牛肉營養(yǎng)豐富，蛋白質(zhì)和水分含量高。因此，牛肉在貯藏和銷售過程中，極易滋生微生物，導(dǎo)致肉色褐變、產(chǎn)生異味等品質(zhì)問題，縮短了產(chǎn)品的貨架期。氣調(diào)包裝（MAP）是一種有效的牛肉保鮮技術(shù)，能夠較好地保持牛肉品質(zhì)并延長其貨架期。80%（體積分?jǐn)?shù)，下同）O2和20% CO2是氣調(diào)包裝中最常見的氣體組成方式，其中O2和CO2分別起到護(hù)色和抑菌作用。然而，高濃度的氧氣會造成脂質(zhì)和蛋白質(zhì)氧化以及好氧菌的大量增殖，從而導(dǎo)致牛肉品質(zhì)下降。
50% O2氣調(diào)包裝（50% O2＋30% CO2＋20% N2）是一種新設(shè)計的氣調(diào)包裝，其主要目的是在保證良好肉色的前提下，盡量延緩肉類的氧化和。對比了50% O2氣調(diào)包裝和真空包裝對牛肉貯藏期間微生物數(shù)量、細(xì)菌群落組成和演替的影響，并通過宏基因組的功能分析探討了不同包裝方式下微生物引起的肉類機(jī)制，為明確不同包裝方式下冷鮮牛肉的機(jī)理、根據(jù)不同包裝方式下微生物組成和演替開發(fā)有效的抑菌技術(shù)提供參考，從而進(jìn)一步延長產(chǎn)品貨架期、提高產(chǎn)品品質(zhì)。
1、牛排貯藏過程中pH值的變化
分析結(jié)果表明，包裝方式與貯藏時間的交互作用對pH值無顯著影響（P＞0.05）。由圖1可知，兩組牛排貯藏初期pH值較為穩(wěn)定，貯藏7 d后pH值升高，到第21天時pH值顯著高于0～7 d（P＜0.05）。
2、牛排貯藏過程中色澤的變化
在整個貯藏期間，包裝方式與貯藏時間交互作用對L*值無顯著影響（P＞0.05），但貯藏時間對L*值有顯著影響（P＜0.05）。兩組排骨在貯藏過程中L*值呈顯著增加的趨勢（表2），這是因為貯藏過程中往往伴隨著肌肉纖維收縮和蛋白質(zhì)降解等現(xiàn)象，這會導(dǎo)致肌肉顏色變淺、肌細(xì)胞胞外空間增加，且肌細(xì)胞胞外空間增加會導(dǎo)致產(chǎn)生更多的光散射和反射，從而使L*值增加。表2結(jié)果表明，包裝方式對a*值和b*值均有顯著影響（P＜0.05）。相比于真空包裝組，50% O2氣調(diào)包裝牛排具有更高的a*值和b*值，這是因為50% O2的含氧環(huán)境有利于形成Oxy-Mb，使肉呈現(xiàn)鮮紅色。
3、牛排貯藏過程中微生物的變化
如表3所示，在本研究中，各微生物的數(shù)量在牛排貯藏期間均呈現(xiàn)上升趨勢。新鮮牛排的初始菌落總數(shù)為3.71（lg（CFU/g）），屬于正常水平。菌落總數(shù)、乳酸菌數(shù)和假單胞菌數(shù)在前7 d內(nèi)整體上無顯著變化，7 d之后顯著增加（P＜0.05）。50% O2氣調(diào)包裝組菌落總數(shù)貯藏期間低于真空包裝組，且在貯藏末期具有顯著性差異（P＜0.05）。
4、牛排貯藏過程中微生物多樣性分析結(jié)果
如表4所示，真空包裝組樣本的有效測序量在43 810～52 919之間，而50% O2氣調(diào)包裝組樣本的有效測序量則在43 058～57 881之間。此外，本研究還分析了OTU數(shù)、ACE指數(shù)、Chao1指數(shù)和Shannon指數(shù)。其中OTU數(shù)與微生物種類相關(guān)，OTU數(shù)越多則表明測序樣品中的微生物種類越多。ACE指數(shù)和Chao1指數(shù)反映了樣品中微生物群落的物種豐度，單指群落中物種的數(shù)量，而不考慮群落中每個物種的豐度分布情況。與ACE指數(shù)和Chao1指數(shù)不同，Shannon指數(shù)則反映群落的多樣性。一般Chao1指數(shù)、ACE指數(shù)和Shannon指數(shù)越高，說明樣品的微生物多樣性越豐富。
由圖2A可知，在貯藏前14 d，無論真空包裝還是50% O2氣調(diào)包裝的牛排中，最主要的菌群都是變形菌門（相對豐度均大于50%），但是到貯藏期結(jié)束時，該菌群被厚壁菌門（Firmicutes）代替，厚壁菌門成為氣調(diào)包裝和真空包裝牛排中的優(yōu)勢菌群，這可能是由于貯藏14 d之后熱死環(huán)絲菌和乳酸菌快速增殖所致，這兩個菌屬都屬于厚壁菌門。由圖2B可知，在屬水平上，初始微生物群落主要由不動桿菌屬（Acinetobacter）（15.24%）、蒼白桿菌屬（Ochrobactrum）（9.00%）、棲熱菌屬（Thermus）（8.05%）和金黃桿菌屬（Chryseobacterium）（4.31%）等組成。
本研究對氣調(diào)包裝和真空包裝牛排的微生物DNA測序數(shù)據(jù)進(jìn)行了主成分分析和熱圖分析，進(jìn)一步揭示了其在貯藏期間的微生物群落結(jié)構(gòu)變化。從主成分分析結(jié)果（圖3）可以看出，第一主成分（PC1）、第二主成分（PC2）的貢獻(xiàn)率分別為56.20%、26.29%，二者之和大于80%。貯藏前7 d，真空包裝和50% O2氣調(diào)包裝牛排中的微生物群落結(jié)構(gòu)并無明顯不同，14 d之后兩種包裝牛排中的微生物群落結(jié)構(gòu)開始出現(xiàn)較大差異。這表明貯藏7 d后優(yōu)勢菌群發(fā)生了變化，最終導(dǎo)致肉品的關(guān)鍵微生物可能也發(fā)生了改變。
通過熱圖分析（圖4）可知，50% O2氣調(diào)包裝中環(huán)絲菌屬、屬和乳桿菌屬聚類在一起，且這3 種菌對應(yīng)的OTUs相對含量在整個群落OTUs中最高，表明它們是50% O2氣調(diào)包裝牛排貯藏期間的主要優(yōu)勢菌群。肉食桿菌屬和哈夫尼菌屬在真空包裝組中被聚類到了一起，這表明它們是真空包裝牛排貯藏后期的優(yōu)勢菌群。類似的，熱圖分析把前7 d的所有樣本聚類在了一起，14 d后的樣本聚類在了一起，這表明7～14 d的貯藏過程中牛排的微生物菌落結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大改變，這也與主成分分析結(jié)果相同。
從圖5可以看出，在貯藏過程中，與碳水化合物代謝相關(guān)基因和蛋白質(zhì)代謝相關(guān)基因的數(shù)量明顯高于其他代謝過程。貯藏前7 d，兩種包裝下牛排中的微生物的蛋白質(zhì)代謝基因數(shù)量差異并不明顯。而貯藏到第21天時，相比于真空包裝組，50% O2氣調(diào)包裝牛排中的微生物群落中，涉及碳水化合物代謝的基因數(shù)量更低，涉及蛋白質(zhì)代謝的基因數(shù)量更多。這說明貯藏后期，50% O2氣調(diào)包裝牛排中微生物群落具有比真空包裝牛排中微生物群落更低的糖代謝水平和更高的蛋白質(zhì)降解能力。
與真空包裝相比，50% O2氣調(diào)包裝具有更好的護(hù)色能力和抑菌效果。隨著貯藏時間的延長，氣調(diào)包裝和真空包裝牛排中的微生物從貯藏初期的變形菌門轉(zhuǎn)變?yōu)橘A藏后期的厚壁菌門。在屬水平上，牛排的初始微生物群落主要由不動桿菌屬、蒼白桿菌屬、棲熱菌屬和金黃桿菌屬組成，隨著貯藏時間的延長，肉食桿菌屬成為真空包裝牛排中的優(yōu)勢菌群，而環(huán)絲菌屬、屬和乳桿菌屬成為50% O2氣調(diào)包裝牛排的優(yōu)勢菌群；貯藏7～14 d是牛排中微生物種類產(chǎn)生變化的關(guān)鍵時間點。與真空包裝牛排相比，50% O2氣調(diào)包裝牛排中的微生物群落具有較低的糖代謝和較高的蛋白質(zhì)代謝能力。本研究明確了50% O2氣調(diào)包裝對貯藏過程中牛排品質(zhì)和微生物的影響，探明了50% O2氣調(diào)包裝和真空包裝貯藏過程中微生物的演替、微生物演替關(guān)鍵時間點和代謝異同，為開發(fā)牛排貯藏技術(shù)提供了科學(xué)參考。