氣調包裝中氣體濃度對牛肉保鮮的影響*

褚益可，雷橋，歐杰

(上海海洋大學食品學院，上海，201306)

氣調包裝中氣體濃度對牛肉保鮮的影響*

褚益可，雷橋，歐杰

(上海海洋大學食品學院，上海，201306)

研究了氣調包裝中不同氣體濃度對牛肉保鮮效果的影響。運用均勻設計法，對新鮮牛肉分別進行不同水平的氣調保鮮包裝 (O2與CO2濃度 在0% ～100%均勻分布)，在(4±1)℃貯藏過程中，隔天對包裝內的氣體濃度、牛肉的菌落總數、pH值、TVB-N值、液汁流失率、紅度值等指標進行測定分析，并采用重回歸分析法找出氣調包裝中O2濃度、CO2濃度、貯藏時間與菌落總數之間的關系式。結果表明:高氧或高CO2濃度的氣調包裝對牛肉保鮮效果都不理想，而適當的氣體組合45%O2/30%CO2/25%N2的氣調包裝牛肉貨架期最長。

牛肉，氣調包裝，氣體濃度，均勻設計

牛肉貯運流通條件直接影響產品的保鮮期，貯運流通過程中微生物的變化是反映牛肉鮮度最直接最重要的指標。延長牛肉貨架期的方法主要有保鮮液處理、真空包裝、輻射處理和氣調包裝等。保鮮液能有效抑制冷卻肉表面的腐敗菌，但存在肉色色澤變淡、汁液流失的問題;真空包裝能明顯延長肉類的貨架期，但真空包裝的肉色澤呈現紫紅色;輻射處理的弊端主要是有輕微的輻射味產生，并且輻射處理在應用上受到一定限制［1］。氣調包裝作為較理想的延長肉類貨架期的方法，已經成為國內外科技工作者的研究熱點。國外對于氣調保鮮在肉及肉制品中的應用已有廣泛而深入的研究，用于新鮮紅肉的最常見的是高O2濃度氣調包裝，含60% ～70%O2，然而高氧濃度雖改善了肉色但保鮮時間不理想［2－3］。在國內，張嫚等［4］對肉牛背最長肌進行不同水平的氣調保鮮包裝，結果表明保存在60%O2/20%CO2/20%N2氣調包裝下獲得最佳綜合保鮮效果;胡長利等［5］研究了以不同比例組合的CO2、O2、N2作為氣調包裝對低溫保藏的新鮮牛臀肉品質的影響，確定最佳的氣調包裝組分為45%O2/45%CO2/10%N2，在溫度0～4℃條件下牛臀肉可以保藏20 d，并保持色澤穩定。氣調包裝貯藏冷卻肉的最佳氣體組分的報道不一致，沒有確定的濃度范圍，因此本文深入研究氣調包裝中氣體濃度對牛肉的影響是非常有意義的。

本實驗采取均勻設計法，將O2與CO2體積百分比在0% ～100%內均勻散布，按照均勻設計的試驗安排進行氣調包裝，在0～4℃下對牛肉保鮮效果進行研究，找出保鮮效果更佳的氣調包裝的氣體比例，并確定氣調包裝中O2濃度、CO2濃度、貯藏時間與菌落總數之間的關系式，分析包裝內氣體濃度的變化、牛肉細菌總數、pH值、TVB-N值、液汁流失率、色澤等核心指標，有效延長牛肉保質期，為牛肉的終端銷售提供理論支持和技術指導。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

原料肉:宰后12 h內冷卻至中心溫度1℃的牛臀部肉(購于上海市)。

包裝材料:規格為(16 cm×24 cm)的蒸煮袋(購于上海山埃姆包裝材料公司)。

包裝氣體:O2、CO2和N2(均為食品級)。

試劑:輕質氧化鎂，NaCl，硼酸，醋酸，甲基紅，溴甲酚綠，乙醇，營養瓊脂，磷酸鹽緩沖稀釋液等，均為國產化學純或分析純(均購于國藥集團化學試劑有限公司)。

儀器:DQB-360W多功能氣調包裝機(上海青葩包裝機械公司)，MAP Mix 9000－3/150V(丹麥PBI Dansensor集團公司)，Meter ZE－2000色差儀(日本尼康公司)，FOSS Kjeltec 2300自動凱氏定氮儀(瑞士福斯公司)，HPX－9052MBE數顯電熱培養箱(上海博訊醫療公司)，DS－1高速組織搗碎機(上海標本模型廠制造)，PHS－2F PH計(上海精密科學儀器)，SIEMENS冰箱，Precisa AG8953電子分析天平(瑞士PRECISA公司)，101－1型電熱鼓風恒溫干燥箱(上海康路儀器公司)，checkmate 9900 O2/CO2(丹麥PBI Dansensor集團公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1 肉樣的處理

將所用的刀具和案板用體積分數75%的乙醇棉球擦拭并紫外照射15 min。在無菌操作條件下，去掉肉的筋膜及多余的脂肪，每包質量為100 g左右的肉塊，隨機分組，進行氣調包裝(氣體配比具體見表3)，貯藏在(4±1)℃冰箱中，定期測定各項指標。

1.2.2 實驗設計

本實驗主要采取均勻試驗設計法［6］，它由方開泰教授和數學家王元在1978年共同提出，它是只考慮試驗點在試驗范圍內均勻散布的一種試驗設計方法，可保證試驗點具有均勻分布的統計特性，可使每個因素的每個水平做一次且僅做一次試驗，在試驗因素變化范圍較大，且各因素為多水平時，可以極大地減少試驗次數。在本試驗中設計O2與CO2濃度在0% ～100%內均勻散布，取O2與CO2濃度各為6個水平(具體見表1)，試驗具體安排如表1。

表1 試驗設計因素及水平表

表2 均勻設計安排表

由表2得知，試驗2、試驗4、試驗6都不符合其約束條件(O2與CO2之和在100%以內)，所以對該3組試驗設計重新進行調整，調整的原則是每個O2、CO2濃度水平至少使用一次，即試驗2調整為:30%O2+70%CO2，10%O2+90%CO2;試驗 4 調整為:60%O2+40%CO2，25%O2+75%CO2;試驗 6 調整為:90%O2+10%CO2，40%O2+60%CO2。此外，還增添實驗項100%CO2氣調包裝。以O2濃度從低到高排列的新試驗方案設計如表3。

表3 試驗安排表

1.2.3 測定指標及方法

每隔1 d取肉樣測定以下指標，每個實驗重復3次，取平均值。

1.2.3.1 包裝袋內氣體濃度的測定

每次在開袋前，采用checkmate 9900 O2/CO2氣體分析儀，預熱10 min，當取樣軟管的針形探頭插入包裝時，氣體取樣就自動開始，記錄包裝袋內O2與CO2濃度，觀察不同包裝的氣體變化。

1.2.3.2 菌落總數

菌落總數按照GB4789.2－2003《食品衛生微生物學檢驗菌落總數測定》進行［7］，結果以菌落對數值lgcfu/g表示，評價標準對照肉品質量衛生指標菌落總數一般建議標準:新鮮肉為104個/g以下，次鮮肉為104～106個/g，變質肉為106個/g。

1.2.3.3 pH值

根據GB/9692.5－1998《肉與肉制品 pH值測定》進行。

每次從包裝中取樣，精確稱取牛肉25.00 g，使用DS－1高速組織搗碎機搗碎，以蒸餾水定容至250 mL，靜置30 min后過濾。過濾后取清液作為樣品液，冷卻至室溫后用PHS－2F型PH計測定樣品液的pH值，重復3次，取平均值。參考標準:一級鮮度pH 5.8～6.2，二級鮮度 pH 6.3～6.6，變質肉 pH ＞6.7。

1.2.3.4 揮發性鹽基氮(TVB-N)

采用自動凱氏定氮儀，應用半微量凱氏定氮原理測定揮發性鹽基氮含量［8～9］，稱取5～10 g的搗碎樣品至FOSS消化管中，加入0.5～1.0 g的輕質氧化鎂，上機測定。重復3次，取平均值。參考GB 2710－1996:一級鮮度≤15 mg/(100 g)，二級鮮度≤20 mg/(100 g)，變質肉 ＞20 mg/(100 g)。

1.2.3.5 液汁流失率

取帶包裝的樣品稱量(m1)，打開包裝，立即將包裝內和樣品表面的汁液用濾紙吸干，包裝和樣品一起稱量(m2)。重復3次，取平均值。

液汁流失率/%=［(m1－m2)/m1］×100

1.2.3.6 色澤

使用Meter ZE－2000色差儀進行檢測，采用Hunter lab 表示色法［10～13］。在打開包裝后，立即將牛肉樣品切成大小為10 mm×10 mm×1 0 mm的3塊肉樣，吸干表面水分，直接將樣品放置于光源下，讀取色差計顯示的數值，記錄 L(亮度)，a(紅度)，b(黃度)。色度值DE為［(a2+b2)1/2］，類似于色彩的飽和度或者亮度。均勻空間Lab表色系統能較全面客觀反映肉表面的色澤和色差。

1.3 數據處理

采用了STATISTICA統計軟件中的固定非線性重回歸(Fixed non-linear of Multiple Regression)分析方法來確定氣調包裝中O2濃度、CO2濃度、貯藏時間與菌落總數之間的關系式。

2 結果與分析

2.1 貯藏期間包裝袋內氣體濃度的變化

表4 貯藏期間不同包裝內O2濃度、CO2濃度的變化 %

從表4可知，O2與CO2濃度總體都呈現下降趨勢，CO2初始濃度越高，其下降速率越大，由于在貯藏期間CO2溶解于牛肉不斷滲出的液汁中，導致其含量下降幅度大。隨著貯藏時間的增加，各組包裝內O2濃度均呈下降趨勢，但變化規律各不相同，其中，當初始O2濃度≤25%時，即1～4組，初始O2濃度越高，包裝內O2濃度的下降速率越慢，貯藏至第16天時的 O2殘留率分別為 52.0%、52.3%、68%、77.2%，但是CO2濃度下降較其他組快;當初始O2濃度在25% ～45%之間時，即5～7組，包裝內O2濃度的下降速率比較緩慢;當初始O2濃度為60% ～90%之間的8～10組，O2濃度的下降速率較其他組快，原因可能是這幾組包裝內CO2含量比較少，抑菌效果比較弱，導致需氧菌進一步繁殖消耗氧氣。

2.2 貯藏期間樣品菌落總數的變化

表5 不同貯藏條件下細菌總數變化 lgCFO/g

根據我國冷卻肉行業標準［13］，要求可食用冷卻肉菌落總數≤1×106(CFU/g)。由表5可知，樣品的初始菌落總數為3.03l g(CFU/g)，牛肉在保鮮過程中，隨時間的延長，各實驗組牛肉樣品的菌落總數總體都呈上升趨勢。當保鮮14d的時候，除了實驗組2、5、6、7、8，其他都已經超過 6.0lg(CFU/g)。其中實驗組7的保鮮效果較其他組好，貯藏至第16天時，有最低的菌落總數值為5.81 lg(CFU/g)，實驗組6次之為5.89 lg(CFU/g)，而其他實驗組都已經超標。在8～10組的高氧包裝中，CO2含量相對較少，導致抑菌效果減弱，從而使需氧菌大量繁殖造成菌落總數上升速率比其他組快;在1～4組的低氧包裝中，CO2濃度比較高，其菌落總數仍高于實驗5～7組，說明不是CO2濃度越高其抑菌效果越強，當CO2濃度達到45%后，其抑菌能力反而隨著CO2濃度的升高而下降。綜上所述，氣調組分為45%O2/30%CO2/25%N2的實驗組7具有最好的抑菌效果。

2.3 貯藏期間樣品pH值的變化

根據肉及肉制品質量標準，肉類維持在低pH值時能有較好的新鮮感［14］。由表6可見，隨著貯藏時間的延長，各實驗組的pH值都逐漸增大，pH值的升高是由于隨貯藏時間的延長，肉中蛋白質在細菌，酶作用下被分解為氨和胺類化合物等堿性物質。牛肉pH值的初始值大約為5.85，在保鮮的前12 d內，不同處理對保鮮牛肉pH值變化的影響差異不顯著，各組牛肉樣品的鮮度符合國家一級鮮肉的為pH值范圍(5.8～6.2)，因此單純的依據其pH值變化不能確定各種氣調包裝對牛肉保鮮效果的優劣。在貯藏后期，初始O2濃度≤25%的1～4組、初始O2濃度為60% ～90%的8～10組，其pH值上升速率比初始O2濃度為25% ～45%的5～7組快，pH值上升快的原因可能是此包裝下的牛肉接近腐敗，其中實驗組5具有最低的pH值為6.03，實驗組6、7次之。

表6 不同貯藏條件下pH值變化

2.4 貯藏期間樣品揮發性鹽基氮的變化

TVB-N是國家標準中判斷鮮肉品質的重要指標。在貯藏過程中，TVB-N的增加主要是由于細菌的作用和氨基酸等含氮化合物的分解產生氨和各種胺類化合物而引起的，因此測定揮發性鹽基氮可以鑒定肉品的質量。由表7可以看出，在采用不同比例混合氣體包裝中，牛肉在貯藏初期的TVB-N值的變化差別不明顯。牛肉TVB-N值在8 d之內都能保持在15mg/(100g)以內，有較好的新鮮度，隨著貯藏期間的延長，在8d之后，不同比例混合氣體包裝的牛肉，其TVB-N值不斷增加，特別是初始O2濃度為60% ～90%之間的8～10組，其TVB-N值上升很快，再加上該幾組包裝內CO2濃度低，抑菌效果差，到貯藏結束的時候，TVB-N值為最高，達到24.361 4 mg/(100 g)，已經腐敗。相對而言，初始 O2濃度為25% ～45%的5～7組，保鮮效果比較好，牛肉在貯藏第16d時，氣體配比45%O2/30%CO2/25%N2的包裝內牛肉TVB-N值最低，為19.461 2 mg/(100g)，而其他實驗組的TVB-N值都已經超過20 mg/(100 g)。

表7 不同貯藏條件下揮發性鹽基氮的變化 mg/100g

2.5 貯藏期間樣品汁液流失率的變化

不同比例混合氣體包裝的牛肉在貯藏期間，都會發生不同程度的汁液流出現象，它影響消費者的接受度和產品的最終質量。從表8可以看出，樣品在整個貯藏過程中，所有實驗組都呈升高趨勢，氣體組分為40%O2/60%CO2實驗組6在12d內液汁流失率一直低于其他試驗組，而在14～16d卻高于氣體組分為30%O2/70%CO2實驗組5，可能是因為氣調包裝內部氣體濃度變化不一致，導致不同的壓力變化對汁液流失的影響不同［15］。Olsson等(2003)報道了高的汁液流失率是因為蛋白質水解產生的細胞結構松散，使得細胞內水分向細胞外擴散，同時指出細菌產生的酶能加大蛋白質水解的程度［16］。總體來講，O2濃度在30%～45%之間的氣調包裝更能有效地控制液汁流失。

表8 不同貯藏條件下汁液流失率的變化 %

2.6 貯藏期間樣品色澤的變化

表9 不同貯藏條件下a*值的變化

從表9中可看出，牛肉在保鮮前期中，各試驗組牛肉的紅度值初期變化不大，后期紅度值逐漸減小，初始O2濃度≤25%的1～4組包裝內牛肉紅度值下降快，不利于肉鮮紅顏色的保持，因為這幾組包裝中氧氣含量低，肌肉中肌紅蛋白不能完全實現與氧分子結合后形成氧合肌紅蛋白而呈現鮮紅色，初始O2濃度為75%、90%的實驗組9與實驗組10，因為O2濃度過高又會使氧合肌紅蛋白進一步氧化轉變成正鐵肌紅蛋白，而呈現紅褐色，初始O2濃度為25% ～45%的氣調包裝，更能維持牛肉的色澤，貯藏至16d時，含45%O2/30%CO2/25%N2的氣調包裝內的牛肉a*值較其他處理組高。

2.7 氣調包裝中O2濃度、CO2濃度、貯藏時間與菌落總數之間的關系式的確定

采用STATISTICA統計軟件中的固定非線性重回歸數據分析方法得到式(1)中各回歸系數的值見表10。

表10 式(1)中各回歸系數值

由表10可見，各項回歸系數的P水平均小于0.05，說明貯藏時間、O2濃度、CO2濃度對牛肉菌落總數的影響作用都顯著，單項式回歸系數中b1最小、平方項回歸系數中b2最小、交叉項回歸系數中b3最小，可得到O2濃度對菌落總數影響作用最大，其次是CO2濃度。

3 結論

從本實驗可以看出，高氧和高二氧化碳濃度的氣調包裝對牛肉保鮮效果都不理想，O2濃度在25% ～45%內，CO2濃度在30% ～75%內的氣調包裝下保鮮效果要好于其他實驗組，在整個貯藏期間菌落總數對數值、TVB-N值含量較低，也能很好地控制液汁流失率，紅度值比較穩定，這反映了合適的氣體比例在氣調保鮮中起著關鍵的作用，其中含45%O2/30%CO2/25%N2的包裝下牛肉保鮮效果最佳。

氣調包裝中O2濃度、CO2濃度、貯藏時間與菌落總數之間的關系式為TBC=0.156 7×T－0.086 8×［O2］－0.094 9×［CO2］－0.003 1×T×T+0.000 5×［O2］* ［O2］+0.000 6 ×［CO2］* ［CO2］+0.001 6×T×［O2］+0.001 0×［O2］* ［CO2］+0.001 5×［CO2］×T+6.305 1，并且發現O2濃度對菌落總數影響作用最大，其次是CO2濃度。

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Effect of Gas Concentration in Modified Atmosphere Packaging on Fresh Beef

Chu Yi-ke，Lei Qiao，OU Jie
(College of Food Science and Technology，Shanghai ocean University，Shanghai 201306，China)

The effect of different gas concentration in modified atmosphere packaging on the beef preservation was studied.Fresh beef were stored at the different level of concentration(O2and CO2within 0～100%by evenly distributed).During the storage at 4 ± 1℃，the gas concentration in packaging，total number colonies of beef，PH value，TVB-N values，drip loss rate and color were detected and analyzed every two days.The relationship of O2，CO2concentration，time of storage and the total colonies was created by multiple regression analysis.The results demonstrated that it was not effective using high concentration of oxygen or carbon dioxide on beef preservation，but the combination of MAP(45%O2/30%CO2/25%N2)was the best to prolong the shelf－ life of the product.

beef，MAP，gas concentrations，uniform design

碩士研究生(雷橋副教授為通訊作者，E-mail:qlei@shou.edu.)。

*上海市科委重點科技攻關項目(10391902300)

2010－09－29，改回日期:2010－12－14