冷鮮牛肉復合涂膜配方優化 及質構變化分析

齊 文,高 陽,林 穎,李一澍,溫玉寧,付昱東,尚宏麗,*

(1.錦州醫科大學,遼寧錦州 121001; 2.江蘇新晨醫藥股份有限公司,江蘇連云港 222000)

冷鮮牛肉是指牛屠宰后其胴體體溫在24 h內迅速冷卻至0～4 ℃,并在后續分割、貯藏、流通以及銷售過程中始終保持0～4 ℃范圍內的鮮牛肉[1]。冷鮮牛肉非常容易變質,導致肌紅蛋白氧化使其呈現褐色,微生物迅速繁殖,嚴重影響肉的品質等,貨架期基本在3 d以內[2]。可食性涂膜保鮮技術是近年來研究者所青睞的食品保鮮技術,被廣泛應用在果蔬、豬肉、蛋品[3-5]等物料保鮮過程中。涂膜保鮮主要利用多種原料協同抗氧化作用的特點,常用有VC和VE以及茶多酚以及糖類天然防腐劑[6]等。

海藻糖作為一種新型非還原性雙糖,可以提高生物體對逆境條件的抗性[7]。對生物體具有防腐、抗高滲、抗凍保護等作用,作為糖類天然防腐劑,在肉及肉制品中防腐過程中具有重要作用[8]。葡萄籽精油[9]和茶多酚[10]可以抵抗自由基,具有抗老化和抗菌、殺菌的作用,而茴香精油[11]則有鎖水性能,保濕效果好的特點。

本實驗擬以海藻糖為基礎,融合葡萄籽精油、茶多酚和茴香精油制作復合涂膜保鮮劑保鮮冷鮮牛肉。利用響應面法優化復合海藻糖保鮮液膜配方,研制開發一種全新的冷鮮牛肉保鮮液膜,同時探討優化涂膜配方對冷鮮牛肉質構的影響,以期為延長冷鮮牛肉的貨架期提供一定數據參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

冷鮮牛肉 遼寧省錦州市農貿市場;葡萄籽精油 江西健民天然香料油廠;八角茴香精油 河南名瑞食品添加劑有限公司;以上植物精油均為100%純植物精油；茶多酚 食品級，上海夢荷生物有限公司;其他試劑 均為化學分析純。

A28603型pH計 臺灣衡欣科技股份有限公司;DS-I型組織搗碎機 德州潤昕實驗儀器有限公司;ZS-100型封口機 江蘇南京星火包裝機械有限公司;YXQ型手提式壓力蒸汽消毒器 無錫市第二醫療器械有限公司;RH-N50型嫩度儀 廣州潤湖儀器有限公司;TA-XT2i型質構儀 美國FTC公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 單因素試驗 將冷鮮牛肉在無菌的操作下平均切分成4個處理組,不同處理組分別設置四個濃度,分別是海藻糖組,濃度分別為(0%(對照組)、2%、4%、6%)、葡萄籽精油組,濃度分別為(0%(對照組)、0.1%、0.15%、0.2%)、茶多酚組濃度分別為(0%(對照組)、0.15%、0.2%、0.25%)、八角茴香精油組,濃度分別為(0%、0.05%、0.1%、0.15%)。每個濃度處理冷鮮牛肉200 g,在不同處理組中浸泡5 s,取出放置在消毒后的網篩中瀝水4 min,然后放在消毒保鮮袋中,標記、編號,每個濃度處理組3次重復。最后將樣品放置于0～4 ℃的溫度下保存0～20 d,每4 d進行各組揮發性鹽基氮(TVB-N)值測定。

1.2.2 響應面試驗設計 冷鮮牛肉腐敗變質最主要的指標評定就是TVB-N值的值[12],在單因素實驗的前提下確立Box-Benhnken設計的自變量,以冷鮮牛肉TVB-N值為響應面值,優化復合海藻糖保鮮液膜配方。

表1 響應面試驗因素水平表Table 1 Factors and levelsTable of response surface analysis

1.2.3 TVB-N值測定 按照國標(GB/T 5009.44-2003)法測定TVB-N值含量。評價標準為:一級鮮度≤15 mg/100 g,15 mg/100 g<二級鮮度≤20 mg/100 g,變質肉>20 mg/100 g[13]。

1.2.4 質構分析 參考Millette等[14]硬度測定方法:采用質構儀進行TPA質地多面剖析測定,測定時,取最優配方處理后冷鮮牛肉與未做處理新鮮牛肉,按照垂直于冷鮮肉表面測定。測定條件為:探頭型號為P/35;壓縮變形率為20%;測前速度與測后速度都設定為1 mm/s,測試速度為60 mm/s,可恢復時間為5 s,預測試速度為2 mm/s,回程距離彈起高度值為20 mm。以質構曲線第一個峰高為最大力,即為硬度(N)。每組樣品隨機選取肉樣,測定3次,取平均值。

1.2.5 pH的測定 參考GB 5009.237-2016《食品安全國家標準 食品pH的測定》進行測定,確定其肉樣的鮮度等級。其中pH在5.8～6.2之間為一級鮮度;pH在6.3～6.6之間為二級鮮度;pH高于6.7為變質肉。冷鮮牛肉涂膜處理(涂膜處理組)與未做處理(空白組),將樣品放置于0～4 ℃的溫度下保存0～20 d,每4 d進行pH的測定。

1.2.6 菌落總數檢測 根據GB 4789.3-2016食品安全國家標準中方法,測定肉樣中菌落總數。菌落總數以菌落形成單位(colony-formingunits,CFU)表示。選取菌落數在30～300 CFU之間,無蔓延菌落生長的平板計算涂膜處理組和空白組的菌落總數。每個稀釋度的菌落數應采用兩個平板的平均數。

1.3 數據統計分析

數據利用SPSS 19.0和Excel 2007以及Design-Expert 7.1軟件進行統計分析,數據以平均值±標準差計。

2 結果與分析

2.1 不同濃度海藻糖涂膜對冷鮮牛肉貯藏期間TVB-N值的影響

由圖1可以看出,隨著貯藏時間延長,TVB-N值也隨之增加,而對照組的TVB-N的值增加的最快。貯藏16 d后,添加海藻糖的冷鮮牛肉TVB-N值逐漸趨于穩定。從實驗結果來看,當海藻糖的濃度在4%時,在16 d以后,TVB-N的值仍然小于20 mg/100 g,此時對照組大于二級鮮度的指標。說明海藻糖對冷鮮牛肉的抗菌和保鮮有著一定的作用。添加量4%海藻糖組,其冷鮮牛肉TVB-N的值最低,因此海藻糖添加量4%為響應面試驗的基礎水平值。

圖1 不同濃度海藻糖處理冷鮮牛肉對其TVB-N值的影響Fig.1 Effects of different concentrations of trehalose on the value of volatile salt-based nitrogen

2.2 不同濃度葡萄籽精油涂膜對冷鮮牛肉貯藏期間TVB-N值的影響

如圖2所示,隨著貯藏時間延長,TVB-N值總體呈上升趨勢,而對照組的TVB-N值增加較快。對照組與葡萄籽精油組貯藏前4 d,差異不明顯,4 d后,葡萄籽精油組TVB-N值增加緩慢且低于對照組,這說明葡萄籽精油對冷鮮牛肉表面的抑菌作用明顯,當葡萄籽精油的濃度達到0.15%時,在冷藏20 d后TVB-N值為18.435 mg/100 g。從實驗結果看,選擇葡萄籽精油的濃度在0.15%最宜。

圖2 不同濃度葡萄籽精油處理 冷鮮牛肉對其TVB-N值的影響Fig.2 Effects of different concentrations of grape seed oil on the value of volatile salt-based nitrogen treated with chilled beef

2.3 不同濃度茶多酚涂膜對冷鮮牛肉貯藏期間TVB-N值的影響

如圖3所示,對照組的TVB-N值(TVB-N)的值變化迅速,而其它實驗組相對來說上升緩慢。根據國家食品添加劑使用限量茶多酚最大使用濃度為10 g/L[15]。從圖3中可以看出,各組的TVB-N值隨著貯藏時間延長而呈現上升趨勢,各組TVB-N的值在前8 d差異不顯著,之后呈現逐漸升高的趨勢其之間差異性顯著(p<0.05)。茶多酚的濃度0.20%的實驗組TVB-N值顯著低于其它處理組(p<0.05),這說明茶多酚濃度為0.2%時,對冷鮮牛肉表面的抗菌作用明顯。這與研究者姜紹通等[6]利用茶多酚和大蒜素在冷鮮豬肉涂膜保鮮中,其茶多酚比例為0.7%不同,這可能是由于冷鮮豬肉和牛肉汁液流失率和質構不同引起的。

圖3 不同濃度茶多酚處理冷鮮牛肉對其TVB-N值的影響Fig.3 Effects of different concentrations of tea polyphenols on the value of volatile salt-based nitrogen treated with chilled beef

2.4 不同濃度八角茴香精油涂膜對冷鮮牛肉貯藏期間TVB-N值的影響

如圖4所示,隨著貯藏時間延長,各組TVB-N值總體呈上升趨勢,而對照組的TVB-N值增加較快。八角茴香精油組貯藏16 d時,TVB-N值顯著高于對照組(p<0.05),相比于前16 d,16 d后,各處理組的TVB-N值增加迅速，這說明八角茴香精油對冷鮮牛肉表面的抗菌作用明顯,當該精油的濃度達到0.05%時,冷藏時間在16 d時TVB-N值仍在19.314 mg/100 g。而其他4組的TVB-N值均高于0.05%組,并且在色澤和風味上都明顯不如0.05%組。因此,從實驗結果得到,八角茴香精油濃度取0.05%作為基礎設計響應面值最為適宜。

圖4 不同濃度八角茴香精油處理 冷鮮牛肉對其TVB-N值的影響Fig.4 Effects of different concentrations of octagonal anise oil on the value of volatile salt-based nitrogen treated with chilled beef

2.5 響應面試驗結果

利用Box-Behnken試驗設計原理,設計三水平的響應面分析,結果見表2,將得到的實驗數據采用Design-Expert 7.1軟件來進行多元回歸擬合,得到TVB-N值對海藻糖(A)、葡萄籽精油(B)、茶多酚(C)、八角茴香精油(D)的二次多項回歸方程:

表2 響應面試驗設計及結果Table 2 Experimental design and results for response surface analysis

Y(mg/100 g)=6.109+2.389A+2.1006B-1.785C+1.397D+0.7278AB+0.7758AC+0.8255AD+0.3223BC+0.7155BD+0.61CD+2.15A2+3.07B2+2.34C2+2.91D2

由表3可知,模型的F值是26.86,p<0.0001,表明所得回歸模型達到極顯著水平。此方程能夠表達響應值和各因素之間的真實關系,失擬項p=0.0793>0.05不顯著。說明所得模型與實際應用情況擬合較好。R2=0.9564,這也證明模型預測值與實測值之間有很高的相關性[16]。方程一次項A、B、C、D的p值和方程二次項A2、B2、C2、D2的p值都小于0.001,表明其對TVB-N值的影響極顯著;其交互作用項AB、AC、AD、BC、BD、CD的p值均大于0.05,說明海藻糖、葡萄籽精油、茶多酚和八角茴香精油之間的交互作用對指標的影響不顯著。各個因素對TVB-N值影響大小順序為:海藻糖(A)>葡萄籽精油(B)>茶多酚(C)>八角茴香精油(D)。

表3 回歸模型和方差分析Table 3 Analysis of variance for the regression model

2.6 響應面優化分析

復合海藻糖中各主要成分對TVB-N值的響應面圖見5(a)～圖5(f)。投影面是等高線圖,等高線的輪廓反映了相互作用的強度,橢圓形和馬蹄形表示兩因素交互作用較為顯著,而圓形則表示不顯著,響應面的陡峭程度和等高線圖的稀疏程度也可反映交互作用的強弱[17-19]。在圖5(a)中,葡萄籽精油和海藻糖的等高線圖比較稀疏,因此海藻糖和葡萄籽精油的相互作用較弱。由圖5(b)可知,海藻糖和茶多酚響應面圖曲線較平緩,因此海藻糖和茶多酚的相互作用比較弱。在圖5(c)中,海藻糖和八角茴香精油的等高線圖也較為稀疏,所以相互作用也較弱。由圖5(d)～圖5(f)中,可以看出響應面都比較平緩并且等高線稀疏,因此可以得到海藻糖(A)、葡萄籽精油(B)、茶多酚(C)和八角茴香精油(D)之間的相互作用比較弱。

圖5 各因素交互作用對TVB-N值影響的響應面圖Fig.5 Response surface of interaction on TVB-N value

2.7 響應面法優化復合涂膜最佳配比參數的優化及其驗證

利用響應面設計軟件Design Expert 7.1進行優化處理,其中遵循的原則是TVB-N值越低越好。優化后得到的最優配方為:海藻糖4.510%、葡萄籽精油0.176%、茶多酚0.221%和八角茴香精油0.164%,在此條件下由響應面模型預測TVB-N值為6.300 mg/100 g。結合實際操作的可行性,校正最佳配比為海藻糖4.5%、葡萄籽精油0.2%、茶多酚0.2%和八角茴香精油0.2%,經過三次重復實驗所得的TVB-N值為6.809 mg/100 g,與預測值6.300 mg/100 g相比,相對偏差均小于1%。回歸分析和實驗表明,采用響應面分析方法合理、可行。因此,此涂膜配方模型可以應用于冷鮮牛肉涂膜保鮮。

2.8 冷鮮牛肉質構分析

圖6為采用最優涂膜配方處理冷鮮牛肉(涂膜處理組)在4 ℃冷藏16 d后質構分析圖。其質構結果與空白組比較見表4。

表4 冷鮮牛肉涂膜處理后的質構分析Table 4 Texture analysis of cold beef coating

圖6 涂膜處理對冷鮮牛肉質構特性的影響Fig.6 Effect of coating treatment on texture characteristics of cold beef

冷鮮牛肉經過涂膜處理并貯藏16 d后,其硬度均比鮮肉組略微降低,但粘附性上升了13.4%,而咀嚼性和彈性出現輕微下降。這說明經過優化配方涂膜處理后冷鮮牛肉質構得到了有效保持,貯藏16 d,其質構除了粘附性外,其他指標均受到影響微小,粘附性升高,可能是由于冷鮮牛肉表面受到微生物等污染[20],導致其值升高。這也驗證了最優涂膜配方可以有效維持冷鮮牛肉冷藏期間質構參數。

2.9 冷鮮牛肉pH的變化

從圖7中可以看出,空白組冷鮮牛肉pH在第8 d時達到6.7,之后pH變化不明顯,說明8～20 d,空白組冷鮮肉完全處于變質肉范圍。而涂膜處理組pH在第8 d時僅為6.0,到達16 d其pH到達6.51<6.7,說明牛肉未變質。因此,涂膜處理能夠明顯抑制冷鮮牛肉pH的上升,有效抑制冷鮮牛肉變質。

圖7 涂膜處理對冷鮮牛肉pH的影響Fig.7 Effects of coating treatment on pH of cold beef

2.10 冷鮮牛肉菌落總數的變化

冷鮮牛肉經過涂膜處理后,菌落總數明顯低于空白組,空白組在貯藏第8 d時,其菌落總數超標,而涂膜處理組的冷鮮牛肉在貯藏16 d時,其菌落總數超標,保質期延長了8 d,其保鮮效果十分明顯。

表5 涂膜處理對冷鮮牛肉菌落總數的影響Table 5 Effect of coating treatment on the total number of cold fresh beef colonies

3 結論

本研究采用海藻糖、葡萄籽精油、茶多酚、八角茴香精油配置成可食用性膜溶液,對冷鮮牛肉進行涂膜保鮮,利用響應面法優化復合涂膜最佳配比為:海藻糖4.510%、葡萄籽精油0.176%、茶多酚0.221%和八角茴香精油0.164%,在此條件下由響應面模型預測TVB-N值為6.600 mg/100 g。結合實際操作的可行性,校正最佳配比為海藻糖4.5%、葡萄籽精油0.2%、茶多酚0.2%和八角茴香精油0.2%,所得TVB-N的值為6.809 mg/100 g。同時也通過質構分析,表明該配方可以有效維持冷鮮牛肉冷藏期間的質構參數,有效抑制冷鮮牛肉pH的上升和冷鮮肉菌落總數增加,從而延長保質期。因此,本方法所優化的復合海藻糖保鮮液膜對冷鮮牛肉的保鮮具有深入研究和開發的價值。