冷卻分割雞胸肉微生物綜合控制技術研究進展

馬相杰 宋蓮軍 黃現青* 董颯爽

1.河南雙匯投資發展股份有限公司 河南漯河 462000 2.河南農業大學/河南省食品加工與流通安全控制工程技術研究中心 河南鄭州 450002

隨著居民飲食水平的提高和消費理念的更趨理性，消費者傾向于購買脂肪含量更低，口感更加柔嫩細膩的禽肉產品與制品。禽肉比畜肉更受歡迎，其中雞肉消費量已成為世界上僅次于豬肉的第二大肉類消費產品[1]。冷卻肉與熱鮮肉相比具有更好的安全性、更好的口感，與冷凍肉相比具有更高的營養價值、更好的加工性能，更為廣闊的市場前景。然而，在冷卻雞肉的胴體水冷卻環節、分割操作環節、分割后冷卻與存儲環節等過程中，極易發生微生物的污染及交叉污染[2]。

此外，目前我國的冷鏈配送系統尚不夠完善，管理上也存在一定差距，若貯藏流通過程管控不當，雞胸肉等冷卻禽肉極易在較短時間內發生微生物增殖現象，導致貨架期縮短、產生微生物安全風險，進而影響消費者生命安全[3]。針對家禽屠宰企業屠宰分割過程微生物污染現狀，找出主要污染源和關鍵環節，構建有效的微生物控制技術，對降低企業的微生物安全風險具有重要意義。此外，依據微生物生長曲線構建微生物生長動力學模型，對微生物進行實時監控預測，準確預測產品貨架期，對企業提前預判產品狀態也具有重要意義[4]。

因此，采用科學的生產技術和工藝，降低分割禽肉中微生物水平，采用先進的保鮮方式控制微生物的增殖，實現貨架期的有效延長，降低微生物安全風險，為消費者提供更加安全的產品，為企業帶來更大的經濟效益是當今雞肉行業發展中亟待解決的問題之一。

1 冷卻肉中微生物的污染

有效管控家禽屠宰、冷卻、分割、存儲及運輸過程微生物污染、交叉污染、微生物增殖，實現產品的更高安全水平、更長貨架期，是企業實現核心競爭力、提高綜合經濟效益的根本前提。雞肉組織中含有豐富的營養成分，水分活度適宜，酸堿度適宜，如溫度適宜，將是微生物生長繁殖的理想介質[5]。Gill[6](2003)等研究發現，豬胴體與分割傳送帶接觸后，分割傳送帶會作為污染源對分割線上分割冷卻豬肉造成二次污染，并且，操作人員的手、使用的分割刀具、操作面板、分割電鋸等均會污染胴體表層，受污染的分割肉或胴體會污染后序生產中的用具，進而污染分割冷卻豬肉，造成“豬肉-設備-豬肉”交叉污染。而在實際的屠宰分割生產中，不同屠宰企業的環境衛生條件、屠宰設施衛生條件、操作人員微生物污染管理水平都存在一定的差異，也導致了市場上分割冷卻肉的微生物污染水平各不相同。

畜禽屠宰刺殺放血是微生物污染的開端，而畜禽屠宰過程中動物體表帶菌、操作人員帶菌，以及屠宰環境有菌、操作設施設備有菌，是微生物污染的多源性和復雜性的根本原因，也是肉品微生物多相污染、菌相復雜的根本原因[7]。

2 預測食品貨架期

20世紀80年代初，Ross[8](1996)等最先提出“微生物預報技術”這一概念。預測微生物學是食品微生物學的一個新興領域，是建立于計算機基礎上的對食品中微生物的延遲、生長、殘存和死亡進行的數量化預測。其目的是通過計算機和配套軟件，利用微生物與食品品質、腐敗變質的相關關系，應用于食品生產實際，實現不進行微生物檢測而快速對產品的安全性、貨架期進行較為準確的預測，顯著提升企業對產品安全水平、產品剩余貨架期的提前預判能力，進而顯著降低產品的安全風險，確保企業的經濟效益[9]。

預測微生物學的發展進化過程分為4個層次：基礎數據庫作為第一平臺，建立的數學模型是處理數據庫的工具作為第二平臺，專家模型則是第三平臺的綜合處理系統，智能預警系統將是預測微生物學的未來發展方向[10]。

1983年，有學者利用直觀預測的Delphi工藝，實現了利用計算機準確預測產品的貨架期，并開發了腐敗菌增殖數據庫，由此揭開了預測微生物學廣泛研究的序幕[11]。有研究團隊對大腸桿菌在豬肉中的微生物與溫度的生長模型進行了系統研究，研究結果表明，以肉湯為介質構建的微生物預測模型，并不能很好地預測大腸桿菌在豬肉組織中的微生物生長情況；在不同的生長介質條件下微生物增殖差異較為明顯。對微生物不同條件下增殖和分布進行研究，發現微生物的生長是以消耗肉品中不同的營養物質為基礎，由于不同肉品中的肌肉組織形態、基本組成、加工方式、環境條件、包裝技術等各有不同，均會對腐敗微生物的生長繁殖產生較大影響，進而影響預測模型的準確性和可靠性[12]。

澳大利亞Tasmania大學在假單胞菌生長模型基礎上開發了食品腐敗預測技術，實現了對食品品質進行多環境因子分析的預測能力[13]。李苗云[14](2006)等對冷卻肉中的微生物分布情況和腐敗效應等相關關系進行了較為系統的研究，并應用修正的Gompertz函數建立了不同溫度條件下特定腐敗微生物的生長曲線和預測模型，實現了對產品貨架期的有效預測。近年來，西方國家紛紛開展微生物預測軟件的開發和預測模型的研究，期望能夠實現復雜條件下對食品貨架期的有效預測，并對致病菌進行風險評估[15]。

3 不同的殺菌保鮮方式

殺菌是為了有效延長食品貨架期采取的一種加工技術，可以根據食品加熱情況，分為熱力殺菌和非熱力殺菌2種。熱力殺菌技術由于技術較為成熟、殺菌更為徹底等優點，目前仍然是食品工業中最普遍采用的方法。根據殺菌溫度，又分為巴氏殺菌、高溫殺菌和超高溫瞬時殺菌3種。非熱力殺菌技術主要包括物理殺菌和化學殺菌2種類型[16]。

物理殺菌主要指不會產生較高溫度、能達到一定程度減菌效應的處理技術，常見的主要有超高壓殺菌、高壓脈沖電場殺菌、脈沖強光殺菌、微波殺菌、放射線殺菌、紫外線殺菌等，主要優點是熱效應較低，有利于熱敏營養成分的保持，缺點是殺菌不夠徹底。化學殺菌主要指在食品中添加防腐劑或者利用化學物質對環境進行殺菌消毒處理，如苯甲酸、山梨酸等防腐劑，臭氧、過氧乙酸等消毒劑。

物理性非熱力殺菌技術開發是食品殺菌技術創新體現之一，也是當前食品領域的研究熱點之一。與熱力殺菌技術、化學性非熱力殺菌相比，物理性非熱力殺菌具有殺菌溫度低、能更好保留食品原有品質、沒有化學添加、不污染環境等優點，但是存在殺菌不夠徹底缺陷，因此其應用尚不夠廣泛。

3.1 超高壓二氧化碳殺菌

二氧化碳殺菌技術根據其壓力大小可以分為常壓、高壓、亞高壓、超高壓二氧化碳殺菌。結合其殺菌效果和研究成熟程度，在此重點對超高壓二氧化碳殺菌技術進行闡述。二氧化碳是一種天然抗微生物劑，單獨作用能抑制微生物生長，但不能殺死細菌細胞，當其與壓力結合則能達到殺滅細菌細胞效應。由于二氧化碳具有價格低廉、使用安全、易于獲得等優點，在食品工業中應用較為廣泛[17]。

超臨界二氧化碳處理，一方面能夠抽出細胞內或細胞膜內功能性物質，使細胞受損；另一方面可以進入細胞內，通過電離效應使細胞質H+離子濃度增大，pH值下降，破壞細胞酸堿平衡；此外，高濃度的二氧化碳會導致酶系失活、細胞體積變化破裂等，多途徑綜合作用下，實現殺菌效應[18,19]。Matin[20](2003)等研究發現，添加不同濃度二氧化碳時，對乳制品中微生物的耐熱性有顯著影響，從而顯著提高熱殺菌效應。

3.2 臭氧殺菌技術

臭氧殺菌或抑菌作用，通常是物理的、化學的及生物學等方面的綜合結果。一方面，可以直接作用于細胞膜使其通透性增大，導致細胞內物質外流而使細菌細胞死亡；另一方面，可以氧化破壞細菌細胞酶系，由于酶活力喪失而使細胞死亡；此外，還可以對細胞內的遺傳物質發生氧化損傷，使其失去功能。

臭氧具備殺滅病毒效應就是通過直接破壞RNA或DNA物質完成的；而殺滅細菌、霉菌類微生物則是臭氧首先作用于細胞膜，使細胞膜的構成受到損傷，導致新陳代謝障礙并抑制其生長，臭氧繼續滲透破壞膜內組織，導致微生物細胞死亡[20]。臭氧可殺滅細菌繁殖體、芽孢、病毒、真菌等具有較好的廣譜性，此外還具有殺菌效應高、殺菌速度快、無污染、不產生有害物質等優點[21]。但是，臭氧殺菌存在氧化效應較強的缺陷，對于脂肪含量比較高的肉制品，極易導致脂肪氧化，從而影響產品品質，限制了其在冷卻肉殺菌中的應用。

3.3 微波殺菌技術

微波殺菌是利用電磁場的熱效應和非熱生物效應共同作用的結果。熱效應是指通過分子振動產生熱能，高溫使細胞內蛋白質變性凝固，細菌細胞功能活性喪失而失去生存或繁殖能力。非熱生物效應是指微波電場可改變細胞膜斷面的電位分布，影響膜周圍電子和離子濃度而改變細胞膜通透性，擾亂了正常的細胞代謝，生長發育受到抑制而死亡[22]。

微波殺菌主要利用其強穿透效應，實現食品內外均勻處理、快速升溫，熱效應和非熱效應協同作用，實現較好的殺菌效果。微波可直接使食品內部介質分子產生熱效應，不需傳熱介質，能量損失少，效率遠遠高于其他方法[23]。

黃業傳[24](2002)等采用分段微波脫水的方法對軟包裝鹵制雞腿進行了工藝研究，結果表明，微波殺菌不僅可以降低有害微生物的數量，而且可以達到脫水的目的。

吳永年[25](2003)等對低溫禽制品中的風鵝、燒鴨進行了微波殺菌試驗，研究結果表明通過和其他技術協同處理，可使風鵝的保質期達6個月以上，顯著延長了產品的貨架期。

3.4 超高壓殺菌技術

超高壓殺菌技術，是在密閉容器內，用水或其他液體作為傳壓介質對軟包裝食品等物料施以100～1 000MPa的壓力，從而殺死其中(幾乎所有)的細菌、霉菌和酵母菌，而且不會像高溫殺菌那樣造成營養成分的破壞和風味變化。超高壓殺菌的機理是通過破壞菌體蛋白非共價鍵，破壞蛋白質高級結構，功能蛋白活性喪失而實現殺菌效應。超高壓還可造成菌體細胞膜破裂，細胞完整性破壞，內容物外流等，這些因素綜合作用導致了微生物死亡[26]。

超高壓技術采用液態介質進行處理，易實現殺菌均勻、瞬時、高效。但殺菌過程中由于糖和鹽對微生物的保護作用，在黏度非常大的高濃度糖溶液中，超高壓殺菌效果并不明顯。而且由于處理過程壓力很高，食品中壓敏性成分會受到不同程度的破壞。其過高的壓力使得能耗增加，對設備要求過高。而且，超高壓裝置需要較高的投入，尚須解決其高成本的問題，不利于工業化推廣[27]。

3.5 高壓脈沖電場殺菌技術

高壓脈沖電場殺菌是采用高壓脈沖器產生的脈沖電場實現電崩解和電穿孔而進行殺菌。電崩解認為微生物細胞膜可看作一個注滿電解質的容器，在外加電場作用下膜電位差V會隨電壓的增大而增大，導致細胞膜厚度減小，當V達到臨界崩解電位差時，細胞膜上形成孔產生瞬間放電，使膜分解。電穿孔認為外加電場下細胞膜壓縮形成小孔，通透性增強，小分子進入細胞內，使細胞體積膨脹，導致膜破裂，內容物外漏，細胞死亡[28]。

脈沖電場作為一種新興的物理殺菌技術，與其它方法相比，具有殺菌時間短、簡單、方便、重復性好、效率高等優點，同時還可以較好的保持食品的新鮮及其風味，營養損失較少。雖然目前高壓脈沖電場殺菌技術的工業化應用還存在著許多困難，但由于其具有能耗低、不易造成污染等優勢，具有良好應用前景[29]。

3.6 放射性殺菌技術

放射線殺菌是指采用放射性同位素(60Co)放出的一種波長極短的電磁波即γ射線，使微生物的細胞質產生變異或死亡，也可使微生物代謝的核酸代謝環節受抑制，使蛋白質發生變性，損害其繁殖機能。放射線具有較強的穿透性能，研究表明對包裝后的板鴨采用放射性殺菌處理，能夠在保持原有風味的前提下顯著延長保質期。但是，放射線殺菌設備昂貴，而且由于放射線對人體具有損害作用。所以對保護措施有很高要求，使其推廣應用受到很大限制[30]。

3.7 脈沖強光殺菌技術

脈沖強光殺菌是利用瞬時、高強度的脈沖光能量殺滅食品和包裝上各類微生物的技術，可實現在有效保持食品品質的基礎上，顯著延長產品的貨架期。脈沖強光殺菌是可見光、紅外光和紫外光的協同效應，它們可對菌體細胞中的DNA、細胞膜、蛋白質和其他大分子產生不可逆的破壞作用，從而殺滅微生物[31]。與放射線殺菌比較，脈沖強光殺菌設備具有成本低、安全性好、能連續化生產等優勢[32]。江天寶[33](2006)等研究表明脈沖強光殺菌對烤鰻貯藏期間品質的影響較小，且對其表面大腸桿菌殺菌效果非常顯著；可使熟地瓜干表面污染的大腸桿菌降低5個數量級，并且對其感官品質無顯著影響[34]；脈沖強光短時間照射可有效殺滅西洋參切片表面微生物，同時對西洋參切片品質的影響也極小[35]。充分利用脈沖強光殺菌的優勢，開拓其在冷卻肉保鮮方面的應用研究，將具有重要意義。

3.8 低溫等離子體殺菌技術

低溫等離子體是氣體在加熱或強電磁場作用下產生的，主要由電子、離子、原子、分子、活性自由基及射線等組成，被稱為繼固態、液態、氣態以外的新的物質聚集態，即物質第四態。等離子體殺菌作為一種新興的殺菌方法，具有殺菌溫度低、殺菌速凍快、不產生副產物、殺菌全面等特點[36]。顧春英[37](1998)等在國內最早采用沿面放電等離子體臭氧發生器對金黃色葡萄球菌、大腸埃希菌、枯草桿菌黑色變種芽孢進行了表面殺菌實驗。Kelly[38](1998)等在研究輝光放電等離子體空氣殺菌器對物體表面的金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、嗜熱脂肪桿菌和枯草桿菌的殺滅效果時發現，其對聚丙烯表面的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌作用30s就可使其減少6個數量級；作用5min可使枯草桿菌減少5個數量級；作用7min可使嗜熱脂肪桿菌減少3個數量級，殺菌效果極為明顯。

4 總結

隨著生活水平的提高和消費意識的改變，冷卻肉逐步成為了消費的主流產品，為確保冷卻肉的微生物安全和品質質量，冷卻肉的保鮮技術研究與開發將得到更大發展。隨著消費者更加關注健康、營養、安全和飲食美好享受，未來冷卻肉的保鮮技術應面向更加安全無害，最大限度保持產品的感官品質與營養價值，最大限度的延長產品貨架期。冷殺菌技術開發和研究應用為冷鮮肉的持續健康發展提供了技術支撐。雖然冷殺菌具有較多的優勢，但也存在一些問題，影響了其大范圍快速推廣應用。存在的問題主要有殺菌效果相對于熱殺菌較差，無法達到徹底殺菌；部分冷殺菌技術不夠成熟，尚在研究探索中；有些冷殺菌技術對人體存在一定的安全隱患，這些問題亟待解決，才能夠實現冷殺菌技術在食品工業中的廣泛應用。