臭氧殺菌聯合殼聚糖涂膜對冷鮮黃牛肉的保鮮效果

宣 偉 李 鐵 薛錫佳 儀淑敏

(1. 阜陽市食品藥品檢驗檢測中心,安徽 阜陽 236000; 2. 安徽金種子酒業股份有限公司,安徽 阜陽 236000; 3. 渤海大學食品科學與工程學院,遼寧 錦州 121013)

牛肉因含有優質的蛋白質、脂肪酸、礦物質及維生素等多種營養物質深受消費者喜愛[1-2]。安徽阜陽盛產黃牛,享有“中國黃牛第一區”的美譽,但其黃牛肉產業發展較為落后。將黃牛屠宰分割后直接銷售的傳統模式無法提升產品附加值,而開發具備保持原有結構組織、營養價值豐富、品質優良,有利于人體消化吸收等優勢[3]的冷鮮黃牛肉成為突破這一瓶頸的重要方向,其中,解決冷鮮黃牛肉易腐敗問題成為重中之重。目前,基于合成化學添加劑在公眾健康方面存在的負面影響[4],開發低成本、高效、安全的冷鮮牛肉保鮮技術是學術界關注的重點。

殼聚糖作為甲殼素脫乙酰后的天然產物,是僅次于纖維素的第二豐富的多糖[5],具有殺菌、抗氧化等功效[6]。Gedarawatte等[7]研究發現,用1%殼聚糖噴涂冷鮮牛肉可以顯著減少30%～36%的脂肪氧化,減少乳酸菌數1～2數量級。殼聚糖聯合ε-聚賴氨酸[8]、魯普蘭多糖[9]以及黑木耳多糖[10]均能夠有效延緩冷鮮牛肉的品質下降,提升冷鮮牛肉的貨架期。此外,臭氧作為一種有效的消毒劑和強氧化劑[11],通過氧原子的氧化反應破壞微生物的生物膜結構,可以達到殺菌目的[12]。目前,相關保鮮研究中存在單一生物保鮮技術抑菌譜窄、部分生物保鮮劑產量低以及價格昂貴[13]等缺陷。因此,復合生物保鮮技術成為發展趨勢[14-15]。Cao等[16]研究發現,臭氧水與殼聚糖涂膜可以有效抑制太平洋牡蠣在冷藏過程中的細菌生長、延緩品質下降,延長貨架期。但是,臭氧殺菌技術聯合殼聚糖涂膜在冷鮮黃牛肉中的應用尚未見報道。

研究擬采用臭氧殺菌聯合殼聚糖涂膜技術,旨在通過臭氧殺菌前處理最大限度降低冷鮮黃牛肉的初始菌落數,再協同殼聚糖涂膜的抗氧化及抗菌作用。結合感官、色度、吊掛損失率、TVB-N值及菌落總數考察該復合技術對4 ℃冷藏的冷鮮黃牛肉的品質控制及貨架期影響,為滿足阜陽黃牛肉產業轉型升級的迫切現實要求提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃牛肉(牛后腿肉):黃牛經屠宰后,胴體置于-20～-25 ℃冷凍間冷卻90 min,然后置于4 ℃冷庫中冷卻排酸24 h,使得黃牛后腿肉的中心溫度達到4 ℃左右,重復3次,將黃牛后腿肉剔骨分割,并于30 min內運送至實驗室,阜陽市回民街惠民牛肉有限公司;

殼聚糖:食品級,脫乙酰度90%,山東衛康生物醫藥科技有限公司;

平板計數瓊脂:海博生物技術有限公司;

氯化鈉、氧化鎂、鹽酸等:分析純,國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

臭氧制水機:OZ-CYS-1T型,青島中科三氧凈化設備有限公司;

陳列式冷柜:SC-298型,青島海爾特種電冰柜有限公司;

真空包裝機:DZD-400/2S型,江蘇騰通包裝機械有限公司;

色差儀:SR-64型,深圳三恩時科技有限公司;

電子天平:AL204型,梅特勒—托利多儀器(上海)有限公司;

恒溫水浴鍋:HH-S型,江蘇金壇市金城固勝實驗儀器廠;

超純水機:UPT-Ⅱ-20T型,四川優普超純科技有限公司;

拍擊式均質器:400vw型,法國英特塞恩斯公司;

自動凱氏定氮儀:K9840型,海能未來技術集團股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 臭氧水殺菌濃度和時間的確定 參照崔福順等[17]的方法,分別吸取0.50,0.75,1.00,1.25,1.50,1.75,2.00 mg/L一系列質量濃度的臭氧水各1 mL加入到無菌培養皿中,再向無菌培養皿中加入0.2 mL的1×105CFU/L的菌懸液,測定牛肉中菌落總數,以不長菌的最低臭氧水質量濃度作為其抑菌的最低濃度。

利用臭氧水浸泡牛肉的方式可能會導致牛肉出現交叉污染問題,還會進一步稀釋臭氧水濃度,不利于殺菌。因此,參照劉恒閣等[18]的方法并略作修改,以沖洗替換浸泡,將1.00 mg/L臭氧水沖洗無菌條件下經攪碎機均質后的黃牛肉10,15,20,25,30 s,并以不長菌的最低沖洗時間作為此次試驗的最低時間。

1.3.2 樣品處理 去除牛肉筋膜、脂肪,切成大小均勻、約200 g的肉塊,對照A組為超純水處理,試驗B組采用2%殼聚糖溶液涂膜處理,試驗C組采用臭氧水殺菌+2%殼聚糖溶液涂膜處理。瀝干后真空包裝,3組均放置于4 ℃冰箱貯藏,分別于貯藏第0,2,4,6,8,12,14,16,18,20,22,24,26天測定牛肉中的感官、色度、菌落總數、TVB-N及吊掛損失率。

1.3.3 感官評定 參照GB/T 22210—2008和孟慶等[19]的方法,按表1進行感官評定。

表1 感官評分標準

1.3.4 色度測定 利用色差儀進行測定,記錄亮度值(L*)、紅度值(a*)并取平均值。

1.3.5 吊掛損失率測定 參照付麗等[20]的方法,并按式(1)計算吊掛損失率。

(1)

式中:

A——吊掛損失率,%;

m1——吊掛前質量,g;

m2——吊掛后質量,g。

1.3.6 TVB-N測定 參照GB 5009.228—2016中第二法。

1.3.7 菌落總數測定 參照GB 4789.2—2022。

1.3.8 數據分析 所有試驗重復3次,結果表示為平均值±標準差,采用Origin 8.0軟件繪圖,SPSS 20.0軟件進行顯著性分析,P<0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 臭氧水殺菌濃度及時間

試驗優化了臭氧水殺菌的最佳濃度與時間,通過最小抑菌試驗確定了臭氧水殺菌的最低殺滅牛肉中微生物質量濃度為1.00 mg/L。利用1.00 mg/L臭氧水對牛肉進行不同時間的沖洗,最終確認沖洗20 s后即可殺滅牛肉中所有的微生物,與Goncalves等[21]的臭氧水殺菌工藝存在時間差異,與劉恒閣等[18]的5.160 mg/L臭氧水浸泡羅非魚10 min有較大出入,這可能與黃牛肉和水產品的初始菌落數和(或)清洗方式不同有關。實際生產作業中,高濃度的臭氧水不但會影響產品品質,還會對作業人員身體產生傷害。人體對臭氧嗅覺的臨界值為0.15 mg/L,中毒限值為10 mg/L。此外,長時間的臭氧水浸泡處理不但會出現交叉污染等問題,也不符合生產企業降本提效的現實需求。因此,采用1.00 mg/L臭氧水沖洗20 s的方式可以實現冷鮮黃牛肉減菌化目標,具有操作簡單、實用性強、成本低以及無污染等優勢,應用前景良好。

2.2 感官分析

由圖1可知,對照A組和試驗B、C組分別在第14,22,26天腐敗變質。同一貯藏期,3組冷鮮黃牛肉在貯藏過程中的感官評分差異顯著(P<0.05)。相對于對照A組,試驗B組的感官評分下降較為緩慢,表明殼聚糖能夠抑制微生物的生長繁殖,阻礙冷鮮牛肉色澤的下降,延緩蛋白質的變性速度,使冷鮮黃牛肉保持一定的彈性,肌肉的持水能力下降速度變慢,減少了氨類等不可接受氣體的產生。同時,殼聚糖膜能夠阻礙冷鮮黃牛肉的汁液流失與水分蒸發,一定程度上保持了黃牛肉表面微干狀態,也延緩了低氧分壓條件下氧化反應所導致的色澤下降。此外,試驗C組的感官評分下降在3組中最為緩慢,進一步說明通過臭氧殺菌前處理大幅降低了牛肉的初始菌落數,可以抑制由微生物作用引發的肉質褐變、蛋白質水解、變性等,再協同殼聚糖抗菌和抗氧化作用,進一步延緩了冷鮮黃牛肉各感官參數的下降。

小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)

2.3 色度

由圖2可知,亮度L*值在貯藏前期有一個快速上升的過程,且對照A組的增速大于試驗B組和C組,說明在冷鮮黃牛肉貯藏過程中,因為肉的不斷腐敗,肌肉組織的持水能力持續減弱,溢出肌肉表面的水分反光,導致肉表面的亮度L*值有一個增加的過程[22]。與此同時,微生物的不斷生長繁殖,加之低氧分壓條件,黃牛肉開始褐變[23],導致亮度L*值下降。因此,在冷鮮黃牛肉貯藏過程中,亮度L*值均有一個先上升再下降的過程,與Huang等[2]的結果較為相似。相比于對照A組,試驗B組的L*值上升與下降較為緩慢,是因為殼聚糖涂膜能夠有效延緩黃牛肉肌肉內水溶物的溢出,避免了黃牛肉L*值的快速上升。在后續貯藏過程中,殼聚糖膜能夠減緩黃牛肉表面水分的流失,降低黃牛肉表面的干燥速度,同時也抑制了肉的氧化褐變反應,使得L*值下降速度較慢。而試驗C組在貯藏前期,牛肉的L*值上升最為緩慢,說明初始菌落的大幅降低會在一定程度上減少微生物作用對L*值的影響;在貯藏后期的下降過程中,幅度也是最小的,表明臭氧殺菌與殼聚糖可以延緩冷鮮黃牛肉L*值的變化。

小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)

相比較L*值,a*值更加能夠反映肉色質量[24],因為a*值越大,牛肉表面顏色越鮮紅,感官越好。牛肉中的肌紅蛋白形態與濃度決定了a*值[25]。當脫氧肌紅蛋白(DeoMb-Fe2+)與O2發生氧化反應生成氧合肌紅蛋白(OxyMb-Fe2+),此時蛋白結構中心Fe2+的第6個配位鍵與氧氣結合,肉色由紫紅色變成亮紅色。然而,氧合肌紅蛋白(OxyMb-Fe2+)不穩定,會進一步被氧化成高鐵肌紅蛋白(MetMb-Fe3+),肉色變成褐色,這是a*值下降的主要原因[2]。貯藏前期,試驗C組黃牛肉a*值下降較快,可能是由于臭氧的氧化作用,加速了脫氧肌紅蛋白、氧合肌紅蛋白朝著高鐵肌紅蛋白轉變,促進了牛肉的褐變[11]。貯藏后期,對照A組和試驗B組的a*值下降幅度顯著超過試驗C組(P<0.05),且分別在第14,22天低于可接受閾值14.50[26],而試驗C組牛肉的a*值在第26天才低于這一限值。這是由于臭氧不斷降解,因臭氧氧化作用引起紅度a*值暫時性快速下降的影響消失。整個貯藏過程中,與對照A組相比,試驗B組的a*值下降較慢,表明殼聚糖膜具有一定的抗氧化功效。但在貯藏后期,試驗C組的a*值下降最為緩慢,表明在低氧分壓狀態下,a*值不僅與氧化反應有關,還與微生物有關[27]。因此,臭氧殺菌協同殼聚糖涂膜可以延緩因微生物作用與氧化反應共同導致的a*值下降。

2.4 TVB-N值

由圖3可知,冷鮮黃牛肉TVB-N值的初始值為6.74 mg/100 g,表明黃牛肉的新鮮度好。隨著貯藏時間的延長,3組的TVB-N值也開始增加。其中,對照A組牛肉中的TVB-N值在第14天達到了16.27 mg/100 g,超過GB 2707—2016中的限量值(15 mg/100 g),此時牛肉已腐敗。而試驗B組和C組的牛肉TVB-N值分別在第22,26天才超過限量值。綜上,試驗B組黃牛肉在冷藏期間的TVB-N值顯著低于對照A組(P<0.05),表明殼聚糖能夠延緩TVB-N值的增加。這與殼聚糖良好的抗菌特性相關,因為肉質中TVB-N值的增加,主要源于微生物作用[28]。相對試驗B組和對照A組,試驗C組黃牛肉在冷藏期間的TVB-N值增速最低(P<0.05),充分說明經過臭氧的前處理殺菌,降低了因微生物作用引發的TVB-N值的增加速度,再協同殼聚糖涂膜,進一步抑制了冷鮮黃牛肉表面的微生物生長活動,延緩了冷鮮黃牛肉蛋白質以及非蛋白質含氮化合物的分解。

小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)

2.5 吊掛損失率

由圖4可知,3組黃牛肉的吊掛損失率均隨貯藏時間的延長而不斷上升,表明在冷鮮黃牛肉貯藏過程中,細胞骨架蛋白持續水解、變性,致使牛肉的肌肉持水能力不斷下降,汁液持續流出。其中,對照A組在第14天腐敗時的吊掛損失率達到了0.66%,而試驗B組和C組在第22,26天腐敗時的吊掛損失率分別為0.65%,0.68%。對照A組的吊掛損失率增加幅度最大,汁液流失較為嚴重,影響了牛肉的感官可接受性;試驗B組的吊掛損失率增加幅度次之,說明一方面殼聚糖膜能夠均勻地覆蓋在冷鮮黃牛肉表面,延緩汁液的流失。另一方面,殼聚糖通過抑制微生物作用,繼而減緩細胞骨架蛋白的水解、變性;試驗C組的吊掛損失率最小,且3組之間差異顯著(P<0.05),進一步說明臭氧在殺菌方面的優勢,可以協同殼聚糖阻止因微生物代謝活動導致的蛋白質水解與變性,延緩冷鮮黃牛肉吊掛損失率的增加。

小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)

2.6 菌落總數

由圖5可知,經臭氧殺菌前處理后,黃牛肉的初始菌落總數由3.50 lg(CFU/g)大幅下降至1.54 lg(CFU/g),表明臭氧具有良好的冷殺菌作用。貯藏過程中,3組牛肉中的微生物均開始不斷生長繁殖,且差異顯著(P<0.05)。其中,對照A組黃牛肉中的菌落總數增長速度最快,在第14天達到了7.38 lg(CFU/g),超過了可接受閾值7.00 lg(CFU/g)[2,29-30]。試驗B組黃牛肉中的菌落總數增長速度次之,在第22天達到了7.12 lg(CFU/g)。相比對照A組,試驗B組延長了8 d才達到微生物不可接受值,說明殼聚糖對微生物的生長活動抑制效果明顯,這與殼聚糖的抑菌功能有關,也與殼聚糖成膜阻止了牛肉與外界發生物質交換有關[31]。試驗C組黃牛肉的菌落總數增長速度最慢,在第26天才達到7.25 lg(CFU/g),表明初始菌落的大幅度降低在一定程度上能夠減緩牛肉中微生物的生長繁殖速度,加之殼聚糖協同抑菌作用,有效抑制了冷鮮黃牛肉在貯藏過程中的細菌生長繁殖活動。

小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)

3 結論

試驗表明,臭氧水前處理殺菌的最佳質量濃度為1.00 mg/L,沖洗時間為20 s。臭氧冷殺菌技術很好地實現了冷鮮黃牛肉的減菌化目標,再聯合殼聚糖的協同增效作用,有效延緩了冷鮮黃牛肉感官評分和色度(L*和a*值)的下降,延緩了肉類腐敗關鍵指標TVB-N值、菌落總數及品質指標吊掛損失率的增加。相比對照A組,試驗C組黃牛肉的貨架期延長了12 d,說明臭氧殺菌聯合殼聚糖涂膜在冷鮮黃牛肉中的應用保鮮效果良好。相比于試驗B組,試驗C組黃牛肉的貨架期延長了4 d,說明臭氧作為減菌前處理方法,通過降低黃牛肉初始菌落總數而延長貨架期的方法是行之有效的,充分發揮了兩者之間的協同作用。綜上,臭氧殺菌聯合殼聚糖涂膜具有操作簡單、方便、保鮮效果好、成本低、實際應用可行性高等優勢,值得進一步研究和推廣應用。后續可從蛋白組學研究篩選新鮮度指示蛋白,以及從分子生物學角度分析優勢腐敗菌,進一步揭示臭氧殺菌聯合殼聚糖涂膜冷鮮黃牛肉的保鮮機理。