天然保鲜剂与冰温保鲜协同 对牛肉保鲜效果的研究

付 丽,党美珠,胡晓波,*,郝修振,皇甫幼宇

(1.河南牧业经济学院食品工程系,河南郑州 450046; 2.河南伊赛牛肉股份有限公司,河南焦作 454450)

我国是牛肉生产大国,世界排名第三,近年来我国牛肉产量持续增长。2016年全国牛肉总产量为717万t,同比增长2.4%,其销量仅次于猪肉。但我国人均牛肉占有量仅为5.18 kg,牛肉在肉类结构中只占到了8.4%,与世界牛肉平均占比24%相差甚远,说明我国牛肉产业具有很大的发展空间。在我国，约80%以上的牛肉是以冷鲜牛肉的形式被消费,由于冷链的不完善,牛肉在贮运和销售过程中经常会出现汁液流失,甚至极易受到各种有害微生物的污染变色、变味而发生腐败变质[1-2],不能满足现代人对新鲜、安全、高品质牛肉的要求。因此,开展高效、安全、健康的牛肉保鲜技术的研究成为热点。

天然保鲜剂不仅安全、可靠,抑菌活性高,而且有些还具有很强的抗氧化作用,对于延长牛肉的货架期具有很好的效果;同时也符合现代消费者崇尚天然、安全与健康的生活理念,因此,将天然物质应用于肉类保鲜的研究越来越多[3-4]。另外,在不冻结的情况下,尽量控制低温是肉类保鲜的关键,可有效抑制微生物的生长及毒素的产生[5],冰温保鲜技术就是在冰温带范围内保鲜食品的方法[6],非常适合于生鲜食品的保鲜,被称为“第三代保鲜技术”[7],即是将食品放在冰点以上、0 ℃以下的温度环境中进行保鲜[8]。冰温保鲜技术最早是由日本山根昭美研究发现的,在日本冰温保鲜技术已经发展成为集加工、贮藏、流通为一体的完整技术体系[9]。目前，我国冰温保鲜技术在水果、蔬菜等保鲜方面应用较广泛,但在肉类保鲜中的应用还比较少[10],对于牛肉保鲜的研究与应用还处于起步阶段。

本试验以牛肉为研究对象,采用了0～4 ℃冷藏、冰温保鲜及两者分别与天然保鲜剂结合等四种保鲜方式对牛肉进行处理,测定牛肉贮藏期间1、3、5、7、9、11、13、15、17 d的菌落总数、挥发性盐基氮含量(TVB-N值)、吊挂损失率等指标,并结合感官评定,进行了天然保鲜剂结合冰温保鲜与其他保鲜方式对牛肉保鲜效果的比较研究，以期为牛肉的贮藏保鲜提供理论和技术指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

牛肉 河南伊赛牛肉股份有限公司,充分冷却排酸72 h,中心温度降至0～4 ℃后取小黄瓜条部位,立刻装入已灭菌的包装袋内,密封后于0～4 ℃下送到实验室;聚苯乙烯塑料盒 浙江义乌市商邦日用品有限公司,食品级;保鲜膜 杭州妙洁日用科技有限公司,食品级;茶多酚 郑州指南针生物科技有限公司,含量98%食品级;壳聚糖 河南金诚生物科技有限公司,纯度100%,食品级;乳酸链球菌素(Nisin) 深圳恒生生物科学科技有限公司,生物效价≥1000 IU/mg;营养琼脂培养基(型号:02-275) 北京奥博星生物技术有限责任公司。

03A-3数显电热培养箱 上海浦东荣丰仪器有限公司;FA2104电子天平 上海舜宇恒平科学仪器有限公司;BHC-1300IIA2 超净工作台 苏州净化仪器有限公司;QL-901旋涡混合器 海门市其林贝尔仪器制造有限公司;LDZX-50KBS立式压力蒸汽灭菌器 上海申安医疗器械厂;220V电子万用炉 上海上迈电子仪器有限公司;冰温库 南京金陵鸿博环境科技发展有限公司，精确度0.01 ℃;K9860全自动凯氏定氮仪 山东海能科学仪器有限公司;20629温度记录仪 美国Delta Trak公司;BYJZQ-8拍击式匀浆机 上海秉越电子仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 保鲜剂的制备 依据前期研究优化的三种保鲜剂配比[11],即1.0茶多酚:10壳聚糖:0.8Nisin进行保鲜剂的制备。在无菌条件下,称取1.0 g茶多酚、10.0 g壳聚糖、0.8 gNisin混匀后,放入盛有500 mL无菌蒸馏水的烧杯中,充分溶解后,定容至1000 mL,装入无菌试剂瓶中备用。按肉块重5%的量进行添加。

1.2.2 牛肉冰点温度测定 冰点测定是牛肉冰温保鲜技术的关键步骤。牛肉冰点温度测定方法是以孙天利等[1]的方法为基础上并稍作改动。将Delta Trak冰点记录仪放于底座上,连接电脑,打开Delta Manager软件,连接好温度记录仪,并点击“快速启动”,设置启动时间及终止方法。将新鲜牛肉(黄瓜条)切成约100 g左右的长方形,取不同部位5 块。将Delta Trak冰点记录仪的探头插入每块牛肉块中心,放置在-18 ℃的冷库中3～4 h后取出。连接电脑读取数据,得出温度随时间变化的曲线,从中得出牛肉(黄瓜条)的冰点温度范围。

1.2.3 肉样处理 将刀、案板等放入超净工作台,用酒精棉球擦拭后，紫外照射杀菌30 min。将新鲜牛肉(黄瓜条)放在案板上,剔除肉样表面的可视脂肪及筋腱及肌膜,分割为80～100 g左右的长方形肉块,分为120 块,装入到洁净的塑料袋内充分混合，以保证每块肉的初始菌数基本一致。然后将肉块分成四组,每组30 块。将肉样按0～4 ℃冷藏、冰温保鲜及两者分别与天然保鲜剂结合四种保鲜方式进行分装,四种保鲜方式的具体安排见表1。在无菌的条件下,将制备好的保鲜剂装入灭过菌的喷壶中,均匀喷洒在处理组1和处理组2的肉样的表面,自然晾干5 min。然后分装于用酒精棉球擦试消毒并编号的聚苯乙烯塑料保鲜盒内,加盖,每盒一块肉;处理组3和处理组4的肉样直接装于同样的聚苯乙烯塑料保鲜盒内,加盖,每盒一块肉。处理组1和处理组3的肉样放于-1.00 ℃的冰温库内,处理组2和处理组4的肉块放于0～4 ℃冷库内。分别在0、1、3、5、7、9、11、13、15、17 d每组取出3盒肉样进行各项指标的检测。

表1 四种保鲜方式的实验安排表Table 1 The experiment schedule of four preservation methods

1.2.4 检测指标

1.2.4.1 菌落总数检测 在无菌条件下,打开包装盒,依据GB/T 9695.19-2008[12]方法,用已灭菌的剪刀剪取肉样具有代表性的部分,剪碎后取25 g肉样,装入无菌的均质袋内,加入225 mL生理盐水,用拍打式匀浆机拍打3 min,制成1∶10稀释液,按照GB 4789.2-2016[13]的方法进行检测。肉样新鲜度评价参照欧丽娟等[14]和Duun等[5]的标准:<4.0 log(CFU/g)为新鲜肉,4.0～6.0 log(CFU/g)之间为次鲜肉,>6.0 log(CFU/g)为变质肉。

1.2.4.2 TVB-N值的测定 采用GB 5009.228-2016[15]中的自动凯氏定氮法进行检测,每个样品测定3次,取其平均值。其值≤15 mg/100 g为一级新鲜牛肉,≤20 mg/100 g为二级,≥20 mg/100 g时则为变质肉[16-17]。

1.2.4.3 吊挂损失率(汁液流失率) 测定吊挂损失率的方法参照赵菲[10]和许立兴等[17]的方法并稍做了改动。顺着纤维方向把牛肉切成2 cm×3 cm×5 cm的条状,准确称量后,用线绳悬挂肉条一端,再用保鲜袋套住,扎紧袋口后悬挂于0～4 ℃冷库中吊挂24 h,之后取出肉样,用滤纸吸取肉样表面水分后再称重,计算吊挂前后的质量差与吊挂前质量相比即为吊挂损失率。

1.2.4.4 感官评定 依据GB/T17238-2008[18]的感官要求,参考孙凯旋等[2]的评分标准并稍做改动,选取6个食品专业人员成立评定小组,对贮藏期间牛肉的色泽、气味、粘度和弹性进行评分,采用100分制,每个指标的评分取其平均值,再将各项指标的分数相加即为总体可接受性。当牛肉的总体可接受性评分≥60分时为新鲜肉;在50～60分时为次鲜肉;≤50分时表明该牛肉已不新鲜或者腐败变质。具体的感官评定标准见表2。

表2 感官评定标准Table 2 Sensory evaluation Table of beef

1.3 数据分析

每个试验重复3次,结果表示为平均数,图表采用Sigmaplot 13.0,数据统计分析采用SPSS Statistics 20.0统计分析软件进行显著性分析,差异显著性水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 牛肉冰点温度

牛肉放入冷冻库后,其中心温度逐渐下降,当降至0 ℃以下的某一温度时会出现温度回升,并稳定一段时间,随后温度会持续下降,这一稳定阶段的温度为该牛肉的冰点温度[19]。根据Delta Trak冰点记录仪提供的数据，得到牛肉中心温度随时间的变化曲线,如图1所示。

图1 肉样温度变化曲线图Fig.1 Temperature change curves picture of the beef samples

由图1可以看出,牛肉的中心温度在前30 min内快速下降,当牛肉中心温度达到-1.13 ℃时维持了2 min后稍有回升,牛肉中心温度回升并维持在-1.11 ℃时间最长，约14 min,之后开始缓慢下降,当温度降低至-1.14 ℃时，又维持了2 min后温度下降速度开始加快。可见肉样的冰点温度约为-1.11 ℃。因此本试验选取-1.00 ℃为冰温保鲜的温度。

2.2 牛肉贮藏期间菌落总数的变化

微生物生长情况是反映牛肉鲜度最直接也是最重要的指标。不同处理组牛肉在贮藏期间菌落总数的变化如图2所示。

图2 不同处理组牛肉在贮藏期间菌落总数的变化Fig.2 Changes in total bacterial counts of different group beef during storage

由图2可看出,随着贮藏时间的延长,各组牛肉中菌落总数都呈上升趋势。贮藏期间,添加天然保鲜剂的处理组1和处理组2牛肉的菌落总数显著低于处理组3和处理组4(p<0.05),说明保鲜剂对牛肉具有很好的保鲜效果。

处理组3和处理组4相比,在前3 d差异不显著(p>0.05),第5 d开始处理组3的菌数显著低于处理组4(p<0.05),第7 d菌数对数值达到4.93,为二级鲜肉;处理组4第5 d时菌数对数值达到4.89,而第7 d时超过6.0,为腐败肉。可看出冰温保鲜可使冷藏牛肉的货架期由5 d延长至7 d,这与李双梅等[20]研究得到的在-1.5 ℃条件下，能将鲤鱼肉糜贮藏时间延长至7 d的结论基本一致;同时证明冰温保鲜是一种优于冷藏的保鲜方式,这与夏秀芳等[21]的研究结论也是一致的。

处理组1和处理组2相比,前3 d菌落总数呈明显下降趋势(p<0.05),原因是保鲜剂发挥了很好的减菌作用;第3～9 d时菌数开始缓慢上升,但两组间无显著差异(p>0.05),原因是由于保鲜剂的抑菌作用,使得冰温保鲜的效果并不明显;第11 d开始处理组1牛肉菌落总数对数值显著低于处理组2(p<0.05),第15 d时牛肉菌落总数对数值为4.96,仍为二级鲜肉;而处理组2菌数对数值第11 d时为4.44,第13 d时已超过6.0,为腐败肉,这说明天然保鲜剂与冰温保鲜协同保鲜效果明显,使冰鲜牛肉货架期由11 d延长至15 d,这与陈军等[22]用冰温结合壳聚糖涂膜处理将草鱼片货架期延长至15～18 d的研究结果也基本一致。

2.3 牛肉贮藏期间TBV-N值的变化

不同处理组牛肉贮藏期间TVB-N值的变化如图3所示。

图3 不同处理组牛肉在贮藏期间TVB-N值的变化Fig.3 Changes in TVB-N value of different group beef during storage

牛肉中TVB-N值与肉类新鲜度直接相关,是评定新肉品质的重要的理化指标。挥发性盐基氮是微生物和酶作用分解肉中蛋白质生成的带有异味的含硫化合物和胺类等碱性含氮物质。由图3可以看出,随着贮藏时间的延长,处理组1和处理组2前9 d、处理组3和处理组4前3 d牛肉的TVB-N值上升较缓慢,后期各组肉样的TVB-N值均呈快速上升趋势,原因是初期肉样新鲜且温度较低,微生物和蛋白分解酶的作用较弱,使挥发性盐基氮含量增加较慢,该趋势与Khan等[23]的研究发现是一致的。

处理组1和处理组2牛肉的TVB-N值从第3 d开始显著低于处理组3和处理组4(p<0.01),说明保鲜剂具有很好的保鲜效果。

贮藏期间处理组3牛肉的TVB-N值显著低于处理组4(p<0.05),第7 d时为14.88 mg/100 g,仍低于国家标准值15 mg/100 g;而处理组4第5 d的TVB-N值为14.82 mg/100 g,第7 d时已超过20 mg/100 g。说明冰温保鲜可以很好地延长牛肉的货架期,这与周梁等[24]研究得到的冷藏猪肉7 d时TVB-N值超标的结论一致,但与其得到的-1 ℃冰温保鲜猪肉21 d时,TVB-N值仍未超标的结果不一致,原因可能是不同的肉化学组成不同,冰点也不相同,不同的温度贮藏效果不同。

处理组1和处理组2前7 d牛肉TVB-N值差异不显著(p>0.05),第9 d开始处理组1牛肉的TVB-N值显著低于处理组2(p<0.05),第15 d时为14.66 mg/100 g,仍为新鲜肉;而处理组2牛肉的TVB-N值第11 d时为13.53 mg/100 g,第13 d时已接近20 mg/100 g。说明在冰温条件下,能够有效抑制有害微生物的活动及自身各种酶的活性,使腐败速率降低,理化性质稳定,有效延长牛肉的货架期。另外,天然保鲜剂的复合使用可明显提高冰温保鲜的效果,这与图2的研究结果相一致。

2.4 牛肉贮藏期间吊挂损失的变化

不同处理组牛肉贮藏期间吊挂损失的变化如图4所示。

图4 不同处理组牛肉在贮藏期间吊挂损失率的变化Fig.4 Changes in hang loss of different group beef during storage

牛肉在贮藏期间,肌肉组织中汁液会有一定程度的损失是不可避免的,汁液流失将造成肉中营养成分的损失,使肉质变差,降低商品价值,且影响消费者的接受度。由图4可以看出,随着贮藏时间的延长,不同处理组牛肉的吊挂损失率变化没有明显规律,但均能控制在0.45%以内,原因是低温下贮藏牛肉是一种很好的保鲜方法。处理组1和处理组2牛肉的吊挂损失率比处理组3和处理组4的低,尤其是处理组1牛肉的吊挂损失显著低于其他处理组(p<0.05)。在第17 d时仍比其他处理组低,吊挂损失在0.37%以内。原因可能是由于保鲜剂中含有壳聚糖具有一定的成膜性,可在一定程度上阻止肉样中汁液的流失;而且冰温保鲜能够更好地保持肌肉细胞的活体状态,对肌细胞无破坏作用[6],有效地减少了肌肉内营养的流失,说明冰鲜肉比冷鲜肉具有更加良好的营养功能、安全性能。

2.5 牛肉贮藏期间感官指标的变化

不同处理组牛肉贮藏期间感官指标的变化见表3。随着贮藏时间的延长,不同处理组牛肉的各项感官特性逐渐变差,以4 ℃冷藏组(处理组4)的感官评分下降最快,这与许立兴等[17]的研究趋势是一致的。处理组1和处理组2牛肉的各项感官评分均显著高于处理组3(p<0.05)和处理组4(p<0.01),说明天然保鲜剂的添加与冷藏与冰温保藏具有很好的协同作用;另外,天然保鲜剂中壳聚糖具有一定的成膜性,与茶多酚和Nisin也具有很好的协同抑菌和抗氧化作用,不仅能够有效地抑制微生物的生长,还能抑制酶的活性,从而延缓牛肉感官特性的劣变,这与Cardoso等[25]的研究结论是一致的。

表3 不同处理组牛肉在贮藏期间感官指标的变化Table 3 Change in sensory index of different group beef during storage

从总体可接受性评分来看,处理组3牛肉总体可接受性显著高于处理组4(p<0.05),说明冰温保鲜对牛肉的保鲜效果明显优于冷藏保鲜;处理组3牛肉的总体可接受性评分在第7 d时为58.20,为次鲜肉,而处理组4为16.48,为腐败肉。由于处理组3和处理组4牛肉贮藏在第9 d时均已明显腐败,因此终止试验。第11 d开始处理组1牛肉的总体可接受性显著优于处理组2(p<0.05),评分在第15 d时为56.70,为次鲜肉,而处理组2牛肉的总体可接受性评分为50.8,已接近腐败。

肉色是评价牛肉品质及其可接受性的重要指标,经常被用于反映肉的新鲜度。处理组1和处理组2牛肉的颜色在11 d前无显著差异(p>0.05),当贮藏时间达到13～15 d时处理组1牛肉颜色明显优于处理组2(p<0.05)。处理组3牛肉的颜色在7 d内均显著优于处理组4(p<0.05)。原因是肉色主要取决于肌肉中肌红蛋白的含量,冰温条件下能够有效抑制微生物的生长和繁殖,有效地抑制了肌红蛋白的氧化褐变,并能使牛肉内部的脂质氧化、非酶褐变等化学反应减缓,这与Cyprian等[26]的研究结论基本相似;同时,三种天然保鲜剂也具有很好的抑菌和抗氧化活性。

新鲜牛肉应该具牛肉特征气味。当肉发生腐败时,由于微生物和酶的作用使肉中蛋白质、氨基酸等物质降解就会产生异味。处理组1和处理组2牛肉的气味在13 d前无显著差异(p>0.05),均呈正常气味;第15 d时处理组1的气味显著优于处理组2(p<0.05),处理组2稍有异味。处理组3牛肉的气味在7 d内显著优于处理组4(p<0.01),第5 d时分值为16.20,呈正常气味,而处理组4则异味非常明显。

从贮藏期间牛肉的粘度和弹性上看,处理组1牛肉的粘度和弹性分均高于处理组2,贮藏第15 d时,分别为12.50和12.70,表面稍有粘性且弹性较好;而处理组2牛肉则表面发粘且弹性较差。处理组3牛肉的粘度和弹性的分均高于处理组4,贮藏第7 d时,分别为15.25和14.30,表面稍有粘性且弹性较好;而处理组4牛肉表面粘、软且缺乏弹性。原因是随着贮藏时间的延长,牛肉中肌肉纤维中的蛋白质受微生物和酶的作用而受到破坏,使肉弹性变差,并产生一些有粘性的多肽而使肉表面发粘。

3 讨论

近年来,对于天然保鲜剂在肉类保鲜中的应用非常多。茶多酚具有很好的抑菌和抗氧化活性,尤其是在肉品保藏及抗氧化方面被广泛应用[27],Fan Wenxiao等[28]采用0.03%的茶多酚使猪肉香肠在20 ℃下保存了24 d。壳聚糖不仅具有抑菌活性,还具有保水、抗氧化以及能与肠道内脂肪结合清除胆固醇等功能特性,Kanatt等[29]应用0.05%的壳聚糖使羊肉的货架期延长至两周以上;Darmadji等[30]研究0.5%～1%的壳聚糖能有效地抑制鲜肉中腐败菌的生长;而且Qin等[31]研究表明，茶多酚与壳聚糖具有很好的抑菌协同作用。Nisin是一种微生物源保鲜剂,具有很强的抗菌性、易溶解、对热稳定且安全无毒[32],是唯一被我国批准使用的细菌素,是世界公认的天然食品防腐剂和抗菌剂[33]。Shabnam等[34]应用Nisin使用真空包装的鲑鱼4 ℃下的货架期由12 d延长至16 d;Lee等[35]研究显示，Nisin(乳酸链球菌)可以抑制蜡状芽孢杆菌的生长,有效延长牛肉干的保存时间;徐宝才等[36]研究发现，Nisin对乳杆菌有较强的抑制作用,茶多酚、壳聚糖对肠杆菌有较好的抑菌活性等等。另外,采用几种天然抑菌复合保鲜,即可发挥其协同抑菌效果,又可以降低单一保鲜剂的用量并提高产品的安全性[37]。

在冰温保鲜状态下,可使食品不发生冻结,可维持最低程度的生理活性,腐败变质的速率明显降低,对于保持食品营养、风味、色泽及口感具有明显的作用,可有效延长食品的货架期。孙卫青等[38]应用冰温保鲜技术使草鱼鱼糜的蒸煮损失率大大降低,且显著改善其弹性、黏聚性及咀嚼性。

4 结论

本试验在测定肉样冰点的基础上,将前期通过抑菌圈试验优化的茶多酚、壳聚糖、Nisin三种天然保鲜剂与冷藏、冰温保鲜技术协同进行对牛肉保鲜效果的比较研究。经研究得出，冰温保鲜效果明显优于冷藏保鲜,可使牛肉的货架期由5 d延长至7 d,而冷藏保鲜牛肉在第5 d已开始发粘、变味;天然保鲜剂与冰温保鲜、冷藏保鲜均有很好的协同作用。天然保鲜剂可将冷藏牛肉的货架期延长至11 d,这与Einarsson[39]的研究结论冰温贮藏的食品要比传统的冷藏方法的货架期延长1.4～4倍的结论基本一致。天然保鲜剂与冰温保鲜结合对牛肉保鲜效果最优,不仅不影响牛肉的感官特性,而且可有效延缓感官特性的劣变,将冷藏牛肉的货架期延长至15 d。在第15 d时牛肉菌落总数对数值为4.96,TVB-N值为14.66 mg/100 g,吊挂损失率小于0.37%。因此,天然保鲜剂与冰温技术相结合是一种安全、高效、健康的牛肉保鲜技术,为牛肉的贮藏保鲜开辟了新的途径,在肉类保鲜方面的应用具有广阔的前景。