臭氧杀菌联合壳聚糖涂膜对冷鲜黄牛肉的保鲜效果

宣 伟 李 铁 薛锡佳 仪淑敏

(1. 阜阳市食品药品检验检测中心,安徽 阜阳 236000; 2. 安徽金种子酒业股份有限公司,安徽 阜阳 236000; 3. 渤海大学食品科学与工程学院,辽宁 锦州 121013)

牛肉因含有优质的蛋白质、脂肪酸、矿物质及维生素等多种营养物质深受消费者喜爱[1-2]。安徽阜阳盛产黄牛,享有“中国黄牛第一区”的美誉,但其黄牛肉产业发展较为落后。将黄牛屠宰分割后直接销售的传统模式无法提升产品附加值,而开发具备保持原有结构组织、营养价值丰富、品质优良,有利于人体消化吸收等优势[3]的冷鲜黄牛肉成为突破这一瓶颈的重要方向,其中,解决冷鲜黄牛肉易腐败问题成为重中之重。目前,基于合成化学添加剂在公众健康方面存在的负面影响[4],开发低成本、高效、安全的冷鲜牛肉保鲜技术是学术界关注的重点。

壳聚糖作为甲壳素脱乙酰后的天然产物,是仅次于纤维素的第二丰富的多糖[5],具有杀菌、抗氧化等功效[6]。Gedarawatte等[7]研究发现,用1%壳聚糖喷涂冷鲜牛肉可以显著减少30%～36%的脂肪氧化,减少乳酸菌数1～2数量级。壳聚糖联合ε-聚赖氨酸[8]、鲁普兰多糖[9]以及黑木耳多糖[10]均能够有效延缓冷鲜牛肉的品质下降,提升冷鲜牛肉的货架期。此外,臭氧作为一种有效的消毒剂和强氧化剂[11],通过氧原子的氧化反应破坏微生物的生物膜结构,可以达到杀菌目的[12]。目前,相关保鲜研究中存在单一生物保鲜技术抑菌谱窄、部分生物保鲜剂产量低以及价格昂贵[13]等缺陷。因此,复合生物保鲜技术成为发展趋势[14-15]。Cao等[16]研究发现,臭氧水与壳聚糖涂膜可以有效抑制太平洋牡蛎在冷藏过程中的细菌生长、延缓品质下降,延长货架期。但是,臭氧杀菌技术联合壳聚糖涂膜在冷鲜黄牛肉中的应用尚未见报道。

研究拟采用臭氧杀菌联合壳聚糖涂膜技术,旨在通过臭氧杀菌前处理最大限度降低冷鲜黄牛肉的初始菌落数,再协同壳聚糖涂膜的抗氧化及抗菌作用。结合感官、色度、吊挂损失率、TVB-N值及菌落总数考察该复合技术对4 ℃冷藏的冷鲜黄牛肉的品质控制及货架期影响,为满足阜阳黄牛肉产业转型升级的迫切现实要求提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黄牛肉(牛后腿肉):黄牛经屠宰后,胴体置于-20～-25 ℃冷冻间冷却90 min,然后置于4 ℃冷库中冷却排酸24 h,使得黄牛后腿肉的中心温度达到4 ℃左右,重复3次,将黄牛后腿肉剔骨分割,并于30 min内运送至实验室,阜阳市回民街惠民牛肉有限公司;

壳聚糖:食品级,脱乙酰度90%,山东卫康生物医药科技有限公司;

平板计数琼脂:海博生物技术有限公司;

氯化钠、氧化镁、盐酸等:分析纯,国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

臭氧制水机:OZ-CYS-1T型,青岛中科三氧净化设备有限公司;

陈列式冷柜:SC-298型,青岛海尔特种电冰柜有限公司;

真空包装机:DZD-400/2S型,江苏腾通包装机械有限公司;

色差仪:SR-64型,深圳三恩时科技有限公司;

电子天平:AL204型,梅特勒—托利多仪器(上海)有限公司;

恒温水浴锅:HH-S型,江苏金坛市金城固胜实验仪器厂;

超纯水机:UPT-Ⅱ-20T型,四川优普超纯科技有限公司;

拍击式均质器:400vw型,法国英特塞恩斯公司;

自动凯氏定氮仪:K9840型,海能未来技术集团股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 臭氧水杀菌浓度和时间的确定 参照崔福顺等[17]的方法,分别吸取0.50,0.75,1.00,1.25,1.50,1.75,2.00 mg/L一系列质量浓度的臭氧水各1 mL加入到无菌培养皿中,再向无菌培养皿中加入0.2 mL的1×105CFU/L的菌悬液,测定牛肉中菌落总数,以不长菌的最低臭氧水质量浓度作为其抑菌的最低浓度。

利用臭氧水浸泡牛肉的方式可能会导致牛肉出现交叉污染问题,还会进一步稀释臭氧水浓度,不利于杀菌。因此,参照刘恒阁等[18]的方法并略作修改,以冲洗替换浸泡,将1.00 mg/L臭氧水冲洗无菌条件下经搅碎机均质后的黄牛肉10,15,20,25,30 s,并以不长菌的最低冲洗时间作为此次试验的最低时间。

1.3.2 样品处理 去除牛肉筋膜、脂肪,切成大小均匀、约200 g的肉块,对照A组为超纯水处理,试验B组采用2%壳聚糖溶液涂膜处理,试验C组采用臭氧水杀菌+2%壳聚糖溶液涂膜处理。沥干后真空包装,3组均放置于4 ℃冰箱贮藏,分别于贮藏第0,2,4,6,8,12,14,16,18,20,22,24,26天测定牛肉中的感官、色度、菌落总数、TVB-N及吊挂损失率。

1.3.3 感官评定 参照GB/T 22210—2008和孟庆等[19]的方法,按表1进行感官评定。

表1 感官评分标准

1.3.4 色度测定 利用色差仪进行测定,记录亮度值(L*)、红度值(a*)并取平均值。

1.3.5 吊挂损失率测定 参照付丽等[20]的方法,并按式(1)计算吊挂损失率。

(1)

式中:

A——吊挂损失率,%;

m1——吊挂前质量,g;

m2——吊挂后质量,g。

1.3.6 TVB-N测定 参照GB 5009.228—2016中第二法。

1.3.7 菌落总数测定 参照GB 4789.2—2022。

1.3.8 数据分析 所有试验重复3次,结果表示为平均值±标准差,采用Origin 8.0软件绘图,SPSS 20.0软件进行显著性分析,P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 臭氧水杀菌浓度及时间

试验优化了臭氧水杀菌的最佳浓度与时间,通过最小抑菌试验确定了臭氧水杀菌的最低杀灭牛肉中微生物质量浓度为1.00 mg/L。利用1.00 mg/L臭氧水对牛肉进行不同时间的冲洗,最终确认冲洗20 s后即可杀灭牛肉中所有的微生物,与Goncalves等[21]的臭氧水杀菌工艺存在时间差异,与刘恒阁等[18]的5.160 mg/L臭氧水浸泡罗非鱼10 min有较大出入,这可能与黄牛肉和水产品的初始菌落数和(或)清洗方式不同有关。实际生产作业中,高浓度的臭氧水不但会影响产品品质,还会对作业人员身体产生伤害。人体对臭氧嗅觉的临界值为0.15 mg/L,中毒限值为10 mg/L。此外,长时间的臭氧水浸泡处理不但会出现交叉污染等问题,也不符合生产企业降本提效的现实需求。因此,采用1.00 mg/L臭氧水冲洗20 s的方式可以实现冷鲜黄牛肉减菌化目标,具有操作简单、实用性强、成本低以及无污染等优势,应用前景良好。

2.2 感官分析

由图1可知,对照A组和试验B、C组分别在第14,22,26天腐败变质。同一贮藏期,3组冷鲜黄牛肉在贮藏过程中的感官评分差异显著(P<0.05)。相对于对照A组,试验B组的感官评分下降较为缓慢,表明壳聚糖能够抑制微生物的生长繁殖,阻碍冷鲜牛肉色泽的下降,延缓蛋白质的变性速度,使冷鲜黄牛肉保持一定的弹性,肌肉的持水能力下降速度变慢,减少了氨类等不可接受气体的产生。同时,壳聚糖膜能够阻碍冷鲜黄牛肉的汁液流失与水分蒸发,一定程度上保持了黄牛肉表面微干状态,也延缓了低氧分压条件下氧化反应所导致的色泽下降。此外,试验C组的感官评分下降在3组中最为缓慢,进一步说明通过臭氧杀菌前处理大幅降低了牛肉的初始菌落数,可以抑制由微生物作用引发的肉质褐变、蛋白质水解、变性等,再协同壳聚糖抗菌和抗氧化作用,进一步延缓了冷鲜黄牛肉各感官参数的下降。

小写字母不同表示差异显著(P<0.05)

2.3 色度

由图2可知,亮度L*值在贮藏前期有一个快速上升的过程,且对照A组的增速大于试验B组和C组,说明在冷鲜黄牛肉贮藏过程中,因为肉的不断腐败,肌肉组织的持水能力持续减弱,溢出肌肉表面的水分反光,导致肉表面的亮度L*值有一个增加的过程[22]。与此同时,微生物的不断生长繁殖,加之低氧分压条件,黄牛肉开始褐变[23],导致亮度L*值下降。因此,在冷鲜黄牛肉贮藏过程中,亮度L*值均有一个先上升再下降的过程,与Huang等[2]的结果较为相似。相比于对照A组,试验B组的L*值上升与下降较为缓慢,是因为壳聚糖涂膜能够有效延缓黄牛肉肌肉内水溶物的溢出,避免了黄牛肉L*值的快速上升。在后续贮藏过程中,壳聚糖膜能够减缓黄牛肉表面水分的流失,降低黄牛肉表面的干燥速度,同时也抑制了肉的氧化褐变反应,使得L*值下降速度较慢。而试验C组在贮藏前期,牛肉的L*值上升最为缓慢,说明初始菌落的大幅降低会在一定程度上减少微生物作用对L*值的影响;在贮藏后期的下降过程中,幅度也是最小的,表明臭氧杀菌与壳聚糖可以延缓冷鲜黄牛肉L*值的变化。

小写字母不同表示差异显著(P<0.05)

相比较L*值,a*值更加能够反映肉色质量[24],因为a*值越大,牛肉表面颜色越鲜红,感官越好。牛肉中的肌红蛋白形态与浓度决定了a*值[25]。当脱氧肌红蛋白(DeoMb-Fe2+)与O2发生氧化反应生成氧合肌红蛋白(OxyMb-Fe2+),此时蛋白结构中心Fe2+的第6个配位键与氧气结合,肉色由紫红色变成亮红色。然而,氧合肌红蛋白(OxyMb-Fe2+)不稳定,会进一步被氧化成高铁肌红蛋白(MetMb-Fe3+),肉色变成褐色,这是a*值下降的主要原因[2]。贮藏前期,试验C组黄牛肉a*值下降较快,可能是由于臭氧的氧化作用,加速了脱氧肌红蛋白、氧合肌红蛋白朝着高铁肌红蛋白转变,促进了牛肉的褐变[11]。贮藏后期,对照A组和试验B组的a*值下降幅度显著超过试验C组(P<0.05),且分别在第14,22天低于可接受阈值14.50[26],而试验C组牛肉的a*值在第26天才低于这一限值。这是由于臭氧不断降解,因臭氧氧化作用引起红度a*值暂时性快速下降的影响消失。整个贮藏过程中,与对照A组相比,试验B组的a*值下降较慢,表明壳聚糖膜具有一定的抗氧化功效。但在贮藏后期,试验C组的a*值下降最为缓慢,表明在低氧分压状态下,a*值不仅与氧化反应有关,还与微生物有关[27]。因此,臭氧杀菌协同壳聚糖涂膜可以延缓因微生物作用与氧化反应共同导致的a*值下降。

2.4 TVB-N值

由图3可知,冷鲜黄牛肉TVB-N值的初始值为6.74 mg/100 g,表明黄牛肉的新鲜度好。随着贮藏时间的延长,3组的TVB-N值也开始增加。其中,对照A组牛肉中的TVB-N值在第14天达到了16.27 mg/100 g,超过GB 2707—2016中的限量值(15 mg/100 g),此时牛肉已腐败。而试验B组和C组的牛肉TVB-N值分别在第22,26天才超过限量值。综上,试验B组黄牛肉在冷藏期间的TVB-N值显著低于对照A组(P<0.05),表明壳聚糖能够延缓TVB-N值的增加。这与壳聚糖良好的抗菌特性相关,因为肉质中TVB-N值的增加,主要源于微生物作用[28]。相对试验B组和对照A组,试验C组黄牛肉在冷藏期间的TVB-N值增速最低(P<0.05),充分说明经过臭氧的前处理杀菌,降低了因微生物作用引发的TVB-N值的增加速度,再协同壳聚糖涂膜,进一步抑制了冷鲜黄牛肉表面的微生物生长活动,延缓了冷鲜黄牛肉蛋白质以及非蛋白质含氮化合物的分解。

小写字母不同表示差异显著(P<0.05)

2.5 吊挂损失率

由图4可知,3组黄牛肉的吊挂损失率均随贮藏时间的延长而不断上升,表明在冷鲜黄牛肉贮藏过程中,细胞骨架蛋白持续水解、变性,致使牛肉的肌肉持水能力不断下降,汁液持续流出。其中,对照A组在第14天腐败时的吊挂损失率达到了0.66%,而试验B组和C组在第22,26天腐败时的吊挂损失率分别为0.65%,0.68%。对照A组的吊挂损失率增加幅度最大,汁液流失较为严重,影响了牛肉的感官可接受性;试验B组的吊挂损失率增加幅度次之,说明一方面壳聚糖膜能够均匀地覆盖在冷鲜黄牛肉表面,延缓汁液的流失。另一方面,壳聚糖通过抑制微生物作用,继而减缓细胞骨架蛋白的水解、变性;试验C组的吊挂损失率最小,且3组之间差异显著(P<0.05),进一步说明臭氧在杀菌方面的优势,可以协同壳聚糖阻止因微生物代谢活动导致的蛋白质水解与变性,延缓冷鲜黄牛肉吊挂损失率的增加。

小写字母不同表示差异显著(P<0.05)

2.6 菌落总数

由图5可知,经臭氧杀菌前处理后,黄牛肉的初始菌落总数由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杀菌作用。贮藏过程中,3组牛肉中的微生物均开始不断生长繁殖,且差异显著(P<0.05)。其中,对照A组黄牛肉中的菌落总数增长速度最快,在第14天达到了7.38 lg(CFU/g),超过了可接受阈值7.00 lg(CFU/g)[2,29-30]。试验B组黄牛肉中的菌落总数增长速度次之,在第22天达到了7.12 lg(CFU/g)。相比对照A组,试验B组延长了8 d才达到微生物不可接受值,说明壳聚糖对微生物的生长活动抑制效果明显,这与壳聚糖的抑菌功能有关,也与壳聚糖成膜阻止了牛肉与外界发生物质交换有关[31]。试验C组黄牛肉的菌落总数增长速度最慢,在第26天才达到7.25 lg(CFU/g),表明初始菌落的大幅度降低在一定程度上能够减缓牛肉中微生物的生长繁殖速度,加之壳聚糖协同抑菌作用,有效抑制了冷鲜黄牛肉在贮藏过程中的细菌生长繁殖活动。

小写字母不同表示差异显著(P<0.05)

3 结论

试验表明,臭氧水前处理杀菌的最佳质量浓度为1.00 mg/L,冲洗时间为20 s。臭氧冷杀菌技术很好地实现了冷鲜黄牛肉的减菌化目标,再联合壳聚糖的协同增效作用,有效延缓了冷鲜黄牛肉感官评分和色度(L*和a*值)的下降,延缓了肉类腐败关键指标TVB-N值、菌落总数及品质指标吊挂损失率的增加。相比对照A组,试验C组黄牛肉的货架期延长了12 d,说明臭氧杀菌联合壳聚糖涂膜在冷鲜黄牛肉中的应用保鲜效果良好。相比于试验B组,试验C组黄牛肉的货架期延长了4 d,说明臭氧作为减菌前处理方法,通过降低黄牛肉初始菌落总数而延长货架期的方法是行之有效的,充分发挥了两者之间的协同作用。综上,臭氧杀菌联合壳聚糖涂膜具有操作简单、方便、保鲜效果好、成本低、实际应用可行性高等优势,值得进一步研究和推广应用。后续可从蛋白组学研究筛选新鲜度指示蛋白,以及从分子生物学角度分析优势腐败菌,进一步揭示臭氧杀菌联合壳聚糖涂膜冷鲜黄牛肉的保鲜机理。