林珩迅,何興興*,張成云,關(guān)文強(qiáng)*
(天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院,天津市食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300134)
肉類因其富含高價(jià)值蛋白質(zhì)、B族維生素、微量元素和其他生物活性化合物,是補(bǔ)充人體所需營養(yǎng)的優(yōu)質(zhì)食物來源[1],中國作為全世界最大的肉類生產(chǎn)和消費(fèi)國,肉類年產(chǎn)量占全球總量1/4[2]。鮮肉最常規(guī)的貯藏方式是冷藏,既將肉貯藏在0~4 ℃溫度下,這對(duì)于細(xì)胞代謝和微生物生長的抑制作用有限,保質(zhì)期較短,無法達(dá)到長期貯藏的目的[3]。冰溫貯藏技術(shù)指將食物置于其冰溫帶(0 ℃與結(jié)冰溫度之間)進(jìn)行貯藏,冰溫貯藏既避免了凍結(jié)破壞食物組織結(jié)構(gòu),又可以利用較低的溫度降低機(jī)體生理代謝,抑制微生物生長[4],進(jìn)而起到延長食品保質(zhì)期的作用,現(xiàn)已被廣泛的運(yùn)用于果蔬[5-6]、海產(chǎn)品[7]及肉類[8]保鮮貯藏。許立興等[9]研究冰溫貯藏對(duì)雞肉品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)對(duì)比4 ℃冷藏,冰溫對(duì)延緩雞肉品質(zhì)劣變效果更顯著,可將保質(zhì)期延長13 d。辜雪冬等[10]發(fā)現(xiàn),冰溫條件下牦牛肉的保水性及蛋白質(zhì)穩(wěn)定性均優(yōu)于冷藏。此外,有研究表明低溫更有利于維持鮮肉的感官品質(zhì)及衛(wèi)生指標(biāo)[11]。
糖酵解是指葡萄糖在無氧條件下轉(zhuǎn)變?yōu)楸岵⑸葾TP所經(jīng)歷的一系列反應(yīng),禽畜宰后肌肉糖酵解及相關(guān)代謝途徑如圖1所示。為了維持代謝平衡,宰后肌肉中的糖原和葡萄糖通過糖酵解途徑分解產(chǎn)生丙酮酸。在有氧條件下丙酮酸會(huì)繼續(xù)進(jìn)行有氧分解,但由于宰后肌肉血液流動(dòng)和供氧停止,糖酵解過程產(chǎn)生的丙酮酸會(huì)在乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase,LDH)的催化下生成糖酵解終產(chǎn)物——乳酸[12]。丙酮酸還原為乳酸的過程又被成為單純?nèi)樗岚l(fā)酵過程。糖酵解速率直接影響肉宰后品質(zhì)[13]。因此研究肉貯藏過程糖酵解途徑中關(guān)鍵控制酶的活性變化規(guī)律,明確貯藏溫度對(duì)這些關(guān)鍵酶活性的影響,對(duì)確保宰后肉品質(zhì)具有重要意義,同時(shí)可為鮮肉貯藏方式的選擇提供理論指導(dǎo)。
圖1 肌肉宰后糖酵解及相關(guān)代謝途徑[14]Fig.1 Glycolysis and related metabolic pathways in postmortem muscle[14]
目前,冰溫貯藏技術(shù)已被應(yīng)用于各類禽畜肉的宰后保鮮,但是從糖酵解代謝機(jī)理角度來探討冰溫條件對(duì)鮮肉貯藏過程中品質(zhì)及糖酵解相關(guān)代謝酶活性的變化規(guī)律鮮有報(bào)道。本研究以豬里脊肉為原料,以(4.0±0.2)℃冷藏作為對(duì)照,研究(-1.0±0.2)℃冰溫貯藏對(duì)豬肉品質(zhì)及宰后糖酵解途徑中相關(guān)酶活性的影響,以期為冰溫貯藏技術(shù)在肉及肉制品加工貯藏產(chǎn)業(yè)中的運(yùn)用提供理論依據(jù)。
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1.3.1 材料處理
剔除小里脊條表面脂肪、筋膜后分割成48 塊大小約為6 cm×4 cm×2 cm、質(zhì)量為40 g左右長方體小塊,采用自封袋包裝,分別置于(4.0±0.2)℃和(-1.0±0.2)℃溫度梯度箱貯藏,整個(gè)過程在1 h內(nèi)完成。分別于0.5、2、6、12、24、72、120、168 h取樣,進(jìn)行汁液損失率、色澤、pH值測(cè)定,然后迅速采用液氮凍結(jié)置于-80 ℃冰箱貯藏待后續(xù)相關(guān)酶活力測(cè)定。
1.3.2 汁液損失率測(cè)定
參照Honikel[15]的方法,準(zhǔn)確稱量樣品貯藏前質(zhì)量(m1/g)、貯藏后質(zhì)量(m2/g),根據(jù)下式計(jì)算汁液損失率。
1.3.3 色澤測(cè)定
使用色差儀對(duì)豬里脊肉進(jìn)行色澤測(cè)定,每塊樣品分別測(cè)定3 次,每次取不同的面,記錄L*值(亮度)、a*值(紅度)和b*值(黃度),結(jié)果取平均值。
1.3.4 pH值測(cè)定
使用Testo 205便攜式pH計(jì)測(cè)定樣品pH值。將探頭插入樣品幾何中心,每次穿刺深度大于2 cm,保證肌肉組織與探頭充分接觸,待示數(shù)穩(wěn)定后直接讀數(shù),每塊樣品重復(fù)3 次,結(jié)果取平均值。
1.3.5 酶活力測(cè)定
1.3.5.1 粗酶液的制備
參考王芳[16]的方法并稍作修改。稱取樣品10 g,加30 mL提取液(50 mmol/Lβ-巰基乙醇、體積分?jǐn)?shù)12.5%甘油、8 mmol/L MgCl2、2 mmol/L EDTA、100 mmol/L Tris-HCl、0.5 g/100 mL聚乙烯吡咯烷酮,pH 7.5)后在液氮條件下研磨,將肌肉組織勻漿后全部裝入離心管中,5 095×g、4 ℃下離心10~15 min,收集上清液,在4 ℃低溫下保存?zhèn)溆谩?/p>
1.3.5.2 酶活力的測(cè)定
本實(shí)驗(yàn)采用酶偶聯(lián)法測(cè)定糖酵解及相關(guān)代謝途徑中9 種酶的活力[17]。該法利用的原理為NADH和NADPH均在340 nm波長處有光吸收,并且都能產(chǎn)生熒光,其激發(fā)波長和發(fā)射波長分別為340 nm和460 nm,而NAD+和NADP+則無此特性。向反應(yīng)體系中加入過量的底物、輔助因子和偶聯(lián)酶,使底物在待測(cè)酶、偶聯(lián)酶催化下反應(yīng),生成或消耗NADH和NADPH。使用酶標(biāo)儀測(cè)定單位時(shí)間內(nèi)340 nm及460 nm波長處吸光度的變化,計(jì)算出相應(yīng)酶的活力。各酶活力測(cè)定具體操作和計(jì)算公式參照各試劑盒的說明書。
實(shí)驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)至少重復(fù)3 次,數(shù)據(jù)采用Excel 2010和Origin 9.1統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及作圖,用SPSS 26.0軟件進(jìn)行Duncan’s差異顯著性分析(P<0.05表示差異顯著)以及Pearson相關(guān)性分析。
豬肉宰后會(huì)發(fā)生一系列復(fù)雜生理生化反應(yīng),導(dǎo)致肌肉纖維蛋白的持水性降低,發(fā)生不同程度的汁液流失且伴隨營養(yǎng)物質(zhì)損失。豬肉的保水能力是重要的品質(zhì)參數(shù)[18]。由圖2可知,隨著宰后時(shí)間的延長,豬肉的汁液損失率逐漸升高。在168 h時(shí),4 ℃貯藏條件下豬肉的汁液損失率為2.16%,-1 ℃貯藏條件下豬肉的汁液損失率為1.73%,在25 h后,-1 ℃樣品汁液損失率均低于4 ℃樣品(P<0.05)。說明冰溫貯藏條件有利于降低豬肉宰后汁液損失。You等[19]在過冷貯藏對(duì)牛排品質(zhì)的影響研究中得出相似結(jié)論。
圖2 不同貯藏溫度對(duì)汁液損失率的影響Fig.2 Effects of different storage temperatures on drip loss
貯藏期間微生物滋生和自身生理生化反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致肉的色澤發(fā)生變化。色澤是評(píng)價(jià)鮮肉品質(zhì)好壞的重要指標(biāo)之一,直接影響消費(fèi)者的購買欲望[20]。由圖3A可知,在貯藏期間肉的L*值呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì),貯藏初期L*值升高是因?yàn)橹簼B出引起肉表面折光率變化[21],隨著貯藏時(shí)間的延長,肌肉長期暴露在空氣中,肌紅蛋白被氧化成高鐵肌紅蛋白,亮度下降[22]。a*值的變化如圖3B所示,貯藏期間豬肉的a*值先減小后增大。宰后豬肉中肌紅蛋白與空氣中的氧氣接觸迅速轉(zhuǎn)變?yōu)轷r紅色的氧合肌紅蛋白,使得鮮肉a*值初值處于較高水平[23];但隨著氧化的進(jìn)行,高鐵肌紅蛋白逐漸取代氧合肌紅蛋白,肉的顏色從鮮紅色向深褐色轉(zhuǎn)變,a*值下降;而后期a*值再次增大可能是肉中某些乳酸菌及其他微生物的作用,導(dǎo)致高鐵肌紅蛋白轉(zhuǎn)化為具有紅色澤的肌紅蛋白衍生物所致[24]。-1 ℃貯藏組a*值則大于4 ℃貯藏組,這與Christensen等[25]的研究結(jié)論相同,過高的溫度導(dǎo)致可溶性肌紅蛋白含量降低,a*值降低。豬肉貯藏過程中b*值變化趨勢(shì)和L*值變化趨勢(shì)類似(圖3C),b*值的變化可能與豬肉內(nèi)部一系列化學(xué)反應(yīng)及脂肪氧化有關(guān)。整體來看,貯藏期間-1 ℃貯藏條件下的豬肉L*值與b*值均小于4 ℃貯藏組,這是因?yàn)? ℃貯藏組汁液損失更為嚴(yán)重,對(duì)肉表面折光率影響更大,導(dǎo)致L*值更高。
圖3 不同貯藏溫度對(duì)色差值的影響Fig.3 Effect of different storage temperatures on color difference
動(dòng)物肌肉一般呈中性,但宰后由于肌肉進(jìn)行無氧代謝產(chǎn)生乳酸,pH值降低。當(dāng)pH值下降至極限值后,隨著糖酵解酶失活及蛋白質(zhì)分解所產(chǎn)生的氨類及胺類等堿性含氮物質(zhì),肉的pH值逐漸升高。pH值的下降速率與極限pH值直接影響肉的品質(zhì)[26]。
如圖4所示,在宰后24 h內(nèi),-1 ℃和4 ℃貯藏條件下的豬肉pH值均值呈現(xiàn)下降趨勢(shì),分別由最初的6.38和6.33分別降至5.56和5.51,之后隨著貯藏時(shí)間的延長,pH值逐漸升高。與4 ℃貯藏相比,-1 ℃貯藏的豬肉樣品pH值下降速率更為緩慢且極限pH值更高。說明冰溫可以減小宰后pH值的下降程度,進(jìn)而延緩豬肉成熟進(jìn)程。李培迪[27]在冰溫貯藏羊肉的研究中得到了相同的結(jié)論。
圖4 不同貯藏溫度對(duì)豬肉pH值的影響Fig.4 Effect of different storage temperatures on pH
糖酵解影響著豬肉宰后的成熟與腐敗,糖酵解及相關(guān)代謝途徑酶活性的變化對(duì)肉品質(zhì)的發(fā)展至關(guān)重要[28],不同溫度貯藏過程中豬里脊肉糖酵解酶活力變規(guī)律化如圖5所示。
由圖5可知,隨著貯藏時(shí)間延長,PFK、ALD、GAPDH、PGK、PK、G6PDH活力逐漸降低最后穩(wěn)定,HK、TPI、LDH活力在貯藏初期急劇升高后逐漸降低,這與鄭曉寒[29]的研究結(jié)果一致。宰后ATP的快速消耗與磷酸肌酸緩沖體系的消耗會(huì)在短期內(nèi)提高HK、TPI、LDH等酶活力,但隨著pH值的不斷降低,逐漸偏離酶的最適pH值,且某些代謝產(chǎn)物對(duì)酶活性具有抑制作用,因此貯藏中后期這些酶活力不斷下降。
豬肉宰后由于血液循環(huán)停止,肌肉供氧中斷,主要進(jìn)行糖酵解反應(yīng)。在糖酵解反應(yīng)中,HK、PFK催化的反應(yīng)為不可逆反應(yīng),ALD和PFK對(duì)糖酵解的調(diào)控有著至關(guān)重要的作用。在無氧條件下,糖酵解途徑產(chǎn)生的丙酮酸經(jīng)單純?nèi)樗岚l(fā)酵最終被還原生成乳酸,催化上述反應(yīng)的酶為LDH,其活力能直接反映豬肉宰后無氧代謝的能力[30]。由圖5可知,在0.5~12 h貯藏期間,-1 ℃處理組樣品中HK、PFK、LDH活力顯著低于4 ℃處理組(P<0.05),說明冰溫可以有效降低糖酵解關(guān)鍵調(diào)控酶活力。冰溫對(duì)于PGK活性也有一定的抑制效果。不同溫度處理對(duì)ALD、TPI、GAPDH、PK活性影響的效果差異不大。除糖酵解途徑外,宰后少部分葡萄糖進(jìn)入戊糖磷酸途徑產(chǎn)生五碳糖、二氧化碳、無機(jī)磷酸和NADPH,G6PDH是促使葡萄糖分子的代謝轉(zhuǎn)移至戊糖磷酸途徑的關(guān)鍵酶。在宰后2~12 h內(nèi),-1 ℃條件下G6PDH活力顯著高于4 ℃處理組,說明4 ℃條件下豬肉的分解代謝速率比-1 ℃條件下更快[31]。
圖5 不同貯藏溫度對(duì)糖酵解及相關(guān)代謝途徑酶活力的影響Fig.5 Effects of different storage temperatures on glycolytic enzyme activities
糖酵解速率直接影響肉宰后乳酸堆積,進(jìn)而改變pH值變化速率及極限pH值,最終造成肉的色澤、持水力等品質(zhì)差異[32]。本課題前期研究了豬肉宰后乳酸含量的變化[31],因此將本實(shí)驗(yàn)測(cè)定的4 ℃與-1 ℃貯藏下豬肉相關(guān)指標(biāo)及乳酸含量進(jìn)行Perason相關(guān)性分析,結(jié)果分別見表1、2。
表1 4 ℃貯藏條件下糖酵解及相關(guān)途徑中酶活力及豬肉品質(zhì)間的相關(guān)性分析Table 1 Correlation analysis between glycolytic enzyme activities and pork quality during storage at 4 ℃
表2 -1 ℃貯藏條件下糖酵解途徑中相關(guān)酶活力及豬肉品質(zhì)間的相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis between glycolytic enzyme activities and pork quality during storage at -1 ℃
如表1、2所示,在4 ℃和-1 ℃條件下,豬肉的pH值與乳酸含量及LDH活力呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05、P<0.01),乳酸含量與LDH活力呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。此外,4 ℃條件下,乳酸含量與HK、TPI、LDH活力呈顯著或極顯著正相關(guān)(P<0.05、P<0.01)。在糖酵解的過程中,肌糖原被分解并經(jīng)過一系列的反應(yīng)最終產(chǎn)生乳酸,乳酸含量直接影響肉宰后pH值,隨著乳酸含量的增加,pH值不斷下降至及極限值;貯藏后期,底物的消耗、糖酵解及相關(guān)酶活力逐漸降低及蛋白質(zhì)變性產(chǎn)生胺及氨類堿性物質(zhì),導(dǎo)致pH值逐漸升高最后趨于平緩。說明冰溫環(huán)境通過抑制貯藏前期HK、PFK、LDH等糖酵解酶及相關(guān)代謝關(guān)鍵酶活力,減緩糖酵解反應(yīng)速率,延緩乳酸積累,從而控制貯藏前期pH值下降速率,延緩豬肉品質(zhì)劣變。
在4 ℃和-1 ℃條件下,pH值與L*值和b*值呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),與a*值呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。Moreno等[33]研究表明,pH值下降速率和程度與肉的品質(zhì)密切相關(guān),極限pH值越高,肉的保水能力越好,汁液損失越少,這與本文的結(jié)果一致。pH值下降速率過快,肌肉蛋白質(zhì)發(fā)生變性,從而大大降低其保水能力,導(dǎo)致肉汁液損失嚴(yán)重、顏色蒼白、質(zhì)地松軟,被稱為PSE(pale, soft, and exudative)肉。相反,pH下值降速率過慢,則會(huì)造成外表干燥,質(zhì)地粗硬,形成色澤深暗的DFD(dark, firm and dry)肉[34]。
糖酵解酶活力之間同樣存在一定的相關(guān)性。4 ℃與-1 ℃環(huán)境下,HK活力與PFK活力呈顯著正相關(guān)(P<0.01),相關(guān)系數(shù)分別為0.717和0.713,這與李喬等[35]的研究結(jié)論相同。糖酵解反應(yīng)是一系列復(fù)雜的反應(yīng),除溫度、pH值等直接影響因素外,還受底物濃度、激活劑、抑制劑等間接因素影響。HK活性受PFK活性的間接調(diào)控,因?yàn)镠K活性與6-磷酸葡萄糖濃度有關(guān),當(dāng)PFK活性降低時(shí),6-磷酸葡萄糖積累并導(dǎo)致HK活性下降。
本實(shí)驗(yàn)測(cè)定了豬里脊肉在冰溫(-1 ℃)和冷藏(4 ℃)貯藏條件下品質(zhì)指標(biāo)和宰后糖酵解及相關(guān)代謝途徑中9 種酶的活力變化。結(jié)果表明:-1 ℃處理組樣品汁液損失率、色澤、pH值等品質(zhì)指標(biāo)均優(yōu)于4 ℃處理組樣品。貯藏初期,-1 ℃處理組的HK、PFK、LDH活力顯著低于4 ℃處理組。綜合各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)以及酶活力指標(biāo)可知,冰溫通過抑制貯藏前期HK、PFK、LDH等糖酵解酶活性,減緩乳酸堆積及肉pH值降低,改善豬肉貯藏品質(zhì)。雖然本實(shí)驗(yàn)證實(shí)了冰溫可以通過影響糖酵解酶活性進(jìn)而改變?nèi)庠谫A藏過程中的乳酸含量、間接影響著肉品質(zhì)的變化,但肉的品質(zhì)還受到品種、飼養(yǎng)條件、屠宰方式、微生物侵染等因素的綜合影響。本實(shí)驗(yàn)通過研究冰溫貯藏對(duì)豬肉宰后品質(zhì)及糖酵解途徑相關(guān)酶活性的影響,揭示了冰溫貯藏對(duì)豬肉宰后糖酵解代謝與品質(zhì)之間影響機(jī)制,對(duì)于肉類貯藏條件的優(yōu)化及貯藏過程種的代謝研究與控制具有一定參考價(jià)值,為豬肉宰后貯藏保鮮提供了指導(dǎo)思路。