用于調(diào)理雞肉的大氣等離子體冷殺菌工藝優(yōu)化

劉 政,李 娜,伍 軍,孫運金

(1.北京農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院,食品質(zhì)量與安全北京實驗室,北京 102206; 2.北京農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院,農(nóng)產(chǎn)品有害微生物及農(nóng)殘安全檢測與控制北京市重點實驗室,北京 102206)

預(yù)制雞肉又稱調(diào)理雞肉,是以新鮮雞胸肉為原材料,適當(dāng)添加輔料,經(jīng)滾揉、腌制、分切、加工等工藝加工而成的系列風(fēng)味肉制品,并以不同的包裝(袋裝、盒裝)、貯藏方式(冷凍、冷藏)進行儲運、銷售的產(chǎn)品[1]。調(diào)理雞肉,不僅營養(yǎng)豐富,方便便捷,而且節(jié)能省時,加熱即可食用,逐漸受到年輕消費群體的喜愛。但是調(diào)理雞肉的食用品質(zhì)易受到蛋白質(zhì),脂肪氧化以及微生物污染等因素的影響,造成了儲藏期較短的缺點。市場上的調(diào)理肉制品大多采用PE普通托盤包裝,沒有經(jīng)過系統(tǒng)的殺菌預(yù)處理及貯藏保鮮包裝,貨架期為2～3 d。如何有效解決調(diào)理肉制品貯藏保鮮的技術(shù)問題是解決其應(yīng)用和發(fā)展的關(guān)鍵。

大氣等離子體是在大氣狀態(tài)下實現(xiàn)的一種放電等離子體,含有電子、離子、激發(fā)態(tài)分子、高能粒子、原子、活性氧、活性氮等活性成分,對細(xì)菌、孢子、病毒、真菌均具有殺菌作用[2-5]。包括輝光放電[6-7]、滑動弧放電[8]、介質(zhì)阻擋放電[9-11]、射流放電[12]、電暈放電[13]等。李兆杰等[14]研究輝光放電等離子體對魚肉、奶粉、牛奶、淀粉、橙汁等五種食品進行殺菌處理,研究表明有明顯的殺菌效果。王卓等[15]通過介質(zhì)阻擋放電等離子體對藍(lán)莓進行殺菌處理,在45 kV,50 s工藝條件下,細(xì)菌以及真菌分別降低1.75,1.77 lg(CFU/g),顯著降低了藍(lán)莓腐敗率。黃明明等[16]對介質(zhì)阻擋放電等離子體處理氣調(diào)包裝的生鮮牛肉的研究表明,等離子體可有效抑制牛肉中腐敗菌的生長和生物胺的形成。李天琪[17]研究結(jié)果表明介質(zhì)阻擋放電等離子體在60 kV、60 s殺菌參數(shù)下對魷魚的殺菌效果最好,可將細(xì)菌和真菌降低至0.01×103(CFU/g)以下。上述放電方式例如輝光放電,介質(zhì)阻擋放電等殺菌效果較顯著,但均存在能耗高、處理樣品較小的特點。相比之下,滑動弧放電技術(shù)殺菌能力強,能耗低,高效率,具有工業(yè)化應(yīng)用的潛力。例如張志偉[18]研究滑動弧放電對鮮切蘿卜殺菌效果的影響,在170 V,5 min時殺菌率達到92.35%。鑒于等離子體在冷殺菌領(lǐng)域彰顯的殺菌效果和非熱特點,本文選取其中的一種大氣等離子體技術(shù)——滑動弧放電技術(shù),對調(diào)理雞肉進行殺菌處理,優(yōu)化大氣離子體對調(diào)理雞肉的處理工藝,達到延長調(diào)理雞肉貯藏期的效果。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

雞胸肉 北京昌平區(qū)華都肉聯(lián)廠/低溫冷鏈配(4 ℃);平板計數(shù)培養(yǎng)基、無菌均質(zhì)袋(17 cm×30 cm) 北京暢華試劑公司。

大氣等離子體放電裝置 實驗室自制;YX-280高壓滅菌鍋 江陰濱江醫(yī)療設(shè)備廠;JB-CJ-2FC超凈工作臺 蘇州佳寶凈化工程設(shè)備有限公司;HWHS-250L恒溫恒濕培養(yǎng)箱 上海衡鼎儀器設(shè)備有限公司;SCIENTZ-11無菌均質(zhì)器 寧波新芝生物科技股份有限公司;OTS-800無油空氣壓縮機 臺州市奧突斯工貿(mào)有限公司;BCD-323WLDPN冰箱 青島海爾股份有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 大氣等離子體放電裝置 大氣等離子體放電處理器主要由電源、處理放應(yīng)室、氣體流量測試表等組成，見圖1。反應(yīng)室內(nèi)有兩個平行銅電極(長度93 mm,厚度3.6 mm),氣體從反應(yīng)器頂端通入。調(diào)理雞肉樣品放在反應(yīng)器端口下部,氣體經(jīng)過反應(yīng)器時被兩銅片間10 kV電壓擊穿,產(chǎn)生滑動弧放電,處理反應(yīng)器下端的調(diào)理雞肉樣品。等離子體放電的處理參數(shù)包括滑動弧放電功率,氣體流量以及處理時間。

圖1 大氣等離子體放電設(shè)備

1.2.2 樣品處理 將案板、菜刀、PE保鮮膜、PP食品級托盤等所有試驗相關(guān)的用品放入超凈工作臺,紫外燈照射30 min。把新鮮雞胸肉放入超凈工作臺,進行預(yù)處理(去皮、去骨),切丁(2.0 cm×2.0 cm×1.5 cm),稱取20 g為一組,加輔料(食鹽2%、料酒2%、淀粉8%、五香粉12%、味精0.5%以及一定量的醬油、蔥、姜、蒜)配制后在4 ℃冰箱腌制3 h。隨機抽取三組記為對照組,其余按照不同殺菌條件進行等離子體處理(每個樣品做五次平行實驗)。

1.2.3 大氣等離子體放電對調(diào)理雞肉殺菌工藝的研究

1.2.3.1 單因素實驗 放電功率對調(diào)理雞肉殺菌率及感官的影響,氣體流量選取40 L/min,處理時間選取60 s,功率設(shè)定0、300、350、400、450、500 W;不同處理時間對調(diào)理雞肉殺菌率及感官的影響,氣體流量選取40 L/min,放電功率選取450 W,處理時間分別為0、30、60、90、120、150 s;不同氣體流量對調(diào)理雞肉殺菌率及感官的影響,處理時間選取60 s,殺菌功率選取450 W,氣體流量為0、20、40、60、80、100 L/min。

1.2.3.2 響應(yīng)面試驗 根據(jù)響應(yīng)面Box-Behnken設(shè)計原理以及結(jié)合單因素結(jié)果,在此以放電功率、處理時間、氣體流量設(shè)計三因素三水平的響應(yīng)面分析試驗,以殺菌率為響應(yīng)值進行響應(yīng)面分析,得到并通過回歸方程和模型確定出大氣等離子體對調(diào)理雞肉殺菌最優(yōu)參數(shù)。

表1 響應(yīng)面分析因素與水平

1.2.3.3 殺菌率 取肉樣20 g放于均質(zhì)袋中,加入180 mL生理鹽水,封口,均質(zhì)器以15次/s拍打30 s,梯度稀釋后選取適宜稀釋度進行涂平板(本實驗選取稀釋度:10-1、10-2、10-3CFU/mL),然后37 ℃培養(yǎng)24 h計數(shù),計算其殺菌率[19]。

殺菌率計算公式如下:

式中:N0:對照組菌落數(shù),(CFU/g),NP:處理組菌落數(shù),(CFU/g)。

1.2.4 感官評價 調(diào)理雞肉感官評價指標(biāo)包括肉樣的色澤、粘度、氣味、彈性,邀請食品專業(yè)的學(xué)生12人(男女比例1∶1)組成固定評定小組,根據(jù)表2調(diào)理雞肉評價標(biāo)準(zhǔn)進行感官評價。評分參照GB 16869-2005《鮮凍禽產(chǎn)品》和GB/T 22210-2008《肉與肉制品感官評定規(guī)范》,每項指標(biāo)占25%分值,總分值10分(綜合評價),8分及8分以上為新鮮肉樣。

表2 調(diào)理雞肉感官評價標(biāo)準(zhǔn)

1.3 數(shù)據(jù)處理

單因素實驗結(jié)果用Origin 9軟件分析作圖,用Design-Expert.V8.0.6.1軟件處理響應(yīng)面試驗結(jié)果,并用最小二乘法進行二次多項式回歸統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 等離子體放電工藝對調(diào)理雞肉的殺菌率和感官性能的影響

2.1.1 放電功率對殺菌率的影響 從圖2與表3中可知,隨著放電功率的增加,殺菌率呈先上升后平緩的趨勢,調(diào)理雞肉的感官品質(zhì)隨殺菌功率增大逐漸降低。功率升高將提高電極間的電離度,產(chǎn)生更高濃度的活性帶電粒子,提高了殺菌率。但當(dāng)功率達到450 W之后,電離氣體雖可有效、完全滅殺產(chǎn)品表面的微生物,但不能滅殺產(chǎn)品內(nèi)部微生物。因此,殺菌率隨功率的升高達到了一個恒定值。活性帶電粒子在滅菌的同時還對樣品表面產(chǎn)生一定程度的轟擊作用[20],導(dǎo)致感官評價下降。

圖2 放電功率對調(diào)理雞肉殺菌率的影響

表3 放電功率對調(diào)理雞肉感官性能的影響(分)

在處理時間60 s和氣體流量為40 L/min時,隨著功率逐漸增加,處理組的感官評價均低于對照組。綜合考慮殺菌率與感官評價,選擇放電功率350～450 W進行響應(yīng)面實驗。

2.1.2 處理時間對殺菌率的影響 由圖3可知,60 s之前隨著放電處理時間的延長,殺菌率上升明顯;當(dāng)處理時間超過60 s時,殺菌率維持在恒定水平。放電處理時間的延長可增加電離氣體中活性帶電粒子與調(diào)理雞肉的作用時間,使其殺菌效果更好。

圖3 處理時間對調(diào)理雞肉殺菌率的影響

從表4可知,隨殺菌時間的延長,調(diào)理雞肉的感官評價值逐漸降低,在殺菌60 s之前,能保持肉樣原有的感官品質(zhì)的80%,90 s之后,肉樣會出現(xiàn)表面變干,肉色暗淡,150 s時有異味產(chǎn)生,感官品質(zhì)下降至50%。電離的氣體除了與微生物的相互作用之外,還對調(diào)理雞肉的表面產(chǎn)生一定的損傷,具體表現(xiàn)在雞肉中的水分在電離氣體的作用下分解,迅速脫離肉體表面,造成調(diào)理雞肉表面發(fā)干。同時,等離子體產(chǎn)生的活性氧、活性氮等物質(zhì)具有氧化性[21-22],在達到一定處理時間后對調(diào)理雞肉的色澤產(chǎn)生一定的影響。因此,在不影響感官評價的前提下,合理的等離子體處理時間為30～60 s。

表4 處理時間對調(diào)理雞肉感官性能的影響(分)

2.1.3 氣體流量對殺菌率的影響 由圖4可知,在其他條件保持不變時,氣體流量對調(diào)理雞肉的殺菌率有一定的影響。當(dāng)氣體流量較低時,電離的氣體到達調(diào)理雞肉表面時間較長,內(nèi)部的活性粒子成分有可能湮滅,導(dǎo)致殺菌率較低。當(dāng)氣體流量升至為40 L/min時,殺菌率達到最高;氣體流量高于40 L/min,殺菌率逐漸降低,這可能是較快的氣體流量降低了等離子體的電離度,使得電離不完全,從而降低了殺菌效果。

圖4 氣體流量對調(diào)理雞肉殺菌率的影響

從表5可看出,氣體流量的變化對調(diào)理雞肉的感官性能影響較小。隨著氣體流量的增高,調(diào)理雞肉表面的離子、電子、高能粒子等隨之增多,提高了滅菌率,大氣等離子體處理對調(diào)理雞肉的感官評價沒有較大的影響。綜合評價,選擇20～60 L/min為氣體流量。

表5 氣體流量對調(diào)理雞肉感官性能的影響(分)

2.2 響應(yīng)面試驗結(jié)果

2.2.1 回歸模型建立以及顯著性分析 在單因素的基礎(chǔ)上,通過選取放電功率(A)、處理時間(B)、氣體流量(C)等因素進行響應(yīng)面Box-Behnken設(shè)計,研究其對殺菌率(Y)的影響。各組實驗設(shè)計及殺菌率結(jié)果見表6。利用Design-Expert.V8.0.6.1軟件進行設(shè)計之間的多元回歸擬合,得到以殺菌率(Y)為目標(biāo)函數(shù)的二次多項回歸方程:

表6 響應(yīng)面設(shè)計及結(jié)果

Y=84.83+3.83A-2.01B+0.095C-4.33AB-0.028AC-2.25BC+9.91A2-12.41B2-17.27 C2

由表7中的方差分析可知,實驗設(shè)計模型p=0.0012<0.01極顯著;失擬項p=0.0702>0.05不顯著,表明建立的二次回歸模型能有效對響應(yīng)值進行預(yù)測。通過表7回歸模型系數(shù)顯著性分析結(jié)果可知,影響殺菌率(Y)的各因素按主次順序排列為:放電功率(A)>處理時間(B)>氣體流量(C),A2、B2和C2對指標(biāo)影響極顯著(p<0.01),A對指標(biāo)影響顯著(p<0.05),其他因素的影響均不顯著。

表7 殺菌率回歸模型方差分析

2.2.2 響應(yīng)面模型交互作用 通過分析模型的響應(yīng)曲面圖,如圖5～圖7所示,響應(yīng)面的彎曲程度反映兩因素的交互作用對指標(biāo)的影響程度,曲面越大,說明因素與變量交互越顯著;反之越弱。由此可知，三種因素的兩兩交互作用對響應(yīng)值的影響不顯著。從圖5可以看出,放電功率比處理時間的曲面斜率更大,表明放電功率對殺菌率的影響更顯著。從圖6可以看出,處理時間比氣體流量的曲面斜率更大,表明處理時間對殺菌率的影響更顯著。從圖7可以看出,放電功率比氣體流量的曲面斜率更大,表明放電功率對殺菌率的影響更顯著。

圖5 放電功率和處理時間對殺菌率交互作用的響應(yīng)面圖

圖6 處理時間和氣體流量對殺菌率交互作用的響應(yīng)面圖

圖7 放電功率和氣體流量對殺菌率交互作用的響應(yīng)面圖

2.3 驗證試驗

通過響應(yīng)面優(yōu)化出最優(yōu)條件:放電功率450 W,處理時間52.25 s,氣體流量40.39 L/min,預(yù)測殺菌率達到99.38%。根據(jù)實際情況,校正處理時間52 s,氣體流量40 L/min。在此工藝下進行三次驗證實驗,測出殺菌率為96.34%±0.32%,與理論殺菌率相差3.04%，表明了該方程與實際擬合較好,驗證了此模型的合理性。

3 結(jié)論

本研究通過大氣等離子體冷殺菌技術(shù)對調(diào)理雞肉進行處理,表明大氣等離子體對調(diào)理雞肉表面具有良好的殺菌效果。根據(jù)實際情況選取處理工藝:滅菌功率450 W,處理時間52 s,氣體流量40 L/min。驗證實驗測得殺菌率為96.34%±0.32%。與預(yù)測值相對誤差小于5%,殺菌效果明顯。本實驗為延長調(diào)理雞肉貯藏期的研究提供前期的殺菌基礎(chǔ)理論,后期通過大氣等離子體殺菌處理技術(shù)結(jié)合其他保鮮技術(shù)研究貯藏期。