等離子體處理對生鮮牛肉殺菌效果及營養品質的影響

仇俊　翟國臻　孫運金

采用大氣等離子體技術對生鮮牛肉進行處理，研究該處理對牛肉殺菌效果和品質特性的影響，包括水分含量、pH值、菌落總數、硫代巴比妥酸反應物（thiobarbituric acid reactive substance，TBARs）值、總揮發性鹽基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）含量、色差值、游離氨基酸含量及脂肪酸含量等品質指標。結果表明：經過30 s等離子體處理可有效降低牛肉的菌落總數，減緩脂質氧化和TVB-N含量增加的趨勢，有效增加牛肉部分游離氨基酸含量并減少部分脂肪酸含量;此外，等離子體處理后牛肉的亮度值不變，紅度值和黃度值均小幅度降低。綜上，等離子處理可以有效抑制生鮮牛肉的菌落生長和脂質氧化，有助于延長貨架期，且對生鮮牛肉營養品質沒有明顯影響。

大氣等離子體;生鮮牛肉;菌落總數;揮發性鹽基氮;營養品質

Effects of Plasma Treatment on the Sterilization and Nutritional Quality of Fresh Beef

QIU Jun ZHAI Guozhen SUN Yunjin

In this study， the effect of atmospheric plasma treatment?on the sterilization?and quality characteristics of fresh beef was addressed. The parameters investigated included?water content， pH value， total bacterial count （TBC）， thiobarbituric acid reactive substance?（TBARs） value， total volatile base nitrogen?（TVB-N）?content， color parameters， free amino acid content?and fatty acid content. The results indicated that plasma treatment for up to?30?s could effectively decrease the TBC， and retard lipid oxidation and the increase in TVB-N?content， and significantly increase the content of some free amino acids and?decrease the content of some fatty acids. Additionally， after?the?treatment， the color parameter?* remained unchanged while * and * decreased?slightly. In conclusion， plasma treatment could effectively inhibit bacterial growth and lipid oxidation of fresh beef， consequently helping in prolonging the shelf life，?while having no obvious effect on the nutritional quality of fresh beef.

?atmospheric plasma; fresh beef; total bacterial count; volatile base nitrogen; nutritional quality

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20220125-005

中圖分類號：TS251.1 ????????????????????文獻標志碼：A ??????????????文章編號：

肉類在加工、包裝、貯藏和運輸過程中易受到微生物的侵染，引發食源性疾病，給貯藏保鮮技術帶來挑戰。目前，常用的肉類保鮮技術有低溫冷凍、氣調包裝、電離輻射、超高壓技術等。這些技術各有優勢，但也存在一些缺點。譬如：低溫冷凍可延長肉類的貯藏期，但需要配套相應的冷鏈運輸設備，增加了保鮮成本。而氣調包裝技術應用時，過高的O含量會使肉品的嫩度下降，且二者具有一定的線性關系。Zhu Meijun等研究發現，輻照處理可減少雞胸肉的菌落總數，但促進了雞胸肉的脂質氧化，并產生一些有毒物質和不良氣味。王晶研究發現，超高壓技術處理豬肉后可延長豬肉的貯藏期，但由于壓力較大使得肉的組織結構松散，對感官品質產生了負面影響。

大氣等離子體作為一種非熱、環保的新興冷殺菌技術，已經成功應用于生物組織治療和醫療設備消毒，目前在食品領域也受到越來越多的關注。等離子體中的活性粒子可使微生物細胞膜表面的蛋白質失活，導致磷脂雙分子層功能受損、細胞膜通透性增加，細胞內外正常的物質進出循環受損。同時，等離子體激發產生的紫外線也能誘導細胞膜損傷并誘發DNA鏈的斷裂，從而導致微生物細胞凋亡，且細胞膜受損會導致胞內物質的流出以及菌體鞭毛的脫落，對微生物細胞的功能造成不可逆損傷。現有研究發現，等離子體處理可有效殺滅肉中李斯特菌、沙門氏菌、大腸桿菌及葡萄球菌屬，有利于降低安全風險并延長保鮮周期。朱莉華等研究發現，等離子體處理可有效滅活新鮮雞蛋表面的沙門氏菌，起到殺菌和保鮮的作用。Albertos等研究發現，通過介質阻擋放電的方式產生等離子體處理鯡魚，可以減少鯡魚的好氧菌屬、假單胞菌屬和腸桿菌屬數量，并且在70 kV、5 min的處理條件下對脂質氧化無影響。Kim等研究發現，射頻放電處理方式產生等離子體并處理牛肉干，其產生的活性氧能有效滅活牛肉干中的金黃葡萄球菌，同時對牛肉干的顏色、剪切力、脂肪酸含量沒有明顯影響。Wang Xiaoting等研究發現，介質阻擋放電方式產生等離子體并處理牛肉餅，處理后樣品的硫代巴比妥酸反應物（thiobarbituric acid reactive substance，TBARs）值升高。目前，大多等離子體技術在肉類保鮮方面的應用圍繞介質阻擋放電和輝光放電2?種形式進行研究，實際上，這2?種放電方式由于處理面積較小，較難實現大面積、大規模應用。

滑動電弧放電也是一種常見的大氣等離子體放電模式，相對于其他的等離子體放電模式，該模式產生的活力粒子濃度較大，處理面積大、樣品種類多，具有重要的市場應用價值。本研究基于之前滑動電弧等離子體在生鮮豬肉、羊肉和雞肉的處理效果，以現有生鮮牛肉的生產流水線為應用背景，搭建大氣滑動電弧放電對生鮮牛肉的處理設備，分析等離子體處理不同時間對牛肉殺菌效果以及色值、營養品質和風味的影響，為等離子體在生鮮肉保鮮領域的應用提供指導。

1.1 ??材料與試劑

牛肉購于北京市永輝超市，在0.5 h內用冰袋運回實驗室。

2-硫代巴比妥酸（生化試劑）、三氯乙烷、鹽酸、無水乙醚、無水乙醇、氫氧化鈉 ??國藥集團化學試劑有限公司;磺基水楊酸???上海阿拉丁生化科技股份有限公司;十一碳酸甘油三酯、混合脂肪酸甲酯（色譜純） ??美國Sigma公司;氨基酸混合標品（色譜純） ??日本日立公司;平板計數瓊脂???北京奧博星生物技術有限責任公司。

1.2 ??儀器與設備

UV-2800紫外-可見分光光度計 ??上海尤尼柯儀器有限公司;大氣等離子體放電設備 ??實驗室自制（裝置示意圖見圖1）;L-8900自動氨基酸分析儀 ??日本日立公司;CM-700d1分光測色計 ??日本Konica Minolta公司;Testo 205便攜式pH計 ??德圖儀表（深圳）有限公司;7890B氣相色譜儀???美國Agilent Technologies公司。

1. 空氣壓縮機;2. 氣體流量計;3. 陶瓷反應器;4. 等離子體;5. 基臺;6. 等離子體電源。

1.3 ??方法

1.3.1 ??樣品前處理

將購買的牛里脊肉去掉筋膜與多余的脂肪組織，切成約5 cm×5 cm×1 cm的厚片并放入無菌培養皿中，共20 片。把切好的牛肉片在無菌環境中分別用等離子體處理10、30、50 s，并取1?組未處理樣品作為對照，每組5 片。將處理組與對照組分別放入保鮮盒中并加蓋保鮮膜，于4 ℃冰箱保存。處理當天記為第0天，每2?d從各組取相應質量的樣品測定一次相關指標，實驗共進行8?d。各指標重復測定3 次后取平均值。

1.3.2 ??水分含量測定

按照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》進行測定。

1.3.3 ??pH值測定

將20 g肉樣剁碎，鋪平在大燒杯底部，用便攜式pH計直接插入肉樣中，五點法測定肉樣的pH值。

1.3.4 ??菌落總數測定

按照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》進行測定。

1.3.5 ??TBARs值測定

參考Salish等的方法。稱取5 g待測樣品，加入25 mL體積分數20%的三氯乙酸，再加入20 mL蒸餾水;肉樣在室溫（20 ℃）下均質10 min（8 次/s）后靜置30 min并過濾，上清液用蒸餾水定容至50 mL。移取5 mL制備所得溶液，并加入5 mL?0.02 mol/L?2-硫代巴比妥酸溶液。將混合液沸水浴20 min，待混合液溫度降至室溫，在532 nm波長處測定吸光度，同時在該波長處測定蒸餾水吸光度作為空白對照。TBARs值按下式計算。

TBARs值/（mg/100 g）=（-）×7.8

式中：7.8為換算系數/（mg/100 g）。

1.3.6 ??總揮發性鹽基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）含量測定

按照GB 5009.228—2.16《食品安全國家標準?食品中揮發性鹽基氮的測定》中的第一法，采用半微量定氮法進行測定。

1.3.7 ??色值測定

以標準白板校正后，同1.3.3節，用五點法測定測定牛肉的亮度值（*）、紅度值（*）和黃度值（*）。

1.3.8 ??游離氨基酸測定

參考張蘇平等的方法。準確稱取1.00 g牛肉，加入25 mL 0.02 mol/L稀鹽酸溶液，4 ℃、8 000 r/min離心5 min，取上清液過濾并定容至50 mL;取4 mL樣品加入4 mL體積分數為5%的磺基水楊酸，混勻后依次過0.45、0.22 μm的微孔濾膜，轉移至氨基酸分析儀進樣機。

1.3.9 ??脂肪酸的測定

按照GB 5009.168—2016《食品安全國家標準?食品中脂肪酸的測定》進行測定。

1.4 ??數據處理

采用SPSS 25.0軟件對數據進行方差分析，并采用Duncan’s法進行多重比較，差異顯著性標準為<0.05。

2.1 ??等離子體處理對牛肉水分含量和pH值的影響

水分含量是反映牛肉品質的重要指標，可以實時反映牛肉的品質。由表1可知，在等離子體處理30 s以內，等離子體處理牛肉水分含量與對照組沒有顯著差異。超過30 s后，水分散失，水分含量出現顯著下降（<0.05），這可能是由于等離子體處理時間延長，等離子體中的部分熱量傳導至牛肉表面，加速水分蒸發。同時，滑動弧放電等離子體中還有大量的活性成分，這些活性離子容易與水分子發生電離反應，生成易于揮發的各類自由基和活性成分，進一步加劇了水分在牛肉表面的解離。空氣放電后會產生氮氧化物，進而與水反應生成亞硝酸，而Rayson等的研究表明，在水中亞硝酸可以不斷分解產生硝酸鹽與一氧化氮。

pH值是牛肉的重要參考指標，牛樂寶研究發現，當牛肉的極限pH值大于5.6將可能發生變黑、變硬、變干現象，使牛肉的感官特性降低。經過等離子體處理后，牛肉的pH值顯著降低（<0.05）。該變化可能與脂質和蛋白質降解產生的脂肪酸和氨基酸有關。

2.2 ??等離子體處理對牛肉表面菌落總數的影響

菌落總數是衡量肉潔凈程度的重要指標，與肉的受污染程度密切相關，菌落總數越高，其中含有致病菌及毒素的可能性也就越大。微生物在繁殖和產生有毒物質的同時還會分解肉中的蛋白質等營養物質，使肉的營養價值降低，同時產生硫化物等具有不良氣味的物質，破壞肉的感官價值。由圖2可知，貯藏過程中等離子體處理組的菌落總數均小于對照組，說明等離子體處理可以減緩牛肉貯藏過程中雜菌的生長進程。牛肉表面的菌落總數與處理時間呈負相關，原因是等離子體對肉表面的初始菌落有滅殺作用，且處理時間越長效果越好，可以較好地抑制貯藏后期微生物的生長。Yong等探究介質阻擋放電模式對牛肉表面致病微生物的殺菌效果，結果表明，等離子體處理10 min可使大腸桿菌、沙門氏菌、單增李斯特氏菌及黃曲霉菌的菌落數下降2～3（lg（CFU/g）），表明等離子體處理對牛肉中常見的致病微生物均具有顯著殺菌效果。貯藏期間，從第2天開始，處理50 s的實驗組曲線斜率明顯減小，相比其他實驗組表現出更好的抑菌效果。貯藏8?d后，等離子體處理50 s的實驗組菌落總數較對照組降低0.5（lg（CFU/g））。與已有研究相比，本實驗證明等離子體處理對貯藏后期牛肉表面菌落的生長也具有較為顯著的限制作用，而不僅限于殺滅貯藏開始前牛肉表面存在的微生物。另外，相較于介質阻擋的放電方式，滑動弧放電設備更為簡易，便于使用與維護。

2.3 ??等離子體處理對牛肉TBARs值的影響

TBARs值用于表示脂質二次氧化產生醛類物質的含量，可反映牛肉脂質氧化程度。由圖3可知，4 組樣品的TBARs值均隨貯藏期的延長而增大，說明在貯藏期內牛肉的脂質氧化程度不斷加深。等離子體處理后的樣品TBARs值大都低于未處理組，說明經過等離子體處理可延緩牛肉的脂質氧化進程。相比未處理組，30 s處理可明顯降低牛肉的TBARs值。原因可能是等離子體處理減少了牛肉表面的微生物，減少了因微生物分解導致的脂質氧化過程。而Jung等研究發現，等離子體處理后的豬肉糜脂質氧化未發生顯著性變化。等離子體處理時間達到50 s后，牛肉的TBARs值均高于同期對照組，這可能是由于高濃度的活性自由基加速了牛肉脂質的氧化。活性自由基可以與不飽和脂肪酸的側鏈發生過氧化反應，產生醇、醛、酮等化學物質并影響牛肉的風味及營養價值。因此在進行等離子體保鮮應用時，應采用合適的處理時間。

2.4 ??等離子體處理對牛肉TVB-N含量的影響

TVB-N含量是肉品新鮮程度的重要衡量指標，動物性食品由酶和細菌造成腐敗，使蛋白質分解從而產生氨及胺類等堿性含氮物質。由圖4可知，等離子體處理組的TVB-N含量均小于對照組，表明等離子體處理可以有效降低TVB-N的生成量，延長牛肉的貨架期。等離子體處理可以使TVB-N含量增加曲線的斜率放緩，降低TVB-N生成的速率，這與牛肉表面微生物數量的下降有直接關聯。GB 2707—2016《食品安全國家標準 鮮（凍）畜、禽產品》規定，生鮮牛肉的TVB-N含量應小于15 mg/100 g。圖中橫線為限定標準，對比實驗數據可以發現，對照組TVB-N含量達到15 mg/100 g用時4?d，而等離子體處理組在4?d時均未超過國家限定標準，處理50 s組的效果最好，貯藏6?d時TVB-N含量為14.0 mg/100 g，與對照組相比貨架期延長2?d。TVB-N含量與菌落總數緊密相關，當微生物的活動強度下降時，肉品TVB-N含量的增加速率也就對應減緩。黃明明等研究發現，介質阻擋放電處理85 s且與氣調保鮮聯用時，生鮮牛肉的TVB-N含量在貯藏第10天達到限值。氣調保鮮能通過向包裝內通入惰性氣體來限制微生物的繁殖，但氣調保鮮的應用通常需要使用較為復雜的包裝裝置，本實驗表明，簡單的滑動弧等離子體處理也能達到保鮮效果。

2.5 ??等離子體處理對牛肉色值的影響

由表2可知：隨貯藏時間的延長，在貯藏前期，處理組牛肉的*與對照組沒有顯著性差異;處理30 s和50 s組樣品，*顯著增大（<0.05）而*有下降的趨勢。*受肉表面水分含量的影響，當肉表面水分較多時，*增大。*受氧合肌紅蛋白和高鐵肌紅蛋白含量影響，當血紅蛋白氧化為高鐵肌紅蛋白時，肉的*降低。在貯藏期內，*增大的原因可能是等離子體產生的氧化物質，如O、HO等使得氧化氧合肌紅蛋白的相關酶失活，抑制了高鐵血紅蛋白的生成。隨處理時間的延長，牛肉*顯著減小（<0.05），原因是等離子體處理促進了牛肉中氧合肌紅蛋白的氧化。此外，牛肉的顯著減小（<0.05），原因可能是經過等離子處理后導致的血紅蛋白變性。等離子體處理能通過破壞酶的二級結構來降低酶的活性。經過介質阻擋放電處理180 s后，多酚氧化酶的-螺旋占比顯著下降，而-折疊的占比顯著上升，這種現象的發生主要是等離子體處理通過誘導多酚氧化酶分子的聚集再解聚實現的。有研究表明，等離子體處理也能預防蘋果汁的褐變。

2.6 ??等離子體處理對牛肉游離氨基酸含量的影響

由表3可知，經等離子體處理達到50 s后，游離氨基酸的總量增加。等離子體處理后，牛肉中必需氨基酸含量顯著增大（<0.05），提高了牛肉的營養價值，利于人體吸收，更適合一些特定人群。其中，在等離子體處理30 s后，呈鮮味游離氨基酸中天冬氨酸含量顯著增大（&lt;0.05），人體必需氨基酸甲硫氨酸含量顯著增大（<0.05）。等離子體處理50 s后，呈鮮味游離氨基酸天冬氨酸、谷氨酸含量顯著增大（<0.05），呈甜味游離氨基酸中絲氨酸、蘇氨酸、丙氨酸含量顯著增大（<0.05），但呈苦味游離氨基酸中亮氨酸、賴氨酸、精氨酸含量均顯著增大（<0.05）會導致牛肉的風味劣化。因此選擇30 s處理時間較佳，在鮮味物質產生的前提下又不會產生苦味等負面影響。這可能與組成牛肉中蛋白質的氨基酸序列有關，隨著等離子體處理時間的延長，氨基酸序列中含量較高的氨基酸，其游離氨基酸的含量也就增加的越多。同時，不同氨基酸所含的官能團不同，其反應活性也不盡相同。例如，羧基、磺酸基與酯基通常最先參與反應。

2.7 ??等離子體處理對牛肉脂肪酸含量的影響

由表4可知，牛肉經過等離子體處理后飽和脂肪酸總含量顯著降低（<0.05），單不飽和脂肪酸總含量沒有顯著變化。經過等離子體處理10 s后，多不飽和脂肪酸含量未發生顯著變化，而與對照組相比，經過等離子體處理30、50 s后，多不飽和脂肪酸含量顯著減小（<0.05）。牛肉經過等離子體處理后，飽和脂肪酸中葵酸、十五烷酸、十七烷酸、硬脂酸、二十三酸含量均明顯降低，單不飽和脂肪酸中順-10-十五烯酸、反油酸含量均明顯降低，多不飽和脂肪酸中亞油酸、亞麻酸、二十碳五烯酸、二十二碳六烯酸含量均明顯降低。游離脂肪酸的產生主要是由于脂肪酶的作用以及外源因素導致的脂質分解，因此游離脂肪酸含量的降低主要是由于等離子體處理減緩牛肉中脂肪氧化，這也與等離子體處理可降低牛肉TBARs值相符。

采用滑動弧放電產生等離子體并對生鮮牛肉進行處理，比較不同處理時間下水分含量、pH值、菌落總數、TBARs值、TVB-N含量、色差值、氨基酸含量及脂肪酸含量各項指標。實驗結果證明：經過等離子體處理后，可減緩貯藏期菌落總數、TVB-N含量和TBARs值的增加;等離子體處理對不產生影響，在剛處理后顯著降低，、隨著貯藏時間的延長而增大并高于空白組，其中30 s是牛肉最合適的等離子體處理時間，經過處理后對牛肉表面細菌的滅活效果好，同時能保持牛肉的營養品質，使其不發生顯著變化。

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9078.2016.6.032.

收稿日期：2022-01-25

基金項目：北京市教育委員會科技計劃一般項目（KM201610020014）

第一作者簡介：仇俊（1997—）（ORCID：?0000-0002-0761-1977），男，碩士研究生，研究方向為等離子體殺菌與牛肉保鮮。E-mail：?qiujun1997109@126.com

*通信作者簡介：孫運金（1978—）（ORCID： 0000-0002-6859-5368），男，副教授，博士，研究方向為為食品加工與貯運。E-mail：?aosdf2@163.com