陈玉茹,杨 静,黄苏红,程轶群,黄 明,*

(1.南京农业大学食品科技学院,肉品加工与质量控制教育部重点实验室,江苏省肉类生产与加工质量控制协同创新中心,江苏南京 210095;2.南京黄教授食品科技有限公司,江苏南京 211225)

随着火锅在中国的风靡,毛肚因其脆嫩化渣的口感,成为火锅叫卖率最高的荤类菜品[1]。毛肚是牛胃的一部分,牛在生物学上属于复胃反刍性动物,拥有瘤胃、网胃、瓣胃、皱胃四个胃,而毛肚指的是牛瓣胃内层褶皱形成的叶片[2]。不同于骨骼肌和心肌,牛胃是典型的内脏平滑肌,胶原蛋白和弹性蛋白分别占总蛋白的20.1%和1.0%[3],而骨骼肌中胶原蛋白含量只有10%[4]。目前市售毛肚很大一部分是干制毛肚,但干制后的毛肚失去了脆嫩的口感且腥臭味明显,必须经过复水涨发才能食用。

干制后的毛肚表面存在一层致密的类似生物膜的脂蛋白,高含量的胶原蛋白具有甘氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸组成的三股螺旋结构,具有较强韧性和剪切性[5-6]。目前毛肚涨发常用的方法是氢氧化钠碱法处理[7-8]和生物酶嫩化,但氢氧化钠的强碱性会给毛肚涨发的工作人员带来安全隐患,碱发后还需反复漂洗脱碱,造成大量水资源浪费,且漂洗后毛肚pH仍接近10.5;生物酶虽然能使蛋白适当水解,但很难穿越毛肚表面致密的膜结构导致其水解作用有限,增重效果不理想,使用上存在局限性[9],因此目前急需寻找一种新的毛肚涨发方法。

毛肚涨发的关键在于提高其水分吸收能力,水分多存在于纤维间隙,而纤维间距会随pH、离子强度、渗透压及肌肉松弛程度变化[10]。使用酸、碱、盐腌制是肉类工业常用的嫩化方法,可以改变组织的pH,提高其嫩度、保水性和出品率[11-13]。碳酸钠属于碱性盐,常用于肉的嫩化,且人体血液的缓冲液中也包含碳酸和碳酸氢根,以维持机体正常的酸碱度。因碳酸钠具有溶解肌原纤维和增强静电斥力的作用,肉制品经其处理后pH升高,肌纤维结构发生弱化,蛋白质偏离等电点,表面负电荷增多,与水分子更易结合形成水化层,蛋白质持水力提高[14-15]。研究表明,太平洋白对虾经碳酸钠腌制后增重明显、溶出蛋白质增加、剪切力降低[16]。作为一种常见的食品添加剂,碳酸钠可改善肉的整体适口性,降低蒸煮损失,提高嫩度。本研究以盐渍毛肚为试验原料,采用响应面法优化碳酸钠涨发毛肚的工艺条件,并测定碳酸钠涨发后毛肚的水分分布和微观结构变化,为工业化生产涨发毛肚提供工艺参考并为毛肚涨发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

盐渍牛瓣胃 重庆渝北区田野牧牛人农副产品经营部提供;碳酸钠 食品级,南京甘汁园糖业有限公司。

TA-XTPlus Texture Analyser物性测试仪 英国Stable Micro System公司;低场核磁共振仪 上海纽迈电子科技有限公司;正置荧光显微镜 德国Carl Zeiss公司;RM2016病理切片机 上海徕卡仪器有限公司;ZKSY-600恒温水浴锅 南京科尔仪器设备有限公司;AUY120电子分析天平 日本Shimazu公司。

1.2 实验方法

1.2.1 毛肚涨发步骤 盐渍牛瓣胃去掉脂质层,分割取瓣胃叶片10 g左右准确称重、洗净,用超纯水将洗净的叶片浸泡过夜,再用一定浓度的碳酸钠溶液将其在一定的温度下浸泡一定时间,最后用超纯水冲洗干净,沥干叶片表面水分准确称重。

1.2.2 毛肚涨发条件的单因素实验 选定碳酸钠浓度、碳酸钠处理时间、温度为考察因素,毛肚用超纯水浸泡过夜脱盐,料液比固定1∶6 (g/mL)将毛肚放入碳酸钠溶液浸泡,碳酸钠浓度设为0.5%、1.0%、3.0%、5.0%、7.0%(w/v),碳酸钠处理时间设为1、2、3、4、5 h,温度设为4、25、35、45、55 ℃,最后用超纯水冲洗浸泡2 h,单因素中不变的因素设定为碳酸钠浓度3.0%,碳酸钠处理时间2 h,温度35 ℃。以毛肚增重率和破碎力为指标,综合考虑漂烫损失及感官评分进行试验。

1.2.3 毛肚涨发条件的响应面试验 根据单因素实验结果,选择碳酸钠浓度(A)、碳酸钠处理时间(B)、温度(C)为试验因子,增重率(Y1)、破碎力(Y2)为响应值,采用Box-Behnken试验设计和响应面分析法。试验因素和水平见表1。

表1 响应面试验因素与水平表Table 1 Factors and levels of response surface design

1.3 分析方法

1.3.1 增重率的测定 参照高菲菲等[17]的方法,按公式(1)计算增重率。

式(1)

式中:m0表示涨发前毛肚的质量(g);m1表示涨发后毛肚的质量(g)。

1.3.2 漂烫损失的测定 参照胡代芳等[18]的方法并适当修改,按公式(2)计算漂烫损失。

式(2)

式中:m1表示涨发后毛肚的质量(g);m2表示涨发毛肚经沸水漂烫15s后的质量(g)。

1.3.3 脆度的测定 参照刘贝贝[19]的方法并适当修改,样品经沸水涮烫15 s后切成2 cm×2 cm大小的均匀试样,使用物性测试仪,将样品置于P/5探头下检测牛肚的脆度。测定条件为:测前速度5 mm/s,测试速度1 mm/s,测后速度10 mm/s,样品压缩比为95%,触发类型为自动,触发力为15 g,用测得的破碎力表征样品脆度。

1.3.4 感官评价 将在不同条件下发制的毛肚经沸水涮烫15 s后进行感官评定打分,感官评定小组由20名具有感官评定经验并经过专门培训的成员组成。将涮烫后的毛肚放入白色烤瓷盘,评价在同一环境下采用双盲法进行,小组成员在感官评定之前及进行中使用无异味的温水漱口,成员之间无交流,对毛肚的颜色、气味、组织结构、脆性进行打分,评分采用百分制,评定标准见表2。

表2 涨发毛肚感官评定标准Table 2 The sensory evaluation standards of rehydrated beef tripe

1.3.5 水分分布的测定 称量样品2±0.02 g,采用低场核磁共振CPMG脉冲序列测定样品的横向弛豫时间并进行反演。参数设置如下:采样频率100 kHz,累加次数8,采样等待时间4000 ms,回波时间0.25 ms,回波个数6000。

1.3.6 组织结构的观察 毛肚石蜡切片的制作和天狼猩红染色参考李岩[20]和高菲菲[4]的方法,染色后用正置荧光显微镜观察。

1.4 数据处理

试验每个处理组采用来自五头黄牛的五个独立的牛瓣胃(n=5),进行三次平行试验。数值显著性差异使用SAS 8.1中Duncan’s multiple-range test分析;图形绘制使用 Origin 9.0;响应面试验使用Design-Export 8.0.6软件设计并分析。

2 结果与分析

2.1 毛肚涨发的单因素实验

2.1.1 碳酸钠处理对毛肚增重和漂烫损失的影响 由图1a知,碳酸钠浓度0.5%和1.0%处理组增重率无显著性差异(P>0.05),当浓度升到3.0%增重率显著降低(P<0.05),浓度在3.0%～7.0%时增重率呈稳定状态。碳酸钠作用于毛肚脂蛋白,部分外周蛋白溶解形成空隙,为外界水分进入创造了有利条件[15],随着碳酸钠浓度升高,体系pH以及离子强度变化引起毛肚肌束膜和肌内膜蛋白变性[21],影响了蛋白质和水结合的能力,增重率下降。低浓度碳酸钠处理时增重率高但漂烫损失也高,可能是因为毛肚增重的水分多为自由水,自由水与毛肚结合不稳定,高温漂烫时易流失。

图1 碳酸钠浓度(a)、碳酸钠处理时间(b)、温度(c)对毛肚增重和漂烫损失的影响Fig.1 Effect of concentration of Na2CO3(a),treatment time(b)and temperature(c)on weight gain and cooking loss of beef tripe注:不同大写字母表示差异显著(P<0.05)。

由图1b知,1～5 h内毛肚增重率随处理时间延长而降低,超过3 h后增重率无显著性变化(P>0.05),与李凛等[7]研究氢氧化钠涨发毛肚的结果相似,碱处理时间过长毛肚增重率降低。2 h处理组漂烫损失显著低于1 h处理组(P<0.05),2～4 h漂烫损失无显著性变化(P>0.05)。碳酸钠作用时间越长,对毛肚结构的破坏程度越大,蛋白结构弱化[22],进而影响了其吸水增重和保水性。

由图1c知,毛肚增重率随温度升高先升后降,4～45 ℃毛肚增重率随温度的升高而上升,超过45 ℃增重率显著降低(P<0.05),这与胡代芳等[18]探究氢氧化钠涨发毛肚时温度对增重的影响结果一致。值得注意的是,4～45 ℃漂烫损失的变化规律与增重率相反,增重率高的处理组漂烫损失反而低。可能是因为一定范围内加热温度升高,纤维空隙增大,大量水分进入,增重率提高,随着加热时间延长,纤维收缩重组,交织成网[20],部分自由水转变成不易流动水,漂烫时不易流失,故漂烫损失比低温涨发时要低。温度超过45 ℃后,可能有部分胶原蛋白溶解、肌原纤维蛋白变性聚集,导致复水增重能力下降。

2.1.2 碳酸钠处理对毛肚感官得分和脆度的影响 毛肚最关键的质构指标是脆度,因食品柔脆品质的构成因素较为复杂,目前尚未形成比较一致的表征方法[23-25],本研究将毛肚的感官评定脆度项得分与物性测试仪测得的破碎力结合,确定毛肚的破碎力与脆度得分的对应关系。由表3知,碳酸钠浓度在0.5%～1.0%时,随浓度升高破碎力降低,脆度得分升高,超过3.0%后破碎力无显著性变化。1.0%处理组脆度得分最高,且其增重率与增重率最高的0.5%处理组无显著性差异,故碳酸钠浓度选择1.0%。

表3 不同浓度碳酸钠处理对毛肚感官得分和破碎力的影响Table 3 Effects on sensory scores and rupture strength of beef tripe treated with different concentration of Na2CO3

由表4知,毛肚的感官评定总分和脆度得分均随处理时间的延长先升后降,2 h处理组总分最高,3 h处理组脆度得分最高且与2 h处理组无显著性差异,破碎力分别为2362.32±81.65、2376.88±29.74 g。碳酸钠作用初期,大量水分进入,脆度得分和感官评定总分迅速提高,超过3 h后大量蛋白溶出,结构开始软烂,失去脆的口感。1 h处理组虽然增重率比2 h处理组略高,但其口感过于韧硬,嫩脆度远不及后者,故确定碳酸钠处理时间为2 h。

表4 不同碳酸钠处理时间对毛肚感官得分和破碎力的影响Table 4 Effects on sensory scores and rupture strength of beef tripe treated with different time of Na2CO3

由表5知,感官评定总分和脆度得分均随温度的升高先升后降,而破碎力持续下降。45 ℃处理组总分和脆度得分都最高,此时破碎力为2224.30±99.77 g,与常海军[26]研究结果一致,温度升高有助于胶原组织变性溶解、结构松散,呈现嫩化效果。45 ℃条件下增重率和脆度得分都是最高的,确定温度为45 ℃。

表5 不同温度对毛肚感官得分和破碎力的影响Table 5 The effects on sensory scores and rupture strength of beef tripe treated with different temperature

2.2 毛肚涨发的响应面试验

2.2.1 响应面设计方案与结果 在单因素实验的基础上,利用Design-Expert 8.0.6软件中的Box-Behnken试验设计,以增重率和破碎力为响应值,进行3因素3水平的响应面优化试验,试验组合与结果如表6所示。

表6 响应面试验设计与结果Table 6 Experimental design and results for response surface analysis

2.2.2 模型方程的建立及显著性分析 使用Design-Expert 8.0.6软件对试验数据进行多元回归拟合分析,得到方差分析结果(表7、表8)及毛肚增重率(Y1)、破碎力(Y2)关于碳酸钠浓度(A)、碳酸钠处理时间(B)、温度(℃)的回归方程:

Y1=185.38-2.39A+5.08B-12.90C+7.57AB+0.062AC+8.18BC-5.08A2-7.10B2-17.83C2

式(3)

Y2=2300.31-392.26A-248.18B-861.94C+164.90AB-66.39AC-85.37BC+341.88A2+175.00B2-622.65C2

式(4)

表7 增重率回归模型方差分析Table 7 Variance analysis of regression model for weight increase rate

由表7毛肚增重率回归模型系数显著性结果知,B、B2、AB对增重率影响显著(P<0.05)。C、BC、C2对增重率影响极显著(P<0.01)。回归方程各因素的系数绝对值表示该因素对响应值指标的影响程度,由此得出结论:温度对增重率的影响最大,其次是碳酸钠处理时间,贡献最小的是碳酸钠浓度。由表8知,A、B、C、A2、C2对破碎力影响极显著(P<0.01),影响毛肚破碎力的因素由主到次依次是:温度、碳酸钠浓度、碳酸钠处理时间。

表8 破碎力回归模型方差分析Table 8 Variance analysis of regression model for rupture strength

2.2.3 各因素交互作用分析 由图2a、图2d知,毛肚增重率随碳酸钠浓度升高先增后降,随处理时间延长也是先增后降;破碎力随碳酸钠浓度升高和时间延长都呈减小趋势。等高线越接近椭圆代表两因素交互作用越明显[27],由等高线形状知碳酸钠浓度和处理时间的交互作用对增重率影响较大,但两者交互作用对毛肚的破碎力无显著性影响。由图2b、图2e知,增重率随碳酸钠浓度和温度升高都呈先增后降趋势,温度变化对增重率的影响更大,但两者对增重率的影响交互作用不明显;破碎力随碳酸钠浓度和温度升高均呈下降趋势,且两者对破碎力的影响都十分显著,但交互作用不显著。由图2c、图2f可知,增重率随碳酸钠浓度升高和处理时间延长先增后降,且两者交互作用对增重率影响明显;破碎力随温度升高显著降低,随处理时间延长也呈降低趋势,但这两个因素对破碎力的影响无明显交互作用。

图2 各因素交互作用对毛肚增重率和破碎力影响的响应面图Fig.2 Response surface diagram showing the interaction for various factors on weight gain rate and rupture strength of beef tripe

2.2.4 最优工艺参数的确定与优化验证 使用软件Design-Expert 8.0.6进行最优化分析,根据单因素试验结果,由表3～表5可知,当涨发毛肚破碎力在1900.00～2400.00 g范围内毛肚嫩脆度得分较高,因此设定增重率最大,破碎力在1900.00～2400.00 g,优化得出最佳试验参数:碳酸钠浓度1.03%、处理时间2.28 h、温度42.59 ℃,增重率理论值可达187.72%,破碎力理论值为2400.00 g。为方便实际操作，验证实验将工艺参数调整为碳酸钠浓度1.03%，处理时间2.3 h,温度43 ℃,测得增重率185.25%±3.61%,破碎力2333.31 g±99.12 g,实际测量值与模型预测值吻合,响应面模型优化出的碳酸钠涨发毛肚的工艺参数可靠。

2.3 碳酸钠处理对毛肚水分分布的影响

以未处理的干毛肚和水处理(2.3 h,43 ℃)的毛肚为对照,测定碳酸钠最优参数涨发毛肚的横向弛豫时间图谱如图3。从图中可以看出,曲线有4个峰,对应为结合水(T21:0.01～10 ms)、不易流动水(T22:10～100 ms)、自由水(T23:100～10000 ms)[28]。经复水涨发后,三种状态的水都向着弛豫时间更长的方向移动,说明涨发改变了毛肚的组织结构,进而影响了水分的结合程度;与干毛肚和单纯用水涨发相比,碳酸钠处理组不易流动水和自由水峰面积显著增大(P<0.05),说明碳酸钠处理使得更多的水分进入细胞,不易流动水的大幅增加会改善毛肚的质构,增强其脆嫩口感。

图3 不同处理毛肚的横向弛豫时间图谱Fig.3 Relaxation time spectras of beef tripe with different treatments

2.4 碳酸钠处理对毛肚组织结构的影响

图4为天狼猩红染色的毛肚微观结构图,胶原纤维染成红色,肌纤维染成黄色。从图4a可看出,未处理的干毛肚纤维状结构排列紧密、形态完整;图4b碳酸钠涨发后,肌纤维出现拉伸、断裂,松散的结构利于大量水分进入,肌细胞吸水膨润,胶原纤维因其独特的三螺旋结构较难被破坏,碳酸钠处理组局部胶原纤维出现轻微解离现象。纤维结构的破坏和大量水分的进入可以降低蛋白的热稳定性,因此经碳酸钠涨发的毛肚沸水漂烫后口感更为脆嫩。

图4 碳酸钠处理对毛肚微观结构的影响(200×)Fig.4 Effects of sodium carbonate on histology of beef tripe(200×)注:a为对照组,b为碳酸钠处理组。

3 结论

本试验采用单因素实验结合响应面试验,建立了碳酸钠涨发盐渍毛肚工艺的模型。优化得到碳酸钠涨发盐渍毛肚的最优处理条件:毛肚经清水浸泡过夜,使用浓度1.03%的碳酸钠,在43 ℃条件下,浸泡处理2.3 h,最后清水冲洗浸泡2 h,优化验证试验测得最优工艺处理下增重率可达185.25%,破碎力2333.31 g处于感官评定中接受度较高的脆度范围。经碳酸钠涨发后毛肚组织结构改变,纤维断裂,肌细胞吸水膨胀,不易流动水和自由水含量显著增加,解释了碳酸钠处理毛肚增重明显、质构改善的原因,为工业化生产涨发毛肚提供技术参考和理论依据。