活性功能水在肉和肉制品保鮮中的應(yīng)用研究進展

趙電波，馬燕青，張殿鶴

（鄭州輕工業(yè)大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

肉類富含蛋白質(zhì)、脂肪、維生素等營養(yǎng)物質(zhì)，適合微生物的生長繁殖。因此，肉和肉制品在包裝、貯藏、運輸、銷售、加工等環(huán)節(jié)極易被微生物污染，造成腐敗變質(zhì)甚至可能引發(fā)食源性疾病，嚴重威脅消費者身體健康，同時也造成巨大經(jīng)濟損失。目前，主要采用冷藏、凍藏、添加化學(xué)防腐劑、輻照等方法進行肉品保鮮[1]。然而，上述保鮮方法均具有一定的局限性。例如，冷藏是目前應(yīng)用最為廣泛的肉品保鮮方法[2]，但只能在一定程度上抑制微生物的生長繁殖且能耗較高；添加化學(xué)防腐劑可較好地抑制微生物生長，但是過多使用會對人體健康造成危害。因此，尋找更加綠色、安全、有效的肉品保鮮方法已成為當(dāng)前研究的熱點。

近年來，活性功能水在食品保鮮領(lǐng)域的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注?；钚怨δ芩抢秒娊?、臭氧化、冷等離子體等技術(shù)對水進行處理得到的具有抑菌、保鮮等作用的新型殺菌溶液，主要包括電解水（electrolyzed water）、臭氧水（ozonated water）和等離子體活化水（plasmaactivated water）等[3]?；钚怨δ芩哂袣⒕Ч?、綠色、安全等優(yōu)點，在肉類保鮮上具有廣闊的應(yīng)用前景[4-5]。本文對上述3 種活性功能水的產(chǎn)生方法、殺菌機理及其在肉類保鮮領(lǐng)域的應(yīng)用研究進行綜述；同時總結(jié)現(xiàn)有研究存在的問題并討論未來的研究方向，以期為活性功能水在肉類保鮮中的實際應(yīng)用提供參考。

1 臭氧水

臭氧是一種帶有刺鼻性氣味的淡藍色氣體，由德國科學(xué)家Schorbein 于1840 年發(fā)現(xiàn)并命名[6]。臭氧是一種高效的消毒劑，有很強的氧化性，其氧化還原電位為2.07 V[7]，顯著高于次氯酸鈉（1.63 V）、二氧化氯（1.5 V）等。此外，臭氧分解后形成分子氧，不會造成任何殘留和二次污染。2001 年，美國食品藥品監(jiān)督管理局將臭氧列入可直接與食品接觸的添加劑中。臭氧溶解在水中，形成臭氧水，室溫條件下臭氧在水中的溶解度為1 372 mg/L。與臭氧氣體相比，臭氧水具有處理效果均勻、作用效果好、易于處理、殺菌快等優(yōu)點[8]，被廣泛應(yīng)用于畜禽類、果蔬、水產(chǎn)品與乳制品等的保鮮[5，9]。

1.1 制備方法與殺菌機理

臭氧溶于水后，會產(chǎn)生羥基自由基（·OH）、過氧化氫自由基（HO2·）、超氧陰離子自由基（·O2-）等活性物質(zhì)[13]。上述活性物質(zhì)可與臭氧分子一同殺滅微生物。臭氧及其分解產(chǎn)生的自由基可直接氧化微生物的細胞壁和細胞膜[14]，造成細胞內(nèi)容物泄露；此外，臭氧及其所產(chǎn)生的自由基可穿過細胞膜作用于蛋白質(zhì)、多糖等物質(zhì)，同時也能破壞微生物的DNA 和RNA，影響細胞的修復(fù)和轉(zhuǎn)錄，進而導(dǎo)致細胞死亡[15]。

1.2 在肉品保鮮領(lǐng)域的應(yīng)用

研究表明，臭氧水可有效殺滅肉品表面的鼠傷寒沙門氏菌（Salmonella typhimurium）、大腸桿菌（Escherichia coli）、單增李斯特菌（Listeria monocytogenes）等食源性致病菌并有效保持其營養(yǎng)、質(zhì)構(gòu)、色澤等指標(biāo)。例如，Rahman 等[16]研究發(fā)現(xiàn)，生鮮豬肉經(jīng)5 mg/L 臭氧水浸泡處理300 s 后，接種其表面的單增李斯特菌[初始菌落數(shù)為5 lg（CFU/g）]和大腸桿菌O157：H7[初始菌落數(shù)為5 lg（CFU/g）]分別降低了1.08 lg（CFU/g）和1.01 lg（CFU/g）。與上述研究類似，Kanaan Manal[17]采用0.5 mg/L 臭氧水浸泡生鮮雞肉和冷凍雞肉45 min，發(fā)現(xiàn)可將樣品中的金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）降低2～4 lg（CFU/mL）。臭氧水在肉和肉制品保鮮中的其他應(yīng)用見表1。

表1 臭氧水在肉和肉制品保鮮中的應(yīng)用Table 1 Application of ozonated water in meat and meat products preservation

雖然臭氧水在肉品殺菌中應(yīng)用廣泛，但其不穩(wěn)定，在水中的半衰期僅為20 min，制約了臭氧水在肉品保鮮領(lǐng)域的實際應(yīng)用。研究證實，將臭氧水與其他處理方法結(jié)合，可顯著增強其殺菌效果。Zhang 等[22]將臭氧水與檸檬酸鈉聯(lián)合用于牛肉保鮮，發(fā)現(xiàn)在4 ℃時，分別經(jīng)臭氧水[（9.00 ± 0.25）mg/L，浸泡5 s]和檸檬酸鈉溶液（1%，5 mL，噴淋）單獨處理后，牛肉菌落總數(shù)由初始的4.44 lg（CFU/g）分別降低至3.84 lg（CFU/g）和4.05 lg（CFU/g），在4 ℃條件下的貨架期分別為19 d 和17 d；而經(jīng)臭氧水浸泡5 s 和檸檬酸鈉溶液（1%，5 mL）噴淋處理后，牛肉菌落總數(shù)可降低至2.74 lg（CFU/g），在4 ℃的貨架期延長至21 d。此外，Degela 等[23]研究了臭氧水與酸性電解水聯(lián)合處理對山羊肉的保鮮效果。結(jié)果表明，經(jīng)濃度為0.68 mg/L 的臭氧水單獨浸泡處理12 min 后，山羊肉表面的E.coli O157：H7 可降低0.43 lg（CFU/mL）；而先經(jīng)濃度為0.68 mg/L 的臭氧水浸泡6 min，再經(jīng)酸性電解水（pH2.73，氧化還原電位為831.55 mV）處理6 min 后，山羊肉表面的E.coli O157：H7 降低0.86 lg（CFU/mL）。此外，黃玉婷[24]研究表明，將臭氧水與流化冰聯(lián)合，可有效抑制梅魚表面的微生物生長并且能夠較好地保持其營養(yǎng)和感官品質(zhì)。然而目前臭氧流化冰多應(yīng)用于海產(chǎn)品，未來可進一步評估其對冷凍肉的保鮮效果。

2 電解水

電解水也被稱為電解氧化水，于1980 年在日本首先研制成功[25]。電解水具有高效廣譜、安全無污染、綠色經(jīng)濟等優(yōu)勢[26]，被廣泛應(yīng)用于食品殺菌保鮮、食品機械清洗與消毒等領(lǐng)域。

2.1 制備方法與殺菌機理

電解水的制備一般是將電解質(zhì)溶液（稀酸或稀鹽溶液）在電解裝置（含有或不含隔膜）中進行電解制備而成。制備電解水常用的鹽主要有氯化鈉、碳酸鉀、抗壞血酸鈣、乳酸鈣等，其中氯化鈉應(yīng)用最為廣泛。在電解氯化鈉溶液時，所制得電解水的pH 值、氧化還原電位（oxidation reduction potential，ORP）、有效氯濃度（available chlorine concentration，ACC）等指標(biāo)發(fā)生變化[27]。根據(jù)pH 值的不同，電解氯化鈉溶液所制備的電解水可分為強酸性電解水（strongly acidic electrolyzed water，StAEW，pH2.2～2.7）、弱酸性電解水（weakly acidic electrolyzed water，WAEW，pH2.7～5.0）、微酸性電解水（slightly acidic electrolyzed water，SAEW，pH5.0～6.5）、中性電解水（neutral electrolyzed water，NEW，pH6.5～7.5）和堿性電解水（alkaline electrolyzed water，AlEW，pH11.0～13.8）[28]。

目前，電解水的滅菌機制尚未完全闡明，但普遍認為其滅菌效果與活性氯（HClO、Cl2、ClO-等）、活性氧（O3、H2O2等）、高ORP 以及低pH 值的協(xié)同作用有關(guān)[29]。在電解氯化鈉溶液制備電解水的過程中所產(chǎn)生的HClO、O3等活性物質(zhì)能夠破壞微生物的細胞壁和細胞膜結(jié)構(gòu)，在低pH 值的環(huán)境下增大細胞壁的通透性，破壞細胞膜的完整性，從而造成鉀離子、蛋白質(zhì)和DNA等胞內(nèi)物質(zhì)的泄露[30]。其次，進入細胞的活性物質(zhì)可以抑制維持細胞必要生命活動的酶的合成，在高ORP 的環(huán)境中阻礙細胞代謝，破壞胞內(nèi)核酸、蛋白質(zhì)及脂質(zhì)等物質(zhì)，造成細胞功能紊亂，進而導(dǎo)致細胞死亡。

2.2 在肉品保鮮領(lǐng)域的應(yīng)用

研究表明，電解水能夠殺滅各類肉和肉制品中的有害微生物，并能有效維持肉及肉制品的營養(yǎng)和感官品質(zhì)。Hawkins 等[31]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)中性電解水噴淋60 s 后，雞腿肉表面的沙門氏菌降低0.56 lg（CFU/g）。電解水在肉和肉制品保鮮中的其他應(yīng)用見表2。

表2 電解水在肉和肉制品保鮮中的應(yīng)用Table 2 Application of electrolyzed water in meat and meat products preservation

然而，電解水在實際應(yīng)用中存在著穩(wěn)定性較差、易造成食品器械腐蝕等問題。為了更好地推動電解水在食品保鮮領(lǐng)域的應(yīng)用，一方面應(yīng)系統(tǒng)優(yōu)化電解水的處理工藝和條件，從而更好地發(fā)揮其殺菌作用并保證產(chǎn)品的安全性、穩(wěn)定性；另一方面，可以將電解水與其他技術(shù)聯(lián)合使用。Cichoski 等[35]研究了超聲波和微酸性電解水聯(lián)合處理對生鮮雞肉表面嗜冷菌的殺滅效果。結(jié)果表明，單獨超聲波處理（130 kHz，10 min）或微酸性電解水浸泡處理（10 min）可將生鮮雞肉表面的嗜冷菌由初始的2.1 lg（CFU/g）分別降低至1.4 lg（CFU/g）和1.3 lg（CFU/g）；而超聲波與微酸性電解水協(xié)同處理可使雞肉表面嗜冷菌降低至1.1 lg（CFU/g）。類似地，Brychcy 等[36]發(fā)現(xiàn)，卡拉膠、明膠和酸性電解水復(fù)合涂膜對生鮮豬肉具有良好的抑菌保鮮作用。研究表明，與無電解氯化鈉溶液制成的卡拉膠、明膠涂膜保鮮豬肉相比[4 ℃冷藏7 d，菌落總數(shù)分別降低0.72、0.60 lg（CFU/g）]，使用電解氯化鈉溶液制備的卡拉膠、明膠（2.5%）涂膜（覆蓋于豬肉表面60 s 并于4 ℃冷藏7 d）具有更強的殺菌保鮮效果[菌落總數(shù)分別降低2.03 lg（CFU/g）和1.47 lg（CFU/g）]。在今后的研究中，應(yīng)系統(tǒng)評價電解水對肉及肉制品營養(yǎng)及感官品質(zhì)的影響規(guī)律。

3 等離子體活化水

等離子體活化水，又稱為等離子體酸、等離子體活化液體。在食品領(lǐng)域，與傳統(tǒng)熱加工技術(shù)相比，該技術(shù)具有殺菌效果強、處理時間短、操作簡單、安全等優(yōu)點[37]。作為一種新型的殺菌技術(shù)，PAW 已被廣泛應(yīng)用于食品保鮮、肉制品護色、食品器械表面消毒等領(lǐng)域。

在診斷符合情況方面,100例患者中,診斷符合78例,其概率為78.00%,缺鐵性貧血組、地中海貧血組數(shù)據(jù)對比性不佳,P>0.05,詳細情況如表二所示:

3.1 制備方法與殺菌機理

目前PAW 一般是通過在水中或水表面進行大氣壓冷等離子體放電處理產(chǎn)生。常用的放電方式主要包括介質(zhì)阻擋放電、表面介質(zhì)阻擋放電、滑動電弧放電、大氣壓等離子體射流等[38]。

PAW 的殺菌機制比較復(fù)雜。目前的研究普遍認為，PAW 通過其在放電過程中產(chǎn)生的多種活性物質(zhì)（如H2O2、NO2-、NO3-、O3等）在酸性條件下的協(xié)同作用殺滅微生物[39]。研究證實，微生物暴露于PAW 后，H2O2等活性物質(zhì)可附著于細胞表面并破壞細胞壁中的肽聚糖等物質(zhì)，進而導(dǎo)致細胞壁裂解[40]；H2O2等活性物質(zhì)也能夠作用于細胞膜的磷脂雙分子層，引起微生物細胞膜的氧化應(yīng)激，破壞微生物細胞形態(tài)，從而造成蛋白質(zhì)、核酸等細胞成分泄露。同時，上述活性物質(zhì)能夠穿過細胞膜進入細胞，通過損傷DNA、蛋白質(zhì)等途徑引起內(nèi)部損傷，進而殺滅微生物。此外，PAW 處理引發(fā)的溶液酸化、氧化還原電位和電導(dǎo)率升高也可能通過影響代謝活動而導(dǎo)致微生物失活[41]。

3.2 在肉品保鮮領(lǐng)域的應(yīng)用

3.2.1 在肉品殺菌保鮮中的應(yīng)用

PAW 是一種新型的非熱殺菌技術(shù)，其對細菌、真菌、病毒等多種微生物均具有良好的抗菌活性。相較于傳統(tǒng)的熱加工技術(shù)，PAW 作為一種溫和的處理方法，既能達到有效滅菌的目的，又能較好地保持產(chǎn)品的營養(yǎng)和感官品質(zhì)，具有廣闊的應(yīng)用前景。國內(nèi)外研究表明，PAW 在肉類保鮮方面具有較好的應(yīng)用潛力，等離子體活化水在肉和肉制品保鮮中的應(yīng)用見表3。

表3 等離子體活化水在肉和肉制品保鮮中的應(yīng)用Table 3 Application of PAW in meat and meat products preservation

續(xù)表3 等離子體活化水在肉和肉制品保鮮中的應(yīng)用Continue table 3 Application of PAW in meat and meat products preservation

3.2.2 在肉品護色中的應(yīng)用

研究證實，PAW 富含NO2-、NO3-等物質(zhì)，可用作肉和肉制品的護色劑。Yong 等[45]發(fā)現(xiàn)，與用亞硝酸鈉鹽水護色處理的火腿相比，使用PAW 護色處理的火腿具有更好的色澤且亞硝酸鹽殘留量相對較低。Jung 等[46]研究發(fā)現(xiàn)，PAW 對豬肉糜具有很好的護色作用且不會促進肉糜發(fā)生脂質(zhì)氧化。此外，一些研究還評價了PAW 處理對肉制品安全性的影響。Kim 等[47]采用PAW制備香腸，通過鼠傷寒沙門氏菌回復(fù)突變試驗和小鼠實驗，分別檢測了香腸提取物對鼠傷寒沙門氏菌的誘變性以及對小鼠的免疫毒性。結(jié)果表明，經(jīng)PAW 制備的香腸不存在致突變性和免疫毒性。以上研究表明，在不影響肉品質(zhì)量的前提下，PAW 可作為亞硝酸鹽的潛在替代品，用于肉品的護色。目前關(guān)于PAW 處理對肉及肉制品的感官品質(zhì)和營養(yǎng)價值的研究相對較少，未來可重點研究PAW 與肉品中成分的相互作用，全面評估其對肉品品質(zhì)的影響，推動PAW 在肉品護色領(lǐng)域的實際應(yīng)用。

3.2.3 在凍肉解凍中的應(yīng)用

冷凍貯藏是目前最為常用的肉類保鮮方法，而解凍過程對肉類的品質(zhì)有較大的影響。傳統(tǒng)的解凍方法主要包括空氣解凍法和水解凍法[48]?？諝饨鈨龇m然成本低，但是其解凍速度慢，且可能造成凍肉品質(zhì)下降；水解凍法雖然解凍速度快，但是容易造成微生物污染。因此，尋求更有效的解凍方法尤為重要。Liao 等[49]將PAW 作為解凍介質(zhì)應(yīng)用于冷凍牛肉的解凍，發(fā)現(xiàn)冷凍牛肉[菌落總數(shù)為4.78 lg（CFU/g）]經(jīng)空氣解凍后，其表面菌落總數(shù)增加至5.27 lg（CFU/g）；而經(jīng)PAW 處理后，其菌落總數(shù)降低至3.16 lg（CFU/g）。此外，PAW解凍處理未對牛肉的質(zhì)地、pH 值和色澤產(chǎn)生不良影響，并有效抑制了牛肉的脂質(zhì)氧化和蛋白質(zhì)氧化。應(yīng)可沁等[50]將PAW 應(yīng)用于冷凍牛肉的解凍，也得到了相似的結(jié)果。Qian 等[51]將PAW 聯(lián)合超聲波應(yīng)用于冷凍雞肉的解凍過程，結(jié)果表明，PAW 聯(lián)合超聲波處理使雞肉表面菌落總數(shù)降低了1.17 lg（CFU/g），同時顯著抑制了脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的氧化并維持了雞肉的色澤。綜上，PAW 有望成為一種新型的解凍介質(zhì)用于冷凍肉品的解凍。未來應(yīng)系統(tǒng)研究PAW 解凍對肉品加工性能的影響，優(yōu)化PAW 處理的工藝參數(shù)。此外，還應(yīng)將PAW與其他處理方法（如超高壓、微波、射頻等）聯(lián)合應(yīng)用于肉類解凍，在縮短解凍時間的同時有效保持肉品的品質(zhì)。

4 結(jié)語

近年來，隨著生活水平的不斷提高，消費者對于食品的品質(zhì)和安全提出了更高的要求?；钚怨δ芩粌H可以有效殺滅肉類表面的微生物，而且能較好地保持其營養(yǎng)價值和感官品質(zhì)，在肉類質(zhì)量和安全方面具有廣闊的應(yīng)用前景。在未來的工作中，一方面要加強各種活性功能水作用機制的研究，優(yōu)化活性功能水處理的工藝參數(shù)，為其在肉品工業(yè)的廣泛應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)；另一方面應(yīng)重點研究活性功能水與其他技術(shù)的協(xié)同處理效果，從而有效地提高肉類產(chǎn)品的安全性和品質(zhì)。