冷鮮牛肉復(fù)合涂膜配方優(yōu)化 及質(zhì)構(gòu)變化分析

齊 文,高 陽,林 穎,李一澍,溫玉寧,付昱東,尚宏麗,*

(1.錦州醫(yī)科大學(xué),遼寧錦州 121001; 2.江蘇新晨醫(yī)藥股份有限公司,江蘇連云港 222000)

冷鮮牛肉是指牛屠宰后其胴體體溫在24 h內(nèi)迅速冷卻至0～4 ℃,并在后續(xù)分割、貯藏、流通以及銷售過程中始終保持0～4 ℃范圍內(nèi)的鮮牛肉[1]。冷鮮牛肉非常容易變質(zhì),導(dǎo)致肌紅蛋白氧化使其呈現(xiàn)褐色,微生物迅速繁殖,嚴(yán)重影響肉的品質(zhì)等,貨架期基本在3 d以內(nèi)[2]。可食性涂膜保鮮技術(shù)是近年來研究者所青睞的食品保鮮技術(shù),被廣泛應(yīng)用在果蔬、豬肉、蛋品[3-5]等物料保鮮過程中。涂膜保鮮主要利用多種原料協(xié)同抗氧化作用的特點(diǎn),常用有VC和VE以及茶多酚以及糖類天然防腐劑[6]等。

海藻糖作為一種新型非還原性雙糖,可以提高生物體對逆境條件的抗性[7]。對生物體具有防腐、抗高滲、抗凍保護(hù)等作用,作為糖類天然防腐劑,在肉及肉制品中防腐過程中具有重要作用[8]。葡萄籽精油[9]和茶多酚[10]可以抵抗自由基,具有抗老化和抗菌、殺菌的作用,而茴香精油[11]則有鎖水性能,保濕效果好的特點(diǎn)。

本實(shí)驗(yàn)擬以海藻糖為基礎(chǔ),融合葡萄籽精油、茶多酚和茴香精油制作復(fù)合涂膜保鮮劑保鮮冷鮮牛肉。利用響應(yīng)面法優(yōu)化復(fù)合海藻糖保鮮液膜配方,研制開發(fā)一種全新的冷鮮牛肉保鮮液膜,同時(shí)探討優(yōu)化涂膜配方對冷鮮牛肉質(zhì)構(gòu)的影響,以期為延長冷鮮牛肉的貨架期提供一定數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

冷鮮牛肉 遼寧省錦州市農(nóng)貿(mào)市場;葡萄籽精油 江西健民天然香料油廠;八角茴香精油 河南名瑞食品添加劑有限公司;以上植物精油均為100%純植物精油；茶多酚 食品級，上海夢荷生物有限公司;其他試劑 均為化學(xué)分析純。

A28603型pH計(jì) 臺灣衡欣科技股份有限公司;DS-I型組織搗碎機(jī) 德州潤昕實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;ZS-100型封口機(jī) 江蘇南京星火包裝機(jī)械有限公司;YXQ型手提式壓力蒸汽消毒器 無錫市第二醫(yī)療器械有限公司;RH-N50型嫩度儀 廣州潤湖儀器有限公司;TA-XT2i型質(zhì)構(gòu)儀 美國FTC公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 單因素試驗(yàn) 將冷鮮牛肉在無菌的操作下平均切分成4個(gè)處理組,不同處理組分別設(shè)置四個(gè)濃度,分別是海藻糖組,濃度分別為(0%(對照組)、2%、4%、6%)、葡萄籽精油組,濃度分別為(0%(對照組)、0.1%、0.15%、0.2%)、茶多酚組濃度分別為(0%(對照組)、0.15%、0.2%、0.25%)、八角茴香精油組,濃度分別為(0%、0.05%、0.1%、0.15%)。每個(gè)濃度處理冷鮮牛肉200 g,在不同處理組中浸泡5 s,取出放置在消毒后的網(wǎng)篩中瀝水4 min,然后放在消毒保鮮袋中,標(biāo)記、編號,每個(gè)濃度處理組3次重復(fù)。最后將樣品放置于0～4 ℃的溫度下保存0～20 d,每4 d進(jìn)行各組揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)值測定。

1.2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì) 冷鮮牛肉腐敗變質(zhì)最主要的指標(biāo)評定就是TVB-N值的值[12],在單因素實(shí)驗(yàn)的前提下確立Box-Benhnken設(shè)計(jì)的自變量,以冷鮮牛肉TVB-N值為響應(yīng)面值,優(yōu)化復(fù)合海藻糖保鮮液膜配方。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levelsTable of response surface analysis

1.2.3 TVB-N值測定 按照國標(biāo)(GB/T 5009.44-2003)法測定TVB-N值含量。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為:一級鮮度≤15 mg/100 g,15 mg/100 g<二級鮮度≤20 mg/100 g,變質(zhì)肉>20 mg/100 g[13]。

1.2.4 質(zhì)構(gòu)分析 參考Millette等[14]硬度測定方法:采用質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行TPA質(zhì)地多面剖析測定,測定時(shí),取最優(yōu)配方處理后冷鮮牛肉與未做處理新鮮牛肉,按照垂直于冷鮮肉表面測定。測定條件為:探頭型號為P/35;壓縮變形率為20%;測前速度與測后速度都設(shè)定為1 mm/s,測試速度為60 mm/s,可恢復(fù)時(shí)間為5 s,預(yù)測試速度為2 mm/s,回程距離彈起高度值為20 mm。以質(zhì)構(gòu)曲線第一個(gè)峰高為最大力,即為硬度(N)。每組樣品隨機(jī)選取肉樣,測定3次,取平均值。

1.2.5 pH的測定 參考GB 5009.237-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品pH的測定》進(jìn)行測定,確定其肉樣的鮮度等級。其中pH在5.8～6.2之間為一級鮮度;pH在6.3～6.6之間為二級鮮度;pH高于6.7為變質(zhì)肉。冷鮮牛肉涂膜處理(涂膜處理組)與未做處理(空白組),將樣品放置于0～4 ℃的溫度下保存0～20 d,每4 d進(jìn)行pH的測定。

1.2.6 菌落總數(shù)檢測 根據(jù)GB 4789.3-2016食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)中方法,測定肉樣中菌落總數(shù)。菌落總數(shù)以菌落形成單位(colony-formingunits,CFU)表示。選取菌落數(shù)在30～300 CFU之間,無蔓延菌落生長的平板計(jì)算涂膜處理組和空白組的菌落總數(shù)。每個(gè)稀釋度的菌落數(shù)應(yīng)采用兩個(gè)平板的平均數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)利用SPSS 19.0和Excel 2007以及Design-Expert 7.1軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度海藻糖涂膜對冷鮮牛肉貯藏期間TVB-N值的影響

由圖1可以看出,隨著貯藏時(shí)間延長,TVB-N值也隨之增加,而對照組的TVB-N的值增加的最快。貯藏16 d后,添加海藻糖的冷鮮牛肉TVB-N值逐漸趨于穩(wěn)定。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看,當(dāng)海藻糖的濃度在4%時(shí),在16 d以后,TVB-N的值仍然小于20 mg/100 g,此時(shí)對照組大于二級鮮度的指標(biāo)。說明海藻糖對冷鮮牛肉的抗菌和保鮮有著一定的作用。添加量4%海藻糖組,其冷鮮牛肉TVB-N的值最低,因此海藻糖添加量4%為響應(yīng)面試驗(yàn)的基礎(chǔ)水平值。

圖1 不同濃度海藻糖處理冷鮮牛肉對其TVB-N值的影響Fig.1 Effects of different concentrations of trehalose on the value of volatile salt-based nitrogen

2.2 不同濃度葡萄籽精油涂膜對冷鮮牛肉貯藏期間TVB-N值的影響

如圖2所示,隨著貯藏時(shí)間延長,TVB-N值總體呈上升趨勢,而對照組的TVB-N值增加較快。對照組與葡萄籽精油組貯藏前4 d,差異不明顯,4 d后,葡萄籽精油組TVB-N值增加緩慢且低于對照組,這說明葡萄籽精油對冷鮮牛肉表面的抑菌作用明顯,當(dāng)葡萄籽精油的濃度達(dá)到0.15%時(shí),在冷藏20 d后TVB-N值為18.435 mg/100 g。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看,選擇葡萄籽精油的濃度在0.15%最宜。

圖2 不同濃度葡萄籽精油處理 冷鮮牛肉對其TVB-N值的影響Fig.2 Effects of different concentrations of grape seed oil on the value of volatile salt-based nitrogen treated with chilled beef

2.3 不同濃度茶多酚涂膜對冷鮮牛肉貯藏期間TVB-N值的影響

如圖3所示,對照組的TVB-N值(TVB-N)的值變化迅速,而其它實(shí)驗(yàn)組相對來說上升緩慢。根據(jù)國家食品添加劑使用限量茶多酚最大使用濃度為10 g/L[15]。從圖3中可以看出,各組的TVB-N值隨著貯藏時(shí)間延長而呈現(xiàn)上升趨勢,各組TVB-N的值在前8 d差異不顯著,之后呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢其之間差異性顯著(p<0.05)。茶多酚的濃度0.20%的實(shí)驗(yàn)組TVB-N值顯著低于其它處理組(p<0.05),這說明茶多酚濃度為0.2%時(shí),對冷鮮牛肉表面的抗菌作用明顯。這與研究者姜紹通等[6]利用茶多酚和大蒜素在冷鮮豬肉涂膜保鮮中,其茶多酚比例為0.7%不同,這可能是由于冷鮮豬肉和牛肉汁液流失率和質(zhì)構(gòu)不同引起的。

圖3 不同濃度茶多酚處理冷鮮牛肉對其TVB-N值的影響Fig.3 Effects of different concentrations of tea polyphenols on the value of volatile salt-based nitrogen treated with chilled beef

2.4 不同濃度八角茴香精油涂膜對冷鮮牛肉貯藏期間TVB-N值的影響

如圖4所示,隨著貯藏時(shí)間延長,各組TVB-N值總體呈上升趨勢,而對照組的TVB-N值增加較快。八角茴香精油組貯藏16 d時(shí),TVB-N值顯著高于對照組(p<0.05),相比于前16 d,16 d后,各處理組的TVB-N值增加迅速，這說明八角茴香精油對冷鮮牛肉表面的抗菌作用明顯,當(dāng)該精油的濃度達(dá)到0.05%時(shí),冷藏時(shí)間在16 d時(shí)TVB-N值仍在19.314 mg/100 g。而其他4組的TVB-N值均高于0.05%組,并且在色澤和風(fēng)味上都明顯不如0.05%組。因此,從實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到,八角茴香精油濃度取0.05%作為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)響應(yīng)面值最為適宜。

圖4 不同濃度八角茴香精油處理 冷鮮牛肉對其TVB-N值的影響Fig.4 Effects of different concentrations of octagonal anise oil on the value of volatile salt-based nitrogen treated with chilled beef

2.5 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

利用Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理,設(shè)計(jì)三水平的響應(yīng)面分析,結(jié)果見表2,將得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Design-Expert 7.1軟件來進(jìn)行多元回歸擬合,得到TVB-N值對海藻糖(A)、葡萄籽精油(B)、茶多酚(C)、八角茴香精油(D)的二次多項(xiàng)回歸方程:

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Experimental design and results for response surface analysis

Y(mg/100 g)=6.109+2.389A+2.1006B-1.785C+1.397D+0.7278AB+0.7758AC+0.8255AD+0.3223BC+0.7155BD+0.61CD+2.15A2+3.07B2+2.34C2+2.91D2

由表3可知,模型的F值是26.86,p<0.0001,表明所得回歸模型達(dá)到極顯著水平。此方程能夠表達(dá)響應(yīng)值和各因素之間的真實(shí)關(guān)系,失擬項(xiàng)p=0.0793>0.05不顯著。說明所得模型與實(shí)際應(yīng)用情況擬合較好。R2=0.9564,這也證明模型預(yù)測值與實(shí)測值之間有很高的相關(guān)性[16]。方程一次項(xiàng)A、B、C、D的p值和方程二次項(xiàng)A2、B2、C2、D2的p值都小于0.001,表明其對TVB-N值的影響極顯著;其交互作用項(xiàng)AB、AC、AD、BC、BD、CD的p值均大于0.05,說明海藻糖、葡萄籽精油、茶多酚和八角茴香精油之間的交互作用對指標(biāo)的影響不顯著。各個(gè)因素對TVB-N值影響大小順序?yàn)?海藻糖(A)>葡萄籽精油(B)>茶多酚(C)>八角茴香精油(D)。

表3 回歸模型和方差分析Table 3 Analysis of variance for the regression model

2.6 響應(yīng)面優(yōu)化分析

復(fù)合海藻糖中各主要成分對TVB-N值的響應(yīng)面圖見5(a)～圖5(f)。投影面是等高線圖,等高線的輪廓反映了相互作用的強(qiáng)度,橢圓形和馬蹄形表示兩因素交互作用較為顯著,而圓形則表示不顯著,響應(yīng)面的陡峭程度和等高線圖的稀疏程度也可反映交互作用的強(qiáng)弱[17-19]。在圖5(a)中,葡萄籽精油和海藻糖的等高線圖比較稀疏,因此海藻糖和葡萄籽精油的相互作用較弱。由圖5(b)可知,海藻糖和茶多酚響應(yīng)面圖曲線較平緩,因此海藻糖和茶多酚的相互作用比較弱。在圖5(c)中,海藻糖和八角茴香精油的等高線圖也較為稀疏,所以相互作用也較弱。由圖5(d)～圖5(f)中,可以看出響應(yīng)面都比較平緩并且等高線稀疏,因此可以得到海藻糖(A)、葡萄籽精油(B)、茶多酚(C)和八角茴香精油(D)之間的相互作用比較弱。

圖5 各因素交互作用對TVB-N值影響的響應(yīng)面圖Fig.5 Response surface of interaction on TVB-N value

2.7 響應(yīng)面法優(yōu)化復(fù)合涂膜最佳配比參數(shù)的優(yōu)化及其驗(yàn)證

利用響應(yīng)面設(shè)計(jì)軟件Design Expert 7.1進(jìn)行優(yōu)化處理,其中遵循的原則是TVB-N值越低越好。優(yōu)化后得到的最優(yōu)配方為:海藻糖4.510%、葡萄籽精油0.176%、茶多酚0.221%和八角茴香精油0.164%,在此條件下由響應(yīng)面模型預(yù)測TVB-N值為6.300 mg/100 g。結(jié)合實(shí)際操作的可行性,校正最佳配比為海藻糖4.5%、葡萄籽精油0.2%、茶多酚0.2%和八角茴香精油0.2%,經(jīng)過三次重復(fù)實(shí)驗(yàn)所得的TVB-N值為6.809 mg/100 g,與預(yù)測值6.300 mg/100 g相比,相對偏差均小于1%?；貧w分析和實(shí)驗(yàn)表明,采用響應(yīng)面分析方法合理、可行。因此,此涂膜配方模型可以應(yīng)用于冷鮮牛肉涂膜保鮮。

2.8 冷鮮牛肉質(zhì)構(gòu)分析

圖6為采用最優(yōu)涂膜配方處理冷鮮牛肉(涂膜處理組)在4 ℃冷藏16 d后質(zhì)構(gòu)分析圖。其質(zhì)構(gòu)結(jié)果與空白組比較見表4。

表4 冷鮮牛肉涂膜處理后的質(zhì)構(gòu)分析Table 4 Texture analysis of cold beef coating

圖6 涂膜處理對冷鮮牛肉質(zhì)構(gòu)特性的影響Fig.6 Effect of coating treatment on texture characteristics of cold beef

冷鮮牛肉經(jīng)過涂膜處理并貯藏16 d后,其硬度均比鮮肉組略微降低,但粘附性上升了13.4%,而咀嚼性和彈性出現(xiàn)輕微下降。這說明經(jīng)過優(yōu)化配方涂膜處理后冷鮮牛肉質(zhì)構(gòu)得到了有效保持,貯藏16 d,其質(zhì)構(gòu)除了粘附性外,其他指標(biāo)均受到影響微小,粘附性升高,可能是由于冷鮮牛肉表面受到微生物等污染[20],導(dǎo)致其值升高。這也驗(yàn)證了最優(yōu)涂膜配方可以有效維持冷鮮牛肉冷藏期間質(zhì)構(gòu)參數(shù)。

2.9 冷鮮牛肉pH的變化

從圖7中可以看出,空白組冷鮮牛肉pH在第8 d時(shí)達(dá)到6.7,之后pH變化不明顯,說明8～20 d,空白組冷鮮肉完全處于變質(zhì)肉范圍。而涂膜處理組pH在第8 d時(shí)僅為6.0,到達(dá)16 d其pH到達(dá)6.51<6.7,說明牛肉未變質(zhì)。因此,涂膜處理能夠明顯抑制冷鮮牛肉pH的上升,有效抑制冷鮮牛肉變質(zhì)。

圖7 涂膜處理對冷鮮牛肉pH的影響Fig.7 Effects of coating treatment on pH of cold beef

2.10 冷鮮牛肉菌落總數(shù)的變化

冷鮮牛肉經(jīng)過涂膜處理后,菌落總數(shù)明顯低于空白組,空白組在貯藏第8 d時(shí),其菌落總數(shù)超標(biāo),而涂膜處理組的冷鮮牛肉在貯藏16 d時(shí),其菌落總數(shù)超標(biāo),保質(zhì)期延長了8 d,其保鮮效果十分明顯。

表5 涂膜處理對冷鮮牛肉菌落總數(shù)的影響Table 5 Effect of coating treatment on the total number of cold fresh beef colonies

3 結(jié)論

本研究采用海藻糖、葡萄籽精油、茶多酚、八角茴香精油配置成可食用性膜溶液,對冷鮮牛肉進(jìn)行涂膜保鮮,利用響應(yīng)面法優(yōu)化復(fù)合涂膜最佳配比為:海藻糖4.510%、葡萄籽精油0.176%、茶多酚0.221%和八角茴香精油0.164%,在此條件下由響應(yīng)面模型預(yù)測TVB-N值為6.600 mg/100 g。結(jié)合實(shí)際操作的可行性,校正最佳配比為海藻糖4.5%、葡萄籽精油0.2%、茶多酚0.2%和八角茴香精油0.2%,所得TVB-N的值為6.809 mg/100 g。同時(shí)也通過質(zhì)構(gòu)分析,表明該配方可以有效維持冷鮮牛肉冷藏期間的質(zhì)構(gòu)參數(shù),有效抑制冷鮮牛肉pH的上升和冷鮮肉菌落總數(shù)增加,從而延長保質(zhì)期。因此,本方法所優(yōu)化的復(fù)合海藻糖保鮮液膜對冷鮮牛肉的保鮮具有深入研究和開發(fā)的價(jià)值。