生鲜肉高压电场等离子体协同纳米光催化杀菌保鲜方法

摘要

本发明公开了一种生鲜肉高压电场等离子体协同纳米光催化杀菌保鲜方法，属于食品包装冷杀菌技术领域。本发明技术方案是将光催化剂、偶联剂和涂布液高速混匀，混匀后偶联制备得到改性涂布液，之后将该改性涂布液涂布在塑料包装膜的表面从而制备成具有光催化抑菌功能的包装材料；将生鲜肉采用抗菌包装材料进行MAP包装，其中含有光催化材料的涂层位于包装内侧；将经MAP包装的生鲜肉放置在等离子体产生装置的两个电极之间，在高压电场条件下进行等离子体杀菌处理。本发明技术方案的高压电场等离子体杀菌处理时间短，不会在包装及包装内部产生热量及温度变化，是一种高效冷杀菌技术，尤其适宜生鲜肉的保鲜包装。

说明书

技术领域

本发明属于食品包装冷杀菌技术领域，具体涉及一种生鲜肉高压电场等离子体协同纳米 光催化杀菌保鲜方法。

背景技术

保鲜包装是目前国际生鲜畜禽肉物流过程安全品质保证的重要技术方法，美国有80％鸡 肉是以含氧包装冷藏方式出售。但生鲜畜禽肉保鲜包装的货架期决定于加工包装过程中的杀 菌处理效果，MAP是目前国际上常用的生鲜肉保鲜包装方法，但流通销售过程中的微生 物，尤其是腐败菌和致病菌，仍然是造成食品安全品质事故的主要原因。

可以用于生鲜肉表面杀菌的方法有多种，但大部分方法都存在缺点。有的处理系统需 要高压，会引起生鲜肉表面的感官效果下降；紫外光照处理对生鲜肉表面杀菌效果不高，且 由于生鲜肉肉表面的不规则形状，会产生紫外光照的杀菌盲区；高压脉冲电场在生鲜肉杀菌 的应用中具有局限性，体现在处理过程中生鲜肉需要直接与电极相接触；而含有热量加热过 程的杀菌方式，会对生鲜肉的消费品质产生严重影响。鉴于上述杀菌方法的缺点，目前还没 有一种杀菌方法能有效用于生鲜肉包装之后的杀菌作用。因此，一种能用于生鲜肉包装后的 有效冷杀菌处理，并保持产品的观感品质和安全的方法，是生鲜食品保鲜包装技术的重要突 破，将推进生鲜食品物流保鲜包装安全品质控制技术的发展。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题提供一种生鲜肉高压电场等离子体协同纳米光催化杀 菌保鲜方法。该方法使用高压电场生产等离子体来协同纳米材料光催化对MAP包装的生鲜 肉实施冷杀菌保鲜处理，避免包装产品的微生物二次污染，为生鲜畜禽肉MAP包装产品提 供一种安全高效易操作，能有效延长货架保鲜期的冷杀菌保鲜方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种生鲜肉高压电场等离子体协同纳米光催化杀菌保鲜方法，该方法包括以下步骤：

1)抗菌包装材料的制备：将光催化剂、偶联剂和涂布液高速混匀，混匀后偶联制备得到 改性涂布液，之后将该改性涂布液涂布在塑料包装膜的表面从而制备成具有光催化抑菌功能 的包装材料；

2)将生鲜肉采用步骤1)制备得到的包装材料进行MAP包装，其中含有光催化材料的涂 层位于包装内侧；

3)将经MAP包装的生鲜肉放置在等离子体发生装置的两个电极之间，在高压电场条件 下进行等离子体杀菌处理。

本发明技术方案中：步骤1)中塑料包装膜的材料为聚酰胺、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙 烯或聚酯，优选为聚酰胺；涂布液为PVA涂布液、PE涂布液或PVDC涂布液，涂布液的质 量浓度为2～8％；光催化剂是纳米TiO₂、纳米ZnO或纳米Fe₂O₃中的至少一种，光催化剂 的用量为0.3～2g/L_涂布液，优选光催化剂的用量为0.45～0.65g/L_涂布液。

本发明技术方案中：步骤2)中MAP包装过程中充入的气体为二氧化碳、氧气、氮 气、氦气、氖气和氩气中至少一种。

本发明技术方案中：步骤3)中等离子体发生装置包括电压调控器、高压电场发生器、 上电极、下电极和绝缘护板，在上下电极中间放置经MAP包装后的生鲜食品；包装盒的上 表面与上电极之间设有上绝缘护板，包装盒的下表面与下电极之间设有下绝缘护板；采用的 绝缘护板为聚丙烯或聚乙烯板，上层护板的厚度为1.3～1.8mm，下层护板的厚度为 1.8～3.5mm；等离子体产生装置的电压强度10～50kv/cm，处理的时间为1s～6min；优选电压 强度为25～35kv/cm，处理时间30～90s；另一种技术方案优选电压强度为25～35kv/cm，等离 子处理时间为60～180s。

本发明技术方案中所述的将改性涂布液涂布在塑料包装膜的表面采用的技术方案没有特 殊说明。该技术方案为本领域公知的手段。本发明技术方案是利用涂布机在塑料包装膜的表 面均匀涂布一层薄薄的改性涂布液液，之后利用干复机涂布时要使用展平辊，使涂布更均 匀。最后放在40℃～50℃的熟化室里约5、6个小时，可有效提高附着力。

本发明技术方案中所采用的偶联剂没有特殊说明，包括不限于偶联剂570或偶联剂 550，偶联剂的用量为10～15mg/100g_涂布液。

本发明技术方案对改性涂布液在塑料包装膜表面的涂覆量没有特殊说明，优选用的涂覆 量为0.3～5g/m²。

本发明技术方案中所述的光催化剂的用量为0.3～2g/L_涂布液是每升涂布液中催化剂的加 入量为0.3～2g。

本发明技术方案中所述的偶联剂的用量为10～15mg/100g_涂布液是每100g涂布液中偶联剂 的用量为10～15mg。

本发明的有益效果：

(1)采用双层介质阻挡系统为等离子体产生系统，对MAP包装之后的生鲜肉进行处 理，生产等离子体的高压电场电极放置在产品包装外部，等离子体在包装内部产生，可以全 面的作用于包装内部产品及微生物，不受外界环境影响、也避免了产品的二次污染。

(2)采用纳米金属氧化物作为光催化材料，利用高压电场等离子体发生过程中在包装 内部产生的紫外光实现纳米光催化杀菌作用，协同等离子体对包装内部的微生物生产杀菌作 用。

(3)MAP包装内部的氧气、二氧化碳、氮气和水蒸气作为生产等离子体的介质气体， 在包装中生产的臭氧和活性氧自由基和紫外光等，协同纳米光催化杀菌，其杀菌效果好，无 残留、无有毒副产物产生，避免了采用化学杀菌剂的安全性问题。

(4)高压电场等离子体体协同纳米光催化杀菌保鲜方法在常温常压下进行，并且处理 时间短，不会在包装及包装内部产生热量和温度变化，是一种高效冷杀菌技术，尤其适宜生 鲜肉的保鲜包装。

附图说明

图1为高压电场等离子体发生系统。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：

本发明实施例中所用的高压电场等离子体发生系统如图1所示，该装置包括电压调控 器、高压电场发生器、上电极、下电极和绝缘护板，在上下电极中间放置经MAP包装后的 生鲜食品；包装盒的上表面与上电极之间设有上绝缘护板，包装盒的下表面与下电极之间设 有下绝缘护板；采用的绝缘护板为聚丙烯或聚乙烯板，上层护板的厚度为1.3～1.8mm，下层 护板的厚度为1.8～3.5mm。

实施例1～4及对比例1所采用的样品是新鲜鸡胸肉(chicken fillet)，该新鲜鸡胸肉从 屠宰厂生产车间的鸡肉分割生产线上随机选取，放在冰盒中运回实验室，将鸡肉表面去掉保 留中间无菌部分，保持鸡胸肉的重量相近在95±5g，在鸡肉表面接种已知浓度的细菌M. caseolyticus和P.fluorescens。

实施例1～4中改性涂布液在塑料包装膜表面的涂覆量为0.3～5g/m²。

实施例1

首先将PVA颗粒加热后溶解在100ml蒸馏水中，得到质量浓度为4.5％的PVA涂布液； 之后将纳米TiO₂和偶联剂570加入到PVA涂布液中并充分搅拌制成均匀的悬浮液，从而制 备得到改性涂布液，其中，纳米TiO₂的用量为0.5g/L_涂布液，偶联剂570的用量为10mg/100g _涂布液；最后将该改性涂布液涂布在聚酰胺(PA)塑料膜上，干燥成膜制备得到抗菌的包装材 料。

取经预处理过得鸡肉于食品包装容器中，并使用抗菌的包装材料进行MAP包装，含有 光催化材料的涂层位于包装内侧，包装过程中充入的气体为氧气+Ar(体积比为1：1)，将 经包装后的包装盒放在电极之间进行等离子体处理，等离子处理的时间为60s，处理的电压 强度为30kv/cm。

实施例2

首先将PVA颗粒加热后溶解在100ml蒸馏水中，得到质量浓度为3.5％的PVA涂布液； 之后将纳米ZnO和偶联剂570加入到涂布液中并充分搅拌制成均匀的悬浮液，从而制备得 到改性涂布液，其中，纳米ZnO的用量为0.5g/L_涂布液，偶联剂570的用量为11mg/100g_涂布液；最后将该改性涂布液涂布在聚酰胺(PA)塑料膜上，干燥成膜制备得到抗菌的包装材 料。

取经预处理过得鸡肉于食品包装容器中，并使用抗菌的包装材料进行MAP包装，含有 光催化材料的涂层位于包装内侧，包装过程中充入的气体为N₂+O₂(体积比为1：1)，将经 包装后的包装盒放在电极之间进行等离子体处理，等离子处理的时间为120s，处理的电压强 度为30kv/cm。

实施例3

首先将PVDC颗粒加热后溶解在100ml蒸馏水中，得到质量浓度为5.8％的PVDC涂布 液；之后将纳米Fe₂O₃和偶联剂570加入到涂布液中并充分搅拌制成均匀的悬浮液，从而制 备得到改性涂布液，其中，纳米Fe₂O₃的用量为0.5g/L_涂布液，偶联剂570的用量为 12mg/100g_涂布液；最后将该改性涂布液涂布在聚酰胺(PA)塑料膜上，干燥成膜制备得到抗菌 的包装材料。

取经预处理过得鸡肉于食品包装容器中，并使用抗菌的包装材料进行MAP包装，含有 光催化材料的涂层位于包装内侧，包装过程中充入的气体为CO₂+N₂(体积比为1：1)，将 经包装后的包装盒放在电极之间进行等离子体处理，等离子处理的时间为180s，处理的电压 强度为30kv/cm。

实施例4

首先将PVA颗粒加热后溶解在100ml蒸馏水中，得到质量浓度为3.5％的PVA涂布液； 之后将纳米Fe₂O₃、纳米ZnO和偶联剂570加入到PVA涂布液中，充分搅拌制成均匀的悬 浮液，从而制备得到改性涂布液，其中，纳米Fe₂O₃的用量为0.3g/L_涂布液，纳米ZnO的用量 为0.3g/L_涂布液，偶联剂570的用量为10mg/100g_涂布液；最后将该改性涂布液涂布在聚酰胺 (PA)塑料膜上，干燥成膜制备得到抗菌的包装材料。

取经预处理过得鸡肉于食品包装容器中，并使用抗菌的包装材料进行MAP包装，含有 光催化材料的涂层位于包装内侧，包装过程中充入的气体为O₂+CO₂+N₂(体积比为1：1： 1)，将经包装后的包装盒放在电极之间进行等离子体处理，等离子处理的时间为120S，处 理的电压强度为30kv/cm。

对比例1

实施例条件同实施例1相同，仅将抗菌包装材料换成普通的聚酰胺(PA)/聚乙烯膜。

性能检测：

1、细菌菌落数量的检测

菌悬液采用的腐败鸡肉中的P.fluorescens和M.caseolyticus实验菌株，摇床培养至适宜 浓度，去掉培养基使用无菌PBS制成菌悬液备用。实施例1～5和对比例1的样品在杀菌处 理前P.fluorescens菌株含量为6.15±0.41log，M.caseolyticus菌株含量为6.39±0.32log。

实施例1～4以及对比例1中的样品经过等离子杀菌处理后的菌株含量如表1所示。

表1等离子体处理后鸡肉表面细菌菌落数量变化

项目 P.fluorescens(log) M.caseolyticus(log) 实施例1 2.66±0.14 3.0±0 实施例2 3.06±0.35 3.36±0.21 实施例3 3.34±2.81 3.75±0.28 实施例4 3.75±0.42 4.0±0.32 对比例1 5.15±0.35 5.50±0.01

从表1中可以看出，经等离子体处理后，自制新型抗菌纳米材料薄膜包装组中M. caseolyticus和P.fluorescens的菌落数量远远低于普通膜包装组。

2、不同贮藏时间对菌落数量以及颜色的影响

表2等离子体处理后包装鸡肉表面细菌落数量变化

表3等离子体处理包装鸡肉在贮藏过程中色差L*的影响

等离子体处理后，包装鸡肉表面的菌落数量相比对照组都有明显减少，如表2所示。其 中对照组的鸡肉在4℃下能够保存不超过7天，7天时细菌菌落数量已经超过7log，即鸡肉 有变质的趋势；而使用光催化包装膜包装鸡肉，经等离子体处理后能在4℃下保存至14 天，是对照组的2倍。贮藏过程中鸡肉表面颜色变化如表3所示，经等离子体处理后在4℃ 下贮藏，鸡肉表面颜色无变化。说明等离子体与光催化膜相结合能够有效延长鸡肉的贮藏 期，是普通包装膜的2倍。