基于單純形重心設計優(yōu)化氣調(diào)包裝冷鮮豬肉的氣體比例

孔　萍,孫　杰,易　陽,2,侯溫甫,2,閔　婷,2,王宏勛,2,*

(1.武漢輕工大學食品科學與工程學院,湖北武漢 430023;2.湖北省生鮮食品工程技術(shù)研究中心,湖北武漢 430023)

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孔萍1,孫杰1,易陽1,2,侯溫甫1,2,閔婷1,2,王宏勛1,2,*

(1.武漢輕工大學食品科學與工程學院,湖北武漢 430023;2.湖北省生鮮食品工程技術(shù)研究中心,湖北武漢 430023)

為優(yōu)化冷鮮豬肉氣調(diào)包裝的氣體比例,增強其保鮮效果,以菌落總數(shù)、揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)值、pH和感官品質(zhì)為指標,基于單純形-重心設計考察O2、CO2和N2的不同配比對冷鮮豬肉的品質(zhì)維持作用。通過與托盤包裝的對照組比較發(fā)現(xiàn),適宜的氣體配比能有效抑制冷鮮豬肉中微生物的生長、減少TVB-N的生成、保持產(chǎn)品的感官品質(zhì),且各指標兩兩之間均存在極顯著的相關(guān)性(p<0.01)。以三種氣體各自所占體積百分比為因素,篩選產(chǎn)品貯藏至第8 d和第10 d的菌落總數(shù)、TVB-N值及二者加權(quán)值為響應值,建立6套回歸模型并分別優(yōu)化得到6組氣體配比方案。通過驗證確定冷鮮豬肉氣調(diào)保鮮的最佳氣體比例為22% O2和78% CO2,在此條件下貯藏至第8 d的菌落總數(shù)和TVB-N值分別為5.85 lg(cfu/g)和14.00 mg/100 g,相比對照組可延長產(chǎn)品貨架期達5 d。

冷鮮豬肉,氣調(diào),單純形-重心設計

氣調(diào)包裝(Modified atmosphere packaging,MAP)是一種高效、綠色、安全的保鮮技術(shù),廣泛應用于肉與肉制品的品質(zhì)控制。O2、CO2和N2是肉制品氣調(diào)包裝中常用的三種氣體,各自發(fā)揮不同的功能。O2能與冷鮮肉中紫色的肌紅蛋白結(jié)合形成鮮紅色的氧合肌紅蛋白,維持肉的鮮紅色。高氧氣調(diào)包裝能提供較好的護色效果且抑制厭氧微生物的生長,但易導致肉制品的脂質(zhì)氧化和蛋白氧化,并有可能促進需氧微生物的生長和酶促反應的加速[1-2]。CO2通過降低產(chǎn)品的pH、增加細胞膜的離子通透性以及抑制酶的活性來達到抑菌作用。Nagel和King[3]的研究表明CO2能干擾假單胞菌等腐敗菌的新陳代謝,同時還影響微生物的酶法脫羧,對大多數(shù)需氧微生物和霉菌表現(xiàn)出顯著的抑制作用。N2作為填充氣體能緩解CO2造成的包裝塌陷,同時可以防止霉菌和寄生蟲的生長、脂肪氧化酸敗等[4]。

已有的研究關(guān)于冷鮮豬肉氣調(diào)包裝最佳氣體比例的研究結(jié)果各不相同:成培芳等[5]認為氣調(diào)包裝混合氣體比例為50% O2、40% CO2、10% N2時,可保持冷卻豬肉良好的色澤和適宜的pH;王永剛等[6]優(yōu)化冷鮮豬肉氣調(diào)保鮮的最佳氣體比例為CO275%、O210%、N215%,可使其在18 d內(nèi)保持二級鮮度;章建浩等[7]研究發(fā)現(xiàn)O2和CO2顯著影響冷鮮豬肉的pH、細菌總數(shù)和大腸桿菌MPN,適宜的氣調(diào)氣體配比為70% O2和30% CO2。研究結(jié)果的差異一方面在于評價指標的不同,另一方面受氣體配比設計隨機性強的影響。混料設計可通過較少的實驗次數(shù),利用回歸分析得到較佳的配比[8]。其中單純形-重心設計作為混料配方設計中最基本的設計方案,在產(chǎn)品配方優(yōu)化研究方面應用廣泛[9-11],但在冷鮮豬肉氣調(diào)包裝氣體比例優(yōu)化中的應用尚鮮見報道。

本文采用三因素單純形-重心設計考察不同O2、CO2和N2比例對冷鮮豬肉貯藏過程中菌落總數(shù)、揮發(fā)性鹽基氮、pH和感官品質(zhì)的影響,進一步篩選響應值建立回歸模型,優(yōu)化并驗證得到冷鮮豬肉氣調(diào)保鮮的最佳氣體比例。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

冷鮮豬里脊肉湖北武漢市中百倉儲常青花園店;平板計數(shù)瓊脂(PCA)山東青島高科園海博科技生物技術(shù)有限公司;硼酸、氧化鎂、氯化鈉、乙醇、甲基紅國藥集團化學試劑有限公司;溴甲酚綠科密歐化學試劑有限公司。

BC-220SE型海爾電冰柜青島海爾科技有限公司;SW-CJ-2FD型雙人單面凈化工作臺蘇州凈化設備有限公司;DHP-9082型電熱恒溫培養(yǎng)箱上海一恒科學儀器有限公司;FSH-2A型可調(diào)高速勻漿機金壇市醫(yī)療儀器廠;手提式蒸汽不銹鋼消毒器(滅菌鍋)上海三申醫(yī)療器械有限公司;CP214(C)型電子天平奧豪斯儀器(上海)有限公司;FD-Z1型氣調(diào)包裝機上海福帝包裝機械有限公司;YP2002型電子天平上海菁海儀器有限公司;臭氧發(fā)生器濟南奧洋環(huán)?？萍加邢薰尽?/p>

1.2實驗方法

1.2.1混料實驗設計采用軟件SAS V8混料設計中的單純形-重心設計方法,以O2、CO2和N2各自所占氣體總體積百分比為實驗因素,獲得不同的氣調(diào)配比組合,如表1所示。

1.2.2冷鮮豬肉的氣調(diào)保鮮工藝提前清洗器具和操作臺,并采用臭氧和紫外輻照對操作環(huán)境殺菌。將冷鮮豬里脊肉以約100 g/塊分割置于氣調(diào)包裝盒內(nèi),隨機分為8組,每組18盒。各實驗組參考表1氣體比例進行氣調(diào)包裝,對照組采用保鮮膜進行簡易覆裹。將各組冷鮮肉立即置于4℃冷藏,并間隔2 d分析檢測冷鮮肉初始(0 d)至貯藏第10 d的品質(zhì)指標。

表1　單純形-重心設計冷鮮豬肉氣調(diào)包裝的氣體比例

1.2.3分析方法菌落總數(shù)測定:具體步驟參照GB 4789.2-2010 《食品微生物學檢驗菌落總數(shù)測定》進行[12],檢驗結(jié)果以lg cfu/g表示。評價標準:菌落總數(shù)≤104cfu/g,新鮮肉;104cfu/g<菌落總數(shù)≤106cfu/g,次鮮肉;菌落總數(shù)>106cfu/g,變質(zhì)肉。

揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N值)的測定:按GB/T5009.44-2003《肉與肉制品衛(wèi)生標準的分析方法》中的半微量定氮法進行測定[13]。評價標準:TVB-N值≤ 15 mg/100 g,一級鮮度;15 mg/100 g

pH的測定,具體步驟參照GB/T5009.44-2008《肉與肉制品pH測定》中方法進行[14]。評價標準:一級鮮度pH為5.8～6.2,二級鮮度pH為6.3～6.6,變質(zhì)肉pH為6.7以上。

感官評價:參考GB2707-2005《鮮(凍)畜肉衛(wèi)生標準》[15],評定人員以冷鮮豬肉的色澤、氣味、彈性、組織形態(tài)為指標進行感官評分,如表2所示。評價標準:感官評分≥80,一級鮮度;60≤感官評分<80,二級鮮度;感官評分<60,變質(zhì)肉。

表2　冷鮮豬肉的感官評分標準

表3　不同氣體比例對冷鮮豬肉菌落總數(shù)變化的影響(lg cfu/g)

注:不同小寫英文字母表示同一貯藏期時組間菌落總數(shù)存在顯著性差異(p<0.05);*(p<0.05)和**(p<0.01)表示同組內(nèi)不同貯藏時間的菌落總數(shù)顯著高于初始值(0 d)。

表4　不同氣體比例對冷鮮豬肉TVB-N值的影響(mg/100 g)

注:不同小寫英文字母表示同一貯藏期時組間揮發(fā)性鹽基氮值存在顯著性差異(p<0.05);*(p<0.05)和**(p<0.01)表示同組內(nèi)不同貯藏時間的揮發(fā)性鹽基氮值顯著高于初始值(0 d)。

氣調(diào)比例的優(yōu)化:以O2(X1)、CO2(X2)和N2(X3)的體積百分比為實驗因素,分別建立以第8 d菌落總數(shù)(Y1)、第8 d TVB-N值(Y2)、第10 d菌落總數(shù)(Y3)、第10 d TVB-N值(Y4)、第8 d加權(quán)值(Y5)、第10 d加權(quán)值(Y6)為考察指標的回歸模型,其中,Y5=(0.5Y1i/(Y1+0.5Y2j/(Y2)×100,Y6=(0.5Y3i/(Y3+0.5Y4j/(Y4)×100。

式中:0.5-為菌落總數(shù)值和TVB-N值的權(quán)重;Y1i-為i組第8 d的菌落總數(shù);(Y1-為1～7組在第8 d的菌落總數(shù)總平均值;Y2j-為j組第8 d的TVB-N;(Y2-為1～7組在第8 d的TVB-N總平均值;Y3i-為i組第10 d的菌落總數(shù);(Y3-為1～7組在第10 d時的菌落總數(shù)總平均值;Y4j-為j組第10 d時的TVB-N;(Y4-為1～7組在第10 d的TVB-N總平均值。

1.3數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用SAS V8軟件(SAS公司)進行單純形-重心設計和數(shù)據(jù)分析,通過PROC NLP程序分析響應值取極小值時的因素水平。采用SPSS19軟件(IBM公司)進行單因素方差分析和Pearson相關(guān)性檢驗,組間數(shù)據(jù)的顯著性差異采用S-N-K檢驗,顯著性水平為0.05。

2　結(jié)果與討論

2.1不同氣體比例對冷鮮豬肉菌落總數(shù)變化的影響

如表3所示,各組冷鮮豬肉的菌落總數(shù)隨著時間的延長均呈上升趨勢,但不同氣體比例下的微生物生長表現(xiàn)明顯不同。在2～10 d的貯藏期內(nèi),對照組的菌落總數(shù)明顯高于其他組,其第6 d的菌落總數(shù)已超過107cfu/g,說明此時冷鮮豬肉已變質(zhì)。各實驗組在第2、6、8 d的菌落總數(shù)均顯著低于對照組(p<0.05)。其中組3和組5的冷鮮豬肉在第8 d仍保持次鮮肉的菌落總數(shù)標準。組3和組5表現(xiàn)出較強的抑菌作用,其菌落總數(shù)在第10 d才發(fā)生顯著增加(p<0.05)。高濃度的CO2對細菌具有較強的抑制作用,與段靜蕓[16]報道的CO2含量越高,對細菌的抑制作用越強的研究結(jié)果相似。適量O2可抑制厭氧菌的生長繁殖,但隨著氧氣的增加會降低CO2對微生物的抑制作用。

2.2不同氣體比例對冷鮮豬肉揮發(fā)性鹽基氮變化的影響

表5　不同氣體比例對冷鮮豬肉pH變化的影響

注:不同小寫英文字母表示同一貯藏期時組間pH存在顯著性差異(p<0.05);*(p<0.05)和**(p<0.01)表示同組內(nèi)不同貯藏時間的pH顯著高于初始值(0 d)。

表6　不同氣體比例條件下冷鮮豬肉感官評分

注:不同小寫英文字母表示同一貯藏期時組間感官評分存在顯著性差異(p<0.05);*(p<0.05)和**(p<0.01)表示感官評分顯著高于同組第2 d的感官評分。

TVB-N值是反映冷鮮豬肉新鮮度的指標,隨著貯藏期的延長其逐漸增大,如表4所示。對照組在貯藏期間始終保持較高的TVB-N值,并在第10 d時顯著高于其他所有實驗組(p<0.05),且根據(jù)TVB-N值界定為變質(zhì)肉。貯藏至第4 d時,所有實驗組的TVB-N均顯著高于其初始值(p<0.05)。貯藏至第10 d時,組2、3、5的TVB-N值仍處于一級鮮度范圍,而其余實驗組為二級鮮度。高氧氣濃度,會促進肉制品中假單胞菌和腸桿菌科菌的繁殖,從而分解蛋白質(zhì)產(chǎn)生有異味的含硫化合物、胺類等,使TVB-N值升高[17]。而本研究中,高氧濃度貯藏初期表現(xiàn)出較強的TVB-N生成抑制作用。

2.3不同氣體比例對冷鮮豬肉pH變化的影響

不同氣體比例對冷鮮豬肉貯藏期間pH的影響由表5可見,對照組的pH在第4 d和第6 d均顯著高于各實驗組(p<0.05)。各實驗組pH均隨貯藏時間的延長而增加,且在第4 d時均顯著高于初始值(p<0.05)。而各組之間的變化差異并無規(guī)律可循。冷鮮豬肉貯藏期間的pH變化可能主要受兩方面因素的影響:產(chǎn)乳酸的微生物生長繁殖導致的pH降低,以及產(chǎn)生胺類物質(zhì)的微生物生長繁殖導致的pH增大[18]。

2.4不同氣體比例對冷鮮豬肉感官品質(zhì)變化的影響

冷鮮豬肉的感官評價主要關(guān)注其顏色、氣味、組織狀態(tài)等方面的變化,如氣味惡化和表面發(fā)粘,設定冷鮮豬肉初始感官評分為100。由表6可見,各組冷鮮肉的感官評分隨著貯藏時間的延長逐漸下降,其中對照組的感官評分至第2 d起便顯著低于其他實驗組(p<0.05)。對照組在第4 d時有明顯異臭氣味,而組3在貯藏期間始終保持有良好的鮮紅色澤,且其第8 d的感官評分顯著高于其他實驗組(p<0.05)。

2.5氣調(diào)包裝冷鮮豬肉品質(zhì)指標的相關(guān)性

由氣調(diào)包裝冷鮮豬肉品質(zhì)指標的Pearson相關(guān)性分析可見(表7),菌落總數(shù)、TVB-N值、pH和感官評分兩兩之間均存在極顯著的相關(guān)性(p<0.01)。微生物的生長繁殖是致使冷鮮豬肉品質(zhì)下降的重要誘因,造成TVB-N值和pH的增加及感官品質(zhì)的降低。

表7　氣調(diào)包裝冷鮮豬肉品質(zhì)指標的Pearson相關(guān)性

注:**表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

2.6氣調(diào)包裝冷鮮豬肉氣體比例的優(yōu)化及驗證

第8 d和第10 d的實驗結(jié)果歸納如表8所示。通過對Y1至Y66組回歸模型進行分析,并解析響應值為極小值時的因素水平,得到6組最佳的氣體配比,如表9所示。按表9中優(yōu)化氣體比例進行比較驗證,其結(jié)果見圖1和圖2。因前期組6的氣體比例對冷鮮豬肉品質(zhì)維持效果較好,故選作陽性對照。

表8　單純形-重心設計實驗結(jié)果

表9　回歸模型及優(yōu)化氣體比例結(jié)果

由圖1知,在貯藏期間,各組的菌落總數(shù)隨著時間的延長呈上升趨勢。對照組在第8 d與實驗組3′、4′、5′組的菌落總數(shù)值差異不顯著(p>0.05),但到第10 d時均顯著高于各實驗組(p<0.05)。實驗組6′和6在冷藏期間菌落總數(shù)較低,第10d時菌落總數(shù)分別為6.08 lg cfu/g和5.79 lg cfu/g。

圖1　不同氣體比例對冷鮮豬肉菌落總數(shù)值的影響Fig.1　Effect of different gas mixture ratio on the change of total bacteriacount of chilled meat注:不同小寫英文字母表示同一時間組間菌落總數(shù)存在顯著性差異(p<0.05)。

由圖2知,在貯藏期間,各組的TVB-N值隨著時間的延長呈上升趨勢。對照組在第8 d時與實驗組4′、6′、6的TVB-N值差異不顯著(p>0.05),但到第10 d時與各組的TVB-N值均呈顯著差異(p<0.05)。實驗組6′和2′在冷藏期間TVB-N值保持在較低范圍內(nèi),第10 d的TVB-N值分別為15.12、17.45 mg/100 g。經(jīng)過驗證實驗最終確定冷鮮豬肉氣調(diào)包裝的最優(yōu)氣體比例為22%O2和78%CO2(組6′)。

圖2　不同氣體比例對冷鮮豬肉TVB-N值的影響Fig.2　Effect of different gas mixture ratio on the change of TVB-N of chilled meat注:不同小寫英文字母表示同一時間組間揮發(fā)性鹽基氮值存在顯著性差異(p<0.05)。

3　結(jié)論

采用單純形-重心設計考察不同氣體比例的氣調(diào)保鮮對冷鮮豬肉品質(zhì)的影響,通過與對照組比較發(fā)現(xiàn),適宜的氣體配比能有效抑制微生物的生長、減少揮發(fā)性鹽基氮的生成、提高成品的感官品質(zhì)。進一步篩選貯藏至第8 d和第10 d的菌落總數(shù)、TVB-N及二者加權(quán)值建立6個回歸模型,優(yōu)化并驗證得到冷鮮豬肉的最優(yōu)氣調(diào)比例為22% O2和78% CO2,在此條件下,氣調(diào)包裝冷鮮豬肉貯藏至第8 d的菌落總數(shù)和TVB-N值分別為5.85 lg cfu/g和14.00 mg/100 g,相比對照組可延長產(chǎn)品貨架期達5 d。

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Optimization of gas mixture ratio of modified atmosphere packaging for chilled meat by simplex-centroid design

KONG Ping1,Sun Jie1,YI Yang1,2,HOU Wen-fu1,2,MIN Ting1,2,WANG Hong-xun1,2,*

(1.College of Food Science &Engineering,Wuhan Polytechnic University,Wuhan 430023,China; 2.Engineering Research Center for Fresh Food in Hubei Province,Wuhan 430023,China)

The gas mixture ratio of modified atmosphere packaging for chilled meat was optimized to strengthen preservation effects.Based on simplex-centriod design,total bacteria count,total volatile basic nitrogen(TVB-N)value,pH value and sensory score were used as indices to evaluate the effect of gas mixture ratio(O2,CO2and N2)on chilled meat.Compared with the control group of pallet packing,a fitting mixture of gas could obviously inhibit bacterial growth,reduce TVB-N production and maintain sensory quality.The indices showed significant correlations with each other(p<0.01).Total bacteria count,TVB-N value and their weighted value measured at the 8thday and the 10thday were selected to establish six regression mathematical models with three factors including O2percentage,CO2percentage and N2percentage,followed by optimizing the gas mixture ratio independently.The optimum gas ratio was confirmed to be 22% O2and 78% CO2after comparative investigation on the preservation effects on chilled meat.Under this condition,the total bacteria count and TVB-N value of chilled meat kept at the 8thday was respectively 5.85 lg(cfu/g)and 14.00 mg/100 g,and the shelf life comparing with that of pallet packing was extended for 5 days.

chilled meat;modified atmosphere packaging;simplex-centroid design

2015-09-17

孔萍(1991-),女,碩士研究生,研究方向:食品加工與安全,E-mail:pinkkp0808@163.com。

王宏勛(1977-),男,博士，教授,研究方向:食品加工與安全,E-mail:wanghongxunhust@163.com。

湖北省科技支撐計劃項目(2014BBB012;2014BBA207)。

TS251.5+1

A

1002-0306(2016)07-0310-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.07.051