TG酶、復合磷酸鹽與碳酸氫鈉對牛肉糜保水性的影響

趙改名,孟子晴,祝超智,*,田 瑋,李苗云,乃比江,張鵬鵬

(1.河南農業大學食品科學技術學院,河南鄭州 450002;2.河南省肉制品加工與質量安全控制重點實驗室,河南鄭州 450002;3.河南農業大學牧醫工程學院,河南鄭州 450002;4.伊犁綜合試驗站,新疆伊犁 835000)

牛肉因高蛋白質、低脂肪且滋味鮮美,逐漸成為肉類消費的主流,2018年中國牛肉產量達644萬噸,基數較大,所以牛肉產業發展也是我國肉類產業發展的重點方向[1-2]。但是牛肉制品尤其是肉糜制品加工過程中,容易出現失水、失油等問題,容易因失水導致成品口感粗糙,影響產品質量。近年來,常用TG酶、復合磷酸鹽等提高產品的保水保油性,改善產品品質和結構,也有通過碳酸氫鈉調節pH,松軟肉質,三種添加劑在牛肉保水作用上的研究與對比較少。TG酶能夠催化蛋白質分子的內部結構狀態,從而改善蛋白質的結構和功能,具有熱穩定性、保水性和凝膠能力等,還可以替代部分磷酸鹽用于肉制品[3]。復合磷酸鹽呈堿性,有pH緩沖作用,可以提高肉的pH,增加肌原纖維蛋白的含量。王鵬等[4]和高菲菲等[5]研究了磷酸鹽對肉制品的保水性能,結果顯示能提高肉的保水性、抑菌和改善肉品質量。碳酸氫鈉可以改善肉色[6]。通過研究添加不同輔料對牛肉糜保水性的影響,尤其是TG酶、復合磷酸鹽、碳酸氫鈉對絞碎后的牛肉糜重組產品結構與保水的作用,最終獲得保水性較好的添加劑的最佳添加量,可以為企業生產牛肉糜類產品進行指導,為解決牛肉的保水問題提供理論依據。

通過研究不同梯度添加量TG酶、復合磷酸鹽、碳酸氫鈉對牛肉肉糜pH、質構、結合特性、微觀結構的影響,分析輔料對牛肉糜保水與結構的影響程度,可為牛肉糜類產品保水性研究提供理論依據,為牛肉肉糜產品工業化生產提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

復合磷酸鹽 河南恩苗食品有限公司;TG酶(50000 U/g) 河南萬邦實業有限公司;小蘇打(碳酸氫鈉) 天津渤化永利化工股份有限公司;煙酰胺 萬邦實業有限公司;抗壞血酸鈉 河南瑞仁生物工程有限公司;牛肉、黑胡椒粉、金龍魚食用大豆油、食鹽、西雜黃牛牛霖部位肉 鄭州丹尼斯大商超市。

MM12B絞肉機 廣東大金食品機械廠;TA-XT plus食品質構儀 英國Stable Micro Systems公司;HI8424型酸度計 德國HANNA公司;CR-5色彩色差計 日本KONICA公司;BPG-9156A精密鼓風干燥箱 上海一恒科學儀器有限公司;ALLEGRA-64A高速冷凍離心機 美國Beckman Coulter公司;S-3400N掃描電鏡 日本日立公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 牛肉餅的制備 新鮮牛肉解凍后剔去脂肪、筋膜等,然后用絞肉機絞成肉糜,加入不同梯度添加劑以及輔料(輔料添加的質量分數分別為占牛肉重量的百分比,食用油15%、黑胡椒粉0.3%、食鹽2%、煙酰胺0.15%、抗壞血酸鈉0.15%、冰水混合物15%,攪拌后于0～4 ℃冷藏1 h,成型后4 ℃靜置4 h,待測。測試質構特性時,于200 ℃烤箱內烘烤12 min制成樣品。

1.2.2 單因素實驗

1.2.2.1 TG酶對牛肉糜品質的影響 參考潘男等[7]方法進行制備,略作修改。在經過修整、絞肉之后,添加輔料的同時添加TG酶0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%,攪拌后于0～4 ℃冷藏1 h,成型后4 ℃靜置4 h,并設置空白對照組,通過水分含量、pH、結合特性、質構特性、微觀結構進行評價。

1.2.2.2 復合磷酸鹽對牛肉糜品質的影響 參考潘男等[7]方法進行制備,略作修改。在經過修整、絞肉之后,添加輔料的同時添加復合磷酸鹽0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%,攪拌后于0～4 ℃冷藏1 h,成型后4 ℃靜置4 h,并設置空白對照組,通過水分含量、pH、結合特性、質構特性、微觀結構進行評價。

1.2.2.3 碳酸氫鈉對牛肉糜品質的影響 參考潘男等[7]方法進行制備,略作修改。在經過修整、絞肉之后,添加輔料的同時添加碳酸氫鈉0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%,攪拌后于0～4 ℃冷藏1 h,成型后4 ℃靜置4 h,并設置空白對照組,通過水分含量、pH、結合特性、質構特性、微觀結構進行評價。

1.2.3 水分含量、pH的測定 水分含量參考國標GB 5009.3-2016《食品中水分含量的測定》[8]。稱量樣品,于105 ℃電熱干燥箱內烘干至恒重,計算肉糜的水分含量。pH參考國標GB 5009.23-2016《食品國家安全標準 食品中pH的測定》[9]。

1.2.4 結合特性測定 參考高雪琴[10]方法。稱取15 g左右的牛肉,放進50 mL的離心管中,在5 ℃溫度下,5000 r/min離心5 min,取出樣品剝去濾紙稱重,最終進行百分比計算。蒸煮損失以溢出來的液體質量與生肉糜質量之比進行計算。斬拌肉糜熱乳化穩定性,將低速離心的生肉糜(W1)放入帶有螺旋離心管(W0)中,在70 ℃恒溫水浴中加熱30 min。取出離心管,倒置在稱量好的干燥瓶(W2)中,之后室溫靜置2 h收集全部滲出液,離心管和肉糜的總重量計為W3。收集汁液,將收到的汁液置于105 ℃下干燥16 h,測定加熱后干燥瓶的總質量(W4),重復三次試驗。計算脂肪流失率時,忽略少量蛋白與鹽分損失,以總汁液流失百分比與水分流失百分比的差值進行計算。各指標具體方式計算如下:

總汁液流失(TFR)=(W0+W1)-W3

總汁液流失百分比(%)=TFR/W1×100

水分流失百分數(%)=(W0+W1+W2-W3-W4)/W1×100

脂肪流失百分比(%)=(W4-W2)/TFR×100

式中:W0表示螺旋離心管重量,g;W1表示生肉糜的重量,g;W2表示空干燥瓶的重量,g;W3表示靜置后離心管和肉糜的總重量,g;W4表示加熱后干燥瓶的總質量,g。

1.2.5 TPA凝膠測定 參考張駿龍等[11]方法,略有改變。切出牛肉餅的中心部份,制成長10 mm、寬10 mm、高10 mm的正方體,然后用質構儀P/50的圓柱型探頭進行質構測定。測試條件:測前速度:2.0 mm/s,測試速度:2.0 mm/s,測后速度:2.0 mm/s;壓縮比為50%時間5 s;觸發類型:自動。每個樣品測8個平行。

1.3 數據處理

本實驗所有處理重復3次。應用軟件SPSS 16.0(SPSS Inc.,USA)進行統計分析,使用單因素方差分析(ANOVA),當P<0.05時認為組間存在顯著差異,用不同小寫字母表示,使用Origin 8.5(OriginLab Corprotion,USA)軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 TG酶添加量對牛肉糜的影響

2.1.1 TG酶對牛肉糜水分含量和pH的影響 TG酶添加量對牛肉糜水分含量、pH的影響如圖1所示。隨著TG酶添加量的增加,水分含量整體增加,但添加量在0.6%之后的三個試驗組之間肉糜水分含量無顯著性差異?？赡苁且驗門G酶能與肉塊表面的鹽溶蛋白形成凝膠網絡增大,添加量達到一定濃度時,形成凝膠網絡可以將水和油脂包裹,進而減少了水油流失,這與郭永等[13]在非肉產品應用的研究結果一致。隨TG酶添加量增加,pH整體增大,但添加量到0.4%之后pH增加不顯著,基本保持在6.0左右,偏離蛋白質等電點,進而使肉糜具有較好的保水效果,有研究顯示,TG酶在pH5～7時乳化作用、凝膠作用明顯[14];隨添加量增加,肉糜水分含量的變化趨勢也可以印證TG酶提高了保水性。

圖1 TG酶添加量對牛肉糜水分含量(A)、pH(B)的影響

2.1.2 TG酶添加量對牛肉糜結合特性的影響 如圖2所示,隨著TG酶添加量的增加,總汁液損失、水分流失和脂肪損失的百分比均呈現整體減少的趨勢。TG酶具有催化蛋白質分子及分子間形成共價鍵的功能,能夠形成耐熱、耐水的膜[15],可以提高牛肉糜的結合特性,總汁液流失百分比在TG酶添加量為0.6%、0.8%、1.0%時無顯著性差異,添加量為0.8%時最低。說明0.6%的添加量已經較好的起到結合水、油的作用,0.8%添加量時最佳。

圖2 TG酶添加量對牛肉糜結合特性的影響

2.1.3 TG酶添加量對TPA的影響 如圖3所示,隨著TG酶添加量的增加,牛肉糜硬度、內聚力、彈性、咀嚼性等變化不同。隨著TG酶的增加,產品的硬度在0.6%之前基本保持不變,0.8%和1.0%添加量顯示為下降趨勢;與咀嚼性的變化趨勢一致。隨著TG酶添加量持續增加,彈力、內聚力持續增長,這也與Agyare等[16]研究結果一致,TG酶能增加肉品凝膠硬度,這可能是因為TG酶能與肉塊表面的鹽溶蛋白形成凝膠網絡,形成的凝膠網絡才能很好地將水、油脂包裹,改善產品保水保油和質構性質;但添加量為0.6%、0.8%、1.0%試驗組之間無顯著性差異,可能是因為TG酶添加到一定量后會也飽和,形成的凝膠網絡不能無限制保持超過極限的水分。

圖3 TG酶添加量對牛肉糜質構的影響

2.2 復合磷酸鹽添加量對牛肉糜的影響

2.2.1 復合磷酸鹽對牛肉糜的水分含量、pH的影響 復合磷酸鹽添加量對牛肉糜的水分含量、pH的影響如圖4所示。從圖4A得出,與對照組相比,牛肉糜水分含量顯著性增加(P<0.05),在添加量0.3%時水分含量最大為68.53%。

從圖4B能夠看出,當復合磷酸鹽的增加,pH增長存在明顯變化,0.1%～0.2%添加量的pH顯著增長,從空白對照組的5.7左右增長到6.4。復合磷酸鹽本身屬于堿性物質,具有緩沖作用,提高肉制品的pH,pH增大后,電荷增多,電荷斥力擴大肉品內部距離,從而增加肉品保水性[17],并且復合磷酸鹽能螯合牛肉內的金屬離子,增加牛肉的離子強度,能夠提高肌肉蛋白保水性及凝膠強度,提高保水率[18]。

圖4 復合磷酸鹽添加量對牛肉糜水分含量(A)、pH(B)的影響

2.2.2 復合磷酸鹽對牛肉糜結合特性的影響 如圖5所示,隨著復合磷酸鹽添加量的增加,各試驗組的結合特性存在差異,有效減少了牛肉糜的總汁液損失、水流失和脂肪損失;在試驗范圍內,0.2%復合磷酸鹽添加量的牛肉糜的保水效果最好。復合磷酸鹽能改變pH,分散蛋白質,形成良好網狀結構,讓蛋白質能凝結成適度緊密的網絡[19],磷酸根離子具有很好的螯合作用,能使蛋白質分子、脂質形成復合體,有效改善牛肉糜的結合特性[20]。

圖5 復合磷酸鹽的添加量對牛肉糜結合特性的影響

2.2.3 復合磷酸鹽添加量對牛肉糜TPA的影響 如圖6所示,0.3%硬度和咀嚼性最小,彈力和內聚力最大。當少量添加復合磷酸鹽各指標上升,繼續添加后個別指標出現下降。這可能是原因肉品整體強度和肌纖維中萃取出的肌原纖維蛋白的含量有關。復合磷酸鹽能夠增加牛肉糜的離子強度,增大了萃取出的可溶性肌原纖維蛋白的量,肌原纖維蛋白與水結合能夠形成一種黏性的蛋白“滲出液”,這種滲出液附著在牛肉表面,能夠增加黏性,提高產品的黏結性,從而提高了肉品穩定和質構性質[19]。但過多添加復合磷酸鹽,肉品組織狀態會變的松軟,影響咀嚼性[21],這是因為復合磷酸鹽具有將肌肉中肌動球蛋白解離成肌動蛋白與肌球蛋白的能力,又使肉制品的品質降低了。綜合來看,牛肉糜復合磷酸鹽的最佳添加量是0.2%～0.4%之間。與孔保華等[22]研究磷酸鹽對牛肉凝膠特性影響時結果相似。

圖6 復合磷酸鹽添加量對牛肉糜質構的影響

2.3 碳酸氫鈉的添加量對牛肉糜的影響

2.3.1 碳酸氫鈉對牛肉糜水分含量、pH的影響 碳酸氫鈉添加量對牛肉糜水分含量、pH的影響如圖7所示。隨碳酸氫鈉添加量增加,水分含量上升,0.5%碳酸氫鈉試驗組水分含量較高為66.45%。碳酸氫鈉可以減小內部結構網格,使肌肉肉質線條細長,肌肉肉面順滑,有一定的保水性[23],與本文對于非肉塊的肉糜起到了相似的保水作用。隨碳酸氫鈉添加量增加,pH顯著(P<0.05)上升,添加量在0.3%后,pH上升趨于穩定,這是因為碳酸氫鈉本身具有弱堿性,可以中和肉品酵解出的酸,抑制了pH的下降。

圖7 碳酸氫鈉添加量對牛肉糜水分含量(A)、pH(B)的影響

2.3.2 碳酸氫鈉對牛肉糜結合特性的影響 如圖8所示,隨著碳酸氫鈉添加量增加,總汁液流失、水流失、脂肪流失的百分比呈下降趨勢,0.5%添加量最低,但添加量在0.2%～0.5%總汁液流失、水分流失無顯著性差異。碳酸氫鈉在食品中常被用作堿性膨松劑,適量使用減緩肉品酸化,增加過多碳酸氫鈉會使肉品呈堿性[24],pH增大會使電荷增多,電荷斥力增大距離進而增加肉糜保水性。

圖8 碳酸氫鈉添加量對牛肉糜結合特性的影響

2.3.3 碳酸氫鈉添加量對牛肉糜凝膠TPA的影響 如圖9所示,隨著碳酸氫鈉增加,牛肉糜凝膠的硬度、內聚力、咀嚼性、彈力有明顯上升,但增加到0.4%時略有下降。另外,各指標在添加量為0.3%與0.4%時無顯著性差異。碳酸氫鈉呈堿性有改善肉品作用,可以部分替代復合磷酸鹽,過量使用對肉質軟化過度,則會對質地、口感和形狀有不利影響。

圖9 碳酸氫鈉添加量對牛肉糜質構的影響

2.4 TG酶、復合磷酸鹽、碳酸氫鈉對牛肉糜微觀結構觀察結果

圖10～圖12是TG酶、復合磷酸鹽、碳酸氫鈉試驗組的牛肉糜電鏡掃描圖。整個結構是以蛋白質為骨架形成的連續的網絡結構,蛋白網絡孔洞是脫水脫脂后形成的空洞[10]。無任何添加時肉糜含有孔洞,孔洞不均勻、不致密。隨著TG酶添加量的增多,結構逐漸致密,這是因為TG酶是一種能夠催化?；D移反應的轉移酶,可以通過催化谷氨酰胺的?；D移反應,促進蛋白質(或多肽)之間發生共價交聯,從而改變肉糜制品的凝膠特性和微觀結構。隨著復合磷酸鹽添加量增多,空洞逐漸均勻,低添加量時,孔洞直徑基本在20～50 μm之間,隨著復合磷酸鹽添加量的增加,牛肉糜形成的網狀結構逐漸致密、均一,空洞逐漸均勻、細小,孔洞直徑基本在25 μm以下。這可能是因為添加復合磷酸鹽提高了肉的pH,螯合肉中的金屬離子,增加肉的離子強度,解離肌動球蛋白[25]。復合磷酸鹽會提高肉的pH,pH提高會使肌原纖維蛋白質偏離等電點,蛋白質的凈負電荷會增多,會加強蛋白質與水的相互作用,提高蛋白質的溶解度,使孔洞直徑減小、分布更均勻。隨著碳酸氫鈉的增加網絡結構有所改變,在添加到0.4%后,出現了較大孔隙結構,尤其在0.5%添加量下,空洞變大,這可能是因為碳酸氫鈉具有膨松性,加入后容易使肉糜膨松。

圖10 TG酶添加量對牛肉糜微觀結構的影響(1000×)

圖11 復合磷酸鹽添加量對牛肉糜微觀結構的影響(1000×)

圖12 碳酸氫鈉添加量對牛肉糜微觀結構的影響(1000×)

2.5 TG酶、復合磷酸鹽、碳酸氫鈉對牛肉糜保水性影響的對比

在試驗范圍內,TG酶添加量在0.6%時已較好地起到結合水的作用,大于0.6%后水分含量、pH無顯著性差異,質構結果與水分含量和pH顯示結果一致,因此TG酶添加量為0.6%較適宜。復合磷酸鹽添加量在0.2%時牛肉糜的結合特性最好,0.2%、0.3%時牛肉糜的水分含量無顯著性差異,0.3%、0.4%復合磷酸鹽添加量對pH降低作用最突出,對牛肉糜質構的影響效果基本一致,因此復合磷酸鹽添加量在0.2%時較適宜。碳酸氫鈉添加量在0.3%后pH基本保持不變,0.3%、0.4%添加量下硬度、內聚力、咀嚼性均較高,因此碳酸氫鈉添加量為0.3%較適宜。

對三種添加物進行對比分析發現,在試驗范圍內,碳酸氫鈉使牛肉糜總汁液流失降低10.21%,復合磷酸鹽使牛肉糜總汁液流失降低9.53%,TG酶讓使牛肉糜總汁液流失降低4.75%,碳酸氫鈉對牛肉糜保水的效果最突出。微觀結構觀察到的表示隨著復合磷酸鹽添加量增多,空洞逐漸均勻、致密。隨著碳酸氫鈉的增加網絡結構有所改變,出現了較大孔隙結構并且空洞逐漸變大。

3 結論

TG酶、復合磷酸鹽和碳酸氫鈉能夠提升pH、增加凝膠強度、減少總汁液流失和水分流失,具有顯著保水效果。單獨添加0.6% TG酶、0.2%復合磷酸鹽、0.3%碳酸氫鈉時牛肉糜保水性最好,其中碳酸氫鈉的效果最突出。下一步可以研究復合磷酸鹽、TG酶和碳酸氫鈉復配對牛肉糜保水的影響,并探索添加物復配影響牛肉糜保水性的作用機理,為牛肉糜產品工業化生產提供理論參考。