介质阻挡放电低温等离子体处理对宰后羊肉品质的影响

杜曼婷，黄 俐，高梦丽，李 可，相启森，白艳红,*

（1.郑州轻工业大学食品与生物工程学院，河南 郑州 450001；2.河南省冷链食品质量安全控制重点实验室，河南 郑州 450001；3.食品生产与安全河南省协同创新中心，河南 郑州 450001）

近年来，中国已成为世界上最大的羊肉生产国，与猪肉、牛肉相比，羊肉因其气味独特、肉质细腻、营养价值丰富等特点深受大众喜爱[1]。生鲜肉在没有经过特殊保鲜处理的情况下，在贮藏、加工过程中极易被微生物污染，品质仅能维持3 d，导致资源严重浪费[2]。传统的热处理方法虽可有效地杀灭食品中的微生物，但其对食物的营养价值和感官品质会产生负面影响，不适合处理新鲜肉制品[3]。因此，为了延长鲜肉的保质期，发展新的非热和高效节能保鲜技术[4-5]具有重大意义。

介质阻挡放电（dielectric barrier discharge，DBD）低温等离子体技术是一种新兴的食品表面非热杀菌技术，与其他非热杀菌技术（如超高压、微波、辐照杀菌等）具有类似的优势，在用于肉类食品杀菌时不会产生对人体有害的物质，具有很好的安全性，且对肉品质影响较小[6-7]。Rossow等[8]使用氩气或空气作为等离子射流进料气，随着样品在等离子体射流中暴露时间的延长，样品中空肠弯曲杆菌的最大平均减少量分别为0.78～2.55（lg（CFU/cm2））和0.65～1.42（lg（CFU/cm2）），而对样品色泽的影响较小。Jayasena等[9]用密封包装的柔性薄层介电屏障放电等离子体系统处理新鲜猪肉和牛肉，发现处理10 min后，样品中李斯特菌、大肠杆菌O157:H7和鼠伤寒沙门氏菌的菌数降低量分别为2.04、2.54（lg（CFU/g））和2.68（lg（CFU/g））。Pérez-Andrés等[10]采用低温大气压等离子体处理包装的鲭鱼鱼片，发现在80 kV下处理5 min时样品没有发生显著的脂质氧化，但加速了羰基的形成。

DBD低温等离子体技术在食品工业中具有巨大的应用潜力，但目前的研究主要集中在杀菌效果及机制方面，而对于处理后肉品品质变化方面的研究较少，且相关研究仅简单分析了处理前后部分品质指标的变化，并未进行深入研究。宰后肌肉的僵直和解僵过程是肉品质形成的必经阶段[11]，等离子体处理是否在杀菌的同时会对肉品质形成进程产生一定的影响目前尚未可知。因此，本研究采用DBD低温等离子体技术处理宰后羊肉，研究不同时间DBD低温等离子体处理对宰后僵直及解僵成熟过程中羊肉品质变化的影响，以期为等离子体技术在肉品贮藏保鲜中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

5 只10 月龄小尾寒羊购自河南郑州荥阳某屠宰场，胴体质量约为20 kg。从屠宰放血开始计时，宰后0.5 h迅速取双侧背最长肌，剔除脂肪和筋膜，装入标记好的自封袋内，暂存于冰盒中，在2 h内运回实验室并完成DBD低温等离子体处理。

胰蛋白胨大豆肉汤、琼脂粉（组培专用） 青岛高科技工业园海博生物技术有限公司；蛋白质羰基含量检测试剂盒（A087-1） 南京建成生物工程研究所；氯化钠、无水乙醇、乙酸乙酯等均为分析纯。

1.2 仪器与设备

APM-400低温等离子杀菌机 韩国PSM公司；SZ-22A绞肉机 广州旭众食品机械有限公司；PH-STAR CPU胴体肌肉pH值测定仪 北京布拉德科技发展有限公司；WSC-80C全自动色差计 北京北光世纪仪器有限公司；TA.XT. Plus质构分析仪 英国Stable Micro Systems公司；XMTD-204数显恒温水浴锅 金坛市医疗仪器厂；AT4508多路温度测试仪 常州安柏精密仪器有限公司；Scientz-04拍打式匀浆机 宁波新芝生物科技股份有限公司；YXQ-LS 50A立式压力蒸汽灭菌器上海博讯医疗生物股份有限公司；SW-CJ超净工作台苏州安泰空气技术有限公司；LRH-150CL低温培养箱上海一恒科学仪器有限公司；TGL-20KR高速冷冻离心机上海安亭科学仪器厂；Tecan-Spark-20M多功能微孔板检测仪 上海迪奥生物科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

在无菌条件下，将5 只羊的双侧背最长肌在冰上各分成5 等份，按从左到右从上到下的顺序编号1～5，将每份样品用无菌刀垂直于肌纤维方向切成3 cm×3 cm×1 cm块状，每块质量为（8.00±0.05）g，放置在一次性培养皿中。处理好的样品通过传送带依次进行DBD低温等离子体处理，1～5号样品的处理时间分别为0、30、60、90 s和120 s。DBD低温等离子体设备的工作气体为氮气，功率为1.1～1.3 kW，载气压力0.4～0.5 MPa，工作电压8 kV，气体（氮气）流速350 L/min，传送带速率为12 m/min。

将DBD低温等离子体处理后部分样品放置于4 ℃冰箱中贮藏，分别在宰后0、0.5、1、2、3、5 d和7 d取样测定pH值、色泽、保水性、剪切力和微生物指标；剩余样品液氮速冻后于-80 ℃冰箱贮藏备用以测定蛋白氧化情况。

1.3.2 pH值测定

使用pH计插入样品肌肉2 cm深处，避开脂肪和筋膜，随机取3 处位置连续测定3 次，结果取平均值。

1.3.3 色泽测定

使用色差计测定样品的样品亮度（L*）、红绿度（a*）和黄蓝度（b*）值，测定前用标准白板校正，每个样品测定5 个点，结果取平均值。

1.3.4 菌落总数测定

参照GB 4789.2—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》[12]方法，并稍作修改，测定样品菌落总数。在无菌条件下，将样品放入72 mL无菌生理盐水（0.85%）中，经拍打式匀浆机拍打2 min后，取1 mL匀浆液进行10 倍系列梯度稀释，选择合适稀释梯度，每个稀释度做3 个平行。将平板于25 ℃培养箱中培养36 h进行菌落计数。

1.3.5 汁液流失率测定

将样品在DBD低温等离子体处理前称质量，记为m1/g，然后取DBD低温等离子体处理宰后0、0.5、1、2、3、5 d和7 d样品，用吸水纸吸去表面水分后再次称质量，记为m2/g，每个样品做3 次平行实验。汁液流失率按式（1）计算。

1.3.6 剪切力测定

参考Lin Ting等[13]的方法，并稍作修改。质构仪测定条件：探头HDP/BSW、测前速率1.0 mm/s、测中速率1.0 mm/s、测后速率5.0 mm/s、时间间隔5 s、测试距离30 mm、触发力5 g。每个样品重复5 次，结果取平均值。

1.3.7 蛋白氧化程度测定

使用蛋白质羰基含量检测试剂盒配制样品组和对照组溶液，测定样品中羰基含量，采用双缩脲法测定总蛋白质量浓度，并于370 nm波长处测定溶液OD值。羰基含量按式（2）计算，以每毫克蛋白含有羰基物质的量表示。

式中：L为比色光径（0.5 cm）；ρ表示样品中蛋白质量浓度/（mg/L）。

1.4 数据处理与分析

采用Origin 9.0和SPSS v.26.0软件处理实验数据，结果用平均值±标准差表示。采用单因素方差分析法进行分析，利用Duncan’s法对数据进行多重比较，P＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 DBD低温等离子体处理对宰后羊肉pH值的影响

pH值是判断宰后肉品质的重要指标[14]。如图1所示，随着贮藏时间的延长，DBD低温等离子体处理组和对照组的pH值均在宰后3 d内下降，在宰后5 d时显著上升（P＜0.05）。章建浩等[15]研究发现，低温等离子体处理的鲜牛肉在冷藏过程中与未处理对照组的pH值变化趋势一致，pH值波动范围较小，本研究结果与之一致。在贮藏前期，宰后0.5 d内pH值显著下降（P＜0.05），这是宰后肌肉在僵直过程中发生糖酵解反应产生乳酸并逐渐累积所致[16]；此外，DBD低温等离子体处理过程中产生的酸性分子（如NOX）与样品中的水分反应也可能会对样品pH值产生影响[17]。而贮藏0.5～3.0 d，随着肌肉中糖原和ATP的消耗，糖酵解反应终止，不再继续产生乳酸，使得样品的pH值逐渐趋于稳定[18]。在宰后5 d，样品的pH值显著升高（P＜0.05），此阶段样品处于自溶和腐败阶段，微生物大量繁殖并分解蛋白质产生一些碱性物质[19]，引起pH值的上升。在宰后贮藏过程中，DBD低温等离子体处理样品的pH值均较未处理对照样品的pH值低，这一现象间接表明DBD低温等离子体处理能抑制羊肉的自溶和腐败过程。整体来看，DBD低温等离子体处理60 s对羊肉宰后贮藏腐败变质的抑制作用更为显著。

图1 不同时间DBD低温等离子体处理羊肉在贮藏期间pH值的变化Fig. 1 Changes in pH of lamb meat treated with DBD cold plasma for different periods of time during storage

2.2 DBD低温等离子体处理对宰后羊肉色泽的影响

色泽是影响消费者购买肉制品意向的重要因素。由表1可知，随着贮藏时间的延长，处理组的L*、b*值呈现先升高后下降的趋势。Kim等[4]和Jayasena等[9]分别研究了等离子体处理对猪腰肉和新鲜猪肉、牛肉L*值的影响，发现经等离子体处理的样品L*值均未发生显著变化（P＞0.05）。宰后1 d内DBD低温等离子体处理样品a*值没有显著变化，宰后3 d时a*值显著降低（P＜0.05），这可能是由于DBD低温等离子体处理过程中产生的大量活性氧基团氧化肌红蛋白和氧合肌红蛋白，促进高铁肌红蛋白的形成，同时产生的过氧化物可与肌红蛋白反应产生胆盐蛋白或氢过氧肌红蛋白，使得肌肉a*值降低[20]。但与对照组相比，DBD低温等离子体处理时间不同，a*值的降低程度不同。整体来看，DBD低温等离子体处理60 s或90 s对宰后羊肉贮藏期间色泽的影响最小。

表1 不同时间DBD低温等离子体处理羊肉在贮藏期间色差的变化Table 1 Variation in color parameters of lamb meat treated by DBD cold plasma for different peroids of time during storage

2.3 DBD低温等离子体处理对汁液流失的影响

汁液流失是体现肉品保水能力的指标之一，反映了贮藏过程中肉样中水分的渗出情况[21]。由图2可知，宰后羊肉在贮藏过程中汁液流失率总体呈现上升趋势，且随着时间的延长，汁液流失也越严重。这可能是因为在贮藏期间，肌肉在解僵成熟过程中蛋白质在酶作用下大量降解，或贮藏后期微生物大量繁殖分解蛋白质，使肌纤维组织结构松散，网络结合力受到破坏，持水力降低，导致样品表面不断渗出水分[22]。贮藏期间DBD低温等离子体处理样品的汁液流失率高于对照组，这是因为DBD低温等离子体处理系统以释放大量氮气为载体，处理时间越长，肉样表面水分挥发越多。而30 s和60 s处理组在贮藏过程中汁液流失率的增加幅度明显低于90 s和120 s处理组，表明适度DBD低温等离子体处理可减缓肉品汁液流失速率，而过度等离子体处理会加速汁液流失。这可能也与等离子体处理导致肌原纤维蛋白变性，结构发生改变有关[23]。

图2 不同时间DBD低温等离子体处理羊肉在贮藏期间保水性的变化Fig. 2 Changes in water retention of lamb meat treated with DBD cold plasma for different periods of time during storage

2.4 DBD低温等离子体处理对宰后羊肉剪切力的影响

肉品的嫩度主要由剪切力来衡量，剪切力越小，嫩度越高[24]。由图3可知，宰后羊肉在僵直和解僵过程中剪切力呈先上升后下降的趋势，除宰后2 d外，其余时间DBD低温等离子体处理组与对照组间无显著差异（P＞0.05）。对照组的剪切力在宰后2 d时达到最大值，而处理组在宰后1 d时达到最大值，这说明DBD低温等离子体处理可能促进宰后肉品的僵直解僵过程，缩短成熟时间。在宰后僵直过程中，肌动球蛋白结合，肌肉收缩，剪切力升高，嫩度降低[25]。在这一过程中，乳酸大量累积导致pH值显著降低，这与pH值的变化趋势结果相印证。与对照组相比，DBD低温等离子体处理的样品剪切力较低，这可能是由于等离子体处理过程中产生的一些活性物质与肌原纤维蛋白发生反应，使肌原纤维蛋白变性或降解[15]，表明低温等离子体处理可能在一定程度上改善肉嫩度。

图3 不同时间DBD低温等离子体处理羊肉在贮藏期间剪切力的变化Fig. 3 Change in shear force of lamb meat treated by DBD cold plasma for different peroids of time during storage

2.5 DBD低温等离子体处理对菌落总数的影响

微生物的生长繁殖是导致食品腐败变质的重要原因，根据GB 9961—2001《鲜、冻胴体羊肉》规定，新鲜羊肉中微生物量限定值为5.70（lg（CFU/g））。由图4可知，DBD低温等离子体处理组的菌落总数均低于对照组。在贮藏前期，微生物缓慢生长，处理组与对照组差异不显著，这可能是由于贮藏前期样品处于新鲜状态，4 ℃冷藏时微生物生长受到抑制。而宰后2 d，各组菌落总数均显著升高（P＜0.05），至第5天时，对照组菌落总数达6.10（lg（CFU/g）），超出限定值。研究表明，等离子体处理过程中产生的活性物质（包括自由基、氧化剂或过氧化物）[26-27]可通过氧化作用破坏微生物的细胞膜、胞内核酸和其他细胞成分，从而导致细胞损伤或死亡[28-29]，有较好的杀菌效果。本研究中，处理组在一定程度上显著降低了细菌总数，其中60 s处理组在宰后7 d时超过菌落总数限值，说明DBD低温等离子体处理具有延缓羊肉腐败的作用。

图4 不同时间DBD低温等离子体处理羊肉在贮藏期间菌落总数的变化Fig. 4 Changes in the total count of bacteria in lamb meat treated by DBD cold plasma at different periods of time during storage

2.6 DBD低温等离子体处理对宰后羊肉蛋白氧化程度的影响

羰基含量是表征蛋白氧化程度最有效的指标。由图5可知，随着贮藏时间的延长，处理组和对照组的羰基含量均呈显著上升的趋势（P＜0.05），DBD低温等离子体处理组的羰基含量均高于对照组，且处理时间越长，羰基含量越高。这说明DBD低温等离子体处理促进了蛋白质羰基的形成，且随着处理时间的延长，处理过程中产生的过氧化物积累越多，进一步加速蛋白质氧化羰基的形成，蛋白氧化程度更高[30]。Huang Mingming等[31]研究发现，低温等离子体可以加速贮藏期间猪肉的脂肪和蛋白氧化；Sharifian等[32]研究发现等离子体处理后牛肉肌原纤维蛋白的羰基含量显著增加；以上研究结果与本研究结果一致。

图5 不同时间DBD低温等离子体处理羊肉在贮藏期间羰基含量的变化Fig. 5 Changes in carbonyl content of lamb meat treated with DBD cold plasma for different peroids of time during storage

3 结 论

DBD低温等离子体处理可有效降低羊肉菌落总数，延长宰后羊肉贮藏期。不同时间的DBD低温等离子体处理对贮藏期间羊肉的色泽和嫩度无明显影响，但对蛋白质氧化羰基的形成有促进作用。综合研究结果可知，DBD低温等离子体处理时间为60 s时，在延长宰后羊肉贮藏期的同时对肉品质的影响最小，后续将从DBD低温等离子处理对宰后贮藏过程中肉品质的影响机理方向进行深入研究，从抗氧化角度探索可保持甚至提高肉品质的DBD低温等离子体处理条件，为DBD低温等离子体处理技术在肉品冷藏保鲜中的应用提供进一步的技术支撑。