孫紅霞，黃 峰,2，丁振江，張春江,2，張 良,2，張 泓,2,*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，北京 100193；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所主食加工技術(shù)研究院，黑龍江 哈爾濱 151900）

不同加熱條件下牛肉嫩度和保水性的變化及機理

孫紅霞1，黃 峰1,2，丁振江1，張春江1,2，張 良1,2，張 泓1,2,*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，北京 100193；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所主食加工技術(shù)研究院，黑龍江 哈爾濱 151900）

為探究不同加熱條件下牛肉嫩度及保水性的變化機理，測定了牛肉在不同加熱溫度和時間條件下的蒸煮損失率、剪切力、肌原纖維小片化指數(shù)和肌節(jié)長度，并進(jìn)行了差示掃描量熱和低場核磁共振測定。結(jié)果表明，隨加熱溫度的升高，蒸煮損失率顯著增大（P＜0.05）；剪切力整體趨于上升，但在45～55 ℃和75 ℃以上溫度時均出現(xiàn)下降趨勢，肌原纖維小片化指數(shù)在55～65 ℃顯著增加（P＜0.05），可能由肌動球蛋白解離造成，這也是55 ℃時剪切力下降的主要原因；差示掃描量熱測定中變性焓值和低場核磁共振T2弛豫譜測定中的T21與A21逐漸降低，肌節(jié)長度呈縮短趨勢，這與蒸煮損失率的變化一致。這些結(jié)果表明55～65 ℃是牛肉加熱過程中的一個關(guān)鍵控制溫度范圍，可以為進(jìn)一步形成牛肉類菜肴低溫加熱技術(shù)提供理論依據(jù)。

牛肉；蒸煮；水分；蛋白質(zhì)；嫩度

嫩度是評價肉制品食用品質(zhì)的一個最重要指標(biāo)[1-3]。加熱溫度和時間對肉嫩度的影響最為顯著，目前關(guān)于加熱溫度對肉嫩度的影響在兔肉、牛肉、豬肉等不同品種上都有相關(guān)報道，其總體變化趨勢一致，隨著加熱溫度的上升，剪切力值主要在兩個階段發(fā)生明顯變化：原料肉在加熱溫度為50～65 ℃時剪切力值出現(xiàn)明顯下降，繼續(xù)加熱，在65～80 ℃階段的剪切力上升最為顯著，大于80 ℃后剪切力基本保持穩(wěn)定[4-6]。肉熱加工過程中嫩度的變化主要歸因于肉中肌原纖維蛋白和膠原蛋白的熱變性。膠原蛋白由原膠原分子間共價鍵交聯(lián)聚合而成，原膠原分子是一種高度緊鎖的右手螺旋構(gòu)象的纖維狀蛋白，由3 條具有左手螺旋構(gòu)象的肽鏈依靠鏈間氫鍵絞合在一起形成。膠原蛋白受熱時會收縮并降解，吸水膨脹。熱處理會給肌肉中不同肌原纖維蛋白帶來結(jié)構(gòu)性的變化，α-肌動蛋白最易變性，50 ℃條件下變?yōu)椴豢扇軤顟B(tài)，肌球蛋白變性溫度為55 ℃，肌動蛋白為70～80 ℃，原肌球蛋白和肌鈣蛋白的變性溫度為80 ℃以上，這些肌原纖維蛋白熱變性影響著肉的嫩度變化[7-10]。對熱加工過程中肉剪切力兩個階段的上升早期主要有2 種不同的解釋：一種理論認(rèn)為第一個階段（50 ℃之前）剪切力的上升主要是由于肌肉結(jié)締組織的變性和熱收縮，第二個階段（65～80 ℃）的上升主要歸因于肉中肌原纖維蛋白的變性[11]；另一種理論認(rèn)為第一個階段的上升主要是由于肌原纖維蛋白的變化，第二個階段是因為結(jié)締組織的變性[12]。這種差異可能是因為肉的種類和部位的不同而造成，因此全面探究加熱溫度和時間對特定肉品嫩度的研究仍是必要的。

燉煮是我國一種最為傳統(tǒng)的肉制品加工熱處理方式，不僅可以殺滅微生物，保證肉品安全，也是熟化和改善肉制品品質(zhì)的重要手段。我國許多傳統(tǒng)肉類菜肴，如紅燒肉、土豆燒牛肉等數(shù)千個品種都是通過燉煮方式完成的，其成品香味濃郁、口感酥爛。在中式燉煮肉類菜肴制作過程中，加熱時間不定，一般需要30 min到2 h，且加熱溫度不明確。對于牛肉燉煮類菜肴來說，目前對于適宜加熱的牛肉部位——牛上腦的研究鮮見報道。故本研究選取了適宜加熱的牛上腦部位，加熱溫度從低于蛋白初始變性溫度至沸騰溫度，即45～95 ℃，加熱120 min以內(nèi)來探究牛肉嫩度在不同的加熱溫度和時間條件下的變化，揭示牛肉加熱過程中嫩度的變化機理，為牛肉加熱類菜肴的工業(yè)化生產(chǎn)提供科學(xué)理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實驗材料：3 塊牛上腦（7.5 kg左右）取自3 頭4 ℃條件下成熟24 h的西門塔爾雜交公牛（年齡為2.5 歲左右，體質(zhì)量為（450±50） kg），來自于北京卓宸畜牧有限公司。每塊肉樣均用于不同加熱條件處理，每組10～15 塊，共3 次重復(fù)。

氯化鉀、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀、乙二醇四乙酸（ethylene glycol tetraacetic acid，EGTA）、氯化鎂等（均為分析純） 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

HH-系列恒溫水浴鍋 金壇市科析儀器有限公司；TA-XT2i質(zhì)構(gòu)分析儀 英國Stable Micro Systems公司；SpectraMax 340PC 384酶標(biāo)儀 美國MBD公司；3K15R高速冷凍離心機 上海力申科學(xué)儀器公司；S25N均質(zhì)機 德國IKA集團(tuán)；Q-200差示掃描量熱（differential scanning calorimetry，DSC）儀 美國TA公司；NMI20-030H-I型核磁共振分析與成像系統(tǒng) 上海紐邁電子科技有限公司；H-7500透射電子顯微鏡（transmission electron microscope，TEM） 日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 牛肉樣品的制備

牛肉切成約3 cm3的方塊后放入高于預(yù)期溫度2 ℃的恒溫水浴鍋內(nèi)，并將探針溫度計插入肉塊中心部位，待肉塊中心溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，調(diào)整水浴鍋溫度為設(shè)定溫度并開始計時，分別在45、55、65、75、85、95 ℃條件下加熱30、60、90、120 min，加熱后的肉塊在冰水中浸泡10 min以停止熱反應(yīng)，-35 ℃冰箱保存肉樣[13]。

1.3.2 蒸煮損失率的測定

在加熱之前將肉塊準(zhǔn)確稱質(zhì)量（精確到0.01 g），到達(dá)預(yù)期加熱時間后取出肉塊，用廚房紙輕吸表面水分后準(zhǔn)確稱質(zhì)量。按照式（1）計算蒸煮損失率。

1.3.3 剪切力的測定

采用Warner-Bratzler法測定牛肉塊的剪切力。將牛肉塊順著肌纖維方向切成1 cm×1 cm×2 cm的小塊，用質(zhì)構(gòu)儀測定，每組至少5 個平行。測定條件：探頭型號為HDP/BSW探頭，測定前速率為2.0 mm/s，測定中速率為1.0 mm/s，測定后速率為2.0 mm/s，測定距離為33 mm，初始激發(fā)力為10 g。

1.3.4 肌原纖維小片化指數(shù)測定

參考魏秀麗等[14]的方法。分別稱取1 g剁碎后的肉樣，加入15 mL預(yù)冷（4 ℃）的肌原纖維小片化指數(shù)（myofibrillar fragmentation index，MFI）緩沖液（100 mmol/L KCl、11.2 mmol/L K2HPO4、8.8 mmol/L KH2PO4、1 mmol/L EGTA、1 mmol/L MgCl2），冰浴勻漿（12 000 r/min，40 s，每次10 s，中間間隔10 s），勻漿后離心（1 000×g、15 min、2 ℃）并棄掉上清液，再次加入15 mL預(yù)冷的MFI緩沖液將沉淀充分懸浮，再離心（1 000×g、15 min、2 ℃）并棄掉上清液；沉淀用2.5 mL預(yù)冷的MFI緩沖液充分懸浮后，用濾布過濾去除結(jié)締組織，再用2.5 mL預(yù)冷的MFI緩沖液沖洗離心管并過濾，合并濾液得肌原纖維蛋白懸浮液。采用聚氰基丙烯酸正丁酯（bicinchoninic acid，BCA）法測定蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度，調(diào)整蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度至0.5 mg/mL后，在562 nm波長處用酶標(biāo)儀測定吸光度，將所得結(jié)果乘以200即可得到MFI值。

1.3.5 DSC測定

稱取10～12 mg的肉樣于熱分析鋁坩堝中并加蓋密封，20 ℃條件下平衡2 min后以2 ℃/min升溫至100 ℃，由此獲得肉樣在不同加熱條件下的DSC熱相圖。

1.3.6 弛豫時間測定

弛豫時間T2測定采用低場核磁共振T2弛豫譜檢測，采用Carr-Purcell-Meiboom-Gill脈沖序列，其參數(shù)設(shè)置如下：采樣點數(shù)為20 050，共振頻率為21 MHz，采樣頻率為200 kHz，采樣間隔時間為3 000 ms，回波個數(shù)為10 000，回波時間為0.1 s，90°脈沖寬度為7 μs，180°脈沖寬度為14 μs，累積次數(shù)為32。

1.3.7 肌節(jié)長度的測定

用TEM來觀察肌纖維的超微結(jié)構(gòu)。將肉樣切成1.5 mm×1.5 mm×3 mm的小條并于體積分?jǐn)?shù)為2.5%戊二醛溶液中固定24 h，然后用pH 7.2的磷酸緩沖液進(jìn)行沖洗，經(jīng)乙醇梯度脫水后，再利用無水丙酮進(jìn)行置換。用Epon812樹脂浸透包埋，用超薄切片機切片，薄片用醋酸雙氧鈾和檸檬酸鉛進(jìn)行染色，最后用TEM進(jìn)行觀察并照相。所得到的圖片用Image-Pro Plus 6.0軟件對肌節(jié)長度進(jìn)行測量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

用SAS 9.2軟件對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，并用Duncan法進(jìn)行多重比較，顯著性水平為0.05，如無特殊說明實驗最少3 次重復(fù)，數(shù)據(jù)以±s表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同加熱條件對蒸煮損失率的影響

肉制品的蒸煮損失率與多汁性呈負(fù)相關(guān)，而多汁性是評價肉制品食用品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。蒸煮損失率主要是由水分的流失造成，影響多汁性的根本原因是水分的直接損失和水分存在形式的改變，故一般而言，蒸煮損失率越小，其水分流失越少，成品的多汁性也相對較好，另外流失的汁液中包含部分可溶性蛋白，故營養(yǎng)損失也較少，同時其出品率也相應(yīng)較高[15]。

由圖1可知，在相同加熱溫度下，隨加熱時間的延長，肉樣蒸煮損失率總體呈逐漸增大的趨勢。45～75 ℃時，隨著加熱時間的延長，蒸煮損失率呈顯著增大趨勢（P＜0.05），但85～95 ℃期間，蒸煮損失率隨加熱時間的延長基本無顯著變化（P＞0.05），這說明在較低溫度時，即不大于75 ℃時，加熱時間對肉樣蒸煮損失率有顯著影響（P＜0.05），隨加熱時間的延長，蒸煮損失率顯著增加（P＜0.05）。

圖1 加熱溫度和時間對蒸煮損失率的影響Fig. 1 Effect of heating temperature and time on cooking loss percentage

在相同加熱時間下，隨著加熱溫度的升高，肉樣蒸煮損失率呈逐漸增大的趨勢。在75 ℃之前，隨加熱溫度的升高，蒸煮損失率呈顯著增大趨勢（P＜0.05）；在75 ℃之后，除在加熱時間為30 min時存在顯著差異（P＜0.05），其余加熱時間下，75、85 ℃和95 ℃的蒸煮損失率不存在顯著性差異（P＞0.05），這表明在75 ℃之后，肉樣中結(jié)合力較弱的水分基本完全排出，肌原纖維蛋白基本完全變性，這與李超[8]的研究結(jié)果一致。

2.2 不同加熱條件對剪切力的影響

圖2 加熱溫度和時間對剪切力的影響Fig. 2 Effect of heating temperature and time on shear force

由圖2可知，在相同加熱溫度下，加熱30 min以后，隨加熱時間的延長，肉樣的剪切力無顯著變化趨勢（P＞0.05），可能加熱時間對剪切力的影響主要集中在加熱前期，與Combes等[4]的研究結(jié)果一致。在相同加熱時間下，隨著加熱溫度的升高，肉樣剪切力總體呈先減小再增大最后再減小的趨勢，在45～55 ℃和85～95 ℃時剪切力有下降趨勢，其中在55 ℃時達(dá)到最低。有研究表明，剪切力的上升主要是由肌肉結(jié)締組織和肌原纖維蛋白的變性和熱收縮造成的[16]。對于55 ℃左右剪切力的下降，目前的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)可能與肌動球蛋白的解離有關(guān)[17-18]；85～95 ℃左右剪切力的下降則可能是因為膠原蛋白的溶解性增加造成的，隨著溫度的升高，肌束膜的膠原纖維發(fā)生熱變性而導(dǎo)致肌束膜和肌內(nèi)膜的完整性開始被破壞，肌原纖維結(jié)構(gòu)變得模糊，肌節(jié)長度縮短，接著肌束膜內(nèi)出現(xiàn)顆?；?，最后顆?；浅Ｃ黠@，這時肌肉會被逐步降解，肌纖維結(jié)構(gòu)受到破壞。Palka[19]在研究肌間膠原蛋白時發(fā)現(xiàn)，肌間結(jié)締組織在60 ℃時開始逐漸變成溶解狀態(tài)，70 ℃時可溶性膠原蛋白含量約為之前的2 倍，80 ℃時開始形成凝膠，與本研究結(jié)果一致。

2.3 不同加熱條件對MFI的影響

MFI是反映肌原纖維及其骨架蛋白完整程度的指標(biāo)，MFI越大，表明肌原纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整性受到的破壞程度越大[20-21]。已有研究表明，MFI和肉品嫩度存在顯著相關(guān)性；Geensink等[20]研究表明MFI與剪切力存在一定相關(guān)性，MFI越大剪切力越小。

圖3 加熱溫度和時間對MFI的影響Fig. 3 Effect of heating temperature and time on MFI

由圖3可知，在相同加熱溫度下，隨加熱時間的延長，肉樣的MFI總體呈逐漸增大的趨勢，但在65 ℃時存在下降現(xiàn)象，75 ℃之后其上升趨勢較緩慢，表明75 ℃之前氫鍵等斷裂，導(dǎo)致蛋白質(zhì)發(fā)生變性，而75 ℃之后，蛋白質(zhì)幾乎完全變性而趨于穩(wěn)定，而65 ℃的反常現(xiàn)象則推測可能是肌動球蛋白在65 ℃條件下加熱60 min已經(jīng)發(fā)生解離，繼續(xù)加熱時肌動球蛋白解離程度開始降低或者肌動蛋白開始變性，導(dǎo)致其MFI降低。在相同加熱時間下，隨著加熱溫度的升高，肉樣的MFI總體呈顯著增大的趨勢（P＜0.05），但在65 ℃左右存在特殊現(xiàn)象，此時的MFI總體上顯著高于其他溫度下的MFI（P＜0.05），特別是加熱時間較短時，與前面結(jié)果一致，推測與肌動球蛋白在低溫下的解離有關(guān)。

2.4 不同加熱條件對蛋白質(zhì)變性溫度和變性焓值的影響

DSC熱相圖中，向上的峰為吸熱峰，向下的峰為放熱峰，峰面積為焓變，可以反映蛋白質(zhì)的變性程度，當(dāng)吸熱峰和放熱峰峰面積消失，說明已經(jīng)完全變性[21]。從圖4中可以看出，隨著肉樣加熱溫度的升高，峰的個數(shù)減少，峰面積也逐漸減小，最終消失。當(dāng)肉樣加熱溫度為45 ℃和55 ℃時有2 個峰；當(dāng)加熱溫度為65 ℃時，第1個峰消失；當(dāng)加熱溫度為75 ℃時，第2個峰也消失，且沒有峰出現(xiàn)。表明溫度越高，蛋白質(zhì)變性程度越大，75 ℃以后，肉樣中的蛋白質(zhì)基本完全變性。

圖4 不同溫度下肉樣的DSC熱相圖Fig. 4 DSC thermogram of beef samples at different temperatures

表1 不同加熱條件下肉樣的DSC變性溫度和變性焓值Table 1 DSC thermal denaturation temperature and denaturation enthalpy of beef samples under different heating conditions

研究表明，肉中肌球蛋白、膠原蛋白和肌動蛋白的變性溫度分別為50～60、60～70、70～80 ℃[22-23]。由表1可知，45 ℃和55 ℃處理時均有2 個峰，但是45 ℃和55 ℃處理的變性溫度有區(qū)別：45 ℃處理的初始溫度在56～57 ℃，峰值集中在61 ℃左右，半峰寬為5～7 ℃；而55 ℃處理初始溫度在60～61 ℃，峰值集中在65 ℃左右，半峰寬為3～4 ℃，45 ℃處理的峰明顯寬于55 ℃處理的峰，這表明45 ℃處理的峰包括了55 ℃處理出現(xiàn)的峰，但因兩個峰的變性溫度相近而融合在一起，由此可判斷出，在45 ℃處理出現(xiàn)的峰1中有2 種蛋白質(zhì)發(fā)生了變性，第1種蛋白質(zhì)的變性溫度在56～60 ℃之間，即肌球蛋白的變性溫度。55 ℃處理時出現(xiàn)的峰1即為45 ℃出現(xiàn)的峰1中的第2種變性蛋白質(zhì)，即膠原蛋白，完全變性溫度在65 ℃左右。45、55 ℃和65 ℃均出現(xiàn)的峰2的初始溫度在70～73 ℃，峰值集中在75 ℃左右，半峰寬為3～4℃。

由表1可知，在相同溫度下，隨著加熱時間的延長，峰1和峰2的變性焓值均顯著降低（P＜0.05）；在相同加熱時間內(nèi)，隨著加熱溫度的升高，峰1和峰2的變性焓值也顯著降低（P＜0.05），但是隨著加熱時間的延長，顯著性越來越不明顯（P＞0.05），表明升高加熱溫度和延長加熱時間均可以促進(jìn)蛋白質(zhì)的變性程度，與Christensen等[13]的研究結(jié)果一致。

2.5 不同加熱條件對弛豫時間的影響

圖5 不同溫度下肉樣的弛豫時間Fig. 5 Relaxation time distribution curves for beef samples at different temperatures

通過迭代尋優(yōu)的方法，將T2衰減曲線代入弛豫模型中進(jìn)行擬合并反演，得到不同加熱溫度下肉樣的弛豫時間圖譜（圖5），橫坐標(biāo)為弛豫時間，縱坐標(biāo)為各弛豫時間對應(yīng)的信號幅度，積分面積A為樣品在該弛豫時間段的信號量。弛豫時間反映了樣品內(nèi)部氫質(zhì)子所處的化學(xué)環(huán)境，與氫質(zhì)子所受的束縛力及其自由度有關(guān)。弛豫時間越短，在圖譜上峰位置越靠左，表明氫質(zhì)子受束縛越大或自由度越小，反之則弛豫時間越長，在圖譜上峰位置越靠右，氫質(zhì)子受束縛越小或自由度越大。一般將弛豫時間區(qū)間劃分為3 個區(qū)域：T2b（＜10 ms）為結(jié)合水，T21（10～100 ms）為不易流動水和T22（＞100 ms）為自由水，即隨著弛豫時間的增加，水分變得更自由[24-25]。有研究表明，T21與加熱過程中的蛋白變化緊密相關(guān)，不易流動水主要存在于肌原纖維間隙中，含量高達(dá)87%[26]，加熱過程中肌原纖維蛋白發(fā)生變性、收縮，不易流動水被擠出，導(dǎo)致肉制品多汁性降低，對肉品嫩度也有一定影響。由圖5可看出，3 個區(qū)域中，T21的峰值和峰面積變化最大，隨加熱溫度的升高，T21左移，弛豫時間降低，信號幅度降低，A21減小。

表2 不同加熱條件下肉樣的弛豫時間T21和峰面積A21Table 2 Relaxation time T21 and peak area A21 of beef samples under different heating conditions

由表2可知，在相同加熱溫度下，除45 ℃條件下的弛豫時間T21隨加熱時間的延長顯著增大（P＜0.05）外，其他溫度下的弛豫時間T21和峰面積A21均無顯著差別（P＞0.05）。在相同加熱時間下，隨加熱溫度的升高，總體上弛豫時間T21和峰面積A21均顯著減?。≒＜0.05），這可能是因為隨著加熱溫度的升高，蛋白質(zhì)變性程度增大且發(fā)生收縮，同時水-蛋白質(zhì)的氫鍵被破壞，將肌原纖維間的水分?jǐn)D出，所以不易流動水含量減少，即峰面積A21降低，剩余滯留的不易流動水的氫鍵鍵能較大，所以弛豫時間T21左移，即弛豫時間T21減小。另外，從表2可看出，隨著加熱時間的延長，弛豫時間T21和峰面積A21隨加熱溫度的升高降低得越來越快，這表明加熱溫度對肌原纖維蛋白的變性、收縮有影響，加熱時間對其雖然影響不顯著但也有一定的影響。本質(zhì)上來說，影響肉品嫩度的主要因素是肉品中的蛋白質(zhì)，其中肌原纖維蛋白的含量最高，其變化對肉品嫩度的影響很大。

2.6 不同加熱條件對肉樣微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖6 牛肉在不同加熱條件下的TEM圖（25 000×）Fig. 6 TEM pictures of braised beef under different heating conditions (25 000 ×)

從圖6可看出，隨著加熱溫度的升高，暗帶和明帶的界限變模糊，A帶收縮，M線膨脹并逐漸消失，Z線溶脹降解，肌節(jié)長度呈減小趨勢，表明加熱溫度對肉品的微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了影響。

肌節(jié)是肌原纖維的基本單位，兩條Z線之間的一段肌原纖維結(jié)構(gòu)為一個肌節(jié)。加熱過程中，肌原纖維會發(fā)生橫向收縮和縱向收縮，肌節(jié)長度與肌原纖維的縱向收縮密切相關(guān)，收縮程度越大，肌節(jié)長度越短，相應(yīng)地，出品率和營養(yǎng)成分也越少。

圖7 加熱溫度和時間對肌節(jié)長度的影響Fig. 7 Eeffect of heating temperature and time on sarcomere length

由圖7可知，相同溫度下，隨著加熱時間的延長，肌節(jié)長度整體呈縮短的趨勢，但在55、65 ℃和85、95 ℃處存在特殊現(xiàn)象。55 ℃和65 ℃的特殊現(xiàn)象與之前實驗結(jié)果一致，可能與肌動球蛋白解離有關(guān)。Okitani等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在較低溫度且相對較長時間加熱條件下，觀察到肌動蛋白含量增加，即肌動球蛋白存在明顯的解離現(xiàn)象，且嫩度較好；鄧少穎等[27]研究發(fā)現(xiàn)加熱溫度為50～60 ℃，加熱10～30 min時能顯著促進(jìn)肌動球蛋白的解離。85 ℃和95 ℃的特殊現(xiàn)象可能與膠原蛋白在高溫下的溶解、凝膠化有關(guān)，解除了膠原蛋白收縮對肌原纖維蛋白的束縛，從而肌節(jié)長度出現(xiàn)增長的現(xiàn)象，同時由于結(jié)締組織分布不均勻，肌節(jié)長度在該溫度段的變化也不一致。

相同加熱時間下，隨著加熱溫度的升高，肌節(jié)長度呈縮短的趨勢，但55 ℃和65 ℃無顯著差異（P＞0.05），在85 ℃（60 min以后）和95 ℃（90 min以后）存在反彈現(xiàn)象。出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因與前面推測一致，55～65 ℃因肌動球蛋白的解離，肌節(jié)長度沒有顯著縮短（P＞0.05）；85 ℃和95 ℃因膠原蛋白的溶解，肌節(jié)長度出現(xiàn)增長趨勢。

3 討 論

加熱處理廣泛應(yīng)用于肉品加工中，有利于改善肉的口感、殺滅細(xì)菌、保證肉品安全。肉經(jīng)過加熱處理以后，蛋白質(zhì)變性、降解，結(jié)構(gòu)發(fā)生了極大的變化，這些變化極大影響了肉品的嫩度、肉色、多汁性、風(fēng)味等食用品質(zhì)，其中嫩度是評價肉品品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。在本研究中，加熱溫度和時間對肉品各項嫩度相關(guān)指標(biāo)均有影響，特別是加熱溫度。

在75 ℃之前，蒸煮損失率隨加熱溫度的升高和加熱時間的延長顯著增大（P＜0.05），與DSC和低場核磁共振測定結(jié)果一致。熱加工過程肉中水分的損失與蛋白質(zhì)的變性及肌纖維結(jié)構(gòu)收縮息息相關(guān)，在蒸煮溫度達(dá)到50 ℃之前，水分損失可能主要與肌漿蛋白的變性有關(guān)，如大部分肌漿蛋白在45～50 ℃時就發(fā)生變性[6,28]；而當(dāng)溫度到達(dá)50 ℃以后，肉中更多的蛋白質(zhì)發(fā)生變性，特別是肌球蛋白在55～60 ℃時開始變性，肌球蛋白是肌纖維中含量最高的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，也是肌肉中保持水分最重要的載體；隨著溫度的增加，肉中另外一種重要組成蛋白——肌動蛋白也開始變性。Kirschner等[29]利用傅里葉變換紅外光譜確定了肌肉組織中的水分狀態(tài)在70 ℃附近有顯著變化，而該溫度正是肌原纖維蛋白中肌動蛋白的變性溫度。故在45～75 ℃之間，隨著肌原纖維蛋白的變性和收縮，減少了肌原纖維蛋白的親水性和纖維間的水分存儲空間，從而使肉樣蒸煮損失率顯著增加（P＜0.05）。

剪切力、MFI和肌節(jié)長度在55～65 ℃和85～95 ℃處存在特殊現(xiàn)象。目前的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)55～65 ℃的特殊變化可能與肌動球蛋白的解離有關(guān)。有研究報道牛肉、豬肉、雞肉加熱溫度到50～65 ℃左右時，大量的肌動蛋白可以從肌動球蛋白中解離，而當(dāng)溫度達(dá)到80 ℃后，這種解離過程停止，這也為低溫長時加熱提高肌肉嫩度提供了理論基礎(chǔ)[18,30]。Wang Daoying等[17]在鴨肉加熱過程中也發(fā)現(xiàn)肌動球蛋白在50 ℃開始解離，60 ℃解離程度最大，并認(rèn)為這是造成50～65 ℃溫度段剪切力平穩(wěn)或下降的主要原因。在此加熱階段，肉品嫩度較低，剪切力較低，肌纖維收縮程度小，肌節(jié)長度減小程度較小。85～95 ℃的特殊變化則與膠原蛋白在高溫下的溶解有關(guān)[10,19]，隨著溫度的升高，結(jié)締組織的膠原纖維發(fā)生熱變性，其完整性開始被破壞，導(dǎo)致肌原纖維結(jié)構(gòu)變得模糊，肌纖維結(jié)構(gòu)受到破壞；膠原蛋白的溶解性不僅降低了肉品韌度，也削弱了結(jié)締組織對肌原纖維的束縛，減少肉品收縮程度。

4 結(jié) 論

加熱溫度和加熱時間對各項嫩度相關(guān)指標(biāo)均有影響。在75 ℃以內(nèi)，隨加熱溫度的升高和加熱時間的延長，蒸煮損失率顯著增大（P＜0.05），變性焓值、T21和A21總體上顯著降低（P＜0.05）。加熱30 min后，剪切力隨加熱時間的延長無顯著變化（P＞0.05），隨加熱溫度的升高呈先減小再增大再減小的趨勢；MFI隨加熱時間的延長變化較不顯著（P＞0.05），隨加熱溫度的升高呈逐漸增大的趨勢；肌節(jié)長度隨加熱時間的延長和加熱溫度的升高呈縮短趨勢。但剪切力、MFI和肌節(jié)長度在55～65 ℃和85～95 ℃處存在特殊現(xiàn)象。推測75 ℃以后蛋白質(zhì)基本完全變性，55～65 ℃時肌動球蛋白發(fā)生解離，85～95 ℃時膠原蛋白發(fā)生溶解，這可為牛肉加熱類菜肴的工業(yè)化生產(chǎn)提供科學(xué)理論指導(dǎo)。

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Changes in Tenderness and Water-Holding Capacity and Underlying Mechanism during Beef Stewing

SUN Hongxia1, HUANG Feng1,2, DING Zhenjiang1, ZHANG Chunjiang1,2, ZHANG Liang1,2, ZHANG Hong1,2,*
(1. Institute of Food Science and Technology, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China;2. College of Staple Food Technology, Institute of Food Science and Technology, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Harbin 151900, China)

The objective of the present study was to investigate the mechanism underlying the changes in beef tenderness and water-holding capacity during stewing by examining cooking loss rate, Warner-Bratzler shear force, myof i bril fragmentation index (MFI), sarcomere length and low fi eld nuclear magnetic resonance (LF-NMR) characteristics. Results showed that cooking loss percentage increased significantly with increasing heating temperature (P ＜ 0.05). Warner-Bratzler shear force overall increased with increasing temperature despite a decrease from 45 to 55℃ and from 75 to 95 ℃. Meanwhile,MFI signif i cantly increased as temperature rose from 55 to 65 ℃ (P ＜ 0.05), which may be ascribed to the liberation of actin from actomyosin, which also contributed to the decreased tenderness at 55 ℃. LF-NMR analysis indicated that both transverse relaxation time (T21) and peak area (A21) decreased signif i cantly. Sarcomere length and cooking loss percentage also decreased signif i cantly with increasing temperature from 55 to 65 ℃. These results demonstrated that controlling the temperature in the range of 55—65 ℃ is critical during beef stewing, which could provide a theoretical basis for processing Chinese braised beef at low temperature.

beef; stewing; water; protein; tenderness

10.7506/spkx1002-6630-201801013

TS251.6

A

1002-6630（2018）01-0084-07

孫紅霞, 黃峰, 丁振江, 等. 不同加熱條件下牛肉嫩度和保水性的變化及機理[J]. 食品科學(xué), 2018, 39(1): 84-90.

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201801013. http://www.spkx.net.cn

SUN Hongxia, HUANG Feng, DING Zhenjiang, et al. Changes in tenderness and water-holding capacity and underlying mechanism during beef stewing[J]. Food Science, 2018, 39(1): 84-90. (in Chinese with English abstract)

10.7506/spkx1002-6630-201801013. http://www.spkx.net.cn

2016-10-20

中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費專項（0032015016）；

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程協(xié)同創(chuàng)新任務(wù)項目（CAAS-XTCX2016005）

孫紅霞（1992—），女，碩士，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工理論與技術(shù)。E-mail：1559606458@qq.com

*通信作者簡介：張泓（1958—），男，研究員，博士，研究方向為食品加工裝備與工程。E-mail：zhang.h07@hotmail.com