豬胴體冷卻過程中表面微生物的時空分布研究

賈曉楠,李潤雪,趙 迪,粘穎群,吳菊清,周光宏,李春保

(農業(yè)農村部肉品加工重點實驗室,江蘇省肉類生產與加工質量控制協(xié)同創(chuàng)新中心,南京農業(yè)大學食品科技學院,江蘇南京 210095)

冷卻是生豬屠宰加工的重要工序之一,通過冷空氣的快速流動,使冷庫溫度及其中的胴體溫度快速下降,達到預冷的效果,由于冷卻是豬胴體加工的最后階段,旨在通過降低其溫度來阻止胴體上的微生物生長[1]。冷庫是豬胴體冷卻的主要場所,我國的冷庫類型普遍是傳統(tǒng)的單層或多層冷庫[2-3]。目前,冷庫的主要送風形式是冷風機制冷。冷風機是采用的強制對流換熱,迫使機箱外部空氣進入箱內,與蒸發(fā)器進行熱交換,使空氣溫度降低,達到冷庫制冷的目的[4]。小型冷庫的冷卻方法對冷庫庫內的氣流組織起到決定性作用[5],由于采用風機直吹的形式對冷庫進行降溫,存在著氣流組織不合理的問題,從而引起整個冷庫中存在大量漩渦流,使冷、熱空氣交換不充分,產生了溫濕度場不太均勻的問題[6],而溫度是制約微生物生長的最重要因素之一,因此不均勻的溫濕度場一定對冷庫內微生物的生長影響明顯,加之冷庫內風速的差異又會導致冷風與豬胴體接觸面積的不同,因此會進一步影響冷庫內微生物的生長。因此,在冷卻過程中,冷庫的大小、風速、溫濕度等不僅影響胴體冷卻的效果,同時也會影響微生物的生長繁殖,導致肉品中的微生物會根據時間、溫度等發(fā)生變化[7-8]。

已有研究表明,豬胴體在冷庫內的冷卻過程中,靠近冷風機的位置的風速顯著高于中間位置(P<0.05),風速大的位置其胴體周圍環(huán)境相對濕度高、溫度低,隨著冷卻時間的延長和豬胴體的增加,風速、溫度迅速下降,濕度增加,最終風速、溫濕度均趨于穩(wěn)定[9]。但該實驗并未關注冷風機的風路對冷庫內風速場、溫濕度場的影響,且冷卻時間并未持續(xù)到豬胴體可出庫裝車的時間,不是完整的冷卻過程。因此有必要對冷庫內豬胴體的微生物水平進行系統(tǒng)研究[10-11],從而保證冷鏈全程的食品安全,從源頭開始,減少、控制冷庫污染。

本研究旨在研究在豬胴體的完整冷卻過程中冷庫內各處的風速、溫濕度的變化情況,以及冷庫各處的微生物菌落總數,同時對不同影響因素與菌落總數之間進行相關性分析,從時間和空間兩種角度研究冷庫內的微生物水平,為今后的新型冷庫設計和現(xiàn)有冷庫改造提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

豬胴體 江蘇省內某生豬屠宰公司,活豬來自溫氏豬場,品種為三元豬,從豬場到屠宰場的運輸時間4～6 h不等,采樣時間2019年6～8月;平板計數瓊脂(Plate Count Agar,PCA)、蛋白胨(peptone) 南京榮勝達實驗儀器有限公司;一次性使用拭子(長10 cm) 揚州洋生醫(yī)藥科技有限公司。

?，擜R866熱敏式風速儀 香港SMART SENSOR?，攦x器儀表有限公司;標智GM1362型數字溫濕度計 深圳市聚茂源科技有限公司;ZR-2050型空氣浮游菌采樣器 青島眾瑞智能儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 采樣方法及風速、溫濕度測量 預冷庫尺寸為長11.4 m×寬7.7 m×高4.8 m,內部分布有8根懸掛軌道,每根軌道最多可懸掛30～40頭豬胴體,軌道上方(離地約4 m)有2個長期開啟的冷風機。將宰殺后的豬胴體進入冷庫保存的過程所經歷的冷卻時間分為八個時間段,分別是冷卻0、2、4、6、8、10、12、14 h,根據冷庫的對稱布局及冷庫內冷空氣的循環(huán)路徑選取14個點作為采樣點,其中10、11、12號點與1、2、3號點形成對照,具體布局及采樣點分布如圖1所示。

圖1 冷庫布局及室內采樣點分布圖Fig.1 Layout and distribution ofsampling points in the cold storage

其中13、14號點分別為冷風機的出風口、回風口,1～12號采樣點沿胴體懸掛方向按照高度不同分為上(靠近后腿、腹腔位置)、中(靠近豬背部分)、下(靠近前腿、胸腔位置)三部分,作為風速、溫濕度測量點。

在宰后豬胴體放入預冷間冷卻過程中,使用熱敏式風速儀、溫濕度計記錄每個采樣點每個部分的風速、溫濕度,重復5個批次。

1.2.2 微生物采樣及培養(yǎng) 在宰后豬胴體放入預冷間冷卻過程中,若采樣點處無豬胴體,則利用空氣浮游菌采樣器和PCA平板在每個采樣點分別采集500 L的空氣樣本,在37 ℃培養(yǎng)箱培養(yǎng)(48±2) h,培養(yǎng)完成后計算菌落總數。

圖2 冷卻過程中不同采樣點的風速變化Fig.2 Variations of wind speed at different sampling points during cooling

若采樣點處懸掛豬胴體,則參考Liu等[12]的方法,采用一次性無菌擦拭子(事先加入2 mL 1.5%的蛋白胨水),在豬胴體后腿、豬背、前腿、腹腔、胸腔表面分別擦拭100 cm2的面積,得到樣品原液,參照《食品微生物學檢驗菌落總數測定(GB 4789.2-2016)》[13]的方法進行10倍梯度稀釋,同樣使用PCA培養(yǎng)基在37 ℃培養(yǎng)箱培養(yǎng)(48±2) h,培養(yǎng)完成后計算菌落總數。

1.3 數據處理

2 結果與分析

2.1 冷卻過程中風速、溫濕度及菌落總數的變化

本節(jié)只討論整個豬胴體冷卻過程中各采樣點的風速、溫濕度及菌落總數的總體變化趨勢,不著重于不同采樣點的比較。

如圖2所示,隨著冷卻時間的延長,各采樣點的風速都有一定程度的波動,且基本處于上升趨勢,說明在冷卻過程中,冷庫內氣流不穩(wěn)定,風速總體上為上升趨勢。其中,1、2、4、6、7、11點處的風速變化程度更為明顯,結合圖1可以看到,這些點大都分布在冷風機回風口外圍處,說明在冷卻過程中冷風機對附近的風速變化有較大的影響,而5、8點處于冷庫中心位置,冷卻過程中不斷有豬胴體進入,風速在小幅變化后趨于穩(wěn)定。

圖3 冷卻過程中不同采樣點的溫濕度變化Fig.3 Variations of temperature and humidity at different sampling points during cooling

冷卻時間在0～8 h時,溫濕度有小幅波動,呈現(xiàn)上升趨勢,這是因為在實際生產中,豬胴體入庫時冷庫的庫門敞開,庫內的冷空氣與外界的熱空氣進行熱量交換,導致冷庫內溫濕度均上升,靠近冷庫門口的10、11、12號采樣點上升程度最大;冷卻時間在8～14 h時,溫度急劇下降至3～4 ℃,濕度也急速下降至80%左右,原因是此時冷庫內裝滿豬胴體,冷庫門關閉,冷風機進行冷庫內空氣循環(huán)制冷,不再與外界進行熱交換。

冷卻時間在0～8 h時,各點處菌落總數呈現(xiàn)上升趨勢,在冷卻8 h時達到最高,因為此時冷庫初步達到滿庫狀態(tài),庫內空氣與外界空氣仍然流通,空氣與豬胴體表面的接觸面積大,便于更多的微生物附著在豬胴體表面,且較高的溫濕度適于微生物生長;冷卻時間在8～10 h時,由于冷庫處于封閉狀態(tài),不再與外界空氣流通,溫濕度急速下降,對微生物產生的影響較大,豬胴體表面菌落總數顯著降低(P<0.05);冷卻時間在10～14 h時,豬胴體表面菌落總數小幅上升,靠近冷風機且分布在冷庫外圍的采樣點(2、4、5、10、11號點)在不同冷卻時間之間的差異性顯著(P<0.05),其余采樣點的不同冷卻時間之間的差異性不顯著(P>0.05)。

圖4 冷卻過程中不同采樣點的菌落總數變化Fig.4 Variations of the total number of colonies at different sampling points during the cooling process注:不同小寫字母表示同一個部位不同冷卻時間之間的差異顯著(P<0.05)。

2.2 冷庫不同位置的風速、溫濕度及菌落總數的變化

本節(jié)討論在同一冷卻時刻不同采樣點之間的風速、溫濕度及菌落總數差異,為了更好地研究不同采樣點之間以及豬胴體不同部位的差異情況,故選擇冷卻0、8、14 h這三個時刻,冷卻0 h時全部采樣點均未懸掛豬胴體,冷卻8、14 h時全部采樣點均懸掛豬胴體。

2.2.1 冷卻0 h時不同位置的風速、溫濕度及菌落總數的變化 冷庫呈現(xiàn)對稱結構,每臺冷風機的風路路徑有兩條,路徑1為456321、路徑2為456987,其中7、8、9號采樣點處于兩臺冷風機的兩股風路交匯的路徑上。

表1 冷卻0 h時不同采樣點的風速、溫濕度及空氣菌落總數的變化Table 1 Variations of wind speed,temperature,humidity,and total number of air colonies at different sampling points at 0 h

如表1所示,在豬胴體未進入冷庫時,冷庫內空氣微生物均勻分布,各采樣點的空氣菌落總數之間基本無顯著差異(P>0.05),只有冷庫最深處的1號點與最靠近門口處的12號點之間有顯著差異(P<0.05)。路徑1、2的風速波動明顯,總體上由大到小遞減,有顯著差異(P<0.05),溫度均無顯著差異(P>0.05),路徑1的濕度總體上呈現(xiàn)顯著增加(P<0.05)的趨勢,路徑2的濕度先顯著增加后顯著減小(P<0.05),這可能是因為路徑2的后半部分處于兩股風路交匯處,風速較路徑1更大,濕度下降。

2.2.2 冷卻8 h后不同采樣點的風速、溫濕度及豬胴體表面菌落總數的變化 此時冷庫內初次達到全部采樣點均懸掛豬胴體的狀態(tài),因此方便討論不同采樣點的豬胴體及其不同部位菌落總數的差異,以及風速、溫濕度的分布情況。

冷卻8 h后,各采樣點不同高度處(即上、中、下位置)的風速基本無顯著差異(P>0.05)。靠近冷風機回風口處的1、4、7、10號點風速相對較高,路徑1、2的風速均有波動且有顯著差異(P<0.05)。整個冷庫的風速分布并不十分均勻。

表2 冷卻8 h后不同采樣點的風速變化Table 2 Variations of wind speed at differentsampling points after cooling for 8 h

表3 冷卻8 h后不同采樣點的溫度變化Table 3 Variations of temperature at differentsampling points after cooling for 8 h

冷卻8 h后,各采樣點的溫度均在13 ℃以上,不同高度處(即上、中、下位置)的溫度無顯著差異(P>0.05),這是因為在整個冷卻過程中冷庫門打開,冷庫內部與外界環(huán)境相通進行熱量交換,靠近門口的10、11、12號點溫度最高,顯著高于較靠近冷庫內側的1～6號采樣點(P<0.05)。路徑1的溫度無顯著差異(P>0.05),路徑2的溫度總體呈現(xiàn)顯著升高趨勢(P<0.05),總體而言靠近冷庫外側的位置(7～12號點)溫度高于冷庫內側的位置(1～6號點)。

表4 冷卻8 h后不同采樣點的濕度變化Table 4 Variations of humidity at differentsampling points after cooling for 8 h

冷卻8 h后,各采樣點的濕度均在96%以上,不同高度處的濕度(即上、中、下位置)無顯著差異(P>0.05),這同樣是因為在整個冷卻過程中冷庫門打開,冷庫內部與外界環(huán)境相通進行熱量交換,冷空氣與熱空氣交匯,在門口處產生了大量的霧氣,靠近門口的10、11、12號點濕度最高,但并不顯著高于冷庫內其余各點(P>0.05)。路徑1、2的濕度均無顯著差異(P>0.05)。這說明冷卻8 h后整個冷庫內濕度分布較為均勻。

冷卻8 h后,2、5、11點的豬胴體菌落總數較少,3、6、9、12的豬胴體菌落總數較多,1、4、7、10的豬胴體菌落總數適中。8點的豬胴體菌落總數最多,因為處于兩股風路交匯,且處于冷庫中心位置,風速低,溫濕度均較高,容易滋生微生物?？傮w來說,冷庫內不同位置的豬胴體表面菌落總數并無顯著差異(P>0.05),但豬胴體處于迎風面的前腿、豬背及后腿的微生物菌落總數為4～5 lg CFU/cm2,高于菌落總數為3～4 lg CFU/cm2的腹腔、胸腔,這也是因為豬胴體內部本身便是無菌環(huán)境。豬胴體的迎風面中以前腿的菌落總數最高,背風面中以胸腔的菌落總數較高,是因為生產過程中豬胴體經過多次噴淋,水流會有部分匯集在前腿、胸腔處,且靠近地面,與空氣的接觸面積大,容易滋生微生物。

表5 冷卻8 h后不同采樣點的豬胴體表面菌落總數的變化Table 5 Variations of the total number of colonies on the surface of pig carcasses at different sampling points after cooling for 8 h

2.2.3 冷卻14 h后不同采樣點的風速、溫濕度及豬胴體表面菌落總數的變化 與冷卻8 h時的情況不同,此時全部的豬胴體已經經過一段時間的冷卻,即將出庫,因此再次討論不同采樣點的豬胴體及其不同部位菌落總數的差異,以及風速、溫濕度的分布情況。

表6 冷卻14 h后不同采樣點的風速變化Table 6 Variations of wind speed at differentsampling points after cooling for 14 h

冷卻14 h后,1、10號點靠近冷風機回風口處的位置上方的風速顯著高于下方的風速(P<0.05),這可能是因為這些采樣點處于氣流進入冷風機回風口的必經之路,而9、12號采樣點由于冷風直吹,冷空氣下沉從而導致靠近地面處的風速更高,與上方的風速有顯著差異(P<0.05),路徑1、2的風速波動明顯并有顯著差異(P<0.05)?？拷T口的位置風速較高,整個冷庫的風速分布仍然不是十分均勻。

表7 冷卻14 h后不同采樣點的溫度變化Table 7 Variations of temperature at differentsampling points after cooling for 14 h

表8 冷卻14 h后不同采樣點的濕度變化Table 8 Variations of humidity at differentsampling points after cooling for 14 h

冷卻14 h后,冷庫內總體溫度急速下降,各采樣點之間、不同高度處的溫度基本無顯著差異(P>0.05),均在4～6 ℃。其中,靠近門口的10、11、12號點溫度最高,其中10號點的不同高度處的溫度均顯著高于冷庫深處的2號點(P<0.05)。

冷卻14 h后,冷庫內總體濕度下降,各采樣點之間、不同高度處的濕度無顯著差異(P>0.05),均在72%～76%之間,說明冷卻8～14 h過程中整個冷庫內濕度均勻分布。

表9 冷卻14 h后不同采樣點的豬胴體表面菌落總數的變化Table 9 Variations of the total number of colonies on the surface of pig carcasses at different sampling points after cooling for 14 h

表10 不同影響因素與菌落總數的相關性分析表Table 10 Correlation analysis table of different influencing factors and the total number of colonies

冷卻14 h后,冷庫內不同位置的豬胴體表面菌落總數有顯著差異(P<0.05),路徑1的豬胴體后腿、前腿部分的菌落總數基本無顯著差異(P>0.05),腹腔的菌落總數差異顯著(P<0.05),呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢,胸腔部分的菌落總數差異顯著(P<0.05),呈現(xiàn)先增加后減少再增加的趨勢;路徑2的豬胴體豬背、前腿、胸腔部分的菌落總數基本無顯著差異(P>0.05),后腿、腹腔的菌落總數呈現(xiàn)顯著增加(P<0.05)的趨勢,豬胴體的前腿、豬背及后腿的微生物菌落總數依然略高于腹腔、胸腔的菌落總數,但與冷卻8 h相比差異程度減小。

總而言之,在0～14 h的冷卻過程中,冷庫內的風速并非均勻分布,溫濕度逐漸趨于均勻分布,冷庫內不同位置處的豬胴體表面菌落總數有明顯差異,說明冷庫內的氣流對豬胴體表面微生物有較大的影響,豬胴體迎風面的菌落總數略高于背風面的菌落總數,其中前腿、胸腔的微生物較多。

2.3 相關性分析

如表10所示,經過相關性分析,豬胴體表面菌落總數與溫度、濕度、冷卻時間、采樣部位有極顯著的相關關系(P<0.01),與風速有顯著的相關關系(P<0.05)。

在整個冷卻過程中菌落總數與溫度、濕度、風速呈現(xiàn)正相關關系的原因可能是風速高,所以冷風與豬胴體的接觸面積大,導致單位面積內附著的微生物更多,而冷卻過程中冷庫有一段溫度升高的過程,較高的溫濕度有利于微生物生長;菌落總數與采樣部位呈現(xiàn)極顯著的正相關關系的原因可能是空氣中的菌落總數較高,豬胴體的后腿、豬背、前腿因為處于迎風面,且在生產過程中經過噴淋等多道工序,與外界環(huán)境接觸更多從而有更多微生物,腹腔、胸腔曾經處于無菌狀態(tài),在生產過程中與外界接觸少,冷卻時處于背風面從而微生物菌落總數較少。

3 結論與討論

Williams等[14]研究表明,在夏季生豬屠體的污染程度有所提高。然而,與其他肉品相比,微生物的增長量很小[15-16]。這主要是因為夏季外界溫度高,與冷庫內的溫差大,冷熱交換更加劇烈,導致冷庫內的溫濕度均遠高于冷庫本身設定的溫濕度,更有利于微生物生長,本文研究結果表明,夏季屠宰時,冷庫門開啟會使冷庫內的溫濕度有大幅度上升,從而導致豬胴體表面的菌落總數增加,這與上述發(fā)現(xiàn)一致。雖然關于鼓風冷卻對豬肉微生物質量影響的報道尚無定論,但有一些研究人員發(fā)現(xiàn)鼓風冷卻可降低胴體污染水平并改善飼養(yǎng)質量[17],Rothrock等[18]在實驗中發(fā)現(xiàn)在整個處理日期間發(fā)現(xiàn)冷庫內的革蘭氏陰性腐敗相關細菌減少,多樣性和均勻度在整個加工日期間相對不變;Liu等[12]在實驗中發(fā)現(xiàn)牛胴體在冷卻的第1 h和隨后的23 h冷卻中,屠體上的需氧菌數量減少了1個對數單位;Yu等[19]的實驗也證明冷卻后豬胴體的菌落總數明顯低于冷卻前豬胴體的菌落總數,這均與本實驗的結果一致,即豬胴體冷卻0～14 h期間,微生物菌落總數整體下降。

在豬胴體的冷卻過程中,會有多次人工噴淋以加快胴體冷卻速率,而研究發(fā)現(xiàn)在家禽冷卻過程中會發(fā)生交叉污染,水噴霧會增加微生物的傳播[20];本實驗中發(fā)現(xiàn)冷庫內的空氣微生物分布較均勻,而李紅梅在實驗中用撞擊式空氣采樣器采集豬舍和距離豬舍不同距離的空氣樣品,結果顯示,不同距離處的空氣樣品差異不顯著(P>0.05)[21]。

本次實驗結果表明,在冷卻前期(冷卻時間0～8 h),冷庫內的溫濕度逐漸上升,較高的溫濕度適于微生物生長;在冷卻后期(冷卻時間8～14 h),冷庫內的溫濕度迅速下降,導致豬胴體表面微生物的菌落總數顯著減少(P<0.05)并趨于穩(wěn)定;豬胴體迎風面的菌落總數略高于背風面的菌落總數,迎風面以前腿的微生物較多,背風面以胸腔的微生物較多;經過相關性分析發(fā)現(xiàn),豬胴體表面菌落總數與溫度、濕度、冷卻時間、采樣部位有極顯著的正相關關系(P<0.01),與風速有顯著的正相關關系(P<0.05)。

在整個冷卻過程中冷庫內的風速分布一直不均勻,這可能與冷風機設計分布、冷庫內豬胴體的排布、與外界空氣相流通等許多因素有關,李文采等[22]的實驗同樣也說明了這個問題。冷庫內分布不均勻的風速場可能會導致不同位置的豬胴體的冷卻速率不同,這就會導致同一冷庫內的豬胴體品質不一的情況,所以今后若從冷風機設計及分布、冷庫設計、豬胴體排布等眾多因素入手研究,結合本研究成果,可以更好地改善冷庫內豬胴體品質問題,同時也能對冷庫內的微生物防治提供依據,提高冷卻肉的出品質量及冷鏈運輸的效率。