超高压与转谷氨酰胺酶协同对碎猪肉凝胶成型的研究

白艳红，赵电波，张小燕，姜春鹏

（郑州轻工业学院食品与生物工程学院，河南郑州450002）

超高压与转谷氨酰胺酶协同对碎猪肉凝胶成型的研究

白艳红，赵电波，张小燕，姜春鹏

（郑州轻工业学院食品与生物工程学院，河南郑州450002）

研究了超高压与TGase协同对碎猪肉凝胶成型的影响，采用Box-Behnken实验设计获得的碎猪肉凝胶成型最佳工艺条件为：TGase添加量4.5g/kg，压力水平240MPa，保压时间10min。最佳工艺条件下的碎猪肉凝胶成型制品与鲜猪肉的硬度、粘着性、内聚性、胶凝性差异不显著。超高压与TGase结合的技术，实现了碎猪肉的凝胶成型，为碎猪肉边角料的利用提供了新方法。

超高压，转谷氨酰胺酶，碎猪肉，凝胶，成型

在生猪屠宰、分割、加工和销售过程中，常常产生大量的机械去骨肉、碎肉、边角料等，这些产品往往被丢弃或用做动物饲料，不仅降低了企业的经济利润，还在一定程度上污染了环境。以碎肉为原料通过诱导形成凝胶而实现重组成型，所得制品可用于肉制品加工或宠物食品开发，是碎肉边角料有效利用的途径之一。目前研究较多的是采用添加转谷氨酰胺酶（Transglutaminase，TGase）后腌制一定时间再进行热处理或冷冻处理实现碎肉成型。LeeEY等[1]研究发现，在反应温度为15.8～16.8℃，TGase浓度为0.24%～0.28%的条件下，碎肉凝胶成型制品可获得最优的质构特性，且TGase能够显著增加凝胶的硬度、咀嚼性和弹性。Flores NC等[2]研究发现，添加11.5g/kg的TGase，可实现碎猪肉的重组，相比较于副产物提取物作为粘合剂重组的样品，TGase重组的碎猪肉有更好的粘着性，且消费者对其风味和总体的可接受度有更高的评价。Hai-Yan Liang等[3]研究了TGase和非肉蛋白在羊肉凝胶成型中的应用，指出添加0.04%的TGase和0.2%的酪蛋白或0.8%的大豆分离蛋白时，成型产品可获得理想的结合性能，相比较于大豆分离蛋白，TGase和酪蛋白的共同作用对碎羊肉的结合效果更好，采用扫描电镜观察到添加TGase可使碎羊肉形成致密的凝胶网络结构。Pietrasik等[4]研究指出酪蛋白与TGase联合使用可提高猪肉的凝胶强度。谢超[5]等研究表明，TGase对鱼糜的凝胶品质有重要影响，TGase的加入能够增加鱼糜凝胶的凝胶强度和破裂强度，通过扫描电镜分析表明，TGase的加入使得鱼糜凝胶网络结构致密、均匀。N.Fort等[6]研究指出，超高压和TGase协同大大改善了猪血热诱导凝胶的品质，增加了凝胶强度。Trespalacios等[7]进行了TGase和超高压协同作用提高鸡肉凝胶功能性的研究，指出在碎鸡肉中添加0.3%的TGase后再进行超高压诱导，所得凝胶比单独使用超高压而不添加TGase的对照样品相比，凝胶硬度和咀嚼性显著提高；与单独TGase诱导的成型产品相比，凝胶弹性和内聚性显著提高。而超高压与TGase协同诱导碎肉凝胶成型的方法在红肉中的应用目前还未见报道。鉴于单独TGase诱导的凝胶的结合能力是有限的，本研究通过超高压和TGase协同诱导对碎猪肉边角料进行凝胶成型，产品具有良好的色泽和质构，而且避免了冷冻和热处理的弊端[8]，为碎猪肉的综合利用提供新途径。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

碎猪肉 购于郑州市冷却肉专卖店；TGase 日本味之素公司；复合磷酸盐 徐州海城食品添加剂有限公司；大豆蛋白 安阳市得天力食品有限责任公司；NaCl等 均为食品级。

UHP900×2-Z型食品超高压处理装置 包头科发新型高技术食品机械有限责任公司；TA.XT-PLUS质构分析仪 英国Stable Micro System公司；AL240电子天平 梅特勒-托利多仪器有限公司；高速组织捣碎机 上海标本模型厂；ZQB420L真空充气包装机 上海人民仪表厂。

1.2 实验方法

1.2.1 碎猪肉凝胶成型工艺流程 将碎猪肉边角料放入组织捣碎机中搅成肉糜状，添加2%的食盐和0.3%的复合磷酸盐，充分搅拌，在4℃下腌制12h后，按实验设计要求加入一定量的TGase和53g/kg的大豆分离蛋白，搅拌均匀后放入模具中，在6℃下粘合反应12h，进行真空包装后，按照实验设计要求进行超高压处理，即得成品，将成品放入-4℃的冰箱内，待测各项指标。

1.2.2 凝胶成型工艺参数的优化 实验前期工作采用单因素实验设计，分析了TGase添加量、大豆蛋白添加量、压力水平、保压时间等因素对碎猪肉凝胶成型制品的内聚性和胶凝性的影响，确定了各单因素的水平范围。在此基础上采用Box-Behnken实验设计，以超高压压力水平、保压时间和TGase添加量为因素，以内聚型、胶凝性为响应值，优化碎猪肉凝胶成型最佳工艺参数。因素水平表见表1。将所得的数据用Design Expert 7.1软件进行分析。

表1 因素水平编码表Table 1 Factors and levels of design

1.2.3 内聚性和胶凝性的测定 将制备好的凝胶成型样品从冰箱中取出，在室温下静置30min，用TA. XT-PLUS型质构分析仪测试凝胶的内聚性和胶凝性。测试模式为TPA，测试条件为，探头型号P/35，探头下降速度1mm/s，测试速度2mm/s，测后速度2mm/s，压缩比50%，触发类型为自动，触发力5g，数据搜取速率200.00pps。

2 结果与分析

2.1 处理条件对碎猪肉凝胶成型制品内聚性的影响

表2 Box-Behnken实验设计结果Table 2 Results of Box-Behnken design

不同处理条件对碎猪肉凝胶成型制品内聚性的影响见表2，压力水平、TGase添加量、保压时间和内聚性分别为X1、X2、X3和Y1。利用Design expert 7.1软件对表2中的数据进行回归拟合，获得的二元二次回归模型方程为：Y1=0.43+0.019X1+0.045X2-5.750E-003X3+9.750E-003X1X2-0.011X1X3+1.750E-003X2X3-0.03X12-0.054X22-6.458E-003X32，模型的显著性检验p=0.0046＜0.01，失拟性检验（p=0.0659＞0.05），模型的复相关系数R2=96.25%，表明该模型拟合程度良好，实验误差小，能准确地模拟和分析不同处理条件对碎猪肉凝胶成型制品内聚性影响的实验结果。对回归模型系数的显著性分析表明：X2（p=0.0006＜0.01）、二次项X12（p=0.0086＜0.01）、X22（p=0.0014＜0.01）作用极显著，X1（p=0.0226＜0.05）显著，其他项均为不显著。内聚性是表征肉制品内部凝聚力大小的指标，研究认为在实验压力条件下，导致碎猪肉凝胶成型的主要因素是TGase，原因是TGase催化形成的ε-（γ-谷氨酰基）赖氨酸共价键的强度远大于超高压诱导形成的氢键，二硫键和疏水相互作用的强度。

压力水平和TGase添加量都相对较小时，内聚性值较小，固定压力水平，单独增加TGase添加量时，内聚性变化不大；固定TGase添加量，单独增加压力水平对其聚性影响也较小；两者同时增大时，内聚性变化较大，说明二者之间存在显著的交互作用，可能原因是：一方面，超高压会使碎猪肉中肌原纤维蛋白质构象发生变化，暴露出更多的TGase作用位点，可供TGase交联的键更多；另一方面，超高压处理使蛋白质变性过程中，从蛋白质未变性到完全变性展开的路径中存在一些中间态，我们称之为“熔融球蛋白状态”[9]，当卸压后，此中间态会恢复到天然状态，不利于蛋白质更好地聚集，碎猪肉凝胶成型制品的内聚性较差，而添加TGase后，TGase能及时与熔融球蛋白状态下暴露的基团结合，避免了卸压后蛋白质构象由中间态又恢复成天然状态、有利于蛋白质更好地聚集，由此提高凝胶成型制品的内聚性。选择对内聚性影响显著的两个因素进行响应面分析。响应曲面图见图1。

图1可以看出，内聚性随着压力水平的增加先逐渐增强然后降低，压力水平为150～250MPa范围内，内聚性值较大；随着TGase添加量的增加，内聚性同样呈现先增大后下降趋势，从图1中可以看出，内聚性有最大值，对回归方程进行偏微分处理，令偏微分方程∂y1/∂x1=0；∂y1/∂x2=0；∂y1/∂x3=0，可得

解此方程组得到X1=0.32，X2=0.5，X3=-0.4。按照编码表，将编码值换算成实际值得到压力水平为232MPa，TGase添加量为4.50g/kg，保压时间为8min。

图1 对内聚性影响的响应曲面Fig.1 Response surface of the effect on cohesiveness

2.2 处理条件对碎猪肉凝胶成型制品胶凝性的影响

不同处理条件对碎猪肉凝胶成型制品胶凝性的影响见表2，压力水平、TGase添加量、保压时间和胶凝性分别为X1、X2、X3和Y2。利用Design expert 7.1软件对表2中的数据进行回归拟合，获得的胶凝性二元二次回归模型方程为：Y2=1631.42+131.86X1+81.84X2+ 59.77X3+46.50X1X2+83.16X1X3-40.60X2X3-172.83X12-72.04X22-60.86X32（R2=0.9072）。方差分析结果为：模型的显著性检验（p=0.0385＜0.05），失拟性检验（p= 0.1394＞0.05），说明所选的方程可以模拟此模型。对回归模型系数的显著性分析表明：X1（p=0.0089＜0.01）作用极显著，X2（p=0.0495＜0.05）、二次项X12（p=0.0140＜0.05）显著，其他项均为不显著。

图2 对胶凝性影响的响应曲面Fig.2 Response surface of the effect on gumminess

从图2可以看出，在较低压力水平条件下（低于200MPa时），压力水平是胶凝性的主要影响因素，当压力水平大于200MPa时，TGase是影响胶凝性的主要因素，主要原因在于低于200MPa的压力不能使蛋白质结构充分伸展，高于200MPa的压力水平更利于TGase催化位点的暴露。胶凝性随着压力水平变化的幅度较大，胶凝性随着压力水平的增加呈现先增大后减少趋势，其随着TGase添加量的变化不明显。可能原因是由于超高压使蛋白质分子变性而伸展，变性的蛋白质分子在TGase作用下形成分子量较大的聚集体，此时，随着超高压作用使蛋白质进一步变性产生聚集的过程中，较难破坏已形成的分子量较大的聚集体，导致TGase与蛋白质分子的结合难度加大，不利于蛋白质分子间的进一步聚集。从图2中可以看出，胶凝性有最大值，对回归方程进行偏微分处理，令偏微分方程∂y2/∂x1=0；∂y2/∂x2=0；∂y2/∂x3=0，可得

解此方程组得到X1=0.38，X2=0.53，X3=0.03，按照编码表，将编码值换算成实际值得到压力水平238MPa，TGase添加量4.53g/kg，保压时间10min。

2.3 验证实验

综合考虑内聚性和胶凝性，得到的最佳碎猪肉凝胶成型制品的工艺条件为TGase添加量：4.5g/kg，压力水平：240MPa，保压时间：10min。在此条件下重复实验三次，测得的各指标平均值分别为：内聚性0.423、胶凝性1645.34，均大于理论值0.398和1595.76，相对误差为5.9%和3.1%，由此看出，由响应面法优化的工艺参数准确可靠，具有一定的实用价值。

3 结论

TGase添加量和压力水平对碎猪肉凝胶成型制品的内聚性和胶凝性影响较大，响应面法优化的碎猪肉凝胶成型的最佳工艺参数为：TGase添加量4.5g/kg，压力水平240MPa，保压时间10min。最佳工艺条件下获得的凝胶成型制品，具有较好的硬度、粘着性、弹性、内聚性和胶凝性。

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Study on restructured pork treated by simultaneous application of high hydrostatic pressure and transglutaminase

BAI Yan-hong，ZHAO Dian-bo，ZHANG Xiao-yan，JIANG Chun-peng
（College of Food and Biotechnology Engineering，Zhengzhou University of Light Industry，Zhengzhou 450002，China）

Effects of simultaneous application of high hydrostatic pressure（HHP）and transglutaminase（TGase）on restructured pork were studied.The optimum process conditions of restructured pork obtained by Box-Behnken test were：addition of TGase of 4.5g/kg，pressure level of 240MPa and pressure holding time of 10min. Comparison of restructured pork with fresh pork，hardness，adhesiveness，cohesiveness and gumminess had no significant differences.The technology of simultaneous application of HHP and TGase which induced minced pork to restructure and shape provided a new way for comprehensive utilization of offcut in slaughtering and processing of pork.

high hydrostatic pressure；transglutaminase；minced pork；gelation；shaping

TS251.5+1

A

1002-0306（2012）03-0114-04

2010－07－12

白艳红（1975-），女，博士，副教授，主要从事畜产品加工与质量控制方面的研究工作。

河南省高校青年骨干教师资助项目。