包 駿 鄧放明
(湖南農業大學食品科技學院,湖南 長沙 410128)
目前中國大部分食品企業為中小型企業,食品加工設備和工藝技術落后,加工過程中微生物滋長嚴重,往往只能在加工的最后環節通過高溫高壓殺菌[1]來確保產品的衛生指標。
熱殺菌技術是目前食品生產中使用最為廣泛的殺菌技術,能有效防止微生物污染引起的食品安全問題,效果穩定且非常經濟[2]。但同時也帶來許多不利影響,主要包括:熱殺菌能耗大[3];包裝材料需有較高的隔斷性和耐蒸煮強度,包裝成本高[4];高溫會導致食品風味損失,質構和營養遭破壞等問題[5]。對此,食品領域專家和食品企業開始研究非熱殺菌技術的應用,非熱殺菌殺菌條件相對溫和且耗能低,對食品的風味、質構、營養破壞小,更有利于食品品質的保持[6-8]。
食品中微生物的內平衡是微生物保持其活性的先決條件[9]。在肉禽類休閑食品加工過程中,許多因素可防止微生物的 污 染,例 如 初 始 菌 數[10]、溫 度[11]、水 分 活 度[12]、pH值[13]、包裝[14]、競爭性菌落[15]、防腐劑[16]等,但由于單個影響因子難以獨立控制整個生產過程中的微生物生長繁殖,因此在食品生產過程中聯合應用不同類型、強度的影響因子更有利于食品衛生的控制。柵欄減菌技術是通過各種影響因子的協同作用,破壞微生物的內平衡,建立一套完整的防治微生物污染的柵欄減菌體系,從而保證食品營養、風味和安全[17]。李瑩等[18]用50mg/L穩定態二氧化氯溶液清洗胴體、用0.5%乳酸鈉+0.03%Nisin進行防腐、在110℃下用蒸汽殺菌15min且結合HACCP體系監控整個生產過程。在此組合條件下,最終產品的微生物總數為1.39×102CFU/g,在25℃條件下可以保存6個月,明顯延長了產品的保質期。李宗軍[19]研究了羊肉生產與貯藏中柵欄減菌體系,結果表明,先采用50mg/L穩定態ClO2對羊肉胴體表面消毒,再添加0.01%乳酸鏈球菌素和1%乳酸鈉,最后將羊肉真空包裝后在(4±1)℃條件下冷藏,在此柵欄減菌體系作用下冷卻分割羊肉的貨架期可延長到30d。本研究通過在鴨脯串生產過程中使用臭氧水濃度、溫度、肉水比、時間等因子組成柵欄減菌體系來抑制微生物的生長,降低預包裝鴨脯串殺菌前的初始菌數,以便在保證產品貨架期的前提下,降低熱殺菌強度或者使用輻照殺菌,實現提高產品品質的目的[20],進而得到預包裝鴨脯串的最佳殺菌工藝參數。
1.1.1 材料與試劑
鴨脯肉、腌制液:湖南長沙口口香實業有限公司;
平板計數瓊脂:廣東環凱微生物科技有限公司;
伊紅美藍瓊脂:北京鴻潤寶順科技有限公司;
乳糖膽鹽發酵培養基、乳糖發酵培養基:杭州微生物試劑有限公司。
1.1.2 主要儀器設備
電解式臭氧發生機:HYK-8型,臭氧產氣量1~20g/h,廣州綠奧環保科技有限公司;
無菌臺:TFG1200型,蘇州蘇潔凈化設備有限公司;
滾揉機:GR-50型,石家莊曉進食品機械廠;
隧道式烘干機:KMDZ型,湖南開明設備有限公司;
夾層鍋:HHL100型,浙江蒼南縣立甌石化設備有限公司;
真空包裝機:DZ700型,上海永興金屬制品廠;
高溫高壓滅菌鍋:GB150-1998型,山東高密澤瑞容器暖通設備有限公司;
色差a*值計:CR400型,德國Konica Minoia公司。
輻照在湖南省核農學與航天育種研究所瀏陽輻照中心進行,輻照源為60Co-γ射線,放射性活度為9.62×1015Bq。采用10kGy輻照劑量,動態連續輻照。
1.3.1 傳統工藝流程
原料→解凍→串竹簽→滾揉→腌制→烘烤→剪竹簽→鹵制→真空包裝→高溫高壓殺菌
1.3.2 主要試驗內容
(1)鴨脯肉解凍過程柵欄減菌技術:采用臭氧水浸泡解凍,考察臭氧水濃度、解凍溫度、肉水比對解凍后鴨肉菌落總數、大腸菌群、色差值的影響,探究鴨肉最適減菌解凍工藝條件。
(2)鴨脯串腌制過程柵欄減菌技術:向腌制液中通入臭氧氣體到一定濃度后,考察腌制液臭氧濃度、處理時間、處理溫度對腌制液菌落總數的影響,探究最適腌制液減菌條件;將經臭氧處理后的腌制液與鴨脯串倒入滾揉機正反滾揉5 min后置于4℃的冷庫中腌制16h,測定腌制后鴨脯串的菌落總數,探究減菌后的腌制液對鴨肉串腌制過程菌落總數的影響。
(3)鴨脯串殺菌工藝:以采用柵欄減菌技術和傳統工藝生產的真空包裝半成品為原料,研究高溫高壓殺菌和輻照殺菌對休閑鴨脯串的品質和貨架期的影響。將腌制的鴨脯串經烘烤、鹵制后進行真空包裝,測定真空包裝后的鴨脯串菌落總數。再根據不同工藝生產的真空包裝半成品進行121℃ 0.1MPa 30min、121 ℃ 0.1MPa 20min的高溫高壓殺菌和10kGy 12h的輻照殺菌(見表1)。殺菌后產品在(25.0±0.5)℃環境貯藏,每隔1個月檢測并記錄產品的菌落總數、大腸菌群,同時進行感官評分。分析降低殺菌前初始菌數對降低熱殺菌強度和使用輻照殺菌替代熱殺菌的影響,以及不同殺菌條件對休閑食品鴨脯串品質的影響。

表1 不同殺菌條件Table 1 Different sterilization method
1.3.3 解凍過程單因素試驗設計
(1)解凍溫度對鴨脯肉菌落總數的影響:固定肉水比為15︰100(m︰V),臭氧水濃度為7mg/L,考察解凍溫度(5,10,15,20,25℃)對鴨脯肉菌落總數的影響。
(2)肉水比對鴨脯肉菌落總數的影響:固定解凍溫度為10℃,臭氧水濃度為7mg/L,考察肉水比(5︰100,10︰100,15︰100,20︰100,25︰100,m︰V)對鴨脯肉菌落總數的影響。
(3)臭氧水濃度對鴨脯肉菌落總數的影響:固定解凍溫度為10℃,肉水比為15︰100(m︰V),考察臭氧水濃度(3,5,7,9,11mg/L)對鴨脯肉菌落總數的影響。
1.3.4 解凍過程響應面優化試驗 在單因素試驗結果的基礎上,根據中心組合試驗設計原理,設計三因素三水平的響應面優化試驗。
1.3.5 腌制液減菌過程單因素試驗設計
(1)處理溫度對腌制液菌落總數的影響:固定處理時間為15min,臭氧水濃度為0.9mg/L,考察解凍溫度(5,10,15,20,25℃)對腌制液菌落總數的影響。
(2)處理時間對腌制液菌落總數的影響:固定處理溫度為10℃,臭氧水濃度為0.9mg/L,考察處理時間(5,10,15,20,25min)對腌制液菌落總數的影響。
(3)腌制液臭氧濃度對腌制液菌落總數的影響:固定解凍溫度為10℃,處理時間為10min,考察臭氧濃度(0.3,0.6,0.9,1.2,1.5mg/L)對腌制液菌落總數的影響。
1.3.6 腌制液減菌過程響應面優化試驗 在單因素試驗結果的基礎上,根據中心組合試驗設計原理,選取處理時間、處理溫度、臭氧水濃度3個影響因素,研究其對腌制液菌落總數的影響。
1.4.1 臭氧濃度的測定方法 采用碘量法[21]。
1.4.2 菌落總數的測定方法 按 GB/T 4789.2—2012執行。
1.4.3 大腸菌群計數 按 GB/T 4789.3—2003執行。
1.4.4 色差值 采用色彩色差儀測定鴨脯肉的色澤,本試驗用ΔE代表被測物體的色澤(L、a、b)與鮮樣(L*、a*、b*)的色差值[22]。ΔE按式(1)計算:

式中:
ΔE——處理前后的色差值;
L、L*——亮度值;
a、a*——紅綠值;
b、b*——黃藍值。
1.4.5 感官評分 每隔1個月對產品進行感官質量評定,通過口感、組織結構、風味、色澤項目進行評分,取平均值為最后綜合得分。評分小組由5人組成,人員基本固定。評分標準見表2[22]。
采用 Excel 2003和 Design expert V 8.0.6軟件對數據進行分析,所有試驗均重復3次。
2.1.1 響應面中心組合設計的因素和水平 根據1.3.3單因素試驗結果,可知在抑菌劑為臭氧水的優化試驗中,中心點為解凍溫度10℃、肉水比15︰100(m︰V)、臭氧水濃度7mg/L,使用響應面中心組合設計方法,選擇解凍時間、肉水比、臭氧水濃度三因素,研究其對產品菌落總數、大腸菌群、色澤的影響,其因素水平設計編碼見表3。

表2 鴨脯串感官評分標準Table 2 Sensory evaluation criteria of duck breast meat

表3 中心組合試驗設計的因素和水平Table 3 Factors and levels central composite design of response surface methodology
2.1.2 響應面試驗結果 根據響應面中心組合試驗設計方法,進行鴨脯肉解凍優化試驗,結果見表4。
2.1.3 回歸方程及變量分析 運用 Design Expert V 8.0.6軟件對表4中的試驗數據進行回歸系數及變量分析,得到各個因素與解凍后鴨脯肉的菌落總數、大腸菌群、ΔE值之間的多元二次回歸方程式見式(2)~(4),方程回歸系數及變量分析見表5。


表4 中心組合試驗設計及結果Table 4 Results of central composite design of response surface methodology
表5 回歸系數及顯著性分析Table 5 Significance analysis of regresslion coefficient

表5 回歸系數及顯著性分析Table 5 Significance analysis of regresslion coefficient
*.P<0.05,差異顯著;**.P<0.01,差異極顯著。
系數項P值Y1菌落總數/(CFU·g-1)Y2大腸菌群/(10-2 MPN·g-1) Y3ΔE值X1 0.000 5** 0.000 1** 0.000 1**0.652 1 X2 0.035 6* 0.015 7* 0.228 9 X3 0.000 2** 0.000 1** 0.062 6 X1X2 0.028 7* 0.007 2** 0.774 6 X1X3 0.004 9** 0.232 7 0.048 5*X2X3 0.064 4 0.354 2 0.286 2 X12 0.045 3* 0.008 2** 0.005 3 X22 0.377 0 0.480 2 0.219 7 X32 0.006 7** 0.000 2**
菌落總數、大腸菌群和ΔE值的決定系數R2>0.9,表明該回歸方程適合用于解凍過程中臭氧水殺菌的理論預測。通過對回歸系數的檢驗和分析可知,影響解凍后鴨脯肉菌落總數的主次順序為臭氧水濃度>解凍溫度>肉水比,其中臭氧水濃度、解凍溫度對菌落總數影響極顯著;影響解凍后鴨脯肉大腸菌群的主次順序為臭氧水濃度、解凍溫度>肉水比,其中臭氧水濃度、解凍溫度對大腸菌數影響極顯著;只有解凍溫度對解凍后鴨脯肉ΔE值影響顯著。
2.1.4 交互作用分析 由表5可知,解凍溫度與臭氧水濃度的交互作用對菌落總數影響極顯著,解凍溫度與肉水比的交互作用對大腸菌群影響極顯著,解凍溫度與肉水比的交互作用對菌落總數影響顯著,解凍溫度與臭氧水濃度的交互作用對ΔE值影響顯著。此處,只分析兩對交互作用極顯著的情況,其它交互作用暫不予評論。
固定X2為0水平,觀察X1和X3的交互作用對解凍后鴨脯肉Y1的影響,得到交互效應方程見式(5)。固定X3為0水平,觀察X1和X2的交互作用對解凍后鴨脯肉Y2的影響,得到交互效應方程見式(6)。

根據交互效應方程,可以得出交互響應圖見圖1。
由圖1(a)可知,當解凍溫度較高時,隨著臭氧水濃度的升高,鴨脯肉菌落總數呈曲線狀下降;當解凍溫度較低時,隨著處理溫度的升高,鴨脯肉菌落總數呈先下降后上升的變化規律。當臭氧水濃度較高時,隨著解凍溫度的升高,鴨脯肉菌落總數呈先下降后上升的變化規律;當臭氧水濃度較低時,隨著解凍溫度的升高,鴨脯肉菌落總數呈曲線狀上升。
由圖1(b)可知,當解凍溫度較高時,隨著肉水比的升高,鴨脯肉大腸菌群呈直線狀上升;當解凍溫度較低時,隨著肉水比的升高,鴨脯肉大腸菌群緩慢下降。當肉水比較高時,隨著解凍溫度的升高,鴨脯肉大腸菌群呈曲線狀上升;當肉水比較低時,隨著解凍溫度的升高,鴨脯肉大腸菌群呈先下降后上升的變化規律。
2.1.5 解凍工藝參數的優化和驗證實驗 根據模型(2)~(4),通過 Design Expert V 8.0.6得到理論最佳值為解凍溫度5.15℃,肉水比14.4︰100(m︰V),臭氧水濃度7.66mg/L。綜合考慮生產經濟效益和實際操作,最佳減菌參數調整為在溫度10℃,肉水比14︰100(m︰V)的條件下使用7.7mg/L臭氧水浸泡解凍。
菌落總數理論預測值為1 052CFU/g,大腸菌群為90 MPN/100g,ΔE值為5.30。在此條件下進行3次平行驗證實驗,實驗結果顯示:解凍后的平均菌落總數為1 138CFU/g,大腸菌群為90MPN/100g,ΔE值為5.31。原生產工藝中使用常溫自來水解凍后的鴨脯肉菌落總數為2.7×105CFU/g、大腸菌群為1 500MPN/100g,ΔE值為4.23。由此可知,優化效果明顯,減菌效果超過90%,色差值增加1.07。

圖1 三因素對鴨脯肉品質的影響Figure 1 Effects of three factors on qualities of duck breast meat
2.2.1 響應面中心組合設計的因素和水平 根據1.3.5單因素試驗結果可知,在抑菌劑為臭氧水的優化試驗中,中心點為處理時間10min、處理溫度10℃、臭氧水濃度0.9mg/L,使用響應面中心組合設計方法,選擇解凍時間、肉水比、臭氧水濃度三因素,研究其對產品菌落總數的影響,其因素水平設計編碼見表6。

表6 中心組合試驗設計的因素和水平Table 6 Factors and levels central composite design of response surface methodology
2.2.2 響應面試驗結果 根據響應面中心組合試驗設計方法,進行鴨脯串腌制液的優化試驗,結果見表7。

表7 中心組合試驗設計及結果Table 7 Results of central composite design of response surface methodology
2.2.3 回歸方程及變量分析 運用 Design Expert V 8.0.6軟件對表7中的試驗數據進行回歸系數及變量分析,得到各個因素與解凍后鴨脯肉菌落總數的多元二次回歸方程見式(7),方程回歸系數及變量分析見表8。

菌落總數的決定系數R2>0.9,表明該回歸方程適合用于臭氧水對腌制液殺菌的理論預測。通過對回歸系數的檢驗和分析可知,處理時間、臭氧水濃度、處理溫度對腌制液菌落總數影響極顯著,其主次順序為處理時間>臭氧水濃度>處理溫度。
2.2.4 交互作用分析 由表8可知,臭氧水濃度與處理溫度的交互作用對菌落總數影響極顯著,處理時間與處理溫度的交互作用對菌落總數影響顯著。此處,只分析對腌制液菌落總數影響顯著的交互作用,其它對腌制液菌落總數影響不顯著的交互作用暫不予評論。
表8 回歸系數及顯著性分析Table 8 Significance analysis of regression coefficient

表8 回歸系數及顯著性分析Table 8 Significance analysis of regression coefficient
*.P<0.05,差異顯著;**.P<0.01,差異極顯著。
方差來源 總和 自由度 均方 F值 P 值 顯著性模型 23 828.66 9 2 647.63 25.04 0.000 1 1 057.34 10 105.73失擬項 478.01 5 95.60 0.83 0.581 0純誤差 579.33 5 115.87總和**X4 8 356.20 1 8 356.20 79.03 0.000 1 **X5 3 114.12 1 3 114.12 29.45 0.000 3 **X6 2 849.55 1 2 849.55 26.95 0.000 4 **X4X5 210.13 1 210.13 1.99 0.189 0 X4X6 741.13 1 741.13 7.01 0.024 4 *X5X6 1 596.13 1 1 596.13 15.10 0.003 0 **X42 6 940.77 1 6 940.77 65.64 0.000 1 **X52 22.99 1 22.99 0.22 0.651 0 X62 117.38 1 117.38 1.11 0.316 8殘差24 886.00 19
固定X5為0水平,觀察X4和X6的交互作用對腌制液Y4的影響,得到交互效應方程見式(8)。固定X4為0水平,觀察X5和X6的交互作用對腌制液Y4的影響,得到交互效應方程見式(9)。

根據交互效應方程,可以得出交互響應圖見圖2。
由圖2(a)可知,當處理時間較長時,隨著處理溫度的升高,腌制液菌落總數直線上升;當處理時間較短時,隨著處理溫度的升高,腌制液菌落總數緩慢上升。無論處理溫度高低,隨著處理時間的增加,腌制液的菌落總數都呈現先下降后上升的變化規律。
由圖2(b)可知,當臭氧水濃度較高時,隨著處理溫度的升高,腌制液菌落總數緩慢上升;當臭氧水濃度較低時,隨著處理溫度的升高,腌制液菌落總數直線上升。當處理溫度較高時,隨著臭氧水濃度升高,腌制液菌落總數直線下降;當處理溫度較低時,隨著臭氧水濃度升高,腌制液菌落總數緩慢下降。

圖2 三因素對腌制液菌落總數的影響Figure 2 Effects of three factors on aerobic plate count of pickled material
2.2.5 腌制過程中減菌參數的優化和驗證實驗 根據模型(8),通過Design Expert V 8.0.6得到理論最佳減菌參數為處理時間13.5min,臭氧水濃度0.6mg/L,處理溫度5℃。腌制液菌落總數理論預測值為43CFU/g。綜合考慮生產經濟效益和實際操作,最佳減菌參數調整為處理時間14min,臭氧水濃度0.6mg/L,處理溫度10℃。腌制液菌落總數理論預測值為51CFU/g。在此條件下進行3次平行驗證實驗,結果顯示經處理后平均菌落總數為62CFU/g。經臭氧水處理的腌制液腌制的鴨脯串菌落總數為1 400CFU/g,未處理的腌制液腌制的鴨脯肉菌落總數為8 200CFU/g。由此可知,優化效果明顯,減菌效果達到83%。
將腌制的鴨脯串經烘烤、鹵制后進行真空包裝,此時測得采用柵欄減菌工藝生產的真空包裝鴨脯串菌落總數為2 500CFU/g,采用傳統工藝生產的真空包裝鴨脯串菌落總數為21 000CFU/g。不同殺菌條件對鴨脯串的品質影響見表9。
由表9可知,傳統工藝生產的真空包裝半成品在未減菌的情況下降低高溫高壓殺菌強度后,在第7個月就出現了微生物的增長,可能是殺菌前初始菌數過多,導致121℃0.1MPa 20min條件下殺菌不徹底;高溫高壓殺菌后柵欄減菌工藝產品的感官質量明顯高于傳統工藝產品,可能是殺菌過程中肉制品經高溫處理的時間變短,對肉制品風味、質構和營養的破壞減小所致。說明采用柵欄減菌技術生產的真空包裝半成品相對于傳統工藝生產的在確保產品有效保質期的前提下,可將高溫高壓殺菌時間從30min降到20min,更有利于保留產品的感官質量。通過輻照殺菌后柵欄減菌工藝產品和未減菌工藝產品對比可知,未減菌工藝產品在第5個月時微生物數量就超過了中國GB/T 2726-2005標準限值,而減菌工藝產品在第8個月仍未超標,可能是殺菌前初始菌數過多導致10kGy 12h輻照條件下殺菌不徹底;比較不同殺菌方式對產品感官質量和貨架期的影響,輻照殺菌的產品感官質量要明顯優于熱殺菌的產品,可能是輻照殺菌過程未產生高溫,對肉制品風味、質構和營養的破壞較小。說明采用柵欄減菌技術生產的真空包裝半成品在確保產品有效保質期的前提下,可以使用輻照殺菌代替高溫高壓殺菌,更有利于保留產品的感官質量。
表9 不同殺菌條件對鴨脯串品質的影響Table 9 Effecfs of different sterilization method on qualities of duck breast meat

表9 不同殺菌條件對鴨脯串品質的影響Table 9 Effecfs of different sterilization method on qualities of duck breast meat
“-”表示樣品微生物數量超過GB/T 2726—2005。
檢測時間/月菌落總數/(CFU·g-1) 大腸菌群/(10-2 MPN·g-1) 感官評分A B C D E F 0 <10 <10 <10 <10 <10 <10 <30 <30 <30 <30 <30 <A B C D E F A B C D E F 30 3.97 4.25 3.99 4.25 2.95 4.53 30 4.21 4.39 4.27 4.43 4.60 4.62 1 <10 <10 <10 <10 <10 <10 <30 <30 <30 <30 <30 <30 4.11 4.33 4.12 4.35 4.61 4.68 2 <10 <10 <10 <10 110 <10 <30 <30 <30 <30 <30 <30 4.12 4.29 4.10 4.31 4.57 4.66 3 <10 <10 <10 <10 680 <10 <30 <30 <30 <30 <30 <30 4.03 4.27 4.05 4.29 4.55 4.60 4 <10 <10 <10 <10 5 900 <10 <30 <30 <30 <30 <30 <30 4.01 4.28 4.03 4.24 4.51 4.61 5 <10 <10 <10 <10 - <10 <30 <30 <30 <30 40 <30 4.04 4.24 4.01 4.25 3.92 4.60 6 <10 <10 <10 <10 - 74 <30 <30 <30 <30 - <30 4.01 4.30 3.96 4.22 3.51 4.58 7 <10 12 <10 <10 - 510 <30 <30 <30 <30 - <30 4.00 4.26 4.01 4.26 3.24 4.58 8 <10 63 <10 <10 - 3 300 <30 <30 <30 <30 - <
本研究優化了鴨脯串生產過程的柵欄減菌體系,并在湖南省口口香實業有限公司進行了生產檢驗,鴨脯串生產的優化柵欄減菌體系為:將28kg原料冰凍鴨脯肉置于含臭氧7.7mg/L、溫度10℃的200L冷水中浸泡直至解凍完全;切分、用竹簽串成串;在腌制液中通入臭氧,使臭氧濃度達到0.6mg/L后,在10℃的條件下處理14min,然后將腌制液和鴨脯串倒入滾揉機正反滾揉5min后置于4℃的冷庫中腌制16h。再經烘烤、鹵制、真空包裝做成殺菌前的半成品。試驗表明此柵欄減菌體系的減菌效果明顯,與傳統工藝對照比較,真空包裝后的半成品的菌落總數從2.1×104CFU/g減少到2.5×103CFU/g,減菌效果達到88%。
采用柵欄減菌技術生產的真空包裝半成品相對于傳統工藝生產的真空包裝半成品在確保產品有效保質期的前提下,將高溫高壓殺菌時間從30min降到20min,提高了產品的感官質量;采用柵欄減菌技術生產的真空包裝半成品在確保產品有效保質期的前提下,可以使用輻照殺菌代替高溫高壓殺菌,更有利于保留產品的感官質量。
本試驗發現,鹵制后鴨脯串的微生物呈現增加趨勢,可能是鹵制溫度不高,鹵制間環境和香辛料的二次污染所導致。因此,鹵制過程中柵欄減菌技術還有待進一步研究。
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