冷鲜牛肉复合涂膜配方优化 及质构变化分析

齐 文,高 阳,林 颖,李一澍,温玉宁,付昱东,尚宏丽,*

(1.锦州医科大学,辽宁锦州 121001; 2.江苏新晨医药股份有限公司,江苏连云港 222000)

冷鲜牛肉是指牛屠宰后其胴体体温在24 h内迅速冷却至0～4 ℃,并在后续分割、贮藏、流通以及销售过程中始终保持0～4 ℃范围内的鲜牛肉[1]。冷鲜牛肉非常容易变质,导致肌红蛋白氧化使其呈现褐色,微生物迅速繁殖,严重影响肉的品质等,货架期基本在3 d以内[2]。可食性涂膜保鲜技术是近年来研究者所青睐的食品保鲜技术,被广泛应用在果蔬、猪肉、蛋品[3-5]等物料保鲜过程中。涂膜保鲜主要利用多种原料协同抗氧化作用的特点,常用有VC和VE以及茶多酚以及糖类天然防腐剂[6]等。

海藻糖作为一种新型非还原性双糖,可以提高生物体对逆境条件的抗性[7]。对生物体具有防腐、抗高渗、抗冻保护等作用,作为糖类天然防腐剂,在肉及肉制品中防腐过程中具有重要作用[8]。葡萄籽精油[9]和茶多酚[10]可以抵抗自由基,具有抗老化和抗菌、杀菌的作用,而茴香精油[11]则有锁水性能,保湿效果好的特点。

本实验拟以海藻糖为基础,融合葡萄籽精油、茶多酚和茴香精油制作复合涂膜保鲜剂保鲜冷鲜牛肉。利用响应面法优化复合海藻糖保鲜液膜配方,研制开发一种全新的冷鲜牛肉保鲜液膜,同时探讨优化涂膜配方对冷鲜牛肉质构的影响,以期为延长冷鲜牛肉的货架期提供一定数据参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

冷鲜牛肉 辽宁省锦州市农贸市场;葡萄籽精油 江西健民天然香料油厂;八角茴香精油 河南名瑞食品添加剂有限公司;以上植物精油均为100%纯植物精油；茶多酚 食品级，上海梦荷生物有限公司;其他试剂 均为化学分析纯。

A28603型pH计 台湾衡欣科技股份有限公司;DS-I型组织捣碎机 德州润昕实验仪器有限公司;ZS-100型封口机 江苏南京星火包装机械有限公司;YXQ型手提式压力蒸汽消毒器 无锡市第二医疗器械有限公司;RH-N50型嫩度仪 广州润湖仪器有限公司;TA-XT2i型质构仪 美国FTC公司。

1.2 实验方法

1.2.1 单因素试验 将冷鲜牛肉在无菌的操作下平均切分成4个处理组,不同处理组分别设置四个浓度,分别是海藻糖组,浓度分别为(0%(对照组)、2%、4%、6%)、葡萄籽精油组,浓度分别为(0%(对照组)、0.1%、0.15%、0.2%)、茶多酚组浓度分别为(0%(对照组)、0.15%、0.2%、0.25%)、八角茴香精油组,浓度分别为(0%、0.05%、0.1%、0.15%)。每个浓度处理冷鲜牛肉200 g,在不同处理组中浸泡5 s,取出放置在消毒后的网筛中沥水4 min,然后放在消毒保鲜袋中,标记、编号,每个浓度处理组3次重复。最后将样品放置于0～4 ℃的温度下保存0～20 d,每4 d进行各组挥发性盐基氮(TVB-N)值测定。

1.2.2 响应面试验设计 冷鲜牛肉腐败变质最主要的指标评定就是TVB-N值的值[12],在单因素实验的前提下确立Box-Benhnken设计的自变量,以冷鲜牛肉TVB-N值为响应面值,优化复合海藻糖保鲜液膜配方。

表1 响应面试验因素水平表Table 1 Factors and levelsTable of response surface analysis

1.2.3 TVB-N值测定 按照国标(GB/T 5009.44-2003)法测定TVB-N值含量。评价标准为:一级鲜度≤15 mg/100 g,15 mg/100 g<二级鲜度≤20 mg/100 g,变质肉>20 mg/100 g[13]。

1.2.4 质构分析 参考Millette等[14]硬度测定方法:采用质构仪进行TPA质地多面剖析测定,测定时,取最优配方处理后冷鲜牛肉与未做处理新鲜牛肉,按照垂直于冷鲜肉表面测定。测定条件为:探头型号为P/35;压缩变形率为20%;测前速度与测后速度都设定为1 mm/s,测试速度为60 mm/s,可恢复时间为5 s,预测试速度为2 mm/s,回程距离弹起高度值为20 mm。以质构曲线第一个峰高为最大力,即为硬度(N)。每组样品随机选取肉样,测定3次,取平均值。

1.2.5 pH的测定 参考GB 5009.237-2016《食品安全国家标准 食品pH的测定》进行测定,确定其肉样的鲜度等级。其中pH在5.8～6.2之间为一级鲜度;pH在6.3～6.6之间为二级鲜度;pH高于6.7为变质肉。冷鲜牛肉涂膜处理(涂膜处理组)与未做处理(空白组),将样品放置于0～4 ℃的温度下保存0～20 d,每4 d进行pH的测定。

1.2.6 菌落总数检测 根据GB 4789.3-2016食品安全国家标准中方法,测定肉样中菌落总数。菌落总数以菌落形成单位(colony-formingunits,CFU)表示。选取菌落数在30～300 CFU之间,无蔓延菌落生长的平板计算涂膜处理组和空白组的菌落总数。每个稀释度的菌落数应采用两个平板的平均数。

1.3 数据统计分析

数据利用SPSS 19.0和Excel 2007以及Design-Expert 7.1软件进行统计分析,数据以平均值±标准差计。

2 结果与分析

2.1 不同浓度海藻糖涂膜对冷鲜牛肉贮藏期间TVB-N值的影响

由图1可以看出,随着贮藏时间延长,TVB-N值也随之增加,而对照组的TVB-N的值增加的最快。贮藏16 d后,添加海藻糖的冷鲜牛肉TVB-N值逐渐趋于稳定。从实验结果来看,当海藻糖的浓度在4%时,在16 d以后,TVB-N的值仍然小于20 mg/100 g,此时对照组大于二级鲜度的指标。说明海藻糖对冷鲜牛肉的抗菌和保鲜有着一定的作用。添加量4%海藻糖组,其冷鲜牛肉TVB-N的值最低,因此海藻糖添加量4%为响应面试验的基础水平值。

图1 不同浓度海藻糖处理冷鲜牛肉对其TVB-N值的影响Fig.1 Effects of different concentrations of trehalose on the value of volatile salt-based nitrogen

2.2 不同浓度葡萄籽精油涂膜对冷鲜牛肉贮藏期间TVB-N值的影响

如图2所示,随着贮藏时间延长,TVB-N值总体呈上升趋势,而对照组的TVB-N值增加较快。对照组与葡萄籽精油组贮藏前4 d,差异不明显,4 d后,葡萄籽精油组TVB-N值增加缓慢且低于对照组,这说明葡萄籽精油对冷鲜牛肉表面的抑菌作用明显,当葡萄籽精油的浓度达到0.15%时,在冷藏20 d后TVB-N值为18.435 mg/100 g。从实验结果看,选择葡萄籽精油的浓度在0.15%最宜。

图2 不同浓度葡萄籽精油处理 冷鲜牛肉对其TVB-N值的影响Fig.2 Effects of different concentrations of grape seed oil on the value of volatile salt-based nitrogen treated with chilled beef

2.3 不同浓度茶多酚涂膜对冷鲜牛肉贮藏期间TVB-N值的影响

如图3所示,对照组的TVB-N值(TVB-N)的值变化迅速,而其它实验组相对来说上升缓慢。根据国家食品添加剂使用限量茶多酚最大使用浓度为10 g/L[15]。从图3中可以看出,各组的TVB-N值随着贮藏时间延长而呈现上升趋势,各组TVB-N的值在前8 d差异不显著,之后呈现逐渐升高的趋势其之间差异性显著(p<0.05)。茶多酚的浓度0.20%的实验组TVB-N值显著低于其它处理组(p<0.05),这说明茶多酚浓度为0.2%时,对冷鲜牛肉表面的抗菌作用明显。这与研究者姜绍通等[6]利用茶多酚和大蒜素在冷鲜猪肉涂膜保鲜中,其茶多酚比例为0.7%不同,这可能是由于冷鲜猪肉和牛肉汁液流失率和质构不同引起的。

图3 不同浓度茶多酚处理冷鲜牛肉对其TVB-N值的影响Fig.3 Effects of different concentrations of tea polyphenols on the value of volatile salt-based nitrogen treated with chilled beef

2.4 不同浓度八角茴香精油涂膜对冷鲜牛肉贮藏期间TVB-N值的影响

如图4所示,随着贮藏时间延长,各组TVB-N值总体呈上升趋势,而对照组的TVB-N值增加较快。八角茴香精油组贮藏16 d时,TVB-N值显著高于对照组(p<0.05),相比于前16 d,16 d后,各处理组的TVB-N值增加迅速，这说明八角茴香精油对冷鲜牛肉表面的抗菌作用明显,当该精油的浓度达到0.05%时,冷藏时间在16 d时TVB-N值仍在19.314 mg/100 g。而其他4组的TVB-N值均高于0.05%组,并且在色泽和风味上都明显不如0.05%组。因此,从实验结果得到,八角茴香精油浓度取0.05%作为基础设计响应面值最为适宜。

图4 不同浓度八角茴香精油处理 冷鲜牛肉对其TVB-N值的影响Fig.4 Effects of different concentrations of octagonal anise oil on the value of volatile salt-based nitrogen treated with chilled beef

2.5 响应面试验结果

利用Box-Behnken试验设计原理,设计三水平的响应面分析,结果见表2,将得到的实验数据采用Design-Expert 7.1软件来进行多元回归拟合,得到TVB-N值对海藻糖(A)、葡萄籽精油(B)、茶多酚(C)、八角茴香精油(D)的二次多项回归方程:

表2 响应面试验设计及结果Table 2 Experimental design and results for response surface analysis

Y(mg/100 g)=6.109+2.389A+2.1006B-1.785C+1.397D+0.7278AB+0.7758AC+0.8255AD+0.3223BC+0.7155BD+0.61CD+2.15A2+3.07B2+2.34C2+2.91D2

由表3可知,模型的F值是26.86,p<0.0001,表明所得回归模型达到极显著水平。此方程能够表达响应值和各因素之间的真实关系,失拟项p=0.0793>0.05不显著。说明所得模型与实际应用情况拟合较好。R2=0.9564,这也证明模型预测值与实测值之间有很高的相关性[16]。方程一次项A、B、C、D的p值和方程二次项A2、B2、C2、D2的p值都小于0.001,表明其对TVB-N值的影响极显著;其交互作用项AB、AC、AD、BC、BD、CD的p值均大于0.05,说明海藻糖、葡萄籽精油、茶多酚和八角茴香精油之间的交互作用对指标的影响不显著。各个因素对TVB-N值影响大小顺序为:海藻糖(A)>葡萄籽精油(B)>茶多酚(C)>八角茴香精油(D)。

表3 回归模型和方差分析Table 3 Analysis of variance for the regression model

2.6 响应面优化分析

复合海藻糖中各主要成分对TVB-N值的响应面图见5(a)～图5(f)。投影面是等高线图,等高线的轮廓反映了相互作用的强度,椭圆形和马蹄形表示两因素交互作用较为显著,而圆形则表示不显著,响应面的陡峭程度和等高线图的稀疏程度也可反映交互作用的强弱[17-19]。在图5(a)中,葡萄籽精油和海藻糖的等高线图比较稀疏,因此海藻糖和葡萄籽精油的相互作用较弱。由图5(b)可知,海藻糖和茶多酚响应面图曲线较平缓,因此海藻糖和茶多酚的相互作用比较弱。在图5(c)中,海藻糖和八角茴香精油的等高线图也较为稀疏,所以相互作用也较弱。由图5(d)～图5(f)中,可以看出响应面都比较平缓并且等高线稀疏,因此可以得到海藻糖(A)、葡萄籽精油(B)、茶多酚(C)和八角茴香精油(D)之间的相互作用比较弱。

图5 各因素交互作用对TVB-N值影响的响应面图Fig.5 Response surface of interaction on TVB-N value

2.7 响应面法优化复合涂膜最佳配比参数的优化及其验证

利用响应面设计软件Design Expert 7.1进行优化处理,其中遵循的原则是TVB-N值越低越好。优化后得到的最优配方为:海藻糖4.510%、葡萄籽精油0.176%、茶多酚0.221%和八角茴香精油0.164%,在此条件下由响应面模型预测TVB-N值为6.300 mg/100 g。结合实际操作的可行性,校正最佳配比为海藻糖4.5%、葡萄籽精油0.2%、茶多酚0.2%和八角茴香精油0.2%,经过三次重复实验所得的TVB-N值为6.809 mg/100 g,与预测值6.300 mg/100 g相比,相对偏差均小于1%。回归分析和实验表明,采用响应面分析方法合理、可行。因此,此涂膜配方模型可以应用于冷鲜牛肉涂膜保鲜。

2.8 冷鲜牛肉质构分析

图6为采用最优涂膜配方处理冷鲜牛肉(涂膜处理组)在4 ℃冷藏16 d后质构分析图。其质构结果与空白组比较见表4。

表4 冷鲜牛肉涂膜处理后的质构分析Table 4 Texture analysis of cold beef coating

图6 涂膜处理对冷鲜牛肉质构特性的影响Fig.6 Effect of coating treatment on texture characteristics of cold beef

冷鲜牛肉经过涂膜处理并贮藏16 d后,其硬度均比鲜肉组略微降低,但粘附性上升了13.4%,而咀嚼性和弹性出现轻微下降。这说明经过优化配方涂膜处理后冷鲜牛肉质构得到了有效保持,贮藏16 d,其质构除了粘附性外,其他指标均受到影响微小,粘附性升高,可能是由于冷鲜牛肉表面受到微生物等污染[20],导致其值升高。这也验证了最优涂膜配方可以有效维持冷鲜牛肉冷藏期间质构参数。

2.9 冷鲜牛肉pH的变化

从图7中可以看出,空白组冷鲜牛肉pH在第8 d时达到6.7,之后pH变化不明显,说明8～20 d,空白组冷鲜肉完全处于变质肉范围。而涂膜处理组pH在第8 d时仅为6.0,到达16 d其pH到达6.51<6.7,说明牛肉未变质。因此,涂膜处理能够明显抑制冷鲜牛肉pH的上升,有效抑制冷鲜牛肉变质。

图7 涂膜处理对冷鲜牛肉pH的影响Fig.7 Effects of coating treatment on pH of cold beef

2.10 冷鲜牛肉菌落总数的变化

冷鲜牛肉经过涂膜处理后,菌落总数明显低于空白组,空白组在贮藏第8 d时,其菌落总数超标,而涂膜处理组的冷鲜牛肉在贮藏16 d时,其菌落总数超标,保质期延长了8 d,其保鲜效果十分明显。

表5 涂膜处理对冷鲜牛肉菌落总数的影响Table 5 Effect of coating treatment on the total number of cold fresh beef colonies

3 结论

本研究采用海藻糖、葡萄籽精油、茶多酚、八角茴香精油配置成可食用性膜溶液,对冷鲜牛肉进行涂膜保鲜,利用响应面法优化复合涂膜最佳配比为:海藻糖4.510%、葡萄籽精油0.176%、茶多酚0.221%和八角茴香精油0.164%,在此条件下由响应面模型预测TVB-N值为6.600 mg/100 g。结合实际操作的可行性,校正最佳配比为海藻糖4.5%、葡萄籽精油0.2%、茶多酚0.2%和八角茴香精油0.2%,所得TVB-N的值为6.809 mg/100 g。同时也通过质构分析,表明该配方可以有效维持冷鲜牛肉冷藏期间的质构参数,有效抑制冷鲜牛肉pH的上升和冷鲜肉菌落总数增加,从而延长保质期。因此,本方法所优化的复合海藻糖保鲜液膜对冷鲜牛肉的保鲜具有深入研究和开发的价值。