邢智彬,吳曉彤*,劉建忠,劉靜
1(內(nèi)蒙古大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特,010021) 2(內(nèi)蒙古蒙驢食品有限公司,內(nèi)蒙古 呼和浩特,010010) 3(內(nèi)蒙古商貿(mào)職業(yè)學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特,010070)
驢肉肉質(zhì)細(xì)、滑、嫩,口感香、甜、正,營養(yǎng)全面,還有補(bǔ)氣養(yǎng)血、健腦安神、強(qiáng)筋通絡(luò)的保健功效[1]。驢肉銷售前處理的一種方式是冷藏,由于驢肉中不飽和脂肪酸含量較高,酶類作用和微生物的繁殖作用導(dǎo)致油脂氧化,使驢肉極容易出現(xiàn)腐敗變質(zhì)現(xiàn)象,即使把生肉貯藏在0~4 ℃的環(huán)境中,肉類中的酶、嗜冷腐敗菌仍對肉的品質(zhì)存在威脅。生物保鮮劑是通過生物分離工程直接或間接從生物中提取的具有保鮮功效的物質(zhì)[2],其多為天然提取或發(fā)酵生產(chǎn),高效安全,已經(jīng)成為肉類保鮮技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但幾乎沒有單一的保鮮劑可以對所有微生物既具有抑制其生長作用,又具有抑制肉類脂質(zhì)氧化的效能,而利用因子間的協(xié)同作用,復(fù)合生物保鮮劑往往會(huì)產(chǎn)生較單一生物保鮮劑更好的保鮮效果[3]。
ALIREZALU等[4]發(fā)現(xiàn)蕁麻提取物制成的聚賴氨酸涂層可以有效地延長4 ℃貯藏牛肉的貨架期,而對感官品質(zhì)沒有負(fù)面影響。黃明焜等[5]運(yùn)用復(fù)合生物保鮮劑對冷卻牛肉進(jìn)行保鮮處理,結(jié)果表明,使用22.5 g/L殼聚糖、0.15 g/L Nisin、9.7 g/L乳源抗菌肽、1.5 g/L茶多酚、3.0 g/L丁香精油時(shí),冷卻牛肉的貨架期較空白組延長25 d以上。FANG 等[6]研究發(fā)現(xiàn)沒食子酸/殼聚糖可食用涂層,在4 ℃的氣調(diào)包裝中可保持新鮮豬肉的品質(zhì),并隨著沒食子酸的摻入,殼聚糖涂層的抗菌活性增強(qiáng)。MEHDIZADEH等[7]發(fā)現(xiàn)蜂膠提取物和殼聚糖制成的涂層,可使樣品中的微生物數(shù)量明顯降低(P<0.05)。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)殼聚糖、茶多酚和溶菌酶的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1%、3%、5%時(shí),冷鮮牛肉的總揮發(fā)性鹽基氮(total volatile basic nitrogen,TVB-N)取極小值59.2 mg/kg,仍然保持比較新鮮的狀態(tài),能夠有效地延長肉品的貨架期[8];使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.75%的殼聚糖、1.29%的茶多酚、2.91%的溶菌酶處理冷鮮牛肉,lgCFU/g最大值為5.61,低于國家規(guī)定的6.00,達(dá)到了較好的保鮮效果[9];D-異抗壞血酸鈉常結(jié)合乳酸鏈球菌素并結(jié)合真空包裝能發(fā)揮其最佳作用,起到保鮮護(hù)色的效果,有效地延長貨架期[10]。
生物保鮮劑已經(jīng)被證實(shí)具有傳統(tǒng)化學(xué)防腐劑的防腐、抗氧化效果。我國作為一個(gè)肉類消費(fèi)大國,生物保鮮劑原料資源豐富,上游基因編輯改造技術(shù)及下游發(fā)酵和提取技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步,為發(fā)展推廣綠色安全的生物保鮮劑產(chǎn)業(yè)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
為得到一種穩(wěn)定性高、保鮮效果好的復(fù)合生物保鮮劑,同時(shí)延長冷卻驢肉保鮮期,保持肉質(zhì),本文以冷卻驢肉為研究對象,通過分析冷卻驢肉中的優(yōu)勢菌相構(gòu)成,確定抑制優(yōu)勢菌相生長繁殖的保鮮成分,設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)得到復(fù)合生物保鮮劑,在第0天至第18天檢測使用復(fù)合生物保鮮劑前后冷卻驢肉相關(guān)理化指標(biāo)的變化,探究復(fù)合生物保鮮劑對冷卻驢肉的保鮮效果。
生鮮驢肉:2~3歲烏驢后腿肉,蒙驢食品有限公司;真空包裝袋,浙江喜之龍包裝有限公司;聚賴氨酸(食品級,含量≥99.8%),陜西晨明生物科技有限公司;乳酸鏈球菌素(食品級),山東巨榮生物工程有限公司;殼聚糖(食品級,脫乙酰度96%),江蘇普雷特生物工程有限公司;D-異抗壞血酸鈉(食品級),鄭州拓洋實(shí)業(yè)有限公司;戊二醛,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;叔丁醇,天津化學(xué)試劑有限公司;平板計(jì)數(shù)瓊脂(plate count agar,PCA)培養(yǎng)基、結(jié)晶紫中性紅膽鹽瓊脂(violet red bile agar,VRBA)培養(yǎng)基、酵母浸出粉胨葡萄糖瓊脂(yeast peptone dextrose agar,YPD)培養(yǎng)基,北京陸橋技術(shù)股份有限公司;MRS培養(yǎng)基,北京酷來搏科技有限公司;細(xì)菌基因組DNA提取試劑盒,全式金生物科技有限公司;Ezup柱式真菌基因組DNA抽提試劑盒,生工生物工程股份有限公司;引物,華大基因設(shè)計(jì)。
UV-1780紫外可見分光光度計(jì),島津儀器有限公司;Hitachi S-4800場發(fā)射掃描電子顯微鏡,日本日立高新有限公司;K9840自動(dòng)凱氏定氮儀,濟(jì)南海能儀器股份有限公司;DZ-400/2L真空包裝機(jī),諸城市恒得利食品包裝機(jī)械廠;CX21FS1C真空冷凍干燥機(jī),北京德天佑科技發(fā)展有限公司;FD-1顯微鏡,奧林巴斯有限公司;5804R高速冷凍離心機(jī),艾本德;PHS-3C雷磁pH計(jì),濟(jì)南歐萊博科學(xué)儀器有限公司;TC-96/G/H(b)C基因擴(kuò)增儀,杭州博日科技有限公司。
1.3.1 復(fù)合生物保鮮劑的配制
殼聚糖溶液:根據(jù)前期實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),準(zhǔn)確稱取殼聚糖7.5 g,加入500 mL 1%的冰醋酸后于75 ℃水浴溶解,攪拌30~40 min后靜置30 min,真空脫氣。
添加ε-聚賴氨酸、乳酸鏈球菌素、D-異抗壞血酸鈉至殼聚糖溶液中,攪拌使其均勻,真空脫氣,得到復(fù)合生物保鮮劑涂膜液。
1.3.2 原料預(yù)處理
將分割用具消毒殺菌,剔除肉表面的筋膜及多余的脂肪和結(jié)締組織,分割成200 g左右的肉塊,于0~4 ℃冷藏備用。
實(shí)驗(yàn)組:冷卻驢肉涂抹正交試驗(yàn)得到的復(fù)合生物保鮮劑最優(yōu)濃度,室溫放置10 min后放入真空包裝袋內(nèi),于0~4 ℃冷藏,測定當(dāng)天及冷藏6、12和18 d的冷卻驢肉中菌落總數(shù)、揮發(fā)性鹽基氮值、pH值,同時(shí)進(jìn)行感官評價(jià)。每個(gè)樣品做3個(gè)重復(fù)。
對照組:將冷卻驢肉放入真空包裝袋內(nèi),于0~4 ℃冷藏。
1.3.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)
參考文獻(xiàn)[10-14],根據(jù)正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)原理,以ε-聚賴氨酸(A)、乳酸鏈球菌素(B)、D-異抗壞血酸鈉(C)為自變量,以菌落總數(shù)、揮發(fā)性鹽基氮值、pH值為響應(yīng)指標(biāo),以菌落總數(shù)為主要指標(biāo),采用“綜合平衡法”,確定復(fù)合生物保鮮劑最優(yōu)濃度,按表1進(jìn)行正交試驗(yàn)。
表1 L9(33)正交試驗(yàn)表Table 1 Factors and levels L9(33) orthogonal experimental
1.3.4 數(shù)據(jù)處理
采用Excel 2010和 Origin 8.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖,每組試驗(yàn)均重復(fù)3次并利用Minitab17.0軟件進(jìn)行分析,P<0.05表示有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性差異。
1.4.1 冷卻驢肉優(yōu)勢菌相分離和鑒定
取對照組冷卻驢肉在冷藏0、6、12和18 d后,挑取PCA、VRBA、YPD、MRS培養(yǎng)基上外觀形態(tài)不同的菌落,經(jīng)純化挑取單菌落,進(jìn)行革蘭氏染色,并提取基因組DNA,用通用引物27-F(AGAGTTTGATCCTGGCTCAG)和1541-R(AAGGAGGTGATCCAGCCGCA)擴(kuò)增16S rDNA片段[15]。用通用引物ITS1(TCCGTAGGTGAACCTGCGG)和ITS4(TCCTCCGCTTATTGATATGC)擴(kuò)增18S rDNA片段[16]。委托通用生物系統(tǒng)有限公司測序及拼接序列后,在NCBI網(wǎng)站(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/)的BLAST程序進(jìn)行核酸序列的同源性比對。
1.4.2 菌落總數(shù)測定
參照GB 4789.2—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測定》進(jìn)行測定。
1.4.3 揮發(fā)性鹽基氮含量測定
參照GB/T 5009.228—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中揮發(fā)性鹽基氮的測定》進(jìn)行測定。
1.4.4 pH值測定
參照GB 5009.237—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品pH值的測定》進(jìn)行測定。
1.4.5 感官評分
參考楊春婷等[17]的方法,以可接受度作為感官評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),取0~4 ℃冷藏的驢肉,在當(dāng)天其他指標(biāo)測定前取樣品測定感官評分。主要感官指標(biāo)為氣味、組織狀態(tài)、持水性、色澤。評定標(biāo)準(zhǔn)如表2所示,8~10分為好;6~8分為中;4~6分為差;2分以下表明已變質(zhì)。
表2 冷卻肉感官評定評分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Sensory evaluation standard of chilled meat
1.4.6 微觀結(jié)構(gòu)的測定
參照李莎莎等[18]的方法稍作修改。將肉樣垂直肌纖維方向切成3 mm×3 mm×3 mm小塊,用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%的戊二醛(pH 6.8)浸泡,過夜固定(4 ℃,24 h)。先用0.1 mol/L pH 6.8的磷酸緩沖液浸泡3次,每次10 min。然后分別使用體積分?jǐn)?shù)30%、50%、70%、80%、90%、95%的乙醇脫水,每次10 min,再用無水乙醇(100%,體積分?jǐn)?shù))脫水2次,每次10 min,共3次。最后,采用氯仿進(jìn)行脫脂1 h,離心。再用V(無水乙醇)∶V(叔丁醇)=3∶1、1∶1、1∶3以及叔丁醇各進(jìn)行1次置換,每次為15 min。真空干燥后進(jìn)行掃描電子顯微鏡觀察。
由表3所示,對冷卻驢肉樣品中細(xì)菌測序可知優(yōu)勢菌主要為:乳酸菌、考克氏菌、藤黃微球菌、腸膜明串珠菌、志賀氏桿菌、克雷伯氏菌、乳桿菌、芽胞桿菌、大腸桿菌、蜂房哈夫尼菌、河生腸桿菌、鄉(xiāng)間布丘菌、成團(tuán)泛菌。
由表4所示,對冷卻驢肉樣品中真菌測序可知優(yōu)勢菌主要為:酵母菌、霉菌。
如圖1所示,冷卻驢肉的優(yōu)勢菌相以腸桿菌屬(Enterobacterium,31.06%)和酵母菌(yeasts,28.18%)為主,其次是乳酸菌屬(Lactobacillus,21.1%)、副球菌屬(Pantococcus,9.83%)、微球菌(Micrococcus,8.39%)、泛菌屬(Pandora)、霉菌(mould)。由于屠宰環(huán)境、衛(wèi)生條件及運(yùn)輸條件,導(dǎo)致腸桿菌在優(yōu)勢菌相中的占比較大。腸桿菌是一種兼性厭氧菌,在真空包裝下適合其生長;而且腸桿菌對營養(yǎng)物質(zhì)的攝取能力較強(qiáng),每100 g驢肉中的蛋白質(zhì)含量有22.8 g,所以腸桿菌在優(yōu)勢菌相中占比最大。但本試驗(yàn)未檢出許多冷卻肉中出現(xiàn)的假單胞菌,這可能是因?yàn)榧賳伟且环N好氧菌,在真空包裝下不易存活。
表3 冷卻驢肉樣品細(xì)菌測序結(jié)果Table 3 Bacterial sequencing results of chilled donkey meat
表4 冷卻驢肉樣品真菌測序結(jié)果Table 4 Fungus sequencing results of chilled donkey meat
圖1 冷卻驢肉優(yōu)勢菌相構(gòu)成Fig.1 Dominant microorganism in chilled donkey meat
選擇保鮮成分時(shí)需根據(jù)冷卻驢肉的初始優(yōu)勢菌,有針對性地選擇合適的保鮮成分。相關(guān)研究表明,ε-聚賴氨酸是一種廣譜抑菌保鮮劑,對酵母菌、大腸桿菌、微球菌均具有明顯的抑制效果[19],但對乳酸菌的抑制效果不明顯,而乳酸鏈球菌素能有效抑制乳桿菌的生長繁殖,且乳酸鏈球菌素在人體消化道中可被蛋白酶水解成氨基酸,不會(huì)影響正常的腸道菌群結(jié)構(gòu)[20]。殼聚糖具有較強(qiáng)的抗菌性、成膜性和可食性,已廣泛應(yīng)用于果蔬及肉類的保鮮。D-異抗壞血酸鈉不僅可以抑制各種細(xì)菌的生長,而且是一種新型生物型食品抗氧化劑、防腐保鮮、助色劑[21]。因此實(shí)驗(yàn)選用ε-聚賴氨酸、乳酸鏈球菌素、殼聚糖、D-異抗壞血酸鈉作為復(fù)合生物保鮮劑的保鮮成分。
采用“綜合平衡法”確定復(fù)合生物保鮮劑最優(yōu)濃度,得到正交試驗(yàn)直觀分析見表5,方差分析見表6。
表5 L9(33)正交試驗(yàn)直觀分析表Table 5 Results of the orthogonal experiment of L9(33)
表6 方差分析表Table 6 ANOVA table
采用直觀分析法,以菌落總數(shù)為響應(yīng)指標(biāo),得到最優(yōu)組合A2B3C1,因素影響的主次為:B>C>A。以TVB-N值為響應(yīng)指標(biāo),得到最優(yōu)組合A1B1C3,因素影響的主次為:C>B>A。以pH為響應(yīng)指標(biāo),得到最優(yōu)組合A2B3C1,因素影響的主次為:A>B>C。實(shí)驗(yàn)應(yīng)用正交試驗(yàn)優(yōu)化了保鮮劑濃度,以菌落總數(shù)為主要指標(biāo),同時(shí)考慮其他指標(biāo),采用“綜合平衡法”,同時(shí)利用Minitab 17.0軟件分析后得到該保鮮劑的最佳濃度為:A1B2C1,即ε-聚賴氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%、乳酸鏈球菌素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.06%、殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%、D-異抗壞血酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%,此時(shí)保鮮效果最好,冷卻驢肉貨架期長達(dá)18 d及以上。采用此條件進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),檢測復(fù)合生物保鮮劑在此濃度下對冷卻驢肉保鮮效果的影響。
圖2顯示為復(fù)合生物保鮮劑對冷卻驢肉菌落總數(shù)的影響。相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的冷卻肉的新鮮度與微生物菌落總數(shù)關(guān)系定為一級鮮度≤4 lg CFU/g;二級鮮度為4~6 lg CFU/g;變質(zhì)肉≥6 lg CFU/g。冷卻驢肉在冷藏過程中,2組樣品的菌落總數(shù)均隨冷藏時(shí)間的延長而增長。對照組樣品的菌落總數(shù)在前6 d增長緩慢,隨冷藏時(shí)間的延長其增長速度加快,第18天時(shí)已增長至5.36 lg CFU/g。冷卻驢肉經(jīng)保鮮劑處理后,其菌落總數(shù)隨冷藏時(shí)間的延長而緩慢增長,在前6 d的菌落總數(shù)數(shù)值明顯低于對照組,在第18天時(shí),菌落總數(shù)為3.97 lg CFU/g,比對照組低1.39 lg CFU/g。
圖2 復(fù)合生物保鮮劑對冷卻驢肉菌落總數(shù)的影響Fig.2 Effect of compound biological preservative on total bacterial count of chilled donkey meat
TVB-N值可作為評價(jià)肉品新鮮度的指標(biāo),根據(jù)GB 2707—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 鮮(凍)畜、禽產(chǎn)品》中肉的新鮮度與揮發(fā)性鹽基氮含量關(guān)系:一級鮮肉TVB-N≤15.0 mg/100 g;二級鮮肉15.0 mg/100 g
圖3 復(fù)合生物保鮮劑對冷卻驢肉揮發(fā)性鹽基氮值的影響Fig.3 Effect of compound biological preservatives on volatile basic nitrogen of chilled donkey meat
pH值可作為評價(jià)肉品新鮮度的指標(biāo),根據(jù)GB 2707—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 鮮(凍)畜、禽產(chǎn)品》中肉的新鮮度與pH關(guān)系:一級鮮度pH 5.80~6.20;二級鮮度pH 6.30~6.60;變質(zhì)肉pH>6.70。如圖4所示,在冷藏過程中,2組冷卻驢肉的pH值均呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢,這可能是因?yàn)樵诶鋮s肉貯藏的初期,因?yàn)槿馄纷陨斫M織細(xì)胞還有呼吸作用,肌糖原發(fā)生無氧酵解,ATP磷酸化供能,產(chǎn)生了磷酸、乳酸等酸性物質(zhì),導(dǎo)致肉品的pH值降低[23]。之后由于微生物的作用,蛋白質(zhì)、氨基酸被分解,產(chǎn)生胺類及含氮的堿性物質(zhì),在這些堿性物質(zhì)的逐步積累下,肉的pH值開始逐漸上升,到后期微生物的含量多,使pH值增長速率有所加快,導(dǎo)致肉品pH值逐漸升高。第0天時(shí)冷卻驢肉初始pH值為5.88,對照組和實(shí)驗(yàn)組均在第6天達(dá)到最低值,分別為5.77和5.66;到第18天時(shí)實(shí)驗(yàn)組樣品的pH達(dá)到5.87,推測可能是由于殼聚糖是由冰乙酸溶液配制的,因此使得肉品的pH值較低。試驗(yàn)結(jié)果表明,經(jīng)復(fù)合生物保鮮劑處理18 d后的冷卻驢肉仍在一級鮮度范圍內(nèi)。
圖4 復(fù)合生物保鮮劑對冷卻驢肉pH值的影響Fig.4 Effect of compound biological preservative on pH value of chilled donkey meat
由圖5可知,冷卻驢肉在冷藏過程中,感官品質(zhì)均呈現(xiàn)下降的趨勢。當(dāng)冷藏時(shí)間達(dá)到第18天時(shí),未經(jīng)保鮮劑處理的冷卻驢肉感官評分為5分,此時(shí)冷卻驢肉的異味濃,肌肉在指壓后不能恢復(fù),外表黏手,汁液流失多,肌肉無光澤呈暗紅褐色。經(jīng)保鮮劑處理后的冷卻驢肉感官評分為7分,此時(shí)冷卻驢肉無異味,肌纖維紋路基本清晰。與未處理組冷卻驢肉相比,經(jīng)保鮮劑處理后的冷卻驢肉感官評分下降速度緩慢,這可能是由于復(fù)合生物保鮮劑中聚賴氨酸、乳酸鏈球菌素和殼聚糖等抑菌成分抑制了肉中腐敗微生物的生長繁殖,這與菌落總數(shù)的變化相一致,同時(shí),D-異抗壞血酸鈉保護(hù)了冷卻驢肉的顏色,對感官品質(zhì)有較好的影響。
圖5 復(fù)合生物保鮮劑對冷卻驢肉感官品質(zhì)的影響Fig.5 Effect of compound biological preservatives on sensory quality of chilled donkey meat
由圖6可知,未經(jīng)保鮮劑處理的冷卻驢肉和經(jīng)保鮮劑處理18 d后的冷卻驢肉肌肉組織基本無明顯差異,2組驢肉肌肉組織較為完整,肌纖維清晰整齊,結(jié)締組織無明顯分離。肌肉由肌纖維和結(jié)締組織膜聚集而成的肌束構(gòu)成,而肌纖維是一個(gè)多核細(xì)胞,由許多平行排列的肌原纖維組成[24]。2組肌肉組織的微觀結(jié)構(gòu)表明復(fù)合保鮮劑對驢肉的肌肉組織基本無改變,可以維持驢肉本身的肌肉組織特點(diǎn),肌肉組織完整。
a-第0天未處理的冷卻驢肉;b-第18天保鮮劑處理的冷卻驢肉圖6 復(fù)合保鮮劑對肌肉微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.6 Effect of compound preservative on muscle microstructure
試驗(yàn)結(jié)果表明,ε-聚賴氨酸、乳酸鏈球菌素、D-異抗壞血酸鈉和殼聚糖對冷卻驢肉中的優(yōu)勢菌(乳酸菌、腸桿菌、微球菌、酵母菌)均有很好的抑制效果。得到復(fù)合生物保鮮劑中聚賴氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%、乳酸鏈球菌素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.06%、殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%、D-異抗壞血酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%,經(jīng)復(fù)合生物保鮮劑處理后,冷卻驢肉在0~4 ℃下冷藏可達(dá)18 d及以上,有效地延長冷卻驢肉貨架期的同時(shí),菌落總數(shù)、TVB-N、pH值較小,新鮮度較高。經(jīng)掃描電鏡觀察冷卻驢肉微觀肌肉組織發(fā)現(xiàn),保鮮劑處理18 d后驢肉肌肉組織仍完整。同時(shí)該復(fù)合生物保鮮劑所用原料具有天然生物無害、對環(huán)境污染少、對冷卻驢肉風(fēng)味影響不大和操作易控制的優(yōu)勢。