不同包裝條件下冷卻豬肉品質(zhì)特征指標及動態(tài)模型研究

何 帆，徐幸蓮*，周光宏

(南京農(nóng)業(yè)大學 肉品加工與質(zhì)量控制教育部重點實驗室， 江蘇 南京 210095)

不同包裝條件下冷卻豬肉品質(zhì)特征指標及動態(tài)模型研究

何 帆，徐幸蓮*，周光宏

(南京農(nóng)業(yè)大學 肉品加工與質(zhì)量控制教育部重點實驗室， 江蘇 南京 210095)

研究冷卻肉在不同包裝條件下的品質(zhì)變化及建立微生物預測模型進行預報。將冷卻肉用托盤、真空和氣調(diào)包裝的方式放置4、7℃和10℃條件下貯藏，分別測定不同貯藏時間的色差L*值、pH值、TVBN值和細菌總數(shù)。結(jié)果表明：L*值和pH值先降低后升高，而TVBN值和細菌總數(shù)持續(xù)增高，且不同包裝差異明顯；以Gompertz方程為基礎(chǔ)，結(jié)合模型建立組的數(shù)據(jù)，通過Matlab軟件擬合與統(tǒng)計學運算確定修正后的微生物生長方程為lgN=lgNo＋Aexp{-exp[-B(t-M)]}。通過模型檢驗組數(shù)據(jù)的模型置信度和二級模型驗證，證明所建立的模型能較為準確的擬合出微生物生長的真實情況，具有可靠性和通用性。最終確立貨架期公式：貨架期/d={[lg(MSL)-lg(No)]×ln10}/ (U×24)＋LPD。

冷鮮豬肉；不同包裝；細菌總數(shù)；預測模型

豬肉由于貯藏溫度和成熟時間等不同，有冷凍肉、熱鮮肉、冷卻肉之分。冷卻肉，指將生豬嚴格按國家檢疫檢驗制度規(guī)范進行屠宰，并使其屠宰后胴體或分割肉溫度在24h內(nèi)迅速降至0～4℃，并在后續(xù)加工、運輸和銷售各環(huán)節(jié)中始終保持該溫度的豬肉[1]。長期以來，發(fā)達國家已經(jīng)使用或推廣了新型微生物控制技術(shù)和肉類保藏技術(shù)，市場以冷卻肉為主導。經(jīng)過肉類保鮮業(yè)的不懈努力，我國冷卻肉品的生產(chǎn)能力已經(jīng)初具規(guī)模，技術(shù)含量也逐步提高。但是，由于我國冷卻肉加工貯藏技術(shù)起步較晚，與發(fā)達國家相比，許多生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)、品質(zhì)控制、設(shè)備研發(fā)以及包裝技術(shù)都存在較大差距[2-4]，導致我國冷卻肉貯藏貨價期相對較短，不便于長途運輸和貯存，進而導致冷卻肉在國內(nèi)市場發(fā)展滯后[5]。

本研究的目的是運用微生物預測技術(shù)，結(jié)合傳統(tǒng)的微生物檢測方法及其他常規(guī)理化指標測定，以冷卻肉在不同貯藏溫度和不同包裝方式下，測定其特質(zhì)生化和理化指標，揭示冷卻豬肉在不同貯藏條件下腐敗規(guī)律，建立對應(yīng)的微生物生長動態(tài)模型，為今后快速檢測儀器的研發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冷鮮豬肉豬背長肌 江蘇省南京市雨潤食品有限公司。

乙醇、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、氯化鈉、沙黃、碘、碘化鉀、結(jié)晶紫、草酸銨均為分析純 無錫展望化工試劑有限公司；PVC托盤包裝盒 河南鄭州市凱偉吸塑包裝廠；尼龍/EVOH/PE復合真空包裝袋、EVOH/PE氣調(diào)包裝袋 廣東中興食品真空包裝袋；YXP0314水平板計數(shù)瓊脂培養(yǎng)基 上海億欣生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

冰箱 青島海爾股份有限公司；CR-400全自動色差計 柯尼卡公司；AUY-120天平 Shmadzu天平儀器公司；HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司；SteriGARD潔凈工作臺 Baker公司；PYX-DHS-40X50-BS-Ⅱ電熱恒溫培養(yǎng)箱 上海市躍進醫(yī)療器械；ZQ-SC2系列全自動真空包裝機 上海企杰機械制造有限公司；DQB-360W混合氣調(diào)充氣機 上海青浦食品包裝機械廠；Kjeltec-2300型半微量凱式定氮儀 Foss公司。

1.3 方法

1.3.1 取樣及貯藏

按標準取樣方法取豬背長肌9.45kg，用保鮮膜包裹，放置泡沫保溫箱中并加入碎冰，迅速轉(zhuǎn)運至實驗室。將肉切成小塊，天平稱質(zhì)量后按質(zhì)量平均分為3大組(9小組，各組3個平行)。按照托盤、真空和混合氣調(diào)(O2:CO2:N2=52:26:22，V/V)的各自包裝方法，在4、7、10℃條件下貯藏，按照每組不同時間間隔要求取肉品表面樣品進行理化性質(zhì)和微生物測定從而觀察其豬肉各指標與微生物生長情況的關(guān)系。

1.3.2 冷卻肉感官品質(zhì)測定

肉色：將全自動色差儀設(shè)置為反射測量方式，調(diào)零后分別測定樣品3個不同部位的色差L*、a*、b*值，選取最具代表性的數(shù)值L*進行統(tǒng)計分析；pH值測定：將便攜式酸度計進行兩點調(diào)零后，分別插入肉樣的3個不同部位，讀數(shù)穩(wěn)定后記錄[6]。

1.3.3 微生物測定

菌落總數(shù)測定按GB 4789.2—2003《食品衛(wèi)生微生物學菌落總數(shù)測定》[7]測定。

1.3.4 揮發(fā)性鹽基氮(totol volatile basic nitrogen，TVBN)的測定

取樣品冷卻肉滲出液過濾約50mL樣液于離心管中，按GB/T 5009.44—1996《微量擴散法測定揮發(fā)性鹽基氮值》微量擴散法測定揮發(fā)性盆基氮含量[8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同包裝條件下冷卻肉的色澤變化

如圖1A所示，在托盤包裝條件下，4℃時L*值在第3天出現(xiàn)最低值，可能與pH值和保水力的降低有關(guān)，這時候肉質(zhì)地比較硬，亮度最低，隨后逐漸增加。7℃時L*值第2天就下降到最低值，隨后增加，第3天后數(shù)值又降低。10℃時1d后就降低到最低值，隨后增加。

圖1 托盤(A)、真空(B)和氣調(diào)包裝(C)條件下貯藏冷卻豬肉L*值變化Fig.1 Change of L* value in chilled pork with pallet, vacuum and modified atmosphere packaging

如圖1B所示，在真空包裝條件下，4℃時L*值在第6天降低到最低值，隨后增加；7℃時L*值第4天降低到最低值；10℃時第1天降低到最低值。

如圖1C所示，在混合氣調(diào)條件下，4℃時L*值在第9天降低到最低值，隨后增加；7℃時在第6天降低到最低值；10℃時在第3天降低到最低值。

對比3種不同包裝方式的貯藏冷卻豬肉的L*值變化可知，在4℃條件下無顯著變化(P＞0.05)，7℃下有顯著變化(P＜0.05)，10℃下也存在顯著變化(P＜0.05)。說明在低溫條件下3種包裝方式對貯藏冷卻豬肉L*的影響差異較小，而在中高溫度下不同包裝方式可以顯著的影響L*的變化，使得冷卻豬肉保持在較好的色澤范圍內(nèi)。

2.2 不同包裝條件下冷卻肉的pH值變化

動物被宰殺后，其能量代謝方式轉(zhuǎn)變?yōu)闊o氧糖酵解，產(chǎn)生乳酸，在無氧糖酵解過程中，乳酸不能被代謝成二氧化碳和水，只能在肌肉中不斷蓄積，肌肉的pH值迅速降低，形成排酸過程，隨后蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)被分解，微生物生長代謝酸性物質(zhì)，pH值逐步上升。

圖2 托盤(A)、真空(B)和氣調(diào)包裝(C)條件下貯藏冷卻豬肉pH值變化Fig.2 pH change of chilled pork with pallet, vacuum and modified atmosphere packaging

如圖2A所示，在托盤包裝條件下，4℃時pH值在第3天出現(xiàn)最低值，可能和無氧糖酵解產(chǎn)生的乳酸蓄積有關(guān)，隨后蛋白質(zhì)被分解，pH值又逐漸增加；7℃時pH值第2天就下降到最低值，隨后增加；10℃時1d后就降低到最低值，隨后增加。

如圖2B所示，真空包裝條件下，4℃時pH值在第6天降低到最低值，隨后持續(xù)增加；7℃時pH值第4天降低到最低值；10℃時第1天降低到最低值。

如圖2C所示，pH值的總體變化幅度不大，3條曲線趨于接近。4℃時pH值在第9天降低到最低值，隨后增加；7℃時在第4天降低到最低值；10℃時在第2天降低到最低值。

3種不同包裝方式的貯藏冷卻豬肉的pH值變化與L*值的變化相吻合，同時對比3種不同包裝方式的貯藏冷卻豬肉的pH值變化可知，在4℃條件下無顯著變化(P＞0.05)，7℃下有顯著變化(P＜0.05)，10℃下有顯著變化(P＜0.05)。說明在低溫條件下3種包裝方式對貯藏冷卻豬肉pH值的影響差異較小，而在中高溫度下不同包裝方式可以顯著影響pH值的變化。

2.3 不同包裝條件下冷卻肉的TVBN值變化

圖3 托盤(A)、真空(B)和氣調(diào)包裝(C)條件下貯藏冷卻豬肉TVBN值變化Fig.3 Change of TVBN value in chilled pork with pallet, vacuum and modified atmosphere packaging

TVBN是外界微生物污染肉品后，隨著微生物生長繁殖使其進入了肉品的深層組織，由于微生物生長引起的脫羧、脫氨作用導致蛋白質(zhì)的分解而形成的產(chǎn)物，國標規(guī)定的可食豬肉的TVBN值≤20mg/100g。

如圖3A所示，在托盤包裝條件下，4℃時TVBN值持續(xù)增加，到9d時達到19.51mg/100g；7℃時TVBN值持續(xù)增加，5d達到20.14mg/100g；10℃時TVBN值增加較為迅速，1d達到20.08mg/100g。真空包裝和氣調(diào)包裝的TVBN變化依然是平穩(wěn)增長，但是速率要降低很多，如圖3B和3C。

對比3種不同包裝方式的貯藏冷卻豬肉的TVBN值變化可知，在4℃條件下無顯著變化(P＞0.05)，7℃條件下無顯著變化(P＞0.05)，10℃條件下有顯著變化(P＜0.05)。說明在高溫條件下3種包裝方式對貯藏冷卻豬肉TVBN值的影響差異較大，而混合氣調(diào)包裝條件下冷卻豬肉中TVBN值達到食品安全限量的時間最長，說明其保鮮效果優(yōu)于其他兩類包裝方式。

2.4 不同包裝條件下冷卻肉的細菌總數(shù)的變化

圖4 托盤(A)、真空(B)和氣調(diào)包裝(C)條件貯藏冷卻豬肉細菌總數(shù)對數(shù)值曲線Fig.4 Logarithmic curve of total microorganism counts in chilled pork with pallet, vacuum and modified atmosphere packaging

如圖4所示，3種包裝條件的豬肉在不同溫度下微生物生長曲線呈現(xiàn)經(jīng)典S型，速率存在差異。在4℃條件下，由于低溫很大限度上阻礙了腐敗微生物的生長，按照國家鮮肉衛(wèi)生標準細菌總數(shù)需≤106(即對數(shù)值≤6)[7]，4℃條件下，托盤包裝可存放8d而真空和氣調(diào)則基本維持在15d以上；7℃條件下區(qū)別較為明顯，存放時間分別為4、6、12d；在10℃條件下則3條曲線較相似，從存放時間1.5、2、4d看出時間間隔縮短。

對比3種不同包裝方式的貯藏冷卻豬肉的細菌總數(shù)變化可知，在4℃條件下無顯著變化(P＞0.05)，7℃條件下有顯著變化(P＜0.05)，10℃條件下有顯著變化(P＜0.05)。說明在中高溫條件下3種包裝方式對貯藏冷卻豬肉中腐敗菌的生長抑制效用不同。

通過對比相同溫度條件下不同包裝方式的4個數(shù)值，在低溫條件下不管采用什么包裝方式，pH值、TVBN、色差和細菌總數(shù)值的變化都相對接近，說明低溫是冷卻保鮮的關(guān)鍵因素，在低溫條件下腐敗微生物的生長繁殖受到極大程度的抑制，而且在低溫條件下pH值降低至最低值的時間持續(xù)較長，較低的pH值也在一定程度上抑制了腐敗微生物的生長。4℃條件下托盤包裝冷卻肉可存放8d，而真空和氣調(diào)都可以存放15d以上，可能的原因在于托盤包裝是一種開放式的包裝方式，冷卻肉在貯藏過程中會受到環(huán)境中新的嗜冷菌的污染，而使得嗜冷菌成為低溫條件下生長的優(yōu)勢菌種，加速了肉品的腐敗。

此外對比下10℃的3種包裝條件的各數(shù)值可以看出，即使是在10℃的較高溫條件下，腐敗微生物的生長速度都可以控制到與托盤4℃條件相接近，因為氣調(diào)包裝采用了阻隔性良好的包裝材料，以防止大氣中的氧氣滲入，從而保持了包裝袋內(nèi)保護氣調(diào)的固定組分。本次實驗氣調(diào)包裝采用O2:CO2:N2=52:26:22的混合方式，通過特定比例地混合O2、CO2、N2能有效抑制需氧微生物和厭氧微生物的繁殖，大量的O2促進了氧合肌紅蛋白的生成，保持了原有的肉色，并有效地抑制了厭氧菌的生長；CO2抑制了肉中需氧菌的生長，降低了pH值，同時在一定程度上抑制了真菌的生長；而N2則有效地充當了不能為肉吸收和利用的填充氣體，是絕佳的混合緩沖氣體。這3種氣體的特定混合削弱了溫度這一影響肉品品質(zhì)變化的主導因素的影響作用，達到了較好的保鮮效果。

2.5 微生物生長動態(tài)模型擬合

2.5.1 初級動力學模型的建立

根據(jù)修正后的Gompertz模型以模型建立的細菌總數(shù)數(shù)據(jù)代入模型，運用Matlab軟件擬合曲線并進行數(shù)理統(tǒng)計換算得到微生物生長動力學模型。

式中：N為微生物在時間t時的生物量；N0為t= -∞時生物量(近似相當于t=0時的初始菌數(shù))；A為r=+∞時的lg(N/N0)，即當N達到最大時所對應(yīng)的值；M為達到相對最大生長速率所需要的時間/d；B為時間M時的相對最大生長速率/d-1。

根據(jù)一級模型，利用實驗所測的各種條件下各種菌的t、N值和方程式進行擬合，求出參數(shù)值A(chǔ)、B和M，可以進一步計算出生長速率(U=AB/e， e=2.7182 )，遲滯期(LPD=M-(1/B) )和最大菌數(shù)(MPD=lgN0＋A)。

表1 不同溫度下托盤包裝冷卻豬肉中微生物的生長動力學模型Table 1 Kinetic model of microbial growth in chilled pork with pallet packaging at different temperatures

由表1看出，在4、7℃和10℃條件下微生物生長延滯時間分別為6.2、3.4d和1.2d，最大生長速率分別為0.427、0.724、1.493d-1。從動態(tài)模型可以清楚的看出在低溫條件下微生物的生長受到了極限的限制，而到了中溫和高溫條件下，微生物的生長速率明顯提高。

2.5.2 模型置信度驗證

圖5顯示了模型檢驗組——托盤包裝條件下3個溫度的細菌總數(shù)利用微生物生長動力學模型計算出的預測值與實驗數(shù)據(jù)的對比效果，真實實驗數(shù)據(jù)都落在95%的置信區(qū)間(圖中用小圖標表示)內(nèi)，說明模型的效果較好，可以采樣修正Gompertz模型作為冷卻豬肉的一級微生物預測模型。

圖5 模型置信度驗證Fig.5 Validation of the confidence for the established model

2.5.3 次級模型的驗證

利用次級平方根模型驗證初級模型的可行性。

2.5.3.1 溫度與生長速率平方根的關(guān)系驗證

圖6 平方根模型描述托盤包裝下溫度與生長速率關(guān)系Fig.6 Square root model for relationship between temperature and specific growth rate in chilled pork with pallet packaging

2.5.3.2 溫度與延滯時間的倒數(shù)平方根的關(guān)系驗證

圖7 平方根模型描述托盤包裝下溫度與延滯期關(guān)系Fig.7 Square root model for relationship between temperature and lag phase in chilled pork with pallet packaging

如圖6、7所示，溫度與延滯時間和速度的平方根呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，R2分別為0.9712和0.9197。由表2和表3中建立的模型殘差值來看，殘差值的絕對值(除7℃的溫度與延滯時間殘差值)均小于0.1，上下浮動于零左右，該模型描述的溫度與比生長速率和延滯時間是可信的。應(yīng)用平方根模型能夠很好地描述混合不同溫度對微生物生長的影響。

表2 溫度與生長速率平方根模型的殘差值Table 2 Residuals of temperature and square root of specific growth rate Um1/2

表3 溫度與延滯時間的倒數(shù)平方根模型的殘差值Table 3 Residuals of temperature and square root of lag phase (1/λ)1/2

2.6 貨架期預測分析

通過一、二級模型，可以計算出最大生長速率和遲滯期，可以對貨架期做初步預測。貨架期預測模型依據(jù)優(yōu)勢腐敗菌從No到N(MSL)增值時間來計算[9]，其預測模型如下：

貨架期/d={[lg(MSL)-lg(No)] ×ln10}/(U×24)＋LPD

式中：MSL為微生物最小腐敗菌數(shù)，根據(jù)衛(wèi)生標準得到；No為初始菌數(shù)；U為生長速率；LPD為遲滯期。

3 討 論

本實驗采用將冷卻肉用托盤、真空和氣調(diào)包裝的方式放置4、7℃和10℃條件下貯藏，分別測定不同貯藏時間的色差L*值、pH值、TVBN值和細菌總數(shù)并建立了細菌總數(shù)生長動態(tài)模型。國內(nèi)外雖也有相關(guān)報道[10-12]，但是均以托盤包裝為研究基礎(chǔ)，缺乏另外兩種新興包裝方式下貯藏冷卻肉特質(zhì)指標變化規(guī)律的研究。修正的Gompertz模型相對以往研究中建立的模型[13-16]也有一定程度的優(yōu)化。

1)本實驗首次對比了3種包裝方式下冷卻豬肉在不同貯藏溫度下品質(zhì)的變化規(guī)律，托盤包裝下各品質(zhì)數(shù)值的變化和相關(guān)報道的基本相似，說明實驗過程基本無誤。同時探索性地研究了真空包裝和混合氣調(diào)包裝條件下的貯藏冷卻肉的特質(zhì)品質(zhì)變化規(guī)律，通過對比揭示了3種包裝方式的優(yōu)劣性和主要成因。

2)適當?shù)男拚薌ompertz模型，使得公式中幾個關(guān)鍵數(shù)值均體驗出生物學意義，更為直觀的表現(xiàn)出細菌總數(shù)對數(shù)曲線得變化趨勢，同時修正后的Gompertz模型公式更加簡潔，突出了特征數(shù)據(jù)的作用，同時對模型的可行性也作出了嚴謹?shù)尿炞C。

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Characteristic Index and Dynamic Model of Chilled Pork under Different Package Conditions

HE Fan，XU Xing-lian*，ZHOU Guang-hong
(Key Laboratory of Meat Processing and Quality Control, Ministry of Education, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)

In order to explore the quality change and establish prediction model of microorganisms in chilled pork under different package conditions, the values of L*, pH, TVBN value and total microorganism counts of chiller pork under pallet, vacuum and modified atmosphere packaging were determined during the storage at 4, 7 ℃and 10 ℃. Results showed that the value of L* and pH exhibited an initial decrease and a final increase; however, the TVBN value and microorganism counts exhibited a gradual increase. In addition, an obvious difference of these characteristics was observed in different package conditions. Based on Gompertz equation and experimental data, a growth equation for microorganisms was established to be lgN=lgN0+Aexp{-exp [-B(t-M)]} with the aid of Matlab software. Through the verification using the secondary model and confidence of tested data, the establish model could precisely describe the growth of microorganisms with higher reliability and versatility. Finally, a prediction model of shelf-life have also been established to be shelf-life (d) = {[lg(MSL)-lg(N0)]×ln10}/(U×24)＋LPD.

chilled pork；different packaging；total counts of microorganisms；prediction model

TS251.4

A

1002-6630(2010)24-0473-06

2010-05-10

“十一五”國家科技支撐計劃項目(2006BAD30B03-07)

何帆(1984—)，男，碩士，研究方向為肉品安全與質(zhì)量控制。E-mail：skyfelu@163.com

*通信作者：徐幸蓮(1962—)，教授，博士，研究方向為畜產(chǎn)品加工與質(zhì)量控制。E-mail：xlxu@njau.edu.cn