高压结合热处理对猪肉中硫胺素含量的影响

李婷婷,黄业传,雷裕田

(西南科技大学 生命科学与工程学院,四川绵阳 621010)



高压结合热处理对猪肉中硫胺素含量的影响

李婷婷,黄业传*,雷裕田

(西南科技大学 生命科学与工程学院,四川绵阳 621010)

为研究不同处理压力(200～600 MPa)、温度(20～60 ℃)和时间(10～20 min)对猪肉中硫胺素含量的影响,选择猪背最长肌为原料,在单因素实验基础上,根据Box-Behnken实验设计原理,采用三因素三水平的响应面法分析。结果表明:在压力、温度、时间三种因素中,压力和温度对硫胺素含量的影响极显著(p<0.01),而时间对其影响显著(p<0.05),压力和温度的交互作用对硫胺素含量也有极显著影响(p<0.01)。当处理温度在20～47 ℃左右时,硫胺素含量随压力的升高逐渐降低;温度高于48 ℃后,硫胺素含量随压力的升高先增加后减少,存在压力临界值;当压力一定时,硫胺素含量随温度的升高先增大后减小,存在温度临界值,且临界温度随压力的升高呈线性上升。在高压处理过程中,中温结合中压处理比单独的高压低温或低压高温处理更有利于硫胺素的保留。

压力,热处理,猪肉,硫胺素

超高压技术是现代食品工业中的一项高新技术[1]。与传统热处理相比,高压处理对食品营养物质和感官品质破坏更小,并能有效钝化、灭活微生物,延长货架期[2-4]。目前,高压处理肉类的研究主要集中在改善肉的嫩度和延长贮藏期两个方面,而对风味影响研究很少[5]。在肉类研究时,大都是研究高压在肉类中的应用,但一些耐压微生物需要高压结合热处理才会失活[6-7]。所以高压结合热处理是现在肉产品加工业中高压应用的趋势,但相关的理论研究还很少。

硫胺素作为一种风味前体物质,经过热降解产生多种风味化合物,对风味的形成具有重要的作用[8]。现在肉制品加工中对硫胺素的研究主要集中在烹饪方式对其含量的影响、硫胺素的添加与否对肉类风味形成的影响以及肉制品个体间硫胺素含量差异的对比研究[9-10]。关于高压对食品中硫胺素影响的报道比较少,在詹耀等的研究中发现500 MPa,20 min以后硫胺素含量显著下降[11];Kim等人认为加压时间对牛乳中硫胺素的影响并不显著[12]。而关于温度对肉类中硫胺素的影响以及其热降解过程的研究已经很细致了,但是将高压与热处理结合研究肉类中硫胺素的报道几乎没有。所以研究高压结合热处理对猪肉中硫胺素的影响具有重要意义。

本实验以猪背最长肌中硫胺素含量为测定指标,研究不同处理压力(200～600 MPa)结合不同温度(20～60 ℃)处理10～20 min对猪肉中硫胺素含量的影响,为研究高压结合热处理对猪肉风味影响以及高压在肉类产品加工中的应用奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

猪肉 四川省绵阳市青义镇青科市场早上宰杀的新鲜猪肉(热鲜肉),取同一头猪最长肌约3 kg,快速运回实验室后,去掉表面可见脂肪、筋膜及结缔组织,切成小块,混合均匀后按每袋8 g左右分装于透明聚乙烯真空封装袋中进行抽真空封装,封装后的样品立即于-18 ℃条件下冷冻备用;盐酸、冰乙酸、异丁醇、氯化钠、乙酸钠、氢氧化钠、铁氰化钾、乙醇 均为分析纯,成都市科龙化工试剂厂;高峰淀粉酶 生化试剂,Solarbio。

HPP.L2-800/1型食品高压设备 天津华泰森淼生物工程技术股份有限公司;DZ400-DZ(2L)型真空封装机 四川成都瑞昌仪器制造有限公司;HH4型数显恒温水浴锅 江苏常州澳华仪器有限公司;LS-55荧光分光光度计 美国铂金埃尔默公司。

1.2 实验方法

1.2.1 高压处理 根据超高压装置厂家说明书,超高压设备的工作参数条件:最高压力可达800 MPa,升压速度为50 MPa/s左右,卸压速度为100 MPa/s左右,传压介质为葵二酸二辛酯。取已真空分装好的样品在4 ℃条件下解冻24 h后,在设定的压力、温度和时间下进行处理,每个处理重复三次。

1.2.2 硫胺素的测定方法 参照GB/T 9695.27-2008《肉与肉制品 维生素B1含量的测定》[13]采用荧光法进行测定。称取6 g试样于锥形瓶中,加入50 mL盐酸溶液于沸水浴中水解,然后待水解液冷却后调节pH,加入5 mL高峰淀粉酶溶液酶解3 h,酶解后调节pH并转移至100 mL容量瓶中用水定容,过滤取适量滤液进行氧化,取上层液待测。标准液的处理与样品处理步骤一致。

1.2.3 单因素实验设计 根据资料和大量预实验结果以及实验室设备能达到的实验条件对单因素实验实验水平进行设计,研究压力、温度和保压时间(保压时间是指压力达到设定值后保持的时间)对硫胺素含量的影响。

1.2.3.1 压力对硫胺素含量影响的研究 固定温度30 ℃,保压时间10 min,将样品分别在200、300、400、500、600、700 MPa 的条件下处理后测定硫胺素含量。

1.2.3.2 温度对硫胺素含量影响的研究 固定压力300 MPa,加压时间10 min,将样品分别在20、30、40、50、60 ℃的条件下处理后测定硫胺素含量。

1.2.3.3 时间对硫胺素含量影响的研究 固定压力300 MPa,温度30 ℃,将样品分别在 0、5、10、15、20、25 min的条件下处理后测定硫胺素含量。

1.2.4 响应面实验设计 本实验中视压力200 MPa为低压,400 MPa为中压,600 MPa为高压,温度20 ℃为低温(常温),40 ℃为中温,60 ℃为高温,在单因素实验的基础上运用Design-Expert 8.0中的Box-Behnken 实验设计原理[14],以硫胺素含量为响应值,压力、温度、时间为自变量,进行三因素三水平响应面实验设计,设计得到17组实验,其中包括5个0水平点。实验因素和水平见表1。

表1 响应面实验因素水平表

Table 1 Factors and levels of response surface method experiment

水平实验因素A压力(MPa)B温度(℃)C保压时间(min)-120020100400401516006020

1.3 数据处理

硫胺素含量测定结果利用统计软件SPSS 13.0 软件(SPSS Inc.,Chicago,Illinois,USA)计算其平均值和标准误及显著性分析,温度临界值采用Microsoft Excel 2013规划求解计算,响应面实验设计采用Design-Expert.8.05软件,结果采用最小二乘法进行二次多项式全回归统计分析,其基本模型如下:

其中:β0,βi,βii,βij是回归系数;Xi,Xj是不同自变量;Y是响应值。

2 结果与分析

2.1 压力对硫胺素含量的影响

由图1可以看出在30 ℃、10 min处理条件下,随着处理压力的增加,硫胺素含量呈逐渐降低的趋势。压力在200 MPa时,硫胺素的含量最高,当压力达到700 MPa时,硫胺素的含量相对较低,与200 MPa时相比,其只保留了48.98%。压力在200～400 MPa范围内时,硫胺素含量变化不显著,而当压力在400～700 MPa范围内时,硫胺素含量随压力的增加显著(p<0.05)降低。文献中有关高压对食品风味方面的研究基本是对感官品质和风味成分的研究,而对风味前体物质硫胺素的深入研究很少。如姜雪等人研究发现对牛乳加压到300 MPa时,硫胺素含量就已损失了约50%,但当压力不超过300 MPa时,压力对硫胺素的影响很小[15];而在Hugas的报道中,高压力处理只会破坏大分子物质,对B族维生素这类小分子物质影响不大[16]。但在实验中高压力会对硫胺素产生影响,这可能是因为在较高的压力下结合一定温度促使猪肉组织结构和细胞膜通透性发生改变,使硫胺素通过细胞通道随着水分一起流失;也可能是在高压处理过程中被VB1酶或肌红蛋白等非酶催化剂降解[17]。

图1 压力对硫胺素含量的影响Fig.1 Effect of pressure on the content of thiamine注：标注不同字母表示差异显著(p<0.05),图2、图3同。

2.2 温度对硫胺素含量的影响

图2是样品在固定压力300 MPa、时间10 min,不同温度处理条件下硫胺素含量的变化。由图2可以看出,硫胺素的含量随着温度的升高,呈逐渐降低的趋势,温度越低,硫胺素的相对含量就越高,当温度从20 ℃升高至60 ℃时,硫胺素含量具有显著性(p<0.05)变化,而60 ℃时硫胺素的含量相对20 ℃时保留了57.69%。硫胺素是一种热不稳定维生素,特别是在碱性条件下易被氧化和热降解[18]。硫胺素热降解的温度在121 ℃左右,在中低温条件下,硫胺素本身很难发生热降解[19]。而在方亮[20]的研究中,高压处理并不会对水溶性维生素产生明显的影响,但是结合温度时水溶性维生素会随着温度和压力的升高发生较大变化。可是现在关于高压结合热处理对硫胺素含量影响的报道几乎没有,因此在一定压力条件下,温度对硫胺素影响变化的本质还有待进一步研究。

图2 温度对硫胺素含量的影响Fig.2 Effect of temperature on the content of thiamine

2.3 时间对硫胺素含量的影响

图3是样品在固定的压力300 MPa、温度30 ℃,不同时间处理条件下硫胺素含量的变化。由图3可以看出在0～10 min内,硫胺素含量先降低后增大,但是变化并不显著,而当时间从10 min增加到25 min时,硫胺素含量显著(p<0.05)降低,此时硫胺素的含量相对0 min时保留了70.00%。这可能是因为随着加压时间的延长,肌肉组织发生变化,细胞膜的通透性增大,具有水溶性的硫胺素随着水分一起流失,也可能是因为随着时间的增加,硫胺素在细胞内逐渐被氧化或降解。该结果与詹耀、Nisha等的结论类似[10,19],在一定压力或温度下,硫胺素含量会随着处理时间的延长而降低。而Kim等[12]则认为加压时间对水溶性维生素的影响不显著。

图3 时间对硫胺素含量的影响Fig.3 Effect of time on the content of thiamine

2.4 响应面实验结果

2.4.1 响应面实验方案及实验结果 响应面实验方案及实验结果见表2。

表2 响应面方案及响应值

Table 2 Program of RSM and response value

实验号A压力(MPa)B温度(℃)C保压时间(min)硫胺素含量(mg/100g)14002020038±00224006010032±00432004020046±00144004015037±00354004015042±00564004015038±00072004010048±00784002010040±00296006015023±005106004010035±001114006020028±006122006015031±001132002015051±008146004020026±001154004015036±001164004015039±002176002015024±003

注:表中硫胺素含量均表示为平均值±标准误,是3次重复测定的结果。

利用Design-Expert8.0软件,对表2中的硫胺素数据进行分析,可得到硫胺素含量(Y)对压力、温度以及保压时间的二次多项回归方程,其表达式如下:

表3 响应面二次回归模型方差分析结果

Table 3 ANOVA results for response surface quadratic model

方差来源平方和自由度均方F值p值模型010900113093<00001∗∗A(压力)00581005815592<00001∗∗B(温度)001910019512900002∗∗C(时间)3612E-00313612E-00397400168∗AB9025E-00319025E-003243400017∗∗AC1225E-00311225E-00333001119BC1000E-00411000E-00402706195A23800E-00413800E-00410303450B2001110011307100009∗∗C27116E-00417116E-00419202085残差2595E-00373707E-004失拟项4750E-00431583E-00403008257净误差2120E-00345300E-004总离差01116R2=09755R2Adj=09439信噪比=18115

注:“**”表示差异极显著(p<0.01),“*”表示差异显著(p<0.05)。

表4 不同压力下温度对硫胺素影响的临界值

Table 4 Temperature threshold of the impact of thiamine under the conditions of different pressure

压力(MPa)回归方程温度临界值(℃)临界点硫胺素含量(mg/100g)200Y=-130E-004B2+5587E-004B+4439E-0022099050300Y=-130E-004B2+6775E-004B+3610E-0022555045400Y=-130E-004B2+7962E-004B+2734E-0023012040500Y=-130E-004B2+9150E-004B+1810E-0023469034600Y=-130E-004B2+001B+84E-0023926029

注:上面所有回归方程中的字母B表示温度变量,Y表示硫胺素含量。Y=+0.6412-4.4750E-004A+3.9625E-003B-0.01085C+1.1875E-005AB-1.7500E-005AC-5.0000E-005BC-2.3750E-007A2-1.3000E-004B2+5.2000E-004C2

其中:A为压力(MPa);B为温度(℃);C为时间(min)。

回归模型方程的方差分析结果见表3。

2.4.2 压力和温度对硫胺素含量的交互作用 响应面实验中评价和分析两种实验因素的交互作用是根据回归模型绘制相应的3D响应面图和二维等高线图,由图形的形状反映出两实验因素交互作用的强弱[20]。

图4显示了固定加压时间15 min时,压力和温度对硫胺素含量的交互影响。由图4可看出压力和温度的交互作用对硫胺素含量的影响比较明显。当处理温度在20～47 ℃左右时,硫胺素含量随压力的升高逐渐降低;当温度达到48 ℃后,硫胺素含量随压力的升高先增加后减少,因此在48～60 ℃间存在压力临界值,且在这个范围内,压力临界值随温度的升高逐渐增大。当温度为48 ℃时,临界压力约为202 MPa;当温度升高54 ℃时,临界压力在352 MPa左右;当温度达到60 ℃时,临界压力约为502 MPa。这种变化可能是因为在48 ℃以前,硫胺素含量主要受压力影响,随压力的增加其降解也越多;在48 ℃以后,温度和压力同时显著影响硫胺素含量,一方面,温压联合作用下肉中水份流失会增加硫胺素的相对含量,另一方面,硫胺素酶也受到温度和压力的影响从而影响到硫胺素含量,因此其含量的变化较复杂,先随压力的增加而增加,到临界点后又逐渐降低。而当处理压力不变时,硫胺素含量随温度的升高先增大后减小,因此存在温度临界值。当处理压力为200 MPa时,温度临界值约为21 ℃,临界点硫胺素含量约为0.50 mg/100 g;当处理压力升高到为300 MPa时,温度临界值大约在26 ℃,此时硫胺素含量约0.45 mg/100 g;直到压力继续升高到600 MPa时,临界温度升高到39 ℃左右,硫胺素降低到0.29 mg/100 g。这说明升高压力增大了使硫胺素变化的临界温度,而在不同临界温度时硫胺素含量随温度的升高而减小。由回归方程计算得关于不同压力下温度对硫胺素影响的临界值结果如表4。

将表4中的温度临界值对压力进行线性回归分析,可看出临界温度随处理压力的升高呈线性上升趋势(y=45.68×10-3x+11.85,R2=1.00)。同时将临界硫胺素含量对临界温度值进行线性回归分析,结果(y=-(1.16×10-3)x+0.75,R2=1.00)表明硫胺素含量随临界温度升高呈线性下降趋势。

由图4也可看出硫胺素含量随压力和温度的升高呈总体下降趋势,而中温中压处理后硫胺素的含量比低温高压和高温低压处理后的含量高。如当处理条件为400 MPa,40 ℃时,硫胺素含量为0.38 mg/100 g;当处理条件为200 MPa,60 ℃和600 MPa,20 ℃时硫胺素含量分别约为0.34 mg/100 g和0.24 mg/100 g,说明低温高压以及高温低压处理对硫胺素的破坏更大。因此在高压处理过程中,中温结合中压处理比单独的高压低温或低压高温处理更有利于硫胺素的保留。

图4 压力和温度对硫胺素含量交互影响的响应面Fig.4 Response surface of the interactive effect of pressure and temperature on the content of thiamine

3 结论

在高压结合热处理对猪肉处理过程中,压力是影响硫胺素含量的最显著因素,其次是温度,而处理时间的影响最小。压力和温度的交互作用对硫胺素含量有显著影响,处理温度为20～47 ℃左右时,硫胺素含量随压力的升高逐渐降低;48 ℃后,硫胺素含量随压力的升高先增加后减少,存在压力临界值,且临界值随温度的升高逐渐增大;压力一定时,硫胺素含量随温度的升高先增大后减小,存在温度临界值,且临界温度随压力的升高呈线性上升趋势;同时升高压力和温度时,硫胺素含量呈总体下降趋势。而且高压处理过程中,中温结合中压处理比单独的高压低温或低压高温处理更有利于硫胺素的保留。

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Effect of high pressure combined with heat treatment on thiamine content in pork

LI Ting-ting,HUANG Ye-chuan*,LEI Yu-tian

(College of Life Science and Engineering,Southwest University of Science and Technology,Mianyang 621010,China)

Toinvestigatetheeffectofhigh-pressureprocessingonthiaminecontentinpork,thelongsissimusmusclesweretreatedwithdifferentconditions(200～600MPa,20～60 ℃and10～20min),thenaccordingtotheBox-Behnkenexperimentdesign,thethreefactorsandthreelevelsofresponsesurfacemethodwasappliedonthebasisofthesinglefactorexperiment.Theresultsshowedthataboutthethreefactorsthepressureandthetemperaturehadextremelysignificanteffect(p<0.01)onthethiaminecontent,whilethetimehadsignificanteffect(p<0.05).Theinteractionofthepressureandtemperaturealsohadextremelysignificanteffect(p<0.01)onthethiaminecontent.Thethiaminecontentwasdecreasedwithincreasingpressurewhentheprocessingtemperaturewasbetween20 ℃and47 ℃.Whiletemperaturereached48 ℃,thiaminecontentwasfirstincreasedandthendecreasedwiththeincreasingpressure,andtherewerecriticalpressurevalues.Whenthepressurewascertain,withtheincreasingtemperaturethethiaminecontentwasfirstincreasedandthendecreased,andatthesametimeithadcriticaltemperaturevaluesthatlinearlyincreasedwithincreasingpressure.Mediumtemperaturewithmediumpressuretreatmentwasmoreadvantageoustothethiamineretentionthanlowtemperaturewithhighpressureorlowpressurewithhightemperaturetreatment.

highpressure;heattreatment;pork;thiamine

2016-03-16

李婷婷(1990-)，女，在读硕士，研究方向:食品化学工程，E-mail：1252585610@qq.com。

*通讯作者:黄业传(1975-)，男，博士，副教授，研究方向:肉制品加工与食品酶技术,E-mail：hyc2005@sina.com。

国家自然科学基金项目(31271892)；四川省生物质资源利用与改性工程技术研究中心科研创新团队建设基金项目(14tdgc03 )。

TS201.1

A

1002-0306(2016)19-0053-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.19.002