氣調(diào)包裝醬牛肉貯藏過(guò)程中優(yōu)勢(shì)腐敗菌變化規(guī)律和預(yù)測(cè)模型的初建

胡潔云，嚴(yán)維凌*，林 露，陳 平

(上海市食品研究所，上海 200235)

氣調(diào)包裝醬牛肉貯藏過(guò)程中優(yōu)勢(shì)腐敗菌變化規(guī)律和預(yù)測(cè)模型的初建

胡潔云，嚴(yán)維凌*，林 露，陳 平

(上海市食品研究所，上海 200235)

以中式熟食醬牛肉為研究對(duì)象，測(cè)定在5℃條件下散裝、真空、無(wú)氧、低氧和高氧包裝的醬牛肉中菌落總數(shù)、熱死環(huán)絲菌、乳酸菌和假單胞菌的變化規(guī)律，并且針對(duì)散裝醬牛肉菌落總數(shù)建立初級(jí)預(yù)測(cè)模型。結(jié)果表明：低氧包裝(35%O2、55%CO2、10%N2)能夠有效抑制醬牛肉貯藏過(guò)程中腐敗菌的生長(zhǎng)；比較線性方程和修正的Gompertz方程建立的初級(jí)模型得知，修正的Gompertz方程所得的決定系數(shù)R2均超過(guò)0.98，模型的可靠性較線性模型高。

醬牛肉；氣調(diào)包裝；腐敗菌；預(yù)測(cè)模型

醬牛肉作為一種典型的中式低溫熟肉制品，在我國(guó)已有200多年的生產(chǎn)歷史，由于其具有口感好、風(fēng)味佳和食用方便的優(yōu)點(diǎn)，深受廣大消費(fèi)者的喜愛(ài)[1]。目前，熟肉產(chǎn)品多通過(guò)簡(jiǎn)易的保鮮膜包裝銷(xiāo)售或在完全敞開(kāi)的環(huán)境下銷(xiāo)售，易受環(huán)境中微生物的污染，造成產(chǎn)品的貨架期很短，這嚴(yán)重制約了熟肉品的生產(chǎn)和流通，限制了其工業(yè)化生產(chǎn)。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)肉類(lèi)保鮮技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究，認(rèn)為“氣調(diào)包裝”技術(shù)對(duì)提高冷鮮肉的防腐保鮮有明顯效果[2]，利用CO2抑制微生物生長(zhǎng)和延長(zhǎng)冷卻肉貨架期方面也有許多文獻(xiàn)報(bào)道，但是關(guān)于使用氣調(diào)包裝技術(shù)延長(zhǎng)熟食牛肉產(chǎn)品貨架期則少見(jiàn)報(bào)道[3]。孫承鋒等[4]于2001年報(bào)道了醬牛肉在低溫貯藏環(huán)境中微生物的種類(lèi)，但未進(jìn)一步研究低溫貯藏醬牛肉中微生物的變化規(guī)律。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微生物預(yù)報(bào)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外被廣泛研究，利用數(shù)學(xué)模型定量描述食品特性(如pH值、水分活度)和加工流通環(huán)境因子(如溫度、氛圍氣體)對(duì)食品中微生物生長(zhǎng)、殘存、死亡動(dòng)態(tài)的影響，以預(yù)測(cè)食品的貨架期[5]。

本實(shí)驗(yàn)以傳統(tǒng)熟食產(chǎn)品醬牛肉為研究對(duì)象，比較分析不同包裝方式的醬牛肉貯藏在不同溫度條件下的優(yōu)勢(shì)腐敗微生物的變化規(guī)律以及對(duì)產(chǎn)品貨架期的影響；嘗試使用數(shù)學(xué)模型對(duì)散裝醬牛肉菌落總數(shù)建立預(yù)測(cè)微生物學(xué)的初級(jí)模型，為快速估測(cè)醬牛肉的貨架期提供一種有效的手段。

1 材料與方法

1.1 原料預(yù)處理

醬牛肉購(gòu)自上海某熟食公司。在冰袋中保存，1h內(nèi)運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室，立即分割成100g左右的肉塊，進(jìn)行氣調(diào)包裝。

1.2 儀器與設(shè)備

GM-B型氣體比例混合器、溫度可調(diào)式冰箱、高壓滅菌鍋、恒溫培養(yǎng)箱。

1.3 氣調(diào)包裝設(shè)計(jì)

將購(gòu)回的醬牛肉用事先消過(guò)毒的刀具去掉肉表層的筋膜和脂肪，然后切分成每塊質(zhì)量約100g的肉塊，隨機(jī)分成5組，每組15塊，用真空充氣機(jī)分別進(jìn)行真空和充氣包裝，充氣時(shí)間30s，充氣壓強(qiáng)為0.2Pa。包裝后立即將樣品放入5℃的冰箱中貯藏12d，5組氣調(diào)包裝的分組設(shè)計(jì)[6]為：真空組：真空包裝；高氧組：70% O2、20% CO2、10% N2；低氧組：35% O2、55% CO2、10%N2；無(wú)氧組：70%CO2、30%N2；以散裝組作為對(duì)照組。

1.4 微生物計(jì)數(shù)

種類(lèi)：菌落總數(shù)、熱死環(huán)絲菌、假單胞菌屬、乳酸菌。

方法：在肉塊表面取2 5 g左右的樣品，加入到225mL的無(wú)菌水中，攪拌均勻后，按10倍遞增稀釋到所需稀釋度。每個(gè)稀釋度取1mL傾注平板，共取3個(gè)稀釋度，每個(gè)稀釋度做兩個(gè)重復(fù)，采用平板傾注法計(jì)數(shù)。

1.5 初級(jí)模型的建立

以5℃條件下的散裝醬牛肉為研究對(duì)象，對(duì)貯藏過(guò)程中的菌落總數(shù)建立初級(jí)模型。

線性模型的表達(dá)式[7]為：lgN=A+kt

式中：lgN為微生物在時(shí)間t時(shí)的對(duì)數(shù)值lg/(CFU/g)；A為微生物隨時(shí)間無(wú)限減小時(shí)漸進(jìn)的對(duì)數(shù)值(相當(dāng)于初始菌數(shù))；k為生長(zhǎng)速率/d-1。

修正的Gompertz方程表達(dá)式[8]為：式中：t為時(shí)間/h；Nt為微生物在t時(shí)刻的菌落數(shù)/

2 結(jié)果與分析

2.1 微生物菌相變化分析

對(duì)貯藏在5℃不同包裝形式醬牛肉初始菌數(shù)中的乳酸菌、熱死環(huán)絲菌和假單胞菌以及在貯存12d后的3種菌所占的百分?jǐn)?shù)進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 5℃條件下初始菌相和貯藏12d后的菌相比較Table 1 Comparison of microflora composition after 0 and 12 days of storage at 5 ℃

微生物狀況是肉類(lèi)消費(fèi)品質(zhì)的重要因素之一，由表1可知，在醬牛肉氣調(diào)貯藏的整個(gè)過(guò)程中細(xì)菌分布發(fā)生了很大的變化，初始菌相中熱死環(huán)絲菌占46%、乳酸菌占29%、假單胞菌占25%，說(shuō)明初始菌中熱死環(huán)絲菌為優(yōu)勢(shì)菌。當(dāng)貯存12d后，其菌相發(fā)生了變化，真空組和無(wú)氧組均是乳酸菌為優(yōu)勢(shì)菌，假單胞菌數(shù)量降低，分別只占11%和18%。高氧組中的優(yōu)勢(shì)菌均為假單胞菌，熱死環(huán)絲菌所占比例較高。低氧組各菌比例較為均衡。

2.2 微生物生長(zhǎng)變化規(guī)律分析

圖1 醬牛肉貯藏過(guò)程中菌落總數(shù)的變化Fig.1 Changes in total bacteria count of Chinese spiced beef packaged in different environments during storage

圖2 醬牛肉貯藏過(guò)程中熱死環(huán)絲菌的變化Fig.2 Changes inBrochothrix thermosphactacount of Chinese spiced beef packaged in different environments during storage

由圖1可知，散裝組在5℃條件下貯存3d后，菌落總數(shù)超過(guò)104CFU/g，真空組在貯藏前期的細(xì)菌總數(shù)變化不大，高氧組從第6天起菌落總數(shù)開(kāi)始上升，與低氧組和無(wú)氧組相比有了顯著差異。

熱死環(huán)絲菌是肉類(lèi)食品中的一種重要腐敗菌，由于其具有微需氧的特性，因此在真空包裝肉類(lèi)腐敗中起著很重要的作用[9]。由圖2可知，在本實(shí)驗(yàn)中真空組的熱死環(huán)絲菌數(shù)量增加較快，高氧組在貯藏后期的增長(zhǎng)趨勢(shì)很快。據(jù)報(bào)道，熱死環(huán)絲菌在有氧條件下生成乙酸，無(wú)氧條件下產(chǎn)生乳酸，因此氧氣的存在有利于它的生長(zhǎng)，但是CO2對(duì)熱死環(huán)絲菌的生長(zhǎng)也有較強(qiáng)的抑制作用，而且隨著CO2濃度的增加而加強(qiáng)[10]。在本實(shí)驗(yàn)中，無(wú)氧組的CO2體積分?jǐn)?shù)最高，且無(wú)氧氣存在，所以無(wú)氧組的熱死環(huán)絲菌變化最為平緩，其次是低氧組；高氧組本身CO2體積分?jǐn)?shù)較小，高氧環(huán)境為熱死環(huán)絲菌的生長(zhǎng)提供了有利的條件，CO2對(duì)熱死環(huán)絲菌的抑制作用降為最低，因此高氧組熱死環(huán)絲菌在貯藏后期上升很快。

圖3 醬牛肉貯藏過(guò)程中乳酸菌的變化Fig.3 Changes in lactic acid bacteria count of Chinese spiced beef packaged in different environments during storage

乳酸菌是一種厭氧菌，由圖3可知，在貯藏過(guò)程中真空組和無(wú)氧組因無(wú)O2，乳酸菌成為優(yōu)勢(shì)菌，乳酸菌數(shù)量增加顯著；高氧組和低氧組雖然含有CO2，但因O2的存在使得乳酸菌在貯藏初期的生長(zhǎng)受到了影響[11]，在貯藏末期才有所增加，進(jìn)而達(dá)到最大值。

圖4 醬牛肉貯藏過(guò)程中假單胞菌的變化Fig.4 Changes inPseudomonascount of Chinese spiced beef packaged in different environments during storage

由圖4可知，在低氧組、無(wú)氧組和真空組中假單胞菌數(shù)量增加緩慢，這與包裝袋具有一定的通透性有關(guān)[12]；高氧組在整個(gè)貯藏過(guò)程中變化趨勢(shì)較快，假單胞菌屬于好氧菌群，高氧的貯藏環(huán)境為需氧的革蘭氏陰性菌——假單胞菌的生長(zhǎng)提供了有利的條件，而CO2在此時(shí)對(duì)它已起不到應(yīng)有的抑菌作用。

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 2726—2005《熟肉制品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，醬鹵肉菌落總數(shù)要控制在104CFU/g之內(nèi)。本實(shí)驗(yàn)中，低氧包裝的熟肉制品在整個(gè)貯藏過(guò)程中變化平緩，貨架期可達(dá)5d，能夠很好的延長(zhǎng)醬牛肉微生物生長(zhǎng)的遲滯期，這可能與低氧組中一定體積分?jǐn)?shù)的O2含量和較高體積分?jǐn)?shù)的CO2對(duì)好氧和厭氧微生物均起到了一定的抑制作用有關(guān)。

2.3 醬牛肉貯藏期間pH值變化

醬牛肉貯藏期間，pH值受到肉質(zhì)本身因素及微生物的影響而有所變化，可以間接考察醬牛肉品質(zhì)變化情況。對(duì)樣品pH值的測(cè)定選擇3個(gè)平行樣的平均值，結(jié)果如圖5所示。

圖5 醬牛肉貯藏過(guò)程中的pH值變化Fig.5 Changes in pH value of Chinese spiced beef packaged in different environments during storage

由圖5可知，不同包裝醬牛肉在貯藏過(guò)程中pH值的變化不顯著且規(guī)律性不強(qiáng)，但總的來(lái)看，低氧組和無(wú)氧組所測(cè)數(shù)值較其他組要低，這可能與CO2的濃度有關(guān)，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，部分CO2溶解在肉的表面形成碳酸，從而降低了p H值。

2.4 散裝醬牛肉菌落總數(shù)初級(jí)預(yù)測(cè)模型的建立

表2 菌落總數(shù)的預(yù)測(cè)模型統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果Table 2 Comparison on determination coefficient and significance between linear and modified Gompertz prediction models

線性模型和修正的Gompertz模型為描述微生物生長(zhǎng)較為常用的初級(jí)模型。運(yùn)用Matlab7.0和SAS統(tǒng)計(jì)

軟件[13]，對(duì)不同溫度條件下的醬牛肉菌落總數(shù)生長(zhǎng)曲線進(jìn)行擬合，結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2相關(guān)系數(shù)可知，溫度升高到25℃，線性模型擬合的R2值降低了，而修正的Gompertz模型擬合的R2值在所有溫度下均為0.98以上，這表明線性模型不如修正的Gompertz模型擬合效果好，從顯著性上分析，修正Gompertz模型在0.05水平也是極顯著的。

表3 菌落總數(shù)修正Gompertz模型擬合參數(shù)表Table 3 Characteristic parameters of linear and modified Gompertz prediction models

修正Gompertz模型擬合生長(zhǎng)曲線得到的參數(shù)如表3所示，隨著溫度的升高，微生物最大比生長(zhǎng)速率也不斷增大；溫度對(duì)于延滯期的影響，是隨著溫度的升高而延滯期縮短。影響延滯期的因素有很多，如計(jì)數(shù)時(shí)間、條件的波動(dòng)和微生物之間的差異，這些因素導(dǎo)致了延滯期的規(guī)律性不如生長(zhǎng)速率明顯。

3 結(jié) 論

3.1 結(jié)合微生物菌相分析和不同包裝醬牛肉中菌落總數(shù)、乳酸菌、熱死環(huán)絲菌和假單胞菌的生長(zhǎng)曲線，結(jié)果表明：低氧包裝(35%O2、55%CO2、10%N2)對(duì)醬牛肉中腐敗菌的生長(zhǎng)有明顯的抑制作用，除對(duì)乳酸菌抑制作用較弱外，對(duì)假單胞菌和熱死環(huán)絲菌均具有較強(qiáng)的抑制作用，其整體保鮮效果明顯好于其他包裝醬牛肉。

3.2 在本實(shí)驗(yàn)中，不同包裝醬牛肉的pH值變化不大，且規(guī)律性不強(qiáng)。不能單純依據(jù)pH值的變化確定包裝方式對(duì)肉類(lèi)的保鮮效果優(yōu)劣[14]，胡長(zhǎng)利等[15]在對(duì)冷卻牛肉的研究中也得到了相類(lèi)似的結(jié)論。

3.3 以散裝醬牛肉為建模對(duì)象，利用Matlab7.0程序，對(duì)5℃醬牛肉菌落總數(shù)生長(zhǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，比較兩種不同初級(jí)模型的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果表明修正的Gompertz模型比線性模型能夠更好的擬合菌落總數(shù)生長(zhǎng)情況，R2值均超過(guò)0.98，模型在0.05水平上顯著。

[1]董寅初. 現(xiàn)代肉類(lèi)科技對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)風(fēng)味肉制品的影響[J]. 肉類(lèi)研究, 1999(1): 3-5.

[2]馬麗珍, 南慶賢, 戴瑞彤, 等. 不同氣調(diào)包裝方式的冷卻豬肉在冷藏過(guò)程中的微生物變化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2004, 20 (4): 160-164.

[3]MARTINEZ L, DJENANE D, CILLA I, et al. Effect of different concentrations of carbon dioxide and low concentration of carbon monoxide on the shelf life of fresh pork sausages packaged in modified atmosphere[J]. Meat Science, 2005, 71(3): 563-570.

[4]孫承鋒, 南慶賢, 牛天貴, 等. 醬牛肉中腐敗菌的分離與鑒定[J]. 中國(guó)食品學(xué)報(bào), 2001(1): 56-60.

[5]胡潔云, 歐杰, 李柏林, 等. 預(yù)報(bào)微生物學(xué)在食品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用[J]. 微生物學(xué)通報(bào), 2009, 36(9): 1-7.

[6]MCMILLIN K W. Where is MAP going? A review and future potential of modified atmosphere packaging for meat[J]. Meat Science, 2008, 80 (1): 43-65.

[7]ZWIETERING M H, JONGENBURGER I, ROMBOUTS F M, et al. Modeling of the bacterial growth curve[J]. Appl Environ Microbial, 1990, 56(6): 1875-1881.

[8]RATKOWSKY D A, OLLEY J, MCMEEKIN T A, et al. Relationship between temperature and growth rate of bacterial culture[J]. J Bacteriol, 1982, 149(1): 1-5.

[9]EGAN A F, FORD A L, SHAY B J, et al. A comparison of Microbacterium thermosphactum and Lactobacilli as spoilage organisms of vavuum packaged sliced luncheonmeats[J]. Journal of Food Science,1980, 45(6): 1745-1748.

[10]THAYER D W, BOYD G, JENKINS R K, et al. Low-dose gamma irradiation and refrigerated storage in vacuo affect microbial flora of fresh pork[J]. Journal of Food Science,1993, 58(4): 717-719.

[11]HUFFMAN D L, DAVIS K A, MARPLE D N, et al. Effect of gas atmospheres on microbial growth, colour and pH of beef[J]. Journal of Food Science, 1975, 40(6): 1229-1231.

[12]戴瑞彤. 冷卻牛肉表面變色現(xiàn)象的控制及其機(jī)理研究[D]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué), 2002.

[13]馮力. 回歸分析方法原理及SPSS實(shí)際操作[M]. 北京: 中國(guó)金融出版社, 2004.

[14]隋繼學(xué), 劉太宇, 楊寶進(jìn), 等. 優(yōu)質(zhì)牛肉小包裝冷卻保鮮技術(shù)研究[J].冷藏技術(shù), 1999 (3): 4-6.

[15]胡長(zhǎng)利, 郝慧敏, 劉文華, 等. 不同組分氣調(diào)包裝牛肉冷藏保鮮效果的研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2007, 23 (7): 241-246.

Change Regularity and Predictive Modeling of Dominant Spoilage Microorganisms in Chinese Spiced Beef during Modified Atmosphere Storage

HU Jie-yun，YAN Wei-ling*，LIN Lu，CHEN Ping
(Shanghai Food Research Institute, Shanghai 200235, China)

The changes of total bacterial count as well as the counts of Brochothrix thermosphacta, lactic acid bacteria and Pseudomonas in Chinese spiced beef samples unpackaged and packaged in vacuum, oxygen-free, low-oxygen or high-oxygen environments were measured during storage at 5 ℃. Meanwhile, primary prediction models for total bacterial count in unpackaged beef samples were constructed. The growth of spoilage bacteria in spiced beef during 5 ℃ storage was effectively inhibited by low-oxygen packaging (35% O2 + 55% CO2 + 10% N2). The comparison between the linear and the modified Gompertz prediction models revealed that the determination coefficient R2of the latter exceeded 0.98 and had higher reliability.

Chinese spiced beef；modified atmosphere packaging；spoilage microorganisms；predictive model

TS207.4

A

1002-6630(2010)23-0142-04

2010-08-11

上海市科委應(yīng)用技術(shù)專(zhuān)項(xiàng)資金開(kāi)發(fā)項(xiàng)目(08-121)

胡潔云(1985—)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称飞锛夹g(shù)。E-mail：hjy923@126.com

*通信作者：嚴(yán)維凌(1967—)，男，高級(jí)工程師，本科，研究方向?yàn)槭称飞锛夹g(shù)。E-mail：yanwling@hotmail.com