滑動(dòng)弧放電等離子體處理對(duì)冷鮮豬肉保鮮的影響

翟國臻，李 佳，郭杉杉，馬挺軍，孫運(yùn)金*，賈曉云，成曉瑜*

（1 北京農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院 食品質(zhì)量與安全北京實(shí)驗(yàn)室 北京 102206 2 北京農(nóng)學(xué)院 首都農(nóng)產(chǎn)品安全產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院 等離子體工程中心 北京 102206 3 中國肉類食品綜合研究中心 北京 100068）

大氣等離子體是在大氣環(huán)境下產(chǎn)生的氣體放電現(xiàn)象，放電產(chǎn)生的電子溫度雖高達(dá)上萬度，但離子溫度較低，整體上表現(xiàn)為室溫，也稱為低溫等離子體[1-3]。大氣等離子體內(nèi)部含有大量的活性成分，如電子、離子、自由基、激發(fā)態(tài)粒子等，具有較高的氧化特性，可對(duì)食品表面的各類食源性有害微生物進(jìn)行滅殺，是一種存在巨大應(yīng)用潛力的食品冷殺菌技術(shù)[4-6]。Albertos 等[7]研究發(fā)現(xiàn)在70 kV、5 min 條件下采用介質(zhì)阻擋放電處理鯡魚，可以減少好氧菌屬、假單胞菌屬、腸桿菌屬的存在水平，同時(shí)該處理對(duì)脂質(zhì)氧化等品質(zhì)指標(biāo)沒有顯著影響。Kim 等[2]研究發(fā)現(xiàn)射頻放電產(chǎn)生的活性氧可滅活牛肉干中的金黃葡萄球菌，且處理對(duì)牛肉干的顏色、剪切力、脂肪酸的含量沒有顯著影響。Jayasena 等[8]研究發(fā)現(xiàn)介質(zhì)阻擋放電處理可顯著降低豬肉中單增李斯特菌、沙門氏菌和大腸桿菌，長時(shí)間處理后對(duì)豬肉的顏色、感官評(píng)價(jià)產(chǎn)生負(fù)面影響。喬維維等[9]研究發(fā)現(xiàn)介質(zhì)阻擋放電對(duì)牛肉的殺菌率達(dá)93%，而對(duì)牛肉的色澤沒有較大的影響。由此可知，大氣等離子體放電可有效滅殺食品表面的各類食源性有害微生物，在貯藏保鮮方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，然而，大氣等離子體中的活性成分是否對(duì)處理對(duì)象的品質(zhì)造成不利影響，還有待驗(yàn)證。例如：介質(zhì)阻擋放電會(huì)產(chǎn)生·OH、·O2－、H2O2、O3等多種具有強(qiáng)氧化性的活性自由基，可促進(jìn)豬肉的脂質(zhì)氧化[10]。此外，大氣等離子體放電模式較多，如何在保障殺菌的同時(shí)降低對(duì)食品品質(zhì)的影響，成為大氣等離子體技術(shù)在冷殺菌領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵問題。

滑動(dòng)弧放電作為大氣等離子體放電中的一種放電模式，兼容了熱等離子體和非熱等離子體的特性[11-12]。相比介質(zhì)阻擋放電、射頻放電，滑動(dòng)弧放電具有活性離子濃度高、處理面積大、抑菌效率高的特點(diǎn)[13-16]，有望突破大氣等離子體技術(shù)在處理面積方面的應(yīng)用瓶頸。例如作者前期研究中采用滑動(dòng)弧放電等離子體處理雞蛋表面，可有效降低沙門氏菌存活率，延長了雞蛋的貯藏保鮮周期[17]，將滑動(dòng)弧放電等離子體應(yīng)用于預(yù)調(diào)理雞丁貯藏保鮮，對(duì)雞肉的殺菌率達(dá)96%，對(duì)其品質(zhì)影響較小[18]。本研究采用滑動(dòng)弧放電處理冷鮮豬肉，研究其對(duì)豬肉貯藏保鮮品質(zhì)的影響，探究該放電模式在肉品保鮮中的可行性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大腸桿菌 O157：H7（Escherichia coli O157：H7） CICC 21530、金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureeus，S.aureus）CICC 10001、單增李斯特菌（Listeria monocytogenes）CICC 21529、沙門氏菌（Salmonella enterica subsp）CICC22956，中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心；平板計(jì)數(shù)瓊脂（分析純），北京陸橋技術(shù)股份有限公司；叔丁醇（分析純），北京暢華志誠科技有限公司；鹽酸、硼酸（均為分析純），北京化工廠；氧化鎂（分析純），天津市津科精細(xì)化工研究所；氮?dú)狻鍤?，北京市?？圃龑?shí)用氣體有限責(zé)任公司；2-硫代巴比妥酸（生化試劑），國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；豬里脊購于北京市昌平區(qū)北農(nóng)市場(chǎng)。

1.2 儀器與設(shè)備

非熱滑動(dòng)弧放電處理器，實(shí)驗(yàn)室自制；E1010離子濺射儀、VFD-21S 冷凍干燥儀，日本日立公司；TESCAN5136 掃描電鏡，捷克斯洛伐克公司；TU-1810 紫外-可見分光光度計(jì)，上海圣科儀器設(shè)備有限公司；CM-700d1 分光測(cè)色計(jì)，日本KONICA MINOLTA 公司；JB-CJ-2FCS 潔凈工作臺(tái)，蘇州佳寶凈化工程設(shè)備有限公司；SCIENTZ-11 無菌均質(zhì)器，寧波新芝生物科技股份有限公司。

圖1 滑動(dòng)弧放電設(shè)備示意圖Fig.1 Schematic diagram of gliding arc discharge equipment

1.3 方法

1.3.1 滑動(dòng)弧放電殺菌 分別將活化好的二代大腸桿菌 O157：H7、金黃色葡萄球菌、單增李斯特菌、沙門氏菌菌懸液離心得到菌泥。將菌泥均勻涂在無菌載玻片的表面，隨后分別在不同氣體等離子體放電下處理30 s。將處理后的載玻片分別用無菌生理鹽水反復(fù)沖洗至無菌的離心管，混勻成菌懸液，待用。吸取1 mL 上述菌懸液用無菌生理鹽水梯度稀釋至10-6梯度，吸取100 μL 10-6梯度菌懸液至固體培養(yǎng)皿中，倒置放入恒溫恒濕培養(yǎng)箱中37 ℃培養(yǎng)12～16 h，計(jì)數(shù)。

1.3.2 樣品的處理 將豬肉去掉筋膜，切成質(zhì)量為25 g、厚度為5 mm 的肉片，在無菌環(huán)境中分別用空氣、氮?dú)?、氬氣作為載氣進(jìn)行滑動(dòng)弧放電處理，處理時(shí)間30 s 處理功率400 W，氣體流量40 L/min。將處理后的豬肉用無菌保鮮袋包裝，置于4 ℃環(huán)境下保存。隨后測(cè)試其貯藏期菌落總數(shù)、紅度值、揮發(fā)性鹽基氮、丙二醛含量，并對(duì)豬肉表面進(jìn)行形態(tài)觀察及感官評(píng)價(jià)。

1.3.3 豬肉貯藏期菌落總數(shù)測(cè)定 按照國標(biāo)GB 4789.2-2016《食品微生物菌落總數(shù)測(cè)定》[19]方法測(cè)定菌落總數(shù)。

1.3.4 感官評(píng)價(jià) 按照國標(biāo)GB/T 9959.2-2008《分割凍、鮮豬瘦肉》[20]進(jìn)行感官評(píng)價(jià)并略作修改。感官評(píng)價(jià)小組由食品專業(yè)的老師及同學(xué)共12 人組成，每2 d 取出1 組不同載氣滑動(dòng)弧放電處理前、后的豬肉，對(duì)其色澤、氣味、彈性、黏度進(jìn)行打分，總分為40 分。各項(xiàng)指標(biāo)評(píng)分細(xì)則見表1。

表1 感官評(píng)價(jià)評(píng)分表Table 1 Sensory evaluation scores

1.3.5 豬肉紅度值的測(cè)定 用標(biāo)準(zhǔn)白板校正后的CM-700d1 分光測(cè)色計(jì)測(cè)定豬肉的紅度值a*值，每2 d 測(cè)試1 次，每個(gè)樣品選取5 個(gè)部位測(cè)量，取平均值為最終結(jié)果。

1.3.6 揮發(fā)性鹽基氮測(cè)定 參考國標(biāo)GB 5009.228-2016《食品中揮發(fā)性鹽基氮的測(cè)定》[21]，采用半微量凱氏定氮法測(cè)定TVB-N 值。

1.3.7 丙二醛含量的測(cè)定 參考國標(biāo)GB 5009.181-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中丙二醛的測(cè)定》[22]，采用分光光度法測(cè)定豬肉中的丙二醛含量。

1.3.8 豬肉表面形態(tài)觀察 將肉樣切割成肉片，尺寸（長×寬×厚）為5 cm×5 cm×5 mm，切割方向順著肌纖維方向，隨后進(jìn)行滑動(dòng)弧放電處理。往培養(yǎng)皿中倒入戊二醛（2.5%）固定液（覆蓋樣品表面即可）。將切割后的小片樣品放入裝有戊二醛的離心管中室溫靜置6 h，之后放入冰箱4 ℃保存12 h。將處理后的樣品與未處理的樣品離心，棄上清液，用磷酸鹽緩沖溶液（PBS）洗滌3 次，取2.5%戊二醛固定液于離心管中（覆蓋樣品表面），在室溫放置6 h 后4 ℃冰箱過夜保存。次日將樣品用PBS漂洗3 次，每次10 min。乙醇梯度脫水：用體積分?jǐn)?shù)10%，30%，50%，70%，90%，95%的乙醇各脫水1 次，無水乙醇脫水2 次，每次持續(xù)10 min。之后用叔丁醇洗脫置換3 次，每次20 min。加入少量叔丁醇覆蓋樣品即可，放入-20 ℃凍存20 min?？焖偃〕鰳悠?，在真空冷凍干燥機(jī)干燥，次日噴金，掃描電鏡觀察。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本試驗(yàn)采用SPSS 22.0 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，采用Duncan's 進(jìn)行多重比較，差異顯著的標(biāo)準(zhǔn)為P<0.05。用Origin 8.0 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同微生物的殺菌效果

大腸桿菌 O157：H7、金黃葡萄球菌、沙門氏菌、單增李斯特菌均是生鮮肉中具有代表性的食源性致病菌[23]。為了驗(yàn)證滑動(dòng)弧放電對(duì)食源性致病微生物的殺菌效果，研究了滑動(dòng)弧放電對(duì)上述冷鮮肉表面可能存在的微生物的殺菌效果。由圖2可知，滑動(dòng)弧放電處理后，大腸桿菌、金黃葡萄球菌、沙門氏菌、單增李斯特菌的菌落總數(shù)均減少。大腸桿菌通過空氣、氮?dú)?、氬氣放電處理后分別降低0.3，0.7，0.9 個(gè)對(duì)數(shù)值，金黃葡萄球菌分別降低0.2，0.5，0.9 個(gè)對(duì)數(shù)值，沙門氏菌分別降低0.2，0.5，0.8 個(gè)對(duì)數(shù)值，單增李斯特菌分別降低0.1，0.5，0.9 個(gè)對(duì)數(shù)值。不同氣體對(duì)4 種菌的殺菌效果各不相同，且氬氣放電處理后殺菌效果最佳，氮?dú)獯沃?，空氣最差?；瑒?dòng)弧放電的殺菌效果是因不同氣體放電產(chǎn)生的活性物質(zhì)的種類與濃度不同而存在差異性[3]。相對(duì)于以介質(zhì)阻擋放電和大氣等離子體射流占主流的大氣放電模式[24-25]，滑動(dòng)弧放電等離子體可在較短時(shí)間產(chǎn)生明顯的殺菌效果，在殺菌的時(shí)效性方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，也預(yù)示其在冷鮮肉保鮮方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

圖2 不同載氣處理后菌落總數(shù)的變化Fig.2 The changes of the total number of colonies after different carrier gas treatment

2.2 菌落總數(shù)的影響

菌落總數(shù)是反應(yīng)肉的腐敗程度的重要指標(biāo)，當(dāng)肉中的菌落總數(shù)超過6.0 個(gè)對(duì)數(shù)值時(shí)，則超出國家標(biāo)準(zhǔn)[26-27]。為了進(jìn)一步研究滑動(dòng)弧放電等離子體對(duì)冷鮮肉表面菌落總數(shù)的影響，研究了不同貯藏時(shí)間及不同放電氣體處理，對(duì)冷鮮肉微生物指標(biāo)的影響。由圖3可知，隨著貯藏時(shí)間的延長，不同處理?xiàng)l件下肉中的菌落總數(shù)呈增加趨勢(shì)。對(duì)照組菌落總數(shù)在貯藏第6 天超過6.0 個(gè)對(duì)數(shù)值，而經(jīng)滑動(dòng)弧放電處理，氬氣放電后第10 天達(dá)到這個(gè)水平，氮?dú)饨M第8 天，空氣組第7 天，說明滑動(dòng)弧放電處理可有效降低豬肉在貯藏期內(nèi)的微生物含量，最高可降低1.2 個(gè)對(duì)數(shù)值，有效改善豬肉因微生物作用造成的品質(zhì)變化，從而延長豬肉的貯藏保質(zhì)期。等離子體具有較好的抑菌效果[28]，在新鮮食材的貯藏保鮮方面有一定的應(yīng)用。例如大氣等離子體可降低新鮮果皮、預(yù)調(diào)理雞丁表面的各種有害微生物[29-30]。

圖3 不同載氣處理后豬肉貯藏期內(nèi)菌落總數(shù)的變化Fig.3 The changes of the total number of colonies with pork storage period under different carrier gas treatment

2.3 感官評(píng)價(jià)、紅度值的影響

在豬肉貯藏期內(nèi)，各組豬肉的感官評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)逐漸降低，其中對(duì)照組分?jǐn)?shù)下降最為明顯，處理組的感官評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)均普遍高于對(duì)照組 （P＜0.05），在色澤、氣味、彈性和黏度方面具有明顯的提升。等離子體中的活性物質(zhì)濃度及種類存在較大差異，導(dǎo)致其對(duì)豬肉的處理效果存在較大不同，氬氣放電產(chǎn)生的電子密度較高，離子溫度較低[3]，對(duì)豬肉的處理效果更加明顯，感官評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)最高，其次為氮?dú)饨M，最低為空氣組。

紅度值是直觀判斷肉的新鮮度指標(biāo)，是消費(fèi)者從感官上評(píng)價(jià)豬肉品質(zhì)的重要指標(biāo)，受氧合肌紅蛋白和高鐵肌紅蛋白含量的影響，當(dāng)血紅蛋白氧化為高鐵肌紅蛋白時(shí)，肉的紅度值降低[31]。由表2可知，各組豬肉的紅度值隨貯藏時(shí)間的延長逐漸降低，原因是豬肉中的血紅蛋白不斷氧化。相比對(duì)照組，滑動(dòng)弧放電處理的樣品紅度值下降趨勢(shì)減緩，氬氣處理組減緩的幅度最大，氮?dú)饨M次之，空氣組最小。這可能是因?yàn)榛瑒?dòng)電弧放電處理在一定程度上抑制了蛋白內(nèi)源酶的活性，降低了血紅肌紅蛋白氧化為高鐵肌紅蛋白的速率，更好地維持了豬肉的色澤。Jung 等[32]采用介質(zhì)阻擋放電處理豬肉糜，豬肉的紅度值隨放電時(shí)間的延長而顯著增加，并且貯藏期內(nèi)處理的豬肉的紅度值下降趨勢(shì)減緩，與本試驗(yàn)的結(jié)論一致。

表2 不同氣體處理豬肉在貯藏期內(nèi)的感官評(píng)價(jià)、紅度值Table 2 Sensory evaluation，redness of pork treated with different gases during storage period

2.4 TVB-N 值的影響

揮發(fā)性鹽基氮是評(píng)價(jià)豬肉新鮮度的重要指標(biāo)，反映豬肉中蛋白質(zhì)被分解為氨、胺類物質(zhì)的含量，表示蛋白質(zhì)的降解程度。由圖4可知，隨著貯藏期的延長，對(duì)照樣品的TVB-N 值不斷增加，經(jīng)滑動(dòng)弧放電處理的TVB-N 值均小于對(duì)照組 （P＜0.05），氬氣組處理效果好于氮?dú)饨M，空氣組處理效果最弱。根據(jù)GB 2707-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 鮮（凍）畜、禽產(chǎn)品》[33]揮發(fā)性鹽基氮≤15 mg/100 g，對(duì)照組在第6 天TVB-N 值為 （18.1±1.1）mg/100 g，超過國家標(biāo)準(zhǔn)，氬氣處理組在第8 天仍低于國家標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)豬肉的蛋白質(zhì)易發(fā)生降解，從而影響肉制品的加工特性及營養(yǎng)價(jià)值[32，34]，采用滑動(dòng)弧放電處理降低了微生物含量，同時(shí)抑制了酶的活性[35]，減少蛋白質(zhì)的降解，從而達(dá)到保鮮效果。黃明明等[36]研究發(fā)現(xiàn)通過介質(zhì)阻擋放電處理牛肉，減少了微生物對(duì)蛋白質(zhì)的分解，從而降低了牛肉的TVB-N 值，與本試驗(yàn)結(jié)論相符。

圖4 不同載氣處理豬肉在貯藏期內(nèi)TVB-N 值的變化Fig.4 The changes of TVB-N value of pork treated with different gases during storage period

2.5 MDA 值的影響

脂肪氧化會(huì)產(chǎn)生一些醛、酮類化合物，會(huì)產(chǎn)生不良風(fēng)味，降低豬肉的品質(zhì)[37-38]。MDA 值是豬肉脂肪氧化程度的重要指標(biāo)，表示脂肪次級(jí)氧化產(chǎn)生丙二醛的含量。由圖5可知，貯藏期內(nèi)，豬肉中脂肪發(fā)生氧化，MDA 值不斷增大?？諝狻⒌?dú)夥烹娞幚斫M的MDA 值均大于對(duì)照組，氬氣放電處理的MDA 值低于對(duì)照組（P＜0.05）。等離子體因放電形式、放電氣體種類、放電參數(shù)不同而產(chǎn)生的活性粒子的濃度與種類存在較大的差異，因此對(duì)肉的脂質(zhì)氧化效果不同[39]。同理，滑動(dòng)弧放電處理因活性粒子成分不同而對(duì)豬肉脂肪的氧化程度存在較大差異。對(duì)于豬肉的貯藏保鮮特性，氬氣處理效果最佳。

圖5 不同載氣處理豬肉在貯藏期內(nèi)MDA 值的變化Fig.5 The changes of MDA value of pork treated with different carrier gas during storage period

2.6 表面形貌的影響

豬肉表面結(jié)構(gòu)主要為結(jié)構(gòu)蛋白與肌原纖維蛋白組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。由圖6可知，經(jīng)空氣和氮?dú)夥烹娞幚砗?，豬肉的表面結(jié)構(gòu)微孔尺寸有所擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有所降低，這可能是因?yàn)榛瑒?dòng)弧放電產(chǎn)生的一定濃度的原子氧和NO[40]，這些具有氧化性的粒子促進(jìn)了脂肪中不飽和脂肪酸的氧化、分解，導(dǎo)致其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改變。其中空氣、氮?dú)夥烹姰a(chǎn)生較高濃度的原子氧和NO，因此空氣、氮?dú)夥烹娞幚砗笪⒖壮叽鐢U(kuò)大。相比其它氣體放電處理，氬氣放電處理對(duì)豬肉表面的影響較小，這可能是因?yàn)闅鍤夥烹姷入x子體的電子密度較高，主要活性成分為低濃度的羥基自由基，不足以對(duì)豬肉表面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。通過豬肉的表面形態(tài)觀察可知，滑動(dòng)弧放電處理的豬肉脂肪氧化結(jié)果與圖5一致。

圖6 不同載氣處理豬肉表面結(jié)構(gòu)的影響（a.對(duì)照組；b.空氣處理組；c.氮?dú)馓幚斫M；d.氬氣處理組）Fig.6 Effect of different carrier gas on pork surface structure （a.control group，b.air treatment，c.nitrogen treatment，d.argon treatment）

3 結(jié)論

采用滑動(dòng)弧放電等離子體對(duì)4 種生鮮肉中常見微生物進(jìn)行殺菌處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氬氣殺菌效果最佳，氮?dú)獯沃?，空氣最差。采用滑?dòng)弧放電對(duì)豬肉表面進(jìn)行處理，比較不同放電氣體處理下豬肉的感官特性、紅度和脂肪氧化等外觀和品質(zhì)指標(biāo)的變化。感官評(píng)價(jià)和紅度測(cè)定結(jié)果表明，氬氣處理評(píng)分最高，氮?dú)獯沃?，空氣最低，然而均高于?duì)照組。在抑菌效果方面，氬氣放電處理可降低豬肉的菌落總數(shù)，最高可達(dá)1.2 個(gè)對(duì)數(shù)值，其次為氮?dú)夂涂諝?。脂肪氧化和表面形貌測(cè)定結(jié)果表明，空氣和氮?dú)夥烹娞幚泶龠M(jìn)脂肪氧化，氬氣處理可延緩豬肉的脂肪氧化程度?？傊?，滑動(dòng)弧放電等離子體技術(shù)為豬肉貯藏保鮮提供一種新的處理方法。