王瑩,孟可心,高海燕,秦躍奇,姜繼凱,張麟,曾潔

（河南科技學院食品學院,河南新鄉(xiāng)453003）

作為世界第三消耗肉品,牛肉含有豐富的蛋白質、氨基酸,能提高機體抗病能力,適宜人們的生長發(fā)育及術后、病后在補充失血和修復組織等方面的調養(yǎng)[1].在生活中,由于牛肉的生產過程中受到飼養(yǎng)、屠宰、運輸以及儲存多個因素的影響,人們消費到的牛肉往往存在口感粗糙、不易咀嚼的缺陷,這是牛肉持水力較差的結果[2].研究表明,牛肉的持水力對牛肉的品質至關重要.肉的持水力是指肉類在加工過程中,肉內原有的水分以及添加到肉中的水分的保持能力.肉類持水力的大小與成品質量關系甚大,也就是說肉的持水力愈大,成品的質地愈顯軟嫩[3-4].菠蘿果實品質優(yōu)良,營養(yǎng)豐富,具有清暑解渴、消食止瀉等功效,菠蘿中含有菠蘿蛋白酶,能有效分解肉中的蛋白質,使被分解的蛋白質大分子能與大量的水分子締合,從而提高肉的持水性[5-6].

本文旨在探究菠蘿汁改善牛肉持水力效果的影響因素,找出最佳處理條件,解決因牛肉持水力過低造成牛肉粗老的問題,為牛肉的進一步加工利用提供嫩度更高的原料,提高牛肉深加工產品的質量,以期為工業(yè)化生產牛肉制品的嫩化工藝提供理論參考.

1 材料和方法

1.1 材料與設備

牛肉（冷凍）、新鮮菠蘿,購于世紀華聯(lián)超市.

體積分數(shù)為10%的甲醛溶液,天津德恩化學試劑有限公司；液體石蠟,天津德恩化學試劑有限公司；曙紅Y（水溶）,天津科密歐化學試劑有限公司；0.1 mol/LNaOH溶液、0.2 mol/L磷酸二氫鈉溶液,自制.

電熱恒溫鼓風干燥箱DHG-9140A,上海三發(fā)科學儀器有限公司；臺式離心機TDL-40B,上海安亭科學儀器廠；電熱恒溫水浴鍋DZKW-D-Z,北京市永光明醫(yī)療儀器廠；電子天平BS124S,賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；pH數(shù)字酸度計,上海精科；Midea攪拌機MJ-25BMO3C,廣東美的精品電器制造有限公司；電子天平T-500 Max＝500 g,d＝0.1 mg,美國雙杰兄弟有限公司；Q200差示掃描量熱儀,美國TA公司；TA.XT-plus物性測定儀,英國Stable Micro System公司；Quanta 200掃描電子顯微鏡,美國FEI公司.

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程 原料預處理→原料肉切丁→加菠蘿汁→腌制→煮制→冷卻→樣品測試

1.2.1.1 牛肉前處理 將冷凍的牛肉從冰箱中取出,放入水槽中用自來水解凍,大約3 h.將解凍好的牛肉取出,去除脂肪、筋膜,用清水稍沖洗一下即可,擦干表面水分.

1.2.1.2 菠蘿汁的制備方法 選取成熟的菠蘿,洗干凈后去皮,切成1 cm3左右的塊狀,用榨汁機榨汁,之后用4層紗布進行粗濾,再用離心機離心分離（4 000 r/min、20 min）,取上清液放冰箱備用[7].

1.2.2 單因素試驗設計

1.2.2.1 菠蘿汁質量分數(shù) 以牛肉的用量10 g為基準,設定處理時間為60 min,處理溫度為50℃,考察菠蘿汁質量分數(shù)分別為0、2%、4%、6%、8%、10%時,對牛肉持水力的影響.

1.2.2.2 處理時間 以牛肉的用量10 g為基準,以1.2.2.1中的最優(yōu)菠蘿汁質量分數(shù),處理溫度為50℃,考察菠蘿汁處理時間分別為20、40、60、80、100 min時,對牛肉持水力的影響.

1.2.2.3 處理溫度 以牛肉的用量10 g為基準,以1.2.2.1中的最優(yōu)菠蘿汁質量分數(shù),1.2.2.2中的最優(yōu)處理時間,考察菠蘿汁處理溫度分別為30、40、50、60、70℃時,對牛肉持水力的影響.

1.2.3 正交試驗設計 根據(jù)單因素試驗結果進行正交試驗[8],將菠蘿汁質量分數(shù)、溫度、處理時間3個因素作為自變量,根據(jù)單因素結果獲得各因素水平取值范圍.以牛肉持水力為指標,采用L9（34）正交試驗設計[9],進行正交試驗優(yōu)化.

1.3 測定指標

1.3.1 牛肉持水力測定

1.3.1.1 牛肉含水量測定 利用恒溫干燥法,取潔凈玻璃制的扁形干燥皿,置于100±5℃干燥箱中,加熱0.5～1.0 h后取出,置于干燥器中0.5 h,稱量,并重復干燥至恒溫[10].稱取10 g切碎的牛肉,放入干燥皿中,樣品厚度為5 mm,精密稱量（干燥皿+肉質量）后,置于100±5℃干燥箱中,干燥2.0 h后取出,放入干燥器內冷卻0.5 h后稱量（干燥皿+肉質量）,再放入100±5℃干燥箱中干燥1.0 h左右,取出,放入干燥器內冷卻0.5 h后再稱量（干燥皿+肉質量）,至前后兩次質量差不超過2 mg,即為恒質量.含水量按下式計算牛肉含水量/%=（干燥前質量-干燥后質量）/肉質量×100

1.3.1.2 牛肉離心損失率測定 稱取10 g牛肉,用濾紙擦干表面水分,將其用搗臼搗碎,置于離心管中,稱質量后放在離心機中離心（轉速4 000 r/min,20 min）,取出離心管,將離心管中的水分倒出,并且用濾紙將其表面的水分吸干,將樣品及離心管一起稱質量[11],離心損失率按下公式計算

離心損失率/%=（離心前質量-離心后質量）/離心前質量×100

1.3.1.3 牛肉持水力計算方法 牛肉持水力的計算方法為

持水力=牛肉的含水量-離心損失率

1.3.2 質構測定 采用TA.XT-plus物性測定儀進行測定.硬度和其他物性的測定：先將牛肉進行最佳處理,然后擦干表面水分,順著肌纖維方向切取30 mm3的正方體,放在質構儀上測定其硬度值,重復測定3次,取平均值.測定條件：選用P/50平底圓柱形探頭；操作模式：壓力測定；操作類型：TPA；測試前速度：2.00 mm/s；測試速度：2.00 mm/s；測試后速度：2.00 mm/s；測試距離：樣品高度的 50%.數(shù)據(jù)分析：硬度、彈性、膠著性、咀嚼性及回復性等物性數(shù)據(jù)采用TPA-macro軟件分析,Excel 2000統(tǒng)計分析其他數(shù)據(jù)[12].

1.3.3 DSC測定 處理后的牛肉用DSC測定熱力學性質.測定條件：樣品質量40 mg左右,溫度范圍：40～120℃,升溫速率10℃/min,氮氣流速50 mL/min.分析出現(xiàn)峰的溫度范圍和焓值.

1.3.4 牛肉組織形態(tài)結構及其它指標測定 采用顯微掃描電鏡法,順肌纖維走向切1 cm×1 cm×1 cm的牛胸脯肉,用體積分數(shù)為10%的甲醛溶液浸泡固定24 h,然后用液體石蠟掩埋數(shù)小時后切成1 mm的薄片,用曙紅染色,晾干后在顯微鏡下觀察結構形態(tài)的變化情況.

1.3.5 色差測定 用色差計分析牛肉的色澤,稱取最優(yōu)條件處理的牛肉10 g,測定L*,a*,b*值,其中L*為亮度值,a*為紅色值,b*為黃色值.

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007軟件處理分析試驗數(shù)據(jù)；每組3個重復,數(shù)據(jù)結果以平均值±標準偏差表示.

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 不同質量分數(shù)菠蘿汁的影響 在溫度50℃的情況下,采用不同質量分數(shù)的菠蘿汁嫩化牛肉60 min,測定結果見圖1.

圖1 菠蘿汁質量分數(shù)對牛肉持水力的影響Fig.1 Effect of pineapple juice concentration on the water retention of beef

由圖1可以知,隨著菠蘿汁添加量的增加,牛肉的持水力不斷升高,嫩度得到了顯著改善,當菠蘿汁添加量為6%（以浸泡液質量計）時,牛肉持水力從71.125升高到了73.971,升高了4.0%,隨著菠蘿汁添加量的進一步提高持水力有所下降,且肉的顏色變得越來越難以接受,原因可能是菠蘿汁的顏色干擾了肉的正常顏色,且菠蘿汁中含有一些多酚類物質,隨著菠蘿汁添加量的增加,會發(fā)生褐變使肉的顏色加深,所以綜合考慮確定菠蘿汁最適添加量為6%.

2.1.2 處理溫度的影響 在菠蘿汁添加量為6%的情況下,采用不同溫度處理牛肉60 min,測定結果見圖2.

圖2 溫度對牛肉持水力的影響Fig.2 Influenceof temperature on the hydroscopicity of beef

由圖2可知,隨著溫度的提高,牛肉的持水力不斷增大,當溫度為50℃時,牛肉持水力達到最大,此后隨著溫度的進一步升高,持水力又開始減小,可能是由于溫度超過了菠蘿汁中菠蘿蛋白酶的最適作用溫度,使酶活性降低.所以選擇最佳處理溫度為50℃.

2.1.3 處理時間的影響 在菠蘿汁添加量為6%、溫度為50℃時,采用不同時間處理牛肉,測定結果見圖3.

圖3 處理時間對牛肉持水力的影響Fig.3 Effectsof treatment time on the water retention of beef

由圖3可知,隨著時間的延長,牛肉的持水力不斷升高,嫩度得到了顯著改善,當處理時間為60 min時,牛肉持水力從71.878增大到74.553,增大了3.7%,隨著處理時間的進一步延長,牛肉持水力降低,可能是由于熱處理時間過長時,菠蘿汁中的酶發(fā)生了部分變性的原因.所以選擇處理時間為60 min.

2.2 正交試驗

根據(jù)單因素試驗結果進行正交試驗,采用L9（34）正交試驗設計[8],正交試驗因素水平表見表1.比較菠蘿汁添加量、時間、溫度因素對牛肉持水力的影響,通過正交分析確定牛肉持水力最高的最佳組合[8].

表1 正交試驗因素水平Tab.1 Factor level of orthogonal test

正交試驗結果見表2.

表2 正交試驗結果Tab.2 Orthogonal experimental results and analysis

對正交試驗結果進行方差分析，結果見表3.

表3 正交實驗方差分析Tab.3 Analysis of varianceof orthogonal experiment

由表2和表3可知,提高牛肉持水力的最佳組合為A2B1C3,經(jīng)驗證試驗A2B1C3持水力為74.543,高于9組試驗的結果,即菠蘿汁添加量為6%,溫度為40℃,時間為80 min.影響牛肉持水力的因素主次排列順序為C＞B＞A,即時間對牛肉持水力的影響最大,其次是溫度,菠蘿汁添加量對其影響較低.方差分析表明,溫度和時間對牛肉持水力的影響比較顯著.

2.3 DSC測定

DSC測定結果見表4和圖4.

表4 DSC分析熱力學參數(shù)Tab.4 DSCanalysis of thermodynamic parameters

圖4 DSC分析圖譜Fig.4 DSCanalysis atlas

由表4和圖4可知,最佳組合條件處理牛肉后,牛肉樣品有2個峰,隨著肉樣處理溫度的升高,峰的個數(shù)減少,峰面積也逐漸變小,最終消失.當處理溫度為67℃時,峰1消失,當處理溫度為85℃時,峰2消失,此時牛肉中的蛋白質已發(fā)生變性.表4是不同溫度處理及牛肉樣品的DSC變性溫度和變性焓.牛肉的2個峰分別對應2個變性溫度和對應的2個變性焓,當牛肉樣以最佳溫度40℃處理時,肉樣還沒有出現(xiàn)峰1,此時肌球蛋白、肌動蛋白溫度推后,焓值有增大、有減小,說明處理后牛肉中蛋白質發(fā)生了變化但還沒有發(fā)生變性.

2.4 質構測定

最佳組合處理牛肉的硬度及其他物性的比較如表5所示.

表5 最佳條件處理對牛肉硬度等物性的影響Tab.5 Effectsof optimal conditionson physical properties such as hardness of beef

由表5可看出,與對照組相比,處理過的牛肉的硬度有所降低,處理過的牛肉的硬度從對照的22 787.634降到了9 958.339,幅度達56.3%.提高持水力對牛肉的其他物性也有很明顯的影響.處理后牛肉彈性、膠著性、咀嚼性、回復性都比對照有所降低,表明此時牛肉的口感較好.菠蘿汁浸泡處理后,牛肉的亮度增大,黃度增大,紅度有所下降,pH值從5.90變?yōu)?.99.

2.5 色差分析

菠蘿汁最佳處理條件處理的牛肉色差如圖5所示.

圖5 最佳條件處理對牛肉色澤和pH值的影響Fig.5 Effectsof optimal conditions on the color and pH of beef

由圖5可以看出,用菠蘿汁處理過的牛肉L*值明顯增加,色澤增白,主要是因為球蛋白的變性導致.a*值減小,牛肉由紅色變成粉紅色.這種現(xiàn)象可能是由于菠蘿汁處理時導致肌紅蛋白變性所致.同時a*值比對照組下降,說明菠蘿汁處理對亞硝基肌紅蛋白質的形成和穩(wěn)定性有一定的影響,b*值比對照組略增加,可能是菠蘿汁中的黃色色素使處理過的牛肉黃度值增加.總之,最佳條件下處理的牛肉的色澤比對照組偏淺.

2.6 最佳組合處理牛肉的超微結構

肉的超微結構是指肉經(jīng)顯微鏡掃描后,擴大一定倍數(shù)后所看到的肉的組織結構.其好壞主要是通過肉紋理的粗細、肉斷面的光滑程度、肌原蛋白被分解程度、肌原纖維的斷裂情況、肉組織結構的破壞程度、脂肪存放量和分散程度來判斷.一般認為紋理細膩、斷面如縐綢般光滑、肌原蛋白大部分被分解、肌原纖維大部分已斷裂、肉的組織結構被破壞的很厲害、脂肪細膩分散一致,呈大理石紋狀的肉較好[13-14].

圖6 嫩化牛肉的超微結構圖（×400）Fig.6 Microstructure of tenderized beef（×400）

由圖6-a可知,對照組的牛肉紋理很粗,肌原蛋白沒有被分解,肌原纖維較長,大部分都沒斷裂,組織結構斷面粗糙,而且組織比較完整,基本上沒被破壞,脂肪的存放量多且分布不均勻.由圖6-b可知,經(jīng)最佳條件浸泡的牛肉的紋理比較細膩,結構比較細密,斷面相對光滑,肌原蛋白很明顯被分解,肌纖維部分斷裂,組織結構也被破壞的不完整,脂肪分布零散、均勻.綜上所述,被處理過的牛肉有一定的嫩化效果,這與以物性作為嫩化指標測定的結果基本一致.

3 小結

本文以牛肉持水力為指標,通過單因素試驗和正交試驗優(yōu)化獲得菠蘿汁最佳處理牛肉條件為：菠蘿汁質量分數(shù)為6%,處理溫度為40℃,處理時間為80 min.極差分析表明各因素影響的主次順序為：處理時間＞處理溫度＞菠蘿汁質量分數(shù),即菠蘿汁的處理時間對牛肉的持水力影響最大,經(jīng)菠蘿汁適當處理后牛肉的品質有所提高.采用電鏡、質構以及DSC分析研究了菠蘿汁影響牛肉持水力效果的機理.電鏡觀察結果表明菠蘿汁處理后的牛肉紋理較細膩,斷面較光滑,肌原纖維有斷裂現(xiàn)象.DSC分析表明,菠蘿汁處理后牛肉的肌球蛋白被部分分解,焓值降低.質構分析表明菠蘿汁處理后的牛肉硬度、彈性、膠著性、咀嚼性、回復性都比對照組低,說明牛肉的持水力增強,肉的嫩度有所提高.總之,采用適當質量分數(shù)的菠蘿汁溶液浸泡牛肉,可提高牛肉的持水力,為牛肉制品的工業(yè)化生產提供一定的理論依據(jù).