微酸性電解水冰對牛肉保鮮及抗氧化效果的影響

陸燦強,劉遠華,舒鄧群,盛孝維,占喆文,黃解珠,喬 芳,臧一天,*

(1.江西農業大學動物科學技術學院,江西南昌 330045; 2.山東省榮成市滕家畜牧獸醫站,山東榮成 264300; 3.江西生物科技職業學院,江西南昌 330200)

中國是牛肉生產大國,牛肉在中國屬于第三大肉類消費食品,僅次于禽肉和豬肉[1]。新鮮牛肉含水量高、營養豐富,易受到環境微生物污染而腐敗[2];同時,牛肉中脂類物質極易發生氧化變質[3]。目前,牛肉保鮮應用最為廣泛的方式有3類[4]:一是通過低溫儲藏、輻射保鮮、氣調包裝、真空包裝等物理方式,二是通過添加防腐劑和抗氧化劑等化學方式,三是通過添加從動植物或微生物提取的天然物質等生物保鮮方式;然而,這些方式存在保鮮效果不佳或成本過高等問題。因此,開發高效、成本低廉和綠色安全的保鮮方式顯得尤為重要。

微酸性電解水(Slightly acidic electrolyzed water,SAEW;pH5.0～6.5)擁有較高的抗菌性能,因生產成本低廉、作用完全后化為普通水、無毒害,在食品保鮮中極具應用潛力[5]。目前多數研究認為電解水殺菌的主要因素是有效氯成份[6-7],有效氯成份主要是Cl2、ClO-以及HClO形成的氯混合物。Guentzel等[6]報道中性電解水的抗菌性能取決于HClO和ClO-的濃度;Zang等[7]認為,SAEW的有效氯成份主要是以HClO形式存在,HClO滲入細胞內部分解,通過形成氯離子和新生態氧,利用新生態氧的強氧化性與細菌蛋白質發生氧化,使細菌結構蛋白發生變性,進而導致細菌失活。Athayde等[8]研究發現SAEW可以減少冷藏豬肉中嗜溫和嗜冷微生物,從而提高其保鮮時間;Tango等[9]曾利用SAEW對新鮮牛肉進行預處理,發現SAEW可延緩微生物和pH的增長,但其未研究SAEW對牛肉在保鮮中的抗脂類氧化性能;Sheng等[5]試驗SAEW對冷藏(4 ℃)牛肉的保鮮,并研究其對牛肉的抗脂類氧化功能,研究發現,SAEW可延長牛肉的保鮮期至14 d,但硫代巴比妥酸(Thiobarbituric acid,TBA)與無處理組差異不顯著(P>0.05),其研究認為SAEW無法對牛肉在保鮮期間的脂類氧化起到明顯的抑制作用。然而,抑制脂類氧化是牛肉保鮮的關鍵。因此,如何提高微酸性電解水對牛肉在保鮮期間抗脂類氧化效果便成為亟待解決的問題。

微酸性電解水結合冰溫技術在水產品的保鮮中體現出較好抗氧化效果。王萌[10]研究發現,微酸性電解水冰(Slightly acidic electrolyzed water ice,SAEW-ice)在一定程度上抑制南美白對蝦保鮮期間TBA的生成;Xuan等[11]也發現SAEW-ice在魷魚的保鮮過程中體現出了抗氧化作用。然而,目前對于SAEW-ice對畜禽肉產品的保鮮及抗脂類氧化的研究未見報道,利用SAEW-ice并協同冰溫對牛肉進行保鮮,可能會抑制牛肉在保鮮期間的脂類氧化。

因此,本文利用SAEW和天然保鮮劑茶多酚(Tea polyphenols,Tpp)溶液分別對牛肉浸泡預處理后,將其存放在裝有SAEW-ice和茶多酚冰(Tea polyphenols ice,Tpp-ice)的泡沫箱內,-1 ℃冰溫儲藏;檢測樣品菌落總數、pH、揮發性鹽基總氮(Total volatile basic nitrogen,TVB-N)以及硫代巴比妥酸(Thiobarbituric acid,TBA),據此評價SAEW-ice和Tpp-ice對牛肉的保鮮及抗脂類氧化效果。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

牛后臀肉 南昌市銅鑼灣廣場某超市(屠宰分割后冷鏈運輸至超市冷庫排酸、宰后約12 h帶至實驗室);茶多酚 金克隆生物安全技術有限公司,食品級,菌落總數<100 CFU/g,多酚>99.8%;營養瓊脂 北京奧博星生物技術有限責任公司;2-硫代巴比妥酸 化學純,江西冠茵生物技術有限公司。

BSA822電子天平 賽多利斯股份公司;YXQ-LS-50SII高壓滅菌鍋 上海博迅實業限公司醫療設備廠;YJ-VS超凈工作臺 無錫一凈凈化設備有限公司;PYX-DHS-40X50-B5II隔水式電熱恒溫培養箱、DL-CJ-1DN凱氏定氮儀、DK-8D電熱恒溫水槽 上海躍進醫療器械公司;ZD-85氣浴恒溫振蕩箱 常州榮華儀器制造有限公司;BC/BD-379HK電冰柜 青島海爾特種電冰柜有限公司;752N紫外分光光度計 上海精密科學儀器有限公司;聚苯乙烯泡沫箱(300 cm×185 cm×150 cm) 南昌市經開區正紅日用商品經營部,食品級。

1.2 實驗方法

1.2.1 SAEW-ice的制備 SAEW的制取采用本實驗室自制的裝置,其結構圖見圖1。該裝置基本結構包括以下幾部分:電源系統(可將交流電源轉為直流電)和控制器、鈦鉑合金電極、電解槽;板狀鍍鉑鈦合金電極板(長22 cm寬9 cm,厚0.6 cm)、電解槽(長30 cm,寬10 cm,高20 cm,容量6 L)、卡槽(間隔15 cm)。質量分數為0.2% NaCl溶液,經電解40 min后,SAEW有關參數為:有效氯(Available chlorine concentration,ACC)濃度為31.00±1.27 mg/L、pH為6.38±1.25、氧化還原電位(Oxidation-Reduction Potential,ORP)值為870～900 mV。SAEW現產現用,每次實驗前測量其pH、ORP值和ACC值;隨后將其倒入密封袋,置于-36 ℃冰箱內24 h,制成SAEW-ice;最后將冰塊破碎約為1 cm×1 cm×1 cm的碎冰,置于泡沫箱。

圖1 微酸性電解水生成示意圖Fig.1 Schematic diagram of slightly acidic electrolytic water generation

1.2.2 Tpp-ice制備 參考林靜[12]和焦興弘[13],本試驗Tpp的濃度設為0.1%,pH為6.30±0.15;取1.0 g Tpp加入1.0 L的滅菌蒸餾水中,攪拌,溶解后置于密封袋,放入-36 ℃冰箱內冰凍,制成Tpp-ice;最后將冰塊敲碎約為1 cm×1 cm×1 cm的碎冰,置于泡沫箱。

1.2.3 滅菌水制冰 取適量滅菌蒸餾水裝于密封袋中,放入-36 ℃冰箱內冰凍,制成滅菌水冰塊;最后將冰塊敲碎約為1 cm×1 cm×1 cm的碎冰,置于泡沫箱。

1.2.4 樣品準備與處理 在無菌操作臺中,將樣品修整成10.0 g左右,約5 cm×5 cm×1 cm的切塊,共90塊,分3組,每組30塊。樣品預處理及儲藏方式(見表1):處理組樣品分別經SAEW和Tpp溶液浸泡(約5 min),取出后置于無菌操作臺中瀝水(約30 min),對照組樣品無預處理;將各組樣品分別放入裝有SAEW-ice、Tpp-ice及滅菌水冰塊的泡沫箱;最后將所用泡沫箱存放于-1 ℃電冰柜(牛肉冰點溫度參考付麗等[14]的研究)。每隔3 d記錄一次各項指標的數據。

表1 三組樣品預處理及儲藏方式表Table 1 Pretreatment and storage methods of three groups of samples

1.2.5 指標測定

1.2.5.1 微生物總數的測定 參考GB/T 9695.19-2008《肉與肉制品取樣方法》[15]。在無菌條件下,稱量25.0 g樣品加入225 mL無菌生理鹽水,均質后制成1∶10的樣品勻液,并依次進行10倍遞增稀釋處理。按照GB 4789.2-2016《食品衛生微生物學檢驗菌落總數測定》[16]的方法檢測樣品菌落總數。

1.2.5.2 pH測定 參考GB/T 9695.5-2008《肉與肉制品 pH測定》[17]。取5.0 g樣品,加入45 mL蒸餾水后,均質,過濾后用pH計測出濾液pH。

1.2.5.3 TVB-N的測定 參考GB 5009.228-2016《食品中揮發性鹽基氮的測定》[18]的自動凱氏定氮法進行檢測。稱取10.0 g絞碎均勻的樣品置于錐形瓶中,加入100 mL水,振蕩30 min后過濾,稱取5 mL濾液于全自動凱氏定氮儀進行蒸餾;然后將吸收液用鹽酸標準溶液(0.01 mol/L)滴定,終點為紅紫色。同時做空白試驗。

1.2.5.4 TBA的測定 參考GB/T 5009.181-2003《豬油中丙二醛的測定》[19]的方法。取10.0 g肉樣,加入50 mL的三氯乙酸混合液,均質,振搖30 min,雙層濾紙過濾2次;取5 mL濾液,加入5 mL TBA溶液,90 ℃水浴40 min,取出冷卻1 h;8000 r/min離心5 min,加入5 mL三氯甲烷,搖勻,靜止;待分層后吸取上清液于532 nm波長處比色(空白組對照)。同時按照上述步驟做標準曲線(y=0.624x+0.0267,R2=0.9897式中:y為TBA值,x為樣品在532 nm波長處的吸光度)。

1.3 數據處理

每個樣品重復測量3次,數據用X±SD形式表示。采用Origin 9.0軟件中的“ANOVA and t-test”進行差異顯著性分析。P>0.05差異不顯著,P<0.05差異顯著。

2 結果與分析

2.1 不同處理組牛肉在貯藏期間微生物菌落數的變化

鮮肉腐敗變質最直接的原因是遭受微生物污染,鮮肉表面微生物的代謝活動,會分解蛋白質,并且產生有毒有害物質[20-21]。微生物菌落總數可用來判斷食品污染的程度[22]。從圖2可以看出,初始菌落總數在3.23～3.38 lgCFU/g;到第3 d,SAEW-ice組和Tpp-ice組的菌落總數顯著低于對照組(P<0.05);這說明SAEW-ice和Tpp-ice能有效抑制微生物初期的代謝和繁殖活動。新鮮肉中菌落總數低于6.0 lg CFU/g[23]。對照組牛肉的菌落總數在第6 d已然超標,而 SAEW-ice組到第12 d(5.76 lg CFU/g)菌落總數才接近6.0 lg CFU/g;其原因是SAEW-ice的穩定性高,發揮了良好的抑菌作用。第18 d,SAEW-ice組菌落總數為6.75 lg CFU/g,而對照組已達8.72 lg CFU/g(P<0.05);這趨勢與Sheng等[5]研究相似。這些均表明SAEW-ice(ACC 31 mg/L,pH6.38)在牛肉保鮮期抑菌效果明顯。

圖2 不同處理組牛肉在貯藏期間微生物菌落數的變化Fig.2 Changes in total viable count of different groups beef during storage

茶多酚抗菌成分主要是兒茶素,兒茶素影響細胞的滲透壓、改變細胞形態并且干擾細胞膜的形成,最終導致細菌失活;兒茶素也可改變細菌細胞內酶的活性,引起細菌細胞失活[24]。本試驗中,Tpp-ice組菌落總數到第9 d(5.83 lg CFU/g)才接近6.0 lg CFU/g,這結果與焦興弘[13]的研究基本一致;該研究指出,白牦牛肉經0.1% Tpp預處理后,明顯延緩了4 ℃冷藏過程中腐敗微生物增長速率,到第10 d菌落總數仍然在食品衛生標準規定的范圍內。

2.2 不同處理組牛肉在貯藏期間pH的變化

pH是衡量肉質好壞的重要依據[25]。不同處理組牛肉在貯藏期間pH變化見圖3,初始pH為5.44～5.56,在正常范圍內;而且初始菌落總數低(見圖2),說明初期牛肉新鮮。SAEW-ice組pH在試驗期變化不大,到第18 d其pH僅為5.83;其原因除了冰溫環境對微生物的抑制作用外,SAEW-ice的穩定性高,在較長一段時間還具有抑菌作用;這與王萌[10]研究相似,該研究指出SAEW-ice對南美白對蝦腐敗微生物具有抑制作用,第9 d后SAEW-ice組的pH顯著(P<0.05)低于對照組。

圖3 不同處理組牛肉在貯藏期間pH的變化Fig.3 Changes in pH value of different groups beef during storage

Tpp-ice組pH前6 d與SAEW-ice組區別不大而后逐漸上升,主要原因是Tpp有抗菌作用[26];而且,嗜冷微生物在冰溫環境需要一定時間適應才能恢復活力,分解蛋白質產生堿性物質[11]。對照組前期以緩慢的趨勢增長,這趨勢與崔英麗等[27]、齊文等[28]以及Sheng等[5]的研究相似;然而,這與徐宏蕾等[29]發現冷鮮牛肉前期pH會出現下降的結果不同,該研究認為冷鮮牛肉前期肌糖原糖酵解繼續產生乳酸以及腐敗微生物的酸化作用會引起pH下降。本實驗中,并未出現pH下降的情況,可能是由于不同牛個體體質以及屠宰方式存在差異;部分牛由于宰前出現應激,可導致牛肉中肌糖原含量降低,初期牛肉pH下降不明顯[30]。

2.3 不同處理組牛肉在貯藏期間TVB-N的變化

TVB-N是蛋白質在微生物或酶的分解作用下,生成帶有異味的含硫化合物、胺類等含氮物質;TVB-N是評價肉質新鮮度的重要指標[31]。不同處理組牛肉在貯藏期間TVB-N的變化見圖4,TVB-N初始值集中在7.65～7.96 mg/100 g,第6 d后SAEW-ice組和Tpp-ice組TVB-N顯著低于對照組(P<0.05),其原因是SAEW-ice和Tpp-ice都能有效抑制微生物以及酶的活力,減緩TVB-N的產生。這趨勢與付麗等[14]利用天然保鮮劑對牛肉冰溫(-1 ℃)保鮮的研究相似,其研究認為,初期牛肉新鮮且溫度較低,微生物和酶的活力較低,而后期微生物數量增多,加速了TVB-N的生成。一級新鮮牛肉的TVB-N值不高于15.0 mg/100 g[32];由此可知,對照組牛肉的TVB-N在第6 d已經超標(17.5 mg/100 g);而Tpp-ice組的TVB-N在第9 d、SAEW-ice組的在第12 d才接近其最大限量值;SAEW-ice、Tpp-ice對牛肉的保鮮作用明顯,這與徐宏蕾等[29]的報道相似。儲藏期間,SAEW-ice組、Tpp-ice組TVB-N值上升較為緩慢,而對照組一直呈現快速上升的趨勢;第18 d,對照組TVB-N高達58.5 mg/100 g。這些都表明,SAEW-ice(ACC 31 mg/L,pH6.38)和濃度為0.1%的Tpp-ice有效減緩TVB-N的積累,且SAEW-ice優于Tpp-ice。

圖4 不同處理組牛肉在貯藏期間TVB-N的變化Fig.4 Changes in total volatile basic nitrogen of different groups beef during storage

2.4 不同處理組牛肉在貯藏期間TBA的變化

脂類氧化后容易使營養價值和風味丟失,并產生難聞的氣味,引起食物保質期縮短;食物中TBA含量代表著脂類氧化程度[33]。不同處理組牛肉在貯藏期間TBA變化見圖5,初始TBA值為0.19～0.23 mg MDA/kg,說明初期牛肉脂類物質的氧化作用弱。儲藏期間,Tpp-ice組TBA值上升緩慢,到第18 d的TBA僅為0.46 mg MDA/kg,其原因是Tpp-ice對牛肉具有抗脂類氧作用;大部分氧化酶的本質是蛋白質,茶多酚可與氧化酶絡合,使其含量下降,從而減弱脂類氧化作用[34]。Tpp-ice組的試驗結果與林靜[12]用0.1%的茶多酚可顯著抑制微凍(-2.5 ℃)泥鰍脂類氧化的研究相似。

圖5 不同處理組牛肉在貯藏期間TBA的變化Fig.5 Changes in thiobarbituric acid of different groups beef during storage

然而,SAEW-ice組TBA值在儲藏期間上升明顯,趨勢與對照組基本一致;到18 d,SAEW-ice組和對照組TBA值高達1.21和1.28 mg MDA/kg,兩者差異不顯著(P>0.05)。這表明,SAEW-ice對牛肉抗脂類氧化效果不明顯,這與王萌[11]將SAEW-ice用于南美白對蝦的研究結果不同;原因可能是試驗對象的脂類物質含量存在較大差異[35-36];王水晶[37]研究認為,脂肪含量對牛肉在儲藏期間的脂類氧化有顯著影響。

值得注意的是,儲存期間SAEW-ice組的TBA增長趨勢和對照組基本相似,其菌落總數(見圖2)卻比對照組低一個數量級;可見,SAEW-ice的抑菌性能與其抗脂類物質氧化性能可能并不存在相關性。

3 結論

利用SAEW(ACC 31 mg/L、pH6.38)和0.1% Tpp溶液分別對牛肉浸泡預處理后,將其存放在裝有SAEW-ice和Tpp-ice的泡沫箱內,-1 ℃冰溫儲藏。SAEW-ice、Tpp-ice均有效抑制牛肉儲藏期間微生物數量增長的速度、減緩pH和TVB-N的增長速度,Tpp-ice組菌落總數在第9 d(5.83 lg CFU/g)接近國家標準,而SAEW-ice組第12 d的菌落總數為5.76 lg CFU/g,此時并未超標;第12 d的Tpp-ice組TBA僅為0.3 mg MDA/kg,然而SAEW-ice組此時已達0.97 mg MDA/kg。SAEW-ice和Tpp-ice處理牛肉的貨架期可分別達到12 d和9 d;SAEW-ice對牛肉具有很好保鮮效果,但抗氧化效果不明顯。