響應(yīng)面法優(yōu)化切片臘肉的脈沖強(qiáng)光—紫外照射殺菌工藝

劉娜　梁美蓮　譚媛元　徐鑫　鄧力　何臘平　曾雪峰　梁才　張汝萍　周娟　朱秋勁

摘 要：采用脈沖強(qiáng)光-紫外照射處理方法對臘肉的保鮮效果進(jìn)行研究，通過響應(yīng)面法分析優(yōu)化切片臘肉殺菌率的影響因素。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選取臘肉切片厚度、脈沖強(qiáng)光-紫外照射距離、閃照時(shí)間為影響因素，以殺菌率為響應(yīng)值，用Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)建立響應(yīng)面分析模型。結(jié)果表明：臘肉切片厚度為3 mm、臘肉距離脈沖強(qiáng)光光源6 cm、距離紫外光源15 cm、閃照時(shí)間為5 min時(shí)，臘肉樣品的殺菌率可達(dá)99.67%，與模型擬合程度高，殺菌效果顯著。

關(guān)鍵詞：響應(yīng)面分析；脈沖強(qiáng)光；紫外照射；臘肉；殺菌；柵欄技術(shù)

Abstract： The effect of pulsed ultraviolet （UV） light treatment on the preservation of Chinese bacon was evaluated. Response surface methodology was employed to optimize the factors affecting the efficiency of sterilization of sliced Chinese bacon. Slice thickness， illumination distance and time were selected as independent variables by one-factor-at-a-time

method for the development of a response surface regression model with sterilization efficiency as response using a

Box-Behnken design. Results showed that the maximum sterilization efficiency of 99.67% was obtained when 3 mm thick bacon slices were illuminated for 5 min by a pulsed light source 6 cm away and a UV light source 15 cm away. The experimental data were well fitted to the developed model. Significant sterilization efficiency could be achieved by using pulse UV light treatment.

Key words： response surface analysis； pulsed light； ultraviolet irradiation； Chinese bacon； sterilization； hurdle technology

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-201706006

中圖分類號：TS251.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-8123（2017）06-0029-06

引文格式：

劉娜， 梁美蓮， 譚媛元， 等. 響應(yīng)面法優(yōu)化切片臘肉的脈沖強(qiáng)光-紫外照射殺菌工藝[J]. 肉類研究， 2017， 31（6）： 29-34. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-201706006. http：//www.rlyj.pub

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中式臘肉文化已有幾千年歷史，臘肉具有色澤美觀、臘香味濃郁、食用方便、易于貯藏的特點(diǎn)[1]，但肉品表面會有各種微生物，隨著加工的進(jìn)行和貯藏時(shí)間的延長，臘肉表面的菌相構(gòu)成會發(fā)生改變，從而對肉類貯藏產(chǎn)生破壞作用[2]。肉制品需要防腐的主要原因是微生物危害，目前很多技術(shù)被應(yīng)用于臘肉的加工和貯藏，如真空包裝、氣調(diào)包裝、微波殺菌、輻照保鮮等技術(shù)[3]在一定程度上有效延長了臘肉的保質(zhì)期，選擇新型的殺菌和保鮮方法也成為有效開展肉制品防腐的熱點(diǎn)研究內(nèi)容。

我國近幾年才出現(xiàn)使用脈沖強(qiáng)光殺滅微生物的相關(guān)研究，且主要應(yīng)用于流體[4-5]，在臘肉制品方面的應(yīng)用目前尚無報(bào)道。脈沖強(qiáng)光導(dǎo)致菌體失活是復(fù)合作用，在180～280 nm波長范圍內(nèi)，紫外線光化學(xué)效應(yīng)和紅外熱效應(yīng)使菌體機(jī)能失活，通過水分蒸發(fā)對膜結(jié)構(gòu)的破壞等導(dǎo)致菌體死亡[6-7]，Nicorescu等[8]對脈沖強(qiáng)光處理接種在香料上的枯草芽孢桿菌進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)處理?xiàng)l件為0.6 J/cm2時(shí)可有效減少枯草芽孢桿菌的數(shù)量。作為一種表面抗菌技術(shù)[8]，紫外輻射具有利用效率高、操作簡單、便于管理等特點(diǎn)，主要用于水處理、醫(yī)院空氣消毒、食品包裝車間消毒以及果蔬、肉制品等[9]的殺菌。紫外輻射技術(shù)主要利用紫外線殺死微生物，在253.7 nm波長附近時(shí)殺菌率最高[10]。脈沖強(qiáng)光結(jié)合紫外輻射技術(shù)的研究較少，脈沖紫外線的殺菌效率是否比連續(xù)紫外線高更是爭論不休[11-13]。

Luo Wei等[14]的研究表明，在特定頻率下，脈沖紫外線比連續(xù)紫外線的殺菌效果更好。

脈沖強(qiáng)光結(jié)合紫外輻射技術(shù)在肉制品保鮮中的研究很少，本研究采用脈沖強(qiáng)光-紫外照射雙重殺菌技術(shù)，以臘肉的切片厚度、脈沖強(qiáng)光-紫外照射距離、閃照時(shí)間為影響因素，切片臘肉的殺菌率為響應(yīng)值，采用

Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析、優(yōu)化脈沖強(qiáng)光-紫外照射技術(shù)應(yīng)用于切片臘肉殺菌的條件，結(jié)合響應(yīng)面分析以及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)確定最佳參數(shù)，為延長臘肉貨架期、提高其食用安全性提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

臘肉、真空包裝袋 貴州五福坊食品股份有限公司；平板計(jì)數(shù)瓊脂（plate count agar，PCA）培養(yǎng)基

貴州賽蘭博科技有限公司；其余試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

YE-01脈沖強(qiáng)光殺菌設(shè)備 常州市蘭諾光電科技有限公司；BXM-30R立式滅菌鍋 上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；SW-CJ-1D凈化工作臺 蘇州凈化設(shè)備有限公司；HH-S6六孔水浴鍋 北京科偉永興儀器有限公司；DZ280/2SE真空包裝機(jī) 綠葉真空機(jī)有限公司；LRH-300（F）恒溫培養(yǎng)箱 上海柏欣儀器設(shè)備廠。

1.3 方法

1.3.1 臘肉樣品處理

按照如下步驟對臘肉樣品進(jìn)行處理：臘肉→切片（5 cm×5 cm×3 mm，10.00～15.00 g）→分別用脈沖強(qiáng)光、紫外照射、脈沖強(qiáng)光-紫外照射處理→真空包裝→常溫（25 ℃恒溫箱）貯藏→定期測定菌落總數(shù)

1.3.2 單因素試驗(yàn)

選取脈沖強(qiáng)光、紫外照射、脈沖強(qiáng)光-紫外照射3 種方法處理臘肉樣品，以臘肉切片厚度、照射距離、閃照時(shí)間為影響因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)[15]。

選取切片厚度為1、2、3、4、5 mm，樣品距離脈沖強(qiáng)光光源2、6、10、14、18 cm，對應(yīng)距離紫外光源19、15、11、7、3 cm，脈沖強(qiáng)光-紫外照射時(shí)間1、3、5、7、9 min，分別進(jìn)行單因素試驗(yàn)，探究各因素對切片臘肉殺菌率的影響。

1.3.3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

運(yùn)用Box-Behnken響應(yīng)面分析，考察切片厚度、照射距離和閃照時(shí)間3 個(gè)因素對切片臘肉殺菌率的影響，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。以切片厚度、照射距離和閃照時(shí)間3 個(gè)因素為自變量，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上設(shè)定試驗(yàn)因素水平值，以殺菌率為響應(yīng)值進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)[16]。根據(jù)

Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理[17]，通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，預(yù)測影響脈沖強(qiáng)光-紫外照射對切片臘肉殺菌率的最佳條件。

1.3.4 菌落總數(shù)的測定

參照GB 4789.2—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測定》[18]中的方法測定。

1.3.5 殺菌率的計(jì)算

切片臘肉的殺菌率按照下式計(jì)算[19]。

式中：Y為殺菌率/%；S為未經(jīng)殺菌處理臘肉的菌落總數(shù)/（CFU/g）；S0為殺菌處理臘肉的菌落總數(shù)/（CFU/g）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel軟件對單因素試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，Design-Expert 8.0.6軟件對Box-Behnken響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，用Origin 8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 切片厚度對臘肉殺菌率的影響

由圖1可知，隨著切片厚度的增大，殺菌率呈減小趨勢，且脈沖強(qiáng)光-紫外照射聯(lián)合使用的效果優(yōu)于單獨(dú)脈沖強(qiáng)光照射殺菌或紫外照射殺菌（P>0.05）。當(dāng)切片厚度為1 mm時(shí)，殺菌率最大，殺菌效果最好，切片厚度為5 mm時(shí)的殺菌效果最差。由于厚度為1 mm和2 mm的切片太薄、易碎，且厚度為3 mm和2 mm時(shí)的表面殺菌率（分別為（96.6±0.06）%和（96.8±0.10）%）差異不顯著

（P>0.05），因此選擇3 mm作為臘肉的最佳切片厚度。

2.1.2 照射距離對臘肉殺菌率的影響

采用脈沖強(qiáng)光處理樣品時(shí)，照射距離只取樣品與脈沖強(qiáng)光光源的距離；采用紫外照射處理樣品時(shí)，照射距離只取樣品與紫外光源的距離。

由圖2可知，臘肉的殺菌率隨樣品與脈沖強(qiáng)光光源距離的增大呈現(xiàn)減小趨勢，這與江天寶[20]、唐明禮[21]等的結(jié)論一致；殺菌率隨樣品與紫外光源距離的減小呈增大趨勢；臘肉處于脈沖強(qiáng)光和紫外協(xié)同距離下，殺菌率呈現(xiàn)先增大后減小的變化。脈沖強(qiáng)光-紫外照射處理的殺菌效果顯著優(yōu)于單獨(dú)使用脈沖強(qiáng)光照射殺菌或紫外照射殺菌（P<0.05），在樣品距離脈沖強(qiáng)光光源10 cm、紫外光源11 cm時(shí)，脈沖強(qiáng)光-紫外照射處理的殺菌率達(dá)到最大，為（98.73±0.16）%，即臘肉樣品位于脈沖強(qiáng)光-紫外照射中間位置（10 cm，11 cm）時(shí)的殺菌效果最好。

2.1.3 閃照時(shí)間對臘肉殺菌率的影響

由圖3可知，3 種處理方式對樣品殺菌率的影響趨勢相同：隨閃照時(shí)間的增加，切片臘肉的殺菌率呈增大趨勢。脈沖強(qiáng)光-紫外照射處理5 min時(shí)的殺菌率為（98.60±0.18）%，之后殺菌率的升高趨勢較平緩

（P>0.05），脈沖強(qiáng)光-紫外照射的殺菌效果優(yōu)于其他2 種單獨(dú)處理方式。為了盡量縮短照射時(shí)間[22]，減少照射處理對臘肉品質(zhì)的影響，故選擇閃照時(shí)間為5 min作為脈沖強(qiáng)光-紫外照射處理切片臘肉的最佳時(shí)間。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

2.2.1 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

以臘肉切片厚度、照射距離和閃照時(shí)間為試驗(yàn)因素，脈沖強(qiáng)光-紫外照射處理切片臘肉的殺菌率為響應(yīng)值（Y）進(jìn)行試驗(yàn)，響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果見表2。

由表2可知，經(jīng)脈沖強(qiáng)光-紫外照射處理的切片臘肉的殺菌率與預(yù)測值相近，擬合結(jié)果良好。

2.2.2 響應(yīng)面回歸模型的建立、方差分析及顯著性檢驗(yàn)

利用Design-Expert 8.0.6軟件，結(jié)合對響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果的分析，得到各因素與響應(yīng)值的二次回歸方程為： Y=94.60-1.26A-0.83B+3.42C-0.47AB-0.33AC-0.55BC+0.89A2-0.46B2-0.93C2。

由表3可知，模型P<0.000 1，說明模型極顯著，證明此模型成立，本實(shí)驗(yàn)方法可靠。失擬項(xiàng)

P=0.337 6>0.05，故失擬項(xiàng)不顯著，說明回歸方程不存在失擬因素，回歸方程擬合程度較好。在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，此回歸方程可以進(jìn)一步用來預(yù)測和合理解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因素A、C對臘肉表面殺菌率的影響均為極顯著

（P<0.000 1），因素B的影響為顯著（P=0.010 8<0.05），交互項(xiàng)AB、AC的影響不顯著（P>0.05），BC的影響顯著

（P=0.015 0<0.05），A2、C2的影響顯著，B2的影響不顯著（P>0.05）。綜上所述，脈沖強(qiáng)光-紫外照射處理切片臘肉殺菌率的影響因素主次順序?yàn)椋洪W照

時(shí)間>切片厚度>照射距離。模型的校正決定系數(shù)（R2）為0.974 2，說明該模型能解釋97.42%的響應(yīng)值變化，表明模型良好，此方程與實(shí)際擬合程度較好。當(dāng)R2約為1時(shí)，表明響應(yīng)面模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合良好[23]，此模型能有效反應(yīng)切片厚度、照射距離和閃照時(shí)間之間的關(guān)系，因而該方程能預(yù)測本實(shí)驗(yàn)中響應(yīng)值隨各參數(shù)的變化規(guī)律[24-25]。

由表4可知，若模型的檢驗(yàn)項(xiàng)P<0.01，該項(xiàng)極顯著，若模型的檢驗(yàn)項(xiàng)P<0.05，該項(xiàng)顯著，反之不顯著[26-27]。一次項(xiàng)中，A和C的偏回歸系數(shù)極顯著，說明切片厚度和閃照時(shí)間對脈沖強(qiáng)光-紫外照射處理切片臘肉的殺菌率有顯著影響，交互項(xiàng)BC偏回歸系數(shù)顯著，二次項(xiàng)A2、C2的偏回歸系數(shù)顯著，其他各項(xiàng)的回歸系數(shù)均未達(dá)到顯著水平，且分析數(shù)據(jù)置信度可觀。

2.2.3 響應(yīng)面交互作用及殺菌效果分析

由圖4可知，隨切片厚度的增加以及脈沖強(qiáng)光照射距離的增加、紫外照射距離的減小，脈沖強(qiáng)光-紫外照射對切片臘肉的殺菌率呈先稍上升后稍下降趨勢，響應(yīng)面三維曲線圖的弧度變化較為平緩，切片厚度和照射距離的交互作用效果不顯著（P>0.05）。當(dāng)切片厚度為3 mm、樣品距離脈沖強(qiáng)光光源6 cm、距離紫外光源15 cm時(shí)，殺菌率最高，為96.20%，說明此時(shí)的殺菌效果最好。

由圖5可知，隨著閃照時(shí)間的延長，切片臘肉的殺菌率呈明顯的上升趨勢（P<0.05），且隨著切片厚度的增大，殺菌率呈減小趨勢，但效果不明顯（P>0.05）。響應(yīng)面三維曲線弧度有變化，當(dāng)脈沖強(qiáng)光-紫外照射的閃照時(shí)間為5 min、樣品切片厚度為3 mm時(shí)，切片臘肉的殺菌率最大。在三維曲線圖中殺菌率的變化趨勢弧度不明顯，說明A、C的交互作用不顯著。

由圖6可知，隨著閃照時(shí)間的增加，切片臘肉的殺菌率呈上升趨勢，而照射距離對殺菌率無顯著影響

（P>0.05）。通過觀察響應(yīng)面三維圖及等高線圖，在距離脈沖強(qiáng)光光源6 cm、距離紫外光源15 cm、閃照時(shí)間為5 min時(shí)，切片臘肉的殺菌效果最好，此時(shí)的殺菌率為98.01%。三維曲線圖呈現(xiàn)弧度趨勢，說明B、C的交互作用顯著。

2.2.4 響應(yīng)面分析結(jié)果預(yù)測值的驗(yàn)證

殺菌率最大時(shí)的最優(yōu)參數(shù)為臘肉切片厚度3.04 mm、距離脈沖強(qiáng)光光源6.05 cm、距離紫外光源14.95 cm、閃照時(shí)間4.95 min，預(yù)測殺菌率可達(dá)99.84%，此時(shí)切片臘肉的殺菌效果得到了顯著優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，考慮到實(shí)際操作，將參數(shù)調(diào)整為切片厚度3 mm、距離脈沖強(qiáng)光光源6 cm、距離紫外光源15 cm、閃照時(shí)間5 min，在此條件下的殺菌率為（99.67±0.17）%，實(shí)際值在預(yù)測值的95%置信區(qū)間內(nèi)（98.061 2%，101.616%）。

為證實(shí)響應(yīng)面優(yōu)化法的可靠性，在上述最佳組合條件下，進(jìn)行貯藏30 d的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。由表5可知，實(shí)際值與預(yù)測值非常接近，隨著貯藏時(shí)間的增加，實(shí)際值與預(yù)測值的比率雖有減小的趨勢但仍接近，這是因?yàn)橘A藏時(shí)間延長會促進(jìn)臘肉中微生物的生長。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，本研究建立的響應(yīng)面分析模型預(yù)測性可靠。

3 結(jié) 論

通過脈沖強(qiáng)光-紫外照射殺菌技術(shù)可以有效殺滅切片臘肉制品中的細(xì)菌，殺菌率影響因素的主次順序?yàn)殚W照時(shí)間>切片厚度>照射距離。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面法對脈沖強(qiáng)光-紫外照射的殺菌條件進(jìn)行優(yōu)化，以切片厚度、照射距離和閃照時(shí)間3 個(gè)因素建立臘肉表面殺菌率的二次回歸方程。利用響應(yīng)曲面法分析可知，當(dāng)切片厚度為3 mm、距離脈沖強(qiáng)光光源6 cm、距離紫外光源15 cm、閃照時(shí)間為5 min時(shí)，臘肉樣品的殺菌率最高（99.67%）。經(jīng)驗(yàn)證，本研究所建立的響應(yīng)面分析模型的擬合程度和準(zhǔn)確率高，可用于分析、預(yù)測各因素對切片臘肉殺菌率的影響，為延長臘肉貨架期提供理論依據(jù)，并且說明脈沖強(qiáng)光-紫外照射的聯(lián)合殺菌效果優(yōu)于單獨(dú)使用脈沖強(qiáng)光照射或紫外照射殺菌。此外，脈沖強(qiáng)光-紫外照射殺菌技術(shù)具有設(shè)備投入簡單、使用操作便利、成本相對低廉、實(shí)用性良好的特點(diǎn)，因此，該技術(shù)有很好的應(yīng)用推廣前景。

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