岑南香，刘宸成，陈 姑，桑晓涵，符婉丽，刘雅夫，王佳媚

（海南大学食品科学与工程学院，海南海口 570228）

羊肉是日常生活中常食用的红肉之一，羊肉风味独特、肉质细嫩、味道鲜美，具有高蛋白、低脂肪、低胆固醇等特点，是不饱和脂肪酸的良好来源，且富含人体所必需的氨基酸和微量元素，营养价值高[1]，深受消费者喜爱。近年来，随着城市化的发展，羊肉的生产基地与消费市场相隔较远，羊肉的运输与贮藏保鲜成为问题[2]。目前羊肉贮藏保鲜的方法主要有冷藏（0～4 ℃）、冻藏（-18 ℃以下）、冰温保鲜、微冻保鲜、气调包装保鲜技术[3]、添加抗氧化剂、精油保鲜等。

低温等离子体（atmospheric cold plasma，ACP）是一种新兴的非热杀菌技术，具有处理温度低、抗菌特性好、营养破坏少、作用后无残留、能最大限度地保持原有的感官特性、无毒副产品以及成本低等优点[4]，使其在多种食品杀菌中得到广泛应用。Stratakos等[5]研究表明，牛肉经低温等离子体处理后，大肠杆菌数量显著减少，且杀菌时间影响杀菌效果。Dirks等[6]研究表明，低温等离子体对鸡胸肉和鸡腿皮肤表面的微生物具有显著的抑制作用，可将微生物总数降低一个对数周期。Jayasena 等[7]研究表明，经低温等离子体处理后，猪肉和牛肉的L*值无显著变化（P＞0.05），a*值显著降低（P＜0.05）。低温等离子体能有效杀死肉类表面的微生物，但对其味道、颜色、气味、风味及可接受性等感官参数存在一定的影响。因此，优化处理参数，控制处理条件，有效控制低温等离子体处理对肉品品质所造成的不良影响，是应用研究的重要内容之一。目前，低温等离子体在牛肉[8]、猪肉[9]、鸡胸肉[10-11]、鸭肉[12]等畜禽肉中有较多应用研究，而羊肉中的研究相对较少。

肉类在贮藏过程中都不可避免地发生氧化反应，肉类氧化变质主要是由脂质氧化和蛋白质氧化及二者之间存在的交互氧化作用引起的[13]。评价畜禽肉脂质氧化的常用指标有硫代巴比妥酸反应物值（TBARS）、过氧化值（POV）、酸价（AV）等，反映蛋白质氧化的指标有羰基含量、总巯基含量、活性巯基含量、表面疏水性、二硫键含量等。另外，色泽和pH 也常用作评价肉类氧化变质的指标。本研究从脂质氧化和蛋白质氧化出发，探讨不同低温等离子体处理条件对羊肉色泽、pH、TBARS 值、羰基含量、总巯基含量和蛋白表面疏水性的影响，为推动低温等离子体在羊肉贮藏保鲜技术中的应用提供一定的理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜本地黑山羊后腿肉 购于海南海口市沿江三农贸市场；尿素、氯化钾、乙酸乙酯、无水乙醇、HCl 西陇科学股份有限公司；氯化钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、SDS、溴酚蓝 广东广试试剂科技有限公司；2-硫代巴比妥酸、三氯乙酸、2,4-二硝基苯肼、盐酸胍、DTNB、乙二胺四乙酸二钠 国药集团化学试剂有限公司；总蛋白定量测试盒（BCA 法）南京建成生物工程研究所。

PHS-25 pH 计 奥维实验仪器有限公司；MAPH360 型复合气调包装机 苏州森瑞保鲜设备有限公司；低温等离子体发生器 美国Phoenix 公司；PL303 电子分析天平 美国梅特勒-托利多公司；722G 紫外-可见分光光度计 北京普析通用仪器有限公司；HH-4 数显恒温水浴锅 常州澳华仪器有限公司；CR-10 色差计 日本Konica Minolta 公司；高速分散机、制冰机 中外合资广州柯尼塔电器有限公司；TGL-16MS 型台式高速冷冻离心机 上海卢湘仪离心机仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理 新鲜羊肉剔除多余脂肪和结缔组织，称取大小基本一致的羊肉块（10 g 左右），用色差仪测量色差后将其放入塑料包装盒中，用包装机进行空气密封包装后进行如下处理：A 处理时间：在70 kV 条件下分别处理0、1、2、3、4、5 min；B 处理电压：在40、50、60、70、80 kV 电压条件下处理3 min；C 处理次数：在70 kV 条件下分别处理0次、1次（180 s）、2次（每次90 s，间隔时间30 s）、3次（每次60 s，间隔时间30 s）、4次（每次45 s，间隔时间30 s），累计处理时间均为3 min。D 处理后放置时间：在70 kV 条件下处理3 min 后在4 ℃放置0、24 h。打开包装测定相关指标，未经低温等离子体处理的样品包装后放置相同时间取样。

1.2.2 色差测定 色差仪用标准白板校正后，测定样品处理前后表面色差值，记录其亮度值（L*）、红度值（a*） 及黄度值（b*），分别在待测样品上取5 个测量点，结果取平均值。总色差值ΔE的计算公式[14]为：

1.2.3 pH 的测定 根据GB 5009.237-2016《食品安全国家标准 食品pH 值的测定》进行测定。

1.2.4 TBARS 含量的测定 根据GB 5009.181-2016《食品安全国家标准 食品中丙二醛的测定》进行测定。

1.2.5 肌原纤维蛋白提取 参考文献[15]中的方法并作适当改进。称取5 g 羊肉糜于25 mL PBS 缓冲液中匀浆4次，每次10 s，均质机转速为10000 r/min，每次转完冰一会。均质完离心（10000 r/min，4 ℃，10 min），倒掉上清液，沉淀用PBS 缓冲液洗3次后加入20 mL 0.6 mol/L NaCl 的PBS 缓冲液，均质，放入4 ℃冰箱提取18 h 后再次离心（10000 r/min，4 ℃，10 min），所得膏状沉淀即为肌原纤维蛋白，肌原纤维蛋白浓度用试剂盒进行测定。

1.2.6 羰基含量的测定 参考黄倩等[16]的方法并作适当改进。用0.6 mol/L NaCl 的PBS 缓冲液将蛋白浓度调整为2 mg/mL，取0.5 mL 稀释过后的蛋白溶液，加入0.5 mL 2 mol/L HCl 溶液（含0.01 mol/L 2,4-二硝基苯肼），空白组（用0.6 mol/L NaCl PBS 缓冲液代替蛋白）加入0.5 mL 2 mol/L HCl 溶液（不含2,4-二硝基苯肼），混匀后在25 ℃下反应1 h，再加入0.5 mL 三氯乙酸（质量分数20%），混匀后离心（4 ℃，12000 r/min，10 min），弃上清后，用1 mL 乙醇乙酸乙酯溶液（1:1，v/v）对沉淀洗涤3次，洗完后用1.5 mL 6 mol/L 盐酸胍溶液对蛋白溶液进行悬浮，并在37 ℃条件下水浴保温15 min 溶解沉淀，再将反应液在12000 r/min、4 ℃下离心15 min 除去不溶物质，以空白组为对照，测定吸光度值（波长为370 nm），计算公式如下：

式中：A 为370 nm 波长处的吸光度；n 为稀释倍数；ε为摩尔吸光系数22000（L·mol-1·cm-1）；ρ为蛋白质质量浓度（mg/mL）。

1.2.7 总巯基含量的测定 参考徐红艳等[17]的方法并作适当改进。用0.6 mol/L NaCl 的PBS 缓冲液将蛋白浓度调整为2 mg/mL，取0.5 mL 稀释后的蛋白溶液依次加入2 mL 尿素-十二烷基硫酸钠溶液（含8.0 mol/L 尿素，30 g/L SDS，0.1 mol/L 磷酸钠缓冲液，pH7.4）和0.5 mL 10 mmol/L DTNB 试剂（溶解在0.1 mol/L 磷酸钠缓冲液中，pH7.4），在室温下反应15 min，取上清液在412 nm 下测定吸光值。用0.6 mol/L NaCl 的PBS 缓冲液代替蛋白液用于空白对照。计算公式如下：

式中：A 为412 nm 波长处的吸光度；n 为稀释倍数；ε为摩尔吸光系数11400（L·mol-1·cm-1）；ρ为蛋白质质量浓度（mg/mL）。

1.2.8 表面疏水性的测定 参考黄倩等[16]的方法并作适当改进。用0.6 mol/L NaCl 的PBS 缓冲液将蛋白浓度调整为2 mg/mL，取1 mL 稀释后份蛋白溶液，加入200 μL 1 mg/mL 溴酚蓝溶液后进行离心处理（6000 r/min，15 min），并对上清液进行10 倍稀释，以0.6 mol/L NaCl 的PBS 缓冲液为空白对照，测定吸光度值（波长为595 nm）。以溴酚蓝结合量来表示表面疏水性，计算公式如下：

式中：A1为空白对照组溴酚蓝吸光值；A2为样品吸光值。

1.3 数据处理

每个试验重复四次。采用Microsoft Office Excel 2016 进行处理，结果用平均值±标准差表示。采用Origin 2021 软件作图，DPS 18.10 软件对数据进行单因素方差分析，Duncan 新复极差法进行差异显著性分析，P＜0.05 表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 低温等离子体处理对羊肉色泽的影响

色泽是影响肉制品的重要感官参数之一[18]，不仅能反映肉的新鲜程度，而且对深加工制品的品质优劣起着重要作用[2]。羊肉色泽主要受肌红蛋白的影响[19]。如表1所示，不同低温等离子体处理条件均使羊肉的亮度值L*升高，红度值a*和黄度值b*下降，各处理组间的总色差值ΔE无显著差异（P＞0.05）。当处理电压超过50 kV，a*值下降显著（P＜0.05），低温等离子体处理过程中产生的自由基能将肌红蛋白血红素辅基中心的Fe2＋氧化成Fe3＋，高铁肌红蛋白不断积累而出现褐变，导致a*值下降[2]。L*值增大是由于肉中的肌原纤维蛋白能够通过毛细作用保持肉中水分，当肌原纤维蛋白发生氧化时，肌肉自身水分溶出，鲜肉的持水力降低，导致鲜肉表面水分含量增大，使亮度值增大[19]。综上可知，低温等离子体处理能够在一定程度上影响羊肉处理前后的色差值，但是总色差值ΔE没有发生显著变化，即色泽品质未发生改变。

表1 低温等离子体处理对羊肉色泽的影响Table 1 Effect of cold plasma treatment on the color of mutton

2.2 低温等离子体处理对羊肉pH 的影响

pH 常作为评价肉类新鲜程度的指标之一，是因为pH 能够将肌肉内游离的H+和OH-的浓度通过一定形式呈现出来[20]。处理时间对羊肉pH 如图1A所示，随着处理时间延长，pH 呈现先下降后上升的趋势，处理3 min 时pH 最低，为5.64；当处理电压小于70 kV 时，pH 随处理电压的升高显著降低（P＜0.05）（图1B）；图1C所示，累计处理时间一定（3 min）处理4次时，羊肉pH 变化最低，处理1次和2次的差异不显著（P＞0.05）；处理后放置24 h 的pH 未发现显著（P＞0.05）变化（图1D）。本研究中低温等离子体激发空气产生NO、NO3-、NO2-、H+和H2O2等活性成分[21]，这些呈酸性物质引起羊肉pH 下降。当处理电压升高，处理时间延长，低温等离子体处理过程中形成的呈酸性基团增加，可与肉中的蛋白质等物质反应中和部分酸性成分，未能在羊肉中呈现酸性。当累计处理时间固定（3 min）而进行短时多次间歇处理时，每一次的直接处理时间被缩短，低温等离子体中产生的活性成分数量减少，间歇时间部分活性成分因寿命短而消失[22]，因此，尽管累计处理时间（3 min）较长，但对羊肉pH 影响不明显。低温等离子体产生的活性氧和活性氮等自由基寿命短[22]，对羊肉pH 不能长时间起作用。综上，羊肉pH 受低温等离子体处理电压、时间和累计次数的影响明显，随着处理后放置时间延长影响作用逐渐消失。

图1 低温等离子体处理对羊肉pH 的影响Fig.1 Effects of cold plasma treatment on pH value of mutton

2.3 低温等离子体处理对羊肉TBARS 值的影响

脂质氧化的主要产物是过氧化物，过氧化物在酶的作用下进一步分解形成丙二醛（MDA）等低分子量产物，通过量化脂质氧化初级产物丙二醛含量表示肉类脂质氧化的程度[19]。如图2A所示，当处理时间超过1 min 时，羊肉TBARS 值随处理时间的延长而不断升高（P＜0.05）；当电压低于70 kV 时，TBARS值随电压的升高略微增加，当处理电压超过70 kV时，TBARS 值增幅明显（图2B）；图2C可知，当累计处理时间固定（3 min），随着处理次数的增多，羊肉TBARS 值降低，处理1次和2次的TBARS 值相差不大；处理后放置24 h，羊肉TBARS 值显著（P＜0.05）升高至0.235 mg/kg。本研究采用空气作为低温等离子体的激发气体，可形成活性氧（ROS）、活性氮（RNS）等具有高氧化活性的基团，羊肉富含不饱和脂肪酸，易受到ROS、RNS 等活性基团攻击，提取氢离子而氧化降解生成低分子量产物。延长处理时间，升高处理电压，能够促进羊肉中脂质的氧化，类似现象在新鲜草鱼[21]中已有报道。当累计处理时间一样（3 min），处理次数越多，活性氧及活性氮生成含量相对较少[23]，与羊肉中脂质和蛋白质的反应时间和作用量变少，使得羊肉的氧化程度相对较弱。综上，不同低温等离子体处理条件均引起羊肉TBARS 值升高，且研究表明，当肉类的TBARS 值大于0.6 mg/kg时，会对肉类的品质产生影响[24]，实验中最高TBARS值为0.235 mg/kg，远远低于上述值，低温等离子体处理虽会促进羊肉中脂质的氧化，但未对羊肉品质造成负面影响。

图2 低温等离子体处理对羊肉TBARS 值的影响Fig.2 Effects of cold plasma treatment on TBARS value of mutton

2.4 低温等离子体处理对羊肉肌原纤维蛋白羰基含量的影响

羰基是评定肉类中蛋白质氧化最常用的指标，通常由氨基酸残基侧链基团氧化而成[25]。如图3A所示，随着处理时间延长，羊肉中羰基含量呈显著上升趋势（P＜0.05），处理5 min 后羰基含量增加到4.31 nmol/mg；各组羰基含量随处理电压的升高呈显著上升趋势（P＜0.05），在处理电压为80 kV 时，羰基含量为3.98 nmol/mg（图3B）；累计处理时间固定（3 min）时，处理次数越多，羊肉羰基含量越低，处理4次组与未处理差异不显著（P＞0.05） （图3C），而处理后放置24 h，羰基含量显著（P＜0.05）升高至2.79 nmol/mg。羰基含量上升由低温等离子体产生的活性氧和活性氮自由基造成，活性氧和活性氮氧化氨基酸残基侧链，尤其是侧链上有NH-或NH2基团的氨基酸，从而导致肌原纤维蛋白氧化[17]。随着处理时间延长，活性物质浓度增加，羰基含量不断上升，表明羊肉肌原纤维蛋白氧化程度增加，类似现象在用等离子体活性水腌制猪肉的研究中也有发现[25]。Luo等[26]的研究中发现，随着处理电压的升高，游离氨基酸含量明显增多，低温等离子体处理产生的活性物质能与游离氨基酸反应生成羰基，导致羰基含量升高。由于低温等离子体中产生的活性自由基半衰期短[23]，处理后24 h 全部消失，无法直接对羊肉造成影响。但是，脂质和蛋白质氧化过程是复杂的链式反应，低温等离子体中的活性自由基激发羊肉中相关氧化反应后，产生的次级产物或者反应生成物能够继续作用，促进脂质和蛋白质氧化。综上，低温等离子体处理能够促进羊肉肌原纤维蛋白的氧化，并且处理后放置时间延长能够增强蛋白质的氧化变性。

图3 低温等离子体处理对羊肉肌原纤维蛋白羰基含量的影响Fig.3 Effects of cold plasma treatment on carbonyl content of mutton myofibrillar protein

2.5 低温等离子体处理对羊肉肌原纤维蛋白总巯基含量的影响

巯基反应活性很强，能氧化形成二硫键和其他硫醇氧化产物，当总巯基含量减少，表示氧化程度增加，总巯基含量可作为肌原纤维蛋白氧化的一个重要指标[27]。如图4A所示，随着低温等离子体处理时间的延长，羊肉中的总巯基含量逐渐降低，在处理5 min后，总巯基含量为44.08 nmol/mg；图4B所示，当处理电压达到70 kV 后，总巯基含量趋于稳定。随着处理时间延长，低温等离子体产生的活性物质会诱导蛋白质氧化作用增强，通过巯基分子内或者分子间交联影响二硫键的生成，进而破坏蛋白质的结构。在高电压下，等离子体中各类粒子会聚合或发生反应一部分，对蛋白质的氧化作用相对减弱[28]，使得总巯基含量相对稳定。当累计处理时间固定（3 min）时，处理次数越多，总巯基含量升高，低温等离子体对羊肉蛋白质氧化作用越低，可能与脂质氧化衍生物含量的降低或活性氧的含量有关[13]。处理后放置过程中，羊肉中蛋白质的氧化反应持续，氧化程度增加。巯基具有较强的亲核性和还原性，在维持肌原纤维蛋白空间结构稳定、保持理化功能方面等具有重要意义[29]。综上，不同低温等离子体处理条件可降低羊肉的总巯基含量，破坏肌原纤维蛋白的空间结构和稳定性，从而促进蛋白质变性。

图4 低温等离子体处理对羊肉肌原纤维蛋白总巯基含量的影响Fig.4 Effects of cold plasma treatment on total sulfhydryl content of mutton myofibrillar protein

2.6 低温等离子体处理对羊肉肌原纤维蛋白表面疏水性的影响

蛋白表面疏水性反映蛋白质分子内部疏水基团的暴露程度，暴露程度越大，疏水性越强[29]，一般通过与溴酚蓝的结合量来反映其表面疏水性。随着处理时间延长，溴酚蓝结合量呈显著升高趋势（P＜0.05），处理5 min 后溴酚蓝的结合量为68.58 μg（图5A）；随着处理电压升高，溴酚蓝结合量显著升高（P＜0.05），80 kV 处理后为65.46 μg（图5B）；累计处理时间固定（3 min）时，溴酚蓝结合量随处理次数增多呈显著下降趋势（P＜0.05）（图5C），延长放置时间，显著增加溴酚蓝结合量（P＜0.05），这与张海璐等[18]研究氧化时间对羊肉肌原纤维蛋白表面疏水性的影响的结果一致。肌原纤维蛋白表面疏水性是指蛋白分子与水分子间相互排斥的物理特性，蛋白质发生氧化时会导致埋藏在蛋白质内部结构的疏水性氨基酸残基暴露出来，使其分子间产生聚集和交联[30]。Luo 等[26]的研究指出，低温等离子体处理会导致肌原纤维蛋白α-螺旋结构向其他结构形式展开，α-螺旋含量降低可减弱肌原纤维蛋白结合水的能力，增强肌原纤维蛋白的表面疏水性。随着处理时间延长、处理电压升高，低温等离子体中活性基团对疏水性氨基酸的攻击增加，导致蛋白质表面疏水性升高。累计处理时间固定（3 min），处理次数增加使得相应的处理时间减少，有效的活性粒子减少，蛋白质氧化程度减弱，蛋白质分子聚集或交联使其疏水性降低[17]。综上，低温等离子体处理减弱了蛋白质折叠程度，促进内部疏水基团暴露，加速羊肉肌原纤维蛋白失活和降解。

图5 低温等离子体处理对羊肉肌原纤维蛋白表面疏水性的影响Fig.5 Effects of cold plasma treatment on surface hydrophobicity of mutton myofibrillar protein

2.7 脂质和蛋白质氧化指标相关性分析

不同低温等离子体处理条件下羊肉中脂质和蛋白质氧化指标进行相关性结果见表2。随着处理时间延长，羊肉TBARS 值与同条件下羰基含量和表面疏水性呈极显著相关（P＜0.01），与总巯基含量呈极显著负相关（P＜0.01），表明羊肉中脂质与蛋白质氧化的变化趋势高度一致。随着处理电压升高，羊肉TBARS 值与羰基含量呈显著正相关（P＜0.05）；当累计处理时间固定（3 min）时，随着处理次数增多，羊肉TBARS 值与总巯基含量和表面疏水性分别呈显著负相关和正相关（P＜0.01）。上述结果表明，处理时间是影响低温等离子体处理羊肉中脂质和蛋白质氧化的重要因素，其对羊肉脂质和蛋白质氧化的变化趋势影响一致。低温等离子体处理产生大量活性自由基，同时攻击羊肉脂质和蛋白质，由于脂质和蛋白质氧化属于链式持续反应，处理时间变化会直接影响活性自由基与羊肉中脂质和蛋白质的氧化反应时间，因此，低温等离子体处理时间对羊肉氧化的影响作用大于其他因素。

表2 不同处理条件下脂质和蛋白质氧化指标相关性分析Table 2 Correlation relationships analysis between oxidation index of lipids and protein under different treatment conditions

3 结论

低温等离子体处理后，羊肉TBARS 值、羰基含量和蛋白表面疏水性升高，而总巯基含量降低，表明低温等离子体处理能够促进新鲜羊肉中脂质和蛋白质氧化。不同处理条件对羊肉脂质和蛋白质氧化影响存在较大差异，其中处理时间在促进羊肉中脂质和蛋白质氧化具有极显著的影响。羊肉pH 受处理时间、处理电压和处理次数（累计处理时间固定）的影响明显，而色泽在同条件下未发生明显变化。低温等离子体处理后羊肉的氧化程度均在可接受范围内，适度氧化还可能对肉制品的品质产生有益的影响。因此，低温等离子体处理时应严格控制处理条件，为今后低温等离子体在羊肉贮藏保鲜中的应用提供参考依据。