冰溫貯藏羊肉電阻抗特性及肉品質(zhì)相關(guān)性分析

王政綱，趙麗華，蘇 琳，靳 燁*

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018）

隨著生活水平的提高，人們對食品的安全性、天然性、新鮮度要求越來越高。冰溫保鮮是指將食品在0 ℃以下、冰點以上溫度區(qū)域內(nèi)進行貯藏[1]，冰溫保鮮作為繼冷藏保鮮和氣調(diào)保鮮之后的第三代保鮮技術(shù)[2]，已被廣泛應(yīng)用于果蔬、水產(chǎn)品、牛羊肉類保鮮貯藏中[3-6]。冰溫保鮮雖然能顯著提高羊肉品質(zhì)，但由于冰溫保鮮羊肉貯藏在近冰點溫度（（－1.0±0.6）℃）條件下，所以相對于常規(guī)冷卻肉，冰溫保鮮羊肉經(jīng)歷僵直、解僵、成熟幾個宰后生理階段的周期要大幅延長，而羊肉在不同的宰后生理階段，肉品質(zhì)特性會存在比較大的差異[7-8]。常用的宰后肉品質(zhì)監(jiān)測指標包括：肌肉pH值、剪切力、保水性等[9]，但是上述指標受個體差異影響較大，不能單一使用，需要結(jié)合其他指標評價肉品質(zhì)，而且指標測定的方法操作復(fù)雜、耗時長，不能實現(xiàn)實時在線快速監(jiān)測肉品質(zhì)。因此有必要找到一種簡便、快捷、有效的冰鮮羊肉宰后各個階段品質(zhì)變化的實時監(jiān)測方法。

生物組織的電學阻抗特性是用來評價生物組織生理狀態(tài)的一種方法[10]。生物組織是由大量形狀不同的細胞組成，細胞液被細胞膜分隔為細胞內(nèi)液和細胞外液。就阻抗特性而言，細胞內(nèi)液和細胞外液常被看作電解液，細胞膜視作電容。當施加于生物組織不同頻率的電流時，生物組織的阻抗特性會隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，表現(xiàn)出不同的電阻抗特性；細胞內(nèi)阻Ri、細胞外阻Re、細胞膜電容Cm，稱為生物組織的RC三元件等效電路模型，因此可從電學阻抗特性層面上來分析肌肉組織的各種生理生化變化[11]。目前，電學阻抗技術(shù)已被應(yīng)用于牛胴體產(chǎn)出率預(yù)測[12]、牛肉肌纖維強度評估[13]、凍雞肉和未經(jīng)凍結(jié)處理樣的區(qū)分判別[14]、豬肉細菌總數(shù)含量和揮發(fā)性鹽基氮含量的預(yù)測[15]。宰后肌肉組織中各種離子的釋放，必然引起組織細胞內(nèi)液和細胞外液的變化及細胞膜結(jié)構(gòu)的破壞[16]。宰后肌肉組織的生化反應(yīng)變化會導致肌肉組織電阻抗特性變化；因此，可以利用肌肉的電阻抗特性預(yù)測肌肉的品質(zhì)特性，但利用電阻抗特性預(yù)測宰后羊肉品質(zhì)變化的研究還鮮有報道。艷茹[17]對牛肉宰后生物阻抗特性進行了初探實驗，得出了宰后牛肉成熟過程中阻抗特性（極化系數(shù)f、介電損耗tan δ、特征頻率fc）的變化規(guī)律，但未能建立阻抗特性與肉品質(zhì)之間的關(guān)系。

本研究通過對宰后冰溫貯藏羊肉的電阻抗特性參數(shù)（阻抗復(fù)數(shù)Cole-Cole曲線、細胞內(nèi)阻Ri、細胞外阻Re、細胞膜電容Cm、松弛因子α）分析，揭示宰后冰溫貯藏對羊肉電阻抗和肉品質(zhì)的影響，通過宰后電阻抗和肉品質(zhì)的相關(guān)性分析，實現(xiàn)利用阻抗特性評估羊肉品質(zhì)的目標。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

于呼和浩特市和林格爾養(yǎng)殖基地選取飼養(yǎng)方式相同、體質(zhì)量40～50 kg的8 月齡綿羊32 只。采用清真屠宰方式，宰前休息2 h，宰后1 h內(nèi)采取肉樣。

1.2 儀器與設(shè)備

LG-BCD冰溫冷藏箱 泰州樂金電子冷機有限公司；C-LM3數(shù)顯式肌肉嫩度儀 東北農(nóng)業(yè)大學工程學院；pH-STAR型胴體直測式pH計 北京奧依克光電儀器有限公司；數(shù)控精密恒溫水浴鍋 上海?，攲嶒炘O(shè)備有限公司；電子精密天平 德國Sartorius公司；TC-P2A全自動測色色差計 北京普析通用儀器有限責任公司；DZ-400/2S型真空包裝機 山東省諸城市利德機械有限責任公司；PY-1型膨脹壓縮儀 南京電力自動化設(shè)備廠；四極式生物阻抗測量儀 華中科技大學生命科技學院。

1.3 方法

1.3.1 肉樣預(yù)處理

綿羊宰后，取左后腿股二頭肌，平均分割為10 塊，大小為5 cm×4 cm×2 cm，每塊40 g左右，32 只羊共計分成320 份肉樣，用聚乙烯包裝袋（150 mm×200 mm×0.10 mm）進行真空包裝。肉樣包裝之后，隨機分成兩組：一組在包裝（宰后2 h）之后，直接放入（－1.0±0.6）℃冰溫箱中貯藏至宰后216 h，設(shè)為正向組；另一組在包裝之后放入－34 ℃冷庫中速凍6 h，宰后8 h時放到（－1.0±0.6）℃冰溫箱中貯藏至宰后216 h，設(shè)為負向組。對于兩組樣品，宰后每隔24 h（中間包括宰后8 h）對肉樣的pH值、失水率、色差、剪切力和阻抗值等指標分別進行測定。

1.3.2 阻抗參數(shù)的測定

阻抗測量采用四針式電級法[18]，電極間距1 cm，電極長為2 cm，測量時沿肌纖維組織橫向插入電極約1 cm（圖1）。通過生物電阻抗測量儀在5～200 kHz范圍內(nèi)取12 個頻率點（5、10、20、40、60、80、100、120、140、160、180、200 kHz），頻率由低到高，測定每個樣品的阻抗幅值和相位角特性，利用迭代式最小二乘算法擬合出肉樣等效阻抗參數(shù)：細胞內(nèi)阻Ri、細胞外阻Re、細胞膜電容Cm、松弛因子α及阻抗復(fù)數(shù)曲線（Cole-Cole曲線）。在測量各個貯藏時間點的理化指標時同時測定阻抗指標，每次每組取16 個樣本的平均值，作為該貯藏時間點的阻抗參數(shù)測定指標。

圖1 阻抗測定方向示意圖Fig.1 Schematic of electrical impedance tests

1.3.3 pH值的測定

pH值按照GB/T 9695.5—2008《肉與肉制品pH測定》[19]的方法進行測定。將pH計插入羊肉中，記錄其pH值，每個樣品重復(fù)測定3 次。

1.3.4 失水率的測定

失水率按照參考文獻[20]進行測定。用膨脹壓縮儀對面積為5 cm2、厚度為1 cm的羊肉樣施加68.66 kPa的壓力，失水率越大，則說明保水性越差，按下式計算失水率。

式中：m1為施壓前肉質(zhì)量/g；m2為施壓后肉質(zhì)量/g。

1.3.5 色差的測定

將肉樣切成3 cm×3 cm×1 cm左右的肉塊，用色差儀測定肉樣的a*值（紅度）。1.3.6 剪切力的測定

按照陳檳穎[21]的方法測定剪切力。將肉樣同聚乙烯封口袋一起放入80 ℃水浴中加熱1 h，之后取出冷卻至室溫，將肉樣沿肌纖維方向切成1 cm×1 cm×2 cm的條狀，用數(shù)顯式肌肉嫩度儀進行測定，記錄剪切力，每個樣品進行3 次平行實驗。

1.4 數(shù)據(jù)分析

實驗數(shù)據(jù)使用Excel軟件進行處理，使用IBM SPSS Statistics 19.0軟件進行Pearson相關(guān)性分析，采用Duncan式多重比較進行差異顯著性檢驗分析，P＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 宰后羊肉貯藏過程中阻抗特性的變化

2.1.1 宰后羊肉貯藏過程中阻抗復(fù)數(shù)曲線（Cole-Cole曲線）的變化

圖2 宰后不同時間羊肌肉組織的Cole-Cole圖Fig.2 Cole-Cole plots of mutton muscle samples during postmortem aging

頻率對正、負向貯藏的羊肌肉組織影響也相同，頻率低時，肌肉組織的實部和虛部均隨貯藏時間的延長顯著減小，頻率高時則變化不大。這是由于低頻時肌肉組織的阻抗主要體現(xiàn)為細胞外液的電阻，因此肉樣阻抗較大；隨著頻率的增加，電流不僅能夠流經(jīng)細胞外液，也能直接通過細胞膜流入細胞內(nèi)部[24]，使肌肉組織的電導率升高，而阻抗值降低。對于負向貯藏組，由于宰后對肉樣進行了冷凍處理，使肌肉組織的細胞膜結(jié)構(gòu)遭到一定的破壞，相應(yīng)地降低了細胞膜的容抗特性，進而使肌肉組織阻抗顯著降低（P＜0.05）。

2.1.2 宰后羊肉貯藏過程中細胞膜電容Cm的變化

細胞膜電容Cm是衡量肌肉細胞膜完整性的重要指標，其值越小，肌肉細胞膜破損的程度越大，胴體的貯藏時間越長，肉的新鮮度越低[23]。

圖3 宰后不同時間羊肌肉組織Cm的變化Fig.3 Change in Cm of mutton muscle samples during postmortem aging

由圖3可知，在整個冰溫貯藏過程中，隨貯藏時間的延長，正向、負向組的Cm均逐漸降低，宰后8 h的Cm分別為41.20、35.47 pF，宰后216 h的Cm分別為15.32、12.95 pF；這說明肌肉細胞膜作為介電絕緣體，它的絕緣性能隨著細胞膜磷脂層的氧化和宰后細胞自身的溶解而減小，使細胞膜的滲透性增強，Cm逐漸減小[25]。負向組降低程度更大，除宰后24 h和96 h時間點外，其他時間點兩組差異性均顯著（P＜0.05），這可能是由于負向組在宰后進行了凍結(jié)處理，使得骨骼肌細胞膜的完整性受到一定程度的擠壓破損，導致Cm降低。

2.1.3 宰后羊肉貯藏過程中細胞內(nèi)阻Ri的變化

細胞內(nèi)阻Ri是衡量生物細胞內(nèi)液導電能力大小的指標。對于生物體，細胞內(nèi)的離子強度越大，細胞內(nèi)阻Ri越小，細胞的阻抗越小，導電能力越大。

圖1 宰后不同時間羊肌肉組織Ri的變化Fig.1 Changes in Ri of mutton muscle samples during postmortem aging

由圖4可知，隨著貯藏時間的延長，正、負向兩組樣品的細胞內(nèi)阻Ri均呈現(xiàn)先增加后降低再趨于穩(wěn)定的趨勢，在宰后24 h時羊肉的Ri達到最大值，分別為18.68、16.76 Ω。宰后8～48 h內(nèi)，在相同貯藏時間下，正向組樣品的細胞內(nèi)阻Ri顯著高于負向組樣品（P＜0.05）；這可能是由于負向組宰后經(jīng)凍結(jié)后，肌肉組織內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體中的Na＋、Cl－和K＋等離子更快地從細胞器中被釋放出來，細胞內(nèi)離子強度增加，導電能力上升，阻抗能力減弱[26]。宰后72～216 h內(nèi)，正向組樣品的細胞內(nèi)阻Ri與負向組樣品總體差異性不顯著（P＞0.05）。說明宰后凍結(jié)處理對細胞內(nèi)阻Ri值的影響主要體現(xiàn)在宰后肌肉僵直階段，隨著宰后羊肉成熟過程的進行，肌肉的細胞內(nèi)阻Ri趨于穩(wěn)定。

2.1.4 宰后羊肉貯藏過程中細胞外阻Re的變化

細胞外阻Re可以反映生物細胞外液導電能力的大小，細胞外的離子強度越大，細胞外阻Re越小，細胞的阻抗性越弱，導電性越強。

圖5 宰后不同時間羊肌肉組織Re的變化Fig.5 Changes in Re of mutton muscle samples during postmortem aging

由圖5可知，正、負向組樣品的Re在宰后貯藏的過程中，均呈先上升后降低再趨于穩(wěn)定的趨勢。宰后24 h時正、負向組Re均達到最大，分別為347.3、283.3 Ω。Damez等[23]在研究宰后牛肉的介電特性時也得到類似結(jié)論。宰后8～144 h，正、負向組細胞外阻Re總體差異顯著（P＜0.05），其主要原因可能是宰后隨著肌肉僵直、解僵、成熟過程的進行，肌纖維膜不斷破裂，細胞內(nèi)外離子交換強度加大，細胞內(nèi)外形成滲透壓差，細胞外離子強度增加，導電性逐漸增加，Re值在宰后24 h后逐漸減小[27-28]。宰后168～216 h，正、負向組細胞外阻Re沒有顯著性變化，但在同一宰后時間，正向組樣品的細胞外阻Re顯著高于負向組（P＜0.05），到216 h時，正向組Re為135.1 Ω，負向組為81.2 Ω，這可能是由于負相組經(jīng)過凍結(jié)后，肌細胞膜破裂程度加強，細胞內(nèi)離子更快地流入細胞外，導致細胞外離子強度增強，Re降低。

2.1.5 宰后羊肉貯藏過程中松弛因子α的變化

圖6 宰后不同時間羊肌肉組織的松弛因子α變化Fig.6 Changes in α of mutton muscle samples during postmortem aging

在生物組織中存在著大量大分子物質(zhì)，這些分子在外加電場作用下，會獲得電荷形成極性分子，產(chǎn)生感應(yīng)電流，阻礙電流的自由通過。這種條件下，溶液中原有離子的均勻分布性會遭到破壞，但在熱運動的作用下組織會產(chǎn)生復(fù)原力，此現(xiàn)象為松弛效應(yīng)，松弛因子α大小表示生物組織中大分子的尺寸和構(gòu)象[17]。由圖6可知，隨著貯藏時間的延長，正、負向組樣品的松弛因子α整體上呈逐漸下降的趨勢。這是由于隨著成熟過程的進行，羊骨骼肌中的大分子物質(zhì)逐漸分解，形成分子質(zhì)量更低的物質(zhì)。在整個貯藏過程中正、負向兩樣品的松弛因子α差異性不顯著，正、負向組松弛因子α平均值分別為0.838、0.836；這說明宰后凍結(jié)處理不會對肌肉組織中大分子物質(zhì)的尺寸和空間構(gòu)象造成影響。

2.2 宰后羊肉貯藏過程中品質(zhì)的變化

2.2.1 宰后羊肉貯藏過程中pH值的變化

圖7 宰后不同時間羊肌肉組織pH值的變化Fig.7 Changes in pH of mutton muscle samples during postmortem aging

羊肉的pH值可以影響肉的顏色、風味、保水性、嫩度等品質(zhì)，pH值受肌肉本身、成熟進程、微生物等因素的綜合影響[9]。由圖7可知，兩組樣品的pH值均呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢。在整個冰鮮貯藏過程中（剛宰后的前24 h除外），正、負向兩組的pH值均處于5.9～6.2范圍內(nèi)，屬于一級鮮肉[29]。宰后8～144 h內(nèi)（宰后96 h除外），正、負向組之間pH值差異顯著（P＜0.05），貯藏48 h時pH值分別達到最低點，為5.95與6.04，負向組樣品的pH值始終高于正向組；說明負向冷卻處理有利于抑制pH值降低的速度，這可能是由于經(jīng)過冷凍處理的羊肉中糖原降解相關(guān)酶類活性降低，乳酸產(chǎn)量減少，導致pH值相對較高。宰后168～216 h內(nèi)，在貯藏時間相同情況下，正、負向組間pH值差異不顯著，這可能是貯藏后期微生物的繁殖導致的。

2.2.2 宰后羊肉貯藏過程中失水率的變化

羊肉系水力在宰后的僵直和成熟期間會發(fā)生顯著變化，在這期間肌肉組織內(nèi)部會發(fā)生各種復(fù)雜的生理生化反應(yīng)，導致肌原纖維蛋白質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)緊縮和所帶電荷數(shù)減少，使肌肉系水力下降，失水率增加。

圖8 宰后不同時間羊肌肉組織失水率的變化Fig.8 Changes in drip loss rate of mutton muscle samples during postmortem aging

由圖8可以看出，隨貯藏時間的延長，正、負向組羊肉的失水率均呈逐漸增大的趨勢，到宰后216 h時，分別達到10.22%、13.39%。正向組樣品的失水率在整個貯藏期整體小于負向組?？赡苁且驗榻?jīng)過負向組冷凍處理后，肌纖維蛋白質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)交聯(lián)程度減少，肌肉系水力下降，汁液失水率提高；這說明宰后冷凍處理會導致汁液流失率升高，這與許立興等[30]研究的結(jié)果一致。

2.2.3 宰后羊肉貯藏過程中色差的變化

肉色是評估羊肉新鮮程度和影響消費者接受程度的一項重要指標，因為對冰鮮羊肉而言，其色澤的a*值比L*值（亮度）、b*值（黃度）更重要，所以本實驗只測定了a*值。

圖9 宰后不同時間羊肌肉組織a*值的變化Fig.9 Changes in a* value of mutton muscle samples during postmortem aging

a*值反映肉顏色中紅色的深淺程度，a*值越大，肉色越紅。如圖9所示，兩組樣品的a*值在宰后貯藏的過程中，均呈先緩慢上升再下降的趨勢。在整個冰鮮貯藏過程中，正、負向組的a*值差異顯著（P＜0.05）；這說明宰后凍結(jié)處理會對肌肉組織的a*值造成影響。劉萌[31]對宰后放置時間和冷凍對豬肉a*值的影響進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在宰后144 h內(nèi)，隨宰后時間的延長，肉樣的a*值均呈先升后降的趨勢，經(jīng)冷凍處理肉樣解凍后a*值明顯低于未經(jīng)冷凍肉樣a*值，此發(fā)現(xiàn)與本研究結(jié)果相似。

2.2.4 宰后羊肉貯藏過程中剪切力的變化

肉的嫩度是反映肉質(zhì)地的指標，羊肉的嫩度主要受結(jié)締組織含量、性質(zhì)及肌原纖維蛋白的化學結(jié)構(gòu)等因素的影響。嫩度的大小一定程度上可以用剪切力表征，剪切力越大，肉的嫩度越小。

圖10 宰后不同時間羊肌肉組織剪切力的變化Fig.10 Changes in shear force of mutton muscle samples during postmortem aging

由圖10可知，隨貯藏時間的延長，兩組羊肉的剪切力均呈緩慢上升趨勢，且兩組之間差異顯著（P＜0.05）。在216 h時剪切力達最大值，正、負向組分別為62.5、67.6 N，兩組樣品嫩度隨貯藏時間處長不斷下降可能是失水率增大導致的[32]。

2.3 宰后羊肉貯藏過程中品質(zhì)與阻抗相關(guān)性分析

表1 正向冷卻羊肉品質(zhì)與生物電阻抗的相關(guān)性分析Table1 Correlations of electrical impedance properties with quality attributes of mutton muscle samples for positive direction group

表2 負向冷卻羊肉品質(zhì)與生物電阻抗的相關(guān)性分析Table2 Correlations of electrical impedance properties with quality attributes of mutton muscle samples for negative direction group

如表1所示，對于正向組，pH值在宰后8～72 h與Cm呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）；失水率在宰后8～216 h與Re呈顯著負相關(guān)（P＜0.05）；宰后72～216 h，a*值與Re、Cm均呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），剪切力與Re、Ri呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。這說明正向羊肉冰溫貯藏期間阻抗特性與肉制品的相關(guān)性受宰后貯藏時間的影響很大。

如表2所示，對于負向組，pH值在宰后8～72 h與Cm呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）；失水率在宰后8～216 h與Re呈顯著負相關(guān)（P＜0.05），與Ri或Cm呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）；a*值在宰后72～216 h與Re、Cm呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）；剪切力在宰后8～72 h與Ri呈顯著負相關(guān)（P＜0.05），在宰后72～216 h與Re、Ri呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。這表明經(jīng)負向冷卻處理的羊肉貯藏過程中阻抗特性同樣受貯藏時間的影響很大，而且負向冷卻對阻抗特性與肉制品之間的相關(guān)性也有一定的影響。

3 結(jié) 論

羊肉在正、負向兩種冰溫貯藏條件下，兩組樣品的細胞內(nèi)阻Ri和細胞外阻Re呈先增加后降低再趨于穩(wěn)定的變化趨勢，細胞膜電容Cm和松弛因子α整體上呈逐漸下降的變化趨勢。在相同宰后貯藏時間，負向組各項阻抗指標整體上均小于正向組。正向組冷卻羊肉在宰后貯藏時間內(nèi)保水性、色差a*值、嫩度都優(yōu)于負向組，負向組pH值高于正向組，表明正向冷卻處理冰鮮貯藏羊肉品質(zhì)優(yōu)于負向冷卻處理。正、負向羊肉冰溫貯藏期間阻抗特性中只有Ri、Re、Cm在特定的宰后時間內(nèi)與失水率、色差a*、剪切力、pH值有顯著的相關(guān)性。綜上所述，電阻抗特性參數(shù)在固定的冰鮮貯藏時期內(nèi)可作為評價羊肉品質(zhì)的指標，為冰溫保鮮羊肉貯藏期間的肉品質(zhì)監(jiān)控提供參考。