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氣調包裝醬鹵鴨翅貯藏過程中菌群結構分析

2015-10-14 00:52:48葉可萍李春保郭成祥
食品科學 2015年14期
關鍵詞:產品

葉可萍,劉 佳,劉 梅,李春保,郭成祥

(1.南京農業大學食品科技學院,食品安全與營養協同創新中心,國家肉品質量安全控制工程技術研究中心,江蘇 南京 210095;2.南京工業大學食品與輕工學院,江蘇 南京 211800)

氣調包裝醬鹵鴨翅貯藏過程中菌群結構分析

葉可萍1,劉佳1,劉梅1,李春保1,郭成祥2

(1.南京農業大學食品科技學院,食品安全與營養協同創新中心,國家肉品質量安全控制工程技術研究中心,江蘇 南京 210095;2.南京工業大學食品與輕工學院,江蘇 南京 211800)

運用傳統細菌平板培養和聚合酶鏈式反應-變性梯度凝膠電脈方法研究氣調包裝醬鹵鴨翅15 ℃貯藏過程中微生物菌群結構變化。細菌總數計數結果表明,產品生產的衛生條件較好,細菌初始污染菌數較低(小于2(lg(CFU/g))),至貯藏第9天左右產品細菌總數超過4(lg(CFU/g))。變性梯度凝膠電脈指紋圖譜結果表明,貯藏初期產品的初始污染菌主要為不動桿菌屬,至貯藏末期,產品中的主要菌群有嗜冷桿菌、莫拉氏菌、鏈球菌等,其中嗜冷桿菌屬成為產品貯藏末期的優勢菌。

醬鹵鴨翅;氣調包裝;貯藏;菌群結構;聚合酶鏈式反應-變性梯度凝膠電脈法

醬鹵肉類制品是我國傳統的一類肉制品,是指肉在水中加食鹽或醬油等調味料和香辛料一起煮制而成的一類熟肉類制品[1],其主要特點是產品酥軟、色香味俱全,深受廣大消費者喜愛[2]。近年來一些地方特色的醬鹵產品已成規模化生產,如北京烤鴨、湖北周黑鴨、南京鹽水鴨、北京天福號的醬肘子、德州扒雞等。其中湖北傳統醬鹵鴨類產品以其入口微甜爽辣、吃后回味悠長的獨特口味深受大眾的喜愛,在國內有著廣泛的市場。而醬鹵鴨翅產品就是一種銷量較大的醬鹵鴨類產品,在許多工業化生產的企業中作為主要銷售產品。該產品通過先對原料肉焯水,加香辛料和調味料及水煮制,后再經過攤涼、切割、氣調包裝等環節,完成產品的制作過程。但是,此類產品為帶有鹵液的熟肉制品,煮制后的包裝處理環節較多,生產出來的產品貨架期較短[3-4],難以實現長途運輸和銷售,一定程度限制了醬鹵肉制品在與西式肉制品共存市場中的發展。近年來,國內外許多即食肉制品采用氣調包裝、超高壓等保鮮技術來延長產品貨架期,解決產品不易包裝和貯存運輸的問題。由于醬鹵鴨翅屬于中國傳統特色產品,無國外可借鑒的相關研究,而國內對于醬鹵鴨類制品研究較少,主要集中在對醬鹵鴨肉制品的工藝改進、貯藏特性變化(如硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid-reactive substances,TBARS)值、pH值、顏色、細菌總數等)、風味物質分析等[4-10],如殷雪[5]通過傳統細菌計數方法對鹵鴨脖中不同屬細菌的消長規律進行了分析;海丹等[6]分析了氣調包裝醬牛肉貯藏過程中細菌總數、TBARS值、揮發性鹽基氮、pH值等品質變化;謝彬[7]研究了真空包裝鹵鴨脖低溫微波殺菌和復合防腐劑最佳配比等綜合保鮮技術;段昌圣[3]研究了普通和真空包裝條件下醬鹵鴨脖的貯藏特性(包括細菌總數、品質特性等)。

湖北傳統醬鹵鴨翅是禽肉制品中中式醬鹵制品的典型代表,主打開袋即食的理念,使用阻隔性材料的氣調包裝方式已成為發展趨勢。氣調包裝(modified atmosphere packaging,MAP)就是近年來發展的一種新型包裝技術,即用阻氣性材料將肉類食品密封于一個改變了的氣體環境中,抑制腐敗微生物的生長及生化活性,達到延長貨架期的目的,由于該技術在保持食品原有的口感、色澤、形狀及營養的同時,還能起到延長保質期的作用,已越來越受到食品生產者的青昧[11-14]。國內對于傳統醬鹵肉制品氣調包裝的研究處于初級階段,對氣調包裝醬鹵產品中微生物的菌群結構分析甚少,但此類研究是提高產品貨架期的依據。因此,本實驗將醬鹵鴨翅氣調包裝,放置15 ℃條件下貯藏,在不同貯藏時期監測氣調包裝產品中的氣體成分變化,并直接提取產品中細菌DNA,應用聚合酶鏈式反應-變性梯度凝膠電泳(polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis,PCR-DGGE)技術,研究貯藏過程中微生物的生長和菌群結構變化規律,揭示貯藏末期產品的主要優勢菌,為進一步研究氣調包裝醬鹵鴨翅的保鮮措施提供科學依據。

1 材料與方法

1.1材料與試劑

醬鹵鴨翅產品取自某醬鹵鴨類制品公司,該產品經原料鴨翅、焯水、鹵制、攤涼、切割、氣調包裝等環節完成產品的制作過程,其中一個氣調包裝盒放置約300 g鴨翅,包裝盒內充N2。

平板計數瓊脂 北京陸橋有限公司;瓊脂糖凝膠 西班牙Biowest公司;DNA提取試劑盒(離心柱型TIANamp Bacteria DNA Kit) 北京天根生物科技有限公司;PCR預混液、2倍GoTaq?Green Master Mix預混液 美國Promega公司;DNA Marker(DL2000 bp)、溶菌酶(100×)、Gelred(10 000×)、TAE電泳緩沖液(50×) 北京Solarbio科技有限公司;過硫酸銨國藥集團;四甲基乙二胺 南京生興生物技術有限公司;引物均由上海生工生物技術有限公司合成。

1.2儀器與設備

氣體比例測定儀 德國Witt公司;ICP500培養箱德國Memmert公司;均質器 法國Interscience公司;J-E立式冷凍高速離心機 美國Beckman Coulter公司;9902型基因擴增儀 美國Applied Biosystems公司;DY602S型穩流穩壓電泳儀 南京生興生物技術有限公司;Ⅱ型凝膠成像儀 美國Bio-Rad公司;NANODROP-2000核酸蛋白分析儀 美國Thermo Scientific公司;MB-102金屬浴 杭州博日科技有限公司;HVE-50型高溫高壓滅菌鍋 日本株式會社平山制作所。

1.3方法

1.3.1生產過程微生物監控

對工廠中醬鹵鴨翅生產過程的攤涼車、裝框人員手掌、裝產品框的內袋、裝盒人員手掌等的細菌總數和大腸菌群進行監控,了解產品生產中的衛生條件。菌落總數測定按照GB 4789.2—2010《食品微生物學檢驗:菌落總數測定》方法進行;大腸菌群計數按照GB 4789.3—2010《食品微生物學檢驗:大腸菌群計數》方法進行。

1.3.2貯藏實驗

取工廠生產的醬鹵鴨翅產品,由冷藏車運至實驗室,放置于15 ℃條件下貯藏,間隔不同時間取樣,測定樣品中細菌總數,每次實驗作3 個重復。

1.3.3氣體比例測定

將氣體比例測定儀的探頭插入不同貯藏時間的產品氣調包裝盒中,測定其O2和CO2的氣體比例,每次實驗作3 個重復。

1.3.4直接提取樣品中細菌DNA

取1.3.2節細菌總數測定中樣品前處理1∶10稀釋液30 mL于50 mL離心管中,800 r/min離心2 min后,吸取上清液,12 000 r/min離心10 min,取菌體沉淀,用2 mL生理鹽水淋洗取上清液,加入180 μL溶菌酶(20 mg/mL)緩沖液37 ℃處理1 h,后按照細菌DNA提取試劑盒的操作說明進行,提取的細菌DNA經Nano Drop蛋白核酸濃度定量儀和1.2%瓊脂糖電泳驗證后,置于-20 ℃冰箱凍存。

1.3.5細菌16S rRNA基因V3區PCR擴增

采用巢氏PCR對提取的細菌16S rRNA基因V3可變區進行擴增,引物見表1。首先第一輪PCR利用8f/798r引物擴增約800 bp的細菌16S rRNA基因序列,再以上述PCR產物為模板利用引物GC338f/518r對細菌16S rRNA基因的V3區片段進行第二輪的“touchdown”PCR擴增。PCR反應體系(50 ?L):GoTaq?Green Master Mix(2×)25 ?L,引物各1 ?L(0.2 ?mol/L),DNA模板1 ?L,ddH2O 9.5 ?L。PCR擴增程序:94 ℃預變性5 min,然后采用touchdown PCR程序,即20 個循環(94℃變性1 min,退火溫度從65 ℃到55 ℃,退火30 s,72 ℃延伸3 min),之后于恒定退火溫度條件下進行10 個循環(94 ℃變性1 min,55 ℃退火30 s,72 ℃延伸3 min),最后72 ℃延伸10 min。PCR產物經1.2%瓊脂糖凝膠電泳檢測后,置于-20 ℃冰箱凍存。

表1 實驗中所用引物[1155]Table1 Primers used in this study

1.3.6DGGE分析

對細菌16S rRNA基因V3區的擴增產物分別進行DGGE分析。采用Biorad Dcode apparatus電泳儀,聚丙烯酰胺凝膠質量分數為10%(丙烯酰胺-甲叉雙丙烯酰胺質量比為37.5∶1),經實驗摸索確定變性梯度為32%~47%(100%變性劑含有7 mol/L尿素和40%甲酰胺),在0.5×TAE緩沖液中,60 ℃恒溫條件下,先200 V電壓下預電泳10 min,后在85 V電壓下電泳16 h。

電泳結束后,將DGGE膠片用Gelred染料(15 mL超純水+1 mol/L NaCl 5 mL+60 ?L Gelred染料)染色15 min。棄去染色液,再用ddH2O漂洗。染色后用凝膠成像系統拍照。

1.3.7特殊條帶的序列測定和結果分析

將Gelred染料染色后的DGGE膠片置于紫外燈下,利用無菌刀片切下不同位置的條帶,分別放入滅過菌的1.5 mL離心管,加入20 ?L DEPC水置于4 ℃條件下過夜。取2 ?L作為模板以GC338f/518r為引物進行16S rRNA基因V3區擴增(條件同1.3.5節),PCR產物經DGGE后證明與所割條帶位于相同的遷移位置,割膠回收,用不含GC夾板的338f/518r引物再次擴增16S rRNA基因V3區序列,純化后測序(Invitrogen,上海)。登錄NCBI(www.ncbi.nlm.nih,gov/blast/),將所得序列與數據庫中已知序列進行相似性比對。

1.4數據處理分析

應用Quantity One軟件對DGGE圖譜進行分析,其中采用非加權配對算術平均法(unweighted pair-group method with arithmetic means,UPGMA)進行相似性分析。

2 結果與分析

2.1加工過程微生物監控

通過對醬鹵鴨翅生產過程中攤涼車、裝框人員手掌、裝產品框的內袋、裝盒人員手掌等產品二次污染的工藝點進行細菌總數和大腸菌群檢測,了解產品生產的衛生環境情況,結果如表2所示。由表2可看出,產品生產過程中衛生環境良好,4 個產品工藝點中的菌落總數和大腸菌群數量均較低,對產品不會產品較大污染。

表2 產品加工過程中各工藝點的細菌總數和大腸菌群數量Table2 Total numbers of bacteria and coliforms at each process point during the production of products

2.2貯藏過程細菌總數變化

圖1 氣調包裝醬鹵鴨翅貯藏過程中細菌總數變化Fig.1 Changes in total number of bacteria of pot-stewed duck wings during storage

由圖1可知,醬鹵鴨翅的初始污染細菌數小于2(lg(CFU/g)),表明醬鹵鴨翅產品初始污染菌數較低,產品質量控制較好。隨著貯藏時間的延長,樣品從第5天開始細菌呈增長趨勢,至貯藏第9天左右產品細菌總數超過4(lg(CFU/g))。至產品貯藏第12天,細菌生長減緩,數量為5(lg(CFU/g))以上。

2.3貯藏過程氣體比例變化

圖2 貯藏過程中醬鹵鴨翅包裝袋中氣體比例的變化Fig.2 Changes in gas proportion in the package of pot-stewed duck wings during storage

由圖2可知,產品中的氣體成分主要為N2,殘留少量的O2和CO2。產品貯藏初期,盒子內O2產生消耗,CO2氣體急劇上升,這可能是由于需氧細菌的呼吸作用導致O2的消耗,釋放CO2;隨著貯藏時間的延長,O2體積分數未發生較大變化,而CO2氣體比例逐漸升高,至第12天時達到1.5%以上,這可能是貯藏過程中厭氧細菌適應環境開始生長,無氧呼吸產生CO2,而隨著O2含量的減少,需氧細菌受到抑制;貯藏期間O2氣體比例在0.5%之間浮動。

2.4 菌群多樣性

圖3 不同貯藏時間醬鹵鴨翅中細菌16S rRNA基因V3區DGGE圖譜Fig.3 DGGE profile of V3 regions of bacterial 16S rRNA genes from pot-stewed duck wings during different storage periods

表3 DGGE條帶分離的細菌16S rRNA基因序列鑒定Table3 DGGE bands identified by means of 16S rRNA gene sequencing

直接提取貯藏第1~12天的醬鹵鴨翅中細菌DNA,對細菌16S rRNA基因V3區進行PCR擴增,擴增產物進行DGGE分析。由圖3和表3可知,醬鹵鴨翅貯藏從第1~12天,條帶數量和顏色發生了明顯變化,貯藏初期條帶相對復雜,條帶不明顯且亮度相對均一,主要條帶為條帶2(Acinetobacter sp.)、條帶5(Moraxella sp.)、條帶6(Acinetobacter junii)、條帶8(Streptococcus iniae)和條帶10(Acinetobacter sp.);隨著貯藏時間的延長,由于細菌適應環境(包括氣體環境、溫度、鹽濃度、食品成分等)的能力不同,條帶5(Moraxella sp.)、條帶8(Streptococcus iniae)及條帶10(Acinetobacter sp.)逐漸加深,說明這3 種菌在貯藏過程中逐漸增多,而條帶2(Acinetobacter sp.)在貯藏過程中逐漸變淡,說明貯藏環境對部分Acinetobacter菌株有一定抑制作用;從第2天開始檢測到條帶3(Psychrobacter arenosus)、條帶4(Chryseobacterium sp.)、條帶7(Bergeriella denitrificans)及條帶9(Psychrobacter arcticus);第7天之后泳道中條帶明顯加深,至貯藏末期條帶3(Psychrobacter arenosus)、條帶5(Moraxella sp.)、條帶7(Bergeriella denitrifi cans)、條帶8(Streptococcus iniae)、條帶9(Psychrobacter arcticus)及條帶10(Acinetobacter sp.)成為主要優勢條帶,其中條帶8(Streptococcus iniae)和條帶10(Acinetobacter sp.)在樣品貯藏過程中均存在,且條帶清晰明顯;貯藏第12天樣品還檢測到條帶1(Psychrobacter sp.)、條帶11(Kurthia sp.)和條帶12(Psychrobacter nivimaris)。

通過以上結果分析,醬鹵鴨翅產品在貯藏初期的初始污染菌群有不動桿菌、莫拉氏菌及鏈球菌等,其中不動桿菌為貯藏初期的主要菌群(條帶2、6、10)。隨著貯藏時間的延長,由DGGE圖譜可看出大部分不動桿菌未發生明顯變化(條帶10除外),部分條帶變淡,且貯藏末期未產生新的不動桿菌菌株,說明本產品受不動桿菌初始污染,但可能受產品成分和環境條件的抑制,在貯藏過程中未見增長。同時,產品貯藏末期主要菌群為嗜冷桿菌、莫拉氏菌、鏈球菌等,由DGGE圖譜發現嗜冷桿菌在產品初期未檢出,在貯藏過程中條帶出現并逐漸加深,最終成為貯藏末期的優勢菌(條帶1、3、9、12)。

2.5相似性分析

圖4 氣調包裝醬鹵鴨翅16S rRNA基因V3區DGGE圖譜UPGMMAA相似性分析Fig.4 UPGMA cluster analysis of the DGGE profiles of the V3 region of bacterial 16S rRNA genes from pot-stewed duck wings

對DGGE圖譜采用UPGMA法進行相似性分析,結果見圖4。第1天的樣品與其他樣品不在同一簇中,相似性僅為65%,貯藏第12天的樣品也與其他樣品存在一定的差異,相似性小于75%。同時,貯藏前6 d和后6 d的樣品之間也存在一定不同,可進一步表明產品貯藏前期與后期細菌相似性可能有所差異。

3 討 論

醬鹵肉制品是中國典型的傳統肉制品,通過氣調包裝來延長產品貨架期已成為此類產品的發展趨勢。但是,此類產品的二次污染環節較多,導致產品中初始污染微生物種類和數量各不相同,對醬鹵肉制品的質量安全產生重要影響。雖然許多醬鹵肉制品放置于低溫貯藏,但在初始污染的微生物中仍有許多嗜冷細菌的存在導致產品的腐敗,直接影響產品的質量安全。同時,在產品的貯藏過程中細菌之間存在相互競爭、拮抗、共生等作用,以適應環境并促進生長和繁殖,從而構成產品腐敗微生物的菌相。國內外應用傳統微生物培養方法和PCR-DGGE技術分析不同肉及肉制品中微生物的菌相變化已有相關報道,包括冷卻肉、發酵肉制品等[16-20],對氣調包裝條件下醬鹵產品中微生物的菌群結構了解甚少,因此,本實驗以傳統醬鹵鴨翅為例,應用PCR-DGGE技術分析醬鹵鴨翅15 ℃貯藏過程的菌群結構變化。

醬鹵鴨翅的氣調包裝材料采用阻隔性較好的蓋膜(PE/EVOH/PE/黏合劑/OPP)和底膜結構(APET/黏合劑/PE),可有效地阻隔外界空氣,保證產品包裝內氣體成分的穩定性。實驗結果表明,產品包裝盒內氣體比例在貯藏過程中未發生很大變化,也證明包裝材料的阻隔性較好,可對產品中好氧細菌起到抑制作用。其中CO2含量在貯藏過程中有所升高,可能是由于產品中厭氧細菌的呼吸作用產生的。本實驗傳統微生物培養結果可看出,15 ℃貯藏條件下產品中的細菌在第5天左右度過遲滯期,開始生長,對不同初始污染菌數的樣品,該時間是一個影響產品貨架期的重要時間點。在本實驗中,加工車間不同工序點微生物監測結果表明此車間衛生條件良好,可保證產品的初始污染菌數低,為了達到更好的貯藏效果,工廠在生產過程中嚴格控制產品初始污染菌量是非常必要的。但在本實驗中,至貯藏第9天左右產品細菌總數超過4(lg(CFU/g)),之后可能超過GB 2726—2005《熟肉制品衛生標準》規定醬鹵產品細菌總數80 000 CFU/g。

DGGE圖譜分析表明,不動桿菌為氣調包裝醬鹵鴨翅的主要初始污染菌群,由于此類細菌在環境中廣泛存在,可能在產品煮制后的切割、包裝等環節存在二次污染,因此,工廠應盡量控制加工環境衛生,減少初始污染菌數。而嗜冷桿菌在貯藏過程中出現并生長,最終成為貯藏末期的優勢菌,說明此類細菌能適應產品的環境,是產品衛生控制的關鍵細菌之一。有許多文獻[21-25]報道,嗜冷桿菌屬耐鹽且具有滲透耐壓性,含低溫酶使其適應寒冷環境,因此在本產品中具有一定的致腐作用。現有醬鹵鴨肉制品菌相變化的研究甚少,大部分文獻主要監測醬鹵鴨肉產品貯藏過程中細菌總數的變化,僅見殷雪[5]通過傳統微生物培養方法對真空包裝鹵鴨脖中的菌落總數、大腸菌群、嗜冷菌、耐熱菌、乳酸菌、假單胞菌、腸桿菌科等進行監測,發現貯藏過程中的優勢腐敗菌主要為熱殺索絲菌、腸桿菌科、假單胞菌等,而本實驗應用DGGE結合16S rRNA基因序列,分析氣調包裝醬鹵鴨翅的菌群多樣性,確定產品貯藏末期的優勢菌群為嗜冷桿菌,為進一步研究氣調包裝醬鹵鴨翅的保鮮措施提供一定的科學依據。

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Analysis of Microbial Communities of Pot-Stewed Duck Wings Packaged in Modified Atmosphere during Storage

YE Keping1, LIU Jia1, LIU Mei1, LI Chunbao1, GUO Chengxiang2
(1. Synergetic Innovation Center of Food Safety and Nutrition, National Center of Meat Quality and Safety Control,College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China;2. College of Food Science and Light Industry, Nanjing Technology University, Nanjing 211800, China)

The changes in microbial communities and counts of pot-stewed duck wings packaged in modified atmosphere during storage at 15 ℃ were explored by traditional bacterial cultivation and polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE). Results showed that the sanitation condition during the process of pot-stewed duck wings was favorable, which led to lower initial contaminant bacteria counts (< 2 (lg(CFU/g)) and total bacterial counts of products after about 9 days of storage were more than 4 (lg(CFU/g)). Results of DGGE profiles indicated that Acinetobacter sp. was the main bacterial species at the early stage. In contrast, the major bacteria in pot-stewed duck wings at the end of storage included Psychrobacter sp., Moraxella sp., Streptococcus sp. etc., with Psychrobacter sp. being the most predominant spoilage bacterial species.

pot-stewed duck wings; modified atmosphere packaging (MAP); storage; microbial community; PCR-DGGE

TS205

A

1002-6630(2015)14-0201-05

10.7506/spkx1002-6630-201514039

2015-04-10

國家自然科學基金青年科學基金項目(31401558);中央高校基本科研業務費專項(KJQN201548)

葉可萍(1986—),女,講師,博士,研究方向為肉品質量安全控制。E-mail:kpye@njau.edu.cn

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