超聲處理對羊肉冷藏期間色澤穩(wěn)定性和貨架期品質(zhì)的影響

朱彬, 唐宏剛, 張晉, 趙珂, 陸清萍, 李歡歡

(1.龍游耀農(nóng)農(nóng)業(yè)科技有限公司, 浙江 衢州 324400; 2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 食品科學(xué)研究所, 浙江 杭州 310021;3.浙江農(nóng)藝師學(xué)院, 浙江 杭州 310021)

冷鮮肉是指家畜屠宰后, 嚴格按照檢驗檢疫制度對胴體進行快速冷卻處理, 使胴體溫度在24 h內(nèi)降到0～4 ℃的肉類, 在后續(xù)加工、配送和銷售過程中, 冷鮮肉的儲存溫度保持在這個范圍內(nèi)[1]。冷鮮肉因其具有鮮嫩、美味、安全、衛(wèi)生等特點而深受消費者喜愛[2]。羊肉肉質(zhì)細嫩、營養(yǎng)全面,營養(yǎng)成分易被人體吸收, 近年來越來越受到消費者的歡迎。但羊肉從屠宰到銷售等環(huán)節(jié)會出現(xiàn)微生物污染, 蛋白質(zhì)及脂肪氧化, 色澤劣變等問題, 導(dǎo)致其貨架期較短[3], 嚴重影響羊肉的銷售。因此,延長冷鮮羊肉可食用周期, 成為近年來的研究熱點[4]。

超聲波技術(shù)屬于非熱加工技術(shù), 超聲頻率在20～100 kHz, 強度超過1 W·cm-2的高強度低頻超聲可以有效改善肉品品質(zhì), 提高加工效率, 目前在肉品加工領(lǐng)域得到了廣泛的研究[5]。研究[6]表明, 低頻率高強度超聲波處理 (20～47 kHz, 2 s～30 min) 可以有效抑制畜禽肉及其制品中各種腐敗或致病菌, 提升產(chǎn)品安全, 延長產(chǎn)品貨架期。超聲波的殺菌能力歸因于其產(chǎn)生的空化作用, 空化作用可引起微生物細胞壁變薄甚至裂解, 從而導(dǎo)致微生物細胞抵抗外界脅迫能力下降, 微生物細胞受到周期性變化而產(chǎn)生共振, 引起細胞壁穿孔甚至破裂,胞內(nèi)基質(zhì)泄漏, 從而加快菌體死亡[7]。Caraveo研究表明, 高強度超聲 (40 kHz, 11 W·cm-2) 顯著減少了牛肉半腱肌4℃冷藏條件下的大腸菌群、嗜中溫菌群和嗜冷菌數(shù)量, 保持了肉的理化特性, 延長了冷鮮牛肉的貨架期。肉的色澤是消費者用以判斷鮮肉貨架期和可接受性的一個非常重要的指標(biāo), 在冷鮮肉有氧冷藏過程中維持肉色穩(wěn)定尤為重要[9]。近年來, 超聲波技術(shù)在保持肉類色澤的作用引起了人們的興趣, 有研究證實, 超聲波對冷鮮肉色澤有積極作用, 但也有研究證明, 其有相反作用或無效果[10], 當(dāng)前的研究主要是針對牛肉, 針對羊肉等其他肉類的研究較少。

國內(nèi)利用超聲波處理提高肉品質(zhì)方面的研究目前多集中于改善嫩度[11], 而在冷鮮肉保鮮方面的研究還較少, 尤其對冷鮮肉冷藏期間色澤穩(wěn)定性的影響還未見報道。本研究擬以羊肉為研究對象, 通過研究超聲處理對羊肉冷藏期間的色澤穩(wěn)定性、蛋白質(zhì)氧化、持水力、質(zhì)構(gòu)和微生物生長等品質(zhì)方面的影響, 探究超聲波技術(shù)在羊肉保鮮方面的潛力,為超聲波在冷鮮肉保鮮領(lǐng)域的應(yīng)用提供一定的理論和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

羊后腿肉購于浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)貿(mào)市場; 磷酸緩沖液、硼酸、硫酸、碳酸鉀、阿拉伯膠、甘油、甲基紅指示劑、溴甲酚綠指示劑、無水乙醇均為分析純, 購于杭州諾揚生物科技有限公司; 菌落計數(shù)平板培養(yǎng)基 (PCA)、結(jié)晶紫中性膽鹽瓊脂(VRBA) 培養(yǎng)基、MRS 瓊脂培養(yǎng)基均購于杭州諾揚生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

超聲波設(shè)備 (JY92-IIN), 寧波新芝生物科技股份有限公司; 拍擊式均質(zhì)器 (Scientz-04), 寧波新芝生物科技股份有限公司; 紫外分光光度計(UV-3100), 上海元析儀器有限公司; 質(zhì)構(gòu)儀(RapidTA+), 上海騰拔儀器科技有限公司; 恒溫培養(yǎng)箱 (HWS-250Y), 上海精宏實驗設(shè)備有限公司; 色差儀 (3NH), 深圳市三恩時科技有限公司; pH 計 (Testo 205), 深圳德圖科技有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 超聲波處理羊后腿肉及冷藏試驗

將羊后腿肉切成大小一致的100 g 肉塊, 分別放入保鮮袋封口備用。準備300 mL 冰水混合物作為超聲介質(zhì), 通過添加冰塊的方式, 使超聲處理時的介質(zhì)溫度維持在4 ℃以下。基于預(yù)試驗結(jié)果, 本次 試 驗 共 有 4 個 處 理 組 ( 300、500、700、900 W), 處理時間均為10 min, 頻率為24 kHz,超聲探頭直徑為15 mm, 無超聲處理組為對照組。超聲處理時將保鮮袋包裝的肉樣品置于1 000 mL燒杯底部, 超聲探頭于水面下4 cm 進行工作5 s、間歇5 s 的不同功率超聲處理。處理之后將羊肉樣品置于4 ℃冰箱冷藏, 分別于0、1、3、5、7 d 進行取樣, 對其進行色澤、肌紅蛋白含量、氧合肌紅蛋白含量、高鐵肌紅蛋白含量、蛋白質(zhì)羰基和巰基含量、持水力、質(zhì)構(gòu)、菌落總數(shù)、乳酸菌、大腸菌群、揮發(fā)性鹽基氮等指標(biāo)的測定, 每個處理進行3次重復(fù)。

1.3.2 色澤的測定

使用色差儀采用國際標(biāo)準CIE 顏色系統(tǒng)分別測定0、1、3、5、7 d 的 亮 度 值 (L*)、紅 綠 值(a*)、黃藍值 (b*), 每塊肉取3 個點進行測定,參考高海燕等[12]的方法計算總色差 (ΔE)。

1.3.3 肌紅蛋白總量及其相關(guān)色澤含量的測定

肌紅蛋白總量的測定參考高海燕等[12]的方法略有修改。稱取羊肉樣品2 g, 用絞肉機攪碎, 加入20 mL 0.04 mol·L-1的磷酸緩沖液 (pH 值7.0) 進行高速 (10 000 r·min-1) 勻漿1 min, 勻漿液置于冰浴放置1 h, 隨后再高速離心(10 000 r·15 ℃) 30 min, 取上清液, 同種緩沖液定容至25 mL, 0.25 μm 濾紙過濾, 取濾液分別測定其在525、545、565、572 nm 波長處的吸光度值。計算肌紅蛋白總量、氧合肌紅蛋白和高鐵肌紅蛋白含量。

1.3.4 蛋白質(zhì)羰基和巰基含量

被氧化的蛋白質(zhì)羰基可與2, 4-二硝基苯肼(DNPH) 反應(yīng)生成棕色沉淀2, 4-二硝基苯腙, 用鹽酸胍溶解沉淀后于370 nm 下檢測, 可得到蛋白質(zhì)羰基含量。本試驗采用蛋白質(zhì)羰基含量測定試劑盒 (RXWB0078-96, 泉州市睿信生物科技有限公司, 中國) 測定羊肉蛋白質(zhì)羰基值。蛋白質(zhì)總巰基值測定采用總巰基含量檢測試劑盒 (AKAO010 M, 北京盒子生工科技有限公司, 中國) 測定。

1.3.5 肌肉持水性的測定

隨機取樣置于底部墊有紗布的50 mL 離心管中, 在2 000 r·min-14 ℃下離心20 min 后記錄質(zhì)量, 之后將離心后的樣品置于烘箱中, 在105 ℃下干燥至質(zhì)量恒定, 記錄質(zhì)量。持水力的測定參考高海燕的方法。

1.3.6 質(zhì)構(gòu)的測定

將羊肉切成1.0 cm×1.0 cm×0.5 cm 的樣品,采用Rapid TA+質(zhì)構(gòu)儀P35 探頭, 測定不同時期羊肉的硬度、彈性、咀嚼性、內(nèi)聚性等指標(biāo), 每組樣品測試3 個平行樣, 取平均值。設(shè)定參數(shù): 速度1.0 mm·s-1, 壓縮比30%。

1.3.7 微生物生長

參考GB 4789.2—2010, 取樣品10 g 并用滅菌剪刀剪碎, 放入裝有90 mL 的無菌生理鹽水中采用拍擊式均質(zhì)機均質(zhì)3 min, 取0.2 mL 上清液進行10 倍遞增稀釋, 合適的梯度用0.1 mL 涂布平板。菌落總數(shù)采用菌落計數(shù)平板涂布, 37 ℃恒溫培養(yǎng)48 h 計數(shù); 大腸菌群采用結(jié)晶紫中性膽鹽瓊脂(VRBA) 培養(yǎng)基, 37 ℃厭氧培養(yǎng)48 h 計數(shù); 乳酸菌采用MRS 瓊脂培養(yǎng)基, 37 ℃厭氧培養(yǎng)48 h 計數(shù)。

1.3.8 揮發(fā)性鹽基氮

揮發(fā)性鹽基氮含量參考國家標(biāo)準 GB 5009.228—2016 中的微量擴散法進行測定。

1.3.9 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用SPSS 進行單因素方差分析, 采用Duncan′s 檢驗判定顯著性差異,P<0.05 為顯著。所有數(shù)據(jù)作圖均使用Origin 9.0 進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同超聲處理后的羊肉在冷藏期間的色澤穩(wěn)定性

超聲波處理對羊肉色澤的影響見圖1。不同處理組之間的L*值隨冷藏時間延長呈下降趨勢, 0、1、3 d 對照組的L*值與超聲波處理組差異不明顯,從5 d 開始, 對照組的L*值低于超聲波組。冷鮮肉的a*值被認為與肌紅蛋白或氧合肌紅蛋白濃度有關(guān), 超聲波處理顯著提高了冷藏期冷鮮羊肉的a*值。0～7 d, 對照組冷鮮肉的a*值從8.29 減少至5.61, 顯著低于同時期的超聲波組。300 W 超聲處理組的a*值從0 d 的8.72 減少到7 d 的6.37,低于其他功率處理組。從3 d 開始, 對照組的b*值高于同時期超聲處理組, 900 W 超聲處理的b*值在1 和3 d 明顯低于其他超聲處理組。為了評估冷藏期間冷鮮肉的顏色偏差, 我們使用色差值(ΔE) 來評估冷鮮肉的顏色穩(wěn)定性, 計算可以準確地建立視覺評估和儀器測量的色差之間的一致性[10]。不同處理組0 d 的ΔE值在0～1.5, 屬于肉眼分辨不出來的顏色差異, 1 d 的ΔE值在5.8～10.0, 色差較為明顯, 3 d 之后不同處理組的ΔE值在24.0～54.6, 與初始對照組冷鮮肉的色澤差異較大, 其中L*值對不同組ΔE值的影響最明顯。

圖1 不同超聲處理對羊肉冷藏期間色澤的影響

超聲波處理對羊肉肌紅蛋白含量及其組分的影響見表1, 不同處理組肌紅蛋白總量隨冷藏時間的延長而顯著減少, 其中500 和700 W 的超聲處理可提高羊肉冷藏期間的肌紅蛋白總量, 300 和900 W處理組的肌紅蛋白總量與對照組差異不是很明顯;500 和700 W 的MbO2分別在22.9% ～ 43.2%和25.6%～42.6%; 其高鐵肌紅蛋白分別在34.2%～62.7%和34.7%～67.2%, 從1 d 開始顯著低于其他各處理組。綜上所述, 500 和700 W 的超聲處理可促進冷鮮肉的色澤穩(wěn)定性, 其中700 W 超聲處理在保持肌紅蛋白總量和提高MbO2含量方面效果優(yōu)于500 W 超聲處理。

表1 不同功率的超聲處理對羊肉冷藏期肌紅蛋白及其組分的影響

2.2 不同超聲處理后的羊肉冷藏期間蛋白質(zhì)羰基和巰基含量的變化

蛋白質(zhì)羰基含量的高低表征著蛋白質(zhì)氧化損傷程度的大小, 是衡量蛋白質(zhì)氧化損傷的主要指標(biāo),其值越大, 蛋白質(zhì)氧化程度越高[13]。由圖2 中A可知, 從1 d 開始, 700 和900 W 超聲處理可以顯著減少貯藏期間羊肉的羰基含量。300 和500 W 超聲處理從3 d 開始可顯著減少羊肉的羰基含量。蛋白質(zhì)氧化會造成巰基含量減少, 因此, 巰基含量可作為檢測蛋白質(zhì)氧化程度的一個指標(biāo)[13]。圖2 中B 表明, 從1 d 開始, 500、700 和900 W 超聲處理可顯著減少冷藏期間羊肉蛋白質(zhì)的巰基含量, 其中900 W 減少巰基含量的效果不如500 和700 W。結(jié)合蛋白質(zhì)羰基和巰基含量的變化, 可知700 W 超聲處理在減少冷藏期間羊肉蛋白質(zhì)損傷方面的效果較好。

圖2 不同功率的超聲處理對羊肉冷藏期間蛋白質(zhì)羰基含量和巰基含量的影響

2.3 不同超聲處理后的羊肉冷藏期間持水力的變化

持水力是影響肉品品質(zhì) (如多汁性) 的一個重要因素[14]。不同功率的超聲處理對冷鮮羊肉貯藏期持水力的影響見表2, 超聲處理可以顯著提高羊肉貯藏期間的持水力, 且持水力隨超聲功率的增大而加大。不同處理組的羊肉持水力隨冷藏時間的延長而緩慢下降, 到7 d 時, 不同處理組的羊肉持水力下降14.3%～22.0%。

表2 不同功率的超聲處理對羊肉冷藏期間持水力的影響

2.4 不同超聲處理后的冷鮮肉在冷藏期的質(zhì)構(gòu)變化

由表3 可知, 在0 d, 300、500 W 的超聲處理后可顯著提高冷鮮肉的硬度。而在冷藏1 d 后, 與對照組相比, 超聲處理后的羊肉硬度降低, 并在5 d 差異達到最大, 其中700 W 的嫩化效果最好。

表3 不同功率的超聲處理對羊肉冷藏期間質(zhì)構(gòu)的影響

超聲處理后的羊肉彈性在冷藏3 d 之后與對照組差異顯著, 其中700 W 處理的羊肉彈性最好。超聲波處理可顯著改變冷藏3 d 后的羊肉咀嚼性,其中3 d 羊肉咀嚼性顯著提高, 5、7 d 咀嚼性顯著降低。超聲波處理組與對照組在羊肉內(nèi)聚性上的差異不大, 其中700 W 超聲處理的羊肉內(nèi)聚性在5、7 d 顯著減少。

2.5 不同超聲處理后的羊肉在冷藏期間的微生物生長情況

微生物的生長繁殖是導(dǎo)致冷鮮肉腐敗變質(zhì)的主要誘因。如圖3 中A 所示, 不同處理組的菌落總數(shù)隨冷藏時間延長呈增加趨勢, 其中對照組的菌落總數(shù)從3.18 lg (CFU·g-1) 增加到5.91 lg (CFU·g-1), 7 d 時對照組已屬于變質(zhì)肉。菌落總數(shù)隨超聲功率的增加而下降, 其中900 W 超聲處理組的菌落總數(shù)由3.16 lg (CFU·g-1) 增加到4.82 lg (CFU·g-1), 700 W 超聲處理組的菌落總數(shù)由3.16 lg(CFU·g-1) 增加到4.92 lg (CFU·g-1), 除3 和5 d 外, 700 與900 W 超聲處理組的菌落總數(shù)差異不明顯。大腸菌群(圖3 中B) 與菌落總數(shù)趨勢相似,對照組大腸菌群數(shù)量由2.59 lg (CFU·g-1) 增加到4.88 lg (CFU·g-1)。超聲處理可以不同程度地減少羊肉冷藏期間的大腸菌群數(shù)量, 其中900 W 的超聲處理減少羊肉大腸菌群數(shù)的效果最好, 其數(shù)值由2.09 lg (CFU·g-1) 增加到4.44 lg (CFU·g-1)。300、500 和700 W 超聲處理7 d 的大腸菌群數(shù)量與對照組差異不明顯。冷藏期冷鮮肉的乳酸菌數(shù)見圖2 中C, 900 W 超聲處理的冷鮮肉乳酸菌數(shù)顯著低于其他處理組(除7 d)。與對照組相比, 300、500 和700 W 超聲處理冷鮮肉中的乳酸菌數(shù)影響不明顯。

圖3 不同超聲處理對羊肉冷藏期間菌落總數(shù) (A)、大腸菌群 (B)、乳酸菌 (C) 的影響

2.6 不同超聲處理后的羊肉在冷藏期間的揮發(fā)性鹽基氮

肉中蛋白質(zhì)在酶和細菌的作用下分解產(chǎn)生氨以及胺類堿性含氮物質(zhì)[14]。揮發(fā)性鹽基氮含量是判斷肉新鮮程度的一個重要指標(biāo)[15]。對照組的揮發(fā)性鹽基氮含量從65.3 mg·kg-1增加到238.0 mg·kg-1, 3 和5 d 屬于二級鮮度。超聲處理可顯著減少羊肉揮發(fā)性鹽基氮的產(chǎn)生, 其中500、700 和900 W 超聲處理效果明顯, 900 W 超聲處理組揮發(fā)性鹽基氮含量從65.3 mg·kg-1增加到152.0 mg·kg-1, 較對照組降低, 增加超聲功率可顯著減少羊肉冷藏期間的揮發(fā)性鹽基氮含量 (圖4)。

圖4 不同超聲處理對羊肉冷藏期間揮發(fā)性鹽基氮的影響

3 討論

肉的顏色主要由肌紅蛋白的濃度決定, 肌紅蛋白是一種肌原纖維蛋白, 能夠結(jié)合氧, 其主要功能是在肌肉組織中形成氧氣儲備, 在暫時缺氧時消耗氧氣。肌紅蛋白與氧結(jié)合形成氧合肌紅蛋白(MbO2) 而使羊肉呈現(xiàn)亮粉色, 與此同時, 血紅素中的鐵從Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe3+會導(dǎo)致肌肉組織失去亮粉色而形成深棕色的高鐵肌紅蛋白[16]。目前超聲波處理在保持肉類色澤穩(wěn)定性方面的研究結(jié)果多有矛盾之處[17-18]。Krasulya 等[10]研究了浸入式和流動式鹽水結(jié)合超聲技術(shù)在豬肉顏色穩(wěn)定中的作用, 結(jié)果顯示, 該方法可促進豬肉顏色穩(wěn)定, 這可能與超聲結(jié)合鹽水產(chǎn)生較多的自由電子激活高鐵肌紅蛋白, 降低肉的活性有關(guān)。本研究結(jié)果證實, 適宜的超聲功率對羊肉的色澤穩(wěn)定有促進作用, 相關(guān)機制研究還有待進一步深入。

肉品質(zhì)構(gòu)是衡量其品質(zhì)的重要感官指標(biāo), 它與肉的嫩度、可食性、口感以及加工出品率等有著重要的關(guān)聯(lián)[11]。從技術(shù)上來講, 超聲波對于肉的組織有2 種主要影響形式: 一種是打破細胞的完整性, 一種是促進酶的反應(yīng)。陳麗艷等[11]的研究證實, 超聲波處理時間越長, 鵝肉肌纖維束、超微結(jié)構(gòu)中的A 帶、I 帶、Z 帶和M 線等破壞越嚴重; 蛋白二級結(jié)構(gòu)分析顯示, 超聲波處理能加快α-螺旋向β-折疊和無規(guī)則卷曲方向轉(zhuǎn)化的速度。Chen研究表明, 高功率超聲使鈣蛋白酶Ⅰ和calpain 酶活性顯著升高, 可以改善肌纖維結(jié)構(gòu)的破壞, 并通過觸發(fā)細胞凋亡增加宰后雞肉的蛋白質(zhì)水解, 從而改善肉質(zhì)嫩度。本研究結(jié)果證明, 300和500 W 超聲處理可明顯增加羊肉的硬度, 在冷藏1 d 后硬度才開始改善, 這與前人結(jié)果略有不同。由于超聲處理的效果因超聲波設(shè)備與參數(shù)、超聲波產(chǎn)生的溫度效應(yīng)、研究對象以及處理方式的不同而不同, 因此, 適宜的超聲波參數(shù)以及其作用機制是進一步探索的重點。

近年來, 食品蛋白質(zhì)氧化產(chǎn)生的毒性作用引起了科學(xué)家的關(guān)注。據(jù)報道, 來自食物成分的氧化產(chǎn)物會促進炎癥, 并與腸道致癌的發(fā)生有關(guān)[20]。蛋白質(zhì)氧化最常見的產(chǎn)物是羰基。巰基具有很強的反應(yīng)活性, 對于穩(wěn)定肌原纖維蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)及理化功能具有重要意義。巰基氧化成二硫鍵導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子之間發(fā)生交叉、聯(lián)結(jié)等現(xiàn)象, 從而使肌原纖維蛋白空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[21]。本研究中, 超聲波處理對羊肉蛋白質(zhì)羰基含量的影響較顯著, 對巰基值的影響差異較大, 超聲功率對蛋白質(zhì)氧化效果的影響差異較大。這與王安然[22]的結(jié)果略有不同,推測可能與原料和超聲處理參數(shù)的差異有關(guān)。超聲波處理對蛋白質(zhì)氧化的影響機理還需要進一步深入研究。

超聲波技術(shù)在殺菌方面的應(yīng)用始于20 世紀20年代, 隨后, 人們開始探索超聲殺菌在食品中的應(yīng)用潛力[23]。超聲波的殺菌效力主要是基于超聲波所產(chǎn)生的空化作用, 使微生物細胞內(nèi)容物受到強烈的震蕩, 從而達到對微生物的破壞作用。研究表明, 單獨使用超聲殺菌時其滅活效果并不理想, 因此, 將超聲技術(shù)與其他滅菌方式結(jié)合是目前的一個研究熱點。超聲波的殺菌效果受超聲強度 (功率、振幅、頻率、外部壓力)、處理介質(zhì) (黏度、體積、pH 值和初始微生物數(shù)量) 和微生物種類及狀態(tài) (革蘭氏陽性菌/陰性菌、大小和形狀、芽孢/營養(yǎng)細胞、生長期) 等因素的影響[24], 本研究中超聲處理對羊肉的殺菌效果受功率影響較顯著,900 W 的超聲處理可以使羊肉菌落總數(shù)、大腸菌群和乳酸菌均減少, 但單獨使用高強度超聲的殺菌效果較有限, 這與前人[24]的研究結(jié)果一致。900 W超聲盡管具有較優(yōu)的殺菌效果, 但綜合其他因素顯示, 其保鮮效果不如700 W, 這可能與900 W 對冷鮮肉細胞結(jié)構(gòu)破壞有關(guān), 導(dǎo)致其組織狀態(tài)劣變加劇。