臭氧被认为是食品工业中氯化合物消毒剂的有效替代品[1]和能提高食品安全和质量最有前途的绿色技术之一[2]。自被美国食品药品监督管理局批准为可直接接触的食品消毒剂以来,O3被广泛用于食品工业,如应用于果蔬加工中减少果蔬品质的劣变、抑菌、延长货架期[3];应用于乳品加工中减少微生物污染,减缓液态乳或奶酪产品质量的恶化[4];应用于畜产加工中家禽屠宰场中为胴体消毒,延长货架期[4];应用于水产加工抑制微生物生长、漂白去异味、维持鲜度等[5]。
近年来随着消费者对食品安全的关注,以及对高品质生活的追求,以O3为核心技术的食品净化设备应运而生。食品净化设备利用电晕放电等方法产生O3,有的设备还引入微纳米气泡技术提高O3在水中的稳定性[6],该类食品净化设备主要利用O3的氧化性达到净化食材的效果。目前O3对食材的净化、杀菌、去除真菌毒素、降解农兽药残留的有效性已被很多研究报道[7-9],但是由于O3的强氧化性,其在起到净化作用的同时,是否会对食材的品质造成不利影响也备受关注。有研究发现采用臭氧清洗虾肉相较于未处理的方式,在冷藏期间显著抑制虾肉中微生物繁殖的同时,也显著抑制了虾肉的pH值及水分活度的升高[10]。田亚亚等[11]分析了经过臭氧水清洗后花蛤的水分、灰分、粗脂肪、总蛋白、氨基酸、脂肪酸、矿物质、维生素含量,发现与无臭氧处理的花蛤相比,大多数营养素指标没有显著差异,少部分有显著差异的指标也在可接受的范围内。此外,有研究表明用低浓度的臭氧水(3.3 mg/L)漂洗鱼糜增强了鱼糜的凝胶强度,而高浓度的臭氧水(7.5 mg/L)漂洗则降低了其凝胶强度[12]。目前关于O3清洗对肉类食材品质影响的研究主要集中于O3对其pH值、水分活度等某些基础理化指标,总蛋白、矿物质和维生素等营养成分的分析及蛋白质的凝胶特性,缺乏关于肉类食材的食用品质如保水性、质构、鲜味等系统的研究。本研究以猪肉为例,从保水性、质构、脂肪氧化程度、新鲜度指标(生物胺、三甲胺)、异味物质(吲哚、脂肪氧化产生的醛酮等),以及鲜味物质(呈味核苷酸及鲜味游离氨基酸)方面系统地分析市售基于臭氧技术的食品净化设备的清洗方式与传统的家庭水洗方式相比对肉类食材食用品质的影响,以此为基于臭氧技术的食品净化设备在肉类食材清洁中的应用提供一定的理论依据。
新鲜猪里脊肉:市售,购买后立即将猪肉放入无菌的聚乙烯袋中,包装好的猪肉以冰/猪肉质量比1∶1存放在泡沫盒中,在20 min内运回南开大学食品科学与健康天津市重点实验室进行相关处理;乙二胺四乙酸二钠、硫代巴比妥酸、三氯乙酸(均为分析纯):上海阿拉丁生化科技股份有限公司;吲哚标准品、肌苷酸标准品、一磷酸腺苷标准品、腐胺标准品、组胺标准品、酪胺标准品、丹磺酰氯(色谱纯)、3-甲基-3-丁烯-1-醇(色谱纯)、2-庚酮标准品、反-2-辛烯酸标准品、癸醛标准品、氨基酸标准品、乙腈(色谱纯):美国Sigma公司;苯乙胺盐酸盐标准品、尸胺标准品:上海麦克林生化科技有限公司;氨基酸衍生试剂包、AccQ TagA洗脱液:美国Waters公司。
US-I05食品净化设备:浙江优食环境科技有限公司;TA-XT plus物性分析仪:英国Stable Micro System公司;Waters 2695液相色谱仪(DAD和FLD检测器):美国Waters公司;TechcompU-39001紫外分光光度计:上海天美集团;LC-20AD液相色谱(DAD检测器):日本岛津公司;HM-2075GA顶空瓶:浙江哈迈科技有限公司;GCMS-QP2010气相色谱-质谱联用仪:美国安捷伦公司;固相微萃取装置(CAR/PDMS)萃取头:美国Supelco公司。
1.3.1 猪肉样品的净化
取0.5 kg猪里脊肉,采用食品净化设备“肉类”净化专用档位清洗12 min(臭氧浓度1.57 mg/L)。该机器的原理主要是利用臭氧联合微纳米气泡技术产生的活性氧(reactive oxygen species,ROS)净化食材。对照组参照传统的家庭水洗方式,采用相同批次购买的猪肉,同时用相同时间和水量进行普通水洗。处理好的样品除质构测定按照相应方法取样外,其余样品用厨房纸巾吸干表面水分,采用料理机研磨至均匀,最后分装置于-40℃储存直至分析前室温(25±1)℃化冻。净化过程中猪肉接触的所有器具均已提前清洗消毒。
1.3.2 蒸煮损失率、离心损失率的测定
蒸煮损失率:准确称量记录猪肉样品蒸煮前质量M1(g),随后将其放入聚乙烯袋中70℃水浴30 min,冷却干燥后称重M2(g)计算蒸煮损失率。
蒸煮损失率/%=(M1-M2)/M1×100
离心损失率:参照Li等[13]的方法测定,准确称量记录猪肉样品离心前质量W1(g),随后将其放入有滤纸的离心管中5 000 r/min离心5 min,干燥后称重W2(g)计算离心损失率。
离心损失率/%=(W1-W2)/W1×100
1.3.3 硫代巴比妥酸值的测定
硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid,TBA)值的测定:根据GB 5009.181—2016《食品安全国家标准食品中丙二醛的测定》[14]中的第二法进行测定。结果以丙二醛(malondialdehyde,MDA)(mg/kg)表示。检出限(limit of detection,LOD)为0.05 mg/kg,定量限(limit of quantitation,LOQ)为0.10 mg/kg。
1.3.4 质构的测定
分别取约1 cm大小的肉块,进行全质构分析(texture profile analysis,TPA)。使用P/100 探头,对试样进行两次压缩TPA模式测试,测试条件:测试前速率4 mm/s、测试速率2 mms、测试后速率10 mm/s、压缩程度30%、停留间隔时间5 s,去除异常值后取平均值。
1.3.5 三甲胺及生物胺的测定
三甲胺:采用BR-SWAX石英毛细管色谱柱(30m×0.32 mm,0.50 μm),根据 GB 5009.179—2016《食品安全国家标准食品中三甲胺的测定》[15]中的顶空气相色谱-质谱联用法进行测定。
生物胺:采用 ZORBAX SB-Aq(4.6 mm×250 mm,5 μm)色谱柱,根据He等[16]的方法进行测定。
1.3.6 脂肪氧化产生的醛酮类异味物质的测定
参照Iglesias等[17]的方法略有修改。称取3 g样品于20 mL气相顶空瓶中,加入6 mL饱和氯化钠及内标物(3-甲基-3-丁烯-1-醇)和转子,并加盖;将装有试样的顶空瓶恒温水浴(60℃、800 r/min)20 min;平衡结束后,吸附30 min。
仪器条件:程序升温程序为初始温度50℃,保持3 min,以3℃/min升温到180℃,保持1 min,以8℃/min升温至250℃,保持3 min,分析总时长为57.08 min;色谱柱为赛默飞 HP-5(30 m×0.32 mm×0.50 μm);进样口温度250℃;程序升温程序为初始温度50℃,保持3min;进样模式:分流进样;分流比5∶1;流速1 mL/min。
2-庚酮、反-2-辛烯酸、癸醛3种物质的检出限均为0.006 μg/g,定量限均为0.125 μg/g,线性范围均为0.125 μg/g~5.000 μg/g。
1.3.7 吲哚的测定
称取5 g试样(精确至0.01 g)于50 mL具塞离心管中,加入10 mL乙腈,涡旋混合1 min后避光超声10 min,离心(5 000 r/min,8 min)。上清液转移至 25 mL容量瓶中,残渣再加入10 mL乙腈相同条件重复提取一次。合并提取液,加乙腈定容至25 mL后混匀,过0.22 μm滤膜,利用高效液相色谱仪测定。
仪器条件:采用ZORBAX SB-Aq(4.6 mm×250 mm,5 μm)色谱柱,液相条件参照 SN/T 0944—2016《出口虾及虾干中吲哚含量的测定》[18]的方法设定。
1.3.8 鲜味物质的测定
肌苷酸(inosinic acid,IMP)、腺苷酸(adenosine monophosphate,AMP):参照 SC/T 3048—2014《鱼类鲜度指标K值的测定高效液相色谱法》[19]进行测定。色谱柱:Ultimate AQ-C18(4.6 mm × 250 mm,5 μm)。
谷氨酸(glutamic acid,Glu)和天冬氨酸(aspartic acid,Asp):参照雷鸣[20]的方法对猪肉样品中的氨基酸进行提取,并依据《Waters AccQ Tag法化学试剂包使用手册》进行衍生和分析。色谱柱:AccQ-Tag氨基酸分析专用色谱柱(3.9 mm×150 mm)。
滋味活性值(taste activity value,TAV)的计算公式如下。
式中:滋味组分主要是 IMP、AMP、Glu 和Asp,阈值分别为25、50、30、100 mg/100 g[21]。
味精当量(equivalent umami concentration,EUC)是用g/100 g为单位的谷氨酸钠(monosodium glutamate,MSG浓度计)表示,通过鲜味氨基酸(Glu、Asp)及鲜味5’-核苷酸(IMP、AMP)计算,计算公式如下[22]。
EUC=Σaibi+1 218(Σaibi)(Σajbj)
式中:ai为每种鲜味氨基酸(Asp、Glu)的含量,g/100 g;bi为每种鲜味氨基酸对MSG的相对含量(Glu为1;Asp为0.077);aj为每种 5’-核苷酸(IMP,AMP)的含量,g/100 g;bj为每种5’-核苷酸对MSG的相对含量(IMP为1;AMP为0.18);1 218为协同系数。
用SPSS 25.0统计软件独立样本t检验进行数据处理分析,P<0.05为差异显著,除质构试验重复4次外,其余所有试验重复3次,结果以平均值±标准差表示。
保水性与肉质的多汁性密切相关,而由于O3有强氧化作用可能会导致蛋白质结构产生一定变化,从而影响保水性[23],因此通过测定蒸煮损失率及离心损失率判定O3对保水性的影响,具体结果见表1。
表1 不同清洗处理后猪肉样品的蒸煮损失率和离心损失率
Table 1 Cooking loss rate and centrifugal loss rate of pork samples treated with different washing treatments
注:同列相同上标字母表示无显著性差异(P>0.05)。
清洗方式 蒸煮损失率/% 离心损失率/%水清洗 34.09±3.25a 17.60±3.72a食品净化设备清洗 29.53±3.76a 16.39±3.32a
由表1可知,两组猪肉的蒸煮损失率、离心损失率均没有显著性差异(P>0.05),说明经过食品净化设备清洗与普通水洗相比,猪肉样品的保水性接近。经过食品净化设备清洗后的猪肉,其蒸煮损失率和离心损失率均略低于经过普通水洗后的猪肉,原因可能是蛋白质被O3轻微氧化,增加了一定的交联程度,进而使保水性略有增加[24]。
TBA值作为脂质氧化的主要标志指标,反映了猪肉脂质氧化的程度,其值用MDA(mg/kg)表示,数值越大代表氧化程度越大。一般认为TBA值在0.3 mg/kg~1.0 mg/kg内是猪肉酸败的阈值[25],不同清洗处理后猪肉样品TBA值见表2。
由表2可知,两种清洗方式的猪肉样品中均未检出 MDA,即 TBA 值均低于LOD(0.05 mg/kg),远低于猪肉脂质酸败的阈值,因此说明两种清洗方式下的猪肉均很新鲜,品质良好,也说明食品净化设备清洗处理不会加速脂肪氧化酸败。
表2 不同清洗处理后猪肉样品TBA值
Table 2 TBA value of pork samples treated with different washing treatments
注:TBA值用MDA(mg/kg)表示;ND代表该值低于检出限未检出。
清洗方式MDA/(mg/kg)水清洗 ND食品净化设备清洗 ND
质构是猪肉最重要的食用品质指标之一,为了判断O3对质构的影响,进行了全质构分析。不同清洗处理后猪肉样品的质构指标见表3。
表3 不同清洗处理后猪肉样品的质构指标
Table 3 Texture index of pork samples treated with different washing treatments
注:同列相同上标字母表示无显著性差异(P>0.05)。
清洗方式硬度/g弹性/mm胶黏性/g咀嚼性/(g·mm)回复性/%水清洗 256.51±25.41a 0.98±0.02a 160.04±19.19a 156.19±16.04a 0.17±0.03a食品净化设备清洗 185.09±48.85a 0.98±0.04a 119.23±24.94a 117.07±24.63a 0.21±0.04a
由表3可知,食品净化设备清洗处理的样品与对照组样品相比,在硬度、弹性、胶黏性、咀嚼性和回复性方面均无显著性差异(P>0.05)。结果表明,食品净化设备清洗对猪肉质地没有显著影响。Zhao等[26]用4.5 mg/L臭氧水处理尼罗罗非鱼鱼片30 min后,发现在处理后未储藏前,与未经臭氧水洗的鱼片相比,臭氧处理后的鱼片其质构特性没有发生显著变化。
生物胺是微生物在特定条件下产生氨基酸脱羧酶并作用于游离氨基酸而生成的一类物质,在肉制品加工和贮藏过程中随着微生物大量繁殖,生物胺含量会大幅增加[27],三甲胺主要是由含有N-三甲胺的季铵盐化合物经微生物代谢形成[28],这两类物质均为肉类新鲜度的重要评价指标。不同清洗处理后猪肉样品的生物胺及三甲胺的含量见图1。
由图1可知,两种清洗处理方式下猪肉中腐胺、组胺两种生物胺及三甲胺均未检出,样本中检出了苯乙胺、尸胺、酪胺,但两种处理方式下这3种生物胺含量均无明显差异,说明食品净化设备清洗不会影响猪肉的新鲜度。理论上分析,由于O3的杀菌特性,采用O3处理肉制品会抑制腐败微生物的生长,从而减少贮藏期间生物胺的产生,更有利于保持肉制品的新鲜度。
图1 不同清洗处理后猪肉样品的生物胺及三甲胺的含量
Fig.1 The contents of biogenic amine and trimethylamine in pork samples treated with different washing treatments
2.5.1 臭氧食品净化设备清洗对脂肪氧化异味的影响
通常在贮藏期间,不饱和脂肪酸的氧化会产生有不良气味的醛酮酸类物质[29]。而由于O3的强氧化作用可能会加剧这一过程,因此选择了3种具有代表性的脂肪氧化产物进行分析,不同清洗处理后猪肉样品的2-庚酮、反-2-辛烯酸和癸醛的含量见表4。
由表4可知,新鲜猪肉样品在两种清洗方式处理后3种物质均未检出,结合前面同样未检出的TBA值,进一步说明食品净化设备在清洗过程中O3并没有引发猪肉中脂肪严重的氧化劣变。
表4 不同清洗处理后猪肉样品的2-庚酮、反-2-辛烯酸和癸醛的含量
Table 4 The contents of 2-heptanone,(E)-2-octenoic acid and decanaldehyde in pork samples treated with different washing treatments
注:ND代表该值低于检出限未检出。
清洗方式 2-庚酮 反-2-辛烯酸 癸醛水清洗 ND ND ND食品净化设备清洗 ND ND ND
2.5.2 臭氧食品净化设备清洗对吲哚的影响
吲哚是一类芳香杂环有机化合物,主要来源于猪肠道内被微生物降解的色氨酸,具有强烈的粪臭味,会产生不愉悦的气味[30],而O3已被证实会导致芳香环的开环[31],因此通过测定吲哚的含量,进一步验证O3是否对食材中的吲哚起到降解作用。不同清洗处理后猪肉样品的吲哚含量见表5。
表5 不同清洗处理后猪肉样品的吲哚含量
Table 5 The contents of indole in pork samples treated with different washing treatments
注:同列相同上标字母表示无显著性差异(P>0.05)。
清洗方式吲哚/(μg/kg)水清洗 12.88±0.72a食品净化设备清洗 12.42±1.29a
由表5可知,食品净化设备处理后的吲哚含量略低,可能是由于O3的降解作用,不过可能由于O3含量不高,两组处理后的猪肉样本中吲哚含量并没有显著性差异(P>0.05)。
5’-核苷酸是鲜味的重要组成部分,与天冬氨酸、谷氨酸两种游离氨基酸共同对肉的鲜味起着重要作用[32]。不同清洗处理后猪肉样品的IMP、AMP、Glu和Asp的含量见图2。
由图2可知,猪肉经不同清洗处理后两种鲜味游离氨基酸的含量并没有显著差异(P>0.05),说明食品净化设备清洗处理不会造成氨基酸类鲜味物质的损失。食品净化设备清洗处理组的猪肉样品中两种核苷酸类鲜味物质AMP、IMP含量显著低于水洗组(P<0.05)。分析AMP和IMP的结构发现,这两种核苷酸类物质均具有单磷酸酯键,而氧化作用易导致酯键的断裂,因此可能是食品净化设备清洗过程中O3的氧化作用加速了AMP和IMP的降解,从而导致了食品净化设备处理组的样品中AMP、IMP含量显著低于水洗组样品。
图2 不同清洗处理后猪肉样品的IMP、AMP、Glu和Asp的含量
Fig.2 The contents of IMP,AMP,Glu and Asp in pork samples treated with different washing treatments
*表示该数值在两组间有显著性差异(P<0.05);ns表示该数值在两组间无显著性差异(P>0.05)。
为了评价鲜味强度,将鲜味物质测定结果的平均值代入1.3.8中的公式,计算得到的滋味活性值(TAV)及味精当量(EUC)具体见表6。
表6 不同清洗处理后猪肉样品的TAV及EUC值
Table 6 The TAV and EUC in pork samples treated with different washing treatments
注:同列相同上标字母表示无显著性差异(P>0.05)。
清洗方式 TAV(IMP)TAV(AMP)TAV(Glu)TAV(Asp)EUC/(MSG g/100 g)水清洗 7.09a 0.09a 0.17a 0.01a 1.13a食品净化设备清洗 6.47a 0.07a 0.19a 0.01a 1.14a
如表6所示,在所有检测的鲜味物质中,IMP的TAV值最高,并且其TAV值均大于1,而AMP、Glu、Asp的TAV值均小于1。一般认为,TAV>1的化合物是味觉的主要贡献者,而TVA<1的化合物对味道贡献较小[33]。因此结果表明,IMP可能是猪肉鲜味的主要贡献物质,而AMP、Glu、Asp对于鲜味的贡献较少,这与Guo等[33]发现猪肉中IMP对鲜味贡献较多,AMP较小的结果类似,但TAV值只表示呈味组分单独的作用,并不能说明这些组分的相互作用是否对鲜味产生明显影响[34]。通过EUC的计算结果分析各组分共同作用产生的鲜味强度可知,不同处理组猪肉的鲜味相近。因此,与普通水洗相比,食品净化设备清洗猪肉不会造成其鲜味的损失。
采用基于臭氧技术的食品净化设备清洗猪肉,结果表明猪肉的保水性、质构、新鲜度及吲哚异味与普通的水洗处理方式相比没有显著差异,同时也不会造成脂肪的严重氧化而产生脂肪氧化异味。尽管食品净化设备处理后的猪肉样品中肌苷酸、腺苷酸的含量低于普通的水洗处理的猪肉样品,但是对于氨基酸及核苷酸协同作用所产生的鲜味强度来说,食品净化设备清洗后的猪肉和普通的水洗处理后的猪肉近似。综合以上结果说明,基于臭氧技术的食品净化设备在清洗的过程中不会对猪肉的食用品质产生不利影响。
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Effects of Washing Treatment with Ozone-based Food Cleaning Facility on the Eating Quality of Pork
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