牛肉营养丰富，蛋白质和水分含量高。因此，牛肉在贮藏和销售过程中，极易滋生微生物，导致肉色褐变、产生异味等品质问题，缩短了产品的货架期。气调包装（MAP）是一种有效的牛肉保鲜技术，能够较好地保持牛肉品质并延长其货架期。80%（体积分数，下同）O2和20% CO2是气调包装中最常见的气体组成方式，其中O2和CO2分别起到护色和抑菌作用。然而，高浓度的氧气会造成脂质和蛋白质氧化以及好氧菌的大量增殖，从而导致牛肉品质下降。
50% O2气调包装（50% O2＋30% CO2＋20% N2）是一种新设计的气调包装，其主要目的是在保证良好肉色的前提下，尽量延缓肉类的氧化和。对比了50% O2气调包装和真空包装对牛肉贮藏期间微生物数量、细菌群落组成和演替的影响，并通过宏基因组的功能分析探讨了不同包装方式下微生物引起的肉类机制，为明确不同包装方式下冷鲜牛肉的机理、根据不同包装方式下微生物组成和演替开发有效的抑菌技术提供参考，从而进一步延长产品货架期、提高产品品质。
1、牛排贮藏过程中pH值的变化
分析结果表明，包装方式与贮藏时间的交互作用对pH值无显著影响（P＞0.05）。由图1可知，两组牛排贮藏初期pH值较为稳定，贮藏7 d后pH值升高，到第21天时pH值显著高于0～7 d（P＜0.05）。
2、牛排贮藏过程中色泽的变化
在整个贮藏期间，包装方式与贮藏时间交互作用对L*值无显著影响（P＞0.05），但贮藏时间对L*值有显著影响（P＜0.05）。两组排骨在贮藏过程中L*值呈显著增加的趋势（表2），这是因为贮藏过程中往往伴随着肌肉纤维收缩和蛋白质降解等现象，这会导致肌肉颜色变浅、肌细胞胞外空间增加，且肌细胞胞外空间增加会导致产生更多的光散射和反射，从而使L*值增加。表2结果表明，包装方式对a*值和b*值均有显著影响（P＜0.05）。相比于真空包装组，50% O2气调包装牛排具有更高的a*值和b*值，这是因为50% O2的含氧环境有利于形成Oxy-Mb，使肉呈现鲜红色。
3、牛排贮藏过程中微生物的变化
如表3所示，在本研究中，各微生物的数量在牛排贮藏期间均呈现上升趋势。新鲜牛排的初始菌落总数为3.71（lg（CFU/g）），属于正常水平。菌落总数、乳酸菌数和假单胞菌数在前7 d内整体上无显著变化，7 d之后显著增加（P＜0.05）。50% O2气调包装组菌落总数贮藏期间低于真空包装组，且在贮藏末期具有显著性差异（P＜0.05）。
4、牛排贮藏过程中微生物多样性分析结果
如表4所示，真空包装组样本的有效测序量在43 810～52 919之间，而50% O2气调包装组样本的有效测序量则在43 058～57 881之间。此外，本研究还分析了OTU数、ACE指数、Chao1指数和Shannon指数。其中OTU数与微生物种类相关，OTU数越多则表明测序样品中的微生物种类越多。ACE指数和Chao1指数反映了样品中微生物群落的物种丰度，单指群落中物种的数量，而不考虑群落中每个物种的丰度分布情况。与ACE指数和Chao1指数不同，Shannon指数则反映群落的多样性。一般Chao1指数、ACE指数和Shannon指数越高，说明样品的微生物多样性越丰富。
由图2A可知，在贮藏前14 d，无论真空包装还是50% O2气调包装的牛排中，最主要的菌群都是变形菌门（相对丰度均大于50%），但是到贮藏期结束时，该菌群被厚壁菌门（Firmicutes）代替，厚壁菌门成为气调包装和真空包装牛排中的优势菌群，这可能是由于贮藏14 d之后热死环丝菌和乳酸菌快速增殖所致，这两个菌属都属于厚壁菌门。由图2B可知，在属水平上，初始微生物群落主要由不动杆菌属（Acinetobacter）（15.24%）、苍白杆菌属（Ochrobactrum）（9.00%）、栖热菌属（Thermus）（8.05%）和金黄杆菌属（Chryseobacterium）（4.31%）等组成。
本研究对气调包装和真空包装牛排的微生物DNA测序数据进行了主成分分析和热图分析，进一步揭示了其在贮藏期间的微生物群落结构变化。从主成分分析结果（图3）可以看出，第一主成分（PC1）、第二主成分（PC2）的贡献率分别为56.20%、26.29%，二者之和大于80%。贮藏前7 d，真空包装和50% O2气调包装牛排中的微生物群落结构并无明显不同，14 d之后两种包装牛排中的微生物群落结构开始出现较大差异。这表明贮藏7 d后优势菌群发生了变化，最终导致肉品的关键微生物可能也发生了改变。
通过热图分析（图4）可知，50% O2气调包装中环丝菌属、属和乳杆菌属聚类在一起，且这3 种菌对应的OTUs相对含量在整个群落OTUs中最高，表明它们是50% O2气调包装牛排贮藏期间的主要优势菌群。肉食杆菌属和哈夫尼菌属在真空包装组中被聚类到了一起，这表明它们是真空包装牛排贮藏后期的优势菌群。类似的，热图分析把前7 d的所有样本聚类在了一起，14 d后的样本聚类在了一起，这表明7～14 d的贮藏过程中牛排的微生物菌落结构发生了重大改变，这也与主成分分析结果相同。
从图5可以看出，在贮藏过程中，与碳水化合物代谢相关基因和蛋白质代谢相关基因的数量明显高于其他代谢过程。贮藏前7 d，两种包装下牛排中的微生物的蛋白质代谢基因数量差异并不明显。而贮藏到第21天时，相比于真空包装组，50% O2气调包装牛排中的微生物群落中，涉及碳水化合物代谢的基因数量更低，涉及蛋白质代谢的基因数量更多。这说明贮藏后期，50% O2气调包装牛排中微生物群落具有比真空包装牛排中微生物群落更低的糖代谢水平和更高的蛋白质降解能力。
与真空包装相比，50% O2气调包装具有更好的护色能力和抑菌效果。随着贮藏时间的延长，气调包装和真空包装牛排中的微生物从贮藏初期的变形菌门转变为贮藏后期的厚壁菌门。在属水平上，牛排的初始微生物群落主要由不动杆菌属、苍白杆菌属、栖热菌属和金黄杆菌属组成，随着贮藏时间的延长，肉食杆菌属成为真空包装牛排中的优势菌群，而环丝菌属、属和乳杆菌属成为50% O2气调包装牛排的优势菌群；贮藏7～14 d是牛排中微生物种类产生变化的关键时间点。与真空包装牛排相比，50% O2气调包装牛排中的微生物群落具有较低的糖代谢和较高的蛋白质代谢能力。本研究明确了50% O2气调包装对贮藏过程中牛排品质和微生物的影响，探明了50% O2气调包装和真空包装贮藏过程中微生物的演替、微生物演替关键时间点和代谢异同，为开发牛排贮藏技术提供了科学参考。