低温等离子体冷杀菌对盐水鸭货架期及风味品质的影响

　　摘要：目的：研究低温等离子体冷杀菌（CPCS）技术对盐水鸭的杀菌作用及风味品质影响。方法：采用介质阻挡放电低温等离子体设备，以高压电场工作电压（55、65、75kV）为试验因素，处理预包装的盐水鸭胸肉及鸭脖，单次处理2min，处理3次，随后将其在4℃、75%相对湿度下贮藏15天，检测样品中的菌落总数和大肠菌群数，并对汁液损失率、硫代巴比妥酸值（TBARS）等理化指标的变化及感官品质的影响进行分析。结果：CPCS对盐水鸭的杀菌作用随处理电压的升高而显著提高（P＜0.05），CPCS处理组的菌落总数杀菌率、大肠杆菌杀菌率高达：97.8%、99.8%，最多可使货架期从5～6天显著延长至15天。此外CPCS处理能有效降低汁液损失率，抑制贮藏期内总色差值的上升。在CPCS处理组中，65kV处理组的感官品质最好，且能延长产品的保质期至14天。因此，本研究为CPCS技术在低温肉制品保鲜方面的应用提供了一定的理论依据和数据参考。

　　关键词：盐水鸭；低温等离子体冷杀菌；货架期；感官品质

　　盐水鸭又称桂花鸭，作为中国地理标志产品，是南京著名特产之一，历史悠久。其产品皮白肉嫩、咸香酥烂、营养味美，且易于消化吸收，一直来深受广大消费者的喜爱。然而目前市售盐水鸭多采用散装、托盘或真空包装的方式，虽然包装简单便捷，但不利于产品长期储藏，极易导致其腐败变质。为了延长盐水鸭的保质期，通常在真空包装后，采用高温杀菌工艺以延长其保质期，处理条件分别为：99℃/40 min、108℃/20min和121℃/25min。由于盐水鸭是低温肉制品，过高的杀菌温度不仅会破坏其理化特性，更会严重影响其口感和风味。因此，开发一种能适用于低温肉制品的新型杀菌方式有利于打破目前该行业发展的瓶颈。

　　低温等离子体冷杀菌（CPCS）是一种新兴的非热杀菌技术，其特点在于：杀菌效率高、包装后杀菌不会引起二次污染、产生的等离子体射流温度接近室温，不会破坏产品风味品质，且能耗低、无化学残留，在室温下即可通过低压、常压和高压放电激发气体产生冷等离子体，操作简单。该技术目前已成为研究领域的热点，广泛应用于消毒灭菌、食品成分改性、农药残留降解和食品包装加工等方面。在肉制品保鲜方面，Dirks等发现，CPCS处理生鲜鸡胸可使表面微生物总数减少0.85lg（CFU/g）。Kim等将大肠杆菌和单增李斯特菌接种于猪里脊肉表面，采用DBD等离子体（3kV、30kHz）处理10min，大肠杆菌和单增李斯特菌的数量分别减少0.55和0.59lg（CFU/g）。Lee等采用柔性薄层CPCS处理鸡胸肉5min后，发现其表面好氧菌数量减少约1.2lg（CFU/g）。尽管如此，关于低温等离子体在肉制品保鲜方面的研究仍处于起步阶段，受到技术和经济挑战的限制尚未应用于商业化生产。目前的研究主要集中在生鲜猪肉、牛肉、鸡肉等产品，关于CPCS 在盐水鸭的保鲜方面目前还没有报道。

　　本文采用CPCS对盐水鸭进行处理，研究不同处理电压（55、65和75kV）对盐水鸭气味值、微生物指标（菌落总数、大肠菌群数）、理化指标（汁液损失率、pH、色差、硫代巴比妥酸值）和感官品质的影响，以期得到最佳杀菌保鲜工艺，延长其保质期，为CPCS技术在低温肉制品保鲜方面的应用提供理论依据。

　　1  材料与方法

　　盐水鸭 南京某盐水鸭加工企业的生产车间；三氯乙酸、2-硫代巴比妥酸、氯仿、甲醇、氯化钠、乙二胺四乙酸 均为分析纯；平板计数琼脂、伊红美蓝琼脂。MAP-H360复合气调保鲜包装机；BK130/36介质阻挡放电低温等离子体设备；PEN3型电子鼻；顶空瓶（20mL）；JA2203N型电子天平；BSC-250型恒温恒湿箱；CR-400型全自动测色色差仪；DPH-9162电热恒温培养箱 ；XC07-II无菌拍打式均质器；UV-2600紫外分光光度计。

　　1.2  试验方法

　　1.2.1  样品预处理  选取盐水鸭的鸭胸肉和鸭脖，分别切割成1.5cm×1.5cm×1.0cm方块和1.5cm长度，置于聚乙烯（polyethylene）热成型盒（17cm×12cm×3.2cm），每盒100g（鸭胸肉和鸭脖各50g），用包装机进行聚丙烯薄膜密封。于4℃条件下冷藏，备用。所用样品均是同一批次加工产品。切割分装前除了产品工艺中煮制工序外，未对样品进行其他杀菌处理。

　　1.2.2  低温等离子体冷杀菌处理  本次试验分为四组，每组18袋。对照组：未进行CPCS处理；55kV处理组、65kV处理组、75kV处理组均采用低温等离子体冷杀菌处理，处理电压分别为55、65、75kV。经预实验结果可知，在一定范围内，CPCS的杀菌效果与处理时间成正相关，当单次处理时间为2min时，杀菌效果趋于稳定，与单次处理时间为2.5min时无显著性差异，故本次实验采取单次处理2min，间隔时间为30s，重复处理3次后，于4℃下贮存。

　　1.2.3  微生物评价  参照GB4789.2-2016进行菌落总数的测定，GB4789.3-2016进行大肠杆菌测定。

　　1.2.4  汁液损失率  参照Gharibzahedi等的方法，预先称量包装盒质量，称取样品、包装盒与残留在包装内浸出的肉汁总质量，打开包装，去除包装内的鸭肉，称量包装盒和残留汁液质量。汁液损失率按式(1)计算。

　　  (1)

　　式中：m1为初始包装盒的质量，g；m2 为样品、包装盒与残留在包装内浸出的肉汁总质量，g；m3为除去包装内鸭肉时包装盒和残留汁液的总质量，g。

　　1.2.5  色泽测定  采用CR-400型全自动测色色差仪测定样品表皮的颜色（亮度L*、红/绿度a*和黄/蓝度b*），每次在每一个样品的同一位置测量5次，计算平均值。该色差仪在测量前用零和白色基准进行校准。按式(2)计算样品总色差(ΔE)的平均值。

　　  (2)

　　式中：L0*、a0*、b0*为样品初始色泽；L*、a*、b*为贮藏过程中测定的色泽。

　　1.2.6  pH值的测定  测定前用标准缓冲液（pH 4.00、7.00和10.00）在室温下校准pH计。准确称取5.0g肉样，加入50mL超纯水，剪碎后7000r/min分散30s，然后匀浆1min，用pH计在室温下直接测定pH值。

　　1.2.7  TBARS值的测定  参照Xiong、彭泽宇等的方法并加以修改。称取10±0.1g肉样，剪碎均匀加入50mL三氯乙酸（TCA：0.75g/L的三氯乙酸和0.01g/L的乙二胺四乙酸）混匀，于37℃下振摇30min，双层滤纸过滤2次后，加入5mL硫代巴比妥酸（TBA：0.02mol/L）溶液沸水浴40min，取出后冷却至室温，7000r/min离心10min，保留上清。向上清液中加入5mL氯仿，摇匀静置分层，取上清液在532nm处测定吸光度。

　　  (3)

　　式中：M为样品质量：g，A532nm为样品在532nm处的吸光度值。

　　1.2.8  电子鼻气味值的提取  参照蔡雪梅的方法并改进，进行电子鼻气味值的提取。精确称取5±0.1g样品，剔除筋、膜及其他杂质后，剪碎后置于20mL顶空瓶中，于37℃恒温恒湿箱中顶空萃取20min。电子鼻测量参数设置：洗气时间120s、调零时间10s、样品准备时间5s、进样时间100s、流速400 mL/min。每组样品平行测试15次。

　　1.2.9  感官评价  将处理后的样品，请12位经专业培训的评定员(6男，6女，22～55岁)参与了感官评估，每一位参与感官评估的评定员都至少有一年的肉类品质分析经验。严格按照评定标准GB/T 29605-2013对产品的外观、组织状态、滋味气味和有无杂质等方面进行感官评分。各项分数去掉极值后相加求平均值。评分采用9 分制，具体评定标准见表1。

表1  感官评定标准

　　1.3  数据处理

　　数据采用SPSS软件进行统计处理（版本22.0；IBMCorP，USA）。方差分析采用单因素方差分析（ANOVA），Duncan 统计检验（P ＜0.05）。数据以平均±标准差（SD）表示，采用Origin2020进行绘图。

　　2  结果与分析

　　盐水鸭在制作与后期售卖过程中因为机械切割，极易受到微生物的污染，因此有效控制盐水鸭脖的菌落总数对延长产品的货架期具有重要意义。由图1可知，经CPCS处理后，第0天的对照组菌落总数为4.46 lg(CFU/g)，经55、65和75kV处理后，盐水鸭表面菌落总数分别降低至3.94、2.97、2.79 lg(CFU/g)。从结果得出，微生物的灭活效果与等离子体处理的电压强度有关。随着处理电压的提高，CPCS对食品表面食源性致病菌的杀菌效果显著增强，这主要与等离子体产生的自由基含量有关。在贮藏期间，对照组的微生物总数快速上升，贮藏第6天时达到临界值4.903lg(CFU/g)，而55、65、75kV 处理组仅为4.46、3.97、3.48lg(CFU/g)远远低于对照组。从试验结果可以得出，CPCS的抗菌效果与电压强度成正相关，55、65、75kV处理组中的菌落总数分别在贮藏的第12天、14天和15天超过临界值。由此可见CPCS处理可以显著延长盐水鸭脖的货架期，这与之前的一些研究相符。大肠杆菌作为食品污染最常见的微生物之一，是食品杀菌保鲜的主要对象。如图2所示，CPCS处理能够有效抑制大肠菌群的生长，当采用75 kV 电压处理后，产品表面大肠菌群数从3.65显著降低至1.08lg(MPN/100 g)，说明DBD处理可以有效杀死盐水鸭表面的大肠菌群。研究发现，等离子体放电过程中产生的活性氧（ROS）、活性氮（RNS）、羟基自由基（OH?）等活性化学物质能够导致细菌膜蛋白降解、内容物溶出，从而引起细菌死亡。

图1  不同处理电压对贮藏期内盐水鸭菌落总数的影响

　　注：不同字母（a、b、c、d）表示同一贮藏时间不同处理组之间在P＜0.05水平下有显著性差异，图2～图6、图9同。

图2  不同处理电压对贮藏期内盐水鸭大肠杆菌数的影响

　　2.2  CPCS处理前后盐水鸭贮藏过程中汁液损失率的变化

　　汁液损失率关系到肉质的口感及产品的感官品质。由图3可知，在贮藏初期0～3天内，对照组与处理组的汁液损失率集中在0.62%～0.93%范围内，差异不显著，贮藏6天后差异逐渐增大（P＜0.05）。随着贮藏天数的增加，各组的汁液损失率均呈显著上升趋势，其中对照组的增速最快。贮藏第15天时，对照组的汁液损失率达到7.56%，而55、65、75kV处理组汁液损失率仅为5.82%、5.03%和4.78%。本研究结果表明，随着处理电压的升高，样品的汁液损失率降低。这是由于高压电场中的静电荷增加，可打破蛋白质分子中的二硫键和氢键，提高肌原纤维间的静电斥力，从而增加其溶胀程度和保水性。因此随着处理电压的升高，肉品的保水性增强，汁液损失率降低。

图3  不同处理电压对贮藏期内盐水鸭汁液损失率的影响

　　色泽作为肉类最重要的品质之一，是消费者判断肉质的一项重要标准。表面光洁、皮白肉嫩是盐水鸭主要特点，也关系到产品品质的变化。L*值代表明暗度，L*值越高表示样品色泽越亮，颜色越浅，反之代表颜色越暗。由表2可知，经CPCS处理后，贮藏初期（0～3天）处理组的L*值均高于对照组（P＜0.05）。这一方面可能是等离子体处理样品的温度略高于对照样品，肉质的脱水和变形可能导致产品光度变化；另一方面，等离子体处理导致蛋白质变性或含量降低，可引起禽肉亮度的轻度提高。随着样品贮藏时间的延长，样品中微生物不断增殖，分解蛋白质等物质影响肉品结构，逐渐丧失持水力，对照组出现渗水等现象，从而引起样品L*值的升高。△E能够反映盐水鸭表面颜色变化程度。如图4所示，各组总色差值在贮藏前期差异不大，但随着贮藏时间的延长，各组之间差异越来越明显，且处理组均显著小于对照组（P＜0.05），说明CPCS处理对盐水鸭的色泽有较好的保护作用，且保护作用随着贮藏时间的延长越显著。

表2  不同处理电压对贮藏期内盐水鸭亮度值（L*）的影响

　　注：同一列的相同字母表示差异不显著，P＞0.05；不同字母表示差异显著，P＜0.05。

图4  不同处理电压对贮藏期内盐水鸭△E的影响

　　2.4  CPCS处理前后盐水鸭贮藏过程中pH的变化

　　图5为不同CPCS处理对贮藏期内盐水鸭pH的影响，贮藏初期（0～3 天）在所有处理组中，样品pH值均出现不同程度下降，下降范围为0.06～0.13并不显著。这是由于空气中的O2和N2在超高电压的激发下可产生大量活性物质，包括NO、NO2、N2O3、N2O4等氮氧化合物，这些氮氧化合物极不稳定遇到水分子后，能够参与硝酸根和亚硝酸根的生成。而作为熟肉的盐水鸭在贮藏初期汁液损失极少，所以pH的变化不显著。这与等离子体处理培根、牛肉等实验中pH没有发生显著变化的结果相似。pH在一定程度上能够反映肉类的腐败状况。从图5中可以看出在整个贮藏期间，盐水鸭的pH呈现先降低后升高的趋势，且对照组pH值整体略高于等离子体处理组。肉类在贮藏期前期，由于微生物降解糖原等碳水化合物产生的有机酸引起pH值的降低，而在储藏后期，碳水化合物消耗殆尽转而降解蛋白质产生的胺类等碱性物质导致pH值回升。在贮藏第15天时对照组的pH接近7，说明产品已经坏掉，这与图1中微生物的变化相对应。

图5  不同处理电压对贮藏期内盐水鸭pH的影响

　　2.5  CPCS处理前后盐水鸭贮藏过程中TBRAS值的变化

　　等离子体处理过程中产生的臭氧和羟基自由基普遍被认为是破坏不饱和脂肪酸中双键的主要活性物质，会导致脂肪的氧化。脂质氧化最常见的中间产物之一是丙二醛，可通过TBARS分析来测定。由图6可知，在贮藏初期（0～3天），样品TBARS值呈较缓慢增长，且对照组与处理组之间无显著性差异（P＞0.05）。这与Jayasena、Lee等人采用柔性薄层介质阻挡放电(FTDBD)等离子体分别处理了猪肉、牛肉和鸡胸肉，其TBARs值均无显着性差异的研究一致。因为脂质氧化不是瞬间的反应，CPCS处理后立即检测到的较低TBARS值，不应简单的被用来推断等离子体对食品脂类是否有负面影响。贮藏第6天时，对照组的TBARS值为1.98mg/kg，而经55、65、75kV处理后TBARS值分别为2.36、2.76、2.98mg/kg。贮藏6天后，对照组与处理组的TBARS值均迅速上升，且75kV处理组的TBARS值显著高于其他组（P＜0.05）经等离子体处理的寿司产品，其TBARS值有所增加，且与处理电压呈正相关，这与本实验结果一致。此外有关研究表明，食品经等离子体处理后，其脂质氧化速率与食品本身的性质及加工方式密切相关。

图6  不同处理电压对贮藏期内盐水鸭TBARS值的影响

　　2.6  CPCS处理前后盐水鸭气味值的影响

　　电子鼻技术具有响应时间短、检测速度快、测定评估范围广等特点，它可以检测各种不同种类的食品，避免人为误差。图7和图8分别为CPCS处理前后盐水鸭脖气味值的Loading分析和PCA分析。由图7可知传感器S4、S7、S9和S10对PC1贡献率最大，说明第一主成分主要反映的是烷烃、含硫化合物、芳香化合物等物质。传感器S2、S5和S10对PC1和PC2贡献率较大，其中S10对PC2贡献率最大，说明第二主成分主要反映醇、醛、酮类、氮氧化合物等物质。各传感器的响应值较高，因此可以通过Loading分析来辅助分析DBD处理对盐水鸭风味的影响。由图8可知，第一主成分的贡献率达74.8%，第二主成分贡献率为12.6%，累计贡献率超过85%，可视为原始数据具有充分代表性，能较好地反映样品的主要特征信息。从结果上来看，对照组的分布位置与55、65kV处理组样品部分重叠在一起，65kV组样品与75kV样品也有部分重叠在一起。重叠部分表明产生的风味物质相似，说明在此实验条件下，PCA分析不能将对照组与55和65kV处理组样品区分开。从图中可以看出，随着处理电压的升高，未处理组与处理组在第一主成分上的差异逐渐加大，而第二主成分的变化不大。因此，通过合理控制CPCS处理的电压，以缩小处理组与未处理组之间的气味差异。

图7  不同电压处理下盐水鸭气味值的Loading分析

图8  不同电压处理下盐水鸭气味值的PCA分析

　　2.7  CPCS处理前后盐水鸭贮藏过程中的感官评价

　　感官评价能够从主观上判断出肉品的品质状态，图9显示的是贮藏期内产品的感官评分。在贮藏第0天时，处理组的感官评分总体略低于对照组，且75kV处理组的感官评分最低显著低于对照组。可能是由于CPCS处理产生的臭氧等活性氧自由基在一定程度上影响了产品的风味，且电压强度与低温等离子体中的ROS等活性物质的浓度呈正相关，这与图8中电子鼻主成分分析的趋势一致。另一方面，高电压强度的等离子体处理可能会导致水分减少，进而对肉制品的口感略有影响。在整个贮藏期内，对照组的感官评分快速下降，CPCS处理组均下降较缓慢，其中65 kV处理组的感官评分最好，从图10中也可以得出这一结论。在贮藏第15天时，对照组已经明显腐败变质，55kV处理组表面出现白色粘性颗粒状物质，而65kV和75kV处理组从外观上看品质较好，且65kV比75kV表面光泽度更高。

图9  不同处理电压对贮藏期内盐水鸭感官评价的影响

图10  贮藏后期盐水鸭脖的图片
 

　　注：选取贮藏第15 天盐水鸭脖的部分实物图片，a、b、c、d分别为对照组、55kV、65kV和75 kV处理组。

　　本研究结果表明CPCS处理对盐水鸭中的微生物有明显的抑制作用，55、65、75kV处理组的贮藏期分别延长至12、14、15天。随着处理电压强度的升高，微生物的灭活效果增强，这与Patange等人的研究结果一致。有研究表明，电压强度与低温等离子体中的ROS等活性物质的浓度呈正相关，其强度的升高可促使低温等离子体中高能粒子密度增加，进而提高杀菌效率。但是过高的电压会对肉品的脂质氧化及感官风味造成不利的影响，75kV处理组的TBARs值从贮藏第6天开始显著高于65kV处理组（P＜0.05），且从电子鼻响应值与感官评价上分析可得出65kV处理组要优于55 kV和75kV处理组。综合考虑，65kV处理组既能有效抑制微生物的生长，延长产品的保质期至14天，且在降低汁液损失率、抑制总色差等方面与75kV处理组之间无显著差异，还能保持较好的品质。但CPCS处理不可避免的会造成脂质的氧化，引起肉品风味的变化，因此应合理地控制CPCS的处理电压，同时可协同天然精油、抗氧化剂等方式来抑制脂质的氧化、更好地保留盐水鸭原有风味品质，以此延长产品的货架期，这将是下一步研究的重点。