冷却鸡胸肉脉冲强光杀菌参数试验优化

黄现青 董飒爽 李传令 刘 彬 宋莲军 赵秋艳

(1.河南农业大学食品科学技术学院， 郑州 450002； 2.河南永达清真食品有限公司， 安阳 456150)

0 引言

冷却分割鸡胸肉因脂肪含量低、蛋白质含量高、不饱和脂肪含量高、口感柔嫩细腻等特点而广受消费者喜爱[1]。相对于热鲜鸡胸肉，冷冻鸡胸肉具有安全、卫生、营养价值高、口感好等优点，有非常好的市场发展空间[2]。但生产、分割、加工、销售过程中冷却鸡胸肉很容易发生微生物交叉污染[3]，且我国冷链系统尚不够完善，若贮藏流通过程中控制不当，则会使冷却肉在较短时间内发生微生物增殖，进而使得冷却肉的货架期较短，无法满足消费者的要求[4]。

脉冲强光作为一种新型的非热力物理杀菌技术能瞬时高效地对食品和食品包装上的微生物进行杀菌，使食品的货架期得到有效延长，保证食品的品质[5-6]。脉冲强光杀菌技术利用可见光、红外光及紫外光三者的协同作用，对菌体细胞中的蛋白质、细胞膜及其他大分子物质造成不可逆转的杀伤力，彻底杀死微生物[7-8]。与其他杀菌技术相比，脉冲强光杀菌设备投入少、成本低，对于食品加工生产线非常适用，可提高工业化生产的效率[9]。脉冲强光杀菌技术在西兰花、芒果及蘑菇、煎饼等[10-14]食品加工中的应用均有相关研究，但应用于冷却肉的研究鲜有报道。

本文结合企业实际销售过程中面临的问题，研究冷却分割鸡胸肉放置在0～4℃时，货架期在原有的基础上再延长1～2 d的技术，以满足消费者的需求。为此，以冷却分割鸡胸肉为研究对象，以杀菌率、剪切力、离心失水率、色差、pH值为响应值，在单因素试验基础上，结合Box-Benhnken中心组合设计原理和响应面分析法，确定最佳的脉冲设备杀菌参数并对试验结果进行验证。

1 材料与方法

1.1 材料

冷却分割鸡胸肉由河南省某肉品企业提供(从冰鲜库取冷却好的鸡胸肉(中心温度达到4℃)，取样后将样品置于放有冰块的保温箱内，并在15 h内送检)；细菌总数培养基(CM101)，北京陆桥技术股份有限公司。

1.2 仪器与设备

HVE-50型蒸汽压力灭菌锅，日本HIRAYAMA公司; SPX-1505H-Ⅱ型生化培养箱，上海新苗医疗器械公司; SW-CJ-2F型洁净工作台，苏州安泰空气技术有限公司; MIR-254型低温恒温培养箱，日本SANYO公司; VORTEX-2GENIE型涡旋振荡器，美国Scientific Industries公司; 3000型沃-布剪切力仪，美国BODINE-ELECTRIC公司; EasyMix型均质机，法国AES公司; ZW-SY-2D型脉冲强光杀菌设备，青岛海尔集团; ALLEGRA-64A型高速冷冻离心机，美国贝克曼库尔特有限公司; cR-400型色差计，日本柯尼卡美能达株式会社。

1.3 方法

1.3.1细菌总数测定

在无菌操作环境下，分别称取脉冲前后的鸡胸肉25 g，置于装有225 mL灭菌生理盐水(0.85%)的均质袋中，在均质器中均质100 s。按1∶10进行倍比稀释，选取3个合适的稀释度，取100 μL倒在有培养基的平板上进行微生物涂布测定，每个稀释度3个平行。每个样品做3个平行试验，进行菌落总数的测定。平板置于37℃培养箱中培养48 h，然后计数。

1.3.2冷却分割鸡胸肉色差测定

将cR-400型色差计调零校准后，将色差仪的镜头垂直置于脉冲前后的冷却分割鸡胸肉表面上(最好避开肌内脂肪和结缔组织)，测量并分别记录肉样的亮度(L*)、红度(a*)、黄绿度(b*)，每个样品测定3个点，每个点测3次，取3个点的平均值为其L*、a*、b*[14]，色差ΔE=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2。

1.3.3pH值测定

称取10 g左右肉样放入锥形瓶中，加入100 mL蒸馏水，振荡30 min后进行过滤，采用GB 5009.237—2016《食品安全国家标准 食品pH值的测定》规定的方法进行测定，每个样品测量3次，取3次的平均值为pH值[15]。

1.3.4剪切力测定

按NY/T 2793—2015《肉的食用品质客观评价方法》规定的鸡肉的剪切力测定方法测定[16]。

1.3.5离心失水率测定

按NY/T 2793—2015《肉的食用品质客观评价方法》规定的鸡肉的离心失水率测定方法测定[16]。

1.3.6杀菌率计算

以杀菌率为指标对脉冲强光杀菌效果进行评价。各组试验的菌落数采用平板计数法计算，杀菌率计算公式为[17]

式中η——杀菌率

X——未杀菌处理样品平均菌落数

X0——杀菌处理样品平均菌落数

1.3.7单因素试验设计

取脉冲时间40 s、脉冲距离9 cm，研究脉冲能量分别为100、200、300、400、500 J时对冷却分割鸡胸肉杀菌效果、剪切力、离心失水率、色差及pH值的影响。取脉冲能量500 J、脉冲时间40 s，研究脉冲距离分别为9、12、15、18、21 cm时对冷却分割鸡胸肉杀菌效果、剪切力、离心失水率、色差及pH值的影响。取脉冲能量500 J、脉冲距离9 cm，研究脉冲时间分别为30、40、50、60、70 s时对冷却分割鸡胸肉杀菌效果、剪切力、离心失水率、色差及pH值的影响。

1.3.8响应面试验设计

根据单因素试验结果进行响应面试验设计，利用Design-Expert 8.06软件，采用中心组合试验Box-Benhnken设计方案[18-19]，以脉冲能量、时间和距离为试验因素，冷却分割鸡胸肉的微生物杀菌率、剪切力、离心失水率、色差为响应值[19-22]，对冷却分割鸡胸肉的脉冲杀菌设备参数条件进行优化。

图1 脉冲能量对冷却分割鸡胸肉杀菌率、剪切力、离心失水率、色差及pH值的影响Fig.1 Effect of pulse energy on sterilization effect, shear force, centrifugal water loss rate, color and pH value of chicken breast meat

1.4 数据处理

利用Design-Expert 8.06、SPSS 13.0、Origin 8.0软件对数据进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1脉冲能量

由图1(图中不同字母表示差异显著，P<0.05，下同)可知，随着脉冲能量的增加，杀菌率呈增加趋势且差异性显著，在脉冲能量为300～400 J时，杀菌率明显提高，500 J时达到95.94%；随着脉冲能量的增加，剪切力下降，在能量达到400 J时，剪切力明显下降至4 kg以下，达到了生鲜鸡肉宰后24 h剪切力不超过4 kg的正常范围[16]；在脉冲能量为300～500 J时，色差差异性显著；离心失水率随着能量的增大差异性并不显著；在脉冲能量为300～500 J时，pH值差异性不显著。在保证对冷却分割鸡胸肉的杀菌效果及各品质影响最小的前提下[23]，将脉冲能量条件设为300～500 J对冷却分割鸡胸肉进行杀菌处理。

2.1.2脉冲距离

由图2可知，随着脉冲距离的增大，杀菌率呈下降趋势且差异性显著。在脉冲距离为9～15 cm时，杀菌率均在90.73%以上；随着脉冲距离的增大，剪切力增大，在脉冲距离为9～15 cm时，剪切力明显增大但均小于4 kg，达到了生鲜鸡肉宰后24 h剪切力不超过4 kg的正常范围[16]，在脉冲距离为18 cm时，剪切力明显增大至4 kg以上；在脉冲距离为9～15 cm时，色差存在显著性差异；离心失水率和pH值随着脉冲距离的增大，差异性不显著(9 cm和12 cm时pH值差异性显著)；在保证对冷却分割鸡胸肉的杀菌效果及各品质影响最小的前提下[23]，将脉冲距离条件设为9～15 cm对冷却分割鸡胸肉进行杀菌处理。

图2 脉冲距离对冷却分割鸡胸肉杀菌率、剪切力、离心失水率、色差及pH值的影响Fig.2 Effect of pulse distance on sterilization effect, shear force, centrifugal water loss rate, color and pH value of chicken breast meat

图3 脉冲时间对冷却分割鸡胸肉杀菌率、剪切力、离心失水率、色差及pH值的影响Fig.3 Effect of pulse time on sterilization effect, shear force, centrifugal water loss rate, color and pH value of chicken breast meat

2.1.3脉冲时间

由图3可知，随着脉冲时间的增加，杀菌率呈增加趋势且差异性显著。在脉冲时间为50 s时，杀菌率明显提高，60 s时达到95.94%；随着脉冲时间的增加，剪切力下降且小于4 kg，达到了生鲜鸡肉宰后24 h剪切力不超过4 kg的正常范围[16]；随着脉冲时间的增加，色差逐渐升高且差异性显著；离心失水率和pH值随着脉冲时间的增大差异性并不显著(40 s和50 s时离心失水率差异性显著，30 s和40 s以及60 s和70 s时pH值差异性显著)。在保证对冷却分割鸡胸肉的杀菌效果及各品质影响最小的前提下，减少脉冲时间可以节约能源及仪器损耗[23]。因此，将脉冲时间设为40～60 s对冷却分割鸡胸肉进行杀菌处理。

2.2 响应面回归模型建立及分析

试验方案如表1所示。利用Design-Expert 8.0.6软件进行响应面试验设计并优化，得到17组试验的结果见表2(表中A、B、C表示脉冲能量、脉冲距离、脉冲时间的编码值)。根据表2的试验结果，将试验数据进行逐步回归拟合，分别得到杀菌率、剪切力、离心失水率、色差对脉冲能量、脉冲距离、脉冲时间的二次多项回归方程，并对回归模型进行方差分析。

表1 响应面试验因素编码Tab.1 Factors codes of experiment of response surface analysis

表2 Box-Benhnken试验设计及结果Tab.2 Box-Benhnken experimental design and corresponding results

综上所述，脉冲强光对杀菌率、剪切力、离心失水率、色差的影响因素的主次顺序为：脉冲能量、脉冲距离、脉冲时间。

2.3 响应面因素水平的优化与验证

将任一个因素固定在建立好的回归模型的零水平上，其余交互的两因素的结果也将由此得出，二次回归方程的响应面图见图4～8。根据二次多项回归方程得出脉冲能量400 J、脉冲距离 12 cm、脉冲时间50 s条件下，冷却鸡胸肉的杀菌率达到90.03%，剪切力为2.63 kg，离心失水率为30.31%，色差为3.53。为检验响应面的可靠性，在最佳杀菌条件下进行3次重复验证试验，结果如表3所示。

图5 脉冲能量和脉冲距离对剪切力的影响Fig.5 Effect of pulse energy and pulse distance on shear force

图4 脉冲能量和脉冲距离对杀菌率的影响Fig.4 Effect of pulse energy and pulse distance on sterilization rate

图6 脉冲能量和脉冲时间对剪切力的影响Fig.6 Effect of pulse energy and pulse time on shear force

图7 脉冲能量和脉冲距离对离心失水率的影响Fig.7 Effect of pulse energy and pulse distance on water loss rate

图8 脉冲能量和脉冲距离对色差的影响Fig.8 Effect of pulse energy and pulse distance on color

杀菌率、离心失水率、剪切力、色差的试验结果和预测结果的相对误差分别为1.07%、1.17%、1.54%、2.02%，误差小，验证结果有力地说明了模型的准确性。所以，响应面法适用于脉冲强光对冷却分割鸡胸肉的杀菌条件和品质的回归分析和参数优化。

表3 验证试验结果Tab.3 Result of verification test

2.4 恒定温度下脉冲前后对货架期的影响

根据响应面优化的最佳杀菌条件，对冷却鸡胸肉进行脉冲处理。由表4可知，脉冲前，冷却鸡胸肉微生物菌体浓度为4.79 lgCFU/g,对应的冷却鸡胸肉在0℃和4℃贮藏时的货架期分别为8 d和6 d；脉冲后，冷却鸡胸肉微生物菌液浓度为3.60 lgCFU/g，对应的冷却鸡胸肉在0℃和4℃贮藏时货架期分别为10 d和7 d。与上阶段研究的冷却分割鸡胸肉剩余货架期预测模型[24]的结果基本一致。

表4 货架期试验结果Tab.4 Results of shelf life test

3 结束语

根据试验结果，最终确定了脉冲强光杀菌最佳设备参数为脉冲能量400 J、脉冲距离12 cm、脉冲时间50 s。在此条件下，菌落总数的杀菌率达到90.03%，剪切力2.63 kg，离心失水率30.31%，色差为3.53。同时对试验结果进行验证，得出杀菌率、离心失水率、剪切力、色差的相对误差分别为1.07%、1.17%、1.54%、2.02%。由杀菌率可知，脉冲强光杀菌效果不理想，但实际要解决的问题是使冷却分割鸡胸肉放置在0～4℃时，货架期在原有的基础上延长1～2 d，试验达到了预期目的。