低壓靜電場輔助冷藏對牛肉品質的影響

胡斐斐，錢書意，李 俠，江 峰，胡海梅，張春暉,*

（1.中國農業科學院農產品加工研究所，農業農村部農產品加工綜合性重點實驗室，北京 100193；2.長虹美菱股份有限公司，安徽 合肥 230000）

牛肉中含有豐富的蛋白質和人體必需氨基酸，且脂肪含量低、味道鮮美，深受消費者喜愛。冷藏作為牛肉最重要的貯藏方式之一，通過降低溫度以減緩化學反應速度、抑制微生物生長代謝，從而延長肉品保質期[1]。然而，牛肉冷藏過程中易出現品質劣變現象（如汁液流失、色澤劣變等），造成一定的經濟損失[2]。為滿足市場對品質的要求，研發提高冷鮮肉品質的新型冷藏工藝成為肉品科學領域的一大熱點，目前主要的新型輔助方法有氣調包裝輔助冷藏[3]、真空包裝輔助冷藏[4]及保鮮劑輔助冷藏[5]等。但真空包裝輔助冷藏和氣調包裝輔助冷藏操作繁瑣、設備復雜[6]，而保鮮劑輔助冷藏存在一定安全隱患[7]。

近年來，靜電場技術在食品保鮮領域受到廣泛關注，為肉品保鮮技術革新提供了新的思路[8]。靜電場可分為高壓靜電場（＞2 500 V）和低壓靜電場（≤2 500 V）[9]。高壓靜電場的應用多集中在果蔬保鮮[10]和輔助肉品凍結解凍[11]方面，但由于其能耗高、安全性較差，無法大規模應用。低壓靜電場具有效率高、成本低、操作簡單等優勢[12]。近期有研究發現，低壓靜電場輔助牛肉凍結、解凍可有效抑制牛肉肌原纖維蛋白變性，提高肌肉持水力[13-14]。亦有研究報道低壓靜電場結合氣調包裝可有效延長肉品貨架期，提高肉品品質；路立立[15]研究發現低壓靜電場結合高氧氣調包裝在貯藏期間可有效保持豬肉貯藏期間色澤和持水力，并降低流失汁液中游離氨基酸含量；段偉文等[9]研究發現低壓靜電場結合氣調包裝在冰溫貯藏過程中能延長凡納濱對蝦的貨架期，延緩核苷酸降解；此外，陳文波等[16]研究發現低壓靜電場環境下貯藏白切雞可有效抑制其微生物生長，延長貨架期。然而，關于低壓靜電場輔助冷藏條件下肉品品質的變化規律鮮有報道，且與靜電板的隔距不同，肉品暴露在不同的電場強度下，其保鮮效果也有所區別。因此，為開發一套完善的基于低壓靜電場輔助牛肉冷藏保鮮方法，本實驗研究了電壓強度為2 500 V的靜電場條件下與靜電發生板不同隔距處牛肉冷藏（4 ℃）過程中的品質變化，為低壓靜電場輔助肉品冷藏保鮮技術提供理論依據和參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原料肉為北京卓宸畜牧有限公司提供的檢疫合格、質量約為400 kg的2 歲草原黃牛背最長肌。牛屠宰后經48 h吊掛風冷排酸（溫度0～4 ℃、相對濕度90%、循環冷風風速2 m/s）后，從10 頭長勢相近的公牛胴體中分別取2 條背最長肌，共分割成120 塊肉樣，每塊約為5 cm×4 cm×3 cm，運回實驗室后4 ℃冷藏并進行后續實驗。

1.2 儀器與設備

電子天平 賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；SW-CJ-1FD超凈工作臺 蘇州普愛德凈化設備科技有限公司；CR-400色差儀 日本柯尼卡美能達公司；TA.XT Plus質構分析儀 英國Stable Micro Systems公司；MesoMR23-060H-I低場核磁共振儀及成像系統 上海紐邁電子科技有限公司；Quanta200FEG場發射環境掃描電子顯微鏡、H-7500透射電子顯微鏡日本日立公司；DENBA+鮮度保持電場裝置（125 mm×175 mm×100 mm） 日本AGUA商事株式會社。

本實驗所采用的靜電場裝置由靜電場發生裝置（AC220 V、50/60 Hz）和放電板（140 mm×120 mm）組成，放電板在冷藏庫（4 ℃）內產生低壓靜電場，形成負離子環境，物料不與放電板直接接觸（放電板垂直放置，肉樣與放電板平行），肉樣在靜電場環境中的放置模擬圖和低壓靜電場實驗裝置分別見圖1、2。靜電場發生裝置輸出電壓為2 500 V、電流為0.2 mA。

圖1 肉樣在低壓靜電場環境中放置的模擬圖[12]Fig.1 Simulation diagram of meat samples in electrostatic feild environment[12]

圖2 低壓靜電場實驗裝置[14]Fig.2 Schematic diagram of the experimental apparatus of low voltage electrostatic field[14]

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

120 塊肉樣隨機分為5 組，非靜電場下冷藏的牛肉作為對照組，低壓靜電場環境下冷藏的牛肉為實驗組，實驗組牛肉與靜電場發生板的隔距分別為10、30、50、70 cm（分別記為L10、L30、L50、L70）。用透明聚乙烯膜包裝后在4 ℃下冷藏。分別在第1、3、5、7、9天取樣分析。

1.3.2 菌落總數的測定

菌落總數的測定參照GB 4789.2—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數測定》[17]。取25 g肉樣斬碎混勻放入拍打袋中，加入225 mL無菌生理鹽水，拍打2 min，制成1∶10（m/V）的樣品勻液。取1 mL樣品勻液以兩個合適的梯度（1∶100、1∶1 000）進行稀釋。取1 mL稀釋后的樣品勻液于無菌平皿中，混合均勻待瓊脂凝固后，翻轉平板，在37 ℃下培養48 h。

1.3.3 TVB-N含量的測定

總揮發性鹽基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）含量測定參照GB 5009.228—2016《食品安全國家標準 食品中揮發性鹽基氮的測定》[18]中的自動凱氏定氮儀進行測定。取10 g肉樣絞碎混勻，加入100 mL蒸餾水，振搖30 min后濾紙過濾，取5 mL濾液于消化管中（試劑空白組取5 mL蒸餾水于消化管中），并加入10 mL蒸餾水和5 mL 20 g/L氧化鎂混懸液，用凱氏定氮儀蒸餾5 min（接收瓶中有冷卻樣品進入開始計時）后，吸收液用0.01 mol/L的HCl溶液滴定至中性，利用所消耗的HCl溶液體積計算得到TVB-N的含量，具體按公式（1）計算。

式中：V1表示試液消耗鹽酸溶液的體積/mL；V2表示試劑空白消耗鹽酸溶液的體積/mL；c表示鹽酸溶液的濃度/（mol/L）；14表示滴定1.0 mL鹽酸溶液相當的氮的質量/（g/mol）；m表示試樣質量/g。

1.3.4 色澤的測定

色澤的測定參考李銀等[19]的方法，用色差儀直接測定樣品表面的亮度L*值、紅度a*值、黃度b*值。色差計在使用前用白板進行校準。每一試樣平行測定5 次。

1.3.5 持水力的測定

貯藏損失率的測定參考Honikel[20]的方法，冷藏前稱取樣品質量（m1/g），冷藏后用吸水紙吸干肉樣表面水分后稱其質量（m2/g）。貯藏損失率按公式（2）計算。

蒸煮損失率的測定參考Honikel[20]的方法，冷藏前稱取肉樣質量（m1/g），冷藏后將其置于聚乙烯袋中于80 ℃水浴30 min，然后用20 ℃流動水冷卻，吸水紙吸干肉樣表面水分后稱其質量（m3/g）。蒸煮損失率按公式（3）計算。

1.3.6 剪切力的測定

剪切力的測定參考謝小雷等[21]的方法。將肉樣放入蒸煮袋中并封口，置于沸水浴中加熱至肉樣中心溫度達到72 ℃后取出，冷卻至室溫。將肉樣修整為3 cm×1 cm×1 cm大小，利用TA.XT Plus質構儀進行剪切力的測定，探頭型號BSW、探頭前進距離25 mm、測前速率5 mm/s、進刀速率10 mm/s、測后速率10 mm/s。

1.3.7 H質子密度成像的測定

參考謝小雷等[21]的方法，采用核磁共振成像系統自旋回波成像序列對樣品進行H質子密度成像。將肉樣放入永磁場中心位置的射頻線圈中心，進行成像實驗。主要參數為：重復時間2 000 ms、重復次數4、縱向弛豫時間20 ms，根據CPMG序列測得的T2，選擇自旋回波時間20 ms。

1.3.8 肌肉微觀結構觀察

肌肉微觀結構觀察參照Palka等[22]的方法，并稍作修改。將待測樣品切成3 個3 mm×3 mm×5 mm的長方體，用體積分數為2.5%的戊二醛溶液固定48 h，用0.1 mol/L的磷酸鹽緩沖液（pH 7.3）沖洗后，用2 mol/L氫氧化鈉溶液浸泡5 d，取出后于室溫（27±1）℃放置2 h。用蒸餾水沖洗樣品，采用不同體積分數（25%、50%、70%、95%及100%）的乙醇溶液梯度脫水2 次，每次1 h。脫水后的樣品用叔丁醇凍干，將樣品橫切面向上貼在掃描電子顯微鏡樣品臺上，用離子濺射鍍膜儀濺射噴金，在加速電壓為10 kV的掃描電子顯微鏡下觀察并拍照，放大300 倍。

1.3.9 肌肉超微結構觀察

肌肉超微結構觀察參考Mestre Prates等[23]的方法并稍作修改。將待測樣品切成3 個2 mm×2 mm×6 mm的長方體，操作步驟與1.3.8節相同，乙醇脫水溶液后再利用無水丙酮置換3 次，每次放置7～15 min。然后用619#包埋劑進行包埋，并用切片機切片，醋酸鈾-檸檬酸鉛進行染色，最后用透射電子顯微鏡觀察拍照，放大15 000 倍。

1.4 數據統計分析

本實驗采用Excel 2019軟件處理數據并繪制分析圖，指標測定均為3 次平行測定結果，表示為平均值±標準差，利用SPSS 25軟件進行Duncan法多重比較及顯著性分析（P＜0.05表示差異顯著）。

2 結果與分析

2.1 低壓靜電場對牛肉冷藏期間菌落總數的影響

菌落總數是衡量肉品貯藏過程中腐敗變質的重要微生物指標之一。GB 16869—2005《鮮、凍禽產品》規定，一級鮮肉菌落總數應低于4（lg（CFU/g）），菌落總數超過6（lg（CFU/g））時冷鮮肉變質，視為腐敗肉[24]。如圖3所示，冷藏期間各組肉樣的菌落總數呈持續增長趨勢，與對照組相比，低壓靜電場下貯藏的實驗組肉樣菌落總數較低。L10、L30和L50組菌落總數增長較為緩慢，在第7天時，L10、L30和L50組菌落總數分別為5.11、5.54、5.27（lg（CFU/g）），顯著低于對照組和L70組（6.41（lg（CFU/g））和6.23（lg（CFU/g）））（P＜0.05），此時對照組和L70組的菌落總數大于6（lg（CFU/g）），表明肉品已變質。第9天時，L10、L30和L50組菌落總數分別為6.34、6.56、6.42（lg（CFU/g）），顯著低于對照組和L70組（8.12（lg（CFU/g））和7.92（lg（CFU/g）））（P＜0.05）。陳文波等[16]在研究低壓靜電場輔助白切雞冷藏時發現微生物繁殖得到明顯抑制，與本實驗結果類似。Li Dapeng等[25]研究發現靜電場輔助解凍亦能達到抑制鯉魚菌落總數增長的效果。本研究中，適宜距離范圍內（10～50 cm）低壓靜電場輔助冷藏有效抑制了微生物的生長、延長了牛肉的貯藏期，分析是由于靜電場條件下改變了微生物細胞膜內外電勢，導致其生長繁殖受到抑制[26]。

圖3 不同處理對牛肉冷藏期間菌落總數的影響Fig.3 Effects of different treatments on total bacterial count of beef during chilling storage

2.2 低壓靜電場對牛肉冷藏期間TVB-N含量的影響

圖4 不同處理對牛肉冷藏期間TVB-N含量的影響Fig.4 Effects of different treatments on TVB-N content of beef during chilling storage

TVB-N含量是判斷冷鮮肉腐敗變化的重要指標之一[27]。冷鮮肉在貯藏過程中，細菌和酶的作用使蛋白分解而產生氨及胺類等堿性揮發性含氮物質。GB 2707—2016《食品安全國家標準 鮮（凍）畜、禽產品》規定，冷鮮肉的TVB-N含量超過15 mg/100 g即視為腐敗[28]。如圖4所示，隨著貯藏時間延長，各處理組的TVB-N含量呈逐漸上升趨勢，與潘曉倩等[29]的研究結果一致。整個冷藏期間，實驗組TVB-N含量均低于對照組，其中，L10、L30和L50實驗組肉樣的TVB-N含量顯著低于對照和L70組（P＜0.05）。貯藏第9天，L30、L10、L50和L70組TVB-N含量分別為11.21、11.71、11.93 mg/100 g和13.12 mg/100 g，顯著低于對照組（15.93 mg/100 g）（超過G B 2 7 0 7—2 0 1 6 腐敗標準1 5 m g/1 0 0 g）（P＜0.05）。Hsieh等[30]研究發現靜電場輔助冷藏期間羅非魚TVB-N的產生受到顯著抑制，與本實驗結果類似。實驗結果表明，低壓靜電場輔助冷藏可有效抑制牛肉TVB-N含量上升，分析是由于靜電場環境下空氣中產生的臭氧和負離子[31]會抑制腐敗菌和致病微生物的生物活性，進而延緩由細菌和酶作用產生的氨及胺類等堿性含氮物質的積累。此外由結果可知，肉樣與靜電板的適宜距離為10～50 cm（抑制TVB-N積累）。

2.3 低壓靜電場對牛肉冷藏期間色澤的影響

表1 不同處理對牛肉冷藏期間色澤的影響Table 1 Effects of different treatments on color of beef during chilling storage

肉色在很大程度上影響著消費者的購買欲，同時也是衡量肉類感官品質的重要指標之一[12]。L*值代表肉樣的亮度，該值越大說明肉光澤度越好；a*值代表紅度，該值越高說明肉色澤越好，越新鮮；b*值代表黃度，該值越高說明肉越不新鮮[32]。如表1所示，隨貯藏時間延長，肉樣的L*、a*、b*值呈先升高后降低趨勢，與Lu Xiao等[33]的實驗結果一致。整個貯藏期間，實驗組肉樣的L*值均顯著高于對照組（P＜0.05），第3、5、7天時，L50組肉樣a*值顯著大于對照組（P＜0.05），表明低壓靜電場處理能夠達到較好的護色效果。a*值的變化與肌紅蛋白的氧化和高鐵紅蛋白的形成有關[34]，貯藏前期（1～3 d）肉樣表面與氧氣結合形成鮮紅色的氧合肌紅蛋白，引起a*值增大。貯藏后期（5～9 d），肌肉組織的過度氧化以及大量微生物的生長繁殖，促進了呈褐色的高鐵肌紅蛋白形成，使a*值降低[35]。

2.4 低壓靜電場對牛肉冷藏期間持水力的影響

圖5 不同處理對牛肉冷藏期間貯藏損失率（A）和蒸煮損失率（B）的影響Fig.5 Effects of different treatments on purge loss (A) and cooking loss (B) rate of beef during chilling storage

冷鮮肉在貯藏過程中由于持水力下降，出現汁液流失現象，導致肌肉中的一些營養成分如小分子肽、氨基酸等流失，冷鮮肉的營養價值隨之下降[2]。貯藏損失率和蒸煮損失率是反映肉樣持水力的重要指標[3]。如圖5A所示，隨著貯藏時間的延長，貯藏損失率呈增長趨勢，整個貯藏期間，L10、L30和L50組貯藏損失率均低于L70和對照組。第9天時，L10、L30和L50組貯藏損失率分別為1.37%、1.33%和1.25%，顯著低于L70組（1.84%）和對照組（2.31%）（P＜0.05）。如圖5B所示，隨貯藏時間延長，各處理組肉樣蒸煮損失率呈逐漸上升趨勢。整個貯藏期間，未施加靜電場處理的對照組肉樣的蒸煮損失率略高于各實驗組，但組間差異不顯著（P＞0.05），分析可能是由于貯藏期間各組肉樣出現了不同程度的汁液流失。Faridnia等[36]認為外加電場可導致肌肉內水分子發生共振現象，引起水分子結構和其與肌肉蛋白的結合狀態發生改變，降低了肌肉水的流動性；此外，靜電場可抑制微生物的生物活性和肌肉細胞內酶活性，使細胞在一段時間內免于自溶，從而保持肌肉的細胞完整性[37]，使肉樣的持水力在冷藏期間得到有效維持。本研究中，貯藏損失率和蒸煮損失率的實驗結果表明低壓靜電場輔助冷藏能夠改善牛肉的持水力，抑制汁液流失。

2.5 低壓靜電場對牛肉冷藏期間嫩度的影響

圖6 不同處理對牛肉冷藏期間剪切力的影響Fig.6 Effects of different treatments on shear force of beef during chilling storage

肉樣剪切力的大小與嫩度密切相關，剪切力越大表示肉樣嫩度越小[12]。如圖6所示，隨著貯藏時間的延長，肉樣剪切力呈逐漸上升趨勢，與Qian Shuyi等[38]的研究結果一致。貯藏期間（5～9 d），處理組肉樣剪切力均顯著低于對照組（P＜0.05）。第9天時，L30、L10和L50組剪切力分別為46.72、48.43 N和52.05 N，顯著低于L70和對照組（58.51 N和69.28 N）（P＜0.05）。實驗結果表明，低壓靜電場輔助冷藏可有效維持肉樣嫩度。貯藏過程中，肉樣的嫩度與持水力密切相關，持水力越高嫩度則越大[39]，本研究中，靜電場條件下的肉樣持水力較高，印證了剪切力的實驗結果。

2.6 低壓靜電場條件下牛肉H質子密度成像圖

圖7 不同處理條件下牛肉冷藏期間H質子密度成像圖Fig.7 Images of H proton density of beef during chilling storage under different treatments

H質子密度成像圖可直觀反映肉樣內部H質子的分布，圖像中紅色區域越多，表明H質子密度越高、該部分的含水率越高，藍色區域越多則表明H質子密度越低、該部分的含水率越低[40]。如圖7所示，隨著貯藏時間的延長，各處理組肉樣圖像中紅色逐漸消失，說明貯藏期間出現汁液流失，肉樣含水率下降。貯藏第7天和第9天時，L10、L30和L50組肉樣圖像呈較多的紅色和黃色，而L70和對照組肉樣圖像中僅存零星的紅色，呈較多的藍色，說明L10、L30和L50組肉樣含水率高于L70和對照組，印證了持水力的實驗結果。

2.7 低壓靜電場對牛肉冷藏期間微觀結構的影響

圖8 不同處理條件下牛肉冷藏第7天時的掃描電子顯微鏡圖Fig.8 SEM imagies of beef on the 7th day of chilling storage under different treatments

圖9 不同處理條件下牛肉冷藏第7天時的透射電子顯微鏡圖Fig.9 TEM images of beef on the 7th day of chilling storage under different treatments

肉品微觀結構的改變與其品質（持水力等）密切相關[14]。從圖8新鮮牛肉和冷藏第7天時不同處理組的肌肉橫截面微觀結構可以看出，新鮮牛肉的肌纖維結構完整且飽滿，排列緊密。貯藏第7天時，各處理組牛肉肌纖維遭受不同程度的破壞，其中對照組的牛肉肌纖維破壞程度最為嚴重，肌纖維排列疏松、間隙較大，肌束膜出現撕裂現象。而實驗組的牛肉肌纖維較對照組排列更緊密、間隙小，其中L10、L30和L50組表現較為明顯。L70組和對照組肌纖維間出現較大縫隙，這些縫隙導致“水渠”[41]形成，肌肉水沿“水渠”流出，形成汁液流失。

肌原纖維由多個肌小節組成，兩條相鄰Z線之間的區域為一個肌節。由圖9可見，新鮮牛肉肌原纖維的A帶、I帶清晰可辨，Z線明顯且完整。貯藏第7天的各處理組牛肉肌原纖維遭受不同程度的破壞：對照組出現明顯Z線崩解和肌節錯位現象，而施加靜電場處理的L10、L30組的Z線、A帶和I帶結構較為清晰完整，L50、L70組肉樣的超微結構則出現一定程度的損傷。實驗結果表明，有效隔距內的低壓靜電場在冷藏過程中能維持肌肉的微觀結構完整性，從而提高肉樣持水力，印證了貯藏損失率的實驗結果。

3 結 論

牛肉在冷藏過程中品質出現劣變，低壓靜電場環境下貯藏牛肉對其品質產生不同程度的影響。本研究中使用靜電場輔助牛肉冷藏，與對照相比，可有效抑制牛肉貯藏期間的菌落總數上升和TVB-N積累，延長牛肉的貯藏期；此外，低壓靜電場可有效抑制牛肉色澤劣變、保持其持水力和嫩度，并維持肌肉微觀結構的完整性。綜上，在有效隔距范圍內（10～50 cm），低壓靜電場輔助冷藏可延緩牛肉的品質劣變、改善牛肉的品質。