Effects of Modified Atmosphere Packaging Combined with High Power Pulse Microwave on Quality of Crab Meat during Storage
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摘要: 为研究气调包装协同高功率脉冲微波对河蟹肉的保质效果，设置不同气体类型和组成比例（100% CO2、80% CO2+20% N2、50% CO2+50% N2、20% CO2+80% N2）以及协同高功率脉冲微波（作用频率200 Hz、时间6 min）处理，测定处理后河蟹肉在25 ℃贮藏期间菌落总数、挥发性盐基氮（total volatile base nitrogen，TVB-N）和硫代巴比妥酸值（thiobarbituric acid reactive substance，TBARS）的变化。结果表明：采用不同气调包装的样品菌落总数、TVB-N和TBARS值均低于对照组，且以100% CO2处理组抑制效果最好。气调包装与高功率脉冲微波协同使用后抑菌效果增强，显著（P<0.05）减少TVB-N的产生，降低蟹肉的TBARS 值。在25 ℃储藏过程中，河蟹肉经100% CO2协同高功率脉冲微波处理后比未处理组延长2 d货架期。Abstract: In order to study the preservation effect of modified atmosphere packaging combined with high power pulse microwave on crab meat, the treatment of different gas types and their composition ratio (100% CO2, 80% CO2+20% N2, 50% CO2+50% N2, 20% CO2+80% N2) combined with high power pulse microwave (HPPM, action frequency 200 Hz, 6 min) were set in the experiment. The changes of total bacterial colonies, total volatile base nitrogen (TVB-N) and thiobarbituric acid reactive substance (TBARS) of crab meat were measured during storage at 25 ℃. The results showed that the total bacterial colonies, TVB-N and TBARS of crab meat packaged with different modified atmosphere were lower than those of the control group, and the inhibition effect of 100% CO2 treatment group was the best. The modified atmosphere packaging combined with HPPM significantly (P<0.05) enhanced the inhibitory effect, and greatly reduced the TVB-N and TBARS. 100% CO2 modified atmosphere packaging combined with HPPM could extend the shelf life by 2 d under 25 ℃ storage.
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Keywords:
- modified atmosphere packaging /
- high power pulse microwave /
- crab /
- storage period /
- quality
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河蟹（学名中华绒螯蟹，Eriocheir sinensis），风味鲜美、营养价值高，是我国重要的水产养殖品种之一[1]。河蟹本身特有的高营养和水分含量也使其成为微生物生长的理想基质，在流通运输过程中易发生腐败变质[2-3]。同时，河蟹肌肉质地柔嫩，传统热力杀菌方法对其感官和营养品质影响较大[4]，而且大多数水产品特征性腐败菌耐受性强，很多物理或化学杀菌手段对这些特征性腐败菌的杀灭或抑制效果都不理想，导致目前市场上的蟹类产品货架期普遍较短，限制了产品的销售范围和市场竞争力[5]。
气调包装（Modified atmosphere packaging，MAP）通过采用良好阻隔性能的包装材料和特定组合的气体抑制微生物生长繁殖和脂类氧化，从而达到延长产品货架期的目的[6]。MAP最常用的气体是CO2、O2 、N2，其中CO2可以有效抑制腐败微生物的生长繁殖，N2可以延缓脂质氧化并防止包装塌陷[7-9]。作为食品保鲜领域的研究热点之一，MAP具有操作方便、成本低、效果好等优势，已经广泛用于果蔬、肉类、水产等食品的物理保鲜[10-12]。目前，MAP相关研究大多集中在寻找合适的气体组成与延长保质期上，前期结果表明MAP延长保质期效果有限[13-14]。许多研究者已经采用MAP与其他技术协同处理以达到更好的保鲜效果[15]。
高功率脉冲微波（High power pulse microwave，HPPM）通过高压脉冲调制将微秒级宽度的高压加到磁控管上，峰值功率可达到几百千瓦至几兆瓦，产生周期性高频脉冲微波，通过波导管以及谐振腔体作用到样品[16-17]。HPPM具有瞬时高能和间歇作用的特点[18]，避免热效应产生的负面影响，利用非热效应达到杀菌保鲜的目的，为低温物理保鲜提供了新的思路和方法。本文使用气调包装协同高功率脉冲微波对河蟹肉进行杀菌处理，分析贮藏过程中蟹肉感官品质、菌落总数、挥发性盐基总氮（TVBN）及硫代巴比妥酸（TBARS）的变化，综合评价气调包装协同HPPM对河蟹肉的保鲜效果，为河蟹肉贮藏保鲜提供参考。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
河蟹肉（冷冻） 泰兴市江之韵科技发展有限公司；平板计数琼脂（PCA） 北京索莱宝科技有限公司；脂质氧化（MDA）检测试剂盒 碧云天生物科技研究所；水溶性胶（分析纯）、甲基红（分析纯）、溴甲酚绿（分析纯）、乙醇（分析纯）、盐酸（优级纯）、碳酸钾（优级纯）、硼酸（优级纯） 国药集团化学试剂有限公司。
V-280多功能气调包装机 深圳德森精密设备有限公司；高功率脉冲微波设备 峰值功率750 kW，微波频率为3 GHz，江苏省农业科学院农产品加工研究所食品生物工程创新团队与南京翀电科技有限公司联合研制；Bio-Tek（Ton）酶标仪 美国Bio-Tek公司。
1.2 实验方法
1.2.1 河蟹肉保鲜处理
解冻后的河蟹肉在 100 ℃下沸水蒸煮10 min，采用60 mm无菌培养皿分装，每份河蟹肉约5.0 g，样品随机分为10 组，每组3个平行，按照表1进行气调包装和高功率脉冲微波处理，高功率脉冲微波处理条件为作用频率200 Hz、作用时间6 min。同时设置两个对照，未经过处理组设为对照1组，高功率脉冲微波处理组设为对照2组。
表 1 样品分组Table 1. Sample grouping组别 气体比例 是否HPPM处理 A 100% CO2 否 B 80% CO2+20% N2 否 C 50% CO2+50% N2 否 D 20% CO2+80% N2 否 E 100% CO2 是 F 80% CO2+20% N2 是 G 50% CO2+50% N2 是 H 20% CO2+80% N2 是 对照1 空气 否 对照2 空气 是 1.2.2 贮藏试验与样品处理
处理后的样品置于 25 ℃恒温培养箱贮藏。称取试样1.0 g，精确至0.001 g，准确加入10.0 mL无菌水后拍打匀浆，分散均匀，浸渍30 min后过滤，分别进行感官评价、菌落总数、TVB-N和TBARS 测定。
1.2.3 菌落总数的测定
参考GB 4789.2-2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》[19]。采用生理盐水梯度稀释滤液，选取3个适宜梯度，吸取1 mL菌悬液于无菌平皿内，倾注PCA培养基，混合均匀。琼脂凝固后于37±1 ℃恒温倒置培养48 ± 2 h后菌落计数。结果以菌落总数的对数值表示。
1.2.4 挥发性盐基氮（TVB-N）值测定
将处理后的样品每隔 24 h 取样，根据国家标准 GB 5009. 228-2016[20]进行挥发性盐基氮（TVB-N）值测定。
1.2.5 硫代巴比妥酸反应物质（TBARS）测定
通过测定TBARS来评价蟹肉样品的脂质氧化程度[21]。TBARS以每kg样品所含MDA的质量表示，单位为mg/kg [22]。将处理后的样品每隔 24 h 取样，无菌水匀浆后10000 ×g离心 10 min。根据脂质氧化（MDA）测定试剂盒说明书测定上清中的MDA值。
1.2.6 感官评价
参照 GB/T 37062-2018[23] 水产品感官评价指南，由10名感观评价人员组成评价小组，每个人按照表2，从蟹肉的体表、气味、肌肉三个方面进行感官评分，得分以平均分计。
表 2 蟹肉感官评价标准Table 2. sensory evaluation of crab meat指标 8~10 分 6~8 分 4~6 分 4 分以下 外观 白色，不透明 暗白色，不透明 颜色稍暗，无黑点 严重变黑 气味 新鲜，鲜味 轻微腥味 轻微酸败味 较重腐败味 肌肉 紧密，有弹性 紧密，弹性减弱 柔软，弹性减弱 柔软呈糊状 1.3 数据处理
试验数据测定三次，结果用“平均值±标准差”表示。采用SPSS22.0对数据进行分析，多组数据差异性分析采用Duncan比较模型，差异显著（P<0.05）。
2. 结果与分析
2.1 不同比例气调包装协同高功率脉冲微波对蟹肉贮藏中菌落总数的影响
不同比例气调包装协同高功率脉冲微波对蟹肉贮藏中菌落总数的影响结果如图1所示。在贮藏期间，蟹肉的菌落总数随着贮藏时间的延长而增大。贮藏第 2 d时，对照1组与对照2组菌落总数值分别达到7.36 ± 0.059，6.35 ± 0.18 lg CFU/g，超过微生物腐败的界限值（通常以6 lg CFU/g为界限）[5]。贮藏第 2 d时，与对照1组相比，不同气调包装的蟹肉菌落总数均低于对照1组，且100% CO2包装效果最好（图1A）。随着CO2占比越高，气调包装的蟹肉菌落总数越低，但当CO2含量超过50%时，对微生物的抑制效果差异不显著（P>0.05）。蒋慧亮等[24]同样发现气调包装中CO2的含量越高，抑菌效果越好。这可能是因为CO2可以抑制微生物生长，造成无氧环境，抑制大多数腐败菌的生长[25]。与对照2组相比，气调包装协同HPPM处理组的蟹肉菌落总数普遍低于HPPM处理，且上升趋势减缓（图1B）。
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图 1 蟹肉在25 ℃贮藏过程中菌落总数的变化Figure 1. Changes of total bacterial count of crab meat during storage at 25 ℃2.2 不同比例气调包装协同高功率脉冲微波对蟹肉贮藏中TVB-N含量的影响
水产品蛋白质在腐败期间由于内源酶或微生物的作用产生氨类、三甲胺（TMA）、二甲胺（DMA）、甲胺等挥发性胺，统称为挥发性盐基氮。挥发性盐基氮是评价水产品新鲜度的重要化学指标之一[26]。根据国家标准，100 g 水产品中，TVB-N 值应小于 20或 15 mg，大于 20 mg/100 g时为不新鲜水产品。不同处理在贮藏过程中TVB-N 值变化如图2所示，贮藏初始TVB-N含量为3.2～5.6 mg/100 g，处理组TVB-N 值始终低于对照组，且随着贮藏时间的延长TVB-N总体呈上升趋势。随着贮藏时间的延长，各组蟹肉中的TVB-N含量逐渐累积，这可能与微生物生长繁殖密切相关[27]。已有研究表明在富含CO2的水产品气调保鲜中，需氧菌的生长被抑制，三甲胺、总挥发性氮和胺的含量也降低[9]。未处理组样品在贮藏第1 d已达到腐败标准，挥发性盐基氮含量超过限量20 mg/100 g。然而，气调包装与HPPM处理组可以在25 ℃下贮藏1 d，适当的气调条件协同HPPM处理组在整个储藏周期内TVB-N含量均低于20 mg/100 g。
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图 2 蟹肉在25 ℃贮藏过程中TVB-N的变化Figure 2. Changes of TVB-N in crab meat during storage at 25 ℃2.3 不同比例气调包装协同高功率脉冲微波对蟹肉贮藏中TBARS含量的影响
脂肪氧化水解产生大量的醛类或酮等过氧化物导致蟹肉腐败变质，导致TBARS值升高[28]。由图3可知，随着贮藏时间的延长，TBARS值总体呈上升趋势，且所有处理组TBARS值均低于对照组。与对照1组相比，气调包装与HPPM处理组的TBARS值从贮藏第1 d开始均显著（P<0.05）低于对照组，且100% CO2包装效果最好（图3A）。气调包装可以改变食品贮藏的气体环境，已有研究表明气调包装的CO2与N2对脂肪氧化水解有抑制作用，起到了保质的作用[29-30]。同时，HPPM具有瞬时高能和间歇作用的特点，较大限度的利用非热效应进行杀菌保质。与对照2组相比，HPPM协同气调包装组的TBARS值从贮藏第1 d开始均显著（P<0.05）低于对照2组，在整个贮藏期结束时，HPPM处理组的TBARS值为23.88 mg/kg，然而HPPM协同气调包装（100% CO2、80% CO2+20% N2、50% CO2+50% N2、20% CO2+80% N2）处理组的TBARS值分别为8.02、11.34、11.02、7.70 mg/kg。这表明协同处理对脂肪氧化水解有更好的抑制作用，且HPPM协同气调包装保鲜效果比单一处理组抑制效果好。
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图 3 蟹肉在25 ℃贮藏过程中TBARS的变化Figure 3. Changes of TBARS in crab meat during storage at 25 ℃2.4 不同比例气调包装协同高功率脉冲微波对蟹肉贮藏中感官品质的影响
由表3 可知，对照 1 组和对照 2 组蟹肉分别于贮藏 1和 2 d后达到感官拒绝接受值（低于6分为感官拒绝接受值），可见HPPM对保持蟹肉品质有积极作用[24]。与对照 1 组相比，不同比例气调包装于贮藏2 d后达到感官拒绝接受值，可见气调包装在抑制微生物增长、脂肪酸分解与氧化方面有明显作用。在HPPM的基础上结合气调包装于贮藏3 d达到感官拒绝接受值，表明HPPM与气调包装有协同作用，延长了蟹肉货架期。
表 3 不同比例气调包装协同高功率脉冲微波处理对蟹肉贮藏期间感官品质的影响（分）Table 3. Effects of different proportion of modified atmosphere packaging combined with high power pulsed microwave treatment on sensory quality of crab meat during storage (scores)组别 贮藏天数 第0 d 第1 d 第2 d 第3 d 第4 d A 9.50 8.35 6.55 3.45 0 B 9.55 7.70 6.20 3.10 0 C 9.70 7.55 6.34 3.85 0 D 9.45 7.20 6.40 3.90 0 E 9.60 8.40 7.50 6.65 3.78 F 9.60 8.35 7.25 6.10 3.61 G 9.55 8.22 7.04 6.04 3.25 H 9.52 8.36 7.10 6.00 3.18 对照1 9.30 5.56 0 0 0 对照2 9.64 7.05 5.25 3.14 0 3. 结论
本试验选取CO2与N2作为河蟹肉气调包装的气体类型，选取不同浓度气体比例，综合评价气调包装协同HPPM对河蟹肉的保质效果。结果表明，结合菌落总数与感官指标结果发现未处理组样品在贮藏的第1 d已达到腐败标准，同时出现明显的不良气味，而处理组的河蟹肉尚未出现腐败气味及其他变质现象。气调包装与HPPM均能抑制河蟹肉中微生物的增长，二者协同能更好地抑制河蟹肉中微生物的增长，起到延长保质期的作用。未处理组样品在贮藏的第1 d挥发性盐基氮含量超过限量20 mg/100 g，适当的气调条件协同HPPM处理组在整个储藏周期内TVB-N含量均低于20 mg/100 g。同时，气调包装可以有效减缓HPPM引起的脂肪氧化分解，降低蟹肉中TBARS值。本研究初步探索了气调包装协同HPPM对河蟹肉的保质效果，为河蟹肉的物理保质奠定了理论基础。
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图 1 蟹肉在25 ℃贮藏过程中菌落总数的变化
Figure 1. Changes of total bacterial count of crab meat during storage at 25 ℃
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图 2 蟹肉在25 ℃贮藏过程中TVB-N的变化
Figure 2. Changes of TVB-N in crab meat during storage at 25 ℃
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图 3 蟹肉在25 ℃贮藏过程中TBARS的变化
Figure 3. Changes of TBARS in crab meat during storage at 25 ℃
表 1 样品分组
Table 1 Sample grouping
组别 气体比例 是否HPPM处理 A 100% CO2 否 B 80% CO2+20% N2 否 C 50% CO2+50% N2 否 D 20% CO2+80% N2 否 E 100% CO2 是 F 80% CO2+20% N2 是 G 50% CO2+50% N2 是 H 20% CO2+80% N2 是 对照1 空气 否 对照2 空气 是 
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表 2 蟹肉感官评价标准
Table 2 sensory evaluation of crab meat
指标 8~10 分 6~8 分 4~6 分 4 分以下 外观 白色，不透明 暗白色，不透明 颜色稍暗，无黑点 严重变黑 气味 新鲜，鲜味 轻微腥味 轻微酸败味 较重腐败味 肌肉 紧密，有弹性 紧密，弹性减弱 柔软，弹性减弱 柔软呈糊状
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表 3 不同比例气调包装协同高功率脉冲微波处理对蟹肉贮藏期间感官品质的影响（分）
Table 3 Effects of different proportion of modified atmosphere packaging combined with high power pulsed microwave treatment on sensory quality of crab meat during storage (scores)
组别 贮藏天数 第0 d 第1 d 第2 d 第3 d 第4 d A 9.50 8.35 6.55 3.45 0 B 9.55 7.70 6.20 3.10 0 C 9.70 7.55 6.34 3.85 0 D 9.45 7.20 6.40 3.90 0 E 9.60 8.40 7.50 6.65 3.78 F 9.60 8.35 7.25 6.10 3.61 G 9.55 8.22 7.04 6.04 3.25 H 9.52 8.36 7.10 6.00 3.18 对照1 9.30 5.56 0 0 0 对照2 9.64 7.05 5.25 3.14 0
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