陳玉茹,楊 靜,黃蘇紅,程軼群,黃 明,*

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,肉品加工與質(zhì)量控制教育部重點實驗室,江蘇省肉類生產(chǎn)與加工質(zhì)量控制協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇南京 210095;2.南京黃教授食品科技有限公司,江蘇南京 211225)

隨著火鍋在中國的風(fēng)靡,毛肚因其脆嫩化渣的口感,成為火鍋叫賣率最高的葷類菜品[1]。毛肚是牛胃的一部分,牛在生物學(xué)上屬于復(fù)胃反芻性動物,擁有瘤胃、網(wǎng)胃、瓣胃、皺胃四個胃,而毛肚指的是牛瓣胃內(nèi)層褶皺形成的葉片[2]。不同于骨骼肌和心肌,牛胃是典型的內(nèi)臟平滑肌,膠原蛋白和彈性蛋白分別占總蛋白的20.1%和1.0%[3],而骨骼肌中膠原蛋白含量只有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顯,必須經(jīng)過復(fù)水漲發(fā)才能食用。

干制后的毛肚表面存在一層致密的類似生物膜的脂蛋白,高含量的膠原蛋白具有甘氨酸、脯氨酸、羥脯氨酸組成的三股螺旋結(jié)構(gòu),具有較強韌性和剪切性[5-6]。目前毛肚漲發(fā)常用的方法是氫氧化鈉堿法處理[7-8]和生物酶嫩化,但氫氧化鈉的強堿性會給毛肚漲發(fā)的工作人員帶來安全隱患,堿發(fā)后還需反復(fù)漂洗脫堿,造成大量水資源浪費,且漂洗后毛肚pH仍接近10.5;生物酶雖然能使蛋白適當(dāng)水解,但很難穿越毛肚表面致密的膜結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其水解作用有限,增重效果不理想,使用上存在局限性[9],因此目前急需尋找一種新的毛肚漲發(fā)方法。

毛肚漲發(fā)的關(guān)鍵在于提高其水分吸收能力,水分多存在于纖維間隙,而纖維間距會隨pH、離子強度、滲透壓及肌肉松弛程度變化[10]。使用酸、堿、鹽腌制是肉類工業(yè)常用的嫩化方法,可以改變組織的pH,提高其嫩度、保水性和出品率[11-13]。碳酸鈉屬于堿性鹽,常用于肉的嫩化,且人體血液的緩沖液中也包含碳酸和碳酸氫根,以維持機體正常的酸堿度。因碳酸鈉具有溶解肌原纖維和增強靜電斥力的作用,肉制品經(jīng)其處理后pH升高,肌纖維結(jié)構(gòu)發(fā)生弱化,蛋白質(zhì)偏離等電點,表面負電荷增多,與水分子更易結(jié)合形成水化層,蛋白質(zhì)持水力提高[14-15]。研究表明,太平洋白對蝦經(jīng)碳酸鈉腌制后增重明顯、溶出蛋白質(zhì)增加、剪切力降低[16]。作為一種常見的食品添加劑,碳酸鈉可改善肉的整體適口性,降低蒸煮損失,提高嫩度。本研究以鹽漬毛肚為試驗原料,采用響應(yīng)面法優(yōu)化碳酸鈉漲發(fā)毛肚的工藝條件,并測定碳酸鈉漲發(fā)后毛肚的水分分布和微觀結(jié)構(gòu)變化,為工業(yè)化生產(chǎn)漲發(fā)毛肚提供工藝參考并為毛肚漲發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鹽漬牛瓣胃 重慶渝北區(qū)田野牧牛人農(nóng)副產(chǎn)品經(jīng)營部提供;碳酸鈉 食品級,南京甘汁園糖業(yè)有限公司。

TA-XTPlus Texture Analyser物性測試儀 英國Stable Micro System公司;低場核磁共振儀 上海紐邁電子科技有限公司;正置熒光顯微鏡 德國Carl Zeiss公司;RM2016病理切片機 上海徠卡儀器有限公司;ZKSY-600恒溫水浴鍋 南京科爾儀器設(shè)備有限公司;AUY120電子分析天平 日本Shimazu公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 毛肚漲發(fā)步驟 鹽漬牛瓣胃去掉脂質(zhì)層,分割取瓣胃葉片10 g左右準(zhǔn)確稱重、洗凈,用超純水將洗凈的葉片浸泡過夜,再用一定濃度的碳酸鈉溶液將其在一定的溫度下浸泡一定時間,最后用超純水沖洗干凈,瀝干葉片表面水分準(zhǔn)確稱重。

1.2.2 毛肚漲發(fā)條件的單因素實驗 選定碳酸鈉濃度、碳酸鈉處理時間、溫度為考察因素,毛肚用超純水浸泡過夜脫鹽,料液比固定1∶6 (g/mL)將毛肚放入碳酸鈉溶液浸泡,碳酸鈉濃度設(shè)為0.5%、1.0%、3.0%、5.0%、7.0%(w/v),碳酸鈉處理時間設(shè)為1、2、3、4、5 h,溫度設(shè)為4、25、35、45、55 ℃,最后用超純水沖洗浸泡2 h,單因素中不變的因素設(shè)定為碳酸鈉濃度3.0%,碳酸鈉處理時間2 h,溫度35 ℃。以毛肚增重率和破碎力為指標(biāo),綜合考慮漂燙損失及感官評分進行試驗。

1.2.3 毛肚漲發(fā)條件的響應(yīng)面試驗 根據(jù)單因素實驗結(jié)果,選擇碳酸鈉濃度(A)、碳酸鈉處理時間(B)、溫度(C)為試驗因子,增重率(Y1)、破碎力(Y2)為響應(yīng)值,采用Box-Behnken試驗設(shè)計和響應(yīng)面分析法。試驗因素和水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗因素與水平表Table 1 Factors and levels of response surface design

1.3 分析方法

1.3.1 增重率的測定 參照高菲菲等[17]的方法,按公式(1)計算增重率。

式(1)

式中:m0表示漲發(fā)前毛肚的質(zhì)量(g);m1表示漲發(fā)后毛肚的質(zhì)量(g)。

1.3.2 漂燙損失的測定 參照胡代芳等[18]的方法并適當(dāng)修改,按公式(2)計算漂燙損失。

式(2)

式中:m1表示漲發(fā)后毛肚的質(zhì)量(g);m2表示漲發(fā)毛肚經(jīng)沸水漂燙15s后的質(zhì)量(g)。

1.3.3 脆度的測定 參照劉貝貝[19]的方法并適當(dāng)修改,樣品經(jīng)沸水涮燙15 s后切成2 cm×2 cm大小的均勻試樣,使用物性測試儀,將樣品置于P/5探頭下檢測牛肚的脆度。測定條件為:測前速度5 mm/s,測試速度1 mm/s,測后速度10 mm/s,樣品壓縮比為95%,觸發(fā)類型為自動,觸發(fā)力為15 g,用測得的破碎力表征樣品脆度。

1.3.4 感官評價 將在不同條件下發(fā)制的毛肚經(jīng)沸水涮燙15 s后進行感官評定打分,感官評定小組由20名具有感官評定經(jīng)驗并經(jīng)過專門培訓(xùn)的成員組成。將涮燙后的毛肚放入白色烤瓷盤,評價在同一環(huán)境下采用雙盲法進行,小組成員在感官評定之前及進行中使用無異味的溫水漱口,成員之間無交流,對毛肚的顏色、氣味、組織結(jié)構(gòu)、脆性進行打分,評分采用百分制,評定標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 漲發(fā)毛肚感官評定標(biāo)準(zhǔn)Table 2 The sensory evaluation standards of rehydrated beef tripe

1.3.5 水分分布的測定 稱量樣品2±0.02 g,采用低場核磁共振CPMG脈沖序列測定樣品的橫向弛豫時間并進行反演。參數(shù)設(shè)置如下:采樣頻率100 kHz,累加次數(shù)8,采樣等待時間4000 ms,回波時間0.25 ms,回波個數(shù)6000。

1.3.6 組織結(jié)構(gòu)的觀察 毛肚石蠟切片的制作和天狼猩紅染色參考李巖[20]和高菲菲[4]的方法,染色后用正置熒光顯微鏡觀察。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗每個處理組采用來自五頭黃牛的五個獨立的牛瓣胃(n=5),進行三次平行試驗。數(shù)值顯著性差異使用SAS 8.1中Duncan’s multiple-range test分析;圖形繪制使用 Origin 9.0;響應(yīng)面試驗使用Design-Export 8.0.6軟件設(shè)計并分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 毛肚漲發(fā)的單因素實驗

2.1.1 碳酸鈉處理對毛肚增重和漂燙損失的影響 由圖1a知,碳酸鈉濃度0.5%和1.0%處理組增重率無顯著性差異(P>0.05),當(dāng)濃度升到3.0%增重率顯著降低(P<0.05),濃度在3.0%～7.0%時增重率呈穩(wěn)定狀態(tài)。碳酸鈉作用于毛肚脂蛋白,部分外周蛋白溶解形成空隙,為外界水分進入創(chuàng)造了有利條件[15],隨著碳酸鈉濃度升高,體系pH以及離子強度變化引起毛肚肌束膜和肌內(nèi)膜蛋白變性[21],影響了蛋白質(zhì)和水結(jié)合的能力,增重率下降。低濃度碳酸鈉處理時增重率高但漂燙損失也高,可能是因為毛肚增重的水分多為自由水,自由水與毛肚結(jié)合不穩(wěn)定,高溫漂燙時易流失。

圖1 碳酸鈉濃度(a)、碳酸鈉處理時間(b)、溫度(c)對毛肚增重和漂燙損失的影響Fig.1 Effect of concentration of Na2CO3(a),treatment time(b)and temperature(c)on weight gain and cooking loss of beef tripe注:不同大寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

由圖1b知,1～5 h內(nèi)毛肚增重率隨處理時間延長而降低,超過3 h后增重率無顯著性變化(P>0.05),與李凜等[7]研究氫氧化鈉漲發(fā)毛肚的結(jié)果相似,堿處理時間過長毛肚增重率降低。2 h處理組漂燙損失顯著低于1 h處理組(P<0.05),2～4 h漂燙損失無顯著性變化(P>0.05)。碳酸鈉作用時間越長,對毛肚結(jié)構(gòu)的破壞程度越大,蛋白結(jié)構(gòu)弱化[22],進而影響了其吸水增重和保水性。

由圖1c知,毛肚增重率隨溫度升高先升后降,4～45 ℃毛肚增重率隨溫度的升高而上升,超過45 ℃增重率顯著降低(P<0.05),這與胡代芳等[18]探究氫氧化鈉漲發(fā)毛肚時溫度對增重的影響結(jié)果一致。值得注意的是,4～45 ℃漂燙損失的變化規(guī)律與增重率相反,增重率高的處理組漂燙損失反而低。可能是因為一定范圍內(nèi)加熱溫度升高,纖維空隙增大,大量水分進入,增重率提高,隨著加熱時間延長,纖維收縮重組,交織成網(wǎng)[20],部分自由水轉(zhuǎn)變成不易流動水,漂燙時不易流失,故漂燙損失比低溫漲發(fā)時要低。溫度超過45 ℃后,可能有部分膠原蛋白溶解、肌原纖維蛋白變性聚集,導(dǎo)致復(fù)水增重能力下降。

2.1.2 碳酸鈉處理對毛肚感官得分和脆度的影響 毛肚最關(guān)鍵的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)是脆度,因食品柔脆品質(zhì)的構(gòu)成因素較為復(fù)雜,目前尚未形成比較一致的表征方法[23-25],本研究將毛肚的感官評定脆度項得分與物性測試儀測得的破碎力結(jié)合,確定毛肚的破碎力與脆度得分的對應(yīng)關(guān)系。由表3知,碳酸鈉濃度在0.5%～1.0%時,隨濃度升高破碎力降低,脆度得分升高,超過3.0%后破碎力無顯著性變化。1.0%處理組脆度得分最高,且其增重率與增重率最高的0.5%處理組無顯著性差異,故碳酸鈉濃度選擇1.0%。

表3 不同濃度碳酸鈉處理對毛肚感官得分和破碎力的影響Table 3 Effects on sensory scores and rupture strength of beef tripe treated with different concentration of Na2CO3

由表4知,毛肚的感官評定總分和脆度得分均隨處理時間的延長先升后降,2 h處理組總分最高,3 h處理組脆度得分最高且與2 h處理組無顯著性差異,破碎力分別為2362.32±81.65、2376.88±29.74 g。碳酸鈉作用初期,大量水分進入,脆度得分和感官評定總分迅速提高,超過3 h后大量蛋白溶出,結(jié)構(gòu)開始軟爛,失去脆的口感。1 h處理組雖然增重率比2 h處理組略高,但其口感過于韌硬,嫩脆度遠不及后者,故確定碳酸鈉處理時間為2 h。

表4 不同碳酸鈉處理時間對毛肚感官得分和破碎力的影響Table 4 Effects on sensory scores and rupture strength of beef tripe treated with different time of Na2CO3

由表5知,感官評定總分和脆度得分均隨溫度的升高先升后降,而破碎力持續(xù)下降。45 ℃處理組總分和脆度得分都最高,此時破碎力為2224.30±99.77 g,與常海軍[26]研究結(jié)果一致,溫度升高有助于膠原組織變性溶解、結(jié)構(gòu)松散,呈現(xiàn)嫩化效果。45 ℃條件下增重率和脆度得分都是最高的,確定溫度為45 ℃。

表5 不同溫度對毛肚感官得分和破碎力的影響Table 5 The effects on sensory scores and rupture strength of beef tripe treated with different temperature

2.2 毛肚漲發(fā)的響應(yīng)面試驗

2.2.1 響應(yīng)面設(shè)計方案與結(jié)果 在單因素實驗的基礎(chǔ)上,利用Design-Expert 8.0.6軟件中的Box-Behnken試驗設(shè)計,以增重率和破碎力為響應(yīng)值,進行3因素3水平的響應(yīng)面優(yōu)化試驗,試驗組合與結(jié)果如表6所示。

表6 響應(yīng)面試驗設(shè)計與結(jié)果Table 6 Experimental design and results for response surface analysis

2.2.2 模型方程的建立及顯著性分析 使用Design-Expert 8.0.6軟件對試驗數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合分析,得到方差分析結(jié)果(表7、表8)及毛肚增重率(Y1)、破碎力(Y2)關(guān)于碳酸鈉濃度(A)、碳酸鈉處理時間(B)、溫度(℃)的回歸方程:

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 增重率回歸模型方差分析Table 7 Variance analysis of regression model for weight increase rate

由表7毛肚增重率回歸模型系數(shù)顯著性結(jié)果知,B、B2、AB對增重率影響顯著(P<0.05)。C、BC、C2對增重率影響極顯著(P<0.01)?；貧w方程各因素的系數(shù)絕對值表示該因素對響應(yīng)值指標(biāo)的影響程度,由此得出結(jié)論:溫度對增重率的影響最大,其次是碳酸鈉處理時間,貢獻最小的是碳酸鈉濃度。由表8知,A、B、C、A2、C2對破碎力影響極顯著(P<0.01),影響毛肚破碎力的因素由主到次依次是:溫度、碳酸鈉濃度、碳酸鈉處理時間。

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

2.2.3 各因素交互作用分析 由圖2a、圖2d知,毛肚增重率隨碳酸鈉濃度升高先增后降,隨處理時間延長也是先增后降;破碎力隨碳酸鈉濃度升高和時間延長都呈減小趨勢。等高線越接近橢圓代表兩因素交互作用越明顯[27],由等高線形狀知碳酸鈉濃度和處理時間的交互作用對增重率影響較大,但兩者交互作用對毛肚的破碎力無顯著性影響。由圖2b、圖2e知,增重率隨碳酸鈉濃度和溫度升高都呈先增后降趨勢,溫度變化對增重率的影響更大,但兩者對增重率的影響交互作用不明顯;破碎力隨碳酸鈉濃度和溫度升高均呈下降趨勢,且兩者對破碎力的影響都十分顯著,但交互作用不顯著。由圖2c、圖2f可知,增重率隨碳酸鈉濃度升高和處理時間延長先增后降,且兩者交互作用對增重率影響明顯;破碎力隨溫度升高顯著降低,隨處理時間延長也呈降低趨勢,但這兩個因素對破碎力的影響無明顯交互作用。

圖2 各因素交互作用對毛肚增重率和破碎力影響的響應(yīng)面圖Fig.2 Response surface diagram showing the interaction for various factors on weight gain rate and rupture strength of beef tripe

2.2.4 最優(yōu)工藝參數(shù)的確定與優(yōu)化驗證 使用軟件Design-Expert 8.0.6進行最優(yōu)化分析,根據(jù)單因素試驗結(jié)果,由表3～表5可知,當(dāng)漲發(fā)毛肚破碎力在1900.00～2400.00 g范圍內(nèi)毛肚嫩脆度得分較高,因此設(shè)定增重率最大,破碎力在1900.00～2400.00 g,優(yōu)化得出最佳試驗參數(shù):碳酸鈉濃度1.03%、處理時間2.28 h、溫度42.59 ℃,增重率理論值可達187.72%,破碎力理論值為2400.00 g。為方便實際操作，驗證實驗將工藝參數(shù)調(diào)整為碳酸鈉濃度1.03%，處理時間2.3 h,溫度43 ℃,測得增重率185.25%±3.61%,破碎力2333.31 g±99.12 g,實際測量值與模型預(yù)測值吻合,響應(yīng)面模型優(yōu)化出的碳酸鈉漲發(fā)毛肚的工藝參數(shù)可靠。

2.3 碳酸鈉處理對毛肚水分分布的影響

以未處理的干毛肚和水處理(2.3 h,43 ℃)的毛肚為對照,測定碳酸鈉最優(yōu)參數(shù)漲發(fā)毛肚的橫向弛豫時間圖譜如圖3。從圖中可以看出,曲線有4個峰,對應(yīng)為結(jié)合水(T21:0.01～10 ms)、不易流動水(T22:10～100 ms)、自由水(T23:100～10000 ms)[28]。經(jīng)復(fù)水漲發(fā)后,三種狀態(tài)的水都向著弛豫時間更長的方向移動,說明漲發(fā)改變了毛肚的組織結(jié)構(gòu),進而影響了水分的結(jié)合程度;與干毛肚和單純用水漲發(fā)相比,碳酸鈉處理組不易流動水和自由水峰面積顯著增大(P<0.05),說明碳酸鈉處理使得更多的水分進入細胞,不易流動水的大幅增加會改善毛肚的質(zhì)構(gòu),增強其脆嫩口感。

圖3 不同處理毛肚的橫向弛豫時間圖譜Fig.3 Relaxation time spectras of beef tripe with different treatments

2.4 碳酸鈉處理對毛肚組織結(jié)構(gòu)的影響

圖4為天狼猩紅染色的毛肚微觀結(jié)構(gòu)圖,膠原纖維染成紅色,肌纖維染成黃色。從圖4a可看出,未處理的干毛肚纖維狀結(jié)構(gòu)排列緊密、形態(tài)完整;圖4b碳酸鈉漲發(fā)后,肌纖維出現(xiàn)拉伸、斷裂,松散的結(jié)構(gòu)利于大量水分進入,肌細胞吸水膨潤,膠原纖維因其獨特的三螺旋結(jié)構(gòu)較難被破壞,碳酸鈉處理組局部膠原纖維出現(xiàn)輕微解離現(xiàn)象。纖維結(jié)構(gòu)的破壞和大量水分的進入可以降低蛋白的熱穩(wěn)定性,因此經(jīng)碳酸鈉漲發(fā)的毛肚沸水漂燙后口感更為脆嫩。

圖4 碳酸鈉處理對毛肚微觀結(jié)構(gòu)的影響(200×)Fig.4 Effects of sodium carbonate on histology of beef tripe(200×)注:a為對照組,b為碳酸鈉處理組。

3 結(jié)論

本試驗采用單因素實驗結(jié)合響應(yīng)面試驗,建立了碳酸鈉漲發(fā)鹽漬毛肚工藝的模型。優(yōu)化得到碳酸鈉漲發(fā)鹽漬毛肚的最優(yōu)處理條件:毛肚經(jīng)清水浸泡過夜,使用濃度1.03%的碳酸鈉,在43 ℃條件下,浸泡處理2.3 h,最后清水沖洗浸泡2 h,優(yōu)化驗證試驗測得最優(yōu)工藝處理下增重率可達185.25%,破碎力2333.31 g處于感官評定中接受度較高的脆度范圍。經(jīng)碳酸鈉漲發(fā)后毛肚組織結(jié)構(gòu)改變,纖維斷裂,肌細胞吸水膨脹,不易流動水和自由水含量顯著增加,解釋了碳酸鈉處理毛肚增重明顯、質(zhì)構(gòu)改善的原因,為工業(yè)化生產(chǎn)漲發(fā)毛肚提供技術(shù)參考和理論依據(jù)。