褚益可，雷桥，欧杰

(上海海洋大学食品学院，上海，201306)

气调包装中气体浓度对牛肉保鲜的影响*

褚益可，雷桥，欧杰

(上海海洋大学食品学院，上海，201306)

研究了气调包装中不同气体浓度对牛肉保鲜效果的影响。运用均匀设计法，对新鲜牛肉分别进行不同水平的气调保鲜包装 (O2与CO2浓度 在0% ～100%均匀分布)，在(4±1)℃贮藏过程中，隔天对包装内的气体浓度、牛肉的菌落总数、pH值、TVB-N值、液汁流失率、红度值等指标进行测定分析，并采用重回归分析法找出气调包装中O2浓度、CO2浓度、贮藏时间与菌落总数之间的关系式。结果表明:高氧或高CO2浓度的气调包装对牛肉保鲜效果都不理想，而适当的气体组合45%O2/30%CO2/25%N2的气调包装牛肉货架期最长。

牛肉，气调包装，气体浓度，均匀设计

牛肉贮运流通条件直接影响产品的保鲜期，贮运流通过程中微生物的变化是反映牛肉鲜度最直接最重要的指标。延长牛肉货架期的方法主要有保鲜液处理、真空包装、辐射处理和气调包装等。保鲜液能有效抑制冷却肉表面的腐败菌，但存在肉色色泽变淡、汁液流失的问题;真空包装能明显延长肉类的货架期，但真空包装的肉色泽呈现紫红色;辐射处理的弊端主要是有轻微的辐射味产生，并且辐射处理在应用上受到一定限制［1］。气调包装作为较理想的延长肉类货架期的方法，已经成为国内外科技工作者的研究热点。国外对于气调保鲜在肉及肉制品中的应用已有广泛而深入的研究，用于新鲜红肉的最常见的是高O2浓度气调包装，含60% ～70%O2，然而高氧浓度虽改善了肉色但保鲜时间不理想［2－3］。在国内，张嫚等［4］对肉牛背最长肌进行不同水平的气调保鲜包装，结果表明保存在60%O2/20%CO2/20%N2气调包装下获得最佳综合保鲜效果;胡长利等［5］研究了以不同比例组合的CO2、O2、N2作为气调包装对低温保藏的新鲜牛臀肉品质的影响，确定最佳的气调包装组分为45%O2/45%CO2/10%N2，在温度0～4℃条件下牛臀肉可以保藏20 d，并保持色泽稳定。气调包装贮藏冷却肉的最佳气体组分的报道不一致，没有确定的浓度范围，因此本文深入研究气调包装中气体浓度对牛肉的影响是非常有意义的。

本实验采取均匀设计法，将O2与CO2体积百分比在0% ～100%内均匀散布，按照均匀设计的试验安排进行气调包装，在0～4℃下对牛肉保鲜效果进行研究，找出保鲜效果更佳的气调包装的气体比例，并确定气调包装中O2浓度、CO2浓度、贮藏时间与菌落总数之间的关系式，分析包装内气体浓度的变化、牛肉细菌总数、pH值、TVB-N值、液汁流失率、色泽等核心指标，有效延长牛肉保质期，为牛肉的终端销售提供理论支持和技术指导。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

原料肉:宰后12 h内冷却至中心温度1℃的牛臀部肉(购于上海市)。

包装材料:规格为(16 cm×24 cm)的蒸煮袋(购于上海山埃姆包装材料公司)。

包装气体:O2、CO2和N2(均为食品级)。

试剂:轻质氧化镁，NaCl，硼酸，醋酸，甲基红，溴甲酚绿，乙醇，营养琼脂，磷酸盐缓冲稀释液等，均为国产化学纯或分析纯(均购于国药集团化学试剂有限公司)。

仪器:DQB-360W多功能气调包装机(上海青葩包装机械公司)，MAP Mix 9000－3/150V(丹麦PBI Dansensor集团公司)，Meter ZE－2000色差仪(日本尼康公司)，FOSS Kjeltec 2300自动凯氏定氮仪(瑞士福斯公司)，HPX－9052MBE数显电热培养箱(上海博讯医疗公司)，DS－1高速组织捣碎机(上海标本模型厂制造)，PHS－2F PH计(上海精密科学仪器)，SIEMENS冰箱，Precisa AG8953电子分析天平(瑞士PRECISA公司)，101－1型电热鼓风恒温干燥箱(上海康路仪器公司)，checkmate 9900 O2/CO2(丹麦PBI Dansensor集团公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 肉样的处理

将所用的刀具和案板用体积分数75%的乙醇棉球擦拭并紫外照射15 min。在无菌操作条件下，去掉肉的筋膜及多余的脂肪，每包质量为100 g左右的肉块，随机分组，进行气调包装(气体配比具体见表3)，贮藏在(4±1)℃冰箱中，定期测定各项指标。

1.2.2 实验设计

本实验主要采取均匀试验设计法［6］，它由方开泰教授和数学家王元在1978年共同提出，它是只考虑试验点在试验范围内均匀散布的一种试验设计方法，可保证试验点具有均匀分布的统计特性，可使每个因素的每个水平做一次且仅做一次试验，在试验因素变化范围较大，且各因素为多水平时，可以极大地减少试验次数。在本试验中设计O2与CO2浓度在0% ～100%内均匀散布，取O2与CO2浓度各为6个水平(具体见表1)，试验具体安排如表1。

表1 试验设计因素及水平表

表2 均匀设计安排表

由表2得知，试验2、试验4、试验6都不符合其约束条件(O2与CO2之和在100%以内)，所以对该3组试验设计重新进行调整，调整的原则是每个O2、CO2浓度水平至少使用一次，即试验2调整为:30%O2+70%CO2，10%O2+90%CO2;试验 4 调整为:60%O2+40%CO2，25%O2+75%CO2;试验 6 调整为:90%O2+10%CO2，40%O2+60%CO2。此外，还增添实验项100%CO2气调包装。以O2浓度从低到高排列的新试验方案设计如表3。

表3 试验安排表

1.2.3 测定指标及方法

每隔1 d取肉样测定以下指标，每个实验重复3次，取平均值。

1.2.3.1 包装袋内气体浓度的测定

每次在开袋前，采用checkmate 9900 O2/CO2气体分析仪，预热10 min，当取样软管的针形探头插入包装时，气体取样就自动开始，记录包装袋内O2与CO2浓度，观察不同包装的气体变化。

1.2.3.2 菌落总数

菌落总数按照GB4789.2－2003《食品卫生微生物学检验菌落总数测定》进行［7］，结果以菌落对数值lgcfu/g表示，评价标准对照肉品质量卫生指标菌落总数一般建议标准:新鲜肉为104个/g以下，次鲜肉为104～106个/g，变质肉为106个/g。

1.2.3.3 pH值

根据GB/9692.5－1998《肉与肉制品 pH值测定》进行。

每次从包装中取样，精确称取牛肉25.00 g，使用DS－1高速组织捣碎机捣碎，以蒸馏水定容至250 mL，静置30 min后过滤。过滤后取清液作为样品液，冷却至室温后用PHS－2F型PH计测定样品液的pH值，重复3次，取平均值。参考标准:一级鲜度pH 5.8～6.2，二级鲜度 pH 6.3～6.6，变质肉 pH ＞6.7。

1.2.3.4 挥发性盐基氮(TVB-N)

采用自动凯氏定氮仪，应用半微量凯氏定氮原理测定挥发性盐基氮含量［8～9］，称取5～10 g的捣碎样品至FOSS消化管中，加入0.5～1.0 g的轻质氧化镁，上机测定。重复3次，取平均值。参考GB 2710－1996:一级鲜度≤15 mg/(100 g)，二级鲜度≤20 mg/(100 g)，变质肉 ＞20 mg/(100 g)。

1.2.3.5 液汁流失率

取带包装的样品称量(m1)，打开包装，立即将包装内和样品表面的汁液用滤纸吸干，包装和样品一起称量(m2)。重复3次，取平均值。

液汁流失率/%=［(m1－m2)/m1］×100

1.2.3.6 色泽

使用Meter ZE－2000色差仪进行检测，采用Hunter lab 表示色法［10～13］。在打开包装后，立即将牛肉样品切成大小为10 mm×10 mm×1 0 mm的3块肉样，吸干表面水分，直接将样品放置于光源下，读取色差计显示的数值，记录 L(亮度)，a(红度)，b(黄度)。色度值DE为［(a2+b2)1/2］，类似于色彩的饱和度或者亮度。均匀空间Lab表色系统能较全面客观反映肉表面的色泽和色差。

1.3 数据处理

采用了STATISTICA统计软件中的固定非线性重回归(Fixed non-linear of Multiple Regression)分析方法来确定气调包装中O2浓度、CO2浓度、贮藏时间与菌落总数之间的关系式。

2 结果与分析

2.1 贮藏期间包装袋内气体浓度的变化

表4 贮藏期间不同包装内O2浓度、CO2浓度的变化 %

从表4可知，O2与CO2浓度总体都呈现下降趋势，CO2初始浓度越高，其下降速率越大，由于在贮藏期间CO2溶解于牛肉不断渗出的液汁中，导致其含量下降幅度大。随着贮藏时间的增加，各组包装内O2浓度均呈下降趋势，但变化规律各不相同，其中，当初始O2浓度≤25%时，即1～4组，初始O2浓度越高，包装内O2浓度的下降速率越慢，贮藏至第16天时的 O2残留率分别为 52.0%、52.3%、68%、77.2%，但是CO2浓度下降较其他组快;当初始O2浓度在25% ～45%之间时，即5～7组，包装内O2浓度的下降速率比较缓慢;当初始O2浓度为60% ～90%之间的8～10组，O2浓度的下降速率较其他组快，原因可能是这几组包装内CO2含量比较少，抑菌效果比较弱，导致需氧菌进一步繁殖消耗氧气。

2.2 贮藏期间样品菌落总数的变化

表5 不同贮藏条件下细菌总数变化 lgCFO/g

根据我国冷却肉行业标准［13］，要求可食用冷却肉菌落总数≤1×106(CFU/g)。由表5可知，样品的初始菌落总数为3.03l g(CFU/g)，牛肉在保鲜过程中，随时间的延长，各实验组牛肉样品的菌落总数总体都呈上升趋势。当保鲜14d的时候，除了实验组2、5、6、7、8，其他都已经超过 6.0lg(CFU/g)。其中实验组7的保鲜效果较其他组好，贮藏至第16天时，有最低的菌落总数值为5.81 lg(CFU/g)，实验组6次之为5.89 lg(CFU/g)，而其他实验组都已经超标。在8～10组的高氧包装中，CO2含量相对较少，导致抑菌效果减弱，从而使需氧菌大量繁殖造成菌落总数上升速率比其他组快;在1～4组的低氧包装中，CO2浓度比较高，其菌落总数仍高于实验5～7组，说明不是CO2浓度越高其抑菌效果越强，当CO2浓度达到45%后，其抑菌能力反而随着CO2浓度的升高而下降。综上所述，气调组分为45%O2/30%CO2/25%N2的实验组7具有最好的抑菌效果。

2.3 贮藏期间样品pH值的变化

根据肉及肉制品质量标准，肉类维持在低pH值时能有较好的新鲜感［14］。由表6可见，随着贮藏时间的延长，各实验组的pH值都逐渐增大，pH值的升高是由于随贮藏时间的延长，肉中蛋白质在细菌，酶作用下被分解为氨和胺类化合物等碱性物质。牛肉pH值的初始值大约为5.85，在保鲜的前12 d内，不同处理对保鲜牛肉pH值变化的影响差异不显著，各组牛肉样品的鲜度符合国家一级鲜肉的为pH值范围(5.8～6.2)，因此单纯的依据其pH值变化不能确定各种气调包装对牛肉保鲜效果的优劣。在贮藏后期，初始O2浓度≤25%的1～4组、初始O2浓度为60% ～90%的8～10组，其pH值上升速率比初始O2浓度为25% ～45%的5～7组快，pH值上升快的原因可能是此包装下的牛肉接近腐败，其中实验组5具有最低的pH值为6.03，实验组6、7次之。

表6 不同贮藏条件下pH值变化

2.4 贮藏期间样品挥发性盐基氮的变化

TVB-N是国家标准中判断鲜肉品质的重要指标。在贮藏过程中，TVB-N的增加主要是由于细菌的作用和氨基酸等含氮化合物的分解产生氨和各种胺类化合物而引起的，因此测定挥发性盐基氮可以鉴定肉品的质量。由表7可以看出，在采用不同比例混合气体包装中，牛肉在贮藏初期的TVB-N值的变化差别不明显。牛肉TVB-N值在8 d之内都能保持在15mg/(100g)以内，有较好的新鲜度，随着贮藏期间的延长，在8d之后，不同比例混合气体包装的牛肉，其TVB-N值不断增加，特别是初始O2浓度为60% ～90%之间的8～10组，其TVB-N值上升很快，再加上该几组包装内CO2浓度低，抑菌效果差，到贮藏结束的时候，TVB-N值为最高，达到24.361 4 mg/(100 g)，已经腐败。相对而言，初始 O2浓度为25% ～45%的5～7组，保鲜效果比较好，牛肉在贮藏第16d时，气体配比45%O2/30%CO2/25%N2的包装内牛肉TVB-N值最低，为19.461 2 mg/(100g)，而其他实验组的TVB-N值都已经超过20 mg/(100 g)。

表7 不同贮藏条件下挥发性盐基氮的变化 mg/100g

2.5 贮藏期间样品汁液流失率的变化

不同比例混合气体包装的牛肉在贮藏期间，都会发生不同程度的汁液流出现象，它影响消费者的接受度和产品的最终质量。从表8可以看出，样品在整个贮藏过程中，所有实验组都呈升高趋势，气体组分为40%O2/60%CO2实验组6在12d内液汁流失率一直低于其他试验组，而在14～16d却高于气体组分为30%O2/70%CO2实验组5，可能是因为气调包装内部气体浓度变化不一致，导致不同的压力变化对汁液流失的影响不同［15］。Olsson等(2003)报道了高的汁液流失率是因为蛋白质水解产生的细胞结构松散，使得细胞内水分向细胞外扩散，同时指出细菌产生的酶能加大蛋白质水解的程度［16］。总体来讲，O2浓度在30%～45%之间的气调包装更能有效地控制液汁流失。

表8 不同贮藏条件下汁液流失率的变化 %

2.6 贮藏期间样品色泽的变化

表9 不同贮藏条件下a*值的变化

从表9中可看出，牛肉在保鲜前期中，各试验组牛肉的红度值初期变化不大，后期红度值逐渐减小，初始O2浓度≤25%的1～4组包装内牛肉红度值下降快，不利于肉鲜红颜色的保持，因为这几组包装中氧气含量低，肌肉中肌红蛋白不能完全实现与氧分子结合后形成氧合肌红蛋白而呈现鲜红色，初始O2浓度为75%、90%的实验组9与实验组10，因为O2浓度过高又会使氧合肌红蛋白进一步氧化转变成正铁肌红蛋白，而呈现红褐色，初始O2浓度为25% ～45%的气调包装，更能维持牛肉的色泽，贮藏至16d时，含45%O2/30%CO2/25%N2的气调包装内的牛肉a*值较其他处理组高。

2.7 气调包装中O2浓度、CO2浓度、贮藏时间与菌落总数之间的关系式的确定

采用STATISTICA统计软件中的固定非线性重回归数据分析方法得到式(1)中各回归系数的值见表10。

表10 式(1)中各回归系数值

由表10可见，各项回归系数的P水平均小于0.05，说明贮藏时间、O2浓度、CO2浓度对牛肉菌落总数的影响作用都显著，单项式回归系数中b1最小、平方项回归系数中b2最小、交叉项回归系数中b3最小，可得到O2浓度对菌落总数影响作用最大，其次是CO2浓度。

3 结论

从本实验可以看出，高氧和高二氧化碳浓度的气调包装对牛肉保鲜效果都不理想，O2浓度在25% ～45%内，CO2浓度在30% ～75%内的气调包装下保鲜效果要好于其他实验组，在整个贮藏期间菌落总数对数值、TVB-N值含量较低，也能很好地控制液汁流失率，红度值比较稳定，这反映了合适的气体比例在气调保鲜中起着关键的作用，其中含45%O2/30%CO2/25%N2的包装下牛肉保鲜效果最佳。

气调包装中O2浓度、CO2浓度、贮藏时间与菌落总数之间的关系式为TBC=0.156 7×T－0.086 8×［O2］－0.094 9×［CO2］－0.003 1×T×T+0.000 5×［O2］* ［O2］+0.000 6 ×［CO2］* ［CO2］+0.001 6×T×［O2］+0.001 0×［O2］* ［CO2］+0.001 5×［CO2］×T+6.305 1，并且发现O2浓度对菌落总数影响作用最大，其次是CO2浓度。

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Effect of Gas Concentration in Modified Atmosphere Packaging on Fresh Beef

Chu Yi-ke，Lei Qiao，OU Jie
(College of Food Science and Technology，Shanghai ocean University，Shanghai 201306，China)

The effect of different gas concentration in modified atmosphere packaging on the beef preservation was studied.Fresh beef were stored at the different level of concentration(O2and CO2within 0～100%by evenly distributed).During the storage at 4 ± 1℃，the gas concentration in packaging，total number colonies of beef，PH value，TVB-N values，drip loss rate and color were detected and analyzed every two days.The relationship of O2，CO2concentration，time of storage and the total colonies was created by multiple regression analysis.The results demonstrated that it was not effective using high concentration of oxygen or carbon dioxide on beef preservation，but the combination of MAP(45%O2/30%CO2/25%N2)was the best to prolong the shelf－ life of the product.

beef，MAP，gas concentrations，uniform design

硕士研究生(雷桥副教授为通讯作者，E-mail:qlei@shou.edu.)。

*上海市科委重点科技攻关项目(10391902300)

2010－09－29，改回日期:2010－12－14