电子束辐照冷却猪肉杀菌工艺优化

第25卷第12期农业工程学报Vol.25No.123122009年12月TransactionsoftheCSAEDec.2009电子束辐照冷却猪肉杀菌工艺优化白艳红1，赵电波1，毛多斌1，贾春晓2，钱学梅3，杨公明1,4※（1．郑州轻工业学院食品与生物工程学院，郑州450002；2．郑州轻工业学院材料与化学工程学院，郑州450002；3．中国兵器科学研究院宁波分院，宁波315103；4．华南农业大学食品学院，广州510642）摘要：该研究采用响应曲面法，以辐照剂量和束流能量为变量，以菌落总数、红度值和亮度值为试验指标，优化电子束辐照对冷却肉（肉块的长度约为14～15cm，宽度约为7～8cm，厚度约为2～2.5cm）既达到杀菌保鲜效果又最大限度不影响色泽的最佳参数范围。结果表明，在辐照剂量为3.09～3.63kGy，束流能量为2.37～3.51MeV的参数范围内，冷却肉菌落总数下降2个对数单位；束流能量与辐照剂量之间存在协同增效作用，但束流能量在杀菌过程中发挥的作用是最主要的。辐照剂量为2.38kGy，束流能量为2.64MeV时，红度值最小，在辐照剂量2.24～2.99kGy，束流能量2.28～2.91MeV的参数范围，肉色保持鲜红，与对照接近。辐照剂量为2.67kGy，束流能量为2.55MeV时，亮度值有最大值且与对照值接近；在辐照剂量为2.05～2.92kGy，束流能量为2.09～2.80MeV参数范围，肉的色泽保持鲜艳。电子束辐照对冷却肉既达到杀菌保鲜效果又不显著影响色泽的最优参数为：束流能量为2.80MeV，辐照剂量为3.09kGy。研究结果能够为电子束辐照技术应用于肉类工业和在线辐照设备的研制提供技术支持。关键词：电子束，辐照，杀菌，色泽，肉，冷却猪肉doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2009.12.054中图分类号：TS251.1文献标识码：A文章编号：1002-6819(2009)-12-0312-06白艳红，赵电波，毛多斌，等.电子束辐照冷却猪肉杀菌工艺优化[J].农业工程学报，2009，25(12)：312－317.BaiYanhong,ZhaoDianbo,MaoDuobin,etal.Processoptimizationofelectronbeamradiationonchilledpork[J].TransactionsoftheCSAE,2009,25(12):312－317.(inChinesewithEnglishabstract)0引言冷却肉在屠宰、分割、配送和销售各个环节都不可避免地会受到微生物的污染。目前，冷却肉的生产主要以良好的操作规范和完善的冷链为保障，传统的高温高压或巴氏杀菌等杀菌技术因影响产品组织性状而难于应用。电子束辐照是一种冷杀菌技术，可以达到杀灭各种致病性微生物和人畜共患的寄生虫，减少食源性疾病，达到保鲜、延长保质期、减少营养损失等效果。Whangkey采用电子束辐照鲜猪肉，束流能量为8MeV，剂量为3.5kGy，4℃条件下可贮藏6d，该剂量下的电子束辐照对需氧和嗜温性细菌的抑制作用很理想[1]。Poonp等报道，用电子束辐照牛肉饼，剂量分别为2、5、10kGy，4℃条件下可贮藏21d，其中2kGy对牛肉饼中的腐败菌生长有显著抑制作用，剂量大于5kGy能彻底杀灭各种腐败菌[2]。Tarte等研究了电子束辐照对碎肉中李斯特氏菌的灭活效应，结果表明剂量在0.424～0.447kGy时，对李斯特氏菌有很好的杀灭效果[3]。ChunHH.等研究了UV-C辐照对鸡胸肉中食源性致病菌的杀灭效果，结果表明，收稿日期：2008-04-22修订日期：2009-08-26基金项目：河南省杰出人才创新基金项目（0521000600）；郑州轻工业学院博士科研启动基金项目（2005BSJJ14）作者简介：白艳红（1975－），女，内蒙古呼伦贝尔人，博士，副教授，硕士生导师，主要从事畜产品加工与质量控制方面的研究工作。河南省郑州市东风路5号郑州轻工业学院食品与生物工程学院，450002。Email：[e-mail]※通信作者：杨公明（1950－），男，陕西富平人，博士，教授，博士生导师，主要从事食品加工新技术方面的研究工作。广州华南农业大学食品学院，510642。Email：[e-mail]随着UV-C辐照剂量的增加，其食源性致病菌数量显著下降（p＜0.05），从而达到延长保质期的目的[4]。可见，采用电子束辐照技术处理冷却肉可获得理想的杀菌效果。一些研究表明，电子束的能量超过一定值时，对冷却肉的感官品质有一定的影响。Luchsinger等采用0～3.85kGy剂量的电子束辐照剔骨猪肉，可以有效杀灭肉中的大肠杆菌和沙门氏菌，但较长时间存放会影响产品色泽[5]。J.Zhu等用电子束辐照结合变温贮藏（辐照后连续3d每天置室温下1h，其余时间都置于4℃条件下贮藏）处理真空包装的猪里脊切片，束流能量为12MeV，剂量为2.5kGy，可贮藏42d，但辐照后肉的红度值上升[6]。ZhaoP.采用1kGy低剂量电子束辐照小包装新鲜猪肉，包装条件分为真空、72%CO2、50%CO2、25%CO2、空气，辐照后2～4℃下贮藏14d，结果发现，随着包装袋内O2的增加，新鲜猪肉颜色逐渐变深，其风味、品质均无明显变化[7]。Lewis等用电子束辐照脱骨去皮鸡胸肉，束流能量为10MeV，剂量为1.0、1.8kGy，在0℃条件下分别贮藏0、14、28d；结果表明，贮藏28d后，辐照样品的质构、风味和总体可接受性均下降，且随着贮藏时间延长和辐照剂量的升高，脂质氧化程度增加[8]。一些研究指出采用在原料肉中加入抗氧化剂的方法可减缓辐照造成的脂肪氧化[9-10]。马丽珍等研究了真空包装冷却猪肉低剂量辐照后的理化和感官特性变化，结果表明，保鲜液处理可以在一定程度上提高辐照效果，冷却猪肉经过保鲜液处理+真空包装+2kGy剂量辐照+冷藏，可以最大程度地延长冷却猪肉的货架期[11]。孙志明等研究了γ射线辐照红曲的灭菌效果以及对主要成分的影响，结果表明，辐照可有效杀灭红曲中的杂菌和霉菌，随着辐照剂量的第12期白艳红等：电子束辐照冷却猪肉杀菌工艺优化313增加，红曲中的含菌量呈同步下降，经辐照灭菌后的红曲具有较好的耐贮藏性，可有效地提高保质期[12]。上述研究均是将辐照参数束流能量固定在某一水平上，在此基础上研究电子束辐照处理对冷却肉感官指标和微生物指标的影响，并指出电子束辐照对冷却肉品质的不良影响主要是由于束流能量高，作用剂量大等原因造成的。本研究在单因素试验的基础上，通过降低束流能量，减小电子束辐照对冷却肉色泽的影响，而不用与其他方法相结合。以束流能量和辐照剂量为变量，研究并优化出电子束辐照技术对冷却肉杀菌的最佳的工艺参数，为电子束辐照技术应用于肉类工业提供技术支持，为工业化在线的电子束辐照设备的选型和定制提供依据。1材料与方法1.1试验材料完成排酸后熟的冷却猪肉，取后腿半腱肌，购于冷却肉专卖店。采用无菌取样，样品取回后置于无菌室内进行分割，去除可见筋腱及结缔组织后，顺肌纤维分割成约200g左右的肉块，肉块的长度约为14～15cm，宽度约为7～8cm，厚度约为2～2.5cm。分别进行真空包装（聚乙烯/聚酰胺复合膜，真空度92kPa），随机编号后进行辐照处理。1.2主要仪器设备EBW1500/30-150CNC型高速能电子束辐照设备（德国），WSC-C型测色色差计（上海精密科学仪器有限公司），DZQ400/500型真空包装机（浙江兄弟包装机械有限公司），SW-CJ-1FD超净工作台（苏州净化公司），HZQ-F1600恒温振荡培养箱（太仓市实验设备公司），T0006590移液枪（上海荣泰生化工程公司），GZX-DH202-3-BS电热恒温干燥箱（上海贺德公司），ZDX-35SBI型座式自动电热压力蒸汽灭菌器（上海申安医疗器械公司），无菌袋等。1.3方法1.3.1辐照处理试验设计采用响应曲面法中CentralComposite模式，见表1和表2。以束流能量、辐照剂量两个因子为变量，分别以X1、X2表示，根据辐照食品卫生管理办法和单因素试验结果（最低有效剂量为1.5kGy，最高耐受剂量为4.0kGy）[13-14]，选择辐照剂量范围为1.5～4.0kGy，束流能量范围为1.8～3.8MeV。表1试验因素与水平Table1Factorsandlevelsofexperiments水平因素上水平（1）下水平（-1）零水平（0）上星号臂（1.414）下星号臂（-1.414）束流能量X13.512.092.83.81.8辐照剂量X23.631.872.7541.5将真空包装好的肉块垂直悬挂在测试平台上方，与辐照源距离为500mm，调整设备电压、电流和时间，按照实验设计参数进行辐照处理。辐照后样品置于0～5℃条件下保存，及时测定待测指标。每个处理3个重复。1.3.2菌落总数测定按照《食品卫生微生物学检验-菌落总数测定》（GB4789.2－2003）进行[15]。1.3.3色泽的测定采用WSC-C测色色差计进行色泽的测定，主要测定红度值（a*）和亮度值（L*）。2结果与分析2.1电子束辐照对冷却肉的杀菌效果以束流能量和辐照剂量为X1、X2，以辐照后冷却肉的菌落总数为Y1，电子束辐照对冷却肉杀菌试验的结果见表2。表2电子束辐照对冷却肉菌落总数和色泽的影响Table2Effectsofelectronbeamradiationonthetotalcolonyformunitandcolorofchilledpork试验序号X1(束流能量/MeV)X2(辐照剂量/kGy)Y1(菌落总数的对数/(lg(cfu·g-1))试验结果预测值/(lgcfu·g-1)Y2红度值a*Y3亮度值L*11(3.51)-1(1.87)4.004.02121-31211(3.63)3.203.22132-3130(2.80)-1.414(1.50)4.304.2685-204-1.414(1.80)0(2.75)3.803.76100-21501.414(4.00)3.103.08121-3161.414(3.80)03.903.66125-327003.753.7890-218003.743.7887-209-1(2.09)-13.903.94106-2510003.753.7889-1911003.753.7885-2012-113.753.80116-2613003.903.7891-20对照5.6074-172.1.1杀菌效果数学模型的建立及显著性检验利用DesignExpert软件对表2试验数据进行回归拟合，获得二元二次回归模型方程为Y1=3.78-0.24X1-0.13X2-0.16X1X2-0.18X12+0.15X22(R2=0.9755)模型中的参数均为编码值。方差分析结果为：模型的显著性检验（p＜0.0001），失拟性检验（p=0.60340.05），表明模型的失拟性不显著。一次项X1（p＜0.0001）、X2（p=0.0041），极显著；二次项X12（p=0.0001）、X22（p=0.0005），极显著；交互项X1X2（p=0.0014＜0.01），辐照剂量和束流能量之间的交互作用影响是显著的。采用SPSS10.0统计分析软件对试验值与预测值之间进行配对的T检验，结果为：t值为1.157，双边检验sig=0.273＞0.05，说明两组数据之间在统计水平上不存在显著性差异，该模型能准确地模拟电子束辐照对冷却肉的杀菌试验。对辐照杀菌效果影响因素的显著性次序为：束流能量＞交互作用＞辐照剂量。束流能量在杀菌过程中发挥最主要的作用。2.1.2杀菌效果数学模型的响应曲面分析由图1a可见，在束流能量编码值为-0.5以上时，提314农业工程学报2009年高辐照剂量则杀菌效果显著；当辐照剂量编码值在0.5以上时，随着束流能量的增加，菌落总数明显下降。当束流能量和辐照剂量两者的编码值都在0以上时，