不同氣調包裝對冷鮮羊肉保鮮效果研究

周立，張銳，王衛，張佳敏，王素,，侯成立，白婷

（1.成都大學 a.肉類加工四川省重點實驗室 b.食品與生物工程學院，成都 610106；2.中國農業科學院農產品加工所重點實驗室，北京 100193）

金堂黑山羊作為西南地區羊肉產業的重要地方支柱品種，具有生長速度快，料肉比高，繁殖率高等特點，羊肉中含有豐富的維生素A、礦物質、不飽和脂肪酸和氨基酸，其肉質細嫩，無明顯膻味，深受市場消費者喜歡[1]。目前市場上90%以上的羊肉是以生鮮羊肉、凍胴體和二分體等形式銷售，其中生鮮羊肉不易保存并且屠宰環境和物流環節不規范，設備設施較落后，儲藏保鮮技術不成熟，運輸和售賣途中存在污染變質的可能。以上這些問題，制約了羊肉產業進一步發展。隨著肉類安全性被人們越來越重視，具有肉質柔軟多汁、色澤鮮艷、營養價值高等優點的冷鮮肉備受關注，逐漸成為肉類市場消費主流。氣調包裝和低溫保藏是鮮肉保鮮的黃金組合，目前已在豬肉和牛肉上應用較多，而針對羊肉的氣調包裝正處于起步階段。

氣調包裝技術是利用不同比例混合氣體替換食品包裝里的空氣，改變冷鮮肉周圍的氣體，減慢微生物的繁殖速率，維持生鮮肉的色澤，延緩肉類營養成分的變質，最終達到保鮮和延長貨架期的效果。CO2是氣調保鮮中抑制細菌生長最關鍵的氣體成分，可以顯著減緩需氧微生物在對數生長期的生長速率[2]。張新笑等[3]研究了冷鮮雞肉中熒光假單胞菌在不同CO2比例包裝下的生長情況，結果表明20%～40%的CO2氣調包裝能有效抑制熒光假單胞菌的繁殖。然而，CO2水溶性高，易與食品中的水分結合，使氣調包裝塌陷，對產品質量及外觀產生不良的影響[4]。高濃度O2（含氧量為70%～80%）可以促使O2與肌紅蛋白的結合，并向鮮肉內部滲透，提升了鮮肉中氧合肌紅蛋白的濃度，有利于保持鮮紅的肉色[5]。張福生等[6]研究安徽地方品種豬肉在不同比例高氧氣調包裝組中的品質變化，其研究發現2 組不同比例高氧氣調包裝組的a*值下降相對較慢，并且L*值和b*值在整個貯藏期中一直高于對照包裝組。與O2相比，CO 呈現出與肌紅蛋白結合更強的能力，形成碳氧肌紅蛋白，使肉表面形成更為穩定的鮮紅色[7]。根據相關研究證明，鮮肉氣調包裝中CO 體積分數在0.4%～1%就足以產生穩定的櫻桃紅色。甄少波等[8]研究發現，用0.4%、2.0%和4.0% 3 個不同體積分數的CO 氣調保鮮肉喂食的大鼠，其血常規和生化及病理組織學指標均未發生顯著變化，且無其他毒性反應。N2是理想的惰性氣體，其不會被食品吸收同時也不與食品發生化學反應，并且無味無臭，延緩食品的氧化變質而且降低了肉品的汁液損失率。

研究以四川金堂黑山羊為研究對象，以實際生產中應用較多的真空包裝為對照，對比3 種氣調包裝方案，研究70% N2+ 30% CO2（CO2組）、70% O2+ 30%CO2（O2組）和0.4% CO + 69.6% N2+ 30% CO2（CO組）的氣調包裝羊肉在4℃冷藏條件下肉品質變化規律，以確定羊肉氣調保鮮最佳方案，極大地提高了羊肉的貨架期，解決了羊肉不易貯藏的產業難題，為四川羊肉產業技術升級提供了技術儲備。

1 實驗

1.1 材料與試劑

主要材料與試劑：四川省金堂縣黑山羊養殖基地屠宰場取12 月齡去勢四川金堂黑山羊背最長肌；氯化鈉、氫氧化鈉、鹽酸、硼酸、氧化鎂、磷酸二氫鈉和磷酸氫二鈉等，由成都科龍化工有限公司提供。

1.2 儀器與設備

主要儀器與設備：冰箱BCD-452WDPF 型：青島海爾股份有限公司；插入式pH 計Testo 205 型：德圖儀器國際貿易有限公司；色差儀CR-10 型：柯尼卡美能達投資有限公司；精密電子天平AL-104 型：上海梅特勒-托利多儀器設備有限公司；水分含量測量儀HD-3A 型：無錫華科公司；HD-5 型智能水分活度測量儀：無錫市華科公司；質構儀（TA.XT plus）：英國Stable Micro Systems 公司；氣調包裝機：嘉興艾博實業有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 實驗分組

黑山羊背最長肌，4 ℃排酸24 h，取出后在無菌操作臺上去除表面脂肪、筋膜，修整完畢后，每塊肉約50 g，其中用于測量剪切力值的肉約為80 g，盡量保持肉塊性狀相似，每盒5 塊肉，每組3 個生物學重復，共約13 kg 羊肉。盒中單獨一塊肉用于微生物檢測，pH 和色度共用同一塊肉檢測，揮發性鹽基氮值（Total Volatile Basic Nitrogen，TVB-N）和硫代巴比妥酸反應物值（Thiobarbituric Acid Reactive Substance，TBARS）共用同一塊肉進行檢測，剩余肉用于測定剪切力，水分含量與水分活度。按表1 中的氣體比例進行氣調包裝，隨機分配到4 個包裝組。用食品級PP 材質包裝盒（22 cm×13 cm×4 cm），CPP/PE材質封口膜〔透氧率8.19×10-4cm3/(m2·24h·Pa)；水蒸氣透過率6.43 g/(m2·24 h)〕進行氣調包裝。氣調包裝后的羊肉放入4℃冰箱保存，分別于Day0、Day7、Day14、Day21、Day28 對羊肉的菌落總數、pH 值、色度、揮發性鹽基氮值（Total Volatile Basic Nitrogen，TVB-N）、硫代巴比妥酸反應物值（Thiobarbituric Acid Reactive Substance，TBARS）、剪切力等指標進行測定。

表1 不同包裝的氣體配比Tab.1 Gas ratio of different packages

1.3.2 微生物的測定

菌落總數按GB 4789.2—2016《食品微生物學檢驗：菌落總數測定》[9]進行測定，評價標準為一級鮮肉菌落總數不大于4 lg（CFU/g），二級鮮肉菌落總數為 4～6 lg（CFU/g），變質肉菌落總數大于 6 lg（CFU/g）。對于每個處理組，取平行測定3 次的平均值。

1.3.3 pH 值的測定

參考馬惠敏等[10]的方法，校正pH 計，將手持式pH 計插入羊肉塊中，避開筋膜，深度約2 cm，對于每一塊肉，取平行測定5 次的平均值。

1.3.4 色度的測定

參考姜宏正等[11]的方法，使用白板校正色差儀，用色差儀探頭緊貼肉的表面，測定羊肉的L*（亮度）、a*（紅度）、b*（黃度），對于每一塊肉，平行測定5次，取其平均值作為該肉塊的色度值。

1.3.5 揮發性鹽基氮值（TVB-N）的測定

參考GB 5009.228—2016《食品中揮發性鹽基氮的測定》[12]中的半微量定氮法對羊肉進行測定。對于每一塊肉，取平行測定3 次的平均值。

1.3.6 硫代巴比妥酸反應物值（TBARS）的測定

參考GB 5009.181—2016《食品中丙二醛的測定》[13]的方法進行測定，對于每一塊肉，取平行測定3 次的平均值。

1.3.7 水分活度的測定

每盒中取出一塊羊肉（約20 g）制成肉糜，稱取約5 g 鋪滿于樣品皿內，使用水分活度測量儀進行測量，對于每一塊肉，取平行測定3 次的平均值。

1.3.8 水分含量的測定

每盒中取出一塊羊肉（約15 g）制成肉糜，稱取約3 g 置于校準好的水分測定儀的樣品盤內進行測量，對于每一塊肉，取平行測定3 次的平均值。

1.3.9 剪切力的測定

參考王柏輝等[14]的方法，將羊肉沿著肌纖維方向切成3 cm×1 cm×1 cm 的小塊，采用HDP/BSW 探頭，以測前速率為2.0 mm/s，測試速率為1.0 mm/s，測后速率為2.0 mm/s 進行測定，對于每一塊肉，取平行測定3 次的平均值。

1.4 數據處理

實驗數據使用Microsoft Excel 2019 進行數據統計，IBM SPSS Statistics 22.0 統計軟件中的Duncan程序分析數據間的顯著性差異（P＜0.05）分析。

2. 結果與分析

2.1 不同包裝方式對羊肉菌落總數的影響

微生物是引起生鮮羊肉變質的主要原因，羊肉中的蛋白質會因微生物代謝所分泌的蛋白酶而分解，從而產生氨、胺類等堿性化合物，最終導致羊肉產生異味，腐敗變質。由表2 可知，在整個羊肉保鮮過程中，不同處理組的微生物數量都隨著貯藏時間的延長而增加。貯藏過程中，Vac 組和O2組的菌落總數相對較高。在貯藏初期，O2組高氧環境抑制了厭氧菌的繁殖，貯藏第7 天開始，菌落總數增長較為迅速，這可能是由于氧氣濃度較高易使得好氧菌得以繁殖[15]。CO2組和CO 組菌落總數增長較為緩慢，這可能是由于2 種包裝氣體中都不含氧氣并且都含有CO2氣體，對微生物具有較好的抑制作用。第14 天時，Vac 組、CO2組、O2組、CO 組的菌落總數分別為5.73、5.17、5.96、4.15 lg（CFU/g），符合國家二級鮮肉標準，其中CO 組的菌落總數顯著低于其他3 組（P＜0.05）。

表2 不同包裝方式的羊肉在4 ℃條件下貯藏過程中菌落總數的變化Tab.2 Changes in the total number of colonies of mutton with different packaging methods during storage at 4 ℃ lg(CFU/g)

2.2 不同包裝方式對羊肉pH 值的影響

pH 值可以反映羊肉的肉質優劣情況[16]，由表3可以看出，在整個貯藏過程中，pH 值在5.5～5.9 范圍內波動，呈逐漸上升趨勢，且均屬于一級鮮肉的pH值要求[17]。在第14～28 天內，各組數值皆有波動，可能是由于各類微生物生長迅速以及肉質本身環境氣體的影響所導致。貯藏第21 天時，CO2組pH 值是5.78，CO 組pH 值是5.66，2 組呈下降趨勢，這可能是因為2 組包裝盒內不含氧氣，在厭氧糖酵解酶的作用下，肌肉糖原產生的丙酮酸和乳酸較多，引起pH值下降[18]。貯藏第28 天時，CO2組和CO 組pH 值分別是5.81 和5.70，相對于第21 天pH 值上升，這可能是由于貯藏后期，肌肉蛋白質在微生物所分泌的蛋白分解酶和內源蛋白酶的作用下降解為氨基酸和多肽，并且釋放出堿性基團使得各組的pH 值回升[19]，相對于其他3 組包裝方式，其中CO 組的pH 值相對較低。

表3 不同包裝方式的羊肉在4 ℃條件下貯藏過程中pH 值的變化Tab.3 pH changes of mutton with different packaging methods during storage at 4 ℃

2.3 不同包裝方式對羊肉色度的影響

肉色變化是消費者評判鮮肉新鮮程度的一個重要指標，極大地影響消費者購買選擇[20]。L*越大，表示肉色越亮，a*為正值表示偏紅，負值表示肉色偏綠，b*值較高表明肉色較黃，反之則較藍。由表4 可知，在貯藏第7 天時，Vac 組的L*值顯著高于其他3組（P＜0.05），這可能是由于真空包裝抽氣，羊肉受到擠壓使得內部水分滲出導致對光的反射能力增強。對羊肉而言，其色度的a*值比L*值、b*值等指標更重要，O2組中高濃度氧氣與羊肉中肌紅蛋白反應形成氧合肌紅蛋白，使羊肉呈現鮮紅色。CO 組a*值又高于O2組，這是由于和氧氣相比，一氧化碳與肌紅蛋白的結合能力更強，結合形成碳氧肌紅蛋白，使肉表面形成穩定的櫻桃紅色[21]。貯藏到第28 天時，微生物的大量生長繁殖促進了高鐵肌紅蛋白的形成，使肉色變暗，各組a*值下降[22]。對比4 種包裝，CO 組的a*值始終高于其他3 組。在整個貯藏期中，Vac 組的b*值較低，其肉色表現為暗淡、無光澤[23]。在貯藏期第7～21 天內，CO2組和Vac 組b*呈上升趨勢，這可能是由于脂質與磷脂頭中的胺之間的反應而產生的黃色色素基團或蛋白質胺[24]。貯藏第28 天，CO組b*值相對偏高。基于以上結果，在保持肉色方面，CO 氣調包裝更具有優勢。

表4 不同包裝方式的羊肉在4 ℃條件下貯藏過程中色度的變化Tab.4 Color changes of mutton with different packaging methods during storage at 4 ℃

2.4 不同包裝方式對羊肉揮發性鹽基氮值的影響

揮發性鹽基氮（Total Volatile Basic Nitrogen，TVB-N），是評定肉質鮮度變化的重要指標。TVB-N含量越高，營養價值就越低。在國標中規定，一級鮮肉的TVB-N 值不高于0.15 mg/g，二級鮮肉不高于0.20 mg/g。由表5 可以看出，TVB-N 值隨著貯藏時間的延長而逐漸增加，反應了羊肉在貯藏過程中逐漸變質，這主要是由于蛋白質在細菌酶的作用下不斷降解，氨和胺類堿性物質不斷增加[25]。在整個貯藏期間，Vac 組的數值增長最快，在貯藏第28 天時，Vac 組TVB-N 值已經突破二級鮮肉標準，主要是由于真空包裝的冷鮮羊肉會產生大量滲出液，為微生物迅速繁殖創造了適宜的環境[26]。在無氧的條件下，各類好氧腐敗菌如假單胞菌等生長較少，蛋白質分解較慢，產生含氮堿性物質偏少，因此CO2組和CO 組TVB-N 值一直處于較低水平。貯藏第28 天時，Vac 組、CO2組、O2組、CO 組的TVB-N 值分別為0.25、0.16、0.18、0.12 mg/g，其中CO 組的TVB-N 值屬于一級鮮肉范圍。

表5 不同包裝方式的羊肉在4 ℃條件下貯藏過程中揮發性鹽基氮值的變化Tab.5 Changes of total volatile basic nitrogen values of mutton with different packaging methods during storage at 4 ℃ mg/g

2.5 不同包裝方式對羊肉硫代巴比妥酸反應物值的影響

硫代巴比妥酸反應物值（Thiobarbituric Acid Reactive Substance，TBARS）廣泛應用于肉類食品氧化程度評價，脂肪氧化也是羊肉腐敗變質的重要原因之一。羊肉的TBARS 值越大，其氧化程度越高，表明羊肉酸敗程度越嚴重。由表6 可知，各組的TBARS值總體上隨貯藏時間的延長而不斷增加。O2組在整個貯藏期間，TBARS 值都高于其他各組，高氧氣調包裝會增加貯藏過程中羊肉脂肪氧化的速度，進而導致肉的多汁性變差，這與袁璐等[27]在比較高氧包裝和真空包裝對冷鮮肉的理化影響研究中得到的結果一致。第21 天時O2組和CO 組呈下降趨勢，其原因可能是次級產物丙二醛與羊肉中可獲得的氨基相互作用生成1-氨基-3-氨基丙烯，從而導致TBARS 值下降[28]。第28 天時，TBARS 值增加迅速，這可能是由于隨著微生物分泌出的脂肪酶越來越多從而導致了肌肉脂肪水解的加劇，使脂肪氧化程度提升。在整個貯藏過程中，CO 組TBARS 值一直處于較低水平，其脂質氧化程度較小，呈現出更為優秀的羊肉保鮮功能。

表6 不同包裝方式的羊肉在4 ℃條件下貯藏過程中TBARS 值的變化Tab.6 Changes in TBARS values of mutton with different packaging methods during storage at 4 ℃ mg/kg

2.6 不同包裝方式對羊肉水分含量和水分活度的影響

水分含量和水分活度是評價肉品新鮮度的重要指標，兩者的高低對羊肉結構、外觀和質地有較大影響。由表7 可以看出，隨著貯藏時間的延長，各組羊肉的鎖水能力逐漸下降，從而導致水分含量降低，第21 天時，各組水分含量顯著下降（P＜0.05），可能是由于在貯藏第14 天到第21 天內的氧化程度較高，氧化程度越高，水分流失就越嚴重[29]。水分活度越大，其貯藏性就越差[30]。由表8 可以看出，在整個貯藏期中，各組水分活度在0.89～0.98 內波動，相對于CO2組和O2組，其中Vac 組和CO 組水分活度處于較低狀態，表明Vac 組和CO 組的貯藏性會相對較好些。

表7 不同包裝方式的羊肉在4 ℃條件下貯藏過程中水分含量的變化Tab.7 Changes of moisture content of mutton with different packaging methods during storage at 4 ℃ %

表8 不同包裝方式的羊肉在4 ℃條件下貯藏過程中水分活度的變化Tab.8 Changes in water activity of mutton with different packaging methods during storage at 4 ℃

2.7 不同包裝方式對羊肉剪切力的影響

嫩度是反應肉品質地的關鍵指標之一，剪切力值越小，嫩度越高[31]。由表9 可知，在宰后7 天后，各組羊肉的剪切力大幅度減少，并在之后試驗期間保持相對穩定。這說明，羊肉在宰后7 天基本上完成了肌肉嫩化。第21 天CO 組剪切力異常上升，可能是由于其較低的pH 值導致，剪切力值增加同時pH 值較低（P＜0.05），肌肉的終點pH 值越低，就越接近肌肉蛋白質的等電點，羊肉的剪切力也就越大；肉的pH 值提高，剪切力也減小[32]。在貯藏末期（21、28 d），剪切力值緩慢下降，嫩度達到穩定值，這與王守經等[33]研究結果一致。在高氧環境下，羊肉嫩度會降低，但是在整個貯藏期中，O2組剪切力值呈下降趨勢，這與Santos-donado 等[34]研究結果不一致，其原因還有待考究。

表9 不同包裝方式的羊肉在4 ℃條件下貯藏過程中剪切力的變化Tab.9 Changes of shear force of mutton with different packaging methods during storage at 4 ℃ g

3 結語

實驗研究了真空包裝和3 種氣調包裝的黑山羊生鮮羊肉的保鮮效果，結果表明，3 種不同比例的氣調包裝分別通過不同的氣調環境，能夠起到顯著的保鮮作用。CO2組不能起到很好的護色作用，會影響消費者的購買欲，但是能一定程度上延緩羊肉氧化酸敗。O2組中含有高濃度的氧氣，表現出較好的護色作用，但同時高濃度的氧氣也加速了脂肪氧化。相比之下，CO 組降低了羊肉的蛋白質和脂肪氧化，抑制異味的生成，并且有明顯的抑菌效果，同時使得肌肉具有較好的持水性，減少了肉汁的滲出；同時CO 和肌紅蛋白形成的碳氧肌紅蛋白使得羊肉具有鮮艷的肉色。這些肉質特征大大增加了消費者的購買欲。綜上所述，CO 組保鮮效果更好，具有更長的貨架期，更適合作為冷鮮物流和商超售賣等場景下羊肉的保鮮方案。