基于臭氧技術的食品凈化設備清洗對豬肉食用品質的影響

片美惠，張燕，沈選舉，葉秀友，王碩*

（1.南開大學醫學院，天津市食品科學與健康重點實驗室，天津 300350；2.浙江優食環境科技有限公司，浙江 寧波 315336）

臭氧被認為是食品工業中氯化合物消毒劑的有效替代品[1]和能提高食品安全和質量最有前途的綠色技術之一[2]。自被美國食品藥品監督管理局批準為可直接接觸的食品消毒劑以來，O3被廣泛用于食品工業，如應用于果蔬加工中減少果蔬品質的劣變、抑菌、延長貨架期[3]；應用于乳品加工中減少微生物污染，減緩液態乳或奶酪產品質量的惡化[4]；應用于畜產加工中家禽屠宰場中為胴體消毒，延長貨架期[4]；應用于水產加工抑制微生物生長、漂白去異味、維持鮮度等[5]。

近年來隨著消費者對食品安全的關注，以及對高品質生活的追求，以O3為核心技術的食品凈化設備應運而生。食品凈化設備利用電暈放電等方法產生O3，有的設備還引入微納米氣泡技術提高O3在水中的穩定性[6]，該類食品凈化設備主要利用O3的氧化性達到凈化食材的效果。目前O3對食材的凈化、殺菌、去除真菌毒素、降解農獸藥殘留的有效性已被很多研究報道[7-9]，但是由于O3的強氧化性，其在起到凈化作用的同時，是否會對食材的品質造成不利影響也備受關注。有研究發現采用臭氧清洗蝦肉相較于未處理的方式，在冷藏期間顯著抑制蝦肉中微生物繁殖的同時，也顯著抑制了蝦肉的pH值及水分活度的升高[10]。田亞亞等[11]分析了經過臭氧水清洗后花蛤的水分、灰分、粗脂肪、總蛋白、氨基酸、脂肪酸、礦物質、維生素含量，發現與無臭氧處理的花蛤相比，大多數營養素指標沒有顯著差異，少部分有顯著差異的指標也在可接受的范圍內。此外，有研究表明用低濃度的臭氧水（3.3 mg/L）漂洗魚糜增強了魚糜的凝膠強度，而高濃度的臭氧水（7.5 mg/L）漂洗則降低了其凝膠強度[12]。目前關于O3清洗對肉類食材品質影響的研究主要集中于O3對其pH值、水分活度等某些基礎理化指標，總蛋白、礦物質和維生素等營養成分的分析及蛋白質的凝膠特性，缺乏關于肉類食材的食用品質如保水性、質構、鮮味等系統的研究。本研究以豬肉為例，從保水性、質構、脂肪氧化程度、新鮮度指標（生物胺、三甲胺）、異味物質（吲哚、脂肪氧化產生的醛酮等），以及鮮味物質（呈味核苷酸及鮮味游離氨基酸）方面系統地分析市售基于臭氧技術的食品凈化設備的清洗方式與傳統的家庭水洗方式相比對肉類食材食用品質的影響，以此為基于臭氧技術的食品凈化設備在肉類食材清潔中的應用提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮豬里脊肉：市售，購買后立即將豬肉放入無菌的聚乙烯袋中，包裝好的豬肉以冰/豬肉質量比1∶1存放在泡沫盒中，在20 min內運回南開大學食品科學與健康天津市重點實驗室進行相關處理；乙二胺四乙酸二鈉、硫代巴比妥酸、三氯乙酸（均為分析純）：上海阿拉丁生化科技股份有限公司；吲哚標準品、肌苷酸標準品、一磷酸腺苷標準品、腐胺標準品、組胺標準品、酪胺標準品、丹磺酰氯（色譜純）、3-甲基-3-丁烯-1-醇（色譜純）、2-庚酮標準品、反-2-辛烯酸標準品、癸醛標準品、氨基酸標準品、乙腈（色譜純）：美國Sigma公司；苯乙胺鹽酸鹽標準品、尸胺標準品：上海麥克林生化科技有限公司；氨基酸衍生試劑包、AccQ TagA洗脫液：美國Waters公司。

1.2 儀器與設備

US-I05食品凈化設備：浙江優食環境科技有限公司；TA-XT plus物性分析儀：英國Stable Micro System公司；Waters 2695液相色譜儀（DAD和FLD檢測器）：美國Waters公司；TechcompU-39001紫外分光光度計：上海天美集團；LC-20AD液相色譜（DAD檢測器）：日本島津公司；HM-2075GA頂空瓶：浙江哈邁科技有限公司；GCMS-QP2010氣相色譜-質譜聯用儀：美國安捷倫公司；固相微萃取裝置（CAR/PDMS）萃取頭：美國Supelco公司。

1.3 方法

1.3.1 豬肉樣品的凈化

取0.5 kg豬里脊肉，采用食品凈化設備“肉類”凈化專用檔位清洗12 min（臭氧濃度1.57 mg/L）。該機器的原理主要是利用臭氧聯合微納米氣泡技術產生的活性氧（reactive oxygen species，ROS）凈化食材。對照組參照傳統的家庭水洗方式，采用相同批次購買的豬肉，同時用相同時間和水量進行普通水洗。處理好的樣品除質構測定按照相應方法取樣外，其余樣品用廚房紙巾吸干表面水分，采用料理機研磨至均勻，最后分裝置于-40℃儲存直至分析前室溫（25±1）℃化凍。凈化過程中豬肉接觸的所有器具均已提前清洗消毒。

1.3.2 蒸煮損失率、離心損失率的測定

蒸煮損失率：準確稱量記錄豬肉樣品蒸煮前質量M1（g），隨后將其放入聚乙烯袋中70℃水浴30 min，冷卻干燥后稱重M2（g）計算蒸煮損失率。

蒸煮損失率/%=（M1-M2）/M1×100

離心損失率：參照Li等[13]的方法測定，準確稱量記錄豬肉樣品離心前質量W1（g），隨后將其放入有濾紙的離心管中5 000 r/min離心5 min，干燥后稱重W2（g）計算離心損失率。

離心損失率/%=（W1-W2）/W1×100

1.3.3 硫代巴比妥酸值的測定

硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA）值的測定：根據GB 5009.181—2016《食品安全國家標準食品中丙二醛的測定》[14]中的第二法進行測定。結果以丙二醛（malondialdehyde，MDA）（mg/kg）表示。檢出限（limit of detection，LOD）為0.05 mg/kg，定量限（limit of quantitation，LOQ）為0.10 mg/kg。

1.3.4 質構的測定

分別取約1 cm大小的肉塊，進行全質構分析（texture profile analysis，TPA）。使用P/100 探頭，對試樣進行兩次壓縮TPA模式測試，測試條件：測試前速率4 mm/s、測試速率2 mms、測試后速率10 mm/s、壓縮程度30%、停留間隔時間5 s，去除異常值后取平均值。

1.3.5 三甲胺及生物胺的測定

三甲胺：采用BR-SWAX石英毛細管色譜柱（30m×0.32 mm，0.50 μm），根據 GB 5009.179—2016《食品安全國家標準食品中三甲胺的測定》[15]中的頂空氣相色譜-質譜聯用法進行測定。

生物胺：采用 ZORBAX SB-Aq（4.6 mm×250 mm，5 μm）色譜柱，根據He等[16]的方法進行測定。

1.3.6 脂肪氧化產生的醛酮類異味物質的測定

參照Iglesias等[17]的方法略有修改。稱取3 g樣品于20 mL氣相頂空瓶中，加入6 mL飽和氯化鈉及內標物（3-甲基-3-丁烯-1-醇）和轉子，并加蓋；將裝有試樣的頂空瓶恒溫水浴（60℃、800 r/min）20 min；平衡結束后，吸附30 min。

儀器條件：程序升溫程序為初始溫度50℃，保持3 min，以3℃/min升溫到180℃，保持1 min，以8℃/min升溫至250℃，保持3 min，分析總時長為57.08 min；色譜柱為賽默飛 HP-5（30 m×0.32 mm×0.50 μm）；進樣口溫度250℃；程序升溫程序為初始溫度50℃，保持3min；進樣模式：分流進樣；分流比5∶1；流速1 mL/min。

2-庚酮、反-2-辛烯酸、癸醛3種物質的檢出限均為0.006 μg/g，定量限均為0.125 μg/g，線性范圍均為0.125 μg/g～5.000 μg/g。

1.3.7 吲哚的測定

稱取5 g試樣（精確至0.01 g）于50 mL具塞離心管中，加入10 mL乙腈，渦旋混合1 min后避光超聲10 min，離心（5 000 r/min，8 min）。上清液轉移至 25 mL容量瓶中，殘渣再加入10 mL乙腈相同條件重復提取一次。合并提取液，加乙腈定容至25 mL后混勻，過0.22 μm濾膜，利用高效液相色譜儀測定。

儀器條件：采用ZORBAX SB-Aq（4.6 mm×250 mm，5 μm）色譜柱，液相條件參照 SN/T 0944—2016《出口蝦及蝦干中吲哚含量的測定》[18]的方法設定。

1.3.8 鮮味物質的測定

肌苷酸（inosinic acid，IMP）、腺苷酸（adenosine monophosphate，AMP）：參照 SC/T 3048—2014《魚類鮮度指標K值的測定高效液相色譜法》[19]進行測定。色譜柱：Ultimate AQ-C18（4.6 mm × 250 mm，5 μm）。

谷氨酸（glutamic acid，Glu）和天冬氨酸（aspartic acid，Asp）：參照雷鳴[20]的方法對豬肉樣品中的氨基酸進行提取，并依據《Waters AccQ Tag法化學試劑包使用手冊》進行衍生和分析。色譜柱：AccQ-Tag氨基酸分析專用色譜柱（3.9 mm×150 mm）。

滋味活性值（taste activity value，TAV）的計算公式如下。

式中：滋味組分主要是 IMP、AMP、Glu 和Asp，閾值分別為25、50、30、100 mg/100 g[21]。

味精當量（equivalent umami concentration，EUC）是用g/100 g為單位的谷氨酸鈉（monosodium glutamate，MSG濃度計）表示，通過鮮味氨基酸（Glu、Asp）及鮮味5’-核苷酸（IMP、AMP）計算，計算公式如下[22]。

中醫學歷史悠久，其治療效果經過臨床的充分驗證。采用中藥治療重癥肺結核不失為一種良好的選擇。中醫學理論認為，以機體正氣虛弱為本，癆蟲乘虛而入，導致肺陰損傷、正氣虧耗，病情纏綿不愈［10］。脾為肺之母，肺氣虛后子損及母，導致脾肺兩虛。因此對于重癥肺結核的治療應在補虛的基礎上注重清熱肅肺［11］。

EUC=Σaibi+1 218（Σaibi）（Σajbj）

式中：ai為每種鮮味氨基酸（Asp、Glu）的含量，g/100 g；bi為每種鮮味氨基酸對MSG的相對含量（Glu為1；Asp為0.077）；aj為每種 5’-核苷酸（IMP，AMP）的含量，g/100 g；bj為每種5’-核苷酸對MSG的相對含量（IMP為1；AMP為0.18）；1 218為協同系數。

1.4 數據統計分析

用SPSS 25.0統計軟件獨立樣本t檢驗進行數據處理分析，P＜0.05為差異顯著，除質構試驗重復4次外，其余所有試驗重復3次，結果以平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 臭氧食品凈化設備清洗對豬肉蒸煮保水性的影響

保水性與肉質的多汁性密切相關，而由于O3有強氧化作用可能會導致蛋白質結構產生一定變化，從而影響保水性[23]，因此通過測定蒸煮損失率及離心損失率判定O3對保水性的影響，具體結果見表1。

表1 不同清洗處理后豬肉樣品的蒸煮損失率和離心損失率Table 1 Cooking loss rate and centrifugal loss rate of pork samples treated with different washing treatments

由表1可知，兩組豬肉的蒸煮損失率、離心損失率均沒有顯著性差異（P＞0.05），說明經過食品凈化設備清洗與普通水洗相比，豬肉樣品的保水性接近。經過食品凈化設備清洗后的豬肉，其蒸煮損失率和離心損失率均略低于經過普通水洗后的豬肉，原因可能是蛋白質被O3輕微氧化，增加了一定的交聯程度，進而使保水性略有增加[24]。

2.2 臭氧食品凈化設備清洗對豬肉脂肪氧化程度的影響

TBA值作為脂質氧化的主要標志指標，反映了豬肉脂質氧化的程度，其值用MDA（mg/kg）表示，數值越大代表氧化程度越大。一般認為TBA值在0.3 mg/kg～1.0 mg/kg內是豬肉酸敗的閾值[25]，不同清洗處理后豬肉樣品TBA值見表2。

由表2可知，兩種清洗方式的豬肉樣品中均未檢出 MDA，即 TBA 值均低于LOD（0.05 mg/kg），遠低于豬肉脂質酸敗的閾值，因此說明兩種清洗方式下的豬肉均很新鮮，品質良好，也說明食品凈化設備清洗處理不會加速脂肪氧化酸敗。

表2 不同清洗處理后豬肉樣品TBA值Table 2 TBA value of pork samples treated with different washing treatments

2.3 臭氧食品凈化設備清洗對豬肉質構的影響

質構是豬肉最重要的食用品質指標之一，為了判斷O3對質構的影響，進行了全質構分析。不同清洗處理后豬肉樣品的質構指標見表3。

表3 不同清洗處理后豬肉樣品的質構指標Table 3 Texture index of pork samples treated with different washing treatments

2.4 臭氧食品凈化設備清洗對豬肉新鮮度的影響

生物胺是微生物在特定條件下產生氨基酸脫羧酶并作用于游離氨基酸而生成的一類物質，在肉制品加工和貯藏過程中隨著微生物大量繁殖，生物胺含量會大幅增加[27]，三甲胺主要是由含有N-三甲胺的季銨鹽化合物經微生物代謝形成[28]，這兩類物質均為肉類新鮮度的重要評價指標。不同清洗處理后豬肉樣品的生物胺及三甲胺的含量見圖1。

由圖1可知，兩種清洗處理方式下豬肉中腐胺、組胺兩種生物胺及三甲胺均未檢出，樣本中檢出了苯乙胺、尸胺、酪胺，但兩種處理方式下這3種生物胺含量均無明顯差異，說明食品凈化設備清洗不會影響豬肉的新鮮度。理論上分析，由于O3的殺菌特性，采用O3處理肉制品會抑制腐敗微生物的生長，從而減少貯藏期間生物胺的產生，更有利于保持肉制品的新鮮度。

圖1 不同清洗處理后豬肉樣品的生物胺及三甲胺的含量Fig.1 The contents of biogenic amine and trimethylamine in pork samples treated with different washing treatments

2.5 臭氧食品凈化設備清洗對豬肉異味物質的影響

2.5.1 臭氧食品凈化設備清洗對脂肪氧化異味的影響

通常在貯藏期間，不飽和脂肪酸的氧化會產生有不良氣味的醛酮酸類物質[29]。而由于O3的強氧化作用可能會加劇這一過程，因此選擇了3種具有代表性的脂肪氧化產物進行分析，不同清洗處理后豬肉樣品的2-庚酮、反-2-辛烯酸和癸醛的含量見表4。

由表4可知，新鮮豬肉樣品在兩種清洗方式處理后3種物質均未檢出，結合前面同樣未檢出的TBA值，進一步說明食品凈化設備在清洗過程中O3并沒有引發豬肉中脂肪嚴重的氧化劣變。

表4 不同清洗處理后豬肉樣品的2-庚酮、反-2-辛烯酸和癸醛的含量Table 4 The contents of 2-heptanone，（E）-2-octenoic acid and decanaldehyde in pork samples treated with different washing treatments

2.5.2 臭氧食品凈化設備清洗對吲哚的影響

吲哚是一類芳香雜環有機化合物，主要來源于豬腸道內被微生物降解的色氨酸，具有強烈的糞臭味，會產生不愉悅的氣味[30]，而O3已被證實會導致芳香環的開環[31]，因此通過測定吲哚的含量，進一步驗證O3是否對食材中的吲哚起到降解作用。不同清洗處理后豬肉樣品的吲哚含量見表5。

表5 不同清洗處理后豬肉樣品的吲哚含量Table 5 The contents of indole in pork samples treated with different washing treatments

由表5可知，食品凈化設備處理后的吲哚含量略低，可能是由于O3的降解作用，不過可能由于O3含量不高，兩組處理后的豬肉樣本中吲哚含量并沒有顯著性差異（P＞0.05）。

2.6 臭氧食品凈化設備清洗對豬肉鮮味的影響

5’-核苷酸是鮮味的重要組成部分，與天冬氨酸、谷氨酸兩種游離氨基酸共同對肉的鮮味起著重要作用[32]。不同清洗處理后豬肉樣品的IMP、AMP、Glu和Asp的含量見圖2。

由圖2可知，豬肉經不同清洗處理后兩種鮮味游離氨基酸的含量并沒有顯著差異（P＞0.05），說明食品凈化設備清洗處理不會造成氨基酸類鮮味物質的損失。食品凈化設備清洗處理組的豬肉樣品中兩種核苷酸類鮮味物質AMP、IMP含量顯著低于水洗組（P＜0.05）。分析AMP和IMP的結構發現，這兩種核苷酸類物質均具有單磷酸酯鍵，而氧化作用易導致酯鍵的斷裂，因此可能是食品凈化設備清洗過程中O3的氧化作用加速了AMP和IMP的降解，從而導致了食品凈化設備處理組的樣品中AMP、IMP含量顯著低于水洗組樣品。

圖2 不同清洗處理后豬肉樣品的IMP、AMP、Glu和Asp的含量Fig.2 The contents of IMP，AMP，Glu and Asp in pork samples treated with different washing treatments

為了評價鮮味強度，將鮮味物質測定結果的平均值代入1.3.8中的公式，計算得到的滋味活性值（TAV）及味精當量（EUC）具體見表6。

表6 不同清洗處理后豬肉樣品的TAV及EUC值Table 6 The TAV and EUC in pork samples treated with different washing treatments

如表6所示，在所有檢測的鮮味物質中，IMP的TAV值最高，并且其TAV值均大于1，而AMP、Glu、Asp的TAV值均小于1。一般認為，TAV＞1的化合物是味覺的主要貢獻者，而TVA＜1的化合物對味道貢獻較小[33]。因此結果表明，IMP可能是豬肉鮮味的主要貢獻物質，而AMP、Glu、Asp對于鮮味的貢獻較少，這與Guo等[33]發現豬肉中IMP對鮮味貢獻較多，AMP較小的結果類似，但TAV值只表示呈味組分單獨的作用，并不能說明這些組分的相互作用是否對鮮味產生明顯影響[34]。通過EUC的計算結果分析各組分共同作用產生的鮮味強度可知，不同處理組豬肉的鮮味相近。因此，與普通水洗相比，食品凈化設備清洗豬肉不會造成其鮮味的損失。

3 結論

采用基于臭氧技術的食品凈化設備清洗豬肉，結果表明豬肉的保水性、質構、新鮮度及吲哚異味與普通的水洗處理方式相比沒有顯著差異，同時也不會造成脂肪的嚴重氧化而產生脂肪氧化異味。盡管食品凈化設備處理后的豬肉樣品中肌苷酸、腺苷酸的含量低于普通的水洗處理的豬肉樣品，但是對于氨基酸及核苷酸協同作用所產生的鮮味強度來說，食品凈化設備清洗后的豬肉和普通的水洗處理后的豬肉近似。綜合以上結果說明，基于臭氧技術的食品凈化設備在清洗的過程中不會對豬肉的食用品質產生不利影響。