黃明焜,師振強(qiáng),李志成*,夏效東,孫艷文
(西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 楊凌 712100)
冷卻肉在冷藏過(guò)程中完成后熟,后熟使肉質(zhì)變得柔軟而富有彈性,鮮味氨基酸得到釋放,使肉變得美味。冷卻肉的安全性、營(yíng)養(yǎng)性和質(zhì)構(gòu)特性均優(yōu)于熱鮮肉和冷凍肉,因此已經(jīng)成為生鮮肉發(fā)展的必然趨勢(shì)。冷卻肉在生產(chǎn)和流通過(guò)程中雖然一直處于低溫(0~4 ℃),但一些嗜冷微生物仍可以生長(zhǎng)繁殖,如假單胞菌屬(Pseudomonas)、熱死環(huán)絲菌(Brochothrix)、不動(dòng)桿菌屬(Acinetobacter)、腸桿菌屬(Enterobacteriaceae)等。低溫條件下嗜冷微生物的新陳代謝速度雖然受到抑制,但大量導(dǎo)致冷卻肉腐敗變質(zhì)的微生物仍可繁殖[1-2]。因此冷卻肉保鮮的關(guān)鍵在于抑制微生物生長(zhǎng)繁殖,可通過(guò)降低原料肉初始菌落總數(shù)以及控制貯藏溫度來(lái)延長(zhǎng)冷卻肉的貨架期[3]。
天然保鮮劑主要來(lái)源于動(dòng)植物原料,以及利用工程菌發(fā)酵得到的產(chǎn)物[4],其使用劑量低且保鮮效果好,同時(shí)具有安全、天然、高效、抑菌譜廣等特點(diǎn)[5]。乳源抗菌肽是通過(guò)酶工程技術(shù)制備的一類(lèi)活性肽,是一種新型天然綠色保鮮劑[6-7]??咕木哂蟹肿淤|(zhì)量小、耐熱性強(qiáng)、水溶性好、抗菌譜廣等優(yōu)點(diǎn)[8]。蘇晉文[9]、王盼[10]等使用木瓜蛋白酶和胃蛋白酶酶解山羊乳酪蛋白,得到的抗菌肽對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和沙門(mén)氏菌具有很強(qiáng)的抑制作用。乳酸鏈球菌素(Nisin)由34 個(gè)氨基酸殘基組成,對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌有很強(qiáng)的殺菌作用,但對(duì)革蘭氏陰性菌、酵母菌和霉菌的抑制效果差。殼聚糖是一種天然堿性多糖,具有良好的抑菌性、成膜性、安全性和吸附性[11],已被美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局(Food and Drug Administration,F(xiàn)DA)批準(zhǔn)為食品添加劑應(yīng)用于食品生產(chǎn)加工中[12-14]。茶多酚主要功能成分為兒茶素類(lèi)化合物,具有優(yōu)異的抗氧化和抗菌活性[15]。丁香花蕾精油(丁香精油)的主要活性成分丁香酚具有抗菌和殺蟲(chóng)作用[16]。于見(jiàn)亮等[17]對(duì)Nisin、茶多酚和殼聚糖進(jìn)行復(fù)配應(yīng)用于冷卻羊肉保鮮中,結(jié)果表明Nisin和殼聚糖之間存在極顯著的交互作用(P<0.01)。Li Tingting等[18]研究表明,茶多酚與Nisin、殼聚糖復(fù)合使用時(shí)能發(fā)揮協(xié)同作用,可以達(dá)到更強(qiáng)的抑菌效果。張慧蕓等[19]研究表明,丁香精油與殼聚糖制成的復(fù)合可食用膜可有效抑制冷卻肉菌落總數(shù)和高鐵肌紅蛋白含量的增加,同時(shí)還可以抑制冷卻肉貯藏過(guò)程中脂肪氧化,顯著延長(zhǎng)冷卻肉的貨架期。但是冷卻肉貨架期得到有效延長(zhǎng)的同時(shí)無(wú)法保持良好的色澤及組織狀態(tài),目前乳源抗菌肽結(jié)合多種天然保鮮劑應(yīng)用于冷卻肉保鮮及貨架期模型構(gòu)建的研究較少,而企業(yè)又亟需該技術(shù)的支持。
因此,本實(shí)驗(yàn)通過(guò)均勻試驗(yàn)研究乳源抗菌肽、Nisin、殼聚糖、茶多酚和丁香精油復(fù)配保鮮劑對(duì)冷卻牛肉的保鮮效果,分析各天然保鮮劑之間的交互作用。利用適宜的復(fù)合天然保鮮劑處理冷卻牛肉,-1~6 ℃條件下貯藏,以微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型結(jié)合Arrhenius方程建立冷卻牛肉的貨架期預(yù)測(cè)模型,為延長(zhǎng)和預(yù)測(cè)冷卻牛肉的保鮮期提供參考。
新鮮牛肉(成年秦川牛肉)分別在5、6、11、12月清晨購(gòu)于陜西省咸陽(yáng)市楊凌區(qū)新康樂(lè)市場(chǎng),其中5、6月購(gòu)買(mǎi)的牛肉樣品測(cè)定揮發(fā)性鹽基氮(total volatile basic nitrogen,TVB-N)含量、pH值和菌落總數(shù),11、12月購(gòu)買(mǎi)的牛肉樣品測(cè)定菌落總數(shù),由于夏季和冬季氣溫差異大,購(gòu)買(mǎi)的樣品初始菌落總數(shù)不相同;新鮮無(wú)抗西農(nóng)莎能山羊乳 西北農(nóng)林科技大學(xué)畜牧場(chǎng)。
Nisin、殼聚糖、茶多酚(均為食品級(jí)) 山東福瑞達(dá)生物科技有限公司;丁香精油 鄭州雪麥龍食品香料有限公司;胃蛋白酶(3 000 U/g) 美國(guó)Sigma公司;平板計(jì)數(shù)瓊脂 北京陸橋技術(shù)有限責(zé)任公司;其他試劑均為分析純。
PB-10酸度計(jì)、JA3003型電子分析天平 德國(guó)賽多利斯公司;HH-S4A型電熱恒溫水浴鍋 北京科偉永興儀器有限公司;SW-CJ-1F型超凈工作臺(tái) 蘇凈集團(tuán);L5紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì) 上海儀電分析儀器有限公司;TGL-16G高速臺(tái)式離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠(chǎng);BCD-450ZE9H型冰箱 合肥美菱股份有限公司;PYXDHS-40×50-BS-Ⅱ隔水式電熱恒溫培養(yǎng)箱 上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠(chǎng)。
1.3.1 乳源抗菌肽的制備
1.3.1.1 乳酪蛋白粗品的制備
新鮮無(wú)抗山羊乳在4 ℃、5 000 r/min條件下離心20 min脫脂,2 mol/L HCl溶液調(diào)節(jié)pH值至4.5±0.1,40 ℃水浴靜置30 min沉淀酪蛋白,將酪蛋白沉淀液以5 000 r/min離心10 min去除上清液,用0.05 mol/L醋酸鈉緩沖液洗滌酪蛋白沉淀2 次,每次洗滌后以4 000 r/min離心10 min,所得沉淀物即為酪蛋白粗品[20]。按凱氏定氮法(GB 5009.5—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》[21])測(cè)定其蛋白含量為17.36 g/100 g。
1.3.1.2 羊乳酪蛋白酶解物的制備
稱(chēng)取適量酪蛋白粗品,置于250 mL三角瓶中,加入少量0.1 mol/L NaOH溶液助溶,加水至100 mL(蛋白質(zhì)含量為80 g/kg),沸水浴加熱10 min殺菌,冷卻至室溫后置于37 ℃的恒溫水浴鍋中,待粗酪蛋白溶液中心溫度與水浴鍋溫度一致后,調(diào)節(jié)pH值至1.5±0.1,準(zhǔn)確加入3 000 U/g胃蛋白酶,酶解過(guò)程中用2 mol/L NaOH溶液維持pH值為1.5±0.1,酶解2 h,沸水浴加熱10 min滅酶,冷卻至室溫后5 000 r/min 離心15 min,所得上清液即為乳源抗菌肽[10]。參考魯偉等[22]的方法測(cè)定其活性肽質(zhì)量濃度為14.94 g/L。
1.3.2 復(fù)合保鮮劑的制備
具體按表1的添加量,將乳源抗菌肽(1.3.1.2節(jié)制備所得)、Nisin、茶多酚和丁香精油加入到無(wú)菌蒸餾水中,攪拌溶解后加入殼聚糖,逐滴加入食品級(jí)冰醋酸并不斷攪拌,當(dāng)pH值為4.4~5.0時(shí),殼聚糖完全溶解,此時(shí)得到均勻穩(wěn)定的復(fù)合保鮮劑溶液。
表1 均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平Table1 Factors and levels used for uniform design
1.3.3 肉樣的處理
在無(wú)菌條件下,將當(dāng)天購(gòu)買(mǎi)的新鮮牛肉去除脂肪、筋膜,分割成形狀規(guī)則的肉塊,每塊質(zhì)量約50 g,隨機(jī)分為16 組,每組3 塊。在對(duì)應(yīng)保鮮劑中浸泡3 min后瀝干,放入無(wú)菌均質(zhì)袋中,(4±1)℃條件下貯藏,并設(shè)置未添加保鮮劑的空白組。保鮮劑的添加按照均勻試驗(yàn)的擬水平法,通過(guò)U16(84)均勻試驗(yàn),每組均加入22.5 g/L殼聚糖,其他保鮮劑的添加量見(jiàn)表1。(4±1)℃冷藏24 d后,以TVB-N含量、pH值和菌落總數(shù)為指標(biāo),確定復(fù)合保鮮劑適宜配比。之后取新鮮牛肉處理后分為2 組,每組18 塊,在復(fù)合保鮮劑中浸泡3 min后瀝干,放入無(wú)菌均質(zhì)袋中,置于4 ℃條件下貯藏,每隔5 d檢測(cè)TVB-N含量、pH值和菌落總數(shù),驗(yàn)證復(fù)合保鮮劑的保鮮效果。GB 2707—2016《鮮(凍)畜、禽產(chǎn)品》[23]中新鮮肉的要求為T(mén)VB-N含量不超過(guò)15 mg/100 g,pH值不超過(guò)6.2,菌落總數(shù)不超過(guò)106CFU/g。
1.3.4 冷卻肉貨架期模型的構(gòu)建
將經(jīng)過(guò)復(fù)合保鮮劑處理的冷卻牛肉分別置于-1、2、4、6 ℃條件下貯藏54 d,每隔6 d檢測(cè)菌落總數(shù)。采用微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型描述一定條件下微生物數(shù)量變化與時(shí)間的關(guān)系,一級(jí)模型方程見(jiàn)式(1)。
式中:t表示貯藏時(shí)間/d;y0表示初始菌落總數(shù)對(duì)數(shù)值(lg(CFU/g));y表示t時(shí)的菌落總數(shù)對(duì)數(shù)值(lg(CFU/g));ky表示微生物生長(zhǎng)速率/d-1。
采用Arrhenius方程[24]描述溫度與微生物生長(zhǎng)速率ky之間的二級(jí)模型,具體表達(dá)見(jiàn)式(2)。
式中:k0為頻率因子/d-1;EA為活化能/(J/mol);T為熱力學(xué)溫度/K;R為摩爾氣體常數(shù)(約為8.314 J/(mol·K));ky是微生物生長(zhǎng)速率/d-1。
根據(jù)式(3)通過(guò)ln ky對(duì)1/T作圖,得到斜率為-EA/R的線(xiàn)性方程,同時(shí)得到常數(shù)k0和EA的值,則可通過(guò)式(4)得到冷卻牛肉貨架期(shelf life,SL)的預(yù)測(cè)模型。
1.3.5 冷卻肉貨架期模型的驗(yàn)證
取新鮮牛肉按照1.3.3節(jié)預(yù)處理后,切成45 塊,隨機(jī)分為3 組,每組15 塊。在復(fù)合保鮮劑中浸泡3 min后瀝干,放入無(wú)菌均質(zhì)袋中,分別在2、4 ℃和6 ℃條件下貯藏30 d后,每隔2 d檢測(cè)菌落總數(shù),當(dāng)菌落總數(shù)剛超過(guò)106CFU/g時(shí),此時(shí)為冷卻牛肉實(shí)際貨架期。
1.3.6 指標(biāo)測(cè)定
TVB-N含量參考GB 5009.228—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中揮發(fā)性鹽基氮的測(cè)定》[25]中半微量定氮法測(cè)定。
pH值參考GB 5009.237—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品pH值的測(cè)定》[26]進(jìn)行測(cè)定。
菌落總數(shù)參考GB 4789.2—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測(cè)定》[27]中瓊脂平板計(jì)數(shù)法測(cè)定。
感官評(píng)價(jià)參考GB/T 22210—2008《肉與肉制品感官評(píng)定規(guī)范》[28]進(jìn)行,分別對(duì)冷卻牛肉的色澤、氣味和組織狀態(tài)進(jìn)行評(píng)分。選擇5 名有感官評(píng)分培訓(xùn)經(jīng)驗(yàn)的人員,按照表2要求進(jìn)行評(píng)分,綜合得分取各項(xiàng)得分的平均值。3 分以下表明冷卻肉已不新鮮或變質(zhì)。
表2 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table2 Sensory evaluation criteria
均勻試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用DPS 7.55軟件中均勻設(shè)計(jì)回歸分析(極小值)進(jìn)行處理分析,采用t檢驗(yàn)進(jìn)行差異顯著性分析,P<0.05表示差異顯著,P<0.01表示差異極顯著。
復(fù)合保鮮劑的配比優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。設(shè)Nisin、乳源抗菌肽、茶多酚、丁香精油的添加量分別為X1、X2、X3、X4,TVB-N含量、pH值和菌落總數(shù)分別為Y1、Y2、Y3。對(duì)TVB-N含量、pH值、菌落總數(shù)進(jìn)行回歸分析,得到回歸方程、決定系數(shù)和顯著性檢驗(yàn)結(jié)果(表4)。根據(jù)表4可知,Y1、Y2回歸方程的R2>0.99,Y3回歸方程的R2>0.91,說(shuō)明回歸方程在本實(shí)驗(yàn)中有意義,回歸方程為分別為:
通過(guò)對(duì)回歸系數(shù)的檢驗(yàn)(表4)可知,影響冷卻牛肉TVB-N含量的主次順序是X4>X2>X3>X1,表明丁香精油對(duì)冷卻牛肉TVB-N含量影響最大,其次是乳源抗菌肽,再次是茶多酚,而Nisin的效應(yīng)最小;其中X2、X3、X4影響顯著(P<0.05),而X1影響不顯著(P>0.05)。交互作用分析可知,P(X1X2)、P(X1X3)、P(X2X3)和P(X2X4)均小于0.01,說(shuō)明Nisin與乳源抗菌肽、Nisin與茶多酚、乳源抗菌肽與茶多酚、乳源抗菌肽與丁香精油之間有極顯著的交互作用,P(X1X4)<0.05說(shuō)明Nisin與丁香精油之間有顯著的交互作用。典型分析可知:X1=1.00、X2=8.00、X3=1.00、X4=8.00時(shí),Y1有最小值,為5.85。將各保鮮劑編碼值換算為添加量,得到復(fù)合保鮮劑的最優(yōu)配比為:Nisin 0.15 g/L、乳源抗菌肽9.7 g/L、茶多酚1.5 g/L、丁香精油13.0 g/L。
表4 回歸系數(shù)及變量分析Table4 Regression coefficients and significance test
影響冷卻牛肉pH值的主次順序是X3>X2>X4>X1,表明茶多酚對(duì)冷卻牛肉pH值的影響最大,其次是乳源抗菌肽,再次是丁香精油,而Nisin的效應(yīng)最??;其中X3影響顯著(P<0.05),而X1、X2、X4影響不顯著(P>0.05)。P(X1X2)、P(X2X3)和P(X3X4)均小于0.05,說(shuō)明Nisin與乳源抗菌肽、乳源抗菌肽與茶多酚、茶多酚與丁香精油之間有顯著的交互作用。典型分析可知:X1=1.00、X2=8.00、X3=1.00、X4=8.00時(shí),回歸方程Y2有最小值,為5.15。將各保鮮劑編碼值換算為添加量,得到復(fù)合保鮮劑的最優(yōu)配比為:Nisin 0.15 g/L、乳源抗菌肽9.7 g/L、茶多酚1.5 g/L、丁香精油13.0 g/L。
影響冷卻牛肉菌落總數(shù)的主次順序?yàn)閄1>X2>X3>X4,表明Nisin對(duì)冷卻牛肉菌落總數(shù)影響最大,其次是乳源抗菌肽,再次是茶多酚,而丁香精油的效應(yīng)最小,其中X1、X2、X3和X4影響均不顯著(P>0.05),原因可能是殼聚糖的抑菌作用較強(qiáng)[10],而本實(shí)驗(yàn)中殼聚糖為固定因素。4 種保鮮劑之間交互作用均不顯著(P>0.05),可能是由于貯藏24 d冷卻牛肉較為新鮮,各試驗(yàn)組菌落總數(shù)均較低,未表現(xiàn)出不同配比復(fù)合保鮮劑對(duì)微生物抑制作用的差異,因而交互作用未表現(xiàn)出來(lái)。典型分析可知:X1=1.00、X2=8.00、X3=1.00、X4=8.00時(shí),Y3有最小值為3.27。復(fù)合保鮮劑的最優(yōu)配比為:Nisin 0.15 g/L、乳源抗菌肽9.7 g/L、茶多酚1.5 g/L、丁香精油13.0 g/L。
由TVB-N含量、pH值和菌落總數(shù)回歸分析可知,Nisin的單因子效應(yīng)最小且不顯著(P>0.05)。冷卻牛肉貯藏24 d時(shí)TVB-N含量、pH值和菌落總數(shù)均在國(guó)標(biāo)要求范圍內(nèi),此時(shí)冷卻牛肉屬于鮮肉,TVB-N含量決定系數(shù)R2最大(0.999 3),說(shuō)明TVB-N含量更能反映不同配比的復(fù)合保鮮劑對(duì)冷卻牛肉保鮮能力的差異性,且通過(guò)TVB-N含量、pH值和菌落總數(shù)得到的復(fù)合保鮮劑配比相同,為Nisin 0.15 g/L、乳源抗菌肽9.7 g/L、茶多酚1.5 g/L、丁香精油13.0 g/L、殼聚糖22.5 g/L。下面實(shí)驗(yàn)均以此復(fù)合保鮮劑配比處理的條件下進(jìn)行。
2.2.1 TVB-N含量
圖1 復(fù)合保鮮劑對(duì)冷卻牛肉TVB-N含量的影響Fig.1 Effect of composite preservative on TVB-N value of chilled beef
TVB-N含量是判斷肉類(lèi)新鮮度的重要指標(biāo),它是蛋白質(zhì)經(jīng)酶和細(xì)菌作用后,分解產(chǎn)生的氨及胺類(lèi)等堿性含氮揮發(fā)性物質(zhì)[29]。由圖1可以看出,新鮮牛肉TVB-N含量為6.53 mg/100 g,空白組TVB-N含量在第5天達(dá)到14.69 mg/100 g,接近GB 2707—2016[23]鮮肉標(biāo)準(zhǔn)的15 mg/100 g。復(fù)合保鮮劑處理組在貯藏的前25 d的TVB-N含量增長(zhǎng)緩慢,在貯藏25 d后,TVB-N含量快速增加,在第30天時(shí)達(dá)到12.74 mg/100 g,尚未超過(guò)GB 2707—2016鮮肉標(biāo)準(zhǔn),說(shuō)明復(fù)合保鮮劑能有效延緩TVB-N含量的增加,使貨架期相對(duì)空白組延長(zhǎng)25 d以上。
2.2.2 pH值
圖2 復(fù)合保鮮劑對(duì)冷卻牛肉pH值的影響Fig.2 Effect of composite preservative on pH of chilled beef
如圖2所示,冷卻牛肉初始pH值為5.83,空白組pH值在貯藏0~10 d快速升高,第10天時(shí)達(dá)到6.21,超出GB 2707—2016[23]鮮肉標(biāo)準(zhǔn)。復(fù)合保鮮劑處理組pH值先降低后升高,在第5天時(shí)達(dá)到最低值5.25,隨后緩慢增長(zhǎng),并維持在較低水平(5.3~5.5),與謝晶[30-31]、Pawar[32]等研究結(jié)果相同。pH值的變化是由于死后糖原酵解產(chǎn)生乳酸使pH值不斷下降,隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng),肌肉中的蛋白質(zhì)在內(nèi)源性酶及微生物的作用下分解,產(chǎn)生堿性氨、胺類(lèi)化合物或揮發(fā)性堿導(dǎo)致pH值上升[33-35]。說(shuō)明復(fù)合保鮮劑能明顯抑制冷卻牛肉pH值的升高,有效延長(zhǎng)冷卻牛肉的貨架期。
2.2.3 菌落總數(shù)
圖3 復(fù)合保鮮劑對(duì)冷卻牛肉菌落總數(shù)的影響Fig.3 Effect of composite preservative on total viable counts of chilled beef
微生物的生長(zhǎng)和繁殖是導(dǎo)致冷卻牛肉變質(zhì)的最主要因素,冷卻牛肉初始菌相中主要微生物是乳酸菌和假單胞菌,二者初始菌落總數(shù)相差不大,但假單胞菌生長(zhǎng)速率更高[36],假單胞菌和熱死環(huán)絲菌是冷卻牛肉的優(yōu)勢(shì)腐敗菌[37-38]。由圖3可以看出,初始菌落總數(shù)為4.56(lg(CFU/g)),可能是屠宰、加工和運(yùn)輸過(guò)程中未按衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)操作,導(dǎo)致冷卻牛肉表面沾染大量微生物。貯藏期間,空白組菌落總數(shù)不斷增加,在第5天時(shí)已超過(guò)106CFU/g,說(shuō)明初始菌落總數(shù)極大地影響了冷卻牛肉貨架期。復(fù)合保鮮劑具有強(qiáng)效殺菌能力,使冷卻牛肉菌落總數(shù)在0~5 d不斷降低,并對(duì)微生物具有較大抑制作用,延緩了微生物生長(zhǎng)遲滯期,使菌落總數(shù)在5~25 d緩慢增加,25~30 d進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期,微生物快速生長(zhǎng),在第30天時(shí)菌落總數(shù)為5.08(lg(CFU/g)),仍未超過(guò)GB 2707—2016限量,說(shuō)明復(fù)合保鮮劑能相對(duì)延長(zhǎng)冷卻牛肉貨架期25 d以上。
2.2.4 感官評(píng)分
圖4 復(fù)合保鮮劑對(duì)冷卻牛肉感官品質(zhì)的影響Fig.4 Effect of composite preservative on sensory evaluation of chilled beef
貯藏過(guò)程中,在微生物作用下冷卻牛肉表面生成黏液,肌肉中蛋白質(zhì)被分解使組織結(jié)構(gòu)變松軟,持水能力下降,分解產(chǎn)生氨及胺類(lèi)化合物產(chǎn)生異味,進(jìn)而腐敗變質(zhì),失去食用價(jià)值[39-40]。如圖4所示,空白組感官得分下降速率快,在5 d時(shí)色澤呈褐色,肌肉組織松軟,有異味,感官分值為2.67 分,低于鮮肉標(biāo)準(zhǔn)分值(3 分),10 d時(shí)即色澤暗褐,散發(fā)強(qiáng)烈氨臭味。復(fù)合保鮮劑處理組感官分值下降緩慢,30 d時(shí)感官分值為3.27 分,還能較好保持冷卻肉原有品質(zhì),感官分值明顯高于空白組,說(shuō)明復(fù)合保鮮劑能夠有效抑制微生物生長(zhǎng)繁殖,阻滯肌肉蛋白質(zhì)分解、脂肪氧化等過(guò)程,較好地保持冷卻牛肉感官品質(zhì),有效延長(zhǎng)冷卻牛肉貨架期。
2.3.1 冷卻牛肉貨架期預(yù)測(cè)模型構(gòu)建
圖5 不同貯藏溫度下冷卻牛肉的菌落總數(shù)變化Fig.5 Changes in total viable counts of chilled beef at different storage temperatures
如圖5所示,6 ℃貯藏48 d時(shí),冷卻菌落總數(shù)已超過(guò)106CFU/g,即認(rèn)為樣品已不屬于鮮肉。而-1、2 ℃貯藏54 d時(shí)菌落總數(shù)分別為3.88(lg(CFU/g))和4.55(lg(CFU/g)),表明樣品較為新鮮。
根據(jù)一級(jí)模型方程式(1)對(duì)各溫度條件下菌落總數(shù)隨貯藏時(shí)間變化的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,得到不同溫度下微生物生長(zhǎng)速率ky值以及決定系數(shù)R2,具體見(jiàn)表5。
表5 冷卻牛肉在不同貯藏溫度下菌落總數(shù)變化的動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)Table5 Kinetic model parameters for total viable counts in chilled beef at different storage temperatures
根據(jù)二級(jí)反應(yīng)模型式(3),以熱力學(xué)溫度的倒數(shù)(1/T)為橫坐標(biāo),微生物生長(zhǎng)速率的對(duì)數(shù)(ln ky)為縱坐標(biāo)作圖,對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行回歸分析,得到ln ky與1/T的線(xiàn)性關(guān)系如圖6。
圖6 變化速率常數(shù)對(duì)數(shù)與熱力學(xué)溫度倒數(shù)的關(guān)系Fig.6 Linear correlation between ln ky and 1/T
經(jīng)回歸分析得到回歸方程為:y=-6 567.2x+19.991,回歸系數(shù)R2=0.991 6,說(shuō)明此回歸方程在所選溫度范圍內(nèi)具有良好的線(xiàn)性關(guān)系。根據(jù)式(3)結(jié)合回歸方程的斜率值和截距值,計(jì)算得出k0=4.81×108d-1,-EA/R=-6 567.2 K,y0=1.6(lg(CFU/g))。將k0、-EA/R、y0值帶入式(4)得到冷卻牛肉貨架期預(yù)測(cè)模型(式(5))。
由于GB 2707—2016[23]規(guī)定鮮肉菌落總數(shù)不超過(guò)106CFU/g,即y=6,將其代入式(5)可得-1~6 ℃貯藏條件下冷卻牛肉貨架期預(yù)測(cè)模型,見(jiàn)式(6)。
2.3.2 冷卻牛肉貨架期預(yù)測(cè)模型驗(yàn)證
為評(píng)價(jià)所構(gòu)建的-1~6 ℃貯藏條件下冷卻牛肉貨架期預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確性,將經(jīng)過(guò)復(fù)合保鮮劑處理過(guò)的冷卻牛肉,在2、4 ℃和6 ℃條件下貯藏,測(cè)定冷卻牛肉實(shí)際貨架期,與通過(guò)貨架期模型所得預(yù)測(cè)值進(jìn)行比較,以相對(duì)誤差為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),驗(yàn)證貨架期模型的準(zhǔn)確性,結(jié)果見(jiàn)表6。
表6 冷卻牛肉在2、4 ℃和6 ℃貯藏條件下貨架期的預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值Table6 Predicted and observed shelf life of chilled beef stored at 2, 4 or 6 ℃
由表6可知,通過(guò)貨架期預(yù)測(cè)模型得到的2、4、6 ℃貯藏溫度下貨架期預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)得到的貨架期實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差分別為5.98%、2.66%、-2.37%,均小于6%,說(shuō)明此模型可以快速、準(zhǔn)確、有效地預(yù)測(cè)經(jīng)復(fù)合保鮮劑處理過(guò)的冷卻牛肉的貨架期。
冷卻肉的腐敗變質(zhì)是內(nèi)源性酶、微生物以及各種理化反應(yīng)共同作用的結(jié)果,其中微生物的生長(zhǎng)繁殖對(duì)冷卻肉理化和感官品質(zhì)影響最大,初始菌落總數(shù)和貯藏溫度直接影響冷卻肉貨架期[41]。天然保鮮劑綠色安全且抗菌性強(qiáng),但單獨(dú)使用時(shí)存在抑菌譜窄的問(wèn)題,不能有效抑制某些微生物的生長(zhǎng)繁殖,而多種天然保鮮劑復(fù)合使抑菌譜得到擴(kuò)大[42],并具備抗氧化的作用[43],對(duì)保持冷卻肉色澤具有重要作用[44],利用保鮮劑之間的協(xié)同作用,不僅降低了各保鮮劑使用劑量,而且增強(qiáng)了抑菌效果[45]。He Li等[46]研究發(fā)現(xiàn),采用Nisin(0.625 g/L)、茶多酚(0.313 g/L)和殼聚糖(3.752 g/L)復(fù)合保鮮劑處理冷卻羊肉能有效抑制其在4 ℃貯藏過(guò)程中腐敗微生物和病原菌的生長(zhǎng),使冷卻羊肉貨架期從6 d延長(zhǎng)至18 d。章薇等[47]研究了Nisin(0.25 g/L)、茶多酚(0.5 g/L)、香辛料提取物(20.0 g/L)和抗壞血酸(0.2 g/L)復(fù)合保鮮劑對(duì)冷卻雞肉保鮮效果的影響,研究表明,復(fù)合保鮮劑可使4 ℃條件下冷卻雞肉貨架期由7 d延長(zhǎng)至21 d。Qin Yuyue等[48]研究了殼聚糖(10.0 g/L)和不同濃度茶多酚復(fù)合,通過(guò)脫氣和干燥處理制成復(fù)合膜對(duì)4 ℃貯藏條件下豬肉糜的保鮮效果,研究表明,復(fù)合膜可有效減緩脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)和高鐵肌紅蛋白含量的增加,相比于對(duì)照組,該復(fù)合膜可使貨架期延長(zhǎng)6 d。研究表明冷卻肉初始菌落總數(shù)對(duì)產(chǎn)品貨架期影響顯著[3],本實(shí)驗(yàn)所用乳源抗菌肽復(fù)合保鮮劑處理冷卻牛肉后,可明顯降低冷卻牛肉初始菌落總數(shù),并在冷卻牛肉表面形成一層膜,阻止微生物的侵染。冷卻牛肉在冷藏過(guò)程中持水性的下降導(dǎo)致水分析出,水分從冷卻牛肉表面滲出過(guò)程中會(huì)附帶將肉表面的復(fù)合保鮮劑溶解,使得肉表面覆蓋的復(fù)合保鮮劑膜破裂損失,當(dāng)肉浸泡在含有復(fù)合保鮮劑的汁液中時(shí),由于濃度梯度的存在,可能加速肉中水分的析出,這一過(guò)程可能影響復(fù)合保鮮劑的保鮮效果。
食品貨架期預(yù)測(cè)模型主要有BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、威布爾危險(xiǎn)值分析、Q10模型以及基于微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的一、二、三級(jí)模型[49]。冷卻肉貨架期預(yù)測(cè)模型的獲得,一般通過(guò)測(cè)定自然污染或接種特定微生物的原料肉的菌數(shù)變化來(lái)建立模型[50],常使用的一級(jí)模型主要有對(duì)數(shù)模型、Logistic模型、Baranyi模型和Gompertz方程等,二級(jí)模型主要有平方根模型、Arrhenius方程和響應(yīng)面模型等[51]。冷卻肉的腐敗變質(zhì)主要由微生物生長(zhǎng)繁殖造成,貯藏溫度和菌落總數(shù)的變化與冷卻肉貨架期密切相關(guān);因此,通常使用菌落總數(shù)或特定腐敗菌為指標(biāo)建立貨架期預(yù)測(cè)模型。董慶利等[50]研究采用修正的Gompertz方程和平方根模型,對(duì)豬肉中接種的氣單胞菌的生長(zhǎng)進(jìn)行預(yù)測(cè),建立了0~20 ℃貯藏溫度下冷卻豬肉貨架期預(yù)測(cè)模型,相對(duì)誤差小,模型具有較好可靠性。宋晨等[52]研究采用一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和Arrhenius方程,以菌落總數(shù)為指標(biāo),建立了-25~25 ℃貯藏溫度下冷凍羊肉貨架期預(yù)測(cè)模型,該模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性高。馬妍等[53]通過(guò)一級(jí)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型和Arrhenius方程建立了0~8 ℃貯藏溫度下河豚魚(yú)貨架期預(yù)測(cè)模型,結(jié)果表明該模型對(duì)菌落總數(shù)和TVB-N含量變化具有較高擬合度,貨架期預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率高。本研究使用自然污染的冷卻牛肉來(lái)建立貨架期模型,原料肉初始菌落總數(shù)為2.63(lg(CFU/g)),經(jīng)過(guò)復(fù)合保鮮劑浸泡3 min后,菌落總數(shù)降為1.60(lg(CFU/g)),因而較低的初始菌落總數(shù)使冷卻牛肉貨架期得到極大延長(zhǎng),4 ℃貯藏條件下冷卻牛肉貨架期可達(dá)53 d。對(duì)貨架期預(yù)測(cè)模型的使用時(shí)需要注意使用條件,冷卻牛肉須經(jīng)過(guò)乳源抗菌肽復(fù)合保鮮劑處理,并在-1~6 ℃溫度范圍內(nèi)貯藏,如果超出此溫度范圍,該預(yù)測(cè)模型可能不具有較好的符合度。
在下一步的研究中,將考慮研究天然復(fù)合保鮮劑結(jié)合冰溫貯藏對(duì)冷卻肉持水性的影響,并通過(guò)氣調(diào)包裝控制貯藏過(guò)程中氣體環(huán)境,抑制微生物生長(zhǎng)繁殖,控制蛋白質(zhì)、脂肪氧化,利用低場(chǎng)核磁共振技術(shù)[54-55]研究復(fù)合保鮮劑處理對(duì)貯藏過(guò)程中冷卻牛肉水分分布、移動(dòng)性和肌肉結(jié)構(gòu)變化的影響,從而進(jìn)一步延長(zhǎng)冷卻肉貨架期并保持良好感官品質(zhì)。
冷卻牛肉復(fù)合保鮮劑配比為乳源抗菌肽9.7 g/L、茶多酚1.5 g/L、丁香精油13.0 g/L、殼聚糖22.5 g/L和Nisin 0.15 g/L,(4±1)℃條件下冷卻牛肉貨架期比空白組延長(zhǎng)25 d以上。Nisin與乳源抗菌肽、Nisin與茶多酚、Nisin與丁香精油、乳源抗菌肽與茶多酚、乳源抗菌肽與丁香精油之間對(duì)冷卻肉TVB-N含量有顯著的交互作用(P<0.05)。Nisin與乳源抗菌肽、乳源抗菌肽與茶多酚、茶多酚與丁香精油之間對(duì)冷卻保鮮肉pH值有顯著的交互作用(P<0.05)。單因素分析表明丁香精油對(duì)冷卻牛肉TVB-N含量影響最大,其次是乳源抗菌肽,再次是茶多酚,而Nisin的影響最小。
使用乳源抗菌肽復(fù)合保鮮劑處理冷卻牛肉,構(gòu)建了-1~6 ℃范圍內(nèi)冷卻牛肉的貨架期預(yù)測(cè)模型,為SL=2.75×10-9×exp(6 567.2/T),對(duì)該貨架期模型進(jìn)行預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),其相對(duì)誤差均在6%以?xún)?nèi),說(shuō)明在-1~6 ℃的范圍內(nèi)該模型能夠準(zhǔn)確、有效地預(yù)測(cè)冷卻牛肉貨架期。綜上所述,天然復(fù)合保鮮劑可有效維持冷卻牛肉感官品質(zhì),延長(zhǎng)其貨架期,通過(guò)貨架期模型可判斷冷卻牛肉腐敗程度,從而達(dá)到降低食品安全風(fēng)險(xiǎn)、減少經(jīng)濟(jì)損失、控制冷卻肉安全性的目的。