基于脈沖光的冰鮮雞保鮮技術(shù)研究

丁紫璇,王靜文,胡海靜,韓敏義,,鄧紹林,徐幸蓮,王虎虎*

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院/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,江蘇 南京 210095;2.溫氏食品集團(tuán)股份有限公司,廣東 云浮 527400)

我國是雞肉生產(chǎn)和消費(fèi)大國,據(jù)統(tǒng)計(jì)2021年雞肉總產(chǎn)量和總消費(fèi)量分別達(dá)到1 470和1 503萬t,均居于世界第二位[1]。受禽流感和新冠疫情的影響,多地政府嚴(yán)格實(shí)施“集中屠宰、冰鮮上市”政策,冰鮮雞取代活雞已成為我國雞肉消費(fèi)的重要形式。冰鮮雞具有安全衛(wèi)生、營養(yǎng)豐富、肉嫩味美等優(yōu)點(diǎn),但其易受微生物污染,降低初始微生物數(shù)量、延長產(chǎn)品貨架期是產(chǎn)業(yè)當(dāng)前的迫切需求[2]。目前雞肉減菌保鮮方法有輻照[[3]和高壓[4]等物理技術(shù)和含氯減菌劑處理[5]等化學(xué)技術(shù),但這些技術(shù)都有自身的缺陷,如減菌劑易殘留,輻照對肉品的營養(yǎng)價(jià)值和感官品質(zhì)有一定負(fù)面影響[6]等。因此,研發(fā)一種高效、環(huán)保的殺菌技術(shù)是抑制冰鮮雞腐敗變質(zhì)和保障新鮮度的關(guān)鍵。

脈沖光技術(shù)是一種新型物理冷殺菌技術(shù),它將惰性氣體燈管和瞬時(shí)放電的脈沖工程技術(shù)相結(jié)合,利用高強(qiáng)度脈沖光能量滅活食品及其接觸表面的微生物[7],其殺菌原理主要是利用光化學(xué)、光熱和光物理效應(yīng),誘導(dǎo)微生物合成嘧啶二聚體,抑制DNA復(fù)制,從而破壞蛋白酶的空間結(jié)構(gòu),導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)損壞及內(nèi)容物泄露,致使微生物死亡[8]。脈沖光技術(shù)具有高效、無殘留等優(yōu)勢,可以最小程度改變或不改變?nèi)馄返母泄倨焚|(zhì)和營養(yǎng)特性[9],避免了冰鮮雞其他殺菌方式的缺陷。脈沖光對食源性致病菌如大腸桿菌[10]、沙門氏菌[11]、單核細(xì)胞增生李斯特菌[12]等都有顯著的致死效應(yīng),同時(shí)已被嘗試用于干腌肉[13]、發(fā)酵香腸[14]和鮭魚[15]等食品的殺菌保鮮,如Liu等[13]用脈沖光處理干腌肉,發(fā)現(xiàn)可延長貨架期至294 d。但脈沖光的殺菌作用僅限于表面,且該技術(shù)對冰鮮雞等生鮮肉品的應(yīng)用效果如何,尚不清楚。

脈沖光的殺菌效果主要與微生物所吸收的光譜能量相關(guān)[16-17],而微生物所吸收的脈沖總能量主要取決于施加于樣品的脈沖劑量和時(shí)間,其主要由放電電壓、樣品與燈源之間的距離來控制調(diào)節(jié)[18]。冰鮮雞肉中微生物的生長繁殖是引起腐敗變質(zhì)的主要因素,其中假單胞菌和腸桿菌是主要優(yōu)勢腐敗菌[19-20]。微生物指標(biāo)主要通過細(xì)菌總數(shù)、大腸菌群數(shù)和假單胞菌數(shù)來評估。因此,本研究以脈沖電壓、脈沖距離和脈沖時(shí)間作為變量因素,結(jié)合企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)銷售情況,以冰鮮雞微生物、顏色、脂肪氧化為響應(yīng)值,采用單因素與響應(yīng)面法相結(jié)合的方法優(yōu)化殺菌工藝,并進(jìn)行冰鮮貯藏試驗(yàn),以期為延長冰鮮雞貨架期提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

冰鮮雞由廣東某大型肉雞屠宰企業(yè)提供,品種為817肉雜雞,日齡40～45 d,取樣于屠宰分割線。

PetrifilmTM細(xì)菌總數(shù)測試片和大腸菌群測試片購于美國3M公司;CFC培養(yǎng)基購于青島高科園海博生物技術(shù)有限公司;丙二醛檢測試劑盒購于索萊寶科技有限公司;乙腈和丙酮均為色譜級,購于上海麥恪林生化科技有限公司;尸胺、腐胺標(biāo)品購于美國Sigma公司;丹磺酰氯購于上海源葉生物科技有限公司。

ZWS-SY_x0002_D5 脈沖強(qiáng)光殺菌儀器購于寧波中物光電殺菌技術(shù)有限公司;FOSS Kjeltec8400 凱氏定氮儀購于瑞典福斯公司;CR 400 色差儀購于日本柯尼卡美能達(dá)公司;S2-Food Kit 型pH計(jì)購于瑞士梅特勒托得多公司;MS304TS/02 電子天平購于梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;INFINITE 200 PRO 酶標(biāo)儀購于瑞士帝肯公司;Watwers 液相色譜系統(tǒng)購于美國沃特世公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 脈沖處理方法將冰鮮雞置于脈沖強(qiáng)光殺菌儀器中的樣品板上,按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行不同脈沖參數(shù)殺菌處理,通過儀器的電子觸摸屏調(diào)節(jié)脈沖電壓、脈沖距離(冰鮮雞與燈管之間的距離)、脈沖時(shí)間,控制脈沖間隔時(shí)間均為1 s,即脈沖頻率均為1 Hz,而閃燈次數(shù)不同以調(diào)節(jié)脈沖時(shí)間,并設(shè)置未脈沖處理對照組。每組5個(gè)重復(fù)。

表1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface design

1.2.2 單因素試驗(yàn)將冰鮮雞置于樣品板上,以脈沖電壓、脈沖距離、脈沖時(shí)間為條件優(yōu)化單因素變量。在固定脈沖時(shí)間為8 s、脈沖距離10 cm的條件下,分別選取脈沖電壓為5.5、6.5、7.5 V對冰鮮雞進(jìn)行脈沖處理;在固定脈沖電壓為6.5 V、脈沖時(shí)間8 s的條件下,分別設(shè)置脈沖距離為5、10、15 cm對冰鮮雞進(jìn)行脈沖處理;在固定脈沖電壓為6.5 V、脈沖距離10 cm的條件下,分別設(shè)置脈沖時(shí)間為4、8、12 s對冰鮮雞進(jìn)行脈沖處理。每個(gè)處理設(shè)置5個(gè)重復(fù)。測定處理前、后冰鮮雞的菌落總數(shù)、大腸菌群和假單胞菌的數(shù)量。

1.2.3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)以單因素試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),選取脈沖電壓(A)、脈沖距離(B)、脈沖時(shí)間(C)為試驗(yàn)因子,以菌落總數(shù)(Y1)、大腸菌群數(shù)(Y2)、假單胞菌數(shù)(Y3)、脂肪氧化值(Y4)、顏色(Y5)為響應(yīng)值,利用 Box-Behnken 的中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理,進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)曲面試驗(yàn)設(shè)計(jì)。因素與水平見表1。

1.2.4 脈沖光優(yōu)化參數(shù)處理對冰鮮雞貨架期的影響以優(yōu)化參數(shù)處理的冰鮮雞為處理組,同樣條件下未經(jīng)脈沖處理的為對照組,將冰鮮雞放置于4 ℃冷鮮庫中,定期取樣(0、2、4、5、6、7 d)測定菌落總數(shù)、大腸菌群數(shù)、揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)含量、生物胺含量、pH值等指標(biāo),當(dāng)冰鮮雞出現(xiàn)感官明顯腐敗(氣味和顏色)時(shí)停止試驗(yàn)。每組設(shè)置5個(gè)重復(fù)。

1.2.5 指標(biāo)測定微生物檢測:利用洗脫法[21]收集表面微生物,即將冰鮮雞稱重后放入無菌均質(zhì)袋中,加入與冰鮮雞質(zhì)量相同的無菌生理鹽水,充分振蕩10 min。利用細(xì)菌總數(shù)測試片和大腸菌群測試片進(jìn)行相關(guān)測定。采用Zhang等[21]的方法測定假單胞菌的數(shù)量。以微生物對數(shù)減少值表示殺菌效果,即殺菌前的微生物數(shù)量對數(shù)值減去殺菌后的微生物數(shù)量對數(shù)值。每組設(shè)置5個(gè)重復(fù)。

脂肪氧化值檢測:以丙二醛表示,根據(jù)丙二醛檢測試劑盒說明書進(jìn)行檢測。每組設(shè)置5個(gè)重復(fù)。

顏色檢測:色差儀用標(biāo)準(zhǔn)白板校正后測定冰鮮雞表面的L*值、a*值和b*值。E=(L*2+a*2+b*2)1/2。每組設(shè)置5個(gè)重復(fù),3個(gè)平行。

TVB-N和生物胺的檢測:采用凱氏定氮儀法[22]測定TVB-N含量。采用Zhang等[23]的方法測定生物胺的含量,采用高效液相色譜法測定尸胺和腐胺含量。每組設(shè)置5個(gè)重復(fù)。

pH值:采用張馨月等[24]的方法用便攜式pH計(jì)測定雞肉pH值。每組設(shè)置5個(gè)重復(fù),3個(gè)平行。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用SAS 9.1.3軟件進(jìn)行方差分析,用Duncan’s進(jìn)行差異顯著性(P<0.05)檢驗(yàn)。采用Origin 2018軟件作圖,采用Design-Expert 10軟件進(jìn)行響應(yīng)曲面分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 脈沖處理的單因素試驗(yàn)

由圖1可知:隨著脈沖電壓和脈沖時(shí)間的增加,微生物數(shù)量減少效果明顯增強(qiáng)且差異顯著;而隨著脈沖距離的增大,微生物數(shù)量減少效果明顯降低且差異顯著。當(dāng)脈沖電壓為5.5 V時(shí),冰鮮雞表面菌落總數(shù)、大腸菌群數(shù)、假單胞菌數(shù)分別減少0.42、0.38 和0.50 lg(CFU·g-1);而當(dāng)脈沖電壓上升到7.5 V時(shí),冰鮮雞表面菌落總數(shù)、大腸菌群數(shù)、假單胞菌數(shù)分別減少0.72、0.62和0.87 lg(CFU·g-1)?？梢娒}沖光殺菌效果隨電壓增加而增強(qiáng),結(jié)合脈沖光殺菌儀器的電壓參數(shù)范圍(0～8 V可設(shè)),選擇后續(xù)試驗(yàn)脈沖電壓為 7～8 V。當(dāng)脈沖距離為15 cm時(shí),冰鮮雞表面菌落總數(shù)、大腸菌群數(shù)、假單胞菌數(shù)分別減少0.41、0.45 和0.50 lg(CFU·g-1);而當(dāng)脈沖距離縮短到5 cm時(shí),冰鮮雞表面菌落總數(shù)、大腸菌群數(shù)、假單胞菌數(shù)分別減少0.61、0.55和0.89 lg(CFU·g-1)。說明隨著脈沖距離的縮短,脈沖光對冰鮮雞的殺菌效果越好。結(jié)合脈沖光殺菌儀器的距離參數(shù)范圍(0～20 cm),選擇后續(xù)試驗(yàn)脈沖距離為3～7 cm。當(dāng)脈沖時(shí)間為4 s時(shí),冰鮮雞表面菌落總數(shù)、大腸菌群數(shù)、假單胞菌數(shù)分別減少0.42、0.19和0.35 lg(CFU·g-1);而當(dāng)脈沖時(shí)間增加到 12 s 時(shí),冰鮮雞表面菌落總數(shù)、大腸菌群數(shù)、假單胞菌數(shù)分別減少0.54、0.60和0.80 lg(CFU·g-1),說明脈沖光殺菌效果隨時(shí)間的延長而增強(qiáng)。結(jié)合脈沖光殺菌儀器的參數(shù)范圍(間隔時(shí)間≥10可設(shè),10即為1 s,閃燈次數(shù)≤60可設(shè)),選擇后續(xù)試驗(yàn)脈沖時(shí)間為9～15 s。

圖1 脈沖參數(shù)對冰鮮雞殺菌效果的影響Fig.1 Effect of pulse parameters on the sterilization effect of chilled chicken以殺菌前、后微生物對數(shù)的減少值表示殺菌效果。不同小寫字母表示同一指標(biāo)不同處理水平之間差異顯著(P<0.05)。Microbial log reduction value is used to express the sterilization effect before and after sterilization. Different lowercase letters indicate significant differences at 0.05 level among different treatment levels for the same index.

2.2 響應(yīng)面回歸模型

表2 Box-Behnken試驗(yàn)結(jié)果Table 2 The result of the Box-Behnken experiment

表3 二次多項(xiàng)回歸方程Table 3 Quadratic polynomial regression equation

2.2.2 模型優(yōu)化與驗(yàn)證二次回歸方程的響應(yīng)面見圖2。根據(jù)二次多項(xiàng)回歸方程得出脈沖電壓8 V、脈沖距離3 cm、脈沖時(shí)間12 s 為最佳冷殺菌條件,在該條件下冰鮮雞的菌落總數(shù)、大腸菌群數(shù)和假單胞菌數(shù)分別為3.27、1.43、2.46 lg(CFU·g-1),顏色為8.47,脂肪氧化值為102.43 nmol·g-1。為檢驗(yàn)響應(yīng)面的可靠性,在最佳殺菌條件下進(jìn)行3次重復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn),結(jié)果見表4。菌落總數(shù)、大腸菌群數(shù)、假單胞菌數(shù)、脂肪氧化值和顏色的試驗(yàn)結(jié)果和預(yù)測結(jié)果的相對誤差分別為 0.91%、0.70%、0.81%、1.24%、0.12%,誤差較小,說明模型的準(zhǔn)確性較高。因此,響應(yīng)面法適用于脈沖光對冰鮮雞的殺菌條件和品質(zhì)的回歸分析和參數(shù)優(yōu)化。

圖2 脈沖距離和脈沖電壓對冰鮮雞菌落總數(shù)、大腸菌群數(shù)、假單胞菌數(shù)、脂肪氧化值和顏色的影響Fig.2 Effect of pulse distance and pulse voltage on total viable counts,total coliforms counts,Pseudomonas counts,fat oxidation value and color of chilled chicken

表4 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Validation test results

2.3 脈沖光對冰鮮雞貨架期品質(zhì)的影響

在響應(yīng)面優(yōu)化的最佳殺菌條件下,對照組和處理組冰鮮雞在貯藏期內(nèi)菌落總數(shù)、大腸菌群數(shù)、pH值以及TVB-N、尸胺、腐胺含量如圖3所示。貯藏期間冰鮮雞的菌落總數(shù)、大腸菌群數(shù)、TVB-N含量和生物胺含量均呈上升趨勢,pH值呈先下降后上升趨勢。貯藏期內(nèi)處理組冰鮮雞的菌落總數(shù)、pH值、TVB-N含量均顯著低于對照組。貯藏0～5 d,處理組的大腸菌群數(shù)顯著低于對照組。表明脈沖光處理對冰鮮雞的菌落總數(shù)、大腸菌群數(shù)、pH值和TVB-N含量均具有較好的抑制作用。在貯藏前期,2組冰鮮雞的尸胺含量無顯著差異,但貯藏6 d,處理組顯著低于對照組。貯藏0 d,2組檢測到的腐胺含量無顯著差異,但從貯藏2 d起,處理組顯著低于對照組。表明脈沖光處理對貯藏過程中生物胺含量的增加具有一定的抑制作用,且對腐胺的抑制作用強(qiáng)于尸胺?！鄂r、凍禽產(chǎn)品:GB 16869—2005》規(guī)定鮮禽產(chǎn)品的菌落總數(shù)≤6 lg(CFU·g-1),TVB-N含量≤15 mg·100 g-1。對照組貯藏2和4 d時(shí)菌落總數(shù)分別為4.91和6.17 lg(CFU·g-1),處理組貯藏6和7 d時(shí)菌落總數(shù)分別為5.97和6.38 lg(CFU·g-1),即對照組和處理組分別在貯藏4和7 d后超過菌落總數(shù)標(biāo)準(zhǔn)限量。此外,對照組和處理組的TVB-N含量分別在貯藏4 d(18.64 mg·100 g-1)和7 d(18.42 mg·100 g-1)時(shí)超過了15 mg·100 g-1。根據(jù)菌落總數(shù)和TVB-N含量的結(jié)果,對照組和處理組的貨架期分別為3和6 d。可見脈沖光處理延長了冰鮮雞的貨架期。

圖3 脈沖光處理對冰鮮雞貯藏期內(nèi)菌落總數(shù)、大腸菌群數(shù)、pH值以及TVB-N、尸胺和腐胺含量的影響Fig.3 Effects of pulsed light treatment on total viable counts,total coliforms counts,pH valueand contents of TVB-N,cadaverine and putrescine during storage of chilled chicken不同小寫字母表示同一處理組不同時(shí)間差異顯著(P<0.05);不同大寫字母表示同一時(shí)間不同處理組差異顯著(P<0.05)。Different lowercase letters indicate significant differences at 0.05 level in the same treatmeat group at different times. Different capital letters indicate significant differences at 0.05 level between different treatment groups at the same time.

3 討論與結(jié)論

本研究表明,脈沖電壓、脈沖距離和脈沖時(shí)間均顯著影響殺菌效果,這是由于脈沖光殺菌主要通過高頻、高強(qiáng)度的脈沖光能量產(chǎn)生殺菌作用,電壓的升高和時(shí)間的延長有利于產(chǎn)生更大的光譜輻射能量,距離的縮短又使冰鮮雞表面微生物得到更充分的照射,造成細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷及內(nèi)容物泄露,最終導(dǎo)致微生物的死亡[16]。此外,脈沖氙燈中起主要?dú)⒕饔玫淖贤獠ǘ文芰康妮敵霰壤S電壓的增大而升高[25]。因此,本研究中脈沖光對冰鮮雞的殺菌效果隨電壓的增加而增強(qiáng)。脈沖光處理通常會造成肉類食品顏色和脂肪氧化值的變化,且變化程度主要受脈沖劑量、肉品種類等影響[26];大于7.36 J·cm-2的脈沖光可改變豬皮的顏色,超過9.66 J·cm-2的脈沖光能使豬里脊a*值降低[27]。但本研究所用脈沖累積劑量(0.09～0.69 J·cm-2)在美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)法規(guī)規(guī)定范圍之內(nèi)(劑量不超過12 J·cm-2)[28],且均處于適宜范圍,所以未引起冰鮮雞顏色和脂肪氧化值的顯著變化,這或許是因?yàn)樗玫拿}沖時(shí)間較短(9～15 s),阻礙了脂質(zhì)與氧的有效偶聯(lián),進(jìn)而限制了氧化反應(yīng)[29]。本研究所用的技術(shù)參數(shù)適宜,既能起到殺菌作用,又能保障冰鮮雞的品質(zhì)優(yōu)良。

微生物是引起鮮肉腐敗變質(zhì)的主要因素[30]。本研究發(fā)現(xiàn)脈沖光可顯著降低冰鮮雞的初始菌落總數(shù)、大腸菌群數(shù)和假單胞菌數(shù),這與Keklik等[31]發(fā)現(xiàn)脈沖光可有效減少大腸桿菌K12負(fù)荷量的結(jié)果較為一致。然而,冰鮮雞表面微生物的種類和數(shù)量會隨貯藏時(shí)間的延長而增加,脈沖光處理對其表面微生物菌相多樣性的影響仍需進(jìn)一步深入研究。本研究中,不同貯藏期內(nèi)處理組冰鮮雞的菌落總數(shù)均顯著低于對照組,處理組的大腸菌群數(shù)在貯藏前期和中期也顯著低于對照組,這與McLeod等[32]研究發(fā)現(xiàn)脈沖光處理降低雞肉的初始菌落值,進(jìn)而延長貨架期的結(jié)果一致。TVB-N是動物性食品在腐敗過程中,其所含的蛋白質(zhì)受酶和細(xì)菌的作用,被分解產(chǎn)生氨以及胺類等堿性含氮物質(zhì),是反映肉品腐敗程度的主要指標(biāo),且其含量隨其腐敗程度的增加而上升[33]。本研究中,處理組的TVB-N含量顯著低于對照組,這是因?yàn)樵诿}沖光的光化學(xué)作用下,微生物細(xì)胞內(nèi)蛋白酶的化學(xué)和空間結(jié)構(gòu)遭到破壞,進(jìn)而喪失特定酶的活性;此外,在脈沖光其他殺菌機(jī)制下,微生物數(shù)量減少,使其分解蛋白質(zhì)的能力下降。本研究表明,處理組冰鮮雞的pH值均顯著低于對照組,這是由于脈沖光對酶和微生物的抑制作用所致。雞肉與牛肉等相比,具有較短的肌纖維,肉質(zhì)更為細(xì)嫩,更利于腐敗菌的生長和生物胺的形成,新鮮雞肉中尸胺、腐胺的含量較低,但尸胺、腐胺的含量會隨貯藏時(shí)間的延長而上升,因此也常把尸胺和腐胺含量作為雞肉的新鮮度評價(jià)指標(biāo)[34]。本研究表明,脈沖光對初始生物胺的抑制作用一般,可能與肉類腐敗相關(guān)的生物胺的形成過程復(fù)雜,受到肉的種類、質(zhì)地和貯藏環(huán)境條件等的影響相關(guān)[35-36]。研究表明,脈沖光處理可有效降低貯藏期間冰鮮雞中微生物的生長速率,從而抑制微生物的生長繁殖,減緩TVB-N和生物胺的產(chǎn)生。

綜上所述,本試驗(yàn)確定了冰鮮雞的最佳脈沖光殺菌條件,即脈沖電壓8 V、脈沖距離3 cm,脈沖時(shí)間 12 s;此時(shí),冰鮮雞初始菌落總數(shù)、大腸菌群數(shù)和假單胞菌數(shù)分別降低了0.91、0.86和1.05 lg(CFU·g-1),顏色為8.48,脂肪氧化值為102.13 nmol·g-1,在此條件下,冰鮮雞保質(zhì)期可從3 d延長到6 d。因此,脈沖光可作為一種具有應(yīng)用潛力的高效保鮮方法,在冰鮮雞產(chǎn)業(yè)中具有較大的應(yīng)用潛力。