王志琦，趙 鐘，周 輝，徐寶才，王兆明

（1.合肥工業(yè)大學 食品與生物工程學院，合肥 230601；2.安徽省尚康食品有限公司，安徽六安 237143）

0 引言

肉制品營養(yǎng)豐富，在生產(chǎn)、加工、運輸和儲藏過程中極易被微生物污染，導致腐敗變質(zhì)，從而喪失食用價值。熱殺菌技術(shù)在有效殺滅食品中腐敗微生物和病原菌的同時，也對食品熱敏性營養(yǎng)成分和感官品質(zhì)造成很大的影響。脈沖光（Pulsed light，PL）殺菌是一種新型非熱加工技術(shù)，具有快速、高效、處理溫度低、無污染等優(yōu)點。1999年，PL已獲得美國藥品食品監(jiān)督管理局（FDA）批準在食品加工、生產(chǎn)處理等方面的應用［1］。PL技術(shù)具有高能量（35 MW）、瞬時殺菌（10-2～10-3ms）和廣光譜（200～1 100 nm）的特點［2］，與紫外系統(tǒng)相比，PL具有較大的輸入能量，可以在非常短的時間內(nèi)在食品表面產(chǎn)生大量的能量，但根據(jù)FDA法規(guī)，PL處理食品的能量密度不能超過12 J/cm2［3］。PL能夠有效殺滅食品在加工和儲存過程中所污染的有害微生物，從而達到食品延長儲存和保鮮的目的［4］。本文綜述了PL技術(shù)已探明的殺菌機理，以及PL對肉制品表面微生物的滅菌效果和理化性質(zhì)及感官品質(zhì)等的影響，為PL技術(shù)在肉制品的保鮮研究提供理論參考。

1 脈沖光作用機理研究

脈沖光是一種廣譜光，其中的近紅外光能輻射能量，可使細胞表面局部升溫至50～150 ℃，破壞細菌細胞壁，使細胞液蒸發(fā)，破壞細胞結(jié)構(gòu)，導致細菌死亡［5］。有研究結(jié)果表明脈沖形式提供能量主要表現(xiàn)在脈沖次數(shù)和脈沖持續(xù)時間，在達到相等總能量的情況下，脈沖提供的功率較連續(xù)光輻照功率更大，每次脈沖的持續(xù)時間更短，峰值功率更大，具有更高的滲透能力［6］。

脈沖紫外光（PL-UV）的光化學效應和光熱效應在殺菌機理中起著關(guān)鍵作用［7］。微生物細胞中的核酸吸收大量紫外光，在PL-UV輻射條件下形成丙二嗪和甲基二嗪的同分異構(gòu)體。微生物代謝功能障礙遺傳和死亡。在光熱效應快速、高能、強脈沖光輻射的條件下，細胞內(nèi)的水可以瞬間蒸發(fā)，導致細胞壁破裂，微生物在幾秒鐘內(nèi)死亡，且PL照射通過改變細菌DNA結(jié)構(gòu)防止細菌細胞復制和分裂［8］。

2 脈沖光對肉制品的殺菌作用研究

2.1 影響脈沖光殺菌的因素

脈沖總能量是PL殺菌效果最重要的決定因素。脈沖閃光燈發(fā)出的能量與到達樣品表面的能量不同，受到脈沖次數(shù)、單次脈沖能量、脈沖頻率、閃照距離、傳播介質(zhì)的影響［9］。由于PL的光線穿透力有限，樣品厚度以及處理對象成分都會影響PL的殺菌效果。

PL試驗的結(jié)果會受到微生物的菌株年齡的影響［10］。FARRELL 等［11］通過研究發(fā)現(xiàn)，生長14 h的白色念珠菌對PL的敏感性高于培養(yǎng)24 h的白色念珠菌，相同的趨勢也發(fā)生在生長16 h和 24 h的大腸桿菌（E.coli O157：H7）培養(yǎng)物。CUDEMOS等［12］同樣發(fā)現(xiàn)熒光蠟狀芽孢桿菌和釀酒酵母在靜止狀態(tài)時比在潛伏期或指數(shù)生長期對PL的抗性更強。微生物的吸光性也是影響PL殺菌效果的一項重要因素。主要因為PL處理過程中，一些液體中的光吸收溶質(zhì)（如蛋白質(zhì)等）作用，導致撞擊細胞的光子數(shù)量顯著減少，從而降低了 PL 殺傷微生物的效果［13］。ARTíGUEZ 等［14］研究了 β-乳球蛋白和 β-酪蛋白對PL滅活無害李斯特菌的影響。在低蛋白濃度下（ β-乳球蛋白和 β-酪蛋白最高10 mg/mL），施加的最低通量PL（0.2 J/cm2）可導致細胞計數(shù)減少超過7 log。但是，當該菌懸浮在較高蛋白質(zhì)濃度的溶液中時，需要更高的PL通量才能致使無害李斯特菌產(chǎn)生類似的減少。

2.2 脈沖光對肉制品的殺菌效果

GANAN等［15］在2種即食干腌肉制品（salchichon and loin）的表面，測試了PL對降低李斯特菌和鼠傷寒沙門氏菌的效果。當施加11.9 J/cm2的照射通量時，2種微生物的最大對數(shù)減少量在1.5到1.8 lg（cfu/cm2）之間，且在貯藏30 d（室溫）內(nèi)未出現(xiàn)色澤和感官上的變化。LIU等［16］采用PL-UV照射方法，對肉制品進行如下脈沖光參數(shù)的處理：脈沖能量為8 J，進行300次PL照射，有效照射距離為10 cm；紫外線照射功率6 W，有效照射距離為11 cm，照射時間為5 min。PL-UV照射后，干腌肉中細菌總數(shù)由6.89下降到4.53 lg（CFU/g），微球菌和葡萄球菌數(shù)量從6.49下降到4.10 lg（CFU/g），霉菌和酵母菌數(shù)量從5.45下降到4.28 lg（CFU/g），乳酸菌由3.97增加到4.55 lg（CFU/g），并且未檢出大腸桿菌。RAJKOVIC等［17］發(fā)現(xiàn)PL對肉制品中李斯特菌和大腸桿菌有殺滅作用，但隨著脈沖間隔時間的延長，滅菌效果變差。在對干發(fā)酵香腸表面的李斯特菌、大腸桿菌、鼠傷寒沙門菌和金黃色葡萄球菌采用3 J/cm2的PL-UV研究中，發(fā)現(xiàn)抑制作用分別為2.24，2.29，2.25，2.12 lg（CFU/g）。HIERRO 等［18］在真空包裝熟火腿和博洛尼亞香腸的切片表面接種李斯特菌，用 0.7，2.1，4.2，8.4 J/cm2PL 處理，經(jīng)過8.4 J/cm2PL的處理，使煮熟火腿中的李斯特菌減少了1.78 lg（cfu/cm2），博洛尼亞香腸切片中的單核增生李斯特菌減少了1.11 lg（cfu/cm2）。在作者的另一項研究中［19］，通過對牛肉和金槍魚切片表面接種約3 lg（cfu/cm2）的李斯特菌、大腸桿菌、鼠傷寒沙門氏菌和副溶血性弧菌，用相同強度的PL對接種后的樣品進行處理，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過8.4，11.9 J/cm2PL的處理使選定的病原體滅活了約 1 lg（cfu/cm2），而經(jīng)過 2.1，4.2 J/cm2PL 處理的樣品中病原體的失活率低于1 lg（cfu/cm2）。KRAMER等［20］研究了PL對包裝好的法蘭克福香腸（2種不同的腸衣）、水煮火腿片和雞肉冷切片的滅菌效果，結(jié)果表明，PL處理可以使火腿切片和雞肉冷切塊表面的彎曲乳桿菌減少約1個log單位，而法蘭克福香腸切片表面減少約3～4個log單位，在貯藏過程中李斯特菌保持在減少量的水平。HAUGHTON等［21］研究了高強度光脈沖（HILP）技術(shù)（3 Hz，最大505 J/脈沖，脈沖持續(xù)時間360 μs）對雞肉及其包裝材料和表面材料的滅菌效果。經(jīng)30 s HILP處理后，液體中的空腸桿菌、大腸桿菌和腸炎沙門氏菌完全滅活。將空腸桿菌、大腸桿菌和腸炎沙門氏菌接種到包裝材料和接觸表面上5 s后，觀察到分別降低了3.56，4.69，4.60 lg（cfu/cm2）。HILP對空腸桿菌、大腸桿菌和腸炎沙門氏菌的抑制作用最大，分別為1.22，1.69，1.27 lg（cfu/g）。NICORESCU 等［22］以生烤豬肉（RPR）、烤豬肉（RP）和三文魚（RS）為研究對象，研究了PL對需氧菌群和熒光假單胞菌的影響。發(fā)現(xiàn)在RP樣品中，微生物滅活的最大值達到3.4 lg（CFU/g）。結(jié)果證明PL技術(shù)對需氧菌群和熒光假單胞菌都有滅活的潛力，但是為了達到滿意的滅菌水平和產(chǎn)品質(zhì)量，必須采用中等的PL強度。

OZER等［23］研究了PL-UV對大腸桿菌和李斯特菌對鮭魚魚片滅菌的效果。在輸入電壓為3 800 V時，滅菌系統(tǒng)在燈表面產(chǎn)生5.6 J/cm2的PL，將魚皮或魚肉側(cè)接種的鮭魚魚片（8 cm×1.5 cm）置于培養(yǎng)皿中。對于大腸桿菌經(jīng)過60 s PL照射后，魚肉側(cè)的菌落最大減少量為1.09 lg（CFU/g），而經(jīng)過30 s PL照射，魚皮側(cè)的菌落最大減少量為0.86 lg（CFU/g）。對于李斯特菌，魚皮側(cè)60 s PL照射且在8 cm處的最大減少量為1.02 lg（CFU/g），而魚肉側(cè)60 s PL照射在8 cm處的最大減少量為0.74 lg （CFU/g）。CHEIGH 等［24］研究了 IPL（強脈沖光）對接種于固體培養(yǎng)基表面上的李斯特菌和對比目魚、鮭魚、蝦片等海鮮產(chǎn)品的滅活作用。在固體培養(yǎng)基上，UV-C照射1 000 s使李斯特菌減少約4個log單位，而IPL以1.75 mJ/cm2的能量密度處理180 s（900次脈沖）使其降低了約6個log單位，處理過程中的溫升（< 2.0 ℃）可以忽略不計。在海鮮產(chǎn)品上，同樣使用1.75 J/cm2的IPL處理，分別使接種在蝦、鮭魚和比目魚魚片上的李斯特菌減少約2.2，1.9，1.7個log單位，透射電鏡觀察清楚地表明，與UV-C處理的細胞不同，IPL處理的李斯特菌的細胞壁被破壞、細胞質(zhì)收縮和胞質(zhì)內(nèi)物質(zhì)滲漏。

3 脈沖光處理對肉制品貯藏期間品質(zhì)影響研究

國內(nèi)外學者在研究PL對肉制品殺菌作用的同時，也評價了PL處理對肉品感官品質(zhì)、脂肪氧化、pH值等品質(zhì)指標的影響。

3.1 感官品質(zhì)的影響

評定食品感官品質(zhì)較為普遍的方法主要是感官評價，該方法能夠直接發(fā)現(xiàn)食品感官性狀的異常，甚至是食品品質(zhì)的微觀變化。在我國，食品感官品質(zhì)評價主要由評價員通過視覺、嗅覺、味覺及觸覺等對食品進行綜合評價。

肉及肉制品會因腐敗而發(fā)生色澤及肌肉組織結(jié)構(gòu)的變化，而肌肉組織結(jié)構(gòu)的變化會最終改變產(chǎn)品的質(zhì)地。PL處理的肉制品的感官品質(zhì)與肉制品的種類、脈沖次數(shù)、單次脈沖能量、脈沖頻率、閃照距離和傳播介質(zhì)有關(guān)。FERNáNDEZ等［25］研究了在真空包裝的西班牙Serrano和伊比利亞2種干腌即食火腿切片表面接種無毒李斯特菌，使用 2.1，4.2，8.4 J/cm2PL-UV 照射。在 4 ℃和20 ℃貯藏期間，一些揮發(fā)性化合物的濃度增加，如甲氧基、二甲基二硫化物和1-辛-3-酮，這些化合物雖然在儲存過程中消失，但仍有少量的硫味和金屬味。KEKLIK等［26］將抗藥性鼠傷寒沙門氏菌菌株接種在未包裝和真空包裝無骨雞胸肉表面上，在距PL-UV室石英窗5，8，13 cm的距離處用 PL 處理 5，15，30，45，60 s。通過輕度（13 cm持續(xù)5 s）、中度（8 cm持續(xù)30 s）和極端（5 cm持續(xù)60 s）處理，發(fā)現(xiàn)輕度和中度處理后，顏色沒有顯著變化。

TOMASEVIC［27］對 4 種海鮮產(chǎn)品（金槍魚、鮭魚、比目魚和螃蟹）分別使用1～5個光脈沖（脈沖持續(xù)時間300 μs，脈沖強度 3.4 J/cm2），以每2秒1個脈沖的速率進行處理。在采用各種IPL處理后，所有海鮮產(chǎn)品樣本均被評定為可接受，感官評價總分值等于或大于4.6（總分值5.0）。IPL處理后氣味變化最顯著。PL處理降低了金槍魚的L*（亮度值），但只有在較高強度的處理（17 J/cm2）后，a*（紅度值）和b*（黃度值）與對照組沒有顯著差異。低劑量的脈沖光（3.4 J/cm2）對金槍魚的顏色值沒有影響，但鮭魚樣品的L*值會顯著降低，而a*和b*值不受IPL處理的影響。比目魚和蟹肉樣品顯示，與L*值和a*值相比，其b*值對IPL更敏感。在對2種紅肉（牛肉和豬肉）、2種家禽（雞肉和火雞）和3種野味肉（鹿、兔和袋鼠）為樣品的研究中，采用相同的試驗方法。PL處理后，所有肉、禽和野味樣品的氣味都發(fā)生了顯著變化，在研究的肉類中，只有火雞在處理后的得分低于良好質(zhì)量等級。FIGUEROA-GARCíA 等［28］研究結(jié)果表明，IPL可以影響海鮮產(chǎn)品的顏色，但變化不大，這與以前的一些結(jié)果相反。在0.5～2 J/cm2的通量范圍內(nèi)應用IPL照射鯰魚魚片時，沒有觀察到儀器的顏色參數(shù)變化，因此認為IPL處理不會導致海鮮產(chǎn)品的顏色發(fā)生明顯變化。

脈沖能否顯著影響色澤及感官性質(zhì)不僅與PL本身選擇的參數(shù)有關(guān)，一定程度上還由產(chǎn)品的類型及性質(zhì)決定。所以在保證較好殺菌效果的同時，應減少PL的處理參數(shù)，以此來保持產(chǎn)品的感官品質(zhì)。

3.2 脂肪氧化的影響

隨著肉制品貯藏時間的延長，脂肪在微生物和氧氣的作用下發(fā)生氧化分解，進而影響產(chǎn)品品質(zhì)，這是肉及肉制品品質(zhì)下降的一個重要原因。硫代巴比妥酸反應物質(zhì)（thiobarbituric acid reactive substances，TBARs）的值與肉類的脂肪氧化程度呈正相關(guān)，TBARs值越大，脂肪的氧化程度越髙，酸敗也越嚴重，因此常把TBARs值作為肉及肉制品脂肪氧化的一個重要指標［29］。

FERNáNDEZ等研究了PL對西班牙Serrano和伊比利亞2種干腌即食火腿的表面殺菌效果。在4 ℃和20 ℃貯藏期間，Serrano火腿中的過氧化物值與最初的過氧化物值相比增長了2倍；在2種溫度下，發(fā)現(xiàn)PL未使干腌火腿的過氧化值高于正常水平。在伊比利亞火腿中，所有樣品在4 ℃下儲存30 d后，過氧化值仍接近初始水平。當儲存在20 ℃時，對照樣品和經(jīng)2.1 J/cm2處理的切片也顯示出接近初始值的最終值。除了8.4 J/cm2處理并保存在20 ℃的樣品顯示最高值，第15 d的過氧化值比初始水平高出70%～80%，在儲存結(jié)束時呈輕微下降趨勢。WAMBURA等［30］研究了PL-UV光照對火腿色澤、質(zhì)地和脂質(zhì)氧化穩(wěn)定性的影響。將100 g生火腿（厚度5 mm）樣品在紫外線系統(tǒng)中處理 60，90，120 s。另取 100 g 未處理樣品作為對照。離燈中心軸的距離分別為4.5，8.3，14.6 cm。結(jié)果表明，對照組，4.5 cm/60 s，4.5 cm/90 s，4.5 cm/120 s，8.3 cm/60 s，8.3 cm/90 s，8.3 cm/120 s，14.6 cm/60 s，14.6 cm/90 s，14.6 cm/120 s的脂質(zhì)氧化穩(wěn)定性在貯藏14 d后分別下降了 21%，67%，53%，54%，39%，71%，75%，56%，58%，55%。隨著處理時間的延長，脂質(zhì)氧化穩(wěn)定性降低的程度更高，但隨著離燈距離的增加而降低?？偟膩碚f，樣品的顏色和質(zhì)地與處理時間和樣品離燈的距離成反比。NICORESCU等［22］以生烤豬肉（RPR）、烤豬肉（RP）和三文魚（RS）為研究對象，發(fā)現(xiàn)暴露于3，10 J/cm2PL處理的樣品沒有引起脂質(zhì)過氧化。而暴露在30 J/cm2的RS和RP樣品中，MDA含量顯著增加，分別增加了39.3%和25.5%。PL處理的樣品氧化過程較快，可能是熱效應促進其氧化，并且氧化反應產(chǎn)生的過氧化物也使肉中脂質(zhì)的氧化穩(wěn)定性降低［31］。而在ELMNASSER等［32］研究PL處理對牛奶蛋白質(zhì)組分的影響過程中發(fā)現(xiàn)了PL并不能引起脂質(zhì)的氧化，這也許是由于PL處理的對象是液體的緣故。

3.3 pH值變化

pH值是影響肉制品中細菌繁殖的一個較為重要的因素。在肉制品的貯藏過程中，食品的pH值主要變化發(fā)生在兩方面：（1）蛋白質(zhì)被分解成氨基酸，導致產(chǎn)品pH值下降；（2）碳水化合物被微生物分解，生成有機酸，導致產(chǎn)品pH值下降［33］。因此對pH值控制在預防肉制品腐敗變質(zhì)方面具有重要意義。

LIU等［16］采用PL-UV照射對干腌肉處理，在30 d貯藏期間，4組干腌肉樣品的pH值均呈上升趨勢，這是因為肉蛋白分解成堿性氨和有機堿等胺類化合物，促進了細菌的繁殖。PL-UV處理后的pH值為6.03±0.005，貯藏5 d后的pH值為6.10±0.01，但PL-UV照射抑制了肉制品的肉蛋白分解，最后測得的pH值低于對照組。董颯爽［34］以冷卻分割雞胸肉為研究對象進行PL殺菌處理，以pH值作為技術(shù)指標的一部分，發(fā)現(xiàn)在脈沖能量為300～500 J時，pH值無顯著變化，在脈沖距離為9～15 cm時，pH值隨著脈沖距離的增大而增大，且脈沖時間對pH值的影響很小。

4 展望

脈沖光技術(shù)作為一種綠色低溫殺菌技術(shù)，對肉制品品質(zhì)相比其他加工方式而言影響很小。PL技術(shù)比傳統(tǒng)的殺菌方法具有突出優(yōu)勢，但是要將其商業(yè)化仍然存在一些問題需要研究和解決。PL技術(shù)對平整的固體表面及透明液體具有較好的殺菌效果；由于存在遮光效應和光的折射、反射、散射等的作用，PL在凹凸不平的肉制品表面會降低殺菌效果；PL作為電磁波，滲透力有限，肉制品的厚度也會影響滅菌效果。

相信隨著研究的深入和科學技術(shù)的不斷進步，脈沖光在肉制品工業(yè)中的應用會得到更多的關(guān)注。未來可充分發(fā)揮PL與其他食品殺菌方式（如超高壓處理［35］、低溫等離子體處理［36］、熱處理［37］、聲熱處理［38］、超聲波處理等）的互補優(yōu)勢，并且可以同食品包裝方法如使用納米包裝材料相結(jié)合［39］，開發(fā)更為有效的肉制品殺菌方法，推動對PL技術(shù)的深度開發(fā)和廣泛利用。