸加入，20°附近衍射峰变宽，证明其进一步增加了薄膜的无定形特性，降低了结晶度。

6. 衰减全反射傅里叶变换红外光谱分析

红外光谱（图3b）显示，3289 cm⁻¹处的宽峰归属于O–H和N–H的伸缩振动；2925 cm⁻¹和2853 cm⁻¹处的峰分别对应–CH₂–和–CH₃的不对称与对称伸缩振动；1740 cm⁻¹处的峰源自羧甲基纤维素钠的羰基；1635 cm⁻¹和1546 cm⁻¹处的峰分别归属酰胺Ⅰ带（C=O伸缩）和酰胺Ⅱ带（N–H弯曲）；1238 cm⁻¹处的峰与酰胺Ⅲ带（C–N伸缩和N–H弯曲）相关。加入ε-聚赖氨酸后未出现新峰，表明其与基质间为物理相互作用。但O–H伸缩振动峰从3289 cm⁻¹移至3240 cm⁻¹，且1635 cm⁻¹、1546 cm⁻¹和1238 cm⁻¹等处的峰强度减弱，提示ε-聚赖氨酸的加入改变了分子间氢键作用。

7. 扫描电子显微镜分析

扫描电镜图像（图3c）显示，随着ε-聚赖氨酸浓度增加，薄膜表面从褶皱不平逐渐变得光滑致密（图c1–c4）。这可能是由于ε-聚赖氨酸与蛋白质（蛋黄颗粒蛋白和明胶）在升温条件下通过氢键作用，减少了蛋白质分子间作用力，提高了组分相容性，从而改善了薄膜的机械性能，与拉伸强度提升的结果相符。

8. 生物降解性测试

如图4所示，在为期7天的土壤埋藏实验中，聚乙烯薄膜无任何降解迹象。而含0.9% ε-聚赖氨酸的复合薄膜在第3天开始出现皱缩和结构缺陷，随着时间延长逐渐破碎，至第7天完全降解。这表明ε-聚赖氨酸通过提高薄膜含水量和促进微生物活动，显著加速了薄膜的生物降解过程。

9. 抗菌性能

如图5所示，随着薄膜中ε-聚赖氨酸浓度增加，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌在液体培养基中的生长（吸光度值）均受到显著抑制，1.2%添加量的抑菌效果最强，表明ε-聚赖氨酸赋予了薄膜广谱抗菌活性。

10. 抗菌可食膜对鸡肉样品的保鲜效果

菌落总数变化

图6a展示了采用聚乙烯膜、未添加与添加0.9% ε-聚赖氨酸的蛋黄颗粒/明胶/羧甲基纤维素钠复合膜包装的鸡肉样品在冷藏期间菌落总数的变化。随贮藏时间延长，所有样品菌落数均上升，但含0.9% ε-聚赖氨酸的复合膜表现出显著抑菌效果，贮藏末期菌落数最低（5.38 ± 0.03 log CFU/g），低于未添加ε-聚赖氨酸的复合膜（5.81 ± 0.01 log CFU/g）和聚乙烯膜（6.86 ± 0.05 log CFU/g）。ε-聚赖氨酸的抗菌作用延长了微生物生长滞后期，降低了生长速率与致病菌活性，表明该薄膜能有效抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌增殖，具备良好的微生物屏障功能

pH值变化

如图6b所示，所有样品pH值均在贮藏第2天下降后转为上升。与聚乙烯膜相比，含0.9% ε-聚赖氨酸的复合膜包装的鸡肉pH波动最小，表明其能有效抑制氧化反应，更好维持鸡肉原始品质。

硫代巴比妥酸反应物值变化

如图6c所示，贮藏期间所有样品硫代巴比妥酸反应物值均显著上升。初始值为0.089 ± 0.01 mg MDA/kg，贮藏8天后，聚乙烯膜、未添加与添加0.9% ε-聚赖氨酸的复合膜包装样品分别上升至1.28 ± 0.08 mg MDA/kg、0.93 ± 0.08 mg MDA/kg和0.59 ± 0.08 mg MDA/kg。含0.9% ε-聚赖氨酸的复合膜使硫代巴比妥酸反应物值较聚乙烯膜和未添加膜分别降低53.90%和36.55%，证明其能有效延缓鸡肉脂质氧化。

贮藏期间鸡肉色泽变化

表2显示了不同薄膜包装对鸡肉贮藏期间色泽的影响。含0.9% ε-聚赖氨酸的复合膜包装的鸡肉红度值在前6天有所上升，之后才下降，表明该薄膜能更有效抑制水分流失，维持鸡肉品质。图6d直观展示了贮藏期间鸡肉的外观变化。

结论：

本研究制备了基于蛋黄颗粒/明胶/羧甲基纤维素钠并添加ε-聚赖氨酸的可生物降解薄膜，系统评估了ε-聚赖氨酸对复合薄膜理化特性、结构及功能性质的影响。结果表明，各组分间具有良好的相容性，ε-聚赖氨酸的引入通过增强分子间相互作用，显著提升了薄膜的综合性能。其中，含0.9% ε-聚赖氨酸的薄膜表现出最优的理化性能，包括水蒸气阻隔性、接触角与透明度。生物降解性测试显示，该薄膜可在7天内完全降解，体现了优异的环境相容性。此外，ε-聚赖氨酸的添加显著增强了薄膜对常见食源性致病菌（大肠杆菌和金黄色葡萄球菌）的抗菌活性。在鸡肉保鲜应用中，含0.9% ε-聚赖氨酸的薄膜能长期有效抑制微生物污染，显著延长产品货架期。综上所述，含0.9% ε-聚赖氨酸的蛋黄颗粒/明胶/羧甲基纤维素钠可食膜因其环境友好性与高效抗菌性能，在鸡肉包装领域展现出广阔应用前景。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2025.143627

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