FSHW | 可溶性气体、气调包装和冷等离子体协同：对冰鲜鸡胸肉变质的综合影响

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Introduction

鸡肉因其优良的营养条件和风味而广受消费者喜爱。相较其他蛋白质丰富的畜禽肉及海产品，鸡肉价格较低，是最具物美价廉的蛋白质来源之一。其中冰鲜鸡胸肉因高蛋白、低脂肪、烹饪方便，风味留存性高等因素，迅速进入大众禽肉消费市场。同时，冰鲜鸡胸肉因其高水分、高营养价值的特性，极易受到微生物污染，从而迅速腐败变质。

研究人员致力于从生鸡屠宰到冰鲜鸡产品上市整个过程中的抑菌及杀菌方法。例如，使用次氯酸钠、过氧乙酸消毒剂、超高压灭菌、紫外线灭菌等方法。这些冷灭菌方法由于成本高和适用性较差，目前尚未广泛用于初级家畜和家禽产品。

气调包装（MAP）是零售冰鲜鸡肉较为常见的抑菌包装方式。这种技术主要依赖于在包装内充入具有抑菌效果的单一或混合气体，抑制细菌生长繁殖，从而延缓冰鲜鸡肉的腐败。与其他冷杀菌和抑菌方法相比，气调包装具有低成本和安全性高等优点。但气调包装作为一种抑菌技术，无法对微生物起到杀灭作用，从而限制了该方法在食品保鲜领域的应用。

低温等离子体冷杀菌（CPCS）是一种新型冷杀菌技术，具有环保节能、安全、室温可用和时间效率高等优势，在肉类产品的货架期延长方面前景广阔。但低温等离子体处理也存在一些局限，如仅表面灭菌、CP穿透力弱，导致灭菌效果有局限性。可溶性气体（SGS）是一种有潜力的抑菌技术，利用CO2在水和脂肪中的溶解性，在产品包装前将CO2溶解到食品基质中，使CO2与食品基质中的水分子和脂质分子结合，从而有效抑制好氧及需氧微生物的生长。同时，可溶性气体还可以弥补低温等离子体杀菌能力较弱的缺陷，提高包装效率，解决高比例CO2气调包装产品在贮藏期间出现的塌陷问题。

因此，本文将可溶性气体预处理（SGS）、气调包装（MAP）和低温等离子体冷杀菌（CPCS）三种技术协同，研究其对冰鲜鸡胸肉货架期和货架期内物理化学性质的影响。同时，通过高通量测序技术研究不同处理在冰鲜鸡胸肉样品贮藏期间的微生物群落组成多样性。以期为延长冰鲜鸡的货架期提供技术指导，同时保持冰鲜鸡的感官品质，为其生产和销售提供便利。

Results and Discussion

对包装参数的影响

CO2是气调包装中主要的抑菌成分。包装内CO2的含量不仅影响抑菌效果，还会影响零售包装的塌陷程度从而影响视觉效果和消费者的购买意愿。如图1A所示，在所有样品完全变质之前，包装内CO2含量均逐日递减。这与CO2逐渐溶解于冰鲜鸡胸肉中有关，也与包装的气密性有关。随着货架期的延长，包装的气密性均会有所下降。可溶性气体作为气调包装前处理方法的优点在于可以提前将CO2溶解于高水分含量或高脂肪含量的肉类中，从而提高抑菌能力，并增加后续包装过程中的CO2分压，减轻高比例CO2气调包装的包装塌陷问题。随着存储时间的延长，冰鲜鸡胸肉中的微生物大量繁殖并产生气体，导致包装中的CO2含量轻微上升。

在气调包装的贮藏过程中，包装塌陷主要发生在CO2比例较高的禽肉产品中。包装塌陷的程度与包装中的CO2比例和贮藏温度有关。在4 °C的贮藏条件下，包装内的CO2会逐渐溶解在高水分含量的鸡胸肉中，导致包装的CO2分压下降，从而导致包装逐渐塌陷。如图1B所示，经过可溶性气体处理后的包装塌陷程度明显低于M组（P＜0.05），在储藏期间没有观察到明显的塌陷。这是因为在SGS处理过程中，CO2提前溶解于鸡胸肉中，在气调包装后，鸡胸肉仅需要吸收顶空气体中较少的CO2，即可达到内外平衡。货架期终点后，大量微生物呼吸作用产气，使得包装盒鼓起。

图1 不同处理方法对包装内CO2含量（A）和包装塌陷程度（B）的影响

对菌落总数（TVC）的影响

对照组（Con）的初始菌落总数（第0天时）记录为4.22（lg（CFU/g））。如图2所示，与对照组相比，五个处理组（M、S3 + M、S5 + M、S3 + M + C、S5 + M + C）的初始菌落总数分别降低了0.04、0.11、0.16、0.5和0.58（lg（CFU/g））。经过低温等离子体冷杀菌处理的样品组初始菌落总数明显低于未经低温等离子体冷杀菌处理的样品组（P＜0.05）。MAP和SGS作为抗菌技术，其主要作用是有效延长鸡胸肉的贮藏时间。根据中国食品安全标准（GB 4789.2—2022）的推荐标准，这五个处理组在第5、6、6、7和8天的TVC均超过了6（lg（CFU/g））的标准限值。在三种方法协同处理的影响下，鸡胸肉的菌落总数超过标准限值的时间从原来的3 d延长到7 d。同时，结果表明，SGS处理3和5 h对冷藏鸡胸肉的初始菌落总数和贮藏时间没有显著差异（P＞0.05）。然而，S5 + M + C的贮藏时间比S3 + M + C多1 d，这可能是由于三种处理的综合效果优于单一处理。

图2 不同处理方法对菌落总数的影响

对物理化学性质的影响

肉类的变质过程伴随着pH值的变化，因此pH值是判断肉类新鲜度的重要指标。此外，pH值还影响肉类的持水力和嫩度，从而影响肉类的食用品质。冰鲜鸡胸肉在屠宰当天的初始pH值范围为5.67到5.81（图3A）。第6天时，Con组和S3 + M组的pH值高于6.4。一般认为，pH值超过6.4表示肉类产品已经失去食用价值。经过可溶性气体、气调包装和冷等离子体协同处理的样品，其pH值最长在存储的第8天超过6.4。

TVB-N是评估肉类质量的关键指标，广泛用于评价肉类的新鲜度（见图3B）。在贮藏期间，鸡胸肉中的蛋白质发生分解，生成氨和三甲胺等物质，导致TVB-N值相应增加。Con组在第4天超过了15 mg/100 g的限值。其他五个处理组（M、S3 + M、S5 + M、S3 + M + C、S5 + M + C）的TVB-N在第5至第7天之间超过了15 mg/100 g的限值。

肉类的变质过程通常与不饱和脂肪酸的氧化相关，导致TBARS值的增加。脂质氧化酸败会导致肉类气味和颜色产生不良变化，降低肉类的感官品质（图3C）。本研究中冷藏鸡胸肉的初始TBARS（0 d）为0.137 mg MDA/kg。所有处理组的脂质氧化程度与Con组无显著差异（P＞0.05）。低温等离子体冷杀菌处理可能加剧脂质氧化程度，但其对冰鲜鸡胸肉的TBARS值没有显著影响。这主要是因为鸡胸肉的脂肪含量较低。可溶性气体处理和气调包装也有助于抑制肉类脂质氧化。

图3 不同处理方法对pH（A）、TVB-N（B）和TBARS（C）的影响

对微生物多样的影响

处理组的Shannon指数大于Con组，处理组中S5 + M + C组的Shannon指数大于其他处理组，表明S5 + M + C处理组的微生物群落更加复杂。Simpson指数也显示了相同的趋势。此外，SGS处理5 h的微生物群落丰富度高于SGS处理3 h。同时，SGS处理后，经过MAP和CPCS处理组的微生物群落丰富度高于仅经过SGS处理组。Shannon指数也表明了相同的趋势。当达到货架期末期时，鸡胸肉样品的Shannon指数显著降低，微生物群落多样性显著减少，表明此时存在优势微生物。由于优势微生物（如Pseudomonas、Brochothrix、Janthinobacterium和Acinetobacter）的存在，导致竞争性生长，从而抑制了其他微生物的生长繁殖。当货架期末期时，处理组的微生物群落多样性优于Con组。S5 + M + C-8 d在贮藏8 d后的Shannon指数最高，表明SGS和CP的联合处理可以有效保持冰鲜鸡胸肉的微生物群落多样性。

货架期初期（0 d），有34个属的比例大于1%，其中比例最大的前五个属是：Psychrobacter、Acinetobacter、Aliidiomarina、Deinococcus和Comamonas（图4A）。比例小于1%的属归类为其他。可以观察到，Con组中的其他属的比例最小，表明Con组的微生物多样性较差。同时，Con组中Psychrobacter的比例高于处理组。这可能是因为Psychrobacter是一种好氧微生物。SGS处理对好氧微生物具有抑制作用，这也解释了具有兼性厌氧特性的Acinetobacter和Aliidiomarina在处理后的比例增加的原因。增加SGS处理时间可以增加具有兼性厌氧特性的Acinetobacter和Aliidiomarina的比例。经过MAP和CP处理后，微生物在属水平上的分布更为均匀，这与Shannon指数的趋势一致。

在货架期末期，比例大于1%的微生物显著减少，从贮藏前的34种减少到10种，而比例小于1%的微生物也显著减少。前四种比例最大的属超过70%，分别是Pseudomonas、Brochothrix、Janthinobacterium和Acinetobacter，表明存在优势微生物，抑制了其他微生物的生长（图4B）。Pseudomonas作为比例最大的属，是肉类腐败的主要微生物之一。未经处理的Con-3 d在第3天Pseudomonas的比例超过50%，而S5 + M + C-8 d在第8天Pseudomonas的比例仅约为30%，这可能是由于SGS和MAP处理创造的缺氧环境抑制了其生长。

图4 不同处理方式对冰鲜鸡样品货架期初期（A）和货架期末期（B）属水平微生物丰富度的影响

对前10种优势微生物属和五种主要环境因子（TVC、TVB-N、TBARS、pH和CO2含量）进行冗余分析（RDA）。图5展示了微生物多样性与环境因素之间的相关性。在货架期初期的样本组（图5A）中，包装内CO2含量与第一排序轴正相关，是贡献率较大的环境因子。经过SGS处理的四个样品组（S3+M、S5+M、S3+M+C、S5+M+C）与TBARS值和包装内CO2含量呈正相关，而未经过SGS处理的样品组（Con、M）与TVB-N、pH与TVC呈正相关。这也表明SGS处理对样品微生物多样性及其他理化性质的影响较大。其中TBARS值和包装内CO2含量等关键因子与对氧气较为敏感的细菌类群（如不动细菌属Acinetobacter和假单胞菌属Pseudomonas）呈正相关。对于货架期终点样品组，群落结构差异在两个排序轴（RDA1和RDA2）上的解释率分别为61.82%和29.95%，M-5d、S3+M-6d和S3+M+C-7d与TVB-N、pH、TBARS和TVC呈正相关，而S5+M-6d、Con-3d、S5+M+C-8d与包装内CO2含量呈正相关。假单胞杆菌（Pseudomonas）、嗜冷杆菌属（Psychrobacter）和不动细菌属（Acinetobacter）与包装内CO2含量呈正相关，且包装内CO2含量对优势细菌属的影响为：假单胞杆菌（Pseudomonas）>嗜冷杆菌属（Psychrobacter）>不动细菌属（Acinetobacter）。芽孢杆菌目李斯特氏菌科的索丝菌属（Brochothrix）主要与TVB-N、pH、TBARS和TVC呈正相关，是肉产品中的主要腐败菌之一。

图5 不同处理方式的冰鲜鸡样品在货架期初期（A）和货架期末期（B）时的冗余分析

Conclusion

可溶性气体和气调包装作为抑菌技术显著延长了冰鲜鸡胸肉的贮藏时间。此外，3 h的SGS处理显著改善了冰鲜鸡胸肉贮藏过程中内部包装塌陷的问题。低温等离子体冷杀菌技术在与SGS和MAP联合处理后，对冰鲜鸡胸肉的货架期有明显的延长效果。经过5 h SGS、MAP和CPCS协同处理后，冰鲜鸡胸肉的货架期可达7 d，比对照组长4 d。16S rRNA基因扩增子测序结果显示，SGS和MAP对假单胞菌和嗜冷菌等有显著的抑制作用。低温等离子体冷杀菌作为广谱杀菌技术，对多种细菌具有抑制作用。

第一作者

李晶，女，南京农业大学硕士研究生，主要研究方向肉品质量安全控制与加工。已发表国内外研究论文7篇，其中第一作者发表论文1篇。

通信作者

韩敏义，男，南京农业大学副教授，温氏食品集团股份有限公司常驻专家，研究方向为畜禽屠宰加工副产物综合利用、营养健康肉制品加工研究。近年来，主持“十三五”国家重点研发计划子课题1项，国家自然基金面上项目2项，河北省自然基金面上项目1项，参与国家级及省级项目多项。以第一作者或通讯作者发表论文20余篇，其中SCI论文15篇。

Effects of combined soluble gas stabilization, modified atmosphere packaging and cold plasma on controlling chilled chicken breasts spoilage

Jing Lia,b, Chen Xua,b, Yifeng Lua,b, Xiaoming Wangb, Shuangshuang Jinb, Yun Baia, Xia Wangb, Xinglian Xua, Minyi Hana,b,*

a Key Laboratory of Meat Processing and Quality Control, Ministry of Education, Jiangsu Synergetic Innovation Center of Meat Production and Processing, College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China

b Wens Foodstuff Group Co., Ltd., Yunfu 527400, China

*Corresponding author.

Abstract

The hurdle technology for food preservation effectively addresses the limitations of individual antimicrobial technologies by integrating their strengths. It can not only prolong the storage time of food but also maintains its high quality. In this study, three antimicrobial and bactericidal technologies, namely soluble gas stabilization (SGS), modified atmosphere packaging (MAP), and cold plasma (CP), were applied to chilled chicken breasts. The packaging, total viable count (TVC), and physicochemical properties of chilled chicken breasts after treatments and storage at 4 ℃ were monitored. The microbial diversity at the initial and end points of the storage time of each group was also analyzed. The results indicated that a 3-5 h SGS treatment can effectively increase the proportion of carbon dioxide in the MAP during the storage process of chilled chicken breasts, thereby alleviating the packaging collapse problem. Simultaneously, the effect of SGS, MAP, and CP combinational treatments significantly extended the storage time of chilled chicken breasts while maintaining the physicochemical qualities of samples. Compared to the control group, the TVC of chicken breast treated with SGS, MAP, and CP treatments decreased by 0.58 (lg(CFU/g)) at 0 day. The shelf life was extended by 5 days. After 8 days, the total volatile basic nitrogen (TVB-N) was 26.67 vs. 19.50 mg/100 g, thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) was 0.99 vs. 0.72 mg MDA/kg, and TVC was 8.22 vs. 6.52 (lg(CFU/g)). High-throughput sequencing results showed that SGS and MAP treatments significantly reduce the proportion of Pseudomonas and Psychrobacter, which are sensitive to carbon dioxide, in the total bacterial genera. This study underscores the potential of integrating multiple antimicrobial technologies for effective food preservation.

Reference:

LI J, XU C, LU Y F, et al. Effects of combined soluble gas stabilization, modified atmosphere packaging and cold plasma on controlling chilled chicken breasts spoilage[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(7): 9250175. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250175.

本文编译内容由作者提供

编辑：梁安琪；责任编辑：孙勇

封面图片：摄图网

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