翟國臻，李 佳，郭杉杉，馬挺軍，孫運金*，賈曉云，成曉瑜*

（1 北京農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院 食品質(zhì)量與安全北京實驗室 北京 102206 2 北京農(nóng)學(xué)院 首都農(nóng)產(chǎn)品安全產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院 等離子體工程中心 北京 102206 3 中國肉類食品綜合研究中心 北京 100068）

大氣等離子體是在大氣環(huán)境下產(chǎn)生的氣體放電現(xiàn)象，放電產(chǎn)生的電子溫度雖高達上萬度，但離子溫度較低，整體上表現(xiàn)為室溫，也稱為低溫等離子體[1-3]。大氣等離子體內(nèi)部含有大量的活性成分，如電子、離子、自由基、激發(fā)態(tài)粒子等，具有較高的氧化特性，可對食品表面的各類食源性有害微生物進行滅殺，是一種存在巨大應(yīng)用潛力的食品冷殺菌技術(shù)[4-6]。Albertos 等[7]研究發(fā)現(xiàn)在70 kV、5 min 條件下采用介質(zhì)阻擋放電處理鯡魚，可以減少好氧菌屬、假單胞菌屬、腸桿菌屬的存在水平，同時該處理對脂質(zhì)氧化等品質(zhì)指標(biāo)沒有顯著影響。Kim 等[2]研究發(fā)現(xiàn)射頻放電產(chǎn)生的活性氧可滅活牛肉干中的金黃葡萄球菌，且處理對牛肉干的顏色、剪切力、脂肪酸的含量沒有顯著影響。Jayasena 等[8]研究發(fā)現(xiàn)介質(zhì)阻擋放電處理可顯著降低豬肉中單增李斯特菌、沙門氏菌和大腸桿菌，長時間處理后對豬肉的顏色、感官評價產(chǎn)生負面影響。喬維維等[9]研究發(fā)現(xiàn)介質(zhì)阻擋放電對牛肉的殺菌率達93%，而對牛肉的色澤沒有較大的影響。由此可知，大氣等離子體放電可有效滅殺食品表面的各類食源性有害微生物，在貯藏保鮮方面具有一定的優(yōu)勢，然而，大氣等離子體中的活性成分是否對處理對象的品質(zhì)造成不利影響，還有待驗證。例如：介質(zhì)阻擋放電會產(chǎn)生·OH、·O2－、H2O2、O3等多種具有強氧化性的活性自由基，可促進豬肉的脂質(zhì)氧化[10]。此外，大氣等離子體放電模式較多，如何在保障殺菌的同時降低對食品品質(zhì)的影響，成為大氣等離子體技術(shù)在冷殺菌領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵問題。

滑動弧放電作為大氣等離子體放電中的一種放電模式，兼容了熱等離子體和非熱等離子體的特性[11-12]。相比介質(zhì)阻擋放電、射頻放電，滑動弧放電具有活性離子濃度高、處理面積大、抑菌效率高的特點[13-16]，有望突破大氣等離子體技術(shù)在處理面積方面的應(yīng)用瓶頸。例如作者前期研究中采用滑動弧放電等離子體處理雞蛋表面，可有效降低沙門氏菌存活率，延長了雞蛋的貯藏保鮮周期[17]，將滑動弧放電等離子體應(yīng)用于預(yù)調(diào)理雞丁貯藏保鮮，對雞肉的殺菌率達96%，對其品質(zhì)影響較小[18]。本研究采用滑動弧放電處理冷鮮豬肉，研究其對豬肉貯藏保鮮品質(zhì)的影響，探究該放電模式在肉品保鮮中的可行性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大腸桿菌 O157：H7（Escherichia coli O157：H7） CICC 21530、金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureeus，S.aureus）CICC 10001、單增李斯特菌（Listeria monocytogenes）CICC 21529、沙門氏菌（Salmonella enterica subsp）CICC22956，中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心；平板計數(shù)瓊脂（分析純），北京陸橋技術(shù)股份有限公司；叔丁醇（分析純），北京暢華志誠科技有限公司；鹽酸、硼酸（均為分析純），北京化工廠；氧化鎂（分析純），天津市津科精細化工研究所；氮氣、氬氣，北京市海科元昌實用氣體有限責(zé)任公司；2-硫代巴比妥酸（生化試劑），國藥集團化學(xué)試劑有限公司；豬里脊購于北京市昌平區(qū)北農(nóng)市場。

1.2 儀器與設(shè)備

非熱滑動弧放電處理器，實驗室自制；E1010離子濺射儀、VFD-21S 冷凍干燥儀，日本日立公司；TESCAN5136 掃描電鏡，捷克斯洛伐克公司；TU-1810 紫外-可見分光光度計，上海圣科儀器設(shè)備有限公司；CM-700d1 分光測色計，日本KONICA MINOLTA 公司；JB-CJ-2FCS 潔凈工作臺，蘇州佳寶凈化工程設(shè)備有限公司；SCIENTZ-11 無菌均質(zhì)器，寧波新芝生物科技股份有限公司。

圖1 滑動弧放電設(shè)備示意圖Fig.1 Schematic diagram of gliding arc discharge equipment

1.3 方法

1.3.1 滑動弧放電殺菌 分別將活化好的二代大腸桿菌 O157：H7、金黃色葡萄球菌、單增李斯特菌、沙門氏菌菌懸液離心得到菌泥。將菌泥均勻涂在無菌載玻片的表面，隨后分別在不同氣體等離子體放電下處理30 s。將處理后的載玻片分別用無菌生理鹽水反復(fù)沖洗至無菌的離心管，混勻成菌懸液，待用。吸取1 mL 上述菌懸液用無菌生理鹽水梯度稀釋至10-6梯度，吸取100 μL 10-6梯度菌懸液至固體培養(yǎng)皿中，倒置放入恒溫恒濕培養(yǎng)箱中37 ℃培養(yǎng)12～16 h，計數(shù)。

1.3.2 樣品的處理 將豬肉去掉筋膜，切成質(zhì)量為25 g、厚度為5 mm 的肉片，在無菌環(huán)境中分別用空氣、氮氣、氬氣作為載氣進行滑動弧放電處理，處理時間30 s 處理功率400 W，氣體流量40 L/min。將處理后的豬肉用無菌保鮮袋包裝，置于4 ℃環(huán)境下保存。隨后測試其貯藏期菌落總數(shù)、紅度值、揮發(fā)性鹽基氮、丙二醛含量，并對豬肉表面進行形態(tài)觀察及感官評價。

1.3.3 豬肉貯藏期菌落總數(shù)測定 按照國標(biāo)GB 4789.2-2016《食品微生物菌落總數(shù)測定》[19]方法測定菌落總數(shù)。

1.3.4 感官評價 按照國標(biāo)GB/T 9959.2-2008《分割凍、鮮豬瘦肉》[20]進行感官評價并略作修改。感官評價小組由食品專業(yè)的老師及同學(xué)共12 人組成，每2 d 取出1 組不同載氣滑動弧放電處理前、后的豬肉，對其色澤、氣味、彈性、黏度進行打分，總分為40 分。各項指標(biāo)評分細則見表1。

表1 感官評價評分表Table 1 Sensory evaluation scores

1.3.5 豬肉紅度值的測定 用標(biāo)準(zhǔn)白板校正后的CM-700d1 分光測色計測定豬肉的紅度值a*值，每2 d 測試1 次，每個樣品選取5 個部位測量，取平均值為最終結(jié)果。

1.3.6 揮發(fā)性鹽基氮測定 參考國標(biāo)GB 5009.228-2016《食品中揮發(fā)性鹽基氮的測定》[21]，采用半微量凱氏定氮法測定TVB-N 值。

1.3.7 丙二醛含量的測定 參考國標(biāo)GB 5009.181-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中丙二醛的測定》[22]，采用分光光度法測定豬肉中的丙二醛含量。

1.3.8 豬肉表面形態(tài)觀察 將肉樣切割成肉片，尺寸（長×寬×厚）為5 cm×5 cm×5 mm，切割方向順著肌纖維方向，隨后進行滑動弧放電處理。往培養(yǎng)皿中倒入戊二醛（2.5%）固定液（覆蓋樣品表面即可）。將切割后的小片樣品放入裝有戊二醛的離心管中室溫靜置6 h，之后放入冰箱4 ℃保存12 h。將處理后的樣品與未處理的樣品離心，棄上清液，用磷酸鹽緩沖溶液（PBS）洗滌3 次，取2.5%戊二醛固定液于離心管中（覆蓋樣品表面），在室溫放置6 h 后4 ℃冰箱過夜保存。次日將樣品用PBS漂洗3 次，每次10 min。乙醇梯度脫水：用體積分?jǐn)?shù)10%，30%，50%，70%，90%，95%的乙醇各脫水1 次，無水乙醇脫水2 次，每次持續(xù)10 min。之后用叔丁醇洗脫置換3 次，每次20 min。加入少量叔丁醇覆蓋樣品即可，放入-20 ℃凍存20 min?？焖偃〕鰳悠罚谡婵绽鋬龈稍餀C干燥，次日噴金，掃描電鏡觀察。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本試驗采用SPSS 22.0 對數(shù)據(jù)進行方差分析，采用Duncan's 進行多重比較，差異顯著的標(biāo)準(zhǔn)為P<0.05。用Origin 8.0 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同微生物的殺菌效果

大腸桿菌 O157：H7、金黃葡萄球菌、沙門氏菌、單增李斯特菌均是生鮮肉中具有代表性的食源性致病菌[23]。為了驗證滑動弧放電對食源性致病微生物的殺菌效果，研究了滑動弧放電對上述冷鮮肉表面可能存在的微生物的殺菌效果。由圖2可知，滑動弧放電處理后，大腸桿菌、金黃葡萄球菌、沙門氏菌、單增李斯特菌的菌落總數(shù)均減少。大腸桿菌通過空氣、氮氣、氬氣放電處理后分別降低0.3，0.7，0.9 個對數(shù)值，金黃葡萄球菌分別降低0.2，0.5，0.9 個對數(shù)值，沙門氏菌分別降低0.2，0.5，0.8 個對數(shù)值，單增李斯特菌分別降低0.1，0.5，0.9 個對數(shù)值。不同氣體對4 種菌的殺菌效果各不相同，且氬氣放電處理后殺菌效果最佳，氮氣次之，空氣最差?；瑒踊》烹姷臍⒕Ч且虿煌瑲怏w放電產(chǎn)生的活性物質(zhì)的種類與濃度不同而存在差異性[3]。相對于以介質(zhì)阻擋放電和大氣等離子體射流占主流的大氣放電模式[24-25]，滑動弧放電等離子體可在較短時間產(chǎn)生明顯的殺菌效果，在殺菌的時效性方面具有一定的優(yōu)勢，也預(yù)示其在冷鮮肉保鮮方面具有潛在的應(yīng)用價值。

圖2 不同載氣處理后菌落總數(shù)的變化Fig.2 The changes of the total number of colonies after different carrier gas treatment

2.2 菌落總數(shù)的影響

菌落總數(shù)是反應(yīng)肉的腐敗程度的重要指標(biāo)，當(dāng)肉中的菌落總數(shù)超過6.0 個對數(shù)值時，則超出國家標(biāo)準(zhǔn)[26-27]。為了進一步研究滑動弧放電等離子體對冷鮮肉表面菌落總數(shù)的影響，研究了不同貯藏時間及不同放電氣體處理，對冷鮮肉微生物指標(biāo)的影響。由圖3可知，隨著貯藏時間的延長，不同處理條件下肉中的菌落總數(shù)呈增加趨勢。對照組菌落總數(shù)在貯藏第6 天超過6.0 個對數(shù)值，而經(jīng)滑動弧放電處理，氬氣放電后第10 天達到這個水平，氮氣組第8 天，空氣組第7 天，說明滑動弧放電處理可有效降低豬肉在貯藏期內(nèi)的微生物含量，最高可降低1.2 個對數(shù)值，有效改善豬肉因微生物作用造成的品質(zhì)變化，從而延長豬肉的貯藏保質(zhì)期。等離子體具有較好的抑菌效果[28]，在新鮮食材的貯藏保鮮方面有一定的應(yīng)用。例如大氣等離子體可降低新鮮果皮、預(yù)調(diào)理雞丁表面的各種有害微生物[29-30]。

圖3 不同載氣處理后豬肉貯藏期內(nèi)菌落總數(shù)的變化Fig.3 The changes of the total number of colonies with pork storage period under different carrier gas treatment

2.3 感官評價、紅度值的影響

在豬肉貯藏期內(nèi)，各組豬肉的感官評價分?jǐn)?shù)逐漸降低，其中對照組分?jǐn)?shù)下降最為明顯，處理組的感官評價分?jǐn)?shù)均普遍高于對照組 （P＜0.05），在色澤、氣味、彈性和黏度方面具有明顯的提升。等離子體中的活性物質(zhì)濃度及種類存在較大差異，導(dǎo)致其對豬肉的處理效果存在較大不同，氬氣放電產(chǎn)生的電子密度較高，離子溫度較低[3]，對豬肉的處理效果更加明顯，感官評價分?jǐn)?shù)最高，其次為氮氣組，最低為空氣組。

紅度值是直觀判斷肉的新鮮度指標(biāo)，是消費者從感官上評價豬肉品質(zhì)的重要指標(biāo)，受氧合肌紅蛋白和高鐵肌紅蛋白含量的影響，當(dāng)血紅蛋白氧化為高鐵肌紅蛋白時，肉的紅度值降低[31]。由表2可知，各組豬肉的紅度值隨貯藏時間的延長逐漸降低，原因是豬肉中的血紅蛋白不斷氧化。相比對照組，滑動弧放電處理的樣品紅度值下降趨勢減緩，氬氣處理組減緩的幅度最大，氮氣組次之，空氣組最小。這可能是因為滑動電弧放電處理在一定程度上抑制了蛋白內(nèi)源酶的活性，降低了血紅肌紅蛋白氧化為高鐵肌紅蛋白的速率，更好地維持了豬肉的色澤。Jung 等[32]采用介質(zhì)阻擋放電處理豬肉糜，豬肉的紅度值隨放電時間的延長而顯著增加，并且貯藏期內(nèi)處理的豬肉的紅度值下降趨勢減緩，與本試驗的結(jié)論一致。

表2 不同氣體處理豬肉在貯藏期內(nèi)的感官評價、紅度值Table 2 Sensory evaluation，redness of pork treated with different gases during storage period

2.4 TVB-N 值的影響

揮發(fā)性鹽基氮是評價豬肉新鮮度的重要指標(biāo)，反映豬肉中蛋白質(zhì)被分解為氨、胺類物質(zhì)的含量，表示蛋白質(zhì)的降解程度。由圖4可知，隨著貯藏期的延長，對照樣品的TVB-N 值不斷增加，經(jīng)滑動弧放電處理的TVB-N 值均小于對照組 （P＜0.05），氬氣組處理效果好于氮氣組，空氣組處理效果最弱。根據(jù)GB 2707-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 鮮（凍）畜、禽產(chǎn)品》[33]揮發(fā)性鹽基氮≤15 mg/100 g，對照組在第6 天TVB-N 值為 （18.1±1.1）mg/100 g，超過國家標(biāo)準(zhǔn)，氬氣處理組在第8 天仍低于國家標(biāo)準(zhǔn)。針對豬肉的蛋白質(zhì)易發(fā)生降解，從而影響肉制品的加工特性及營養(yǎng)價值[32，34]，采用滑動弧放電處理降低了微生物含量，同時抑制了酶的活性[35]，減少蛋白質(zhì)的降解，從而達到保鮮效果。黃明明等[36]研究發(fā)現(xiàn)通過介質(zhì)阻擋放電處理牛肉，減少了微生物對蛋白質(zhì)的分解，從而降低了牛肉的TVB-N 值，與本試驗結(jié)論相符。

圖4 不同載氣處理豬肉在貯藏期內(nèi)TVB-N 值的變化Fig.4 The changes of TVB-N value of pork treated with different gases during storage period

2.5 MDA 值的影響

脂肪氧化會產(chǎn)生一些醛、酮類化合物，會產(chǎn)生不良風(fēng)味，降低豬肉的品質(zhì)[37-38]。MDA 值是豬肉脂肪氧化程度的重要指標(biāo)，表示脂肪次級氧化產(chǎn)生丙二醛的含量。由圖5可知，貯藏期內(nèi)，豬肉中脂肪發(fā)生氧化，MDA 值不斷增大?？諝狻⒌獨夥烹娞幚斫M的MDA 值均大于對照組，氬氣放電處理的MDA 值低于對照組（P＜0.05）。等離子體因放電形式、放電氣體種類、放電參數(shù)不同而產(chǎn)生的活性粒子的濃度與種類存在較大的差異，因此對肉的脂質(zhì)氧化效果不同[39]。同理，滑動弧放電處理因活性粒子成分不同而對豬肉脂肪的氧化程度存在較大差異。對于豬肉的貯藏保鮮特性，氬氣處理效果最佳。

圖5 不同載氣處理豬肉在貯藏期內(nèi)MDA 值的變化Fig.5 The changes of MDA value of pork treated with different carrier gas during storage period

2.6 表面形貌的影響

豬肉表面結(jié)構(gòu)主要為結(jié)構(gòu)蛋白與肌原纖維蛋白組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。由圖6可知，經(jīng)空氣和氮氣放電處理后，豬肉的表面結(jié)構(gòu)微孔尺寸有所擴大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有所降低，這可能是因為滑動弧放電產(chǎn)生的一定濃度的原子氧和NO[40]，這些具有氧化性的粒子促進了脂肪中不飽和脂肪酸的氧化、分解，導(dǎo)致其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改變。其中空氣、氮氣放電產(chǎn)生較高濃度的原子氧和NO，因此空氣、氮氣放電處理后微孔尺寸擴大。相比其它氣體放電處理，氬氣放電處理對豬肉表面的影響較小，這可能是因為氬氣放電等離子體的電子密度較高，主要活性成分為低濃度的羥基自由基，不足以對豬肉表面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。通過豬肉的表面形態(tài)觀察可知，滑動弧放電處理的豬肉脂肪氧化結(jié)果與圖5一致。

圖6 不同載氣處理豬肉表面結(jié)構(gòu)的影響（a.對照組；b.空氣處理組；c.氮氣處理組；d.氬氣處理組）Fig.6 Effect of different carrier gas on pork surface structure （a.control group，b.air treatment，c.nitrogen treatment，d.argon treatment）

3 結(jié)論

采用滑動弧放電等離子體對4 種生鮮肉中常見微生物進行殺菌處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氬氣殺菌效果最佳，氮氣次之，空氣最差。采用滑動弧放電對豬肉表面進行處理，比較不同放電氣體處理下豬肉的感官特性、紅度和脂肪氧化等外觀和品質(zhì)指標(biāo)的變化。感官評價和紅度測定結(jié)果表明，氬氣處理評分最高，氮氣次之，空氣最低，然而均高于對照組。在抑菌效果方面，氬氣放電處理可降低豬肉的菌落總數(shù)，最高可達1.2 個對數(shù)值，其次為氮氣和空氣。脂肪氧化和表面形貌測定結(jié)果表明，空氣和氮氣放電處理促進脂肪氧化，氬氣處理可延緩豬肉的脂肪氧化程度?？傊?，滑動弧放電等離子體技術(shù)為豬肉貯藏保鮮提供一種新的處理方法。