植物多酚协同气调包装促进肉类保鲜

张毅毅,南延明,张会旺,宋伟,王玲玲,燕宇真*,王自超*

1(安康学院 现代农业与生物科技学院,陕西 安康,725700)2(汉滨区农业农村局,陕西 安康,725700)

肉类富含蛋白质、氨基酸、脂肪等多种营养物质,是人类最重要的食物之一。近年来,随着我国城乡居民消费水平的不断提升,我国人均肉类消费量也在稳步上升。鲜肉是肉类供应的主要产品,但鲜肉具有易腐败变质的特性,其供应必须依赖保鲜处理。目前,鲜肉在供应过程中经常因为保鲜处理方式或储存条件不当而引起巨大的浪费。因此,开发可靠有效的鲜肉保鲜技术对于减少鲜肉在供应过程中的浪费和保障肉类供应具有重要意义。

植物多酚(plant polyphenols, PP)具有较好的抗氧化活性和防腐特性,被广泛用作保鲜剂用于油脂、火腿、蛋糕、巧克力等食品的保鲜处理,以延长其货架期。气调包装(modified atmosphere packaging, MAP)是将食物密封于具有气体阻隔性的包装容器中,并在该容器中充以合适的理想气体(如CO2、O2、N2等),改变包装容器内的气藏环境,以抑制微生物生长或赋予食物特定的品质特性,从而达到食物保鲜和延长其货架期的目的。目前,将PP与MAP协同使用开展食品保鲜的研究也多有报道,这或可为食品工业提供新的、可靠有效的鲜肉保鲜技术。因此,本文对PP、MAP以及PP协同MAP在对肉类保鲜方面的应用加以总结分析,为开发可靠有效的鲜肉保鲜技术、从而减少鲜肉在供应环节的浪费提供科学依据。

1 PP在肉类保鲜中的应用

PP是植物中主要的次生代谢产物,存在于植物的果实、花、种子、叶、根中。PP主要有酚酸类、类黄酮类、芪类和木脂素类,它们的结构中均含有多个酚羟基,从而具有较强的抗氧化活性和抑菌特性[1]。因具有绿色无毒、可食性等特点,迷迭香、葡萄籽、苹果、以及茶叶等植物资源中的多酚被视作天然的抗氧化剂和抑菌剂,广泛地应用于肉类的保鲜上。

迷迭香酚含有迷迭香酸、鼠尾草酸、咖啡酸和绿原酸等。其中,迷迭香酸是主要成分。迷迭香酚能够有效降低肉类脂肪和蛋白质的氧化程度[2]。其主要是通过螯合金属离子、清除自由基以及依靠自身的还原能力起到抗氧化作用。在防止脂肪氧化方面,ERDMANN等[3]将迷迭香酚应用于香肠,发现发酵香肠中添加0.048 g/kg的迷迭香酚可延缓其脂肪氧化;BAK等[4]在熟食火鸡中添加400 mg/kg的迷迭香酚,发现可有效降低其脂肪氧化速度;ZHOU等[5]研究发现,迷迭香酚和生姜多酚都能降低西式香肠中的硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid reactive substances,TBARS)值,但迷迭香酚效果更好。在防止蛋白氧化方面,苏晓琴等[6]研究发现,迷迭香酸可以有效降低肌红蛋白(myoglobin,Mb)氧化程度,从而提高肉类颜色的稳定性。梁迪等[7]研究发现,迷迭香酚具有较好的护色效果,能够维持鲜肉在贮藏期间的色泽值(红色值)稳定。此外,迷迭香酚还具有较好的抗菌活性。李兆亭等[8]研究发现,迷迭香酚(>20%)对鲜肉在储藏期间的菌落总数和大肠菌群数(最可能数)的抑制作用显著,且其抑制效果与同等剂量的乳酸链球菌肽(nisin)无明显差异。

葡萄籽多酚中含有儿茶素、表儿茶素和表儿茶素-3-O-没食子酸酯,以及二聚体、三聚体和四聚体原花青素等酚类化合物。与迷迭香酚类似,葡萄籽多酚可通过清除自由基、螯合金属离子以及与其他抗氧化剂的协同作用来发挥抗氧化活性,从而能有效地降低肉类中脂肪和蛋白质的氧化程度。有学者[9-12]研究发现,葡萄籽多酚能分别降低腌制干香肠、烟熏腊肉、培根和冷却猪肉中的TBARS值、总挥发性化合物(total volatile basic nitrogen,TVB-N)含量以及过氧化值。因为脂肪氧化的产物能够进一步引起蛋白质的氧化,所以刘以娟[12]还发现葡萄籽多酚能够抑制冷却猪肉中蛋白的氧化,从而减缓了该猪肉红色值的下降速率,维持了其色泽品质。此外,WANG等[10]还发现葡萄籽多酚能有效抑制腊肉中肠杆菌科微生物的生长。

苹果多酚包括绿原酸、儿茶素、表儿茶素和根皮苷等。YU等[13]研究发现,苹果多酚可在一定程度上抑制腊肉、香肠等肉类中脂肪的氧化,从而减少挥发性醛类形成,并提高其红色值的稳定性。杜双甜等[14]研究还发现,苹果多酚与其他抗氧化剂,如二丁基羟基甲苯、nisin、烟酰胺以及壳聚糖混合(通常为1∶1,质量比)使用时,其抗氧化活性以及抑菌效果要好于其单独使用。这说明苹果多酚发挥抗氧化作用与抑菌活性的机理主要是与其他抗氧化剂协同作用。

茶多酚中儿茶素最为重要,它具有较强还原性,可与自由基结合终止脂质过氧化的链式反应,并可作为金属络合剂阻碍金属离子对氧化反应的催化作用,是目前最被广泛应用的一种天然抗氧化剂。FU等[15]研究表明,用0.2 g/100 mL的茶多酚溶液腌制白鲢鱼既能控制其在干燥过程中的脂质氧化速度,还能保留大部分DHA和EPA。WANG等[16]研究发现,在培根成熟和贮藏过程中,茶多酚不仅能控制丙二醛的生成量,而且能抑制具有氨基酸脱羧酶活性的微生物的生长,从而降低生物胺的生成量。茶多酚也表现出与其他抗氧化剂协同作用时其效果强于单独使用的特性。王海燕等[17]研究发现,茶多酚与维生素E或壳聚糖混合使用时,对冷却牛肉的抗氧化和防腐保鲜作用最好,而且能防止失色现象。刘开华等[18]的研究也发现壳聚糖联合茶多酚对冰鲜鸭肉的保鲜效果优于单一保鲜剂。

2 MAP在肉类保鲜中的应用

食品工业中,MAP是一种极具潜力的肉类包装形式,它能够赋予或较长时间保持肉类良好的色泽、嫩度、风味、感官等品质,还可以有效克服透气包装和真空包装等过程中所面临的液体渗漏、压缩变形、需再次加工等问题。常用于MAP的理想气体包括O2、CO2和N2。上述每种气体都具有特定的功能。例如,O2能够抑制肉类贮藏时厌氧菌的繁殖,并可以与肌肉中Mb结合后形成氧合肌红蛋白(oxymyoglobin,MbO2),而使肉类呈现红色。席丽琴等[19]研究发现,MAP中O2浓度可以影响肉及肉制品的色泽,适当浓度的O2能使肉及肉制品呈现红色,并维持较长时间。当O2含量为50%时,生鲜肉的色泽稳定性较高[20]。马利华等[21]的研究也表明,MAP中适当浓度的O2能促进MbO2的生成,赋予肉类红色,并且抑制厌氧微生物的生长,延长其货架期。

CO2可以有效抑制需氧细菌、霉菌以及真菌等微生物的繁殖和生长,延长微生物增长的停滞期及指数增长期,起到防腐防霉的作用;同时,由于CO2可溶于水并形成碳酸,降低pH值,使某些不耐酸的微生物失去生存的必要条件。另外,CO2也可以抑制包装中产品组织细胞的呼吸作用,降低呼吸强度,延迟产品成熟期,从而延长产品的保质期。瞿圣等[22]研究发现,CO2能有效抑制荧光假单胞菌的生长繁殖,其总数随贮藏时间的延长而上升,随CO2比例的升高而下降。林顿[23]研究发现CO2浓度的增加使冷却猪肉中的单核细胞增生李斯特菌数量减少,当CO2含量>20%时,具有一定的抑菌效果,且其含量为100%时,抑菌效果最好。

N2是一种惰性气体,且具有较低的透气率,因而可以作为混合气体的缓冲或是平衡气体,并可以防止包装容器因CO2消耗或逸出被大气压压塌,在MAP系统中主要是作为充气材料使用。但高欣[24]和赵冰等[25]的研究表明N2作为惰性气体充入包装内部,不仅降低了脂肪氧化速度、微生物生长速度等,而且降低了肉类的汁液损失。这说明N2不仅可以作为支撑气体,还能够制造缺氧的环境来减缓食品氧化和呼吸作用,从而使食品保鲜。

一般按照食物包装的需求而选择上述气体中的一种或多种气体混合使用。例如,赵莹鑫等[20]采用理想气体组合为50%O2+50%CO2(均为体积分数)的MAP用于保持羊肉在储藏期的嫩度。但这些气体在使用过程中,尤其是在高浓度情况下会产生一些副作用。例如,过高浓度的O2会造成肉类不饱和脂肪酸氧化酸败,致使肉类褐变。陈东杰等[26]研究发现,过高浓度的O2会使肉品嫩度降低,O2浓度越高,肉品嫩度下降越快。同时,过低浓度O2也会使肉类大部分呈现暗红色[27]。所以适当的O2浓度才对保持新鲜猪、牛、羊肉等红肉的红色色泽具有一定的效果。同理,MAP包装过程中,需要将CO2浓度控制在合适的范围内,才能延长肉类的保质期,否则会加速其腐败变质。例如,林顿[23]研究发现,随着CO2浓度的升高,会出现汁液流出率上升的现象。由于这些副作用,食品工业长期以来一直在寻求新的可用的理想气体。

CO能够进入肌肉组织与Mb结合形成红色的碳氧肌红蛋白(carboxymyoglobin,COMb),并降低肌肉组织中O2含量,从而影响肉类相关化学反应的速度,减慢肉类的腐败变质速度[28]。因此,CO具有被开发成为含CO的MAP(CO-MAP)的潜力,一些学者对此也开展了相关研究。例如,王永林等[29]的研究发现,CO-MAP可明显延长冷却肉色泽稳定的时间,使冷却肉在整个贮存期中都保持鲜艳的红色。赵冰等[25]的研究发现,CO-MAP能减慢生鲜猪肉保藏过程中脂肪的氧化速度,减缓蛋白质的降解。吴宪玲等[30]研究表明,CO-MAP能减缓肉制品中糖类、蛋白质的消耗,延长其贮藏期。栗云鹏等[31]的研究还发现,CO-MAP使肉品的菌落总数、大肠菌群数量增加变缓,沙门氏菌出现较晚,挥发性盐基氮和pH均在新鲜肉的标准范围内。SIEGEL等[32]还申请了基于CO-MAP的肉类包装专利。但是与MbO2的红色相比,COMb的红色却给人一种不自然的感觉;并且COMb相当稳定,即便肉类已经腐败变质或者被过度蒸煮后也能保持其红色,曾产生过“CO金枪鱼”这类严重的食品安全问题。此外,CO是一种毒性气体,包装容器中残留的CO在开启包装时以及肉类组织中自由的CO在食用过程中可能会对消费者造成人身安全问题(主要是干扰机体内O2的正常供给)[33]。因此,尽管在1985年就已经被开发,但CO-MAP包装技术直到现在也仅有美国一国允许其在肉类包装中使用,并且严格限制CO的使用浓度,规定不得超过0.4%(体积分数)[34]。

硝酸盐和亚硝酸盐是被广泛使用的食品添加剂,能够赋予火腿、腊肠、热狗等食品诱人的色泽[34]。在研究其赋色机理过程中发现硝酸盐和亚硝酸盐能被细菌或酶还原生成NO,后者会与Mb结合生成粉红色的氮氧肌红蛋白(nitroxymyoglobin,NOMb),从而赋予肉类鲜亮的颜色。此外,由于动物的呼吸作用以及宰杀后的暴露,肌肉组织中的Mb有机会与O2充分接触,导致鲜肉中通常含有大量的MbO2,而NO能够使MbO2转化成NOMb[35],使肉类由不稳定的MbO2红色转变为稳定的NOMb粉红色。这说明NO是肉类颜色以及颜色稳定性的关键。与此同时,NO还被发现在抑制肉类微生物生长、防止肉类脂肪和蛋白质氧化、保持肉类宰后嫩度等方面具有显著作用[36]。因此,NO也具有被开发成为含有NO的MAP(NO-MAP)进行肉类包装的潜力。WANG等[37]开发了以外源性NO和N2(0.4%∶99.6%,均为体积分数)为理想气体的NO-MAP,并将其应用于罗非鱼片的保鲜盒储存。结果表明在冷藏(4 ℃)条件下,相较于真空包装的罗非鱼片,NO-MAP包装的罗非鱼片具有更高的红色值、更小的僵直度、更少的汁液损失和更长的货架期。因此,NO-MAP或将成为满足食品工业需求的新的肉类包装方式。但是NO也是有毒气体,其使用同样存在与CO类似的食品安全问题,这还需要深入研究。

3 PP协同MAP进行肉类包装

3.1 PP协同MAP的作用方式

PP协同MAP的作用方式主要是先使肉类与PP接触,然后进行MAP包装。而肉类与PP接触的方式有多种。例如,将PP溶液直接喷洒或涂抹在肉类表面。如表1所示,郭宇辰[38]将不同质量浓度(2～10 g/L)的葡萄籽多酚保鲜液喷涂到鸡腿表面;陈洪生等[39]将不同质量浓度(0～40 g/L)的大蒜多酚用毛刷涂抹在冷却肉表面;BELLÉS等[40]将绿茶多酚(5 g/L)和琉璃苣种子多酚(100 g/L)的混合物喷洒到排骨的表面;而TANG等[41]将茶儿茶素(200 mg/kg)以气溶胶的形式喷洒在牛肉的表面,之后再使用含不同比例理想气体的MAP对这些肉类进行包装。

除喷洒或涂抹外,也可以将肉类浸泡在含PP的溶液中一定的时间,这有利于肉类与PP的充分接触,从而产生更好的保鲜效果,也正如此,浸泡的方式是目前主要使用的方法。如表2所示,包括猪、牛、羊肉在内的畜肉以及鱼类产品均采用这种方式进行处理。此外,为保证PP与肉类的充分接触,FANG等[42]和齐凤生等[43]将肉类浸入PP与壳聚糖等混合制成的溶液中,待其风干从而在肉类的表面形成一层薄膜,之后再进行MAP包装;JONGBERG等[44]将肉类进行切分从而增大其表面积,并延长肉类浸泡的时间,直至其吸收所有浸泡液;而THIANSILAKUL等[45]和SORIANO等[46]则是待肉类浸入到PP溶液之后,进行手动揉捏。但这无疑会增加肉类前处理的时间,更有可能会造成肉类产生品质劣变。因此,后期还需开展针对肉类浸泡于PP溶液作用方式的工艺优化研究。

表1 喷洒或涂抹PP溶液的作用方式Table 1 Spraying or applying PP solutions

表2 肉类浸泡于PP溶液的作用方式Table 2 Immersing meat in PP solutions

3.2 PP协同MAP对肉类品质的影响

评价肉类品质的指标包括感官指标、理化指标和微生物指标等。本小节总结了3.1节中所列PP协同MAP处理对肉类上述3种指标的影响。如表3所示,在感官指标方面,几乎所有处理均能促进肉类颜色的提升。众所周知,颜色品质是肉类最重要的品质之一,消费者通常依据肉类的颜色来判断其品质好坏,并决定购买与否。因此,PP协同MAP处理是保证肉类颜色的理想方法。此外,可以发现在涉及气味评价的研究中,这类处理对肉类气味品质的影响具有积极作用,这对牛、羊肉等具有独特气味的肉类具有重要意义。此外,未发现有导致肉类品质劣化的情况。上述研究结果说明PP协同MAP处理能够赋予或保持肉类良好的感官品质。

在理化指标方面,肉类在储藏过程中,由于宰前应激反应过程中糖原的分解(鲜肉)或者含糖成分被乳酸菌利用(肉制品)产生乳酸积累,致使其pH下降;但随着储藏时间的延长,在有害微生物或内源性酶等的作用下会产生氨类物质,致使其pH值升高,从而呈现先下降再升高的趋势[37,43]。适当维持较低的pH值对肉类的储藏是具有积极效应的,因为低pH环境能抑制有害微生物的生长,从而能防止肉类品质的劣化。在涉及肉类pH值分析的研究中,可以发现经PP协同MAP处理过的肉类在储藏过程中pH值较其初始值是下降的(表3),这说明这类处理有助于肉类的储藏。还发现这类处理能够有效降低肉类在储藏过程中的过氧化值和TBARS值,说明肉类脂肪氧化得到了有效控制。脂肪氧化会带来一系列的副作用,例如产生哈败味、进一步导致蛋白氧化等,而蛋白结构的破坏又会导致肉类颜色的劣化。所以,脂肪氧化得到有效控制也够促使肉类维持较好的感官品质,这对保证肉类品质具有重要意义。目前,针对这类处理对肉类蛋白质氧化的影响研究还不多见。仅孔令明等[48]和JONGBERG等[44]初步报道了经这类处理后肉类蛋白质的氧化程度。在后续研究中应强化这方面的研究。

在微生物指标方面,可以发现PP协同MAP处理能够明显降低肉类在储藏过程中菌落总数、大肠杆菌和致病菌的数量(表3),说明这类处理能够有效抑制微生物的生长。这对保障肉类的品质具有重要意义。综上,PP协同MAP处理能够有效防止肉类在储藏过程中发生脂肪氧化、抑制微生物尤其致病菌的生长、并赋予肉类较好的颜色和气味,从而维持了其较好的品质,延长了其货架期。同时,本文也注意到,PP协同MAP的作用方式不同对肉类品质的影响有很大差异(表3)。可能的原因是PP种类和浓度以及MAP包装时理想气体的混合比例的不同均会对肉类品质产生明显影响。后期应该开展针对性研究,形成涵盖各种肉类的PP协同MAP处理的工艺体系。

表3 PP协同MAP对鲜肉品质影响的各项指标Table 3 Various indicators of the effect of PP and MAP on fresh meat quality

值得注意的是,PP结合植物精油一起使用,再协同MAP处理,会产生更好的保鲜效果。例如,周强等[49]和刘蒙佳等[50]将肉桂精油和丁香精油与PP混合使用,发现处理后的肉类色泽和香味都得到了提升,并具有更低的过氧化值、TVB-N值、TBARS值以及菌落总数。可能是因为植物精油也具有较好的抗菌作用,部分植物精油还兼具较好的抗氧化活性。这为优化PP协同MAP处理提供了更多的活性物质选择。

4 结语与展望

本文对PP、MAP、PP协同MAP的应用以其对肉类品质影响等进行了综述,发现PP协同MAP处理能够赋予或维持肉类较好的品质,从而延长其货架期,是一种天然、绿色、安全的且极具潜力的肉类加工和包装方法。

随着人们对鲜肉需求的不断提高,应用于鲜肉保鲜的包装技术也将趋于天然、绿色、安全。因此,传统的鲜肉保鲜方法也势必将被天然、绿色、安全的方法所替代。目前,气调包装虽被广泛应用于鲜肉的包装与储藏,但其抑菌效果和范围有待改进,且随着CO2等填充气体浓度的升高,会出现酸度降低太快、汁液损失上升、颜色逐渐劣变等问题。在此基础上,通过将PP与MAP结合使用,或可为鲜肉包装提供更加有效的保鲜加工技术。但同时应注意,还需加强针对不同肉类的工艺优化以及其保鲜机理的研究,以便探索和设计更科学、合理的鲜肉保鲜技术,从而为鲜肉保鲜提供可行有效的技术支撑。