活性功能水在肉和肉制品保鲜中的应用研究进展

赵电波，马燕青，张殿鹤

（郑州轻工业大学 食品与生物工程学院，河南 郑州 450001）

肉类富含蛋白质、脂肪、维生素等营养物质，适合微生物的生长繁殖。因此，肉和肉制品在包装、贮藏、运输、销售、加工等环节极易被微生物污染，造成腐败变质甚至可能引发食源性疾病，严重威胁消费者身体健康，同时也造成巨大经济损失。目前，主要采用冷藏、冻藏、添加化学防腐剂、辐照等方法进行肉品保鲜[1]。然而，上述保鲜方法均具有一定的局限性。例如，冷藏是目前应用最为广泛的肉品保鲜方法[2]，但只能在一定程度上抑制微生物的生长繁殖且能耗较高；添加化学防腐剂可较好地抑制微生物生长，但是过多使用会对人体健康造成危害。因此，寻找更加绿色、安全、有效的肉品保鲜方法已成为当前研究的热点。

近年来，活性功能水在食品保鲜领域的应用受到广泛关注。活性功能水是利用电解、臭氧化、冷等离子体等技术对水进行处理得到的具有抑菌、保鲜等作用的新型杀菌溶液，主要包括电解水（electrolyzed water）、臭氧水（ozonated water）和等离子体活化水（plasmaactivated water）等[3]。活性功能水具有杀菌效果好、绿色、安全等优点，在肉类保鲜上具有广阔的应用前景[4-5]。本文对上述3 种活性功能水的产生方法、杀菌机理及其在肉类保鲜领域的应用研究进行综述；同时总结现有研究存在的问题并讨论未来的研究方向，以期为活性功能水在肉类保鲜中的实际应用提供参考。

1 臭氧水

臭氧是一种带有刺鼻性气味的淡蓝色气体，由德国科学家Schorbein 于1840 年发现并命名[6]。臭氧是一种高效的消毒剂，有很强的氧化性，其氧化还原电位为2.07 V[7]，显著高于次氯酸钠（1.63 V）、二氧化氯（1.5 V）等。此外，臭氧分解后形成分子氧，不会造成任何残留和二次污染。2001 年，美国食品药品监督管理局将臭氧列入可直接与食品接触的添加剂中。臭氧溶解在水中，形成臭氧水，室温条件下臭氧在水中的溶解度为1 372 mg/L。与臭氧气体相比，臭氧水具有处理效果均匀、作用效果好、易于处理、杀菌快等优点[8]，被广泛应用于畜禽类、果蔬、水产品与乳制品等的保鲜[5，9]。

1.1 制备方法与杀菌机理

臭氧溶于水后，会产生羟基自由基（·OH）、过氧化氢自由基（HO2·）、超氧阴离子自由基（·O2-）等活性物质[13]。上述活性物质可与臭氧分子一同杀灭微生物。臭氧及其分解产生的自由基可直接氧化微生物的细胞壁和细胞膜[14]，造成细胞内容物泄露；此外，臭氧及其所产生的自由基可穿过细胞膜作用于蛋白质、多糖等物质，同时也能破坏微生物的DNA 和RNA，影响细胞的修复和转录，进而导致细胞死亡[15]。

1.2 在肉品保鲜领域的应用

研究表明，臭氧水可有效杀灭肉品表面的鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium）、大肠杆菌（Escherichia coli）、单增李斯特菌（Listeria monocytogenes）等食源性致病菌并有效保持其营养、质构、色泽等指标。例如，Rahman 等[16]研究发现，生鲜猪肉经5 mg/L 臭氧水浸泡处理300 s 后，接种其表面的单增李斯特菌[初始菌落数为5 lg（CFU/g）]和大肠杆菌O157：H7[初始菌落数为5 lg（CFU/g）]分别降低了1.08 lg（CFU/g）和1.01 lg（CFU/g）。与上述研究类似，Kanaan Manal[17]采用0.5 mg/L 臭氧水浸泡生鲜鸡肉和冷冻鸡肉45 min，发现可将样品中的金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）降低2～4 lg（CFU/mL）。臭氧水在肉和肉制品保鲜中的其他应用见表1。

表1 臭氧水在肉和肉制品保鲜中的应用Table 1 Application of ozonated water in meat and meat products preservation

虽然臭氧水在肉品杀菌中应用广泛，但其不稳定，在水中的半衰期仅为20 min，制约了臭氧水在肉品保鲜领域的实际应用。研究证实，将臭氧水与其他处理方法结合，可显著增强其杀菌效果。Zhang 等[22]将臭氧水与柠檬酸钠联合用于牛肉保鲜，发现在4 ℃时，分别经臭氧水[（9.00 ± 0.25）mg/L，浸泡5 s]和柠檬酸钠溶液（1%，5 mL，喷淋）单独处理后，牛肉菌落总数由初始的4.44 lg（CFU/g）分别降低至3.84 lg（CFU/g）和4.05 lg（CFU/g），在4 ℃条件下的货架期分别为19 d 和17 d；而经臭氧水浸泡5 s 和柠檬酸钠溶液（1%，5 mL）喷淋处理后，牛肉菌落总数可降低至2.74 lg（CFU/g），在4 ℃的货架期延长至21 d。此外，Degela 等[23]研究了臭氧水与酸性电解水联合处理对山羊肉的保鲜效果。结果表明，经浓度为0.68 mg/L 的臭氧水单独浸泡处理12 min 后，山羊肉表面的E.coli O157：H7 可降低0.43 lg（CFU/mL）；而先经浓度为0.68 mg/L 的臭氧水浸泡6 min，再经酸性电解水（pH2.73，氧化还原电位为831.55 mV）处理6 min 后，山羊肉表面的E.coli O157：H7 降低0.86 lg（CFU/mL）。此外，黄玉婷[24]研究表明，将臭氧水与流化冰联合，可有效抑制梅鱼表面的微生物生长并且能够较好地保持其营养和感官品质。然而目前臭氧流化冰多应用于海产品，未来可进一步评估其对冷冻肉的保鲜效果。

2 电解水

电解水也被称为电解氧化水，于1980 年在日本首先研制成功[25]。电解水具有高效广谱、安全无污染、绿色经济等优势[26]，被广泛应用于食品杀菌保鲜、食品机械清洗与消毒等领域。

2.1 制备方法与杀菌机理

电解水的制备一般是将电解质溶液（稀酸或稀盐溶液）在电解装置（含有或不含隔膜）中进行电解制备而成。制备电解水常用的盐主要有氯化钠、碳酸钾、抗坏血酸钙、乳酸钙等，其中氯化钠应用最为广泛。在电解氯化钠溶液时，所制得电解水的pH 值、氧化还原电位（oxidation reduction potential，ORP）、有效氯浓度（available chlorine concentration，ACC）等指标发生变化[27]。根据pH 值的不同，电解氯化钠溶液所制备的电解水可分为强酸性电解水（strongly acidic electrolyzed water，StAEW，pH2.2～2.7）、弱酸性电解水（weakly acidic electrolyzed water，WAEW，pH2.7～5.0）、微酸性电解水（slightly acidic electrolyzed water，SAEW，pH5.0～6.5）、中性电解水（neutral electrolyzed water，NEW，pH6.5～7.5）和碱性电解水（alkaline electrolyzed water，AlEW，pH11.0～13.8）[28]。

目前，电解水的灭菌机制尚未完全阐明，但普遍认为其灭菌效果与活性氯（HClO、Cl2、ClO-等）、活性氧（O3、H2O2等）、高ORP 以及低pH 值的协同作用有关[29]。在电解氯化钠溶液制备电解水的过程中所产生的HClO、O3等活性物质能够破坏微生物的细胞壁和细胞膜结构，在低pH 值的环境下增大细胞壁的通透性，破坏细胞膜的完整性，从而造成钾离子、蛋白质和DNA等胞内物质的泄露[30]。其次，进入细胞的活性物质可以抑制维持细胞必要生命活动的酶的合成，在高ORP 的环境中阻碍细胞代谢，破坏胞内核酸、蛋白质及脂质等物质，造成细胞功能紊乱，进而导致细胞死亡。

2.2 在肉品保鲜领域的应用

研究表明，电解水能够杀灭各类肉和肉制品中的有害微生物，并能有效维持肉及肉制品的营养和感官品质。Hawkins 等[31]发现，经中性电解水喷淋60 s 后，鸡腿肉表面的沙门氏菌降低0.56 lg（CFU/g）。电解水在肉和肉制品保鲜中的其他应用见表2。

表2 电解水在肉和肉制品保鲜中的应用Table 2 Application of electrolyzed water in meat and meat products preservation

然而，电解水在实际应用中存在着稳定性较差、易造成食品器械腐蚀等问题。为了更好地推动电解水在食品保鲜领域的应用，一方面应系统优化电解水的处理工艺和条件，从而更好地发挥其杀菌作用并保证产品的安全性、稳定性；另一方面，可以将电解水与其他技术联合使用。Cichoski 等[35]研究了超声波和微酸性电解水联合处理对生鲜鸡肉表面嗜冷菌的杀灭效果。结果表明，单独超声波处理（130 kHz，10 min）或微酸性电解水浸泡处理（10 min）可将生鲜鸡肉表面的嗜冷菌由初始的2.1 lg（CFU/g）分别降低至1.4 lg（CFU/g）和1.3 lg（CFU/g）；而超声波与微酸性电解水协同处理可使鸡肉表面嗜冷菌降低至1.1 lg（CFU/g）。类似地，Brychcy 等[36]发现，卡拉胶、明胶和酸性电解水复合涂膜对生鲜猪肉具有良好的抑菌保鲜作用。研究表明，与无电解氯化钠溶液制成的卡拉胶、明胶涂膜保鲜猪肉相比[4 ℃冷藏7 d，菌落总数分别降低0.72、0.60 lg（CFU/g）]，使用电解氯化钠溶液制备的卡拉胶、明胶（2.5%）涂膜（覆盖于猪肉表面60 s 并于4 ℃冷藏7 d）具有更强的杀菌保鲜效果[菌落总数分别降低2.03 lg（CFU/g）和1.47 lg（CFU/g）]。在今后的研究中，应系统评价电解水对肉及肉制品营养及感官品质的影响规律。

3 等离子体活化水

等离子体活化水，又称为等离子体酸、等离子体活化液体。在食品领域，与传统热加工技术相比，该技术具有杀菌效果强、处理时间短、操作简单、安全等优点[37]。作为一种新型的杀菌技术，PAW 已被广泛应用于食品保鲜、肉制品护色、食品器械表面消毒等领域。

在诊断符合情况方面,100例患者中,诊断符合78例,其概率为78.00%,缺铁性贫血组、地中海贫血组数据对比性不佳,P>0.05,详细情况如表二所示:

3.1 制备方法与杀菌机理

目前PAW 一般是通过在水中或水表面进行大气压冷等离子体放电处理产生。常用的放电方式主要包括介质阻挡放电、表面介质阻挡放电、滑动电弧放电、大气压等离子体射流等[38]。

PAW 的杀菌机制比较复杂。目前的研究普遍认为，PAW 通过其在放电过程中产生的多种活性物质（如H2O2、NO2-、NO3-、O3等）在酸性条件下的协同作用杀灭微生物[39]。研究证实，微生物暴露于PAW 后，H2O2等活性物质可附着于细胞表面并破坏细胞壁中的肽聚糖等物质，进而导致细胞壁裂解[40]；H2O2等活性物质也能够作用于细胞膜的磷脂双分子层，引起微生物细胞膜的氧化应激，破坏微生物细胞形态，从而造成蛋白质、核酸等细胞成分泄露。同时，上述活性物质能够穿过细胞膜进入细胞，通过损伤DNA、蛋白质等途径引起内部损伤，进而杀灭微生物。此外，PAW 处理引发的溶液酸化、氧化还原电位和电导率升高也可能通过影响代谢活动而导致微生物失活[41]。

3.2 在肉品保鲜领域的应用

3.2.1 在肉品杀菌保鲜中的应用

PAW 是一种新型的非热杀菌技术，其对细菌、真菌、病毒等多种微生物均具有良好的抗菌活性。相较于传统的热加工技术，PAW 作为一种温和的处理方法，既能达到有效灭菌的目的，又能较好地保持产品的营养和感官品质，具有广阔的应用前景。国内外研究表明，PAW 在肉类保鲜方面具有较好的应用潜力，等离子体活化水在肉和肉制品保鲜中的应用见表3。

表3 等离子体活化水在肉和肉制品保鲜中的应用Table 3 Application of PAW in meat and meat products preservation

续表3 等离子体活化水在肉和肉制品保鲜中的应用Continue table 3 Application of PAW in meat and meat products preservation

3.2.2 在肉品护色中的应用

研究证实，PAW 富含NO2-、NO3-等物质，可用作肉和肉制品的护色剂。Yong 等[45]发现，与用亚硝酸钠盐水护色处理的火腿相比，使用PAW 护色处理的火腿具有更好的色泽且亚硝酸盐残留量相对较低。Jung 等[46]研究发现，PAW 对猪肉糜具有很好的护色作用且不会促进肉糜发生脂质氧化。此外，一些研究还评价了PAW 处理对肉制品安全性的影响。Kim 等[47]采用PAW制备香肠，通过鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验和小鼠实验，分别检测了香肠提取物对鼠伤寒沙门氏菌的诱变性以及对小鼠的免疫毒性。结果表明，经PAW 制备的香肠不存在致突变性和免疫毒性。以上研究表明，在不影响肉品质量的前提下，PAW 可作为亚硝酸盐的潜在替代品，用于肉品的护色。目前关于PAW 处理对肉及肉制品的感官品质和营养价值的研究相对较少，未来可重点研究PAW 与肉品中成分的相互作用，全面评估其对肉品品质的影响，推动PAW 在肉品护色领域的实际应用。

3.2.3 在冻肉解冻中的应用

冷冻贮藏是目前最为常用的肉类保鲜方法，而解冻过程对肉类的品质有较大的影响。传统的解冻方法主要包括空气解冻法和水解冻法[48]。空气解冻法虽然成本低，但是其解冻速度慢，且可能造成冻肉品质下降；水解冻法虽然解冻速度快，但是容易造成微生物污染。因此，寻求更有效的解冻方法尤为重要。Liao 等[49]将PAW 作为解冻介质应用于冷冻牛肉的解冻，发现冷冻牛肉[菌落总数为4.78 lg（CFU/g）]经空气解冻后，其表面菌落总数增加至5.27 lg（CFU/g）；而经PAW 处理后，其菌落总数降低至3.16 lg（CFU/g）。此外，PAW解冻处理未对牛肉的质地、pH 值和色泽产生不良影响，并有效抑制了牛肉的脂质氧化和蛋白质氧化。应可沁等[50]将PAW 应用于冷冻牛肉的解冻，也得到了相似的结果。Qian 等[51]将PAW 联合超声波应用于冷冻鸡肉的解冻过程，结果表明，PAW 联合超声波处理使鸡肉表面菌落总数降低了1.17 lg（CFU/g），同时显著抑制了脂质和蛋白质的氧化并维持了鸡肉的色泽。综上，PAW 有望成为一种新型的解冻介质用于冷冻肉品的解冻。未来应系统研究PAW 解冻对肉品加工性能的影响，优化PAW 处理的工艺参数。此外，还应将PAW与其他处理方法（如超高压、微波、射频等）联合应用于肉类解冻，在缩短解冻时间的同时有效保持肉品的品质。

4 结语

近年来，随着生活水平的不断提高，消费者对于食品的品质和安全提出了更高的要求。活性功能水不仅可以有效杀灭肉类表面的微生物，而且能较好地保持其营养价值和感官品质，在肉类质量和安全方面具有广阔的应用前景。在未来的工作中，一方面要加强各种活性功能水作用机制的研究，优化活性功能水处理的工艺参数，为其在肉品工业的广泛应用奠定理论基础；另一方面应重点研究活性功能水与其他技术的协同处理效果，从而有效地提高肉类产品的安全性和品质。