赵改名,孟子晴,祝超智,*,田 玮,李苗云,乃比江,张鹏鹏

(1.河南农业大学食品科学技术学院,河南郑州 450002;2.河南省肉制品加工与质量安全控制重点实验室,河南郑州 450002;3.河南农业大学牧医工程学院,河南郑州 450002;4.伊犁综合试验站,新疆伊犁 835000)

牛肉因高蛋白质、低脂肪且滋味鲜美,逐渐成为肉类消费的主流,2018年中国牛肉产量达644万吨,基数较大,所以牛肉产业发展也是我国肉类产业发展的重点方向[1-2]。但是牛肉制品尤其是肉糜制品加工过程中,容易出现失水、失油等问题,容易因失水导致成品口感粗糙,影响产品质量。近年来,常用TG酶、复合磷酸盐等提高产品的保水保油性,改善产品品质和结构,也有通过碳酸氢钠调节pH,松软肉质,三种添加剂在牛肉保水作用上的研究与对比较少。TG酶能够催化蛋白质分子的内部结构状态,从而改善蛋白质的结构和功能,具有热稳定性、保水性和凝胶能力等,还可以替代部分磷酸盐用于肉制品[3]。复合磷酸盐呈碱性,有pH缓冲作用,可以提高肉的pH,增加肌原纤维蛋白的含量。王鹏等[4]和高菲菲等[5]研究了磷酸盐对肉制品的保水性能,结果显示能提高肉的保水性、抑菌和改善肉品质量。碳酸氢钠可以改善肉色[6]。通过研究添加不同辅料对牛肉糜保水性的影响,尤其是TG酶、复合磷酸盐、碳酸氢钠对绞碎后的牛肉糜重组产品结构与保水的作用,最终获得保水性较好的添加剂的最佳添加量,可以为企业生产牛肉糜类产品进行指导,为解决牛肉的保水问题提供理论依据。

通过研究不同梯度添加量TG酶、复合磷酸盐、碳酸氢钠对牛肉肉糜pH、质构、结合特性、微观结构的影响,分析辅料对牛肉糜保水与结构的影响程度,可为牛肉糜类产品保水性研究提供理论依据,为牛肉肉糜产品工业化生产提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

复合磷酸盐 河南恩苗食品有限公司;TG酶(50000 U/g) 河南万邦实业有限公司;小苏打(碳酸氢钠) 天津渤化永利化工股份有限公司;烟酰胺 万邦实业有限公司;抗坏血酸钠 河南瑞仁生物工程有限公司;牛肉、黑胡椒粉、金龙鱼食用大豆油、食盐、西杂黄牛牛霖部位肉 郑州丹尼斯大商超市。

MM12B绞肉机 广东大金食品机械厂;TA-XT plus食品质构仪 英国Stable Micro Systems公司;HI8424型酸度计 德国HANNA公司;CR-5色彩色差计 日本KONICA公司;BPG-9156A精密鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司;ALLEGRA-64A高速冷冻离心机 美国Beckman Coulter公司;S-3400N扫描电镜 日本日立公司。

1.2 实验方法

1.2.1 牛肉饼的制备 新鲜牛肉解冻后剔去脂肪、筋膜等,然后用绞肉机绞成肉糜,加入不同梯度添加剂以及辅料(辅料添加的质量分数分别为占牛肉重量的百分比,食用油15%、黑胡椒粉0.3%、食盐2%、烟酰胺0.15%、抗坏血酸钠0.15%、冰水混合物15%,搅拌后于0～4 ℃冷藏1 h,成型后4 ℃静置4 h,待测。测试质构特性时,于200 ℃烤箱内烘烤12 min制成样品。

1.2.2 单因素实验

1.2.2.1 TG酶对牛肉糜品质的影响 参考潘男等[7]方法进行制备,略作修改。在经过修整、绞肉之后,添加辅料的同时添加TG酶0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%,搅拌后于0～4 ℃冷藏1 h,成型后4 ℃静置4 h,并设置空白对照组,通过水分含量、pH、结合特性、质构特性、微观结构进行评价。

1.2.2.2 复合磷酸盐对牛肉糜品质的影响 参考潘男等[7]方法进行制备,略作修改。在经过修整、绞肉之后,添加辅料的同时添加复合磷酸盐0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%,搅拌后于0～4 ℃冷藏1 h,成型后4 ℃静置4 h,并设置空白对照组,通过水分含量、pH、结合特性、质构特性、微观结构进行评价。

1.2.2.3 碳酸氢钠对牛肉糜品质的影响 参考潘男等[7]方法进行制备,略作修改。在经过修整、绞肉之后,添加辅料的同时添加碳酸氢钠0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%,搅拌后于0～4 ℃冷藏1 h,成型后4 ℃静置4 h,并设置空白对照组,通过水分含量、pH、结合特性、质构特性、微观结构进行评价。

1.2.3 水分含量、pH的测定 水分含量参考国标GB 5009.3-2016《食品中水分含量的测定》[8]。称量样品,于105 ℃电热干燥箱内烘干至恒重,计算肉糜的水分含量。pH参考国标GB 5009.23-2016《食品国家安全标准 食品中pH的测定》[9]。

1.2.4 结合特性测定 参考高雪琴[10]方法。称取15 g左右的牛肉,放进50 mL的离心管中,在5 ℃温度下,5000 r/min离心5 min,取出样品剥去滤纸称重,最终进行百分比计算。蒸煮损失以溢出来的液体质量与生肉糜质量之比进行计算。斩拌肉糜热乳化稳定性,将低速离心的生肉糜(W1)放入带有螺旋离心管(W0)中,在70 ℃恒温水浴中加热30 min。取出离心管,倒置在称量好的干燥瓶(W2)中,之后室温静置2 h收集全部渗出液,离心管和肉糜的总重量计为W3。收集汁液,将收到的汁液置于105 ℃下干燥16 h,测定加热后干燥瓶的总质量(W4),重复三次试验。计算脂肪流失率时,忽略少量蛋白与盐分损失,以总汁液流失百分比与水分流失百分比的差值进行计算。各指标具体方式计算如下:

总汁液流失(TFR)=(W0+W1)-W3

总汁液流失百分比(%)=TFR/W1×100

水分流失百分数(%)=(W0+W1+W2-W3-W4)/W1×100

脂肪流失百分比(%)=(W4-W2)/TFR×100

式中:W0表示螺旋离心管重量,g;W1表示生肉糜的重量,g;W2表示空干燥瓶的重量,g;W3表示静置后离心管和肉糜的总重量,g;W4表示加热后干燥瓶的总质量,g。

1.2.5 TPA凝胶测定 参考张骏龙等[11]方法,略有改变。切出牛肉饼的中心部份,制成长10 mm、宽10 mm、高10 mm的正方体,然后用质构仪P/50的圆柱型探头进行质构测定。测试条件:测前速度:2.0 mm/s,测试速度:2.0 mm/s,测后速度:2.0 mm/s;压缩比为50%时间5 s;触发类型:自动。每个样品测8个平行。

1.3 数据处理

本实验所有处理重复3次。应用软件SPSS 16.0(SPSS Inc.,USA)进行统计分析,使用单因素方差分析(ANOVA),当P<0.05时认为组间存在显著差异,用不同小写字母表示,使用Origin 8.5(OriginLab Corprotion,USA)软件绘图。

2 结果与分析

2.1 TG酶添加量对牛肉糜的影响

2.1.1 TG酶对牛肉糜水分含量和pH的影响 TG酶添加量对牛肉糜水分含量、pH的影响如图1所示。随着TG酶添加量的增加,水分含量整体增加,但添加量在0.6%之后的三个试验组之间肉糜水分含量无显著性差异。可能是因为TG酶能与肉块表面的盐溶蛋白形成凝胶网络增大,添加量达到一定浓度时,形成凝胶网络可以将水和油脂包裹,进而减少了水油流失,这与郭永等[13]在非肉产品应用的研究结果一致。随TG酶添加量增加,pH整体增大,但添加量到0.4%之后pH增加不显著,基本保持在6.0左右,偏离蛋白质等电点,进而使肉糜具有较好的保水效果,有研究显示,TG酶在pH5～7时乳化作用、凝胶作用明显[14];随添加量增加,肉糜水分含量的变化趋势也可以印证TG酶提高了保水性。

图1 TG酶添加量对牛肉糜水分含量(A)、pH(B)的影响

2.1.2 TG酶添加量对牛肉糜结合特性的影响 如图2所示,随着TG酶添加量的增加,总汁液损失、水分流失和脂肪损失的百分比均呈现整体减少的趋势。TG酶具有催化蛋白质分子及分子间形成共价键的功能,能够形成耐热、耐水的膜[15],可以提高牛肉糜的结合特性,总汁液流失百分比在TG酶添加量为0.6%、0.8%、1.0%时无显著性差异,添加量为0.8%时最低。说明0.6%的添加量已经较好的起到结合水、油的作用,0.8%添加量时最佳。

图2 TG酶添加量对牛肉糜结合特性的影响

2.1.3 TG酶添加量对TPA的影响 如图3所示,随着TG酶添加量的增加,牛肉糜硬度、内聚力、弹性、咀嚼性等变化不同。随着TG酶的增加,产品的硬度在0.6%之前基本保持不变,0.8%和1.0%添加量显示为下降趋势;与咀嚼性的变化趋势一致。随着TG酶添加量持续增加,弹力、内聚力持续增长,这也与Agyare等[16]研究结果一致,TG酶能增加肉品凝胶硬度,这可能是因为TG酶能与肉块表面的盐溶蛋白形成凝胶网络,形成的凝胶网络才能很好地将水、油脂包裹,改善产品保水保油和质构性质;但添加量为0.6%、0.8%、1.0%试验组之间无显著性差异,可能是因为TG酶添加到一定量后会也饱和,形成的凝胶网络不能无限制保持超过极限的水分。

图3 TG酶添加量对牛肉糜质构的影响

2.2 复合磷酸盐添加量对牛肉糜的影响

2.2.1 复合磷酸盐对牛肉糜的水分含量、pH的影响 复合磷酸盐添加量对牛肉糜的水分含量、pH的影响如图4所示。从图4A得出,与对照组相比,牛肉糜水分含量显著性增加(P<0.05),在添加量0.3%时水分含量最大为68.53%。

从图4B能够看出,当复合磷酸盐的增加,pH增长存在明显变化,0.1%～0.2%添加量的pH显著增长,从空白对照组的5.7左右增长到6.4。复合磷酸盐本身属于碱性物质,具有缓冲作用,提高肉制品的pH,pH增大后,电荷增多,电荷斥力扩大肉品内部距离,从而增加肉品保水性[17],并且复合磷酸盐能螯合牛肉内的金属离子,增加牛肉的离子强度,能够提高肌肉蛋白保水性及凝胶强度,提高保水率[18]。

图4 复合磷酸盐添加量对牛肉糜水分含量(A)、pH(B)的影响

2.2.2 复合磷酸盐对牛肉糜结合特性的影响 如图5所示,随着复合磷酸盐添加量的增加,各试验组的结合特性存在差异,有效减少了牛肉糜的总汁液损失、水流失和脂肪损失;在试验范围内,0.2%复合磷酸盐添加量的牛肉糜的保水效果最好。复合磷酸盐能改变pH,分散蛋白质,形成良好网状结构,让蛋白质能凝结成适度紧密的网络[19],磷酸根离子具有很好的螯合作用,能使蛋白质分子、脂质形成复合体,有效改善牛肉糜的结合特性[20]。

图5 复合磷酸盐的添加量对牛肉糜结合特性的影响

2.2.3 复合磷酸盐添加量对牛肉糜TPA的影响 如图6所示,0.3%硬度和咀嚼性最小,弹力和内聚力最大。当少量添加复合磷酸盐各指标上升,继续添加后个别指标出现下降。这可能是原因肉品整体强度和肌纤维中萃取出的肌原纤维蛋白的含量有关。复合磷酸盐能够增加牛肉糜的离子强度,增大了萃取出的可溶性肌原纤维蛋白的量,肌原纤维蛋白与水结合能够形成一种黏性的蛋白“渗出液”,这种渗出液附着在牛肉表面,能够增加黏性,提高产品的黏结性,从而提高了肉品稳定和质构性质[19]。但过多添加复合磷酸盐,肉品组织状态会变的松软,影响咀嚼性[21],这是因为复合磷酸盐具有将肌肉中肌动球蛋白解离成肌动蛋白与肌球蛋白的能力,又使肉制品的品质降低了。综合来看,牛肉糜复合磷酸盐的最佳添加量是0.2%～0.4%之间。与孔保华等[22]研究磷酸盐对牛肉凝胶特性影响时结果相似。

图6 复合磷酸盐添加量对牛肉糜质构的影响

2.3 碳酸氢钠的添加量对牛肉糜的影响

2.3.1 碳酸氢钠对牛肉糜水分含量、pH的影响 碳酸氢钠添加量对牛肉糜水分含量、pH的影响如图7所示。随碳酸氢钠添加量增加,水分含量上升,0.5%碳酸氢钠试验组水分含量较高为66.45%。碳酸氢钠可以减小内部结构网格,使肌肉肉质线条细长,肌肉肉面顺滑,有一定的保水性[23],与本文对于非肉块的肉糜起到了相似的保水作用。随碳酸氢钠添加量增加,pH显著(P<0.05)上升,添加量在0.3%后,pH上升趋于稳定,这是因为碳酸氢钠本身具有弱碱性,可以中和肉品酵解出的酸,抑制了pH的下降。

图7 碳酸氢钠添加量对牛肉糜水分含量(A)、pH(B)的影响

2.3.2 碳酸氢钠对牛肉糜结合特性的影响 如图8所示,随着碳酸氢钠添加量增加,总汁液流失、水流失、脂肪流失的百分比呈下降趋势,0.5%添加量最低,但添加量在0.2%～0.5%总汁液流失、水分流失无显著性差异。碳酸氢钠在食品中常被用作碱性膨松剂,适量使用减缓肉品酸化,增加过多碳酸氢钠会使肉品呈碱性[24],pH增大会使电荷增多,电荷斥力增大距离进而增加肉糜保水性。

图8 碳酸氢钠添加量对牛肉糜结合特性的影响

2.3.3 碳酸氢钠添加量对牛肉糜凝胶TPA的影响 如图9所示,随着碳酸氢钠增加,牛肉糜凝胶的硬度、内聚力、咀嚼性、弹力有明显上升,但增加到0.4%时略有下降。另外,各指标在添加量为0.3%与0.4%时无显著性差异。碳酸氢钠呈碱性有改善肉品作用,可以部分替代复合磷酸盐,过量使用对肉质软化过度,则会对质地、口感和形状有不利影响。

图9 碳酸氢钠添加量对牛肉糜质构的影响

2.4 TG酶、复合磷酸盐、碳酸氢钠对牛肉糜微观结构观察结果

图10～图12是TG酶、复合磷酸盐、碳酸氢钠试验组的牛肉糜电镜扫描图。整个结构是以蛋白质为骨架形成的连续的网络结构,蛋白网络孔洞是脱水脱脂后形成的空洞[10]。无任何添加时肉糜含有孔洞,孔洞不均匀、不致密。随着TG酶添加量的增多,结构逐渐致密,这是因为TG酶是一种能够催化酰基转移反应的转移酶,可以通过催化谷氨酰胺的酰基转移反应,促进蛋白质(或多肽)之间发生共价交联,从而改变肉糜制品的凝胶特性和微观结构。随着复合磷酸盐添加量增多,空洞逐渐均匀,低添加量时,孔洞直径基本在20～50 μm之间,随着复合磷酸盐添加量的增加,牛肉糜形成的网状结构逐渐致密、均一,空洞逐渐均匀、细小,孔洞直径基本在25 μm以下。这可能是因为添加复合磷酸盐提高了肉的pH,螯合肉中的金属离子,增加肉的离子强度,解离肌动球蛋白[25]。复合磷酸盐会提高肉的pH,pH提高会使肌原纤维蛋白质偏离等电点,蛋白质的净负电荷会增多,会加强蛋白质与水的相互作用,提高蛋白质的溶解度,使孔洞直径减小、分布更均匀。随着碳酸氢钠的增加网络结构有所改变,在添加到0.4%后,出现了较大孔隙结构,尤其在0.5%添加量下,空洞变大,这可能是因为碳酸氢钠具有膨松性,加入后容易使肉糜膨松。

图10 TG酶添加量对牛肉糜微观结构的影响(1000×)

图11 复合磷酸盐添加量对牛肉糜微观结构的影响(1000×)

图12 碳酸氢钠添加量对牛肉糜微观结构的影响(1000×)

2.5 TG酶、复合磷酸盐、碳酸氢钠对牛肉糜保水性影响的对比

在试验范围内,TG酶添加量在0.6%时已较好地起到结合水的作用,大于0.6%后水分含量、pH无显著性差异,质构结果与水分含量和pH显示结果一致,因此TG酶添加量为0.6%较适宜。复合磷酸盐添加量在0.2%时牛肉糜的结合特性最好,0.2%、0.3%时牛肉糜的水分含量无显著性差异,0.3%、0.4%复合磷酸盐添加量对pH降低作用最突出,对牛肉糜质构的影响效果基本一致,因此复合磷酸盐添加量在0.2%时较适宜。碳酸氢钠添加量在0.3%后pH基本保持不变,0.3%、0.4%添加量下硬度、内聚力、咀嚼性均较高,因此碳酸氢钠添加量为0.3%较适宜。

对三种添加物进行对比分析发现,在试验范围内,碳酸氢钠使牛肉糜总汁液流失降低10.21%,复合磷酸盐使牛肉糜总汁液流失降低9.53%,TG酶让使牛肉糜总汁液流失降低4.75%,碳酸氢钠对牛肉糜保水的效果最突出。微观结构观察到的表示随着复合磷酸盐添加量增多,空洞逐渐均匀、致密。随着碳酸氢钠的增加网络结构有所改变,出现了较大孔隙结构并且空洞逐渐变大。

3 结论

TG酶、复合磷酸盐和碳酸氢钠能够提升pH、增加凝胶强度、减少总汁液流失和水分流失,具有显著保水效果。单独添加0.6% TG酶、0.2%复合磷酸盐、0.3%碳酸氢钠时牛肉糜保水性最好,其中碳酸氢钠的效果最突出。下一步可以研究复合磷酸盐、TG酶和碳酸氢钠复配对牛肉糜保水的影响,并探索添加物复配影响牛肉糜保水性的作用机理,为牛肉糜产品工业化生产提供理论参考。