低溫貯藏過程中水牛肉品質變化研究

劉純友,2,*,付春婷,許金蓉,玉萬國,高小堯

(1.廣西科技大學生物與化學工程學院，廣西柳州 545006; 2.華中農業大學食品科技學院,湖北武漢 430070)

水牛(Bubalusbubalis)是我國黃牛、水牛和牦牛三大牛種中唯一可以適應熱帶、亞熱帶地區高溫高濕極端環境的特殊牛種。由于水牛對粗纖維的轉化率高,能把農副產品的副產物直接轉變成人類所需的營養食品,同時具有環境適應性強、肉質優良和抗病力強等生物學特性,因此被聯合國糧農組織(FAO)認為是最具開發價值的大型經濟動物[1-2]。

目前全球水牛存欄量為19888余萬頭,其中我國有4650萬頭位,僅次于印度11540萬頭,居世界第二,占全球水牛總數的23.4%,我國水牛肉年產量60余萬噸,占全球水牛肉總產量的17.3%[3]。長期以來,某些研究者認為水牛肉色澤暗淡、質地粗糙、風味欠佳,這可能是由于食用了勞役時間長達十年以上的老齡水牛肉[4-5]。Neath等[5]比較研究相同年齡、性別和飲食條件下的黃牛肉與水牛肉的嫩度差異情況,研究結果顯示宰后成熟后的水牛背最長肌、半膜肌的嫩度顯著優于普通黃牛。最新研究表明,與普通黃牛肉相比,水牛肉中的總蛋白質含量較高，總脂肪含量較低,肌紅蛋白含量更高,肌肉紅值(a*)較高,黃值(b*)較低,且膽固醇含量較低,可以顯著降低人體患心血管疾病的風險[3]。

與黃牛肉、牦牛肉產業相比,我國水牛肉產業嚴重滯后,水牛飼養比較分散,生產方式較落后,水牛肉產業鏈尚未形成[4],這成為影響我國水牛肉產業高效持續發展的關鍵問題。目前我國水牛肉主要以鮮肉消費為主,但新鮮水牛肉在貯藏、運輸和銷售過程中,由于在其自身內源酶、外界環境條件等共同作用下,水牛肉容易發生水解氧化、腐敗變質,最終導致水牛肉食用品質下降。

低溫肉制品是未來肉類重要的發展方向。截止目前,關于黃牛肉、牦牛肉貯藏過程中品質變化研究報道較多[6-8],但關于低溫貯藏過程中水牛肉品質變化則鮮見文獻報道。因此,本研究以廣西水牛肉為研究對象,實驗模擬水牛肉冷鏈貯藏運輸中4 ℃冷藏、-18 ℃凍藏和-60 ℃超低溫凍藏三個不同溫度梯度,通過分析不同貯藏溫度下水牛肉的色差、蒸煮損失、滴水損失、pH、雙烯值、揮發性鹽基氮、菌落總數和大腸菌群數等品質指標,進而揭示低溫貯藏過程中水牛肉的品質變化規律,以期為生鮮水牛肉的貯藏保鮮提供科學依據與技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

公水牛肉 年齡3～4歲,共7頭,體格健壯,品種為富鐘,來源于廣西壯族自治區富川縣,動物宰殺前禁食24 h,禁水2 h,水牛宰殺后,迅速選取股二頭肌,肉樣采集后迅速用聚乙烯塑料薄膜袋包裝,置于0～4 ℃冷藏箱中避光保存,肉樣四周放置冰塊,迅速運送至實驗室,并在低溫下排酸24 h備用;鹽酸、硫酸、硼酸、氧化鎂、硫酸銅、硫酸鉀等 分析純,國藥集團化學試劑有限公司。

DW-86L386超低溫冰箱 青島海爾特種電氣有限公司;BCD-198冰箱 博西華家電有限公司;WSC-S色差計 上海儀電物理光學儀器有限公司;HH-8數顯電熱恒溫水浴鍋 國華電氣有限公司;MC電子分析天平、PE200K pH計 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 肉樣貯藏處理 實驗用刀具、砧板等器具先用質量分數75%酒精搽拭,再用紫外燈照射處理15 min。肉樣先剔除表面肉眼可見的脂肪、筋腱和結締組織后,將肉樣切成厚3 cm,質量300 g的肉塊,再置于低密度聚乙烯食品保鮮袋中,分別于4、-18和-60 ℃下貯藏,每組的處理量為900 g。肉塊在4 ℃冷藏條件下分別貯藏0、2、4、6、8、10、12 d,肉塊在-18、-60 ℃凍藏條件下分別貯藏0、5、10、15、20、25、30 d,冷凍肉樣采用20 ℃流水進行解凍,當肉樣中心溫度達4 ℃時,則肉樣解凍完畢,并準備測試肉樣的品質指標。不同低溫貯藏肉塊分別測定色差值、蒸煮損失、滴水損失、pH、雙烯值、揮發性鹽基氮、菌落總數和大腸菌群數等品質指標。

1.2.2 測定品質指標

1.2.2.1 色差值測定 參照文獻Maqsood等[9]方法,并做適當修改:采用色差計分別測定肉樣的L*(亮度)、a*(紅度)和b*(黃色度)值,每個樣品至少獨立平行3次試驗,并求其平均值。色澤是評價肉品新鮮度的重要感官品質指標,是直接影響消費者購買決定的重要因素[10]。L*值表示肉品的亮度,L*值越高,表示肉品的光澤度越好。a*值表示肉品的紅度,a*值越高,表示肉樣越鮮紅,肉品質量越新鮮[11];b*值表示肉品的黃色度,b*值越高表示肉品越不新鮮。

1.2.2.2 蒸煮損失測定 參考Xia等[12]方法,并做適當修改:將肉樣切割成3 cm×2 cm×4 cm肉樣切割的樣塊,準確稱量后的肉樣置于蒸煮塑料袋中,抽取袋內空氣后立刻密封,并記下肉樣質量W1(g),放入溫度為80 ℃入恒溫水浴加熱30 min,再在流水下冷卻至室溫,用吸水紙吸干肉樣表面的水分,準確稱量加熱后的樣品質量,記下肉樣質量為W2(g)。蒸煮損失率的計算公式如下:

蒸煮損失率(%)=(W1-W2)×100/W1

1.2.2.3 滴水損失測定 參考Traore等[13]方法并做適當修改:先將肉樣切成3 cm×2 cm×4 cm的肉塊,再用分析天平稱取肉樣質量,記為M1;然后用鐵絲鉤住肉塊的一端,使肌纖維垂直向下,懸掛于聚乙烯自封袋中,并使肉樣與塑料袋不相接觸,扎緊袋口后懸掛于冰箱中,在4 ℃的條件下吊掛24 h,取出稱量記為M2。滴水損失的計算公式如下:

滴水損失(%)=(M1-M2)×100/M1

1.2.2.4 pH測定 參考Kandeepan等[14]方法,并做適當修改:將不同貯藏溫度下的肉樣先將脂肪、結締組織等切除后切碎搗碎,稱取肉樣10 g放入錐形瓶中,加入100 mL新煮沸冷卻后的蒸餾水,在10000 r/min轉速條件下高速均質1 min,均質結束后取濾液50 mL,pH計測量濾液的pH。

1.2.2.5 雙烯值測定 參考閆文杰等[15]方法,并做適當修改:稱取10 g肉樣,加入60 mL氯仿-甲醇(2∶1,v/v)混合溶液,在8000 r/min轉速下均質2 min,過濾后收集濾液并轉入分液漏斗中,再加入8 mL的0.7%氯化鈉溶液,震蕩后靜置收集氯仿層,回收溶劑即可得肉樣脂質。準確稱取2000 μg溶于10 mL環己烷,測定波長232、215 nm處的吸光度值A,則定義A232/A215為雙烯值[16]。

1.2.2.6 揮發性鹽基氮測定 按照國標GB 5009.228-2016[17]測定肉樣中揮發性鹽基氮的含量。

1.2.2.7 微生物指標測定 按照國標GB 4789.2-2016[18]測定肉樣中菌落總數,結果以菌落總數的對數值(lg CFU/g)表示。按照國標GB 4789.3-2016[19]測定肉樣中大腸菌群數,結果以每g檢樣中大腸菌群最可能數(MPN/g)表示。

1.3 數據處理

采用SPSS 19.0軟件對所得數據進行統計分析,并用Duncan法進行多重差異比較,顯著水平設為0.05,水牛肉的各項品質指標獨立進行3次平行試驗,試驗結果表示以平均值±標準誤差(Means±SE)。

2 結果與分析

2.1 低溫貯藏過程中水牛肉色澤變化

由圖1可知,低溫貯藏過程中水牛肉的L*、a*值隨著貯藏時間的延長呈不斷下降趨勢,水牛肉在4 ℃冷藏條件下變化最為明顯,幾乎呈直線下降(P<0.05);但-18、-60 ℃凍藏在前10 d水牛肉的L*值變化較大(P<0.05),10 d后變化趨勢則趨于平緩。低溫貯藏過程中水牛肉的L*、a*值不斷下降,這是由于水牛肉中紅色的肌紅蛋白被空氣中的氧氣氧化成褐色的高鐵肌紅蛋白以及肉樣中總血紅素下降,隨著高鐵肌紅蛋白的不斷積累及血紅素的不斷降低,進而導致水牛肉L*、a*值降低[8-9]。低溫貯藏過程血紅素的中水牛肉的b*隨著貯藏時間的延長呈不斷上升趨勢,其中4 ℃冷藏的水牛肉前4 d變化非常明顯,但-18、-60 ℃凍藏的水牛肉變化趨勢基本一致,前15 d變化b*值增加較快,隨后趨于平緩(圖1)。低溫貯藏過程中,水牛肉的b*值不斷增加,這可能一方面是由于水牛肉中脂質氧化產物與磷脂基團或蛋白質中的胺之間的非酶促褐變反應生成的黃色素造成的,另一方面是由于肌紅蛋白中的亞鐵離子(Fe2+)氧化成高鐵離子(Fe3+)所致[12]。

圖1 低溫貯藏過程中水牛肉色澤的變化Fig.1 Color variation of buffalo meat during low temperature storage注:a:L*值;b:a*值;c:b*值。

圖2 低溫貯藏過程中水牛肉蒸煮損失變化Fig.2 Variation of cooking loss of buffalo meat during low temperature storage

2.2 低溫貯藏過程中水牛肉蒸煮損失變化

蒸煮損失率是衡量水牛肉保水性的重要品質指標之一。由圖2可知,隨著貯藏時間的延長,3個不同低溫貯藏條件下水牛肉的蒸煮損失率呈上升趨勢。在4 ℃冷藏條件下,貯藏前2 d水牛肉蒸煮損失顯著上升(P<0.05),其增加幅度達14.93%,這可能是加熱后肌原纖維中肌球蛋白、肌動蛋白等蛋白質變性所致[20-21];當貯藏第10 d時,水牛肉蒸煮損失率達36.32%,顯著(P<0.05)高于貯藏第4和第6 d的蒸煮損失率,分別為34.62%和34.99%;隨后水牛肉蒸煮損失率趨于平緩。在-18、-60 ℃凍藏條件下,至貯藏第5 d,水牛肉蒸煮損失率顯著增加(P<0.05),蒸煮損失率分別為33.78%和32.32%,增加幅度分別達13.55%和12.00%;當貯藏第10 d,水牛肉蒸煮損失率分別為34.28%和32.21%,低于4 ℃冷藏水牛肉的蒸煮損失率(36.32%);當貯藏第25 d,水牛肉蒸煮損失率分別達37.73%和35.47%,顯著高于第20 d的蒸煮損失率(P<0.05);且凍藏過程中-18 ℃凍藏的水牛肉蒸煮損失率高于-60 ℃凍藏的水牛肉,這可能是由于凍藏溫度越高,貯藏過程中肌肉水分形成冰晶越大,冷凍解凍后濃縮效應使蛋白質發生變性,且熱處理使肌肉進一步產生熱變形,造成蛋白質發生聚集,肌原纖維發生嚴重收縮[22],從而導致肌肉持水力降低。因此,低溫貯藏過程中,隨著貯藏時間的延長,水牛肉蒸煮損失逐漸升高。

2.3 低溫貯藏過程中水牛肉滴水損失變化

滴水損失是另一個反映水牛肉保水性的重要品質指標,該指標與肉的口感密切相關[23]。由于滴水損失使肉品失水,導致肉品的口感變差。因此,滴水損失是影響肉品質量的關鍵評價指標之一。由圖3可知,隨著貯藏時間的延長,低溫貯藏過程中水牛肉滴水損失不斷增加。4 ℃冷藏期間,水牛肉滴水損失的增加速率基本一致;但-18、-60 ℃凍藏前15 d,水牛肉滴水損失快速上升(P<0.05),隨后其變化趨勢趨于平緩,且-18 ℃凍藏的水牛肉滴水損失高于-60 ℃凍藏的水牛肉。低溫貯藏過程中水牛肉滴水損失不斷增加,這可能主要是由于肌肉中肌球蛋白、肌動蛋白等肌原纖維蛋白發生氧化降解,使得肌肉中蛋白質與水分子之間的氫鍵、靜電斥力和毛細管引力等分子間作用力發生變化,蛋白質分子之間發生聚集進而限制蛋白質與水分子結合,造成蛋白質的水合能力降低,從而導致水牛肉滴水損失增加[24]。同時,-18、60 ℃凍藏水牛肉在解凍時會發生解凍僵直,使得肌動蛋白與肌球蛋白交聯,進而導致肌原纖維發生明顯收縮,肌束間的空隙增大,肌內膜破裂,肌肉組織的致密結構被破壞,導致肌肉汁液流失,造成肌原纖維的持水力下降[25-26],故低溫貯藏過程中4 ℃冷藏水牛肉的滴水損失較-18、-16 ℃凍藏水牛肉更低。

圖3 低溫貯藏過程中水牛肉滴水損失變化Fig.3 Variation of drip loss of buffalo meat during low temperature storage

2.4 低溫貯藏過程中水牛肉pH變化

pH是反映肉品質優劣的重要指標之一[27]。由圖4可知,貯藏過程中水牛肉pH呈先下降后上升趨勢。在冷藏4 ℃條件下,貯藏前2 d水牛肉pH急劇下降(P<0.05),隨后第2～5 d下降速度減緩,第6 d pH開始緩慢回升。這可能是由于水牛肉宰后肌肉發生僵直,肌糖原的無氧酵解產生乳酸,以及ATP的分解產生磷酸根等,導致水牛肉的pH發生快速下降[28-29];但隨著肌肉成熟時間的延長,肌肉蛋白質發生降解,肌肉自溶產生氨、胺等堿性物質,故使得肌肉pH緩慢回升。在凍藏(-18和-60 ℃)條件下,貯藏第15 d時,水牛肉pH最低,隨著肌肉蛋白質分解產生氨、胺等物質,肌肉pH逐漸回升。而且,凍藏-18 ℃比凍藏-60 ℃水牛肉pH低,這可能是由于-18 ℃水牛肉凍藏過程中形成冰晶顆粒較大,解凍時肌肉汁液流失比較嚴重,解離出更多的氫離子(H+)。因此,貯藏過程中-60 ℃水牛肉pH穩定性較好。

圖4 低溫貯藏過程中水牛肉pH變化Fig.4 Variation of pH value of buffalo meat during low temperature storage

2.5 低溫貯藏過程中水牛肉雙烯值的變化

雙烯值是評價肉品中不飽和脂肪酸氧化形成共軛雙鍵數量的重要指標。由圖5可知,隨著貯藏時間的延長,不同貯藏溫度條件下水牛肉的雙烯值呈不斷上升趨勢。在4 ℃冷藏前2 d,水牛肉雙烯值增加緩慢,隨后水牛肉雙烯值快速上升;當貯藏第10 d,水牛肉雙烯值顯著上升(P<0.05),其值達0.82,增幅達41.38%;隨后水牛肉雙烯值增加減緩;當貯藏第12 d,水牛肉雙烯值達0.84(P<0.05),增幅達44.83%。-18、-60 ℃凍藏條件下,當貯藏第10 d,水牛肉雙烯值增加緩慢,其增幅分別為8.62%和6.89%;隨后水牛肉雙烯值增幅加快,當貯藏第30 d,-18、-60 ℃凍藏水牛肉的雙烯值增幅分別為32.76%和31.03%(P<0.05);而且,貯藏過程中-18 ℃水牛肉的雙烯值始終高于-60 ℃水牛肉。章建浩等[16]研究了金華火腿加工過程中脂質氧化變化,研究發現金華火腿原料肉中的雙烯值為0.32,經腌制水分流失略有降低,但曬后和進入高溫成熟階段其雙烯值迅速增加,成熟階段雙烯值達0.51,增幅達59.38%,且其雙烯值與溫度呈正相關。由此可見,升高溫度對貯藏加工過程中肉品的雙烯值具有促進生成作用,且溫度越高對肉品的雙烯值增加越大。

圖5 低溫貯藏過程中水牛肉雙烯值變化Fig.5 Variation of diene value of buffalo meat during low temperature storage

2.6 低溫貯藏過程中水牛肉揮發性鹽基氮的變化

揮發性鹽基氮(TVB-N值)是衡量肉品貯藏或加工過程中腐敗變質的一個重要評價指標。根據國家標準[30]規定:新鮮牛肉中揮發性鹽基氮含量不超過20 mg/100 g。由圖6可知,隨著貯藏時間的延長,低溫貯藏過程中水牛肉TVB-N值不斷增加。在冷藏4 ℃條件下,水牛肉TVB-N值從最初的3.10 mg/100 g,貯藏第8 d達18.5 mg/100 g;貯藏10 d后其TVB-N值顯著上升(P<0.05),達20.08 mg/100 g,超過國家標準限定值(20 mg/100 g),失去食用價值。在凍藏溫度-60、-18 ℃條件下貯藏30 d,水牛肉TVB-N值分別為17.98、18.94 mg/100 g,均在衛生標準范圍內,具有較高的食用價值。Ye等[31]和Hong等[32]研究了冷藏過程中黃牛里脊肉新鮮度的變化,研究發現黃牛肉TVB-N值從起初的6.9 mg/100 g,貯藏8 d后快速上升達19.9 mg/100 g,TVB-N值增加3倍。李升升等[33]研究了運輸溫度(4 ℃)對牦牛肉品質及貨架期的影響,結果發現隨著貯藏時間的延長,牦牛肉的TVB-N值顯著增加,貯藏第8 d時牦牛肉的TVB-N值達14.36 mg/100 g,仍然符合鮮肉的衛生標準(GB 2707-2016[34])。低溫貯藏過程中,隨著貯藏時間的延長,水牛肉TVB-N值不斷增加,這可能主要是由于水牛肉在內源性蛋白酶的作用下,肌肉蛋白發生降解成肽、胨和氨基酸,同時產生氨、胺類等堿性含氮物,進一步分解成腐胺、尸胺、亞精胺、酪胺和色胺等鹽基態氮類物質[35]。

圖6 低溫貯藏過程中水牛肉揮發性鹽基氮變化Fig.6 Variation of total volatile basic nitrogen of buffalo meat during low temperature storage

2.7 低溫貯藏過程中水牛肉微生物指標的變化

2.7.1 低溫貯藏過程中水牛肉菌落總數的變化 菌落總數衡量肉品貯藏過程中腐敗變質的重要微生物指標之一。根據相關規定:一級鮮肉的菌落總數<104CFU/g,二級鮮肉菌落總數為104～106CFU/g,變質肉菌落總數>106CFU/g[36]。由圖7可知,隨著貯藏時間的延長,低溫貯藏過程中水牛肉的菌落總數呈上升趨勢。4 ℃冷藏前4 d,水牛肉菌落總數增加緩慢,達3.83lg(CFU/g),均在一級鮮度范圍內;隨后水牛肉菌落總數隨著貯藏時間的延長呈顯著上升的趨勢(P<0.05);當貯藏第8 d時,菌落總數達5.91lg(CFU/g),屬于二級鮮度范圍;當貯藏第10 d,菌落總數達6.70lg(CFU/g),超過鮮肉菌落總數限量值。這可能主要是由于肌肉中假單胞菌、不動桿菌和肉食桿菌等腐敗菌大量繁殖所致。李升升等[33]研究了運輸溫度(4 ℃)對牦牛肉菌落總數的影響,結果發現運輸溫度對菌落總數有顯著影響。貯藏前2 d,水牛肉菌落總數達4.41lg(CFU/g),隨后菌落總數顯著增長;當貯藏第8 d,菌落總數達5.99lg(CFU/g),接近腐敗程度。徐宏蕾等[37]研究了4 ℃冷藏條件下黃牛肉菌落總數的變化,研究發現貯藏前2 d菌落總數變化不大,其值達3.5lg(CFU/g);隨后菌落總數迅速增長,第8 d菌落總數達5.50lg(CFU/g);當第12 d菌落總數高達5.96 lg(CFU/g),接近鮮肉的限定值。在-18、-60 ℃凍藏過程中,水牛肉的菌落總數始終維持在肉品一級鮮度范圍內,且-60 ℃凍藏的水牛肉菌落總數低于-18 ℃凍藏水牛肉,這可能是由于降低溫度更有利于抑制肉樣中假單胞菌等細菌的正常生長繁殖。

圖7 低溫貯藏過程中水牛肉菌落總數的變化Fig.7 Variation of total number of colonies in buffalo meat during low temperature storage

圖8 低溫貯藏過程中水牛肉大腸菌群數的變化Fig.8 Variation of the number of coliform bacteria in buffalo meat during low temperature storage

2.7.2 低溫貯藏過程中水牛肉大腸菌群數的變化 大腸菌群是評價肉品質量安全的重要品質指標之一,其數值越大說明肉品污染越嚴重,但目前國標中尚未規定鮮牛肉中的大腸菌群數的限量值[38]。由圖8可知,隨著貯藏時間的延長,不同低溫貯藏條件下(4、-18和-16 ℃)水牛肉大腸菌群數總體上呈不斷增加趨勢。在4 ℃冷藏前2 d,水牛肉中的大腸菌群數從初始的3.0 MPN/g增加至6.23 MPN/g;貯藏第4 d開始,水牛肉中的大腸菌群數上升趨勢幾乎呈幾何級數增長(P<0.05);貯藏第10 d,水牛肉中的大腸菌群數高達93.0 MPN/g,顯著超過-18、-60 ℃凍藏水牛肉中的大腸菌群數(P<0.05),分別為7.4和3.6 MPN/g。-18、-60 ℃凍藏前20 d,水牛肉中的大腸菌群數增長緩慢,且數量均在16.0 MPN/g范圍內;隨后,水牛肉中的大腸菌群數增長速度加快。由此可見,降低貯藏溫度,可以有效控制大腸菌群數量的增長速度,減緩水牛肉受大腸菌群的污染程度。

3 結論

低溫貯藏過程中,隨著貯藏時間的延長,水牛肉的a*值、L*值顯著下降(P<0.05),但水牛肉的滴水損失、蒸煮損失、b*值、雙烯值、揮發性鹽基氮(TVB-N值)、菌落總數、大腸菌群數呈顯著上升(P<0.05),pH呈先下降后上升的動態變化。三種不同低溫貯藏下,4 ℃冷藏的水牛肉TVB-N值、菌落總數比-18、-60 ℃凍藏的水牛肉增長速度快,貯藏第10 d時水牛肉的TVB-N值和菌落總數分別為20.08 mg/100 g和6.7lg(CFU/g),超過衛生標準限定值,但-18、-60 ℃凍藏水牛肉均在衛生標準范圍內。因此,水牛肉冷鏈貯藏運輸過程中,4 ℃冷藏適合水牛肉的短期貯藏保鮮且品質下降較快,而-18 ℃凍藏適合水牛肉的長期保藏,且-60 ℃凍藏更有利于保持水牛肉品質穩定,延長產品的貨架期。