空間電場對冷鮮豬肉低溫保鮮效果的影響

張歡，鄭煒，李遠慧，謝超，朱婷婷

（1.浙江海洋大學食品與藥學學院，浙江舟山 316022；2.舟山市常青海洋食品有限公司，浙江舟山 316021）

中國是世界豬肉生產(chǎn)和消費大國，目前中國豬肉市場的消費方式主要有熱鮮肉、冷鮮肉和冷凍肉3種[1]。冷鮮肉是對宰殺后的畜胴體進行快速冷卻處理，在24 h 內(nèi)使胴體溫度降低到0～4 ℃，且在后續(xù)的加工、運輸及銷售過程中始終保持在0～4 ℃的生鮮肉。與熱鮮肉和冷凍肉相比，冷鮮肉具有營養(yǎng)豐富、肉質(zhì)細嫩和保水性強等優(yōu)勢，是更加理想的產(chǎn)品形式[2]。目前關(guān)于冷鮮豬肉的保鮮方法主要包括低溫貯藏保鮮法、氣調(diào)保鮮法及真空包裝法等。已有的保鮮方法雖然各有優(yōu)勢，但也存在一定的問題[3-4]。冷鮮豬肉容易被微生物污染，導(dǎo)致豬肉產(chǎn)品品質(zhì)降低和貯藏期縮短，致使冷鮮豬肉產(chǎn)量及銷量不能大幅上升[5]，因此，研發(fā)出高效、安全且低成本的冷鮮豬肉保鮮技術(shù)是亟待解決的問題。

空間電場保鮮技術(shù)是一種能耗低、操作簡單、環(huán)保安全的非熱加工技術(shù)，且處理時食品升溫幅度小，對食品本身質(zhì)量不會有太大影響，是一種使用范圍較高的物理保鮮法[6]。在肉類產(chǎn)品中，空間電場的作用機理是借助兩個電極之間的瞬時高壓電場作用于微生物，使微生物的細胞膜遭到損壞，從而達到殺菌目的[7]。

試驗通過運用電場發(fā)生裝置形成的具有特定參數(shù)（0、3、6、9 kV/m）的空間電場對冷鮮豬肉進行低溫貯藏（4 ℃），并對不同電場參數(shù)下冷鮮豬肉的pH 值、總揮發(fā)性鹽基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）值、汁液流失率、色差、肌肉微觀結(jié)構(gòu)及水分遷移相關(guān)指標的變化規(guī)律進行分析，對空間電場技術(shù)應(yīng)用于冷鮮豬肉保鮮效果的影響做一個初步的評定，以期為后續(xù)冷鮮豬肉保鮮技術(shù)的進一步研發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冷鮮豬肉（取肌肉組織較豐富的后腿肉部分）：市售，購買時預(yù)先斬切為500 g 左右的豬肉塊，豬肉色澤鮮明，肌肉緊致，表面無黏液。

氧化鎂、三氯乙酸、無水乙醇、乙酸異戊酯、甲醇、氫氧化鈉、磷酸二氫鉀、二甲苯（均為分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；1，1，3，3-四乙氧基丙烷（標準品）：深圳市博林達科技有限公司；鹽酸（標準液）：以達科技（泉州）有限公司；磷酸緩沖鹽溶液、電鏡固定液（2.5%）：武漢塞維爾生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

冰箱（BCD-210L3CX）：美菱集團股份有限公司；凱氏定氮儀（KDN-520）：青島路博公司；pH 計（PHS-3C）：上海浦春計量儀器有限公司；紫外可見光光度計（UV754N）：上海元析儀器有限公司；高速離心機（KH20A）：湖南凱達科學儀器有限公司；電場裝置、放電板：浙江馳力科技股份有限公司；水分測定儀（XUDHS-16）：深圳冠亞水分儀科技有限公司；食品品質(zhì)分析成像儀（MZsoMR23-060H-I）：蘇州紐邁分析儀器股份有限公司；分析天平（BSA224S）：德國賽多利斯公司；電熱鼓風干燥箱（DHG-9620A）：上海一恒科學儀器有限公司；掃描電子顯微鏡（SEMS000）：思耐達精密儀器（上海）有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品處理

用純水清洗樣品，瀝干后對樣品進行密封包裝后，再進行隨機分組，貯藏于4 ℃冷庫備用，采購樣本測定各項指標的初始值，記為貯藏期的第0 天，之后每隔3 d 測量各項指標。

1.3.2 樣品分組

將處理好的豬肉樣品分成4 個小組，具體分組情況見表1。

表1 樣品貯藏條件Table 1 Sample storage conditions

空間電場裝置由兩個部分組成，一部分是發(fā)生裝置，安裝于恒溫恒濕箱外部；另一部分是放電板裝置，安裝于恒溫恒濕箱內(nèi)部。具體試驗操作：將試驗組（D1、D2、D3）置于放電板下方，樣品到放電板的距離保持一致，具體裝置圖片如1所示。

1.3.3 pH 值的測定

pH 值的測定參照GB 5009.237—2016《食品安全國家標準食品pH 值的測定》中的方法。測量之前使用校準液校準pH 計，隨后在室溫下對濾液進行測量，重復(fù)3 次，取平均值。

圖1 空間電場裝置Fig.1 Space electric field device

1.3.4 總揮發(fā)性鹽基氮的測定

TVB-N 值的測定參照GB 5009.228—2016《食品安全國家標準食品中揮發(fā)性鹽基氮的測定》中的方法并稍作修改。采用5 滴溴甲酚綠溶液和1 滴甲基紅溶液作為混合指示劑，用0.100 mol/L 的HCl 標準溶液進行滴定，當溶液變?yōu)樽霞t色停止滴定。

1.3.5 汁液流失率的測定

處理好的豬肉樣品在貯藏前稱重記為M1（g），貯藏后用濾紙擦去凈肉表面的汁液，然后對其稱重計為M2（g），計算減少質(zhì)量占凈肉原質(zhì)量的百分率，即為汁液流失率（X，%），計算公式如下。

1.3.6 色澤的測定

色澤的測定參考余小領(lǐng)等[8]的方法，為確保色差儀的準確性，在使用之前先用白板和黑板進行校準后，再對豬肉樣品表面進行測定，主要記錄L*值（亮度）、a*值（紅度）、b*值（黃度）和△E值（總色差）的數(shù)值，重復(fù)3 次。

1.3.7 肌肉微觀結(jié)構(gòu)觀察

樣本用磷酸緩沖鹽溶液（phosphate buffered saline，PBS）漂洗再浸于電鏡固定液中，于室溫固定2 h。取出后加入戊二醛在暗處浸泡4 h，固定完成后用乙醇脫水，隨后干燥6 h[9-10]。

1.3.8 水分含量的測定

水分含量的測定參照GB 5009.3—2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》中的方法，將肉塊攪碎，取出碎片肌肉組織5 g，置于101～105 ℃干燥箱中干燥1 h，測定水分含量，重復(fù)干燥、冷卻和測定，直到測定時質(zhì)量誤差小于等于2 mg。

1.3.9 橫向弛豫時間（T2）反演譜圖分析

通過低場核磁共振（low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）技術(shù)測量橫向弛豫時間（T2），稱取豬肉5.0 g 置于核磁管（15 cm）中，再轉(zhuǎn)入磁體箱中。操作參數(shù)：磁體溫度35 ℃、主頻21 MHz；、90°脈沖6 μs、180°脈沖12 μs、采樣點數(shù)104×416、重復(fù)時間5 000 ms、累加次數(shù)4 次、回波時間0.2 ms、回波個數(shù)4 096[11]。

1.3.10 核磁成像（magnetic resonance imaging，MRI）分析

參考謝小雷等[12]的方法，稍作修改。通過對樣品進行MRI 成像分析，以圖像的方式顯示水分在豬肉樣品中的分布，成像參數(shù)：磁體溫度35 ℃、主頻21 MHz、90°脈沖6 μs、180°脈沖12 μs、采樣點數(shù)128×128、回波時間0.36 ms、重復(fù)時間5 000 ms、序列-SE 序列、累加次數(shù)1 次[13]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有樣品測定進行3 次平行試驗，并采用相關(guān)分析軟件進行數(shù)據(jù)處理，其中Excel 和Origin8.5 用于數(shù)據(jù)分析，SPSS 21 用于誤差分析，p＜0.05 表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 冷鮮豬肉貯藏過程中pH 值的變化

冷鮮豬肉貯藏過程中pH 值的變化見圖2。

圖2 冷鮮豬肉的pH 值在不同電場強度下的變化Fig.2 Changes of pH in chilled pork under different electric field intensities

由圖2 可知，4 組樣品的pH 值呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，且在pH 值上升過程中空間電場組pH 值始終低于對照組。在貯藏第6 天時，D對照組豬肉已經(jīng)成為非新鮮肉，pH 值達到6.51，高于D1～D3組。在貯藏第15 天時，各組豬肉pH 值分別為D對照：7.30、D1：6.91、D2：6.70、D3：6.51，貯藏時間D1～D3組pH 值均出現(xiàn)不同程度的增加，可能是因為隨著貯藏時間的延長，豬肉表面的微生物不停繁殖使蛋白質(zhì)分解產(chǎn)生堿性物質(zhì)。而D3組豬肉雖表面有少量汁液滲出，但品質(zhì)最佳。結(jié)合試驗結(jié)果并查閱相關(guān)文獻可以推測，空間電場的施加能改變細胞膜跨膜電位差，進而抑制微生物活性，使pH 值維持穩(wěn)定水平，并且電場強度越高，保鮮效果越好[14]。

2.2 冷鮮豬肉貯藏過程中TVB-N 值的變化

冷鮮豬肉貯藏過程中TVB-N 值的變化見圖3。

圖3 冷鮮豬肉的TVB-N 值在不同電場強度下的變化Fig.3 Changes of TVB-N in chilled pork under different electric field intensities

由圖3 可知，各組豬肉的TVB-N 值均隨貯藏時間的延長而增加，D對照組豬肉的TVB-N 值上升速率較大，且在第9 天時大于15 mg/100 g，超過國家衛(wèi)生標準，成為非新鮮肉，此時試驗組均未超出標準；在第12 天時，D1組豬肉TVB-N 值也達到15.11 mg/100 g，腐敗程度次于D對照組；在15 d 時，D對照組TVB-N 值已經(jīng)嚴重超標，達到20.31 mg/100 g，肉體嚴重腐敗，且伴有嚴重異味，D1～D3組TVB-N 值分別為17.61、15.02、14.82 mg/100 g，僅有D3組豬肉仍未超出國家標準，在整個貯藏期中D3組TVB-N 值始終低于其余各組。隨著微生物在貯藏期的不斷生長，豬肉中蛋白質(zhì)被不同程度的分解，所形成的氨類物質(zhì)不斷累積，TVB-N 值逐漸增大[15]。由以上結(jié)果得出，施加空間電場可減慢TVB-N值的增長速度，并且電場強度的大小與TVB-N 值成負相關(guān)，這個變化趨勢與pH 值變化結(jié)果一致。

2.3 冷鮮豬肉貯藏過程中汁液流失率的變化

冷鮮豬肉貯藏過程中汁液流失率的變化見圖4。

圖4 冷鮮豬肉的汁液流失率在不同電場強度下的變化Fig.4 Changes of drip loss rate in chilled pork under different electric field intensities

由圖4 可知，豬肉的汁液流失率隨時間的延長而增加，但空間電場處理過的D1～D3組的汁液流失率始終低于未經(jīng)電場處理的D對照組。貯藏第9 天，各組豬肉汁液流失率明顯上升，且D對照組汁液流失最嚴重，已經(jīng)達到5.18%，對比第12 天和第15 天的各組數(shù)值，在貯藏中后期D3組汁液流失速率較其余各組緩慢；第15 天時，各組汁液流失率分別為D對照：6.17%、D1：6.01%、D2：5.98%、D3：4.22%，D3組的豬肉汁液流失率最低，品質(zhì)最佳。有研究表明，空間電場在新鮮豬肉的貯藏過程中，通過電場力的作用影響了肌肉組織中水分子的排列，從而降低了其自由水流動性，這可能是添加電場作用能夠抑制貯藏期間產(chǎn)品汁液流失的原因之一[16]。

2.4 冷鮮豬肉貯藏過程中總色差的變化

肉樣的亮度用L*（亮度）值表示，反映豬肉的光澤度；肉樣的紅度用a*（紅度）值表示，反映豬肉的新鮮程度；黃度用b*（黃度）值表示，當肉色越暗黃度值越高[17]。表2 為貯藏期中各組豬肉的L*（亮度）值、a*（紅度）值、b*（黃度）值。冷鮮豬肉的總色差在不同電場強度下的變化見表2。

表2 冷鮮豬肉的總色差在不同電場強度下的變化Table 2 Changes of chromatic aberration in chilled pork under different electric field intensities

由表2 可知，貯藏期間各組豬肉樣品的L*（亮度）值均逐漸下降，說明豬肉在冷藏過程中表面亮度逐漸下降，這與豬肉表面組織發(fā)生氧化有關(guān)。a*（紅度）值的變化趨勢為先上升后下降，在貯藏前期a*（紅度）值增大，可能與樣品包裝有關(guān)系，包裝內(nèi)存在一定的氧氣，豬肉中的肌紅蛋白與這部分氧氣結(jié)合，使得豬肉表面顏色變紅；隨著包裝袋內(nèi)的氧氣被逐漸消耗，肉樣鮮度也逐漸下降，在貯藏中后期a*（紅度）值逐漸降低，肉色趨于暗色[18]。D對照組b*（黃度）值逐漸上升，D1～D3組b*（黃度）值波動幅度不大。在貯藏期中D1、D2組豬肉的L*（亮度）值和a*（紅度）值稍高于對照組，D3組顯著高于D對照組（p＜0.05）。第15 天時，D對照、D1、D2、D3組a*（紅度）值分別為7.68，9.35，9.35，10.03，說明空間電場能起到較好的護色效果。

用△E（總色差）值來反映肉樣與新鮮豬肉之間的色澤差異，其數(shù)值越大，表示各組豬肉色澤與鮮肉之間的差異越大，從變化趨勢上看，△E（總色差）值逐漸上升，各組豬肉均在貯藏期結(jié)束時與鮮肉色澤出現(xiàn)不同程度的差異，其中對照組色澤劣變最嚴重?？臻g電場對豬肉中脂肪的氧化有一定的抑制作用，維持較好的感官和色澤，在觀察中也發(fā)現(xiàn)D3組豬肉在貯藏期中的顏色保持度最佳，說明9 kV/m 電場強度將豬肉色澤維持在相對高的水平。

2.5 冷鮮豬肉貯藏過程中肌肉微觀結(jié)構(gòu)的變化

冷鮮豬肉貯藏過程中肌肉微觀結(jié)構(gòu)的變化見圖5。

圖5 不同電場強度下冷鮮豬肉電鏡圖Fig.5 SEM scanning images of chilled pork under different electric field intensities

由圖5a 可知，新鮮豬肉的肌肉細胞結(jié)構(gòu)完整。貯藏至15 d，各組豬肉肌肉組織差異明顯，D對照組豬肉肌纖維間空隙最大，并且產(chǎn)生較多黏連，細胞結(jié)構(gòu)有明顯損壞，D1組次之，D2組肌纖維間隙較小，但肌纖維排列不如D3組整齊，與新鮮豬肉相比，D3纖維保持的較為完整，雖有少量絮狀物，但肌肉間排列依然緊密[19]。由掃描電鏡結(jié)果可得出，豬肉在冷藏中隨時間的延長肌肉纖維會遭到破壞，而空間電場的作用是使豬肉在相同貯藏時間內(nèi)達到較好的保鮮效果，使豬肉保持更好的質(zhì)地，且一定程度地延長保鮮期，通過對比不同電場強度的保鮮效果發(fā)現(xiàn)，9 kV/m 的保鮮效果最好。

2.6 冷鮮豬肉貯藏過程中水分含量的變化

冷鮮豬肉貯藏過程中水分含量的變化見圖6。

圖6 冷鮮豬肉水分含量在不同電場強度下的變化Fig.6 Changes of water content in chilled pork under different electric field intensities

由圖6 可知，4 組豬肉樣品的水分含量隨著貯藏時間的延長逐漸下降。新鮮豬肉的水分含量達到75.76%。在第6 天時，測得各組水分含量分別為D對照：71.26%、D1：73.31%、D2：74.38%、D3：75.11%，在貯藏中期D對照組水分含量降低幅度最大。在第15天，各組樣品水分含量分別為D對照：66.34%、D1：68.27%、D2：69.53%、D3：71.33%，D3組水分含量仍在70%以上，豬肉保水性最好。各組樣品內(nèi)水分含量隨時間延長而下降，這可能是貯藏期間豬肉蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致肌肉保水性下降，水分含量隨之降低，且隨著電場強度的改變，各組豬肉的水分含量有明顯差異，說明通過電場力的作用影響了肌肉組織中水分子的排列，從而降低了其自由水流動性[20]。

2.7 橫向弛豫時間T2 反演譜圖分析

冷鮮豬肉貯藏過程中6、15 d 時，4 組豬肉T2橫向弛豫時間反演譜圖分別見圖7、圖8。

圖7 冷鮮豬肉T2 譜圖（第6 天）Fig.7 T2 spectrum of chilled pork（6th day）

圖8 冷鮮豬肉T2 譜圖（第15 天）Fig.8 T2 spectrum of chilled pork（15th day）

由圖7、圖8 可知，水分由結(jié)合水、不易流動水和自由水3 種形式組成，經(jīng)過歸一化處理后的峰面積D對照、D1、D2、D3組T22的峰面積分別為14 708.84、16 308.81、16 357.87、17 697.72，峰占比分別為78.14%、81.34%、86.12%、89.01%，表現(xiàn)為D對照＜D1＜D2＜D3。

T22、T23峰面積隨貯藏時間的延長而減小，說明3種形式的水出現(xiàn)遷移的現(xiàn)象，T21峰面積變化不大，因為結(jié)合水與蛋白質(zhì)分子結(jié)合較緊密[21-22]，不易受外界影響。T22面積反映不易流動水含量，其含量越低表示肌肉細胞外間隙越大，這與之前的電鏡分析結(jié)果一致，貯藏后期的D3組豬肉細胞間不易流動水保持較好，D對照組豬肉肌間間隙較大，細胞完整性差，故不易流動水流失嚴重，品質(zhì)降低。通過對比發(fā)現(xiàn)，試驗組豬肉細胞間不易流動水保持較好，證實了空間電場能增加豬肉的保水性，進而提高保鮮效果。

2.8 MRI 成像分析

冷鮮豬肉貯藏過程中4 組豬肉MRI 成像圖見圖9。

圖9 冷鮮豬肉在不同貯藏時間下的MRI 成像圖Fig.9 MRI image of chilled pork at different storage times

MRI 成像圖可明顯觀察出豬肉內(nèi)部水分分布。H質(zhì)子密度與水分含量有關(guān)，密度越大，水分含量越高，成像圖中就表現(xiàn)為紅色越明顯；成像圖中綠色和黃色越明顯，說明豬肉中水分含量越低。圖9 分別展示了0、6、15 d 各組豬肉MRI 的H 質(zhì)子分布情況。

由圖9 可知，在貯藏6 d 之后，各組紅色區(qū)域顏色逐漸減弱，豬肉內(nèi)部出現(xiàn)汁液流失并伴隨著水分遷移的現(xiàn)象。但D2和D3組紅色較D對照和D1明顯。貯藏至15 d 時，對照組MRI 圖像已經(jīng)完成變?yōu)辄S綠色，豬肉水分流失嚴重，D1組為試驗組MRI 紅色最少，D3組紅色區(qū)域面積最大且最深[23]。綜上說明空間電場的施加有利于保持豬肉的水分，且在施加的電場參數(shù)范圍內(nèi)，電場強度越高，豬肉在貯藏期間的水分流失越少，這與水分含量變化的規(guī)律一致[24]?？臻g電場保鮮技術(shù)對豬肉的保鮮效果優(yōu)于普通冰箱保存，此保鮮技術(shù)對提高豬肉的品質(zhì)有一定的效果。

3 結(jié)論

本研究通過在冷鮮豬肉低溫貯藏（4 ℃）過程中運用電場發(fā)生裝置形成具有特定參數(shù)（0、3、6、9 kV/m）的空間電場，探究不同電場強度下空間電場對冷鮮豬肉低溫保鮮效果的影響。試驗結(jié)果表明，冷鮮豬肉在低溫貯藏15 d 過程中，空間電場的施加有助于減緩冷鮮豬肉品質(zhì)劣變速度，不同電場強度的各組樣品品質(zhì)出現(xiàn)了一定程度的差異，其中較低電場強度的處理組樣品品質(zhì)劣化相對明顯，9 kV/m 保鮮效果是最好的，3 kV/m 和6 kV/m 次之?？紤]到成本和安全的問題，電場強度暫時提高到9 kV/m，結(jié)合本研究內(nèi)容，更高的電場強度對冷鮮豬肉的品質(zhì)有何影響需要更深入的研究，這對于改善冷鮮豬肉的保鮮技術(shù)具有指導(dǎo)意義。