冷鮮鴨肉氣調包裝微環境優化及其對品質的影響

張 毅，歐陽何一，雷飛飛，易 陽,3，王宏勛，侯溫甫,3,

（1.武漢輕工大學食品科學與工程學院，湖北武漢 430023；2.湖北小胡鴨食品有限公司，湖北荊州 434000；3.湖北省生鮮食品工程技術中心，湖北武漢 430023；4.武漢輕工大學生物與制藥工程學院，湖北武漢 430023）

冷鮮肉類具有安全營養、風味獨特等優勢，有良好的發展前景。隨著我國人民消費水平和生活質量的不斷提高，以及禽流感造成的活禽市場關閉等因素共同作用下，冷鮮肉會逐漸成為我國肉類生產與消費的主流。冷鮮肉因本身營養豐富、水分含量高等，在實際加工、運輸與貯藏過程中極易受到微生物浸染而發生腐敗變質[1]。研究其保鮮技術對于冷鮮肉產業的發展具有重大意義。

氣調包裝是采用人工混合氣體代替包裝袋內的空氣，營造不利于微生物生長繁殖的環境，從而抑制微生物的生命活動，達到減緩食品質量降低速率、延長食品貨架期的一種包裝方法[2]。相比于托盤包裝和真空包裝，氣調包裝能明顯延長肉制品貨架期[3?5]。由于氣調包裝中的氣體溶解到肌肉組織中，會發生一系列化學反應并對微生物的生長造成影響，故氣調保鮮技術能較好地保持肉類的品質、口感、風味等，提升肉的食用價值，表現出良好的抑制微生物生長的效果[6?10]。對于不同的肉類，氣調包裝的保鮮效果不盡相同[11]。黨亞麗等[12]用不同含氧氣調包裝方式對調理鴨肉制品進行保鮮處理，結果表明20%CO2+40%O2+40%N2包裝對調理鴨肉制品保鮮效果最好。韓吉娜等[13]研究發現0.4%CO+30%CO2+70%N2氣調包裝對冷卻鴨肉的保鮮效果最好。Xue等[14]研究了不同包裝方式對烤鴨貨架期和細菌群落的影響，結果表明，30%CO2+70%N2、50%CO2+50%N2和0.4%CO+30%CO2+69.6%N2有效地延遲了腐敗的開始，并且延長了貨架期7 d。此外，包裝中使用的氣體成分對細菌群落演替有顯著影響。Zhai等[15]研究了不同包裝條件下鹽水鴨的理化特性和微生物數量的變化。結果表明，含30%CO2+70%N2的包裝可將鹽水鴨在4 ℃貯藏期間的貨架期延長至21 d，表明氣調包裝是延長貨架期和保持鹽水鴨品質的一種實用方法。

目前，關于氣調包裝技術的應用較多，但是鮮見將其應用于冷鮮鴨肉制品。而且對氣調包裝的研究多集中于氣體比例方面，對于氣調包裝微環境如溫度、包裝容積比等的研究較為少見，因此研究氣調包裝微環境對冷鮮鴨肉品質的影響具有一定實際意義。本文以冷鮮鴨肉為研究對象，研究不同氣調比例、不同貯藏溫度和包裝盒內不同包裝容積比對冷鮮鴨肉品質的影響，明晰氣調包裝微環境對冷鮮鴨肉品質的影響，為冷鮮鴨肉的品質控制提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

冷鮮鴨胸肉 取自湖北小胡鴨食品責任有限公司；平板計數瓊脂、氯化鈉、氯化鈉、濃硫酸等 國藥集團化學試劑有限公司。

YXQ-30SII立式壓力蒸汽滅菌器 上海博訊實業有限公司醫療設備廠；SW-CJ-2FD型雙人單面凈化工作臺 上海森信實驗儀器有限公司；HBM-400D系列樣品均質器 天津市恒奧科技發展有限公司；XHF-D高速分散器（內切式勻漿機） 寧波新芝生物科技股份有限公司；FD-D2氣調包裝機 上海福帝包裝機械有限公司；11SY風幕柜 合肥市齊美電器有限公司；13CL陳列柜 合肥市齊美電器有限公司；MIR-254-PC 型低溫培養箱 日本三洋電機株式會社。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料處理及包裝

1.2.1.1 不同氣體比例對冷鮮鴨肉品質的影響 取當日宰殺的冷鮮鴨胸肉，隨機分為7組，每盒裝入兩片鴨胸肉。采用混料實驗設計中單純形-格子點設計方法，以O2、CO2、N2各自所占氣體總體積的百分比為實驗因素，獲得不同的氣調比例組合，如表1所示，同時以充入空氣作為對照組。寫明標簽后放入4 ℃冰箱冷藏，每隔2 d采樣進行各指標測定。

表1 冷鮮鴨肉氣調包裝比例單純形-格子點設計Table 1 Gas mixture ratio of modified atmosphere packaging for chill duck meat designed by simplex-lattice point method

1.2.1.2 氣調比例優化 以O2（X1）、CO2（X2）、N2（X3）的體積百分比為實驗因素，分別以第7 d菌落總數（Y1）、第7 d TVB-N值（Y2）、第9 d菌落總數（Y3）和第9 d TVB-N值（Y4）為考察指標建立回歸模型，解析響應值為極小值時的因素水平，并計算出最優方案。每組裝入兩片鴨胸肉，根據計算得到的最佳的復合氣體配比對鴨肉進行氣調包裝，寫明標簽后放入4 ℃冰箱冷藏，每隔2 d采樣進行各指標測定。

1.2.1.3 包裝容積比優化 共設置1/3、1/2、2/3、3/4 4個實驗組，根據包裝盒體積與設置的容積比計算出鴨肉所占體積，再通過鴨肉密度計算出需裝入鴨肉的質量，如表2所示。經測量帶皮鴨胸肉密度為1 g/cm3，將鴨肉切成20 mm×30 mm×10 mm大小的立方體后，按照表2稱取4個實驗組對應質量的鴨肉，采用最優氣調包裝比例進行包裝（本研究所采用的包裝盒尺寸為170 mm×120 mm×45 mm）。所有樣品存于4 ℃冰箱冷藏，每隔3 d采樣進行各指標測定。

表2 冷鮮鴨肉不同容積比實驗Table 2 Chill duck meat with different volume ratio experiment

1.2.1.4 貯藏溫度優化 基于商用冷柜間歇式工作的原理，內部的溫度會在一定范圍內波動。本實驗使用了兩種不同型號的冷柜，分別設置溫度最小限定值和溫度最大限定值，使冰箱內的溫度分別為0～4 ℃和4～10 ℃。將樣品隨機分為3組，每盒放入兩片鴨胸肉，分別置于0～4 ℃、4 ℃、4～10 ℃的冰箱冷藏，每隔3 d采樣進行各指標測定。

1.2.2 菌落總數測定 采用平板計數法測定冷鮮鴨肉的菌落總數，方法參照GB 4789.2-2016《食品衛生微生物學檢驗：菌落總數測定》[16]。

1.2.3 揮發性鹽基氮（TVB-N）測定 參照GB 5009.228-2016《食品中揮發性鹽基氮的測定》中半微量定氮法測定[17]。

1.2.4 感官評價 由5 名經過培訓的實驗室成員組成感官評定小組，對鴨肉的色澤、氣味、組織形態和彈性結構4個方面綜合評分，取4 項平均分為感官得分。感官評分詳見表3。

表3 冷鮮鴨肉感官評分表Table 3 Sensory scoring standards of chill duck meat

1.3 數據處理

每組實驗重復3次，采用IBM SPSS Statistics 19對數據進行單因素方差分析，以P<0.05表示差異有統計學意義，用Excel 2016對數據進行處理及統計。

2 結果與分析

2.1 氣體比例對冷鮮鴨肉品質的影響

不同的氣調比例其保鮮效果不盡相同[18?20]，本文通過采用單純形-格子點設計法設計實驗，比較不同氣體比例對鴨肉品質的影響，結果如圖1所示。

冷鮮鴨肉的感官評價主要關注其色澤、氣味、組織狀態及組織彈性等方面的變化。由圖1A可知，整個過程中各處理組感官品質變化與貯藏時間顯著相關（P<0.05），隨貯藏時間延長各處理組感官評分逐漸降低。相對于氣調包裝組，對照組的感官評分隨貯藏時間下降最快，第3 d起開始顯著低于其他處理組（P<0.05），在第7 d時產生較明顯的異味，肌肉無光澤，表面發黏，彈性下降，感官評分達到 6.0，已接近不可接受分值。各氣調組中，組1、組2和組4第9 d時感官評分顯著高于其他處理組（P<0.05），其中組4感官評分下降最慢，到第11 d時，仍能達到6.2分。結果表明100%O2、100%CO2、50%O2+50%CO2能有效保持冷鮮鴨肉的感官指標，其中50%O2+50%CO2對冷鮮鴨肉感官指標方面的保持效果最好。可能原因為在貯藏初期，顏色是影響感官評分的主要因素。氣調包裝中O2的含量會影響肉的顏色，一方面O2可以與肌紅蛋白結合形成氧合肌紅蛋白[21]，使肉呈鮮紅色，更一方面O2也會促進脂肪及蛋白質的氧化，對肉的顏色產生不利影響[22?24]。

菌落總數是評價產品品質和貨架期的一個非常有效的參數。由圖1B可見，對照組的菌落總數隨貯藏時間的延長呈上升趨勢，在貯藏第5 d菌落總數達5.68 lg（CFU/g），在第7 d菌落總數達7.25 lg（CFU/g），超過7.00 lg（CFU/g），屬變質肉范圍。組3、組5、組6在貯藏第7 d達到6.98、6.76、6.98 lg（CFU/g），組1、組2、組4在貯藏第9 d達到6.75、6.81、6.56 lg（CFU/g），表明氣調包裝組的保鮮效果優于對照組，且組1、組2和組4的保鮮效果在貯藏第5 d以后顯著優于組3、組5和組6（P<0.05）。在整個貯藏過程中，組2和組4菌落總數增長速度較緩慢，組4在第3～9 d菌落總數顯著低于組2（P<0.05）。從菌落總數的變化情況來看， 50%O2+50%CO2的抑菌效果優于100% CO2，可顯著性抑制冷鮮鴨肉貯藏過程中菌落總數的增加。研究表明，CO2是氣調包裝中主要的抑菌性氣體，其抑菌原理是：CO2可通過細胞膜進入細胞，從而使得胞內pH[25]、蛋白質功能和酶活性[26]發生改變，而影響到微生物的代謝活動，其生長繁殖也會受到抑制。楊勝平等[27]研究發現在一定范圍內不同氣調包裝抑菌效果隨CO2體積分數上升而增強，因為在冷藏條件下高濃度CO2能夠有效抑制革蘭氏陰性菌的生長繁殖。這與本文的實驗結果中50%O2+50%CO2的抑菌效果優于100% CO2有所不同，推測可能是組2中100% CO2氣體環境給厭氧菌提供了適宜的生長環境，導致部分微生物大量增殖造成的。

圖1 不同氣體比例對冷鮮鴨肉新鮮度指標的影響Fig.1 Effect of different gas mixture ratio on freshness index of chill duck meat

揮發性鹽基氮（TVB-N）是微生物和酶分解蛋白質所產生的氨及胺類等堿性含氮物質，其隨著貯藏期的延長而逐漸增加，其含量與肉制品的腐敗程度之間有明確的正相關關系，因而能通過TVB-N值反映肉的鮮度。由圖1C可知，隨著貯藏時間的延長，對照組TVB-N值持續上升，在貯藏第5 d TVB-N值為14.84 mg/100 g，已接近一級新鮮度，第9 d TVBN值達25.57 mg/100 g，接近二級新鮮度。各氣調組與空氣組在第5 d時的TVB-N值不存在顯著差異（P>0.05），組2、組4和組6在第7 d時TVB-N值顯著低于對照組和其他氣調組（P<0.05）。組4且在整個貯藏過程始終處于較低水平，在貯藏第11 d時TVB-N值才達到26.97 mg/100 g，剛剛超過二級鮮度范圍。由此可見，50%O2+50%CO2的氣調比例對于冷鮮鴨肉貯藏過程中TVB-N值具有顯著抑制作用，與菌落總數的變化趨勢一致。這主要是由于50%O2+50%CO2的氣調比例抑制了微生物的生長，從而減少了由于微生物的作用造成的揮發性鹽基氮的積累。

2.2 氣調比例優化及驗證

選擇第7 d和9 d的菌落總數和TVB-N值為響應值，解析響應值為極小值時的因素水平，得到4組最佳的復合氣體配比，如表4所示，即15%O2+85%CO2、 50%O2+50%CO2、 44%O2+56%CO2、53%O2+47%CO2。按照表4中結果對試驗結果進行驗證，4組最佳的復合氣體配對冷鮮鴨肉感官評分、TVB-N值和菌落總數的影響，結果見表5。

由表5可知，各組感官評分隨貯藏時間的延長而降低，對照組在第7 d開始出現異味，其他各組在第12 d出現不同程度的酸敗味，且CO2濃度越高，酸敗味越重。在貯藏前7 d ，4個實驗組之間感官評分無顯著差異（P>0.05），但均顯著高于對照組。在貯藏12 d后，組1感官評分顯著低于其他實驗組（P<0.05），在貯藏第3 d已經出現明顯凹陷，第9天包裝盒發生內凹形變，其余實驗組均未出現該現象。這是因為高濃度CO2雖然能較好地保持鴨肉的品質，但是CO2在魚肉組織中溶解度較高[28]，高濃度的CO2會導致產品包裝產生塌陷。此外，組4在貯藏過程中TVB-N值增長較慢，第15 d時，TVB-N值的含量為20.07 mg/100 g，顯著低于其他實驗組（P<0.05）。由表5可知，在貯藏前12 d，各個氣調組的菌落總數均顯著高于對照組（P<0.05）。這說明本實驗所采取的4種不同比例的氣調包裝方式均能有效抑制冷鮮鴨肉中微生物的生長增殖從而延緩肉品的腐敗變質。在各個氣調組中，組4的菌落總數在貯藏7 d后顯著低于其他各組（P<0.05）。故通過驗證實驗最終確定冷鮮鴨肉最優氣調包裝比例為53%O2+47%CO2。

表4 單純形-格子點試驗設計與結果Table 4 The test result of simplex- lattice point mixture design

2.3 包裝容積比對冷鮮鴨肉品質的影響

包裝盒內鴨肉放置的體積會造成充入包裝盒內的氣體總體積的不同，從而對生鮮鴨肉品質產生影響。結合實際生產，本文以鴨肉所占容積比為1/3、1/2、2/3和3/4為考察條件，分析不同包裝容積對冷鮮鴨肉的品質的影響，以獲取合適的鴨肉放置容積比，結果如圖2所示。

表5 不同氣體比例對冷鮮鴨肉感官評分、TVB-N值和菌落總數的影響Table 5 Effect of different gas mixture ratio on the sensory evaluation, TVB-N and total bacteria count of chill duck meat

由圖2A可知，隨著貯藏時間的延長，冷鮮鴨肉感官評分逐步下降。容積比1/2組和1/3組在整個實驗過程中感官評分不存在顯著差異（P>0.05），且在貯藏10 d之后，其感官評分要明顯高于其他兩組。在第10 d時2/3和3/4組已出現明顯異味，而容積比1/2組和1/3組仍能保持較高的感官評分。由圖2B可知，容積比1/2和1/3組在整個貯藏過程中菌落總數始終低于其他兩組，且二者之間不存在顯著差異（P>0.05），有良好的抑菌保鮮效果。由圖2C可知，容積比1/2組在貯藏10 d之后TVB-N值低于其他3個實驗組，在貯藏后期對冷鮮鴨肉的TVB-N值具有顯著抑制作用。

圖2 不同容積比對冷鮮鴨肉新鮮度指標的影響Fig.2 Effects of different volume ratios on freshness index of chill duck meat

綜合感官評分、菌落總數和TVB-N等品質指標來看，容積比1/2組和1/3組在貯藏期間品質保持優于其他組，能使冷鮮鴨肉能保持較長的貨架期。容積比2/3和3/4組鴨肉裝入過多則充入包裝盒里氣體相應減少，保鮮效果較差，因而使其貨架期變短。值得注意的是，在容積比1/3組包裝盒內鴨肉偏少，僅能將包裝盒底部鋪滿，不僅經濟效益低，而且容量過少會對消費者購買欲會產生一定負面影響。因此，容積比1/2組容量適中，且能較好的保持冷鮮鴨肉的品質，為冷鮮鴨肉氣調包裝最佳容積比。

2.4 貯藏溫度對冷鮮鴨肉品質的影響

微生物的生長繁殖是肉制品品質劣變的主要原因，有研究表明降低肉制品貯藏過程中的溫度，能有效的抑制微生物的生長繁殖[29?30]。肉制品常見的低溫冷藏的溫度是4 ℃，但在物流、加工、貯藏、銷售等過程中，由于受到外界環境的影響，經常會出現溫度波動。本文以4 ℃冷藏作為對照組，研究了溫度在略低于4 ℃（0～4 ℃）范圍內波動和溫度在略高于4 ℃（4～10 ℃）范圍內波動對冷鮮鴨肉品質的影響，結果如圖3所示。

由圖3可知，隨著貯藏時間的延長，冷鮮鴨肉感官評分逐步下降。4～10 ℃組感官評分值始終低于其他兩組，在貯藏第7 d時出現異味，而且菌落總數和TVB-N值在整個貯藏過程中增長較快，在第4 d時菌落總數已超7 lg（CFU/g），表明其已經腐敗變質，保鮮效果明顯比0～4 ℃組和4 ℃組差。4～10 ℃組溫度整體高于其他實驗組，更利于微生物增長繁殖，且溫度波動范圍較大，導致其腐敗變質快，貨架期短。由圖3可知，0～4 ℃組和4 ℃組保鮮效果較為接近，感官評分、菌落總數在整個貯藏過程中均沒有顯著差異（P>0.05）。在貯藏前10 d，4 ℃組菌落總數和TVB-N值均低于0～4 ℃組，與李念文、黃文博等[31?32]研究結果一致，TVB-N含量的持續上升與溫度波動密切相關。0～4 ℃組雖然溫度整體上低于4 ℃，但溫度在一定范圍內波動，這一方面有助于微生物生長繁殖，另一方面會破壞肌纖維結構，造成溶酶體數量增加，導致魚肉蛋白質分解和腐敗速率加快[32]。綜上所述，貯藏溫度在4 ℃的條件下能有效保持鴨肉的品質，在貯藏第10 d時仍能保持二級鮮度，且穩定的貯藏溫度更符合實際生產的需要。

3 結論

采用單純形-格子點設計優化不同氣體比例，并進一步通過貯藏第7 d和第9 d的菌落總數及TVBN值建立回歸模型，獲取最佳的氣體比例并進行驗證，結果表明冷鮮鴨肉最優氣調比例為53%O2+47%CO2。在最優氣調比例氣調包裝下，比較不同包裝容積比和貯藏溫度對冷鮮鴨肉品質的影響，優化包裝微環境，結果表明氣體包裝盒內鴨肉放置1/2包裝容積比以及4 ℃貯藏溫度均能使冷鮮鴨肉在貯藏第10 d時保持二級鮮度。綜合分析認為適宜的氣調包裝微環境以及穩定的貯藏溫度能有效抑制微生物生長繁殖，減少TVB-N的生成并提高感官品質，有助于延長冷鮮鴨肉的貨架期。

圖3 不同貯藏溫度對冷鮮鴨肉新鮮度指標的影響Fig.3 Effects of different storage temperatures on freshness index of chill duck meat