超声波处理对淘汰蛋鸭肌内胶原蛋白和嫩度的影响

秦卫东，马利华，王卫东，陈学红，蔡 曦

（徐州工程学院，江苏 徐州 221018）

嫩度是肉和肉制品重要的质量特性之一.通常，肉类的嫩度取决于肌原蛋白和肌内胶原蛋白.许多研究已经证实肌内胶原蛋白的含量和特性与肉类的嫩度之间存在着一定的相关性.Renand等［1］研究了106头夏洛莱公牛（Charolais bulls）的肌肉特性与肉类质量之间的关系，证实了牛肉嫩度的变异性与肌原蛋白含量和溶解性相关；Torrescano等［2］给出了14种牛的肌肉Warner-Bratzler剪切力与总胶原蛋白含量之间的相关性为R＝0.723；Riley等［3］发现牛排中不溶性胶原蛋白的量对牛排的 Warner-Bratzler剪切力和总体嫩度有显著影响；Nishimura等［4］指出生猪肉的剪切力与猪的骨骼肌中各种类型的结缔组织显著相关；Liu等［5］指出不同鸡的骨骼肌的韧性与总胶原蛋白含量相关（R2＝0.94）.随着动物的生长，胶原蛋白交联变得较稳定，肌内结缔组织的结构完整性增加，这些变化增加了肌内结缔组织与肉的韧性相关的机械特性［6］.比较淘汰蛋鸡和普通肉鸡之间肉的嫩度的差别，发现淘汰蛋鸡的韧性比普通肉鸡要大，其原因是由于淘汰蛋鸡的总胶原蛋白含量高于普通肉鸡.Northcutt等［7］证实鸡胸肉的Warner-Bratzler剪切力随肉鸡年龄的增长而增大.徐幸莲等［8］比较了肉鸡和淘汰蛋鸡肉质之间的差别，发现淘汰蛋鸡肌肉的持水性比肉鸡低，剪切力比肉鸡高.因此，淘汰蛋禽的肉类在食用和利用之前必须进行嫩化处理.

超声波是一种肉类嫩化的新技术.它可以通过2种方式嫩化肉类［9］：一是破坏肌肉细胞的完整性，二是促进酶促反应.研究报道显示，超声波处理可以导致肌肉肌节的延伸［10-12］、肌原纤维的破裂或破碎［1，12］、Z-线区域超微结构的改变［11，13-14］.一些研究者报道了超声波处理对肉类嫩度有益的作用，Dickens［15］发现用40 kHz、2400W超声波处理15min肉鸡胸肌的剪切力明显低于未处理样品；Smith等［16］报道了用25.9kHz超声波处理4min，增加了牛半键肌（semitendinosus）的嫩度；Pohlman［10］确认高强度超声波（20kHz，22 W／cm2）可以降低牛胸肌（pectoralis）的剪切力；孙道运等［17］指出在水浴中超声波处理可使淘汰蛋鸡肉质的剪切力降低28.2%～37.7%；Jayasooriya等［18］研究了超声波处理对牛肉背最长肌（longissimus lumborum et thoracis）和半键肌的影响，用高频超声波（24kHz，12W／cm2）处理240s后牛肉的Warner-Bratzler剪切力和硬度明显降低.然而，关于超声波对胶原蛋白的影响却有不同的研究结果，一些研究者［11，19-20］认为超声波对胶原蛋白没有影响；Roberts［21］表明当牛里脊肉遭受到声波后，结缔组织优先损坏；Jayasooriya等［18］认为超声波将弱化胶原蛋白；Chang等［22］报道了超声波对胶原蛋白产生明显的影响，特别是其热力特性.

本研究的目的是探讨高频率高强度超声波处理对淘汰蛋鸭胸肉的胶原蛋白变化和剪切力的影响，研究胶原蛋白变化和淘汰蛋鸭胸肉的剪切力之间的关系.

1 材料与方法

1.1 材料

20月龄的蛋鸭由徐州惠农鸭业有限公司提供.宰杀后，取鸭胸肉作为实验原料，除去表面可见脂肪.实验前，于-18℃下贮存.

1.2 化学试剂

所有试剂均为化学纯，购于上海国药集团化学试剂有限公司.

1.3 超声波处理

鸭肉解冻后，装入塑料袋中，排除空气后密封，将封入鸭肉的塑料袋放入置于超声波细胞破碎仪（BILON96-Ⅱ型，上海比朗仪器有限公司）中注入水的烧杯中.插入超声探针，注意避免探针与塑料袋直接接触.设定超声波功率或超声波处理时间，对鸭肉进行超声波处理.

1.4 热溶胶原蛋白含量的测定

取5g样品加入4倍1／4Ringer＇s溶液，用高速匀浆机（ZW-800G型，温州维科生物实验设备有限公司）以15 000r／min匀浆.将匀浆液在77℃加热70min，然后1600×g离心（SIGMA 3K30型，德国SIGMA公司）30min.移出上清液，残渣用相同溶液悬浮，再次离心.合并上清液，110℃用6mol HCl水解24h.按照Bergman等的方法［23］测定羟脯氨酸的量.将羟脯氨酸的浓度乘以7.25计算热溶胶原蛋白的浓度.

1.5 剪切力的测定

将肌肉样品放入塑料袋中，在72℃水浴中加热到中心温度70℃.将样品用连续自来水冷却至室温.使用肌肉嫩度仪 （C-LM3B型，东北农业大学工学院）测定剪切力值.

2 结果与讨论

2.1 超声波功率对热溶性胶原蛋白含量和鸭肉剪切力的影响

不同功率下超声波处理对淘汰蛋鸭的胸肉中的热溶胶原蛋白含量和剪切力的影响见图1.随着超声波功率的增大，热溶胶原蛋白的含量增多，肌肉的剪切力降低.当超声波的功率达到300W时，热溶胶原蛋白的含量达到最大值，为20.0mg／100g，肌肉剪切力降至最小值，为3.03kg.继续增大超声波功率，热溶胶原蛋白含量反而降低，剪切力变大.

图1 超声波功率对淘汰蛋鸭肌肉的热溶胶原蛋白和剪切力的影响

超声波嫩化作用一方面是通过超声波空穴现象对肌肉组织产生物理损害.在较低的超声波功率（≤300 W）范围内，随着超声波功率的增大，产生的空穴效应对肌肉组织的物理作用增强，有利于热溶胶原蛋白的溶解，从而增加肌肉的嫩度.Pohlman等［24］发现，超声波功率较小（20kHz，1.55W／cm2）时，对肉类的嫩化没有积极影响.当进一步加大超声波处理功率（＞300W）时，热溶胶原蛋白的含量下降，肌肉剪切力增大.这是因为在超声波作用的同时也会产生一定的热量［15，18］.Jayasooriya等［18］确认超声波处理可能导致15～30℃的温度升高.这种热效应会使肌肉表面产生部分蒸煮［10］，导致肌肉表面蛋白质的变性，不利于胶原蛋白的变化.

2.2 超声波处理时间对热溶胶原蛋白含量和鸭肉剪切力的影响

图2给出了不同超声波处理时间的热溶胶原蛋白含量和鸭肉剪切力的变化.超声波时间对鸭肉中热溶胶原蛋白含量和肌肉剪切力的影响表现出与超声波功率相似的变化趋势，即在5～20min范围内，热溶胶原蛋白含量增大，特别是在15～20min范围内，热溶性胶原蛋白含量的增大幅度较显著，而在5～20min范围内剪切力直线下降.当超声波处理时间超过20min，鸭肉中热溶胶原蛋白含量下降，剪切力升高.

图2 超声波时间对淘汰蛋鸭肌肉的热溶胶原蛋白和剪切力的影响

超声波嫩化肉类时产生的物理效应也受超声波处理时间的影响，处理时间较短时，不利于产生嫩化效果；处理时间过长时，又会引起温度的上升.Got等［11］用超声波（2.6MHz，10W／cm2，2×15s）没有发现对胶原蛋白的影响.这可能是由于超声波作用时间太短导致的.Jayasooriya等［18］报导了在0～60s之间超声波处理时牛肉的剪切力有很大程度的下降，但进一步延长处理时间，剪切力无显著变化.Smith等［16］也曾发现，超声波处理4min可增加肉类的嫩度，但处理时间延长至8～16min时肉类的嫩度反而降低.本研究的结果与上述结论基本一致.

2.3 鸭肉中热溶性胶原蛋白含量与肌肉剪切力的相关分析

对不同超声波功率嫩化及不同超声波时间嫩化鸭肉后肌肉中热溶胶原蛋白含量和肌肉剪切力之间进行相关分析，结果见图3和图4.

图3 不同超声波功率处理期间淘汰蛋鸭肌肉的热溶胶原蛋白与剪切力的关系

图4 不同超声波时间处理期间淘汰蛋鸭肌肉的热溶胶原蛋白与剪切力的关系

由图3和图4可知：超声波嫩化期间，肌肉中热溶性胶原蛋白含量与肌肉的剪切力呈现负相关（R2＞0.81），即随着热溶性胶原蛋白含量的增大，肌肉的剪切力存在下降的趋势.

一些研究已经给出了胶原蛋白含量与肉类的韧性高度相关，Nakamura等［25］指出胶原蛋白的变化对鸡肉的嫩度有较大的影响；Pohlman等［10］认为低强度超声波（22kHz，1.5～3.0W／cm2）不能改善肉类嫩度的原因可能是由于肌肉内高比例的胶原蛋白和弹性蛋白对超声波缺乏响应的原故，从而暗示了胶原蛋白与肉类嫩度的相关关系；Liu［5］证实鸡肉中胶原蛋白含量与鸡肉韧性的关系为 R2＝0.94；Torrescano等［2］、Dransfield等［26］对牛肉分别给出了R＝0.95和R＝0.72的相关关系.本研究得到不同超声波功率及不同超声波时间嫩化鸭肉期间肌肉中热溶胶原蛋白含量和肌肉剪切力之间呈现高度负相关关系，R2分别为0.8192和0.9613，这与以上研究结果保持一致.

3 结论

1）超声波处理可以促进鸭肉中胶原蛋白的溶解，从而降低肌肉的剪切力.

2）超声波嫩化肉类的效果受超声波功率及作用时间的影响，功率过小或达大以及时间过短或过长，都将达到不到理想的嫩化效果.最合适的超声波处理条件为功率300W、处理时间20min.

3）利用不同功率的超声波及不同超声波处理时间嫩化鸭肉的结果都显示出热溶胶原蛋白含量与肌肉剪切力之间呈现高度负相关（R2＞0.81）.

［1］Renand G，Picard B，Touraille C，et al.Relationships between muscle characteristics and meat quality traits of young Charolais bulls［J］.Meat Science，2001，59（1）：49-60.

［2］Torrescano G，Sanchez-Escalante A，Gimenez B，et al.Shear values of raw samples of 14bovine muscles and their relation to muscle collagen characteristics［J］.Meat Science，2003，64（1）：85-91.

［3］Riley D G，Johnson D D，Chase C C，et al.Factors influencing tenderness in steaks from Brahman cattle［J］.Meat Science，2005，70（2）：347-356.

［4］Nishimura T，Fang S，Wakamatsu J，et al.Relationships between physical and structural properties of intramuscular connective tissue and toughness of raw pork［J］.Animal Science Journal，2009，80（1）：85-90.

［5］Liu A，Nishimura T，Takahashi K.Relationship between structural properties of intramuscular connective tissue and toughness of various chicken skeletal muscles［J］.Meat Science，1996，43（1）：43-49.

［6］Nishimura T.The role of intramuscular connective tissue in meat texture［J］.Animal Science Journal，2010，81（1）：21-27.

［7］Northcutt J K，Buhr R J，Young L L，et al.Influence of age and postchill carcass aging duration on chicken breast fillet quality［J］.Poultry Science，2001，80（6）：808-812.

［8］徐幸莲，周光宏，刘海斌.淘汰蛋鸡与普通肉鸡肌肉品质的比较研究 ［J］.食品工业科技，2001，22（6）：28-30.

［9］Chemat F，Khan M K.Applications of ultrasound in food technology：processing，preservation and extraction［J］.Ultrasonics Sonochemistry，2011，18（4）：813-835.

［10］Pohlman F W，Dikeman M E，Kropf D H.Effects of high intensity ultrasound treatment，storage time and cooking method on shear，sensory，instrumental color and cooking properties of packaged and unpackaged beef pectoralis muscle［J］.Meat Science，1997，46（1）：89-100.

［11］Got F，Culioli J，Berge P，et al.Effects of high-intensity high-frequency ultrasound on ageing rate，ultrastructure and some physic-chemical properties of beef［J］.Meat Science，1999，51：35-42.

［12］Vimini R J，Kemp J D，Fox J D.Effects of low frequency ultrasound on properties of restructured beef rolls［J］.Journal of Food Science，1983，48（5）：1572-1573.

［13］Reynolds J B，Anderson D B，Schmidt G R，et al.Effects of ultrasonic treatment on binding strength in cured ham rolls［J］.Journal of Food Science，1978，43（3）：866-869.

［14］Stadnik J，Dolatowski Z J，Baranowska H M.Effect of ultrasound treatment on water holding properties and microstructure of beef（m.semimembranosus）during ageing［J］.LWT-Food Science and Technology，2008，41（10）：2151-2158.

［15］Dickens J A，Lyon C E，Wilson R L.Effect of ultrasonic radiation on some physical characteristics of broiler breast muscle and cooked meat［J］.Poultry Science，1991，70（2）：389-396.

［16］Smith N B，Cannon J E，Novakofski J E，et al.Tenderization of semitendinosus muscle using high intensity ultrasound［C］.Orlando：In Proceedings of the IEEE Ultrasonics Symposium，1991：1371-1374.

［17］孙道运，钟赛意，张珺，等 超声波处理对淘汰蛋鸡嫩化效果的初步研究［J］.食品研究与开发，2006，27（11），35-39.

［18］Jayasooriya S D，Torley P J，D＇arcy B R，et al.Effect of high power ultrasound and ageing on the physical properties of bovine semitendinosus and longissimus muscles［J］.Meat Science，2007，75（4）：628-639.

［19］Lyng J G，Allen P，McKenna B M.The effect on aspects of beef tenderness of pre-and post-rigor exposure to a high intensity ultrasound probe［J］.Journal of the Science of Food and Agriculture，1998，78（3）：308-314.

［20］Lyng J G，Allen P，McKenna B.The effects of pre-and post-rigor high-intensity ultrasound treatment on aspects of lamb tenderness［J］.LWT-Food Science and Technology，1998，31（4）：334-338.

［21］Roberts R T.Sound for processing food［J］.Nutrition ＆ Food Science，1991，91（3）：17-18.

［22］Chang H J，Xu X L，Zhou G H，et al.Effects of characteristics changes of collagen on meat physicochemical properties of beef semitendinosus muscle during ultrasonic processing［J］.Food and Bioprocess Technology，2012，5（1）：285-297.

［23］Bergman I，Loxley R.Two improved and simplified methods for the spectrophotometric determination of hydroxyproline［J］.Analytical Chemistry，1963，35（12）：1961-1965.

［24］Pohlman F W，Dikeman M E，Zayas J F.The effect of low-intensity ultrasound treatment on shear properties，color stability and shelf-life of vacuum-packaged beef semitendinosus and biceps femoris muscles［J］.Meat Science，1997，45（3）：329-337.

［25］Nakamura R，Sekoguchi S，Sato Y.The contribution of intramuscular collagen to the tenderness of meat from chickens with different ages［J］.Poultry Science，1975，54（5）：1604-1612.

［26］Dransfield E，Martin J F，Bauchart D，et al.Meat quality and composition of three muscles from French cull cows and young bulls［J］.Animal Science，2003，76：387-399.