Effect of Cold Plasma Synergistic Composite Essential Oils on Beef Storage and Freshness Preservation
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摘要: 本研究采用低温等离子体(Cold Plasma,CP)技术协同复合精油(肉桂精油和丁香精油)对生鲜牛肉进行保鲜处理,并探究CP处理后复合精油抗氧化性的变化,分析了协同处理对牛肉菌落总数、假单胞菌数、表观色泽、pH值、总挥发性盐基氮含量(Total Volatile Basic Nitrogen, TVB-N)、脂质氧化、质构及气味的影响。结果表明:CP协同复合精油处理可有效降低贮藏期内牛肉表面的菌落总数和假单胞菌数,将货架期延长6 d;同时,复合精油的存在能够减缓TVB-N增加和脂质氧化,协同处理组a*值在贮藏中后期始终保持较高水平且显著高于对照组(P<0.05);此外,CP协同复合精油处理可较好地保持贮藏期内牛肉pH值在5.6左右;在质构方面,协同处理对牛肉内聚性和弹性无显著影响,但会造成牛肉硬度和咀嚼性上升;感官评价结果表明,协同处理组牛肉整体可接受性最佳。综上,CP协同复合精油处理可有效延长牛肉货架期,且协同处理组能够保持较好的感官品质。Abstract: In this study, cold plasma (CP) technology combined with composite essential oils (cinnamon and clove essential oils) treatment was applied to preserve fresh beef. Changes in the antioxidant properties of composite essential oils after CP treatments were investigated. What's more, the effects of synergistic treatments on the total viable bacteria count, Pseudomonas spp. count, apparent color, pH value, total volatile basic nitrogen (TVB-N), lipid oxidation, texture, and odor of beef were analyzed. The results showed that the CP combined with essential oils treatment was effective in reducing the total number of colonies and Pseudomonas spp. on the surface of beef during the storage period, and extending the shelf life for 6 d. Moreover, the presence of essential oils led to a slower lipid oxidation rate and reduced TVB-N values. The a* value in the synergistic treatment group was significantly higher than that in the control group in the middle and late storage period (P<0.05). In addition, the synergistic treatment could better maintain the stability of the pH value of beef at about 5.6 during storage. In terms of texture, the synergistic treatment had no significant effect on the cohesion and elasticity of beef, but caused an increase in the hardness and chewiness. The results of the sensory evaluation indicated that the overall acceptability of beef after synergistic treatment was the best. In conclusion, the CP combined with composite essential oils treatment could effectively prolong the shelf-life of beef and maintain better sensory qualities.
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Keywords:
- beef /
- cold plasma /
- composite essential oil /
- storage period /
- quality
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牛肉因其营养价值高和口感丰富等特点深受消费者喜爱,是目前我国肉品消费市场的主流肉类之一。然而牛肉水分含量较高,蛋白质和脂肪等营养物质丰富,在加工和运输过程中极易受到污染[1],引起腐败菌的滋生,腐败菌除了破坏食品营养组分,导致食品感官性状异常之外,在其代谢过程中还会产生多种有毒物质,如胺类、吲哚、粪臭素和亚硝胺等,严重时还可导致急性中毒、伤口感染和脑膜炎等疾病,危害消费者健康[2−3];同时,牛肉品质劣变导致货架期短,造成行业损失。因此,开发一种既能保证牛肉品质又能延长货架期的保鲜技术是市场的迫切需求[4−6]。
低温等离子体(Cold Plasma,CP)技术作为一种新兴的广谱灭菌技术,其产生的活性成分主要有活性氧、活性氮、震动激发的分子和电子等[7],能够有效杀灭多种类型的细菌、真菌类病原菌、芽孢、病毒和酵母菌[8−11],具有温度低、效率高、操作简单等优点;同时,低温等离子体技术作为非热杀菌技术,在肉及肉制品加工中能最大程度地保证产品原有的品质和风味,延长保质期。然而,等离子体产生的活性物质可能会促进肉品的脂质氧化。植物精油和低温等离子体的结合可以减少处理时间、降低对产品品质的不良影响。Cui等[12]将低温等离子体与柠檬草精油结合应用于猪里脊肉保鲜,结果表明协同处理可显著降低猪肉表面单增李斯特菌数量,同时对猪肉的感官属性的潜在影响降至最低。植物精油是植物中天然存在的低分子质量活性物质的混合物,具有天然绿色和高挥发性等优点,抑菌效果良好,可在食品加工领域代替合成防腐剂[13−14]。而单一精油成分作为食品防腐剂时通常效力低,目前有大量研究表明,许多精油在组合使用时表现出协同活性,具有更好的抑菌效果[15]。杨柳等[16]发现将肉桂精油和丁香精油1:1复配后对大肠杆菌和黑曲霉菌的抑菌效果极佳,且在相同的温度和pH条件下较单一精油的抑菌性能更稳定。
因此,本研究将复合精油与等离子技术相结合,利用精油的抗氧化性质缓解等离子体对牛肉造成的脂质氧化。本文采用天然复合精油协同CP技术对生鲜牛肉进行保鲜处理,探究CP处理对复合精油的抑菌性能、总酚含量和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)自由基清除率的影响,并进一步对贮藏期内牛肉的菌落总数、假单胞菌菌落数、pH值、色差、TBARS、TVB-N和质构等指标进行测定,为植物精油与低温等离子体技术结合在肉品杀菌保鲜方向的应用提供理论参考。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
牛背最长肌 购自南京市卫岗菜市场;假单胞菌菌种 由牛肉表面分离纯化鉴定获得;肉桂精油 上海源叶生物科技有限公司;丁香精油 上海麦克林科技有限公司;没食子酸 上海阿拉丁生物科技有限公司;DPPH 上海化成工业发展有限公司;PCA/TSA/TSB培养基 青岛海博生物技术有限公司;CFC假单胞菌选择性培养基 青岛海博生物技术有限公司。
CPCS-I高压电场低温等离子体冷杀菌设备 南京苏曼等离子体科技有限公司;CR-400滤镜式色差计 日本Minolta公司;数显式pH测试仪 梅特勒-托利多仪器有限公司;UV-2006紫外分光光度计 日本岛津公司;KH-400KDB型数控超声波清洗器 昆山禾创超声仪器公司;BSC-250恒温培养箱 上海博讯实业有限公司;FOSS Kjeltec 8400自动凯式定氮仪 丹麦福斯集团。
1.2 实验方法
1.2.1 肉桂、丁香复合精油浸泡液制备
参考钱婧等[17]方法略作改进,用体积分数20%乙醇溶液分别配制0.05%、0.10%、0.15%、0.20%浓度的复合精油浸泡液。将肉桂精油和丁香精油以体积比1:1混合加入20 mL无水乙醇中,超声(频率40 kHz,功率400 W)至分散,再加入80 mL无菌去离子水,继续超声10 min,直至精油完全分散。
1.2.2 CP协同肉桂、丁香复合精油的抑菌实验
牛肉样品在4 ℃条件下贮藏至腐败后,用生理盐水将其表面菌洗脱,选取合适稀释梯度后涂布于PCA培养基表面,28 ℃恒温培养箱中培养48 h。挑选不同大小、形态、光泽及颜色不同的单菌落接种于TSB培养基中,28 °C振荡培养12 h,再次划线培养挑选单菌落,重复2~3次,最后将对数生长期菌液与等体积的50%(体积分数)甘油水溶液混匀,置于−80 ℃冰箱中冻存保藏菌种。将样本菌液送至北京六合华大基因科技有限公司进行测序比对,确认该菌为莓实假单胞菌(Pseudomonas fragi)。
从−80 ℃冰箱中取出保藏的假单胞菌菌种在TSA培养基上划线培养活化(28 ℃,24 h),选取3~5个典型单菌落接种到TSB中,于28 ℃、180 r/min的条件下摇床培养12 h,取活化好的菌液在4 ℃条件下7500 r/min离心10 min,去除上清,用生理盐水重悬三次,将菌液浓度调整至约108 CFU/mL备用。
将菌液转移至无菌6孔板中,菌液与复合精油按体积比5:1混合,轻微混匀后将孔板放入聚丙烯包装盒(14 cm×8.5 cm×3.7 cm)内。将包装好的孔板置于低温等离子体设备内处理,处理电压为160 kV,处理时间为30 s。对照组为只用不同浓度精油处理,实验组为精油联合CP处理。处理完2 h后,进行假单胞菌菌落数测定。
1.2.3 CP处理对复合精油总酚含量影响
参考Ahmed等[18]和万文侠等[19]方法略作改进,用40%乙醇溶液配制0.1 mg/mL没食子酸,取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL配制好的没食子酸-乙醇溶液于具塞玻璃管中,分别加入6 mL超纯水和0.5 mL的1 mol/L福林酚试剂,振荡后避光静置10 min。用0.1 g/mL的Na2CO3溶液分别定容至10 mL,混匀后置于暗室反应2 h,测定其在763 nm波长处吸光度,绘制该浓度梯度下的标准曲线。
在6孔板中加入5 mL不同浓度的复合精油溶液,置于聚丙烯包装盒内,放入低温等离子体设备中处理,处理电压为160 kV,处理时间为30 s。吸取0.1 mL经等离子体处理后的复合精油,加入6 mL超纯水和0.5 mL福林酚试剂,振荡避光静置10 min后,用0.1 g/mL的Na2CO3溶液定容至10 mL,置于暗室使其充分反应2 h,测定其吸光度值。样品所含总酚含量以每克样品所含没食子酸质量计。将只采取复合精油处理组标记为对照组,复合精油联合CP处理组标记为CP组。
1.2.4 CP处理对复合精油DPPH自由基清除率的影响
参考El Hachlafi等[20]的方法略作改进,称取8 mg DPPH溶于100 mL无水乙醇,即得0.2 mmol/L的DPPH-乙醇溶液,即配即用。将1 mL CP处理前后的复合精油溶液与等体积的DPPH乙醇溶液混匀,暗反应30 min并测定517 nm处吸光度,同时测定DPPH溶液与空白溶剂混合后的吸光度值。将只采取复合精油处理组标记为对照组,复合精油联合CP处理组标记为CP组。清除率按式(1)计算:
DPPH自由基清除率(%)=(1−A1A0)×100 式中:A1为精油溶液与DPPH溶液反应吸光度值,A0为空白溶剂与DPPH溶液反应吸光度值
1.2.5 样品的处理
将牛肉切成30 mm×20 mm×8 mm左右的方块,随机分为4组,进行如下处理:第1组为对照组,不做任何处理,置于聚丙烯包装盒(14.0 cm×8.5 cm×3.7 cm)内,标记为CK组;第2组为等离子体处理组,在第1组包装基础上利用等离子体设备在160 kV电压下处理5 min,标记为CP组;第3组为复合精油处理组,将分割好的牛肉在质量分数为0.15%的肉桂、丁香复合精油中浸泡1 min,沥干表面水分后置于聚丙烯包装盒中,标记为EO组;第4组为协同处理组,在第3组包装的基础上利用等离子体设备在160 kV 电压下处理5 min,标记为CP+EO组。按上述条件处理后将样品放入4 ℃冰箱中贮藏,在贮藏期的第1、4、7、10和13 d每天随机抽取3盒样品进行各项指标检测。
1.2.6 菌落总数及假单胞菌计数
参照GB 4789.2-2022《食品微生物学检验菌落总数测定》。样品处理后,在4 ℃条件下贮藏,分别在1、4、7、10、13 d对样品的微生物进行检测。
将10 g待测样品与90 mL无菌生理盐水置于无菌密封袋中,用拍打式均质器匀速拍打1 min后,取混合液按梯度进行10倍稀释,选取合适梯度吸取1 mL菌液,分别加入平板计数琼脂和CFC假单胞菌选择性培养基混匀,在37 ℃下培养48 h后进行菌落总数和假单胞菌计数。
1.2.7 色差的测定
参照Qian等[7]方法测定,选用CIE标准光源D65,用标准白板瓷砖校准(L*=95.35,a*=0.01,b*=2.30),每个样品测定三次并记录L*、a*、b*值的平均值。
1.2.8 pH值的测定
按照国标GB 5009.237-2016 《食品pH值的测定》进行测定。
1.2.9 挥发性盐基氮(TVB-N)测定
按照国标GB 5009.228-2016《食品中挥发性盐基氮的测定》中自动凯式定氮仪进行测定。
1.2.10 硫代巴比妥酸值(TBARS)测定
按照GB 5009.181-2016《食品中丙二醛的测定》中分光光度法测定。
1.2.11 质构
参照吴梦迪等[21]的方法略作改进,将贮藏第1 d的牛肉样品剪成1 cm3的方块,选用TMS 38.1 mm perspex圆柱形探头,TPA模式,测试速度60 mm/min,形变量40%,测定不同处理组牛肉的硬度、内聚性、弹性和咀嚼性。
1.2.12 电子鼻
参照郭进等[22]方法略作改进,称取5±0.1 g样品,绞碎置于20 mL顶空瓶中,于37 ℃顶空萃取30 min。洗气时间120 s,自动调零5 s,进样时间100 s,气体流速400 mL/min,每个样品平行测定3次。
1.2.13 感官评定
参考GB/T 22210-2008《肉和肉制品感官评定规范》,评审总人数12人,其中男女各6人,按表1标准对样品进行感官评定。
指标 评定标准 得分 色泽 肌肉色泽鲜艳有光泽 8~10 色泽较鲜红或较有光泽 4~7 色泽暗红或无光泽 1~3 气味 有牛肉特有的气味,无其他异味 8~10 有牛肉的一般气味,稍有异味 4~7 有异味,不可接受 1~3 组织状态 按压后马上恢复原状 8~10 按压后一段时间可慢慢恢复 4~7 按压后凹凸明显不可恢复 1~3 整体可接受度 整体可接受度高 8~10 整体可接受度较高 4~7 整体不可接受 1~3 1.3 数据处理
所有实验重复3次,采用IBM SPSS Statistics 20.0软件进单因素方差分析及相关性分析。采用Duncan’s多重比较法进行显著性分析(P<0.05),总酚含量和DPPH自由基清除率结果采用t检验法进行显著性分析。
2. 结果与分析
2.1 低温等离子体协同复合精油对假单胞菌的抑菌效果
由图1可知,当复合精油浓度为0%(溶液介质为20%乙醇)时,该处理未对假单胞菌菌落数造成影响,且联合等离子体处理仅降低其菌落数0.63 lg CFU/g。随着复合精油浓度的提高,假单胞菌存活率逐渐降低,但当复合精油浓度增至0.2%时,菌落数仅降低了2.24 lg CFU/g。当0.1%复合精油协同低温等离子体处理后,假单胞菌菌落数由8.10 lg CFU/g降至3.52 lg CFU/g;随着复合精油浓度增至0.15%~0.2%时,未有菌落数检出,表明0.15%以上浓度的精油协同低温等离子体处理可完全杀灭假单胞菌,故选取0.15%复合精油用于后续试验。Cui等[12]发现10 mg/mL柠檬草精油可以破坏单增李斯特菌的细胞膜,导致细胞内成分的损失,包括DNA、蛋白质和ATP;此外,将5 mg/mL柠檬草精油和低温氮气等离子体联合处理猪里脊肉后,可使其表面接种的单增李斯特菌菌落数降低2.8 lg CFU/g,呈现较好的抗菌效果。因此,等离子体的协同处理可降低精油浓度且提高杀菌效率。
2.2 CP处理对复合精油总酚含量及DPPH自由基清除率的影响
由表2可知,精油的总酚含量和DPPH自由基清除率(即抗氧化能力)随着复合精油浓度的增加而提高,且二者之间呈正比关系,与Liu等[23]在研究红豆杉针叶精油总酚含量和抗氧化活性中的结论一致。当精油经CP处理后,其总酚含量从0.25~0.75 mg/g降至0.19~0.67 mg/g,其DPPH自由基清除率从93.28%~97.48%降至92.48%~95.29%,发现等离子体处理并不会对0.15%精油的总酚含量和DPPH自由基清除率造成显著影响(P>0.05)。Yoo等[24]发现当采用丁香油和等离子体对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌进行协同杀菌时,等离子体处理并未对丁香油活性成分和抗氧化性能造成影响,这与本文结论一致。但Hemmati等[25]发现绿茶粉经大气低温等离子体处理后其总酚含量显著降低,并指出等离子体中活性氧物质如臭氧会通过破坏芳香环以降解酚类化合物,随着处理时间的增加其抗氧化活性降低。这可能归因于不同等离子体设备处理功率有所差异,且处理时间对抗氧化活性物质影响较大。在本研究中,CP处理未对0.15%复合精油中的总酚含量和DPPH自由基清除率造成显著影响,且协同处理显著提高杀菌效率,进一步证实了CP协同复合精油处理的可行性。
复合精油体积数(%) 总酚含量(mg/g) DPPH自由基清除率(%) 对照组 CP组 对照组 CP组 0.05 0.25±0.01a 0.19±0.01a 93.28±0.23a 92.48±0.34a 0.1 0.47±0.01a 0.41±0.02a 94.84±0.18a 93.75±0.17b 0.15 0.59±0.02a 0.53±0.01a 95.61±0.47a 94.71±0.82a 0.2 0.75±0.02a 0.67±0.01b 97.48±1.06a 95.29±0.66b 注:同行小写字母不同,表示对照组与CP组之间差异显著(P<0.05)。 2.3 CP+EO处理对牛肉贮藏过程中菌落总数和假单胞菌菌落数的影响
微生物是衡量生鲜肉品质的重要指标,细菌的增长繁殖不仅会分解肉中的蛋白质等营养成分,降低营养价值,还会产生硫化氢等刺激性物质,破坏感官品质,故抑制细菌生长对延长生鲜肉货架期具有重要意义[26]。由图2可知,在贮藏第1 d,CK组牛肉菌落总数为4.23 lg CFU/g,经EO、CP和CP+EO处理后分别降至3.77、3.52和2.80 lg CFU/g,各处理组之间均有显著差异(P<0.05)。根据健康肉全链条质量管理规范规定,生鲜牛肉菌落总数要求低于6 lg CFU/g,但当贮藏至第4 d时,CK组菌落总数达到5.82 lg CFU/g,即将超出规范要求,EO组和CP组菌落总数则分别在贮藏期第7和10 d时增至6.45和6.51 lg CFU/g,已超出标准。CP+EO组牛肉贮藏至第10 d时,其菌落总数为5.69 lg CFU/g,仍低于标准界限,直至第13 d才超过标准限定值,与对照组相比延长货架期6 d以上。此外,在贮藏第1 d 时(图3),CK组牛肉中假单胞菌数为3.57 lg CFU/g,经协同处理后,显著降至2.64 lg CFU/g。且协同处理在贮藏过程中呈现更佳的抑菌性能,在贮藏末期第13 d时,CK组、EO组、CP组和CP+EO组牛肉的假单胞菌数分别为7.22、7.16、6.61和5.93 lg CFU/g。综上可知,CP和EO处理虽会抑制牛肉中微生物的生长,但二者协同处理效果更显著。
2.4 CP+EO处理对牛肉表面色差的影响
从表3中可知,CK组L*值在第1至10 d内呈下降趋势,在贮藏期第13 d有所回升,这可能归因于贮藏后期CK组样品表面微生物生长繁殖情况严重,测定时受到样品腐败的干扰。EO组L*值在贮藏前7 d保持稳定,随后快速降低,CP组则在贮藏中期呈现该特点,协同处理组L*值在整个贮藏期保持稳定。L*值受肉样表面水分含量的影响,样品表面水分含量较多时L*值较大,随着水分减少慢慢降低[27]。a*值则与样品中的肌红蛋白密切相关[28],在贮藏前期,CK 组和 EO 组 a* 值无显著差异(P>0.05),而 CP 组a*值显著低于CK组、EO组和CP+EO组(P<0.05),表明等离子体处理对牛肉颜色产生了较为明显的影响,肌红蛋白会与等离子体产生的活性物质过氧化氢反应生成胆红蛋白或巯基肌红蛋白,从而导致低温等离子体处理过程中红度值的下降[29];在贮藏中后期,CK组和EO组的a*值迅速降低,而CP组和CP+EO组能较好地保持肉色,且贮藏中后期的CP+EO组样品a*值始终显著高于CP组(P<0.05)。此外,CK组b*值在贮藏过程中呈现降低趋势,而EO、CP和CP+EO组b*值在贮藏期内有先增加再降低的趋势。有文献指出,b*值出现此变化的原因可能是在低pH值状态下Fe2+会加速向Fe3+转化,一些配体(如NO−、N3−、Cl−)可与Fe3+结合,不同配体的结合产生不同颜色,中心铁原子失去产生电子的肌红蛋白后被氧化(Fe3+),铁血红蛋白(MbFe3+)在550 nm(黄色光谱区)的吸收峰减少,在视觉上与b*值相关[30],因此处理时间越长黄度值下降越明显[31]。
指标 处理组 贮藏时间(d) 1 4 7 10 13 L* CK 37.71±0.24b 31.99±0.18c 29.46±0.15c 24.98±0.75d 27.00±0.31c EO 36.60±0.11c 35.40±0.23a 35.77±0.57a 27.96±0.26c 29.19±0.53b CP 39.00±0.64a 32.47±0.27b 35.09±0.08ab 31.84±0.47b 26.20±0.23c CP+EO 36.15±0.89c 35.50±0.14a 34.69±0.67b 37.38±0.08a 33.31±0.68a a* CK 20.38±0.30a 18.83±0.31a 12.54±1.18c 6.13±0.91c 3.82±0.20d EO 20.65±0.49a 19.06±0.67a 18.07±1.06a 8.52±0.16b 8.41±0.48c CP 12.40±1.10c 12.85±0.55c 11.44±0.54c 8.03±0.48b 12.88±0.3b CP+EO 16.69±0.25b 17.32±0.13b 14.73±0.18b 16.65±0.21a 14.62±0.48a b* CK 11.48±0.26a 10.87±0.24a 9.31±0.29b 5.58±0.43d 5.58±0.18c EO 10.63±0.16b 11.05±0.41a 12.15±0.12a 7.15±0.43c 5.50±0.43c CP 8.46±0.10c 9.11±0.13b 10.10±1.09a 8.67±0.21b 8.59±0.34b CP+EO 5.78±0.15d 10.68±0.49a 9.35±0.27b 10.57±0.29a 10.47±0.39a 注:每列中不同小写字母表示同一贮藏时间下不同处理组样品存在显著性差异(P<0.05),表4同。 2.5 CP+EO处理对牛肉pH值的影响
pH值可作为评价牛肉新鲜程度的重要参考指标,故进一步测定不同处理组牛肉在贮藏过程中的pH值变化[32]。从图4中可知,在贮藏第1 d,CK组、EO组、CP组和CP+EO组牛肉的pH值分别为5.45、5.43、5.44和5.39,CP+EO组显著低于CK组(P<0.05),有研究表明[33],pH值的降低归因于等离子体处理产生的酸性物质,如NOx。此外,复合精油中肉桂酸等酸性物质对牛肉样品pH值也有一定影响。随着贮藏时间的延长,CK组pH值明显上升,在第4、7、10和13 d分别增至5.64、5.99、6.48和7.32,但EO组、CP组和CP+EO组样品在贮藏末期仍保持在5.67、5.65和5.53。这可能归因于微生物在牛肉贮藏过程中滋长,将肉中蛋白质分解成碱性含氮物质,导致pH值升高[34]。
2.6 CP+EO处理对牛肉贮藏期内TVB-N含量的影响
在生鲜肉新鲜程度的评价指标中,TVB-N是具有重要意义的指标之一,一般鲜肉中TVB-N含量小于15 mg/100 g,介于15~20 mg/100 g则为次鲜肉,超过20 mg/100 g可判定为腐败变质肉,不可食用[35]。由图5可知,随着贮藏时间的延长,各组TVB-N含量随之增加。在贮藏第1 d,CK组、EO组、CP组和CP+EO组TVB-N含量分别为4.11、3.99、3.54和3.14 mg/100 g;在贮藏过程中,EO组和CP组TVB-N含量始终显著低于CK组(P<0.05),CP+EO组TVB-N含量始终显著低于其他组(P<0.05)。肉制品在贮藏过程中由于微生物的脱羧、脱氨基等作用,产生大量的游离氨基酸以及挥发性盐基氮等物质,从而导致腐败[36],其整体变化与菌落总数呈现相同趋势。CP和EO以及协同处理均可抑制牛肉中微生物的生长繁殖,抑制牛肉中TVB-N含量上升[37]。CK组、EO组和CP组在贮藏第10 d时超过或即将达到国家限定标准,CP+EO组则在贮藏期第13 d仍未超过限量标准,与CK组相比货架期延长6 d以上。
2.7 CP+EO处理对牛肉贮藏期内TBARS值的影响
脂质氧化是肉类食品酸败和风味变差的主要原因[32],丙二醛(Malondialdehyde,MDA)是脂质氧化的主要二次产物,因此测定TBARS值评估CP处理协同复合精油对牛肉脂质氧化的影响。如图6所示,在贮藏第1 d时,CK组、EO组、CP组和CP+EO组样品的TBARS值分别为0.23、0.21、1.38和0.76 mg MDA/kg,在整个贮藏期间,所有组TBARS值均在积累增加。Ripoll等[38]提出TBARS值对腐败酸味的阈值在2.5 mg/kg以上,本研究中,EO组始终未超过阈值,CP组在贮藏第7 d时超过阈值,在贮藏前10 d,CK组TBARS值显著低于CP+EO组(P<0.05),但在第13 d,两组TBARS值分别达到2.45和2.44 mg MDA/kg,无显著差异且均将达到腐败酸味阈值(P>0.05)。此外,CP组TBARS值始终显著高于其他组(P<0.05),而EO组TBARS值始终显著低于其他组(P<0.05),CP+EO组相较于单纯CP处理组脂质氧化得到明显缓解,这表明CP处理会加速牛肉的脂质氧化,而精油的存在可促使脂质氧化现象减弱。Zhu等[39]在研究肉豆蔻精油和冷源氮气等离子体联合处理猪肉糜时发现,冷源氮气等离子体工艺会加速肉糜脂质氧化,二者协同作用后此现象得到显著改善,且同时发现肉豆蔻精油包封脂质体的抗氧化作用提高,表明精油可延缓脂质氧化,这与本研究结果一致。
2.8 CP+EO处理对牛肉质构特性的影响
从表4中可知,不同处理组牛肉的内聚性和弹性无显著差异(P>0.05)。在肌肉硬度方面,CP组牛肉硬度显著高于EO组(P<0.05),但与CK组无显著差异(P>0.05);此外CP+EO组与CP组硬度值也无显著差异(P>0.05)。咀嚼性是指拒绝一个固体食物时从咀嚼开始到吞咽为止所做的功,其变化趋势与硬度值相似,因此等离子体处理会促使牛肉硬度增大,咀嚼性上升,但与CK组相比无显著变化(P>0.05)。孙运金等[40]发现当等离子体处理牛肉120 s后,牛肉的硬度、弹性、内聚性和咀嚼性没有显著变化,这可能与等离子体是表面处理有关,不会对牛肉内部结构产生显著影响。
处理组 硬度(N) 内聚性 弹性(mm) 咀嚼性(mJ) CK 16.58±3.58bc 0.49±0.06a 2.13±0.07a 16.24±4.63ab EO 15.15±0.23c 0.45±0.04a 1.94±0.38a 13.63±0.81b CP 20.23±3.37ab 0.46±0.03a 2.06±0.15a 18.52±3.43ab CP+EO 21.11±0.90a 0.49±0.05a 2.15±0.37a 20.98±3.57a 2.9 CP+EO处理对牛肉气味的影响
电子鼻主要是利用其特殊的气体传感器对样品中的气体分子进行识别与分析,模拟人的嗅觉,定性分析测定食品的风味。图7为贮藏期第1 d的气味分析图,其中图7A为电子鼻检测传感器数据雷达图,4组样品的W5S、W1S、W1W、W2S、W2W传感器响应值变化显著,分别对氮氧化合物、甲烷类、无机硫化物、醇类和醛酮类以及有机硫化物敏感。其中W5S、W2S传感器响应值差异最明显,表明EO和CP+EO处理后氮氧化合物和醇类、醛酮类物质增加。如图7B所示,第1和第2主成分贡献率分别为98.73%和1.16%,总贡献率达99.89%,涵盖了样品的大部分信息,可代表不同处理组牛肉样品的电子鼻整体信息。从覆盖区域看,CK组与CP处理组几近重叠,EO处理组与CP+EO处理组也有重叠,表明CP处理对牛肉样品气味变化影响不显著。而CK组与EO组和CP+EO组完全区分,表明精油的添加对牛肉的气味有显著影响。黄名正等[41]研究发现,采用生姜精油对鸡肉进行保鲜时,未涂膜组和涂膜组样品气味有显著差异(P<0.05),但涂膜处理更有利于贮藏期内鸡肉风味和口感的保持。综上CP协同复合精油处理对牛肉风味有一定影响,相关成分含量变化有待后续进一步研究。
2.10 CP+EO处理对牛肉贮藏过程中感官品质的影响
由图8可知,在贮藏期第1 d,CP处理和EO处理分别对牛肉色泽和气味评分造成一定影响,但总体各组间感官评分差异较小,各处理组牛肉能保持较好的色泽及气味等感官品质。贮藏4 d后,CK组感官品质下降严重,其余组总体评分相近;贮藏7 d后,CK组牛肉表面产生明显菌斑,气味刺鼻,色泽严重变暗,感官品质劣变明显,已不被消费者接受,而EO组和CP组整体品质相近,EO组整体可接受度略低于CP组,CP+EO组总体评价较高,各项仍保持在8分以上。直至贮藏末期第13 d,除CP+EO组外,各组整体接受度均降至4分以下,CP+EO组各项评分仍保持在6分左右,其色泽、气味、组织状态和整体可接受度均明显优于其他处理组,CK组、EO组和CP组均已腐败。结合微生物数量、TBARS值、TVB-N值和感官评价结果,认为CP+EO处理可将牛肉货架期延长6 d。
2.11 相关性分析
本研究通过计算相关系数评价两个变量之间的线性关系,从而衡量两个因素的相关密切程度,为等离子体协同复合精油处理在牛肉保鲜上的应用提供理论依据。从表5可知,TVB-N含量与菌落总数呈极显著正相关(P<0.01),相关性系数为0.816,与pH值呈显著正相关(P<0.05),相关性系数为0.650,与感官评分呈显著负相关(P<0.05),相关性系数为−0.686;挥发性盐基氮等物质是由于微生物在肉样表面大量生长繁殖,分解蛋白质所产生的,微生物的生长又严重影响样品的pH值与感官,因此采用等离子体协同复合精油处理控制样品表面微生物对牛肉保鲜具有重要意义。
指标 菌落总数 a* pH TVB-N TBARS 感官评价 硬度 内聚性 弹性 咀嚼性 菌落总数 1 0.203 0.658* 0.816** −0.441 −0.900** −0.581* −0.085 −0.072 −0.538 a* 1 0.288 0.623* 0.506 −0.26 0.331 0.04 0.279 0.319 pH 1 0.650* −0.085 −0.549 −0.442 0.174 0.064 −0.363 TVB-N 1 0.109 −0.686* −0.219 −0.075 −0.11 −0.307 TBARS 1 0.597* 0.727** −0.123 0.059 0.418 感官评价 1 0.555 −0.128 −0.001 0.325 硬度 1 0.096 0.285 0.832** 内聚性 1 0.175 0.259 弹性 1 0.214 咀嚼性 1 注:*在0.05水平(双尾)显著相关;**在0.01水平(双尾)极显著相关。 等离子体处理后样品TBARS值有明显增加,同时发现咀嚼性和TBARS值与硬度值呈极显著正相关(P<0.01),相关性系数分别为0.832和0.727,这表明TBARS值可能是导致牛肉变硬的原因之一,因此复合精油的加入缓解了等离子体处理对牛肉脂质氧化,也在一定程度上改善了牛肉的硬度和咀嚼性。
3. 结论
复合精油协同CP处理具有显著抑菌效果,且通过测定经CP处理后的复合精油总酚含量和DPPH自由基清除率发现CP处理并未对复合精油的抗氧化性能造成影响。协同处理可有效抑制牛肉贮藏期间菌落总数的上升,延长牛肉贮藏期6 d,在贮藏末期牛肉样品TVB-N含量由对照组的30.97 mg/100 g降低至17.87 mg/100 g,同时pH值始终维持在5.6左右。协同处理对CP处理造成的脂质氧化现象也有所改善,且牛肉的质构及表观品质未发生明显变化,保持较好的感官品质;电子鼻结果表明,复合精油的存在会促使牛肉气味发生变化,后续将进一步优化CP处理参数和精油浓度,以降低精油对风味带来的影响。
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表 1 牛肉品质感官评定标准
Table 1 Sensory evaluation standards of beef quality
指标 评定标准 得分 色泽 肌肉色泽鲜艳有光泽 8~10 色泽较鲜红或较有光泽 4~7 色泽暗红或无光泽 1~3 气味 有牛肉特有的气味,无其他异味 8~10 有牛肉的一般气味,稍有异味 4~7 有异味,不可接受 1~3 组织状态 按压后马上恢复原状 8~10 按压后一段时间可慢慢恢复 4~7 按压后凹凸明显不可恢复 1~3 整体可接受度 整体可接受度高 8~10 整体可接受度较高 4~7 整体不可接受 1~3 表 2 CP处理对复合精油总酚含量和DPPH自由基清除率的影响
Table 2 Effect of CP treatment on total phenolic content and DPPH radical scavenging of composite essential oils
复合精油体积数(%) 总酚含量(mg/g) DPPH自由基清除率(%) 对照组 CP组 对照组 CP组 0.05 0.25±0.01a 0.19±0.01a 93.28±0.23a 92.48±0.34a 0.1 0.47±0.01a 0.41±0.02a 94.84±0.18a 93.75±0.17b 0.15 0.59±0.02a 0.53±0.01a 95.61±0.47a 94.71±0.82a 0.2 0.75±0.02a 0.67±0.01b 97.48±1.06a 95.29±0.66b 注:同行小写字母不同,表示对照组与CP组之间差异显著(P<0.05)。 表 3 CP协同复合精油处理对贮藏期牛肉颜色的影响
Table 3 Effect of CP combined with essential oil blend on aberration of color of beef during storage
指标 处理组 贮藏时间(d) 1 4 7 10 13 L* CK 37.71±0.24b 31.99±0.18c 29.46±0.15c 24.98±0.75d 27.00±0.31c EO 36.60±0.11c 35.40±0.23a 35.77±0.57a 27.96±0.26c 29.19±0.53b CP 39.00±0.64a 32.47±0.27b 35.09±0.08ab 31.84±0.47b 26.20±0.23c CP+EO 36.15±0.89c 35.50±0.14a 34.69±0.67b 37.38±0.08a 33.31±0.68a a* CK 20.38±0.30a 18.83±0.31a 12.54±1.18c 6.13±0.91c 3.82±0.20d EO 20.65±0.49a 19.06±0.67a 18.07±1.06a 8.52±0.16b 8.41±0.48c CP 12.40±1.10c 12.85±0.55c 11.44±0.54c 8.03±0.48b 12.88±0.3b CP+EO 16.69±0.25b 17.32±0.13b 14.73±0.18b 16.65±0.21a 14.62±0.48a b* CK 11.48±0.26a 10.87±0.24a 9.31±0.29b 5.58±0.43d 5.58±0.18c EO 10.63±0.16b 11.05±0.41a 12.15±0.12a 7.15±0.43c 5.50±0.43c CP 8.46±0.10c 9.11±0.13b 10.10±1.09a 8.67±0.21b 8.59±0.34b CP+EO 5.78±0.15d 10.68±0.49a 9.35±0.27b 10.57±0.29a 10.47±0.39a 注:每列中不同小写字母表示同一贮藏时间下不同处理组样品存在显著性差异(P<0.05),表4同。 表 4 CP协同复合精油处理对贮藏期内牛肉质构的影响
Table 4 Effect of CP combined with essential oil blends on structure of beef during storage
处理组 硬度(N) 内聚性 弹性(mm) 咀嚼性(mJ) CK 16.58±3.58bc 0.49±0.06a 2.13±0.07a 16.24±4.63ab EO 15.15±0.23c 0.45±0.04a 1.94±0.38a 13.63±0.81b CP 20.23±3.37ab 0.46±0.03a 2.06±0.15a 18.52±3.43ab CP+EO 21.11±0.90a 0.49±0.05a 2.15±0.37a 20.98±3.57a 表 5 CP协同复合精油处理牛肉品质指标的相关性
Table 5 Correlation of beef quality indexes in synergistic CP treatment with composite essential oils
指标 菌落总数 a* pH TVB-N TBARS 感官评价 硬度 内聚性 弹性 咀嚼性 菌落总数 1 0.203 0.658* 0.816** −0.441 −0.900** −0.581* −0.085 −0.072 −0.538 a* 1 0.288 0.623* 0.506 −0.26 0.331 0.04 0.279 0.319 pH 1 0.650* −0.085 −0.549 −0.442 0.174 0.064 −0.363 TVB-N 1 0.109 −0.686* −0.219 −0.075 −0.11 −0.307 TBARS 1 0.597* 0.727** −0.123 0.059 0.418 感官评价 1 0.555 −0.128 −0.001 0.325 硬度 1 0.096 0.285 0.832** 内聚性 1 0.175 0.259 弹性 1 0.214 咀嚼性 1 注:*在0.05水平(双尾)显著相关;**在0.01水平(双尾)极显著相关。 -
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