出版源：《食品科學》2016年37卷18期

刊出日期：2016-09-25

作者：程述震，張春暉，張潔，解新方，王志東

作者單位：中國農業科學院農產品加工研究所

摘要：

為探究電子束輻照對充氮包裝冷鮮牛肉品質的影響,取6頭黃牛背最長肌,在高能電子加速器下輻照,4℃貯藏,評估不同輻照劑量和貯藏時間條件下微生物學、生物化學和感官特性的變化。輻照處理組和對照組相比,菌落總數顯著下降;電子束輻照對牛肉樣的貯藏損失、色澤、pH值、脂肪氧化并未產生顯著性的影響,對TVB-N值的影響較小;感官評價分析發現,隨著輻照劑量的增加，色澤、氣味、接受性得分下降。綜合分析各品質指標,2.5 kGy左右的低劑量電子束輻照可以在殺滅微生物的同時,較好地確保牛肉品質,提高冷鮮牛肉的貨架期。是一種較為理想的鮮牛肉保質技術。

近年來，我國肉品種類和需求大幅增加，肉品工業呈現蓬勃發展之勢 [1-3]。目前，我國生肉市場主要存在熱鮮肉、冷鮮肉和冷凍肉3 種形式。與熱鮮肉、冷凍肉相比，冷鮮肉具有質地柔軟、營養價值高、汁液損失少等優點，因此越來越多地受到消費者的青睞 [4]。但在牲畜屠宰、胴體分割及肉品加工過程中，肉品極易受到微生物的污染，而引起食源性疾病。雖然在整個生產流通環節，冷鮮肉始終處于低溫環境，一定程度上控制了微生物的生長，但一些耐冷性微生物，如沙門氏菌和李斯特菌等，依然能夠正常的生長繁殖，危害肉品品質和安全，使其貨架期縮短，引發食物中毒等問題。

目前，主要的殺菌方式包括腌漬、冷凍、高壓，氣調包裝等，而可應用冷鮮肉的殺菌方式較少。食品輻照作為一種物理殺菌方式，可有效殺滅微生物，而不引起物料溫度的升高，因此被稱之為“冷殺菌”技術，在全世界多個國家的多種產品中被應用。用于食品輻照的射線類型主要包括高能電子加速器產生電子束 和60Co 或者137Cs產生的γ射線，兩種射線在肉品保藏中均有應用，但現有研究表明，在相同輻照劑量條件下，具有還原性的電子束和γ射線相比，引起的肉品氧化效應較小 [5]。因此，近年來電子束輻照在肉品中的研究和應用越來越多。

本實驗將電子束輻照技術與充氮包裝相結合，在殺滅微生物的同時，確保冷鮮肉的品質不會受到顯著性的影響，以解決冷鮮肉貨架期短的問題，為電子束輻照在冷鮮牛肉保鮮貯藏過程的應用提供參考。

1　材料與方法

1.1　材料與試劑

冷鮮牛肉背最長肌(外脊) 北京市卓宸畜牧有限公司。

丁基羥基茴香醚(butyl hydroxyl anisd，BHA)、2-硫代巴比妥酸(2-thiobarbituric acid，TBA) 美國Aladdin ®公司;三氯乙酸(trichloroacetic acid，TCA) 國藥集團化學試劑有限公司。實驗所用試劑均為分析純。

1.2　儀器與設備

BS224S-電子天平 德國Sartorius公司;ET-90-氣調包裝機 中國Super Sealer公司;FYL-YS-12低溫保存箱北京福意聯電器有限公司;FZ-10/15型高能電子加速器 中國原子能科學研究院;YM-50立式壓力蒸汽滅菌器 上海三申醫療器械有限公司;BILON-09-無菌均質器上海比朗儀器制造有限公司;HWS智能型恒溫恒濕培養箱 寧波江南儀器廠;SW-CJ-2F超凈工作臺 蘇州安泰空氣技術有限責任公司;QL901渦旋混勻器 江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司;DHG-9140電熱恒溫鼓風干燥箱 北京陸希科技有限公司;DIGIEYE數碼測色系統英國Verivide公司;T25-分散器 德國IKA ®公司;FE-20實驗室pH計 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;SIGMA-離心機 北京五洲東方科技發展有限公司;T6-新世紀紫外-可見分光光度計 中國普析公司。

1.3　方法

1.3.1　樣品制備

肉用黃牛經卓宸畜牧有限公司商業化屠宰，4 ℃條件冷卻排酸3 d，取6 條冷鮮牛肉背最長肌，剔除可視脂肪、筋膜和筋鍵切成長寬厚為5 cm×4 cm×1 cm的肉片以確保輻照的均一性。記錄每份樣品的質量，100% N 2包裝，置于4 ℃低溫冰箱中待第2天輻照。

1.3.2　輻照處理

樣品于北京原子高科股份有限公司輻照，電子加速器能量為10 MeV，設定輻照參數為：輻照劑量1.5、2.5、3.5 kGy，劑量率150 kGy/min，輻照溫度0～4 ℃(樣品放置于碎冰之上)，每個劑量跟蹤3 支劑量計。樣品最終輻照劑量分別為：1.241、2.300、3.429 kGy。輻照后置于4 ℃冰箱貯藏。

1.3.3　菌落總數測定

根據GB/T 4789.2—2010 《食品微生物學檢驗：菌落總數測定》方法操作。取25 g樣品加入225 mL無菌生理鹽水于無菌均質袋內，用拍打式均質器拍打2 min，制成1∶10樣品勻液。用1 mL微量移液器吸取1∶10樣品勻液1 mL，沿管壁緩慢注于盛有9 mL稀釋液的無菌試管中，振搖試管，制成1∶100的樣品勻液。重復以上步驟，制備10 倍系列稀釋樣品勻液。選擇2～3 個適宜稀釋度的樣品勻液，吸取1 mL樣品勻液于無菌平皿內，每個稀釋度做2 個平皿。同時，分別吸取1 mL空白稀釋液加入2 個無菌平皿內作空白對照。將15～20 mL冷卻至46 ℃的平板計數瓊脂培養基傾注平皿，并轉動平皿使其混合均勻。待瓊脂凝固后，將平板翻轉，(36±1)℃培養(48±2)h。培養完成后記錄稀釋倍數和相應的菌落數量。菌落計數以菌落形成單位(CFU)表示。

1.3.4　汁液貯藏損失率

參考Davis等 [6]的方法稍作修改。充氮包裝前測定的樣品質量，去除包裝材料，將樣品表面的水分擦干后稱量其質量。汁液貯藏損失率按以下公式計算：

式中：m 1為充氮包裝前樣品質量/g;m 2為每個貯藏階段的樣品質量/g。

1.3.5　冷鮮肉感官評定

6 名感官評定人員對樣品的色澤、氣味和可接受性(綜合樣品色澤和氣味對樣品進行的總體打分)3 項指標進行感官評定。評分標準參考肖虹等 [7]方法并稍作修改，評分采用5 分制，具體的評分標準如表1所示。

表1　電子束輻照冷鮮牛肉感官評定標準

Table1　Criteria for sensory evaluation of chilled beef irradiated with electron beam

分值感官評定指標色澤氣味可接受性5色澤鮮紅，有光澤鮮牛肉特有氣味，無異味感官效果很好，愿意接受4色澤較鮮紅，有光澤牛肉氣味淡，稍有輻照味感官效果較好，可以接受3色澤暗紅，無光澤無牛肉氣味，輻照味大感官效果一般，基本接受2色澤灰暗或蒼白，無光澤輕微腐敗味感官效果較差，勉強接受1色澤暗褐色嚴重腐爛味感官效果很差，無法接受

1.3.6　色澤測定

用DIGIEYE數碼測色系統(電子眼)對樣品的表面色澤進行測定，每組處理放在同一樣品盤中進行測定。不規則選取整個樣品，記錄每個樣品的平均L*、a*值，每個樣品測定3 次，取其平均值。

1.3.7　pH值測定

參考Kim等 [8]的方法測定樣品pH值。取樣品10 g，置于均質杯中，加入50 mL去離子蒸餾水，用T-25分散器8 000 r/min均質1 min，單層中性濾紙過濾，用pH計測定濾液pH值。

1.3.8　揮發性鹽基氮(total volatile basic nitrogen，TVB-N)值測定

TVB-N值按照GB/T 5009.44—2003《肉與肉制品衛生標準的分析方法》中的半微量定氮法測定。

1.3.9　硫代巴比妥酸反應產物(thiobarbituric acid reactive substances，TBARS)值測定

脂肪氧化的測定參考Nam等 [9]方法，取5 g樣品于50 mL的離心管中，加入15mL去離子蒸餾水后用分散機12 000 r/min均質10s，取1 mL勻漿液于玻璃試管(13 mm×100 mm)中，加入50 μL 7.2%的BHA和2 mL的TBA-TCA混合液(含20 mmol/L TBA和15% TCA)，漩渦混勻，90 ℃水浴保溫15 min，取出于冷水中冷卻10 min，漩渦混勻，離心15 min(3 000×g)，取上清液在532 nm波長處比色，空白對照為1 mL去離子蒸餾水和2 mL TBA-TCA混合液。TBARS值表示為每千克冷鮮牛肉中含有的丙二醛毫克數。

1.4　數據分析

實驗數據采用SPSS 19.0軟件進行分析，采用Origin 7.5軟件進行作圖。各項指標重復3 次，取其平均值。

2　結果與分析

2.1　電子束輻照對冷鮮牛肉菌落總數的影響

圖1　不同輻照劑量條件下冷鮮牛肉貯藏期間菌落總數的變化

Fig.1　Changes in TBC value of irradiated beef during storage periods

肉中內源性酶和微生物是引起冷鮮肉貨架期短、貯藏期間品質劣變的主要因素，而微生物的生長代謝所引起的肉品腐敗更大 [10]。國家一級冷鮮肉細菌總數低于10 4CFU/g，細菌總數超過10 6CFU/g時冷鮮肉變質，細菌總數達到10 7CFU/g時冷卻肉外觀開始出現明顯腐敗現象，細菌總數超過10 8CFU/g時冷卻肉外表有黏液形成，則不宜食用 [7]。

從圖1可以看出，在28 d的貯藏期間輻照組相比于對照組菌落總數顯著性(P<0.05)降低，且輻照劑量越大，菌落總數越低。在貯藏第0天(輻照后第1天)時，與對照組相比，處理組的菌落總數分別下降了0.766、1.801、2.673(lg(CFU/g))，差異顯著(P<0.05)。隨著貯藏時間的延長，冷鮮肉的微生物總數增加，對照組在冷藏第14天時菌落總數達到6.207(lg(CFU/g))，超過國家標準(10 6CFU/g)，未經包裝處理的冷鮮肉的貨架期在5～7 d左右，充氮包裝在一定程度上也抑制了微生物的生長;1.5、2.5、3.5 kGy輻照處理組的菌落總數在分別第19、25、28天達到7.202、6.825、6.570(lg(CFU/g))，超出國家標準(10 6CFU/g)。

綜上可見，輻照的劑量越大，對冷鮮肉中微生物的殺滅效果越好，與其他研究 [11-14]的結果一致。原因在于輻照劑量越大，微生物細胞內部DNA損傷越大，導致無法修復而影響微生物的正常生長和繁殖，從而達到了殺菌的效果。當樣品菌落總數超過國家標準，其他指標不再測定。

2.2　電子束輻照對冷鮮牛肉汁液貯藏損失率的影響

圖2　不同輻照劑量條件下冷鮮牛肉貯藏期間汁液流失的變化

Fig.2　Changes in purge loss of irradiated beef during storage periods

動物體的肌肉中水分含量在70%左右，宰后貯藏中會由于汁液流失而減少，使冷鮮肉的營養物質損失，降低了冷鮮肉的營養價值。由圖2可見，輻照組與處理組相比，貯藏損失率有所增加，在貯藏第0天各處理組汁液貯藏損失率分別為增加0.24%、1.59%、0.09%，各組之間的差異不顯著。隨著貯藏時間的延長，輻照處理組和空白對照組的汁液貯藏損失率均有所增加，但是二者之間并無顯著性差異。因此可見，雖然經過輻照處理的冷鮮牛肉汁液貯藏損失率有所增加，但增加并不顯著，各個處理組之間也并無顯著性差異，由此可知輻照處理并不會對冷鮮牛肉貯藏期間的汁液貯藏損失率有顯著影響。

2.3　電子束輻照對冷鮮牛肉感官指標的影響

表2　電子束輻照冷鮮牛肉感官評定得分

Table2　Sensory evaluation results of chilled beef irradiated with electron beam

感官形態是評判冷鮮肉新鮮程度最直觀的方式，同時也是影響消費者購買欲的重要方面。如表2所示，對照組和處理組在色澤及氣味方面存在差異。經過輻照處理冷鮮肉的顏色變深，亮度下降，色澤得分降低，且隨著輻照劑量的增加顏色更暗，得分更低;冷鮮肉經過輻照處理以后會產生一種特殊的“輻照味”，研究人員將這種“輻照味”描述為烤玉米味、燒焦味等 [15-17]，同時眾多研究學者對于“輻照味”機理做了大量的研究，多數研究學者認為是冷鮮肉蛋白經過輻照發生分解產生的小分子醛酮物質引起，氧氣的存在是產生輻照異味的主要因素[18](多種解決辦法：絕氧環境下輻照、充入惰性氣體N2或CO2等氣凋包裝、降低輻照時肉的溫度至零度以下)，由表2可知，1.5 kGy和2.5 kGy處理組之間的差異不明顯，而3.5 kGy處理組的氣味得分更低，因此輻照劑量大到超出某個范圍后，其輻照異味會加劇;在貯藏初期1.5、2.5 kGy處理組和對照組的可接受性得分較高，而3.5 kGy處理組感官接受性較差。隨著貯藏時間的延長，處理組和對照組3 項指標得分均呈現下降趨勢。因此從感官評價來看，1.5 kGy和2.5 kGy輻照處理可能更容易被消費者所接受。

2.4　電子束輻照對冷鮮牛肉色澤的影響

圖3　不同輻照劑量條件下冷鮮牛肉L*值(A)和a*值(B)隨貯藏時間的變化

Fig.3　Changes in color parameters (L* and a* values) in chilled beef irradiated with different doses of electron beam

色澤是食品的一種基本物性，是評價冷鮮肉品質的重要指標，影響消費者的購買欲 [19]。L*和a*是評價冷鮮肉品質的兩個重要參數 [4]。由圖3A可以看出，在貯藏初期輻照組的亮度值L*低于對照組，原因可能是在貯藏初期輻照處理組肌紅蛋白氧化程度更大。隨著貯藏時間的延長，不同劑量的處理組之間存在差異，2.5 kGy處理組的顏色較鮮艷。肌紅蛋白(約占70%～80%)和血紅蛋白(約占20%～30%)是影響肉品顏色的兩大主要因素，肉的顏色主要取決于氧合肌紅蛋白、肌紅蛋白、高鐵肌紅蛋白之間的比例。還原型肌紅蛋白本身是暗紅色，與氧結合可生成鮮紅的氧合肌紅蛋白和褐色的高鐵肌紅蛋白。電子束輻照處理使冷鮮肉中自由基含量增加，肌紅蛋白被氧化成高鐵肌紅蛋白使冷鮮肉顏色紅度值a*降低(圖3B)，與Kanatt等 [20]研究結果一致。

2.5　電子束輻照對冷鮮牛肉pH值的影響

圖5　不同輻照劑量條件下冷鮮牛肉pH值隨貯藏時間的變化

Fig.5　Changes in pH values in chilled beef irradiated with different doses of electron beam

理論上認為：新鮮肉pH 5.8～6.2，次鮮肉pH 6.3～6.6，變質肉pH 6.7以上 [10]。由圖5可見，在貯藏第0天，對照組和處理組的pH值分別為5.56、5.59、5.58、5.60，差異不明顯，說明電子束輻照處理對冷鮮肉的pH值沒有顯著性影響;隨著貯藏時間的延長，在貯藏第7天時，對照組pH值為5.9，3 個處理組的pH值有所增加變為6.15、6.17和6.2，但是經過SPSS 19.0分析可知處理組和對照組之間無顯著性差異，此時處理組和對照組狀態良好，屬于一級冷鮮肉;隨著貯藏時間的延長，在微生物和內源酶的作用下，肉中的蛋白質被分解，使含氮物質增加，pH值升高，3.5 kGy處理組在貯藏第25天pH 6.68，屬于次鮮肉范圍。輻照處理使冷鮮肉pH值升高，但升高幅度不明顯。

2.6　電子束輻照對冷鮮牛肉TBARS值的影響

圖6　電子束輻照對冷鮮牛肉TBARS值影響

Fig.6　Effect of electron beam irradiation on the TBARS value of chilled beef

TBARS值是指動物性油脂中不飽和脂肪酸氧化分解所產生的衍生物主要是丙二醛與TBA反應的結果 [21]。TBARS值的高低表明脂肪二級氧化產物的多少，是最廣泛的用于評價脂肪氧化程度的指標之一。如圖6所示，在貯藏初期，電子束輻照使冷鮮牛肉脂肪中自由基含量增加，加快了脂肪的氧化速度，處理組TBARS值高于對照組，但在貯藏第0天差異不顯著，各處理組的TBARS值分別為0.215、0.223、0.229 mg/kg，無顯著性差異。許多研究 [22-23]報道輻照會加速肉及肉制品的氧化，而且氧化程度會與輻照劑量，包裝形式和抗氧化劑有關。但本實驗并未證明脂肪氧化程度與輻照劑量有顯著性關系。隨著貯藏時間的延長，對照組和處理組的TBARS值均增大，貯藏第7天對照組的脂肪氧化程度為0.269 mg/kg，低于3組處理(0.292、0.295、0.304 mg/kg)。隨著輻照劑量的增加，貯藏時間的延長，冷鮮牛肉的脂肪氧化程度逐漸增加。

2.7　電子束輻照對冷鮮牛肉TVB-N值的影響

圖7　電子束輻照對冷鮮牛肉TVB-N值影響

Fig.7　Effect of electron beam irradiation on the TVB-N value of chilled beef

冷鮮肉在貯藏過程中，由于細菌和酶的作用，會發生腐敗使蛋白分解而產生氨及胺類等堿性含氮物質，此類物質具有揮發性 [7]，是判斷冷鮮肉腐敗品質變化的一個最為重要的指標之一 [4，7，10，24]。據GB/T 2707—2005規定冷鮮肉TVB-N值一級鮮度≤15.0 mg/100 g、二級鮮度≤25.0 mg/100 g、變質肉>25.0 mg/100 g。

從圖7可以看出，隨著貯藏時間的延長，對照組TVB-N值增加，但未超過15.0 mg/100g，推測原因是充氮包裝抑制了微生物活動，蛋白質分解速度下降。輻照處理組在整個貯藏期間呈不規律性變化，在貯藏第0天，處理組的TVB-N值(6.63、7.07、7.30 mg/100g)均高于對照組(6.30 mg/100g)，原因是輻照處理加速了蛋白質的氧化，使蛋白分解產生氨及胺類等堿性含氮物質增加，但在貯藏第7天，1.5 kGy和2.5 kGy處理組TVB-N值均低于對照組(6.50 mg/100g)，3.5 kGy處理組(7.57 mg/100g)高于對照組。在貯藏期間輻照處理組TVB-N值均未超過國家規定的一級冷鮮肉15 mg/100g，該研究結果與Javanmard等 [25]一致，輻照可降低肉品中TVB-N值。

3　結 論

經電子束輻照后，冷鮮牛肉中的細菌總數顯著性下降，輻照的劑量越高，殺菌效果越好。在貯藏期內，電子束輻照對冷鮮牛肉的貯藏損失、色澤、pH值、脂肪氧化并未產生顯著性的影響，對TVB-N值的影響較小。感官評價中發現隨著輻照劑量的增加，色澤、氣味、接受性得分下降。結合以上各指標分析，建議牛肉在貯藏前可以用2.5 kGy左右的低劑量電子束輻照以提高冷鮮牛肉的貨架期。