基于微观结构研究优化真空预冷技术对西式火腿品质及安全的影响

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西式火腿作为典型的低温熟肉制品,由于其低温加工和杀菌的特性,使其仍然面临一些耐热的芽孢如产气荚膜梭状芽孢杆菌,以及一些耐热的腐败菌如乳酸菌等的安全风险。真空预冷技术由于其快速的预冷速率,使其在低温熟肉制品的应用中获得了极大的关注。因为快速的预冷方式是确保熟肉制品安全的重要环节。然而,过多的水分损失及品质变硬等缺陷也迫切需要对该技术进行优化研究。当前,优化真空预冷技术仍然是当前研究的热点,也是推广真空预冷在熟肉制品中应用的关键。然而,目前优化的真空预冷技术仍然存在着以下几个问题,其一,降低了真空预冷的预冷速率优势;其二,对预冷后的样品在贮藏、运输环节中产气荚膜梭状芽孢杆菌(C.perfringens)的增长没有抑制作用;其三,增加“二次污染”的风险,且对抑制贮藏过程中菌落总数的增长上作用有限。基于此,我们尝试以影响真空预冷技术的孔隙结构和水分存在形式为视角,提出了超声波辅助浸渍真空预冷和真空预冷复合臭氧两种优化预冷技术来试图解决上述问题,其研究内容主要如下:1. 不同盐水注射量下的西式火腿在热处理过程中水分存在形式及孔隙结构变化规律对水分存在形式分析发现,随着温度上升,不同盐水注射量样品主要表现为结合水驰豫时间(T21、T22)和自由水驰豫时间(T24和T25)、自由水驰豫峰面积(A25)增加,而束缚水驰豫时间(T23)、驰豫峰面积(A23)减少以及核磁成像呈现由黄色逐渐向蓝色的转变。样品热处理过程中会出现新的水分组分(弱自由水),且越高的盐水注射水平其新的水分组分出现所对应的温度也越高。由此说明原束缚水在升温过程中一部分转变成自由度更高的自由水而被排出,另一部分则转变成自由度更低的束缚水而被束缚于组织内部。对于孔隙结构而言,不同盐水注射样品孔隙率随着温度上升均呈上升趋势。相同温度下,更高盐水注射量样品能形成更加致密的凝胶结构,表现为更低的孔隙率、T25以及更高的T23。主成分中主成分1(PC1)和主成分2(PC2)能够解释69.5%的变量。另外,载荷图能够根据水分存在形式和孔隙率参数很好地区分不同温度和盐水注射量的样品。2. 不同盐水注射量下西式火腿真空预冷过程中水分存在形式及孔隙结构变化规律对水分存在形式分析发现,真空预冷过程中,不同盐水注射样品的结合水、束缚水和自由水驰豫峰面积(A21、A22、A23、A24、A25)均呈下降的趋势,但束缚水驰豫时间(T23)却始终维持不变。在孔隙结构上,真空预冷能明显改变样品的孔隙结构,表现为更宽的孔径分布范围、更大的孔隙率和平均孔径等。根据载荷图发现,真空预冷过程中各降温段速率与孔隙结构和水分存在形式中的部分参数存在着极强的相关性。另外,在孔隙率接近相同的情况下,具有更大的小孔数量比例、更高的孔曲率和更低的渗透率的30%盐水注射样品较40%盐水注射样品而言,在真空预冷过程中表现为更低的预冷速率。由此说明,对样品降温速率影响上,水分存在形式参数上A23和T23较A25和T25而言,以及孔隙结构参数上平均孔径(APDV)、累计孔体积(TIV)、渗透率(Permeability)、孔曲率(Tortuosity)较单纯孔隙率(P-M)而言,均分别扮演着更重要的角色。3. 真空预冷条件下的臭氧复压对西式火腿中C.perfringens增长的影响研究通过响应面法,获得最佳抑制C.perfringens增长的真空预冷复合臭氧处理(Inh Vac)操作参数,分别为臭氧复合浓度15 g/m3、处理时间20 min、臭氧复压压强1 atm。以此为基础,通过与冰预冷(IC)和真空预冷(VC)做比较,研究其对样品贮藏过程中品质的影响。结果表明,在色泽方面,Inh Vac处理样品较其他预冷方式而言具有更高的色差b*值和更低的色差a*值,且差异性显著(P<0.05)。对于丙二醛(TBA)值,较IC、VC而言,Inh Vac处理后的样品具有轻微更高的TBA值,差异性不显著(P>0.05)。在微生物方面,Inh Vac处理后的样品在冷藏过程中具有明显更低的菌落总数(TVC)和乳酸菌(LAB)数量值,且差异性显著(P<0.05)。真空预冷复合臭氧处理方式不仅能够有效地抑制西式火腿中C.perfringens孢子在温度滥用的贮藏环境下的萌发和繁殖,而且还能提升样品在后期贮藏、运输环节的微生物安全性。4. 真空预冷复合臭氧(Inh Vac)处理对西式火腿中C.perfringens贮藏过程中的增长动力学研究在指数冷却上,Inh Vac处理后的样品中的C.perfringens在21 h指数冷却时间上增长不超过1 log CFU/g,然而IC和VC处理后的样品中的C.perfringens分别在15 h和18 h指数冷却上超过1 log CFU/g。在恒温贮藏试验上,较IC和VC而言,Inh Vac具有更低的μmax值和更高的λ值。另外,改进的Gompertz模型和平方根模型分别是更合理的对C.perfringens增长预测的一级和二级微生物预测模型。通过将隐形的改进Gompertz模型、平方根模型和四阶龙格库塔数值模型结合的计算机迭代法能够实现变温下C.perfringens的增长预测,且与实际检测值相差不超过1 ln CFU/g。通过建立Inh Vac处理后的西式火腿中的C.perfringens在变温条件下增长的计算机迭代法,将为其应用到实际冷链生产中提供了理论支撑。5. 真空预冷复合臭氧处理对C.perfringens孢子增长抑制的可行性分析电镜扫描发现,Inh Vac对C.perfringens营养细胞的形态有破坏作用,但对孢子细胞形态破坏不明显。细胞荧光染色表明,Inh Vac处理能够破坏C.perfringens孢子的细胞膜的完整性。尽管Inh Vac处理对C.perfringens孢子的细胞膜有一定破坏作用,但却未并能杀灭孢子。孔隙结构上,Inh Vac处理能够明显增加样品的孔隙率和孔径分布,为臭氧渗透至样品组织内部提供了有利的保证。油脂氧化结果表明,较VC和IC而言,Inh Vac处理并未明显缩短样品诱导期IP值,说明臭氧渗透至组织内部对C.perfringens孢子上细胞膜的氧化反应可能会优先于和样品内部脂肪的氧化反应。上述研究结果能够较好地证明真空预冷复合臭氧处理在熟肉制品上应用具有可行性。6. 基于浸渍真空预冷下的超声波辅助对西式火腿品质及微生物安全影响较浸渍真空预冷(IVC)而言,超声波辅助浸渍真空预冷(IVCUA)能够明显增加浸渍液的沸腾强度。另外,较IVC而言,IVCUA在样品后半段降温上具有更快的预冷速率。尽管IVCUA在样品水分损失、质构、色泽上与IVC相差不大,然而,却有着更高的T24、质子密度和更均匀的水分分布。较VC和IVC而言,IVCUA处理后的样品在冷藏过程中具有更小的菌落总数和乳酸菌数量,且差异性显著(P<0.05)。通过PMP模型对降温曲线进行预测发现,三种预冷方式下样品中C.perfringens的增长均不会超过1 log CFU/g。上述结论表明,超声波辅助浸渍真空预冷不仅能有效地改善预冷速率和弥补水分损失,同时还能有效地改善品质及微生物安全。
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