王 鵬， 王文艷， 田 璐， 趙改名， 李苗云， 孫靈霞， 柳艷霞

(1.河南農(nóng)業(yè)大學食品科學技術學院， 河南 鄭州 450002；2.河南省肉制品加工與質量安全控制重點實驗室，河南 鄭州 450002)

冷卻豬肉以其營養(yǎng)豐富、鮮香、利于人體吸收等優(yōu)勢成已為生鮮豬肉一種新的消費形態(tài)[1].冷卻肉在0～4 ℃的低溫環(huán)境中貨架期較長[2].但目前中國冷鏈系統(tǒng)并不完善，當在貯藏、運輸?shù)冗^程中出現(xiàn)控制不當或溫度波動時，微生物會迅速增殖，加速鮮肉變質[3,4].氣調包裝(MAP)是延長冷卻肉貨架期的有效的方法，合理的氣調包裝不但可以延長貨架期還可以提高冷卻肉的感官品質[5].氣調包裝中常用的氣體成分主要是CO2，O2和N2，氧氣的體積分數(shù)超過60%才能保持肉的色澤，二氧化碳不低于25%才能有效地抑制細菌的繁殖[6].目前，生鮮肉中常用的氣體比例多是高氧的CO2和O2的混合，而當氣體比例中CO2為30%～50%，氧氣為50%～70%時，冷藏3 d后逐漸產(chǎn)生異味[7]，對冷卻肉的保鮮效果差異較大.

響應面分析法是通過有限次數(shù)試驗來獲取各個因素條件下的試驗結果[8]，進而采用多元二次回歸方程來擬合各因素與響應值之間的對應關系，通過對回歸方程的分析來尋求最佳試驗條件，解決多變量問題的一種統(tǒng)計方法[9～11].目前關于氣體比例優(yōu)化的研究較多，但是通過響應面來優(yōu)化氣調包裝冷卻肉氣體比例的研究還較少.反映冷卻豬肉在貯藏期間的品質指標很多，其中細菌總數(shù)能夠反映肉中微生物的增殖和新鮮程度，亮度值(L*)、紅度值(a*)直接反映肉色的變化，pH值和電導率可反映肉新鮮度的變化[12].因此，本試驗以CO2和O2為單因素，用響應面法設計優(yōu)化試驗，測定細菌總數(shù)，L*，a*，pH值，電導率，以上5個指標分別作為響應值，優(yōu)化氣體比例，為工業(yè)化氣調包裝氣體比例提供理論依據(jù)，為延長冷卻豬肉貨架期提供有效手段.

1 材料與方法

1.1材料

豬背最長肌，河南某肉品企業(yè)生產(chǎn)，隨機采取屠宰后24 h經(jīng)過預冷后分配到鄭州某超市配送中心的大排肌肉，用保鮮膜包裹，放置于裝有冰袋的保溫箱中，1 h內轉移至實驗室.

1.2主要儀器與設備

氣調保鮮包裝機(DT-6S)，大江機械設備有限公司；生化培養(yǎng)箱(SPX-ISOSH)，上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司；均質機(Easy Mix)，法國AES公司；無菌操作臺(SW-CJ-2F)，蘇州安泰空氣技術有限公司；電熱恒溫培養(yǎng)箱(DNP-9272)，上海精密實驗設備有限公司；色彩色差計(CR-400)，日本KONICAMINOLTA公司；電導率儀(DDSJ-308A)，上海雷磁儀器有限公司；離子計(SJ-216)，上海精科儀器有限公司；回旋式振蕩器(HY-5)，金壇市杰瑞爾電器有限公司.

1.3方法

1.3.1 取樣及試驗設計 分別取200 g肉樣裝入氣調包裝盒中(希悅爾包裝有限公司),TQBC-0755，用氣調保鮮包裝機包裝(上充氣2.0，下充氣1.0)，置于7 ℃貯藏，每2 d取樣分析.以CO2和O2的比例作為影響因素做單因素試驗.分為以下5組，氣體比例分別為：1)20%CO2+60%O2+20%N2; 2) 30%CO2+50%O2+20%N2; 3)40%CO2+40%O2+20%N2; 4)50%CO2+30%O2+20%N2; 5)60%CO2+20%O2+20%N2.

1.3.2 細菌總數(shù)的測定 在無菌操作臺里完成所有消毒過程后，稱取25 g肉樣，放入均質袋中，用均質機均質100 s.參考6×6點樣法[13]，取100 μL菌懸液按1∶10進行倍比稀釋，選取4個合適的稀釋度，取10 μL菌懸液點在倒有培養(yǎng)基的平板上進行微生物測定，每個稀釋度4個平行.每組樣品做5次平行.放置在37 ℃恒溫培養(yǎng)箱內培養(yǎng).培養(yǎng)24 h后計數(shù)并記錄數(shù)據(jù).

1.3.3 肉色的測定 用色彩色差計進行肉色測定并依次記錄亮度值(L*)，紅度值 (a*).

1.3.4 pH值的測定 稱取絞碎肉樣10 g，加入100 mL蒸餾水，用回旋式振蕩器振蕩30 min，過濾后將濾液轉移至100 mL的燒杯，用離子計測定濾液的pH值，記錄數(shù)據(jù).

1.3.5 電導率的測定 樣品處理方法同1.3.4，用電導率儀測定濾液電導率值，記錄數(shù)據(jù).

1.4數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel軟件和Design Expert 7.0響應面軟件處理.

2 結果與分析

2.1單因素試驗結果

2.1.1 細菌總數(shù)的變化 如圖1所示，對于不同的氣體比例氣調包裝下的冷卻豬肉而言，細菌總數(shù)生長速度各有不同，對腐敗的影響也有一定的差異.在初始條件基本一致的條件下，含有20%CO2的氣調包裝冷卻豬肉生長速度最快，第6天時細菌總數(shù)已經(jīng)超過106cfu·g-1，對應感官評定結果，到第8 d就有異味了，在貯藏12 d時細菌總數(shù)達到7.76 log (cfu·g-1)，說明貨架期為6 d.CO2體積分數(shù)在20%～40%時，細菌總數(shù)的生長逐漸緩慢，40% CO2時最慢，30% CO2貯藏12 d細菌總數(shù)達到7.76 log(cfu·g-1)，40% CO2到16 d時細菌總數(shù)為8.31 log (cfu·g-1).相對于40% CO2的效果，50%和60%CO2的生長速度緩慢，但遲滯期較短，沒有明顯的延長冷卻豬肉貨架期的作用，50%和60%CO2在14 d時分別為8.21 log(cfu·g-1)和7.99 log(cfu·g-1).

圖1 不同氣體比例冷卻豬肉細菌總數(shù)的變化

2.1.2 肉色的變化 如表1所示，對于不同的氣體比例而言，隨著貯藏時間的延長，生鮮豬肉的亮度在貯藏期間總體呈現(xiàn)上升的趨勢.從表中可以明顯的看到在整個貯藏期，40% CO2比其他組別的L*值低.而其他組別之間沒有明顯差別.20% CO2貯藏在10 d時突變?yōu)?7.09，30%與40% CO2貯藏在14 d時分別為58.76和58.29.50%與60% CO2貯藏在16 d時分別為59.30和59.01.

在貯藏初期，a*值都會上升，這是因為氣體比例中都含有氧氣，使肉色變紅(肌紅蛋白的變化)，但是隨著貯藏時間的延長都會下降，趨勢都是相似的.30% CO2和40% CO2在整個貯藏期間的a*值都比較高，20% CO2貯藏2 d時a*值最高7.51，在第8 d下降.30% CO2貯藏在6 d時a*值最高9.29，在第8 d下降40% CO2貯藏在10 d時a*值最高9.75，在第12 d下降，50% CO2貯藏在6 d時a*值最高7.60，在12 d下降.60% CO2貯藏在4 d時a*值最高9.23，在第8 d下降，說明30%～40% CO2對肉樣具有很好的護色作用.

表1 冷卻豬肉顏色的測定結果

2.1.3 pH值的變化 屠宰后的畜肉，由于本身肌肉組織細胞的呼吸活動，在貯藏初期，不同肉樣的pH值由于肌糖原的無糖酵解和ATP的分解，乳酸和磷酸的含量增加，使pH值略有下降，而后常規(guī)條件下基本上都隨著貯藏時間的延長逐漸升高，但在氣調包裝中由于CO2與汁液接觸，形成碳酸而降低了pH值.如圖2所示，但不同的氣體比例對pH值產(chǎn)生的影響也具有一定的差異.剛宰后的熱鮮肉pH值約為7.0，經(jīng)24 h降至5.6～6.0，并一直維持到肉腐敗分解之前.本次試驗中所選取的樣品是在包裝前已經(jīng)完成了成熟過程，試驗的肉樣初始pH值基本一致在5.4～5.8，在貯藏過程中肉類蛋白質被微生物的蛋白分解酶分解成胺類等堿性含氮物，使pH值升高，但是CO2的作用使得pH值降低.

如圖2所示，所有組別的pH值都沒有太大的波動，因為包裝中含有CO2，所以pH值一直都處于5～6，40% CO2時pH值最低，其他都稍微有所升高.說明在40%CO2時達到了很好的抑菌效果.

2.1.4 電導率的變化 如圖3所示，在5組氣調包裝冷卻豬肉肉浸出液的電導率值都是隨天數(shù)的增加而不斷增加.這說明隨著時間的延長，肌肉中的導電物質不斷增加，這是肌肉中帶電物質不斷分解的結果.20% CO2與30% CO2基本相似，20%CO2貯藏12 d時電導率為0.071S·m-1， 30%CO2和40% CO2貯藏14 d時電導率值分別為0.084 S·m-1和0.096 S·m-1.但是50% CO2與60% CO2的電導率值明顯比較大，50% CO2貯藏14 d時電導率值達到0.14 S·m-1，60% CO2貯藏12 d時電導率值達到0.144 S·m-1.說明隨著CO2比例的增加，汁液損失越多，溶出很多帶電物質，導致電導率增加.很多人用電導率作為豬肉新鮮度的指標，電導率值確實可以反映腐敗的進程.

圖2 不同氣體比例冷卻豬肉pH值的變化

綜合各個指標發(fā)現(xiàn)氣體比例為40%CO2+40%O2+20%N2時效果較好.

圖3 不同氣體比例冷卻豬肉電導率的變化

2.2響應曲面優(yōu)化氣體比例

根據(jù)中心復合設計試驗(Central Composite Design， CCD)原理[12]，采用統(tǒng)計分析軟件Design Expert 7.0進行中心復合設計試驗.設CO2(A),O2(B)2個因素為自變量，細菌總數(shù)(Y1)，L*(Y2)，a*(Y3)，pH值(Y4)，電導率(Y5)分別為響應值，以此來優(yōu)化氣調包裝冷卻豬肉的比例，并通過Design Expert軟件對試驗數(shù)據(jù)進行回歸分析，預測最佳比例[13].設計內容如表2,3所示.

表2 設計因素及其水平表

2.2.1 基于細菌總數(shù)優(yōu)化氣體比例 利用Design Expert 7.0軟件，將細菌總數(shù)(Y1)進行二次多元逐步回歸擬合，得出回歸方程(1).

Y1=5.61-0.25A+0.73B-0.085AB+0.32A2+1.04B2

(1)

表3 2因素5水平實驗設計氣體比例

對回歸模型進行方差分析(表4)，結果表明，回歸模型的P<0.05，模型的相關系數(shù)R2=0.887 7，R2越接近1，說明試驗模型與真實值之間的相關性越好.此模型可解釋81%的變異，擬合度良好，具有實踐指導意義.從A項、B項、A2項、B2項的數(shù)值和對比來看，二氧化碳和氧氣對細菌總數(shù)都有影響，但氧氣的影響明顯大于二氧化碳.正的平方項系數(shù)所對應的拋物線開口向上，可以取得最小值，可進行優(yōu)化分析.由此優(yōu)化的氣體比例為：CO239%+O237%+N224%.

2.2.2 基于L*值優(yōu)化氣體比例 將L*(Y2)的數(shù)據(jù)進行二次多元逐步回歸擬合，得到優(yōu)化氣體比例的最優(yōu)值的二次多項回歸方程(2).

Y2=52.03-1.17A+1.41B+0.77AB+1.32A2+1.97B2

(2)

表4 細菌總數(shù)的回歸方程的方差分析

對回歸模型進行方差分析(表5)，結果表明，回歸模型的P<0.05，模型的相關系數(shù)R2=0.915 1，模型預測值與真實值之間的相關性好.此模型可解釋85%的變異，擬合度良好.從A項，B項、A2項、B2項的對比來看，氧氣的影響大于二氧化碳的影響.正的平方項系數(shù)所對應的拋物線開口向上，可以取得最小值，可進行優(yōu)化分析.由此優(yōu)化的氣體比例為：CO233%+O239%+N228%.

圖4CO2和O2對應的細菌總數(shù)值的等高線圖和響應曲面圖

Fig.4ThecontourmapandresponsesurfaceplotofCO2andO2tothetotalbacteria

表5 L*值的回歸方程的方差分析

圖5 CO2和O2對應的L*值的等高線圖和響應曲面圖

2.2.3 基于a*值優(yōu)化氣體比例 將a*(Y3)的數(shù)據(jù)進行二次多元逐步回歸擬合，得到優(yōu)化氣體比例的最優(yōu)值的二次多項回歸方程(3).

Y3=9.26-0.16A+0.013B-0.55AB-1.15A2-1.27B2

(3)

對回歸模型進行方差分析(表6)，結果表明，回歸模型的P<0.05，模型的相關系數(shù)R2=0.908 1，預測值與真實值之間的相關性好.此模型可解釋84%的變異，擬合度良好.從A項、AB項、A2項、B2項的對比來看，氧氣的影響遠遠大于二氧化碳的影響，而冷卻豬肉的紅度值與氧含量相關，氧氣主要氧合肌紅蛋白，促使肉品保持鮮紅肉色.由圖3可以看出，負的平方項系數(shù)所對應的拋物線開口向下，可以取得最大值，則可進行優(yōu)化分析.由此得出的優(yōu)化氣體比例為：CO243%+O237%+N220%.

表6 a*值的回歸方程的方差分析

圖6 CO2和O2對應的a*值的等高線圖和響應曲面圖

2.2.4 基于pH值優(yōu)化氣體比例 將pH值(Y4)進行二次多元逐步回歸擬合，得到優(yōu)化氣體比例最優(yōu)值的二次多項回歸方程(4).

Y4=5.58+0.091A-0.042B-003AB-0.035A2+0.13B2

(4)

對回歸模型進行方差分析(表7)，結果表明，回歸模型的P<0.05，模型的相關系數(shù)R2=0.964 1，預測值與真實值之間的相關性好.此模型的校正R2為0.938 4，可解釋94%的變異，說明此模型擬合度很好.正的平方項系數(shù)比負的平方項系數(shù)的絕對值大，但響應曲面仍可取的最小值，可進行優(yōu)化分析.由此優(yōu)化的氣體比例為：CO237%+O241%+N222%.

表7 pH值的回歸方程的方差分析

圖7CO2和O2對應的pH值的等高線圖和響應曲面圖

Fig.7ThecontourmapandresponsesurfaceplotofCO2andO2topH

表8 電導率的回歸方程的方差分析

2.2.5 基于電導率值優(yōu)化氣體比例 將電導率(Y5)進行二次多元逐步回歸擬合，得到優(yōu)化氣體比例最優(yōu)值的二次多項回歸方程(5)(其中A為CO2，B為O2).

Y5=763.00-22.44A-2.49B+43.75AB+222.63A2+271.38B2

(5)

結果表明，回歸模型的P<0.000 1，模型的相關系數(shù)R2=0.993 0，此模型擬合度非常好.在方差分析中，正的平方項系數(shù)表明，方程的拋物線開口向上，具有極小值點，可進行優(yōu)化分析.由此優(yōu)化氣體比例為：CO232%+O240%+N228%.

肉類富含蛋白質、脂肪、礦物質和維生素等營養(yǎng)物質，是高度容易腐爛變質的產(chǎn)品，雖然低溫條件下一些微生物生長受到抑制，但是仍然存在大量不同種類的微生物.氣體比例對冷卻豬肉中微生物的生長影響非常大，很多學者是通過單一的氣體含量進行研究[14,15],本研究探討的是CO2與O2比例的保鮮效果，這樣更接近實際情況，更清楚地了解CO2與O2相互作用下冷卻豬肉的保鮮效果.CO2與 O2比例為1∶1時紅度值較高，說明護色效果很好，有學者報道O2超過35%時，顏色效果較好，超過45%時則效果不明顯，可能是由于肉表面氧化肌細胞色素的飽和所致[16].不同含量的CO2對pH值有一定的影響，而隨著CO2含量的升高，溶出物質增多，會導致電導率有所波動，有不少學者認為電導率可以作為新鮮度指標[17,18].綜合各個指標進行響應面分析，得出的結果更有利于實際生產(chǎn)和應用.

圖8 CO2和O2對應的電導率值的等高線圖和響應曲面圖

3 結論

本研究建立和優(yōu)化了細菌總數(shù)、L*，a*，pH值和電導率的逐步回歸模型，各個模型均具有顯著性，可為實際應用提供理論依據(jù).通過回歸方程優(yōu)化了氣體比例，CO2介于32%～43%，O2介于37%～41%，其余為相對應的N2，冷卻豬肉在貯藏期間可保持良好品質.

參考文獻：

[1]李苗云,孫靈霞,周光宏,等.冷卻豬肉不同貯藏溫度的貨架期預測模型[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2008,24 (4):235-239.

[2]LIU F, YANG R Q, LI Y F. Correlations between growth parameters of spoilage micro-organisms and shelf-ife of pork stored under air and modified atmosphere at -2, 4 and 10 ℃[J]. Food Microbiology, 2006, 23: 578-583.

[3]LEBERT I, ROBLES-OLVERA V, LEBERT A. Application of polynomial models to predict growth of mixed cultures ofPseudomonasspp.and Listeria in meat [J]. International Journal of Food Microbiology, 2000, 61: 27-39.

[4]GUILLIER L. Evaluation of the microbial growth for different transport conditions of warm raw pork carcasses [C]. Washington DC:ICPMF, 2009.

[5]趙春俠,孔保華,陳洪生.氣調包裝與復合保鮮劑協(xié)同對冷卻肉的保鮮研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學學報,2008,39(11):91-96.

[6]ANTONIEWSKI M N, BARRINGER S A. Meat shelf-life and extension using collagen/gelatin coatings: a review [J]. Food Science and Nutrition, 2010, 50(7): 644-653.

[7]蔣予箭,周小平.對冷卻豬肉進行氣調保鮮的貨架期研究[J].食品工業(yè),2004(4):37-39.

[8]CHOI S H, CHEIGH C L, CHUNG M S. Optimization of processing conditions for the sterilization of retorted short-rib patties using the response surface methodology [J]. Meat Science, 2013, 94(1): 95-104.

[9]REN W X, CHEN H B. Finite element model updating in structural dynamics by using the response surface method [J]. Engineering Structures, 2010, 32 (8): 2455-2465.

[10] TABARAKI R, HEIDARIZADI E, BENVIDI A. Optimization of ultrasonic-assisted extraction of pomegranate (PunicagranatumL.) peel antioxidants by response surface methodology [J]. Separation and Purification Technology, 2012, 98(19): 16-23.

[11] REZIC I. Prediction of the surface tension of surfactant mixtures for detergent formulation using designing expert software [J]. Monatshefte Fur Chemie, 2011, 142(12):1219-1225.

[12] 趙建生,柴會悅,黃現(xiàn)青,等.4種不同氣調包裝的冷卻豬肉在冷藏過程中的理化及感官變化[J]. 肉類研究,2010(3):45-48.

[13] CHEN C Y, NACE G W, IRWIN P L. A 6 × 6 drop plate method for simultaneous colony counting and MPN enumeration ofCampylobacterjejuni,Listeriamonocytogenes, andEscherichiacoli[J]. Journal of Microbiological Methods, 2003, 55: 475-479.

[14] DEVLIEGHERE F, BELLE VAN B, DEBEVERE J. Shelf life of modified atmosphere packed cooked meat products: a predictive model [J]. International Journal of Food Microbiology, 1999, 46: 57-70.

[15] MARTINEZ L, DJENANE D, CILLA I, et al. Effect of varying oxygen concentrations on the shelf-life of fresh pork sausages packaged in modified atmosphere [J]. Food Chemistry, 2006, 94: 219-225.

[16] 孫 達, 張 憨, 吳 俊, 等. 氧氣體積分數(shù)對氣調保鮮豬肉品質的影響[J]. 冷飲與速凍食品工業(yè), 2004, 10(2): 14-18.

[17] YAO L , LUO Y K , SUN Y Y, et al.Establishment of kinetic models based on electrical conductivity and freshness indictors for the forecasting of crucian carp (Carassiuscarassius) freshness [J].Journal of Food Engineering,2011, 107:147-151.

[18] SARANG S, SASTRY S K, KNIPE L. Electrical conductivity of fruits and meats during ohmic heating[J].Journal of Food Engineering ,2008, 87: 351-356l.