冷鲜肉保鲜过程中的微生物污染及其预防措施

武 丹,李 晓

(西北农林科技大学动物科技学院,陕西杨凌 712100)

冷鲜肉是一种低温生鲜肉类制品,它是指严格按卫生标准屠宰的胴体迅速进行冷却处理,在24 h内使肉温(以后腿中心为测量点)降至0～4 ℃并在后续的加工、流通和销售过程中始终保持0～4 ℃的生鲜肉[1]。冷鲜肉从动物屠宰到上市分别经历了僵直、解僵和成熟的过程,改善了肌肉的嫩度,具有鲜嫩多汁、汤清肉鲜、易咀嚼以及易消化等特点,同时肉的pH降低也有效地抑制了微生物的繁殖[2-4]。虽然冷鲜肉在加工、流通和销售过程中始终都保持0～4 ℃,但是仍有一些嗜冷菌在其中生长繁殖,从而引起冷鲜肉的变质腐败[5]。

细菌污染是影响肉品储藏的主要原因之一。致腐微生物在肉中生长繁殖,生成了有机酸、挥发性脂肪酸、乙酯、硫化合物、酮、醛、醇、氨等物质,从而导致肉类发生变色并产生异味,影响了肉的食用[6]。能够引起肉腐败的微生物有假单胞菌属、小球菌属、梭菌属、变形菌属、芽孢杆菌属等,其中最主要的是假单胞菌属[7]。近年来,人们更加关注食品的卫生安全问题,如何维持肉品的新鲜成为了一个热门的话题。因此,寻找有效的方式来抑制致腐微生物从而延长肉的保鲜期是非常重要的,本文就冷鲜肉致腐微生物污染的主要途径及冷鲜肉防腐的一些措施进行了综述,为进一步探索肉类的有效防腐办法提供参考依据。

1 致腐微生物的污染途径

在畜禽的养殖、屠宰加工、贮藏、运输及销售过程中,肉品都有可能受到致腐微生物的污染。冷鲜肉中致腐微生物的污染途径可分为内源性污染和外源性污染两种方式。

1.1 内源性污染

健康畜禽的肌肉是无菌的,但是动物的消化道、肺部以及皮肤等都存在各种微生物,健全且完整的免疫系统能有效地预防微生物的入侵和扩散,但是当动物机体免疫能力下降时,微生物在其他部位大量繁殖,从而引发肉品污染[8]。王军宏[9]和蔡扩军等[10]的研究结果显示,牛的盲肠和盲肠淋巴结中存在着大量的沙门氏菌,其他动物肠胃中也存在大肠杆菌、空肠弯杆菌以及沙门氏菌等多种微生物,另外动物的排泄物及皮毛中也存在大肠杆菌及需氧菌等微生物[11-13],这些微生物在肉的加工过程中都会引起肉产品的污染。董鹏程等[14]利用荧光扩增片段长度多态性的方法对肉牛屠宰过程7个工序中7种不同血清型、共计83株沙门氏菌进行分子分型,溯源结果显示,沙门氏菌在肉牛皮毛和粪便中存在着严重的交叉污染现象,同时部分粪便以及皮毛分离出的沙门氏菌通过了屠宰过程中的防控屏障,对加工过程中的胴体造成了污染。Johnsen G等[15]在肉鸡屠宰场屠宰过程的6个阶段和25个环境进行取样,通过扩增片段长度多态性分析发现,该屠宰场受到耐热性弯曲杆菌的广泛污染,并且多来自于肠道内容物。动物自身携带或粪便中微生物在屠宰加工过程中极易扩散,进而导致肉品质受到污染,影响肉品安全及其保质期。

1.2 外源性污染

外源性污染主要来自于屠宰加工过程。在动物屠宰过程中,胴体需要长时间暴露在空气中,同时也需要使用大量的水用于冲洗和预冷,水中的微生物、空气中悬浮的灰尘、细菌、细菌芽孢以及霉菌孢子都能直接引起胴体污染,另外肉品在加工、储运、运输、销售过程中需要接触各种工具,机械设备不及时消毒清洗、操作人员的不卫生等又会对胴体造成二次污染[16-17]。Voloski等[18]对牛肉的切割和剔骨切口处进行了假单胞菌属的定量分析,同胴体背部表面相比,切口处的假单胞菌属显著增加,表明切割和剔骨过程导致了牛肉的微生物污染,影响了牛肉品质。闵红等[19]在鸡肉屠宰企业,对屠宰、加工、副产及分割车间的空气、预冷水及接触台面进行了微生物检验,发现空气、预冷水中链球菌、嗜温好氧菌和假单胞菌较其他微生物数量较高,分割及加工车间传送带、分离案板和操作工人的手表面都存在不同程度的链球菌、嗜温好氧菌、假单胞菌、大肠菌群、金黄色葡萄球菌和肠杆菌科的污染。冷鲜肉在加工屠宰过程中接触到的外源性微生物是导致肉品污染的重要原因,严格把控生产环节的卫生和规范化操作能够有效地防止冷鲜肉的污染腐败。

2 冷鲜肉防腐措施

从屠宰到上市过程中,冷鲜肉易受到微生物的污染,缩短肉品货架期。目前已有大量研究证明,一些保鲜剂、新型包装材料以及物理技术等能够有效地延长冷鲜肉保质期,如表1,这些防腐措施主要包括气调包装、保鲜剂、物理处理及宰前饲喂等。

2.1 气调包装

气调包装(Modified atmosphere packaging,MAP)是一种用于冷鲜肉保鲜的包装工艺,通过改变包装中的气体成分从而达到延长保鲜期的效果,MAP通常以O2、N2及CO2等作为填充气体,起到维持肉色、抑制致腐微生物生长繁殖的作用[20]。N2是一种没有抗菌活性的惰性气体,但是可以创造出一种厌氧环境。CO2有较好的抑菌作用,能够抑制需氧致腐微生物的生长繁殖。Wang等[21]在灭菌的鸡肉上人工接种假单胞菌,置于30% CO2、70% N2的MAP中,15 ℃环境下贮藏,相比在空气中保存,MAP中保存的样品细菌菌落数明显降低,并且由肌球蛋白和肌动蛋白水解产生的肽也显著减少。Wang等[22]对比了100% CO2-MAP与真空包装(Vacuum packaging,VP)保存羊肉的效果,发现假单胞菌及肠杆菌的生长速率随着CO2水平降低而增加,相比VP,MAP包装下的羊肉保质期延长了7 d。另外气调包装中的O2可促进氧合肌红蛋白的形成,从而维持肉的色泽,但高氧环境在抑制厌氧菌的繁殖的同时,也促使需氧菌的生长,因此许多研究对高氧气调包装的适合气体比例进行了研究。李素等[23]对比不同氧气浓度的MAP以及VP对冷鲜猪肉的保鲜作用,通过对储存过程中肉的感观、微生物以及生化分析,发现70% O2、20% CO2、10% N2的气调包装显著降低了肉中的菌落总数及TVB-N值,使冷鲜猪肉的保质期延长了4 d,并且有效维持了猪肉的色泽。栗云鹏等[24]分别采用80% O2+20% CO2、70% O2+25% CO2+5% N2、60% O2+20% CO2+20% N2充气包装猪肉,通过检测贮藏过程中肉品的菌落总数、大肠菌群最近似数以及致病微生物、挥发性盐基氮含量、pH,发现70% O2+25% CO2+5% N2的组合对猪肉的保鲜效果最好,将保质期延长至10 d。杨梦达等[25]和Hilgarth等[26]的研究也证明了气调包装中70%左右的O2含量更利于冷鲜肉的保存。气调包装使用的气体中高浓度的CO2对延长冷鲜肉保质期的效果更好,但是70%左右的O2能够在延长保质期的同时维持肉品的色泽,保证冷鲜肉的品质。

表1 冷鲜肉的防腐措施Table 1 Preservative measures of chilled fresh meat

2.2 保鲜剂

2.2.1 天然保鲜剂 由于消费者对食品质量安全的需求日益增加,一些有助于冷鲜肉保存的天然保鲜添加剂越来越受到关注[27]。D’Amato等[28]将猪背最长肌样本分别在20、40 mg/mL的丁香精油乳液和20、40 mg/mL的红百里香精油乳液中浸泡60 s,储存于4 ℃以下,相比对照组,丁香和红百里香精油乳液都能够抑制肌肉中嗜温需氧菌的生长增殖,且抑菌效果与精油乳液的浓度成正比。Palmeri等[29]通过浸渍技术将仙人掌果提取物添加到牛肉切片上,在4 ℃下储存8 d,分析微生物参数、pH、肉色和肉质,与未经处理的牛肉对比,仙人掌果提取物有效地抑制了细菌繁殖,将牛肉保质期延长至8 d。李兆亭等[30]探究迷迭香酸和乳酸链球菌素及其两者复合的保鲜剂对冷鲜猪肉的保鲜作用,迷迭香酸是迷迭香提取物的成分之一,通过综合菌落总数、大肠菌群MPN值、挥发性盐基氮以及pH等数据,发现迷迭香酸和乳酸链球菌素能够使冷鲜猪肉的货架期延长3～5 d。Xie等[31]在猪肉的聚偏二氯乙烯膜包装中添加植物球蛋白BM-1,有效抑制了单核李斯特菌的生长,延长猪肉的货架期。另外还有研究表明,一些乳酸杆菌能够与肉中的致腐微生物竞争生长,从而抑制肉的腐败,延长冷鲜肉的保质期[26,32]。各种天然保鲜在不同程度上都有助于冷鲜肉的保存,其中较高浓度的丁香和红百里香精油效果最好,并且使肉品增加了一些香味从而改善了冷鲜肉的气味。天然保鲜剂虽然能够有效的抑制微生物的生长繁殖,但是在处理肉品的过程中可能对肉的性状有所影响,需要继续探索合理的保鲜剂添加方式,在不影响肉品品质的情况下延长肉的保质期。

2.2.2 抑菌薄膜 可降解复合生物膜是一种新型的材料,通常以壳聚糖、甘露糖、淀粉以及胶原蛋白等作为基质,结合一些抗菌剂应用于肉品的保鲜中,达到一定的抑菌作用[33]。王正荣等[34]分别用含有60%、80%和100%生姜提取物的壳聚糖复合膜对猪后腿肉进行涂膜处理,置于4 ℃冷藏,与对照组相比,涂膜处理的猪肉菌落总数、脂质氧化程度和蛋白质分解程度明显下降,并且随着生姜提取物的浓度增加而下降。Ramezani等[35]使用乳酸壳聚糖涂膜处理协同气调包装鹌鹑胴体也达到了显著的抑菌作用,将其保质期延长至20 d。另外壳聚糖没食子酸衍生物的抗氧化和抗菌能力较壳聚糖都有所提高,更加利于冷鲜猪肉的保存[36]。Alves等[37]将φIBB-PF7A噬菌体结合到海藻酸钠薄膜上,对人工接种荧光假单胞菌的鸡胸肉进行处理,在4 ℃环境中储藏7 d,发现相比单独使用海藻酸钠薄膜更有效地抑制了鸡胸肉表面假单胞菌的生长。汤秋冶等[38]选择的ε-聚赖氨酸-海藻酸钠复合膜同样将冷鲜鸭肉的保质期延长至15 d。Ahmed等[39]通过压缩成型技术将双金属银-铜纳米粒子和肉桂精油添加到聚合物基质中,制备成具有多功能性的聚乳酸复合膜,应用于冷鲜鸡肉的保鲜贮藏,有效抑制了致腐微生物的生长。张玉琴等[40]使用生物可降解性聚乳酸、聚己内酯以及聚乙烯醇制备成复合膜,并结合乳酸链球菌素制备抑菌薄膜,对鲜肉进行真空包装,综合冷鲜肉的菌落总数、pH、TVB-N、色差等指标,对比空白对照组复合膜将冷鲜肉的保质期延长了7 d。现有研究中抑菌薄膜中的采用的主要基质壳聚糖、海藻酸钠、聚乳酸中,使用壳聚糖作为基质制备的抑菌薄膜可将肉类的保质期延长至15～20 d,相比海藻酸钠薄膜和聚乳酸复合膜,壳聚糖复合膜对冷鲜肉的保鲜效果更好。现有研究中抑菌薄膜的各种基质都有一定的抑菌作用,如与其他保鲜方式相结合能否使冷鲜肉的保鲜效果达到最大化还需进一步的研究。

2.3 物理处理

2.3.1 高压处理 高压处理(High hydrostatic pressure,HPP)是一种高效的冷鲜肉保存技术,可以替代热处理方式,避免热处理过程中对肉质的损耗[41]。肉在经过高压处理后发生酶失活、蛋白质变性、淀粉糊化以及微生物灭活等变化,从而延长冷鲜肉的保鲜期,也改善了肉品质[42-43]。Argyri等[44]用500 MPa的高压对人工接种沙门氏菌的鸡肉处理10 min,真空贮存于4、12 ℃的环境中直至腐败,相比对照组,HPP处理过的鸡肉中致腐微生物和沙门氏菌的生长明显受到抑制,且4 ℃环境下的效果最佳,使鸡肉的保质期延长了4 d。Sheen等[45]对比了HPP和反式肉桂醛抑制鸡肉中大肠杆菌的效果,发现HPP的抑菌效果更强。Sommers等[46]的研究结果也显示,HPP能够有效抑制肉中大肠杆菌的生长,减少微生物污染。

2.3.2 紫外线处理 紫外线是一种波长范围为136～390 nm不可见的光线,240～280 nm波段的紫外线具有较强的杀菌能力,能够抑制菌体内的核酸的转录,阻碍菌体蛋白质和酶类的合成,从而导致微生物死亡[47]。史明易等[48]对比了紫外线处理与多糖抑菌膜在延长冰鲜鸡保质期上的效果,通过分析不同处理样品的微生物、蛋白质与脂质的氧化产物、pH以及感官品质,发现5 mW/cm2紫外线处理1 min能够抑制前期细菌的增殖,紫外线与抑菌膜相结合可使冰鲜鸡的保质期延长至10 d。杨明扬等[49]研究了不同模式的紫外线处理对猪肉表面微生物的抑制作用,发现猪肉表面预干燥30 min后,使用7.6 kW功率的紫外线、距离40 cm照射15 s的杀菌效果最佳,能够将菌落总数控制在102水平。此外,不同的紫外线照射装置对冷鲜肉的抑菌效果也有所差别。McLeod等[50]研究表明,连续紫外线灯能够在低能量的情况下达到有效的抑菌效果,但是脉冲紫外线能够减少处理时间,更加方便快捷。

2.3.3 辐照处理 辐照是一种冷杀菌技术,具有操作简便、杀菌彻底以及无残留等特点,能够杀灭冷鲜肉中的致腐微生物,延长其货架期。目前常用的辐照技术是γ射线辐照。程述震等[51]使用γ射线处理冷鲜猪肉,通过对猪肉氧化效应、理化性质、营养品质以及感官风味的分析,相比对照组,γ射线处理提高了猪肉在冷鲜保存过程中的品质,有利于冷鲜猪肉的保鲜。王晶晶等[52]采用0、3、5和7 kGy的60Coγ射线辐照经0%、1%和1.5%壳聚糖溶液分别处理的冷鲜猪肉,定时检测处理后冷鲜猪肉的含水量、pH、菌落总数、TBA值以及变色度,发现3 kGy的60Coγ射线与1.5%壳聚糖溶液的组合对猪肉的保鲜效果最佳,可将冷鲜肉的保质期延长至15 d。

高压、紫外线及辐照处理都能高效地杀灭冷鲜肉中的微生物,但是高压处理和辐照处理可能会使蛋白质变性或使脂质氧化,仍需继续探索合适的温度和强度,以保证延长肉类保鲜期的同时维持肉品的品质。

2.4 宰前饲喂

已有大量研究证实,动物的日粮成分能够影响屠宰后肉的营养成分、嫩度、色泽以及风味,近年来不少研究探究了在日粮添加抗菌及抗氧化物质延长肉类保质期的作用。Leal等[53]在羔羊日粮中添加125、250、500和1000 mg/kg的天然维生素E和250、500、1000和2000 mg/kg合成维生素E,饲喂14 d后屠宰,取背最长肌用气调包装,在4 ℃环境中贮存14 d,结果表明,相比基础日粮组,随着维生素E添加量的增加,羔羊的日增重、采食量及饲料转化率、羊肉的颜色和肌红蛋白的稳定性都有所提高,宰后羊肉储存过程中的脂质氧化和肉变色参数随之降低,而且天然维生素E对肉的保鲜效果更加优于合成维生素E。Ortuo等[54]对比了羔羊日粮中添加迷迭香提取物和维生素E对肉保质期的效果,发现维生素E有利于肉储存中的抗氧化,而迷迭香提取物在抑制储存过程中微生物的生长繁殖方面效果更好。Kamboh等[55]在肉鸡的日粮中分别添加大豆染料木黄酮(Soy genistein,SG)、柑橘橙皮苷(Citrus hesperidin,CH)以及两者不同含量的混合物,屠宰后发现在4 ℃环境储存过程中,对比基础日粮,饲喂5 mg/kg SG和20 mg/kg CH都减少了鸡肉中致腐微生物,提高了肝脏和肌肉总抗氧化和超氧化物歧化酶活性、粗蛋白含量,同时添加两者混合物的效果更优,并与添加量成正相关,将肌肉的保质期延长至15 d。以上研究结果表明,动物屠宰前在其日粮中添加维生素E、植物类黄酮等抗氧化物质以及迷迭香提取物等抗菌物质都能够有效地抑制肉品的腐败,延长货架期,但是使用迷迭香提取物需要结合真空包装才能达到理想的效果,目前比较缺乏关于宰前饲喂方面的研究,发现更高效的抗氧化饲料及如何提高宰前饲喂的保鲜效果均有待探究。

3 总结与展望

由于冷鲜肉水分含量较高,营养价值比较丰富,致腐微生物和致病微生物极易生长繁殖。冷鲜肉从屠宰到上市过程中不断地受到微生物的污染,使肉品变质,缩短货架期。目前已有大量研究证明一些保鲜剂、新型包装材料以及物理技术等能够有效地延长冷鲜肉保质期,但是随着人们食品安全意识的逐渐提升,如何从源头上控制肉类的微生物污染源显得至关重要,比如饲养过程中饲料的安全与适宜、环境的干净卫生、屠宰加工过程中操作的规范等。目前关于从饲料方面控制冷鲜肉污染的研究还比较少,未来可从饲料等方面入手,继续探索出更加健康高效又节约成本的冷鲜肉保鲜技术,以满足人们对食品卫生安全日益增长的需求。