低溫等離子體處理對(duì)牛肉品質(zhì)的影響

章建浩，喬維維，黃明明，王佳媚

(1.江蘇省肉類生產(chǎn)與加工質(zhì)量安全控制協(xié)同創(chuàng)新中心，國(guó)家肉品質(zhì)量控制工程技術(shù)研究中心，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，江蘇南京 210095)(2.海南大學(xué)食品學(xué)院，海南?？?570228)

殺菌處理對(duì)肉的感官及理化性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。熱力殺菌不僅引起一定程度的營(yíng)養(yǎng)損失，同時(shí)對(duì)生鮮肉的色澤和質(zhì)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生不利影響，在生鮮肉的殺菌應(yīng)用中受到限制。非熱源性殺菌處理在生鮮肉中應(yīng)用廣泛，各種處理方法對(duì)生鮮肉的感官性質(zhì)及理化品質(zhì)影響程度不同。Zakrys等[1]研究了多種氣調(diào)包裝條件下牛排儲(chǔ)藏期間理化性質(zhì)的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氣體組分中 O2濃度高時(shí)，牛排的汁液流失較多，而O2濃度低時(shí)，牛排的韌性較差。Omer等[2]研究了超高壓法殺菌處理對(duì)發(fā)酵香腸理化指標(biāo)、微生物和感官品質(zhì)的影響，結(jié)果顯示，處理后的香腸在儲(chǔ)藏期間重量損失加快，色澤變差。現(xiàn)行的非熱源性殺菌方法，如輻照殺菌處理、超高壓處理、臭氧氣體處理以及紫外線殺菌處理等方法會(huì)對(duì)肉的顏色、品質(zhì)產(chǎn)生不同程度的影響，同時(shí)對(duì)肉中的脂肪氧化起到不同程度的促進(jìn)作用。因此，開(kāi)發(fā)新的非熱源性殺菌方法一直是食品殺菌領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

低溫等離子體（cold plasma，CP）作為一種新型的冷殺菌方法，對(duì)預(yù)包裝食品進(jìn)行殺菌處理，以包裝內(nèi)的氣體為主要作用介質(zhì)，無(wú)需添加任何其它抑菌成分，有效避免了先殺菌后包裝產(chǎn)生的二次污染，近幾年在食品殺菌領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。據(jù)報(bào)道低溫等離子體處理對(duì)豬肉表面的菌落總數(shù)、酵母菌和霉菌具有良好的抑制作用，而對(duì)肉色和pH沒(méi)有顯著影響。CP在其它食品中也有相關(guān)應(yīng)用研究，如培根、菠菜、西紅柿、雞肉[3]等。低溫等離子體在鮮牛肉中的殺菌作用已經(jīng)有相關(guān)研究，喬維維等[4]人已經(jīng)證明CP可以有效殺死牛肉表面的微生物。Reid等[5]人采用低溫等離子體處理鮮牛肉，研究了貯藏條件下牛肉表面微生物菌群的變化，關(guān)于處理后牛肉的感官性質(zhì)及品質(zhì)的變化未給予相關(guān)報(bào)道。目前，關(guān)于低溫等離子體處理對(duì)鮮牛肉感官品質(zhì)的作用影響報(bào)道還很少。本研究通過(guò)處理后牛肉的色澤、pH、肌紅蛋白含量、汁液流失率和剪切力等變化，分析低溫等離子體對(duì)牛肉冷藏過(guò)程中色澤與質(zhì)構(gòu)等品質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

牛背最長(zhǎng)肌購(gòu)于南京蘇果超市衛(wèi)崗店。

1.2 儀器與設(shè)備

MAP-H360復(fù)合氣調(diào)保鮮包裝機(jī)，蘇州森瑞保鮮設(shè)備有限公司；BK130/36低溫等離子體發(fā)生器，美國(guó)菲尼克斯公司；CR-400型全自動(dòng)色差儀，柯尼卡美能達(dá)控股公司；電熱恒溫培養(yǎng)箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；XC07-II無(wú)菌拍打式均質(zhì)器，南京寧凱儀器有限公司；千分之一天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；C-LM3B數(shù)顯式肌肉嫩度儀，美國(guó)G-R公司；pH計(jì)，梅特勒-托利多儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 原料處理

鮮牛肉用冰盒運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，剔除筋、膜、淤血、碎骨和多余脂肪后，順著肌纖維的方向切成50±5 g的肉塊，隨機(jī)分為2組，每組15塊。肉塊用氣調(diào)包裝，氣體成分O2:CO2:N2=35%:35%:30%。一組用低溫等離子體處理，處理?xiàng)l件為72 kV，85 s。處理結(jié)束，樣品同時(shí)置于4 ℃貯藏，第0、1、4、7和10 d分別抽取3盒測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。另一組不經(jīng)低溫等離子體處理，作為對(duì)照組。

1.3.2 pH值的測(cè)定

參照GB 5009.237-2016《食品pH值的測(cè)定》的方法進(jìn)行測(cè)定。

1.3.3 色差的測(cè)定

打開(kāi)包裝盒取出樣品，立即將樣品置于光源下，色差計(jì)經(jīng)白板校準(zhǔn)后，測(cè)定樣品的色差值 L*（亮度值）、a*（紅度值）、b*（黃度值），每塊樣品測(cè)定 5個(gè)部位，取平均值。

1.3.4 肌紅蛋白含量的測(cè)定

取2 g樣品，加入20 mL 0.04 mol/L pH 6.8的磷酸鹽緩沖液，室溫下均質(zhì)25 s。置于冰浴中1 h，然后在4 ℃下10000×g離心30 min，上清液用Whatman NO.1濾紙過(guò)濾，濾液定容至25 mL。使用紫外分光亮度計(jì)測(cè)定波長(zhǎng)為572、565、545和525 nm處的吸光值，分別記作 A572、A565、A545、A525。肌紅蛋白（myoglobin，Mb）總量與高鐵肌紅蛋白（metmyoglobin，MetMb）含量的計(jì)算公式分別如下：

1.3.5 汁液流失率的測(cè)定

牛肉樣品在包裝前測(cè)定質(zhì)量；在每一測(cè)定點(diǎn)拆除包裝，測(cè)定吸水紙吸除表面汁液后的質(zhì)量，包裝前后測(cè)定所得質(zhì)量差與包裝前牛肉質(zhì)量的比值，即為牛肉的汁液流失率。

1.3.6 剪切力的測(cè)定

將樣品沿肌纖維平行方向切取10 mm×10 mm×10 mm 肉樣，使用肌肉嫩度儀沿肌纖維垂直方向剪切，測(cè)定樣品的剪切力值（kg）。每個(gè)肉樣剪切5次，記錄讀數(shù)，最終結(jié)果取5個(gè)測(cè)定值的平均值為一個(gè)肉樣的嫩度。

1.3.7 質(zhì)構(gòu)測(cè)定

采用物性測(cè)定儀應(yīng)用質(zhì)構(gòu)剖面分析（texture profile analysis，TPA）模式測(cè)定樣品的硬度、彈性、內(nèi)聚性、膠黏性、咀嚼性和回復(fù)性。將樣品進(jìn)一步切成大小為10 mm×10 mm×10 mm的肉樣，室溫條件下用物性測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)定。測(cè)試前速率為2 mm/s，測(cè)試速率為1 mm/s，測(cè)試后速率為1 mm/s，觸發(fā)力為5 g，樣品高度為10 mm，壓縮比75%，測(cè)定間隔時(shí)間為5 s，探頭型號(hào)為P/50。每種樣品測(cè)試均重復(fù)3次，結(jié)果取平均值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

本文數(shù)據(jù)表示形式采用平均值±方差，實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，用origin 8.5作圖，采用SPSS軟件進(jìn)行ANOVA方差分析，不同處理間差異采用Duncan's 多重比較，顯著水平為p<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 冷藏過(guò)程中牛肉色澤與肌紅蛋白含量變化

表1所示隨著冷藏時(shí)間延長(zhǎng)，牛肉的L*值逐漸降低。處理組牛肉的L*值波動(dòng)范圍較小，在10 d后依然保持較高亮度，達(dá)到47.84，顯著高于對(duì)照組（45.47）（p<0.05）。冷藏前4 d，處理組與對(duì)照組的L*值相近（都在48左右），無(wú)顯著差異。處理組的表面濕潤(rùn)，牛肉表面的水分含量相對(duì)較高，增加對(duì)光的折射，導(dǎo)致牛肉L*值上升，即增加牛肉表面亮度。貯藏4 d后，L*值開(kāi)始下降明顯，可能與牛肉汁液流失、水分含量減少有關(guān)。低溫等離子體對(duì)L*值的促進(jìn)作用在培根中有報(bào)道，Kim 等[6]人采用等離子體處理培根，發(fā)現(xiàn)處理后培根的L*值顯著增加。

表1 牛肉儲(chǔ)藏期間色差、肌紅蛋白總量及高鐵肌紅蛋白含量的變化Table 1 The color, myoglobin and metmyoglobin content of beef during storage

表1顯示隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，牛肉樣品的a*值呈先升高后降低的趨勢(shì)，在第4 d達(dá)到最高值。處理組的a*值在第4 d時(shí)達(dá)到22.91低于對(duì)照組（24.12），冷藏過(guò)程中處理組牛肉的a*始終低于對(duì)照組，說(shuō)明低溫等離子體處理促進(jìn)牛肉a*值降低。貯藏初期，牛肉中的肌紅蛋白主要為不穩(wěn)定的鮮紅色氧合肌紅蛋白，牛肉整體顏色發(fā)亮、發(fā)紅。

隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，處理組牛肉的肌紅蛋白總量顯著降低（p<0.05），而MetMb含量呈顯著增加趨勢(shì)（p<0.05），處理組的 MetMb含量顯著高于對(duì)照組（p<0.05），低溫等離子體處理促進(jìn)MetMb含量的升高，可能是等離子體中部分活性物質(zhì)與氧合肌紅蛋白發(fā)生氧化反應(yīng)，破壞高鐵肌紅蛋白還原酶系統(tǒng)，引起MetMb不能及時(shí)被還原而含量增加，導(dǎo)致牛肉a*值下降[7]。

牛肉 b*值隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)呈顯著增加（p<0.05），處理組b*值第10 d時(shí)高達(dá)14.43，顯著高于對(duì)照組（13.59）（p<0.05），說(shuō)明經(jīng)低溫等離子體處理后牛肉表面有變黃趨勢(shì)。

綜上所述，在一定貯藏時(shí)間內(nèi)，低溫等離子體殺菌處理能使鮮牛肉保持較好的亮度（L*值），同時(shí)紅度（a*值）下降，對(duì)牛肉的紅色具有不利影響。

2.2 冷藏期間牛肉pH值變化

圖1 牛肉儲(chǔ)藏期間pH值的變化Fig.1 The changes of pH values of beef during storage

圖1在冷藏過(guò)程中牛肉的pH值波動(dòng)范圍不大，對(duì)照組與處理組的pH值比較接近且變化趨勢(shì)一致，處理組牛肉的pH值一直略低于對(duì)照組。冷藏過(guò)程中，牛肉的pH變化原因有多種，一種可能的原因是：低溫等離子體處理過(guò)程中產(chǎn)生含氧、含氮活性基團(tuán)，這些活性基團(tuán)與牛肉中的水分反應(yīng)，形成酸性基團(tuán)，使牛肉酸性增強(qiáng)；同時(shí)，由于等離子體中活性自由基的直接殺滅以及低pH的抑制反饋?zhàn)饔?，致使微生物生長(zhǎng)緩慢，其分解蛋白質(zhì)產(chǎn)生的堿性成分降低，導(dǎo)致牛肉的pH始終保持在較低的水平[7]。

另外，pH值變化可以在一定程度上反應(yīng)微生物生長(zhǎng)繁殖狀態(tài)。通常在貯藏初期，由于糖元的分解產(chǎn)生大量乳酸，乳酸使pH值降低。隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，牛肉中的微生物開(kāi)始大量繁殖，微生物生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中分解營(yíng)養(yǎng)成分產(chǎn)生堿性物質(zhì)，生成一些堿性的含氮化合物，如生物胺等，這些化合物會(huì)引起pH值升高。低溫等離子體處理能抑制牛肉表面微生物生長(zhǎng)，減少肉中蛋白質(zhì)成分被分解，阻礙堿性化合物的生成，從而抑制pH升高，最終表現(xiàn)為處理組pH值低于對(duì)照組。

2.3 冷藏期間牛肉保水性變化

圖2 牛肉冷藏期間汁液流失率的變化Fig.2 The change of drip loss of beef during storage

保水性是評(píng)價(jià)牛肉品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，保水性降低會(huì)影響牛肉的外觀，也會(huì)造成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失。圖2所示隨著冷藏時(shí)間延長(zhǎng)，牛肉的汁液流失率呈上升趨勢(shì)，10 d后處理組和未處理組分別達(dá)到 1.88%和2.05%。汁液流失率增加可能與冷藏過(guò)程中隨著微生物生長(zhǎng)蛋白質(zhì)被分解，導(dǎo)致肌肉纖維組織結(jié)構(gòu)松散，網(wǎng)絡(luò)結(jié)合力減弱，水分狀態(tài)發(fā)生變化，自由水增多并向細(xì)胞外擴(kuò)散有關(guān)。低溫等離子體對(duì)保水性影響微弱，可能是低溫等離子體處理引起肌原纖維結(jié)構(gòu)改變，或者處理過(guò)程中產(chǎn)生帶電的粒子、基團(tuán)，促進(jìn)了牛肉結(jié)合水分子的能力。

上述結(jié)果表明低溫等離子體處理對(duì)牛肉的保水性負(fù)面影響不大，低溫等離子體作為冷殺菌處理技術(shù)對(duì)牛肉的保水性影響微弱，優(yōu)于超高壓和熱處理技術(shù)。超高壓和加熱法處理真空包裝牛肉，結(jié)果顯示在貯藏期間，牛肉的保水性嚴(yán)重下降，重量損失嚴(yán)重[8]。

2.4 冷藏期間牛肉剪切力變化

牛肉嫩度是評(píng)價(jià)可食用程度的重要指標(biāo)，剪切力越小，表明牛肉越嫩。圖3可知，隨著冷藏時(shí)間延長(zhǎng)，處理組和非處理組牛肉剪切力呈現(xiàn)不同變化趨勢(shì)。非處理組剪切力顯著升高可能是由于 O2促進(jìn)蛋白質(zhì)間形成二硫鍵并且抑制蛋白降解，造成嫩度下降。處理組牛肉剪切力第1 d和第10 d時(shí)分別比對(duì)照組降低了6.76%和13.48%。牛肉嫩度與含水量呈正相關(guān)，這與前面等離子體處理減少汁液流失率，提高保水性的結(jié)果一致。低溫等離子體激發(fā)形成的部分活性成分能與肌原纖維蛋白反應(yīng)，引起肌原纖維變性或降解，在一定程度上改善牛肉嫩度。

圖3 牛肉貯藏期間剪切力的變化Fig.3 The change of shear force of beef during storage

2.5 冷藏期間牛肉質(zhì)構(gòu)變化

牛肉冷藏期間質(zhì)構(gòu)變化見(jiàn)表 2，隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，牛肉的硬度值顯著降低（p<0.05）。整個(gè)貯藏期內(nèi)，處理組的牛肉硬度值顯著低于對(duì)照組（p<0.05），10 d后硬度值降至1655.73，比對(duì)照組降低了4.78%；各處理組牛肉的彈性呈升高趨勢(shì)，處理組與對(duì)照組間的彈性值差異不顯著；內(nèi)聚性隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)呈增加趨勢(shì)，處理組的內(nèi)聚性與對(duì)照組無(wú)明顯區(qū)別；處理組與對(duì)照組牛肉的膠黏性以及咀嚼性都呈下降趨勢(shì)，在第10 d時(shí)，等離子體處理組樣品的膠黏性和咀嚼性比未處理組分別降低了 2.97%和6.13%。貯藏期內(nèi)，處理組的膠黏性及咀嚼性的數(shù)值始終顯著低于對(duì)照組，處理組和對(duì)照組組牛肉的回復(fù)性貯藏時(shí)間延長(zhǎng)呈顯著下降（p<0.05），處理組的回復(fù)性數(shù)值低于對(duì)照組，但差異不顯著。

傳統(tǒng)的高溫高壓殺菌處理對(duì)肉的質(zhì)構(gòu)具有明顯負(fù)面影響，引起肉的彈性、黏聚性、回復(fù)性、咀嚼性和硬度等降低。趙冰等[9]認(rèn)為高溫高壓殺菌處理嚴(yán)重破壞了肌肉纖維和肌肉組織的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致肉的質(zhì)構(gòu)下降。而低溫等離子體處理能夠提高牛肉嫩度，增強(qiáng)彈性，降低膠黏性和咀嚼性，對(duì)牛肉的膠黏性、咀嚼性和硬度影響相對(duì)較大，對(duì)其它質(zhì)構(gòu)參數(shù)影響不大。低溫等離子體處理能降低牛肉的膠黏性、咀嚼性、硬度、彈性、內(nèi)聚性和回復(fù)性等質(zhì)構(gòu)參數(shù)，從而提高了牛肉的嫩度，改善口感。與熱源性殺菌相比較，低溫等離子體能維持牛肉良好質(zhì)構(gòu)，因此，低溫等離子體在鮮牛肉的非熱源性殺菌應(yīng)用方面具有良好的開(kāi)發(fā)前景。

表2 牛肉儲(chǔ)藏期間質(zhì)構(gòu)變化Table 2 The change of texture of beef during storage

2.6 品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析

牛肉感官品質(zhì)可從多個(gè)方面評(píng)價(jià)，包括pH、色差值、肌紅蛋白含量、汁液流失率、剪切力、硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性等。剪切力、硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性等參數(shù)是評(píng)價(jià)肉口感質(zhì)量的重要指標(biāo)，與肉的水分含量及肌原纖維狀態(tài)相關(guān)。硬度可較好地反映牛肉的嫩度，硬度值越高說(shuō)明牛肉嫩度越差；彈性反映牛肉受外力作用時(shí)的形變及撤力后的恢復(fù)能力，牛肉越嫩其彈性就越好；膠黏性數(shù)值上等于硬度與內(nèi)聚性的乘積，咀嚼性數(shù)值上等于硬度、彈性與內(nèi)聚性的乘積，內(nèi)聚性反映牛肉內(nèi)部鍵力對(duì)咀嚼抵抗性的大小，內(nèi)聚性越高，牛肉的口感越細(xì)膩，其變化趨勢(shì)與彈性相一致。用SPSS軟件對(duì)牛肉冷藏期間的色差、保水性及質(zhì)構(gòu)等指標(biāo)間的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

L*值與汁液流失率呈極顯著負(fù)相關(guān)（p<0.01），相關(guān)性系數(shù)為-0.894；肌紅蛋白總量與汁液流失率呈極顯著負(fù)相關(guān)（p<0.01），相關(guān)性系數(shù)為-0.855，其與高鐵肌紅蛋白含量呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05）。

肉色是影響消費(fèi)者選購(gòu)新鮮肉的重要因素，肉色主要與肉中的肌紅蛋白有關(guān)。當(dāng)肌紅蛋白總量降低時(shí)，牛肉色會(huì)變暗。當(dāng)肌肉中氧氣含量較少時(shí)，肌紅蛋白會(huì)與水分子結(jié)合，呈暗紅色；當(dāng)肉再次與氧氣接觸時(shí)，會(huì)生成鮮紅色的氧合肌紅蛋白，即消費(fèi)者較喜歡的顏色；如果氧氣接觸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)生成高鐵肌紅蛋白，肉色呈褐色，品質(zhì)開(kāi)始下降[10]，影響消費(fèi)者的消費(fèi)態(tài)度。汁液流失率是評(píng)價(jià)鮮肉保水性的重要指標(biāo)，其與肉中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)，如果蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)遭到破壞將會(huì)導(dǎo)致肌肉中水分存儲(chǔ)空間減小，致使保水性能下降[11]。汁液流失率越高，牛肉的保水性越差，引起表面失去明亮色澤，同時(shí)會(huì)造成部分營(yíng)養(yǎng)成分損失。而趙菲等[12]采用氣調(diào)包裝牛羊肉并在冰溫下貯藏，發(fā)現(xiàn)隨著儲(chǔ)藏時(shí)間延長(zhǎng)，肉的汁液流失率逐漸增加，色澤a*值逐漸降低。本研究中低溫等離子體處理對(duì)牛肉保水性無(wú)顯著影響，而汁液流失率下降能適度提高牛肉貯藏期內(nèi)的嫩度。

肌紅蛋白總量與牛肉的硬度、膠黏性和咀嚼性有極顯著正相關(guān)性（p<0.01），相關(guān)性系數(shù)分別是0.867、0.878和0.837；硬度與彈性呈極顯著負(fù)相關(guān)性，與膠黏性和咀嚼性呈極顯著正相關(guān)（p<0.01），相關(guān)性系數(shù)分別為0.986和0.943。

研究顯示，水分含量在一定范圍內(nèi)降低時(shí)，導(dǎo)致肉的剪切力、硬度、內(nèi)聚性和咀嚼性等增加，而超出一定范圍，則會(huì)下降[13]。路立立等[14]研究氣調(diào)包裝中豬肉品質(zhì)變化，發(fā)現(xiàn)豬肉保水性差造成剪切力增大、嫩度降低。此現(xiàn)象與本研究結(jié)果一致，低溫等離子體處理使牛肉汁液流失率和剪切力降低，嫩度相對(duì)增加。

表3 牛肉冷藏期間品質(zhì)參數(shù)相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of beef sensory quality during refrigerator storage

3 結(jié)論

牛肉經(jīng)低溫等離子體處理后在 10 d冷藏過(guò)程中pH無(wú)顯著變化且相對(duì)穩(wěn)定，b*值持續(xù)升高至14.43，a*值呈先升高后降低趨勢(shì)，在第4 d達(dá)到最高值22.91，汁液流失率僅為1.88%，剪切力呈下降趨勢(shì)，10 d后降低了13.48%，同時(shí)硬度也呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，而彈性未發(fā)生明顯變化。說(shuō)明低溫等離子體處理對(duì)牛肉的色澤有一定負(fù)面影響，而對(duì)汁液流失率影響作用不明顯，對(duì)維持牛肉的剪切力、增強(qiáng)嫩度、提高彈性、降低牛肉的膠黏性與咀嚼性有良好作用。低溫等離子體處理對(duì)牛肉品質(zhì)無(wú)顯著不良影響，在牛肉冷殺菌應(yīng)用領(lǐng)域具有潛在發(fā)展前景。