郭依萍,栗婧文,窦晗,叶可萍
(南京农业大学国家肉品质量安全控制工程技术研究中心/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)
冷链物流是以冷链技术为基础,通过人工制冷的方式对食品从生产、流通、销售到消费者的各个环节进行温度控制,以保证冷链物品质量,减少产品损耗的一项低温系统工程[1]。我国冷链物流技术处于起步阶段,冷链物流体系尚未完善[2],与发达国家相比存在较大差距,美国、日本等发达国家肉类冷链流通率均在95%以上,而我国仅为25%左右[3]。近年来,生鲜肉冷链物流发展受到政府及社会各方的重视。2021年,我国农业农村部提出要加快建立冷鲜肉品流通和配送体系,为推进“运猪”向“运肉”转变提供保障。
在生鲜肉冷链流通过程中,低温保鲜是最常用的保鲜技术,该方法通过低温抑制食品中微生物及酶的活性,从而达到保持产品品质的目的[4]。低温保鲜根据温度范围可将其分为:冷藏保鲜(0～4 ℃)、冰温保鲜(0 ℃至食品冰点)、微冻保鲜(食品冰点以下1～2 ℃)及冷冻保鲜(-18 ℃以下)[5],其中冷藏、冷冻技术在冷链物流中应用较多,但仍存在一些问题亟待解决,例如冷藏食品的货架期较短、冻藏食品品质受冰晶破坏严重等。精准温控技术是基于低温冷藏提出的一种新型保鲜技术,包括冰温贮藏和相温贮藏[6]。冰温贮藏是指将食品置于0 ℃至冰点的温度带(即冰温带)中保藏的低温保鲜技术,较多研究表明该技术在生鲜肉保鲜方面具有诸多优势,一方面比冷藏更低的温度可有效抑制生鲜肉中酶的活性及微生物的生长繁殖,另一方面冰温温度未达到生鲜肉的冻结点,避免了冷冻生成冰晶对生鲜肉组织结构造成物理损伤[7-10]。然而,食品在配送、销售及贮藏过程中存在冷链断链、装卸货物、冷库本身温度不稳定等问题,会造成环境温度波动1～5 ℃,甚至更高的情况,这可能导致产品品质发生变化,造成食品浪费和经济损失[11-12]。冰温保鲜技术具有冰温带较窄、对贮藏设备的控温要求较高等特点或难点,冰点附近发生温度波动可能会使食品出现冻融循环等问题,使保鲜技术难以达到预期效果。国内外对于生鲜肉贮藏过程中温度波动的研究大多集中于冷藏、冷冻2种方式[13-14],而冰温贮藏生鲜肉的研究大多建立在默认的恒定冰温条件下[15-16],缺乏对冰温环境温度的精准监控,且普通冷库或冷藏设施达不到冰温库的设计要求[8],生鲜肉的冰温保鲜研究尚不系统。
因此,本研究选取猪背最长肌作为研究对象,模拟3种温度波动[-1 ℃、(-1±3) ℃、(-1±5) ℃]周期性变化,并对环境温度进行精准监控,通过菌落总数、挥发性盐基氮(TVB-N)、感官评价及挥发性有机化合物的测定,探究不同温度波动下的生鲜猪肉品质变化,了解温度波动对冰温贮藏生鲜猪肉货架期的影响,为生鲜肉新型冷链物流体系的建设和发展提供参考依据。
1.1 材料与仪器
供试材料所用15条背最长肌购于江苏某超市,每条约(3.0±0.2)kg,去除脂肪及结缔组织,每条背最长肌切成大小形状相似的块状,每块约200 g。
ICP 260低温培养箱购于德国Menmert公司;精创RC-4温度记录仪购于江苏精创股份有限公司;Kjeltec 8200 FOSS全自动凯氏定氮仪购于上海瑞玢有限公司;菌落计数仪购于法国InterScience公司;气相离子迁移谱(GC-IMS,K1160)购于济南海能仪器股份有限公司。
1.2 试验设计
1.2.1 温度波动设计将分割后样品置于低温培养箱中贮藏。试验温度波动组设置如下:1)对照组:-1 ℃;2)波动组:(-1±3) ℃(按-1、2、-1、-4、-1 ℃循环波动);(-1±5) ℃(按-1、4、-1、-6、-1 ℃循环波动)。其中处理组温度波动采用手动调节方式,每12 h调节1次。样品每隔3 d取样进行指标测定,每个指标5个重复。
1.2.2 贮藏温度监测贮藏过程中使用便携式温度计对培养箱环境温度进行实时监测,每隔1 h自动记录1次。
1.2.3 菌落总数测定菌落总数测定参照《食品微生物学检验 菌落总数测定:GB 4789.2—2016》方法进行。细菌生长数据利用Baranyi方程建立不同条件下细菌的生长动力学模型,并预测产品到达《分割鲜、冻猪瘦肉:GB/T 9959.2—2008》标准的限量值6 lg(CFU·g-1)的贮藏时间。
1.2.4 挥发性盐基氮(TVB-N)含量测定参照《食品安全国家标准 食品中挥发性盐基氮的测定:GB 5009.228—2016》中的自动凯氏定氮法进行。
1.2.5 感官评定感官评定根据《食品安全国家标准 肉和肉制品感官评定规范:GB/T 22210—2008》,并采用彭涛[17]的方法稍做修改,具体感官评定标准如表1所示,由8位感官评定小组成员分别对生鲜猪肉的色泽、气味、质地及组织液状态进行感官评价。
1.2.6 挥发性有机化合物测定采用气相-离子迁移谱法(GC-IMS)测定0、12、21 d样品中的挥发性有机化合物。称取样品2 g置于20 mL顶空瓶中,磁帽密闭封口后放置在仪器进样区等待测定。仪器采用振荡加热方式;60 ℃孵育10 min;孵育转速500 r·min-1;进样针温度85 ℃;进样量500 μL。重复数为5。
GC条件:FS-SE-54-CB-1型色谱柱(15 m×0.53 mm,1 μm),色谱柱柱温为60 ℃,载气N2;流速150 mL·min-1。载气流速2 mL·min-1保持2 min,8 min内线性增至15 mL·min-1,10 min内增至 80 mL·min-1,15 min 至130 mL·min-1,最后5 min 145 mL·min-1。IMS条件:漂移管温度45 ℃;漂移气N2;流速150 mL·min-1;压力1.381 kPa;IMS探测器温度45 ℃。
表1 生鲜猪肉感官评定标准Table 1 Sensory evaluation standards of fresh pork
1.3 数据处理
图1 不同温度波动下实际环境温度监测Fig.1 Monitoring of actual environmental temperature under different temperature fluctuations
图2 不同温度波动对生鲜猪肉冰温贮藏过程中菌落总数的影响Fig.2 Effect of different temperature fluctuations on total viable counts of fresh pork during ice-temperature storage 不同小写字母表示同一贮藏时间不同组之间差异显著(P<0.05)。下同。Different lowercase letters indicate significant differences at 0.05 level between different groups of the same storage time. The same as follows.
2.1 不同温度条件下的贮藏温度的监测曲线
各组不同环境温度变化如图1所示,对照组(-1 ℃)温度稳定在(-1±1) ℃,每隔约5 h培养箱温度会出现短暂的波动(-1～1 ℃),时间约为30 min;(-1±3) ℃组环境最高温度为2.0 ℃,最低温度为-4.1 ℃;(-1±5) ℃组最高温度为4.9 ℃,最低温度为-6.0 ℃,波动组不同温度阶段均可保持约12 h,达到试验设计模拟的预期。
2.2 不同温度条件对微冻猪肉菌落总数的影响
由图2可知:3种温度波动条件下的样品贮藏前9 d微生物数量增长缓慢,菌落总数之间无显著差异(P>0.05)。贮藏9 d,各组微生物数量均明显增长,贮藏15 d,(-1±5) ℃组的菌落总数(106.03CFU·g-1)显著高于对照组(P<0.05),达到食品腐败阈值;贮藏18 d时,其他2组的菌落总数也超过《分割鲜、冻猪瘦肉:GB/T 9959.2—2008》规定的上限值106CFU·g-1。贮藏过程中,同一贮藏时间(-1±3) ℃与(-1±5) ℃ 2组的菌落总数无显著差异。由Baranyi模型预测结果(图3)可知,-1 ℃组、(-1±3) ℃组和(-1±5) ℃组样品菌落总数达到106CFU·g-1的时间分别为17.4、15.7和14.9 d,与对照组相比,(-1±3) ℃与(-1±5) ℃波动使生鲜猪肉货架期缩短2～3 d,说明温度波动会加快生鲜猪肉中微生物的生长繁殖。
2.3 不同温度条件对微冻猪肉TVB-N含量的影响
由图4可知:样品初始TVB-N含量为8.30～8.91 mg·100 g-1。贮藏前12 d,样品中TVB-N含量增加较缓慢,12 d后各组TVB-N含量显著增加,其中-1 ℃组显著低于(-1±3) ℃和(-1±5) ℃2个波动组,但(-1±3) ℃与(-1±5) ℃2组之间无显著差异。在贮藏末期(21 d),3组样品TVB-N含量均超过《鲜(冻)畜、禽产品:GB 2707—2016》规定的上限值15 mg·100 g-1,(-1±5) ℃组的TVB-N含量显著高于-1 ℃组。结果表明,稳定的冰温贮藏能延缓TVB-N的生成。
图3 不同温度波动情况下冰温贮藏生鲜猪肉的 微生物生长动力学曲线Fig.3 Microbial growth kinetic curves of fresh pork under different temperature fluctuations during ice-temperature storage
图4 不同温度波动对生鲜猪肉冰温贮藏过程中 挥发性盐基氮(TVB-N)含量的影响Fig.4 Effect of different temperature fluctuations on total valatile basic nitrogen(TVB-N)content of fresh pork during ice-temperature storage
图5 不同温度波动情况对生鲜猪肉冰温贮藏过程中感官品质的影响Fig.5 Effect of different temperature fluctuations on sensory quality of fresh pork during ice-temperature storage雷达图由各组数据平均值组成。The radar chart is composed of the average values of each set of data.
2.4 不同温度条件对微冻猪肉感官评价的影响
由图5可知：贮藏初期生鲜猪肉颜色鲜红有光泽,指压后可较快恢复原状,渗出液澄清。贮藏6 d后,(-1±5) ℃组的气味、质地及组织液状态等评分与其他2组存在差异,尤其是质地评分显著低于其他 2组。贮藏12 d时,3组样品的感官分值的显著降低,(-1±3) ℃与(-1±5) ℃组样品已有轻微腐败味出现,气味分值均显著低于-1 ℃组,渗出液的浑浊程度显著高于-1 ℃组。贮藏15 d时,-1 ℃组样品出现轻微异味,感官评分显著下降,而(-1±3) ℃与(-1±5) ℃波动组异味均较明显,样品表面颜色变暗,弹性变差,不被消费者所接受。贮藏18 d后,3组样品表面黏稠且伴随酸败异味,渗出液浑浊,气味、组织状态等均达不可接受程度。由此可知:-1 ℃、(-1±3) ℃与(-1±5) ℃组的生鲜猪肉货架期分别约为15、12、12 d,稳定的冰温贮藏温度能较好地保持生鲜猪肉的感官品质。
2.5 不同温度条件对微冻猪肉挥发性有机化合物的影响
由感官评价结果可知,贮藏过程中各组样品的感官品质主要变化时间点为12 d,12 d后各组样品出现不同程度的腐败变质现象,其中以气味变化最为显著。因此,本试验进一步探究猪肉分别在贮藏0、12、21 d 时挥发性有机化合物的变化。由GC-IMS分析结果(表2)可知,新鲜猪肉中的挥发性有机化合物主要包括醇类(1-丁醇、2-乙基己醇)、醛类(己醛、丙醛、丁醛等)、酮类(丁二酮、2-戊酮等)、酯类(乙酸乙酯、丙酸乙酯)等有机化合物。贮藏12 d的样品共定性出19种物质,其中醇类3种,醛类4种,酮类6种,酯类3种及3种其他类有机化合物。与0 d样品相比,贮藏12 d猪肉中1-丁醇、丁醛、丁二酮、2-戊酮、2-庚酮、乙酸乙酯含量显著增加,这些物质含量的变化可能是引起12 d猪肉样品与新鲜猪肉气味差异的原因。主成分分析结果(图6)可以看出,贮藏12 d时,2个波动组与-1 ℃组间的挥发性有机化合物出现显著差异,但2个波动组样品之间挥发性有机化合物差异较小,这与感官评价的结果是一致的。结合指纹图谱(图6-A)可以看出,贮藏12 d时,(-1±3) ℃与(-1±5) ℃2个波动组中2-庚酮、丁醛、乙酸异戊酯、乙酸异丙酯、α-蒎烯、苯乙烯、2-甲基吡嗪等物质含量显著高于-1 ℃组,这些物质含量的增加可能是引起2个波动组与-1 ℃组气味差异的主要原因。贮藏21 d时,猪肉中的1-戊醇、乙酸异戊酯、乙酸异丙酯、α-蒎烯、苯乙烯含量显著高于12 d,另外,猪肉中1-丁醇、丁醛、丙醛、丁二酮、2-戊酮、乙酸乙酯含量随着贮藏时间的增加而显著增加。贮藏21 d,各组样品感官上均已不再被消费者接受,但由图6-B主成分分析图可以看出,21 d对照组样品的挥发性有机化合物与波动组之间有显著差异,这可能与猪肉的腐败程度有关,进一步说明温度波动会影响猪肉的气味,其变化在贮藏中后期较显著。
表2 不同温度波动对冰温贮藏生鲜猪肉中挥发性有机化合物的影响Table 2 Effect of different temperature fluctuations on volatile organic compounds of fresh pork during ice-temperature storage
续表2 Table 2 continued
图6 不同温度波动下生鲜猪肉中挥发性有机化合物的指纹图谱(A)和主成分分析图(B)Fig.6 The fingerprints(A)and principal component(PC)analysis(B)of volatile organic compounds of fresh pork under different temperature fluctuations1-12:-1 ℃,12 d;3-12:(-1±3) ℃,12 d;5-12:(-1±5) ℃,12 d;1-21:-1 ℃,21 d;3-21:(-1±3) ℃,21 d;5-21:(-1±5) ℃,21 d.
随着冷链政策的完善及冷链技术的发展,冰温保鲜在冷链物流中的应用具有广阔的发展前景。而在实际应用中,对于冰点附近温度贮藏的食品而言,环境温度波动对食品品质的影响可能更大。本试验设计冰温贮藏温度为-1 ℃组、(-1±3) ℃组与(-1±5) ℃组3种贮藏条件的温度波动范围分别为-1.5～0.5 ℃、-4～2 ℃,-6～4 ℃,根据Ding等[18]测定的猪背肌冰点[(-1.98±0.19)℃]结果可知,本研究中2个波动组温度始终在猪肉冰点上下波动。
在生鲜肉贮藏过程中,微生物是影响肉品品质的重要因素,而贮藏温度和时间与微生物的生长繁殖息息相关[19]。贮藏前期各组样品之间菌落总数无显著差异,但贮藏15 d后,温度波动对猪肉菌落总数的影响显著,温度波动变化加快了猪肉菌落总数的增加,可能是因为波动过程的温度升高使微生物生长更活跃[20]。李建雄等[7]研究表明冰温贮藏可显著延长猪肉货架期,-2.5～0.5 ℃波动冰温下的猪肉货架期比稳定(-1±0.5) ℃样品货架期缩短5 d,本研究结果与之相似。挥发性盐基氮(TVB-N)是表征鲜肉新鲜度的重要指标。贮藏12 d后,波动组的TVB-N值显著高于对照组,这和细菌总数的变化是一致的,微生物生长促进蛋白的分解,生成大量氨及胺类物质,造成样品TVB-N值的增加[1]。另外,冻融循环可能产生重结晶,破坏样品的组织结构,释放出大量溶酶体,加快蛋白的分解,促进鲜肉的腐败[21]。Deng等[22]和傅丽丽等[20]研究均表明温度波动对肉的TVB-N值影响较大,本研究结果与之相一致。
本研究感官结果表明,各组样品在贮藏12 d后感官品质发生变化,-1 ℃、(-1±3) ℃与(-1±5) ℃组的生鲜猪肉货架期分别为15、12、12 d。许立兴等[23]研究中鸭胸肉在-1 ℃冰温贮藏20 d后菌落总数才达到1.7×105CFU·g-1,但其感官评分已显著降低,本研究结果与之相似。各组样品贮藏12 d后的感官差异主要体现在气味上,因此,我们进一步对样品进行了挥发性有机化合物的测定。鲜肉贮藏过程中产生的挥发性有机化合物主要来源于新鲜肉本身表征的风味物质、内源酶分解产生,及微生物利用肉中蛋白质、脂肪和碳水化合物产生[24]。本研究测定新鲜猪肉中挥发性有机物包括醇、醛、酮、酯及其他物质,其中 2,3-丁二酮、己醛、壬醛及1-丙醇与Soncin等[25]和Martin等[26]检测出的物质种类一致。挥发性有机化合物对猪肉整体气味的影响取决于物质的组成、阈值及含量[27]。贮藏12 d的(-1±3) ℃、(-1±5) ℃ 2个波动组与-1 ℃组之间的挥发性有机化合物存在显著差异,这与感官评价结果是一致的,造成这种现象的原因可能与2-庚酮、丁醛、乙酸乙酯、乙酸异戊酯、乙酸异丙酯、α-蒎烯、苯乙烯、2-甲基吡嗪等物质含量增加有关。醛类作为脂肪降解的产物,一般阈值较低[28],短链的醛往往具有强烈的刺激性气味[24-25]。酮类物质与肉品的脂质氧化有关[29],Argyri等[30]发现碎牛肉中的2-戊酮、2-庚酮等挥发性有机化合物含量与其变质程度呈正相关,表明这些化合物可能作为潜在的肉类腐败指标。戊酮具有烧烤味和甜味[31],2-庚酮与奶酪味、水果味及刺激性气味有关[32]。孟维一等[33]指出猪肉中吡嗪类化合物阈值较低,具有坚果和烧烘烤味。当这些挥发性有机化合物的浓度超过阈值后会产生异味,产品不被消费者所接受[34]。顾赛麒等[24]研究中将辛烷、戊醛、丁酸等物质作为猪肉腐败的特征挥发物,这和本研究结果有差别,可能与猪肉品种、试验参数不同有关。酯是通过肉类中的醇和羧酸酯化而形成[35-36],这可能与微生物的生长代谢有关[37],Yano等[38]研究发现乙酸乙酯出现在猪肉腐败的初始阶段,其含量随着猪肉腐败程度的增加而增加,这与本研究结果是一致的。
综合以上分析,温度波动会对生鲜猪肉的品质及货架期造成影响,与-1 ℃组相比,温度波动[(-1±3) ℃、(-1±5) ℃组]加快了猪肉中微生物的生长、TVB-N值的增加及感官品质的劣变,但(-1±3) ℃和(-1±5) ℃2个波动组的菌落总数、TVB-N值及感官等指标在贮藏中后期无显著差异。稳定的-1 ℃冰温条件更有利于保持生鲜猪肉的品质,延长产品货架期。
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