牛羊肉冰温保鲜技术研究进展

陈 雪，罗 欣,2，朱立贤，董鹏程，韩明山，郝剑刚，张一敏,*

（1.山东农业大学食品科学与工程学院，山东 泰安 271018；2.江苏省肉类生产与加工质量安全控制协同创新中心，江苏 南京 210095；3.国家肉牛牦牛产业技术体系通辽站，内蒙古 通辽 028100；4.国家肉牛牦牛产业技术体系乌拉盖站，内蒙古 东乌珠穆沁 026321）

冰温保鲜是指将生鲜食品置于0 ℃以下、冻结点以上的温度范围内，使食品保持低温而不冻结的状态[1]，其温度范围一般为-0.5～-2.8 ℃[2]。冰温保鲜能够对生物细胞起到低温胁迫作用，由糖、高级醇和蛋白质等组成的不冻液能防止细胞冻结，保持细胞的活体状态，同时低温能够抑制多数酶的活性和微生物代谢水平，因此能够较好地保持生鲜产品品质[3-6]。生鲜牛羊肉营养物质丰富，是易腐败的产品。近年来众多学者认为-1.5 ℃的非冻结条件是牛羊肉冰温保藏的最理想温度，实验发现当高于这一温度后货架期（基于感官评定）逐渐缩短，（0、2、5、10 ℃条件下，货架期分别为冰温保鲜货架期的70%、50%、30%、15%）[7]；此外，冰温保鲜还具有重要的商业价值，可降低能量消耗，缩短加工时间，减少劳动力和运输成本，使企业获得较高利润[3-4]。

鉴于冰温保鲜的独特优势，国内外相关学者对其进行了深入的探讨研究，因此，本文对国内外冰温保鲜技术在牛羊肉中的研究现状进行综述，着重阐述了其对生鲜肉各品质指标的影响机制，同时分析了目前冰温保鲜技术存在的问题及未来发展方向，以期为冰温保鲜技术在我国的应用及推广提供理论指导。

1 冰温保鲜技术对牛羊肉品质的影响

采用冰温贮藏保鲜技术的主要目的是维持产品品质，延长货架期。评判冰温条件下牛羊肉品质及货架期的主要指标包括嫩度、肉色、风味（脂肪氧化）及微生物等。

1.1 冰温保鲜对嫩度的影响

肉的嫩度是消费者评价肉品品质常用的指标之一。目前推荐的理想成熟条件是羊肉于1～4 ℃条件下成熟7～10 d，牛肉于1～2 ℃条件下成熟2～3 周。但Hughes等[8]的研究中却发现牛肉在-1 ℃条件下贮藏12 周仍未达到理想的嫩度。温度影响肌肉成熟过程，提高成熟温度（-1.5、3、7 ℃），嫩度逐渐提高[9]，与冷藏相比冰温条件可明显减缓肌肉成熟进程。研究发现冰温保鲜技术对嫩度的影响主要与钙激活酶系统[10-12]、肌原纤维及其骨架蛋白[13-14]、小热休克蛋白[15]等方面有关。

1.1.1 钙激活酶系统

肌肉成熟过程中钙激活酶可使Z线、肌联蛋白和伴肌动蛋白降解，使肌原纤维小片化指数（myofibrillar fragmentation index，MFI）升高，进而提高嫩度[10-11]，其活力与冷藏温度正相关[10]。李培迪等[12]以陶赛特公羊为研究对象，发现冰温组μ-钙激活酶的激活及失活均慢于冷藏组，冰温处理显著延长μ-钙激活酶存活时间，减缓肌肉成熟。目前关于钙激活酶活性的研究主要集中在冷藏水平，且对于μ-钙激活酶及m-钙激活酶在肌肉成熟过程中作用效果也存在较大争议。

1.1.2 肌原纤维及其骨架蛋白

肌间线蛋白和肌钙蛋白-T的降解程度是肉嫩化的重要指标。提高冷藏成熟温度，蛋白质水解酶的活性增加，从而促进肌原纤维骨架蛋白的降解。有研究发现冷藏温度每提高10 ℃，肉成熟的速率可增加2.5 倍[13]。den Hertog-Meischke等[14]曾研究报道提高牛肉的冷藏成熟温度（1、3、5、7、10 ℃），30 kDa肌钙蛋白-T的降解产物明显增多。李培迪等[12]也发现羊肉宰后不同贮藏时间（5、7、9 d）冷藏组（2～4 ℃）MFI显著高于冰温组（-1～-2 ℃）。

1.1.3 蛋白质磷酸化

磷酸化反应可影响绝大多数肌原纤维的功能，蛋白激酶可催化肌钙蛋白-T和肌钙蛋白I发生磷酸化反应，从而降低对钙激活酶降解信号的灵敏度，减弱钙激活酶对肌钙蛋白的降解能力[16]。冰温贮藏可影响蛋白激酶活性，张艳[16]发现冰温组（-1～-1.5 ℃）羊肉蛋白激酶活性在贮藏过程（12 h～9 d）中始终显著高于冷藏组（P＜0.05），从而影响肌原纤维的功能。同时，蛋白质磷酸化也对糖酵解酶活性产生重要影响，磷酸果糖激酶是糖酵解的关键限速酶，磷酸化后反应活性降低，研究发现冰温贮藏有利于上调磷酸果糖激酶磷酸化水平，下调糖原磷酸化酶磷酸化水平，进而影响糖酵解途径及细胞骨架蛋白降解，从而间接调控肉品品质[16]。

1.1.4 蛋白质氧化

肌原纤维蛋白的变性程度与嫩度有很大关系，巯基氧化形成二硫键使蛋白质间发生交联、聚合等现象，是肌原纤维蛋白结构发生变化的主要原因[17]。蛋白质的氧化速率受温度影响显著[17]，夏秀芳等[18]研究了冰温（-1 ℃）贮藏条件下牛肉的ATPase活性、总巯基及活性巯基含量等指标的变化，结果发现与冷藏相比冰温贮藏可有效减缓肌原纤维蛋白的变性程度。冷藏温度越高（-2、0、4 ℃），牛肉的巯基含量下降越快（下降速率分别为0.89%、1.20%、1.39%）[19]。蛋白质的肽骨架和氨基酸侧链易受活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）的作用可使得蛋白质的溶解度降低，冰温条件（-1.5 ℃）下牛肉蛋白质溶解度下降速率较冷藏明显缓慢[20]。因此，冰温条件下可显著地减缓肌原纤维蛋白的氧化变性速度，更好地维持肌原纤维蛋白结构和功能的完整性。

1.1.5 小热休克蛋白

小热休克蛋白（small heat shock proteins，sHSPs）主要包括HSP20、HSP27和αβ-晶状体蛋白等，该蛋白具有抗细胞凋亡和分子伴侣的功能，可保护肌细胞特性，维持细胞稳态，减缓肌原纤维的降解，与肉的嫩度存在重要联系[15,21]。冰温（-1.5 ℃）条件下可有效减缓sHSPs的降解，弱化μ-钙激活酶的活性，维持肌原纤维蛋白结构稳定进而调控肉品嫩度[15,21]。

综上，冰温贮藏可明显延长肌肉的成熟过程，有效地减缓酶类对肌原纤维结构的破坏，极大地维持了肌肉组织理化性质的稳定。在相同贮藏时间下，冰鲜真空贮藏的牛肉羊肉嫩度要略差于真空冷藏的产品，然而该技术对于生鲜肉嫩度的影响效果主要取决于不同市场条件下对嫩度的预期。对于短期贮藏来说冰温保鲜可能达不到消费者预期的理想嫩度；而对于进出口企业来说冰温保鲜可克服长距离运输问题，更好地保持生鲜牛羊肉的新鲜度。目前关于冰温条件下嫩度变化机理的研究多集中在短期贮藏水平，而美国、澳大利亚冰鲜牛肉的保质期分别为100 d和120 d，因此探讨长期贮藏冰鲜牛羊肉嫩度变化机制将是一个很有意义的研究靶点。

1.2 冰温保鲜对肉色的影响

肉色是影响消费者评价肉品新鲜度的首要因素，是决定消费者购买与否的直接评价指标。牛羊肉的红度（a*值）与贮藏温度显著相关[7,9,23]。研究发现冰温贮藏可保持较高的a*值水平，维持较好的肉色稳定性。Jeremiah等[7]发现随贮藏温度（-1.5、2、5 ℃）的提高，牛肉a*值逐渐降低。冰温（-1.5 ℃）贮藏24 周牛肉的a*值大于15，但冷藏（2、5 ℃）样品已明显低于a*值的接受阈值[7]。同时贮藏温度也是影响高铁肌红蛋白（metmyoglobin，MetMb）积累（肉色劣变）的重要因素[24]。MetMb的形成速率随贮藏温度的提高逐渐增加，而温度低于0 ℃时，肉色较为稳定[25]。Small等[26]研究发现牛肉在-0.5 ℃条件下贮藏26周后仍能保持新鲜的外观。还有学者研究了牛肉在不同温度（-1.5、2、5 ℃）条件下MetMb和氧合肌红蛋白（oxymyoglobin，OxyMb）的含量变化，结果表明冰温（-1.5 ℃）条件下MetMb的相对比例最低[7]。再次印证与冷藏相比冰温条件能够明显降低MetMb的形成速率，维持肉色稳定。此外，冰温贮藏能够增加O2的渗透率，使OxyMb层的厚度增加，而较高的冷藏温度则会使需氧酶的活力增强，线粒体氧气消耗率提高，从而形成较薄的OxyMb层，使得MetMb层（中间层）极接近于肉的表面；贮藏温度的提高会加速OxyMb的自动氧化速率，使肉色进一步劣变。除此之外，也有学者发现冰温条件更有利于保持MetMb还原酶活力[27]，维持烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）的含量[16]，使肌肉在长期贮藏过程中维持较好的肉色。

1.3 冰温保鲜对汁液损失的影响

肉的保水性不仅直接影响肉的食用品质，还具有重要的经济意义。汁液损失严重的产品会直接降低消费者的购买欲望，Johnson[28]调查研究发现牛肉汁液损失率为1%～2%时可接受，当达到4%时就会超出消费者的接受范围。

贮藏温度影响肌肉的成熟过程，进而对产品的保水性产生影响，Choe等[9]研究发现羊肉在冷藏条件（3 ℃和7 ℃）其汁液损失明显高于冰温（-1.5 ℃）条件。刘腾[29]对比了不同贮藏温度（-1.5、0、4 ℃）对牛肉保水性的影响发现冰温（-1.5 ℃）条件可明显降低牛肉的汁液损失和蒸煮损失，提高其保水性。虽然近年来对冰温保鲜技术的研究不断深入，但关于冷藏温度与汁液损失之间关系的机制尚未完全阐明。Offer等[30]认为牛肉的贮藏温度与汁液损失之间存在线性关系，提高贮藏温度，汁液黏性降低更易使水分从肌原纤维间隙中流出。den Hertog-Meischke等[14]对此观点持相反的意见，其认为汁液损失与贮藏温度之间存在非线性关系，当贮藏温度在1～5 ℃之间时，汁液损失受温度影响较为显著，5～10 ℃之间受温度影响不显著。同时认为汁液黏性变化不能完全揭示其与贮藏温度之间的关系。

总结近年来的相关研究，并结合上述冰温条件对肉嫩度的影响机制，认为冰温保持肉品较好保水性的原因可能是冰温条件下抑制了微生物及酶的活性，降低了蛋白质的水解程度，减缓了肌肉的成熟过程，极大地维持了细胞结构完整性。同时，冰温条件下不易流动水含量变化较小，自由水含量增加较少，从而减缓了失水速度，提高了保水性。汁液损失是关系到肉类产业的重要指标，因此关于贮藏温度对于牛羊肉汁液损失的深一层次的影响机制急需阐明。

1.4 冰温保鲜对风味（脂肪氧化）的影响

风味是由脂肪和其他内源能够影响消费者味觉的风味前体物质（如糖、氨基酸等）刺激味蕾产生的感觉。冷藏期间随着挥发性脂肪酸及氨基酸的氧化，冷鲜肉类会产生羰基类及醛类物质。低含量的醛会对肉品风味起积极的作用，但当达到消费者接受阈值后，就会产生酸败气味[5]。

冰温贮藏可显著延长肉品的感官货架期，减少不良气味的产生，羊肉在-0.5～-2.4 ℃范围内贮存期可达12 周[31]，牛肉在-0.5 ℃条件下可达24 周[26]，也有学者研究发现羊肉在-0.3 ℃条件下贮存时，其消费者接受度达12 周[32]，真空包装的牛肉在-0.5～-1 ℃条件下贮存时，其消费者接受度达26 周[8,26]。同时，Hughes等[8]还发现牛肉在-1 ℃条件下，当其贮藏至20 周时，其感官接受度要优于贮存至第2周的样品。

温度是影响脂肪氧化的重要因素[33]。与冷藏相比冰温贮藏能明显的减缓脂肪氧化速率[17]。蛋白氧化与脂肪氧化具有相互促进作用[34]，冰温条件下可显著减缓肌红蛋白氧化速率，减少原卟啉及血红素的释放，进而降低脂肪氧化程度[35]。减少微生物的增殖也对于提高肉的风味具有重要作用，冰温条件下微生物的增殖速度减缓，冰温（-1.5 ℃）贮藏，与冷藏（2 ℃）相比生物胺种类少且含量较低，可更好地维持产品良好的风味[20]。

1.5 冰温保鲜对微生物的影响

微生物污染是导致牛羊肉货架期缩短及安全性降低的关键因素，而冰温保鲜可有效地抑制多数微生物的生长繁殖，极大地降低了微生物污染带来的安全风险。

肉的腐败是在多种微生物共同作用下，以肉品为基质产生不良代谢产物的过程。鲜肉中的优势腐败菌主要包括假单胞菌（Pseudomonas）、不动杆菌（Acinetobacter）、嗜冷杆菌（Psychrobacter）、气单胞菌（Aeromonas）、腐败希瓦氏菌（Shewanella putrefaciens）、肠杆菌（Enterobacteriaceae）和革兰氏阳性乳酸杆菌（lactic acid bacteria，LAB）及热杀索丝菌（Brochothrix thermosphacta）等。肉中腐败微生物的种类及数量受温度影响明显，有学者研究发现冰温条件下能够显著减缓沙雷氏菌的生长速度（增殖达到8（lg（CFU/cm2））的时间，2 ℃需要20 d，而-1.5 ℃则需要70 d）[36]。同时，近年来国内外学者关于冰温保鲜技术对牛羊肉菌落总数影响也进行了广泛研究（表1），但由于包装方式及贮藏温度的差异使得不同学者的研究结果不同。总体来看，与冷藏相比冰温条件下菌落总数明显偏低，冰温条件下微生物的代谢活力降低，增殖速度减缓，可显著降低细菌腐败速度。

表1 冰温及冷藏技术对牛羊肉菌落总数影响的相关研究Table 1 A summary of recent studies on the effects of superchilling and refrigeration on total viable counts of beef and mutton

牛羊肉屠宰过程中污染微生物的多样性以及微生物来源的广泛性和复杂性，导致了鲜肉中微生物的多相污染。很多学者开展了冰温条件下牛羊肉中微生物多样性的研究。假单胞菌是胴体表面常见的细菌（2.12（lg（CFU/cm2）））[44]，低温有氧条件可引起肉品腐败。Reid等[44]研究了冰温（-1 ℃）条件下牛肉关键腐败微生物的变化情况，经过6 周的贮藏期后假单胞菌数可达4.42（lg（CFU/cm2））。热杀索丝菌也是冷鲜肉中常见的菌群，能够产生脂肪酶和蛋白酶，导致肉品产生干酪味，引起产气腐败。Brightwell等[40]的研究发现冰温（-1.5 ℃）厌氧条件下该菌能够导致肉品腐败。同时陈锐颖[37]以牛肉为研究对象，发现冰温（-1 ℃）条件下热杀索丝菌有较强的致腐能力，-1 ℃条件下贮藏15 d后菌落总数可达6.51（lg（CFU/g））。乳酸菌是冰温厌氧条件下的优势腐败菌群，其中肉食杆菌、乳酸杆菌和明串珠菌在真空包装肉品中较为常见。Jones[38]以真空包装的冰鲜（-1.5 ℃）牛肉为研究对象，发现贮藏期内（16 周）肉食杆菌、乳酸杆菌、明串珠菌交替成为优势菌群。Kaur等[45]的研究发现牛肉冰温（-0.5 ℃）厌氧条件下贮藏后期肉食杆菌逐渐占据优势，成为优势菌群（77%～97%）。沙雷氏菌、变形沙雷氏菌及蜂窝哈夫尼亚菌为嗜冷肠杆菌，均可在冷藏条件下导致肉品腐败，产生硫化物味及氨味。Youssef等[39]研究了不同温度条件（-1.5、2 ℃）下真空包装牛肉优势腐败菌的变化情况，发现肠杆菌可引起牛肉在冷藏条件（2 ℃）下的早期腐败。嗜冷梭状芽孢杆菌在加工环境及胴体表面广泛存在，可导致0 ℃以下肉品腐败，产生不良气味[46]。Reid等[44]的研究发现冰鲜（-1 ℃）牛肉贮藏后期（6 周）梭状芽孢杆菌数可达6.11（lg（CFU/cm2）），梭状芽孢杆菌是冰鲜牛肉主要的腐败菌之一。由此可见，冰温条件下牛羊肉中的微生物多样性及优势菌群与冷藏条件下具有一定的相似度，但是目前还未发现两种贮藏条件下牛羊肉中微生物多样性的差异比较研究。为了保证冰鲜牛羊肉产品品质，建立良好的卫生操作规范，从源头减少微生物污染才是减缓冰鲜牛羊肉微生物腐败的关键。

2 冰温技术与其他技术相结合对于牛羊肉保鲜的影响

2.1 冰温与气调包装技术对牛羊肉品质的影响

近年来随着冰温保鲜技术的发展，将冰温技术与气调包装相结合成为研究的一大热点，研究发现冰温条件下采用O2、CO2、N2不同比例的气调包装，其失水率要明显低于真空包装组，高浓度O2组可促进OxyMb的形成，使产品呈现良好的色泽，高浓度CO2组可有效地抑制致腐微生物的生长繁殖[47-48]。冰温结合气调包装可起到协同保鲜作用，更有利于保持产品良好的感官品质，减少营养成分的流失。依据产品类型优化气体参数，研发出环境友好、资源节约型的包装是冰温气调保鲜技术的未来发展方向。

2.2 冰温与活性包装技术对牛羊肉品质的影响

结合气调包装优势衍生出的活性包装技术是目前肉品领域的研发热点。活性包装是具有特殊功能的包装，它能吸收产品本身或环境中产生的化学物质并释放防腐剂、抗氧化剂、风味剂等进入食品或食品外环境中[49]。目前低氧活性包装在商业上已成功应用，并取得良好效果，但基于冰温条件下活性包装技术仍处于起步阶段。初步证明冰温与活性包装技术相结合能更好地发挥二者的优点，减缓脂肪氧化，稳定鲜肉色泽，保证产品质量和安全[5,38]。为了保证产品良好的风味及安全性，依据产品类型选择合适的抗氧化剂、抑菌剂等仍是目前研究的重点。

2.3 冰温与超高压技术对牛羊肉品质的影响

超高压技术作为非热力保藏技术在食品及生物方面的应用越来越受到关注[2]。在低温条件下，高压处理能够改善肌肉的嫩度，保护产品风味及营养价值，同时能抑制腐败菌的生长繁殖及酶的活性，保证产品质量，延长货架期[6]。有学者研究发现牛肉经过超高压（150 MPa、20 ℃、15 min）处理后冰温贮藏可延长贮藏期7 d，同时在贮藏过程中能够保持产品良好的品质及感官状态[43]。但目前超高压技术理论体系在我国尚不完善，优选出适合肉品的理想参数（温度、压力、时间等），降低设备成本，才能实现该技术的进一步发展。

3 结 语

冰温保鲜技术是食品保鲜技术的又一突破，在延长产品货架期、提高牛羊肉品质等方面具有独特优势。但现阶段我国标准化的冰温库的数量较少，与商业冷藏相比冰温贮藏设备较为昂贵，这是制约我国冰温技术发展最重要的因素。同时，冰温保鲜是涉及多方面的复合技术（如冷却诱导技术、恒温技术、流场均匀技术等），使得该技术在我国的应用推广存在诸多问题。为了提高我国冰鲜技术水平，应加强上述关键技术的研究，实现冰温过程的合理控制。

精确控温是冰温保鲜技术的又一关键，参照Kaale等[50]的方法依据不同的产品类型建立冰温过程动力学模型，优化冰温程序。同时，提高各个分销环节的温度控制水平（采用实时监测系统），建立完善的控制-调节-监控系统，才能从本质上保证冰温保鲜技术效果。

随着消费者生活水平的提高，对牛羊肉的需求量逐渐增加，保证牛羊肉产品品质仍是肉品领域亟待解决的关键问题。冰温保鲜技术的发展为延长牛羊肉货架期，并在一定程度上改善牛羊肉品质带来良好契机。同时，为了进一步提高冰温保鲜效果，将冰温保鲜技术与活性包装、高压静电场、超高压、真空贴体包装、品质快速检测等技术相结合将是冰温保鲜技术未来进一步发展的方向。