滚揉工艺对牛肉品质的影响

郭瑶堂,王明芳,罗月辰,陈 婷,叶美作,王 衫,胡永正,李明元,*

(1.西华大学食品与生物工程学院,四川成都 610039;2.西华大学宜宾研究院,四川宜宾 644000)

牛肉是我国第三大消费肉类,仅次于猪肉和鸡肉,发展前景良好[1]。牛肉不仅营养丰富,富含肌氨酸、维生素B6、肉毒碱,还具有高蛋白低脂肪、高消化率低热量等特点[2]。然而牛肉具有较重的腥膻异味,加工前需进行腌制处理。传统腌制是肉制品在加工中常采用的方式,具有防腐败,改善肉制品的风味和色泽的作用[3],但腌制时间长,会使得产品生产效率低,出品率低,并造成企业生产成本增加[4-5]。

真空滚揉腌制是一种物理嫩化肉品的工艺方法,能使肌肉组织结构变得松弛,引起肌肉细胞膜破裂,肌纤维断裂,从而达到嫩化的目的,且能使腌制液快速均匀渗透[6-7],缩短腌制时间,改善肉品的风味[8-9]。此外,在肉制品加工过程中,添加磷酸盐可以提高肉的pH,螯合肉中的金属离子,增加肉的离子强度,解离肌动球蛋白,增强保水性,提高出品率[10]。

目前,我国关于真空滚揉腌制工艺研究较多[11-13]。刘巧瑜等[14]主要研究真空滚揉条件对白卤牛肉品质的影响,但并未深入研究因素之间的交互影响。丁玉庭等[15]研究发现真空滚揉腌制能较好地改善鸭肉的色香味以及口感等品质。张东等[16]针对滚揉时间、脉动比、液肉比对腊肉腌制液吸收率和蒸煮损失率进行了研究。目前,牛肉滚揉工艺研究基本集中在滚揉时间或里程方面[17],关于真空度和复合磷酸盐对牛肉的出品率和剪切力影响鲜有报道。

因此,本实验通过Box-Behnken设计和响应面优化滚揉时间、真空度、复合磷酸盐对牛肉出品率和剪切力的影响,探究三者的协同作用,使产品达到较高的出品率,改善牛肉食用品质,为后续牛肉加工生产提供一定的技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

牛霖肉 牛后腿肉,四川成都海霸王市场;川晶食盐(食品级) 四川南充顺城盐化有限责任公司;蜜丹儿复合磷酸盐(食品级) 河南蜜丹儿商贸有限公司。

TW-GR40真空滚揉机 上海沃迪股份有限公司;TA-XT plus质构仪 英国SMS公司;热电耦测温仪 北京华海恒辉科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程 牛霖肉→修整→滚揉腌制→蒸煮→成型→冷藏

1.2.2 工艺要点 参考汤春晖等[18]的方法,略作修改。修整:将牛霖肉去除筋膜、结蹄组织、淤血,分割成250 g左右的肉块于-18 ℃冰箱中冻结;解冻:由于实验的连续性,前期已完成不同解冻方式对牛肉品质特性的影响,故此处取冻藏牛肉利用微波炉解冻功能,选择肉类解冻模式按质量进行解冻;滚揉腌制:根据王兆明[19]的方法采用液肉比35%,将原料肉与腌制液一同放入滚揉机内,在一定的滚揉真空度下滚揉一定的时间,其中腌制液由盐和一定的复合磷酸盐配制而成,食盐占肉重的3%;蒸煮:将热电耦测温仪插于腌制好的半成品肉样中心,于沸水中蒸煮至中心温度70 ℃;成型:将煮后的牛肉置于4 ℃冷藏放置12 h,测肉样的剪切力和出品率。

1.2.3 剪切力的测定 参考夏秀芳等[20]方法,略作修改,参数设置如下:测前速率:2.0 mm/s;测中速率:1.0 mm/s;测后速率:10.0 mm/s;距离:10.0 mm;触发力:15.0 g。测定时沿牛肉肌纤维方向切5.0 cm×1.0 cm×1.0 cm的肉条,选择HDP/BSK刀头,每个样品测15次,取平均值。

1.2.4 出品率测定 滚揉结束后将牛肉水分沥干,将热电耦测温仪插入肉的中心部位,放入100 ℃的沸水中加热,待中心温度达到70 ℃时,保持15 min,将肉样取出置于4 ℃冷藏室放置12 h,用滤纸吸干表面水分,称质量,按公式(1)计算出品率[21]。

式(1)

1.2.5 TPA质构分析 参考常海军等[22]的方法,加以修改,采用质构仪在TPA模式下测定指标。测定参数如下:测前速率:3.0 mm/s;测中速率:1.0 mm/s;测后速率:1.0 mm/s;压缩形变30%,循环次数:2次;探头:P/0.5,每组样品测7次,取平均值。

1.2.6 单因素实验设计

1.2.6.1 滚揉时间对牛肉剪切力和出品率的影响 选取15块质量约250 g的肉样,平均分成5组,在复合磷酸盐添加量0.3%、滚揉真空度0.03 MPa条件下,每组分别以滚揉时间4、5、6、7、8 h进行滚揉实验。

1.2.6.2 复合磷酸盐添加量对牛肉剪切力和出品率的影响 选取15块质量约250 g的肉样,平均分成5组,在滚揉时间6 h、滚揉真空度0.03 MPa条件下,每组分别以复合磷酸盐添加量0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%进行滚揉实验。

1.2.6.3 滚揉真空度对牛肉剪切力和出品率的影响 选取15块质量约250 g的肉样,平均分成5组,在滚揉时间6 h、复合磷酸盐添加量0.3%条件下,每组分别以滚揉真空度0.01、0.02、0.03、0.04、0.05 MPa进行滚揉实验。

1.2.7 响应面试验设计 结合单因素实验结果,根据Box-Behnken试验设计原理,设计响应面分析试验,以剪切力和出品率作为响应值。实验因素和水平见表1。

表1 Box-Behnken设计因素及水平表

1.3 数据处理

每组实验重复3次,实验数据用SPSS 19.0进行方差分析,结果运用Origin 9.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果

2.1.1 滚揉时间对剪切力和出品率的影响 由图1可以看出,随着滚揉时间的延长剪切力呈下降趋势,且各处理组之间差异极显著(P<0.01)。出品率随滚揉时间的延长先增加后降低,4 h处理组和8 h处理组之间差异不显著(P>0.05),在6 h时出品率达到最大值为95.33%。牛肉在滚揉的过程中,真空产生负压,并持续受到机械力作用,随着滚揉时间的增加,导致肌肉纤维间隙增大,结构松弛,从而有效降低肉的剪切力,提高肉的嫩度。在一定范围内延长滚揉时间有助于提高产品的出品率,但持续延长滚揉时间可能还会导致出品率下降,可能是由于滚揉时肌肉组织松散,腌制液快速均匀地由外向里渗透,同时盐溶液蛋白富集在肉表面阻止水分向外流失,从而提高产品的出品率[22]。过度滚揉,肉块的完整性被破坏,加剧肌原纤维断裂,细胞液和盐溶液反渗,导致出品率降低[23]。综合考虑剪切力、出品率以及经济原则,选择滚揉时间6 h较为理想。

图1 滚揉时间对剪切力和出品率的影响

2.1.2 复合磷酸盐添加量对剪切力和出品率的影响 由图2可以看出,随着复合磷酸盐添加量增加剪切力呈先降低后平缓的趋势,出品率呈先增大后平缓的趋势。有研究表明,肌肉中肌动球蛋白在复合磷酸盐的作用下可以分解成肌动蛋白和肌球蛋白[24-25],同时磷酸盐中的多聚磷酸盐会对肌球蛋白变性有抑制作用,进而降低肉块的剪切力。磷酸盐可与肉中的钙镁等离子结合,使牛肉中的亲水基团暴露在外,充分与腌制液结合,能在一定程度上改变肉热凝胶流变特性,提高肉的持水能力,从而提高产品出品率[25]。GB 2760-2014《食品添加剂使用标准》中规定肉制品中复合磷酸盐添加量不得超过5 g/kg[26]。综合考虑剪切力和出品率,复合磷酸盐添加量选择0.3%较为理想。

图2 复合磷酸盐添加量对剪切力和出品率的影响

2.1.3 滚揉真空度对剪切力和出品率的影响 由图3可以看出,剪切力随真空度的增大而减小,各处理组间差异极显著(P<0.01),出品率随真空度的增大呈现先增加后降低的趋势,0.03 MPa滚揉处理组与各处理组间差异显著(P<0.01),且在0.03 MPa时出品率达到最大值为91.93%。可能是因为滚揉过程中牛肉发生撞击、摔打等机械作用和真空产生负压使牛肉受到由内而外的膨胀压力,肌肉组织松弛,从而降低剪切力[27]。提高真空度使牛肉和滚揉机间的压强差增大,有利于腌制液的渗透,提高肉块的出品率[28],过高的真空度会导致牛肉纤维组织结构被破坏,汁液过度析出,肉块保水性下降,从而降低出品率[29]。综合考虑,滚揉真空度选择0.03 MPa较为理想。

图3 滚揉真空度对剪切力和出品率的影响

2.2 响应面试验分析

2.2.1 回归方程的建立与方差分析 利用软件对表2试验数据进行回归分析,拟合得出剪切力Y1和出品率Y2的二次多项式回归方程,分别为:Y1=4.01-0.71A-0.28B-0.32C+0.067AB-0.048AC-0.18BC-0.52A2-0.30B2-0.22C2(R2=0.9761);Y2=97.29+1.4A+0.74B-0.041C+0.45AB-1.08AC-0.37BC-6.95A2-2.62B2-5.00C2(R2=0.9876)。

表2 Box-Behnken实验设计及结果

由表3可知,以剪切力为响应值时,该二次多项式回归模型P值远小于0.01,差异极显著,失拟项P值=0.0526>0.05,差异不显著。说明该回归模型的拟合程度较好[18]。方程中因素A、B、C、A2、B2对剪切力的影响极显著(P<0.01),因素C2影响显著(P<0.05),AB、AC、BC的P值分别为0.4345、0.5780、0.0573,说明两因素之间的交互作用对剪切力的影响不显著。根据回归方程一次项系数的大小,可以判断出各因素对剪切力影响大小依次是滚揉时间、真空度、复合磷酸盐添加量,说明滚揉时间对剪切力的影响最为显著。回归方程的相关系数R2=0.9761,说明剪切力的变化有97.61%来源于所选的因素[19]。同理,由表4可以看出,以出品率为响应值时模型也适合。

表3 剪切力回归模型方差分析

表4 出品率回归模型方差分析

2.2.2 响应面结果分析 从图4a中可以看出,复合磷酸盐添加量和滚揉时间对剪切力的影响不显著。滚揉时间在5～7 h时,牛肉的剪切力随着复合磷酸盐添加量的增加而减小,但减小的趋势较为缓慢;复合磷酸盐添加量在0.2%～0.4%时,牛肉的剪切力随着滚揉时间的延长而减小,减小的趋势相对较快。从图4b中可知,滚揉时间和滚揉真空度对剪切力交互作用不显著。当复合磷酸盐添加量为0.3%时,滚揉真空度在0.02～0.04 MPa时,牛肉的剪切力随着滚揉时间的延长而减小,滚揉时间一定时,剪切力随滚揉真空度的增加而减小。从图4c可知,滚揉真空度和复合磷酸盐添加量的交互作用对剪切力的影响不显著,与表3方差分析结果一致。

图4 试验因素对剪切力的影响

从图5a可看出,滚揉真空度一定时,出品率随滚揉时间的增加先增大后减小,随复合磷酸盐添加量的增大而增大,但增大趋势逐渐平缓。从图5b可知,响应面坡度较陡,表明滚揉时间和滚揉真空度的交互作用对出品率影响显著,出品率随滚揉时间的增加先增大后减小,随滚揉真空度的增加先增大后减小,与刘梦娟等[11]研究一致。从图5c可看出,出品率随复合磷酸盐添加量的增大而增大,随滚揉真空度的增加先增大后减小,且变化趋势相对较慢,与表4方差分析结果一致。

图5 试验因素对出品率的影响

2.2.3 最优工艺的确定与验证实验 通过Design Expert分析优化,产品的品质以剪切力和出品率为评价,得出最佳工艺参数为:滚揉时间5.83 h、复合磷酸盐添加量0.29%、滚揉真空度0.03 MPa,此时牛肉剪切力值为4.18 kg,出品率为96.6%。结合实际生产和经济效益考虑,将最优工艺参数调整为:滚揉时间6 h、复合磷酸盐添加量0.30%、滚揉真空度0.03 MPa。对此条件进行验证实验,相同条件下做3次平行实验,得到牛肉的剪切力值为(4.13±0.056) kg,出品率为96.2%±0.20%,剪切力与预测的理论值4.18 kg相对误差为1.19%,出品率与预测的理论值96.6%相对误差为0.41%。说明该模型能较好地反映真空滚揉条件,具有实际指导意义。

2.2.4 真空滚揉腌制和静置腌制对牛肉品质的影响 比较最优工艺条件下真空滚揉腌制和静置腌制6 h、复合磷酸盐添加量0.30%得到的牛肉的剪切、出品率和质构特性,结果见表5。

表5 真空滚揉腌制和静置腌制对牛肉品质的影响

由表5可知,经真空滚揉后得到的牛肉的出品率显著升高(P<0.01),剪切力显著降低(P<0.01),肉的保水性和嫩度都得到很大改善,与史培磊等[30]研究结果一致。真空滚揉同时也能改变肉的质构特性,牛肉的硬度、弹性和内聚性显著升高(P<0.01),胶黏性和咀嚼性显著降低(P<0.01),回复性增大(P<0.05),与赖彩如等[6]研究一致。这是由于滚揉时机械力作用和真空产生负压导致牛肉组织结构松弛,利于盐溶性蛋白流出,在复合磷酸盐的作用下盐溶性蛋白凝胶化,并持续锁住水分,进而有效改善肉的嫩度和质构特性。

3 结论

在滚揉腌制的过程中,滚揉时间、复合磷酸盐添加量、真空度对牛肉的剪切力和出品率均有显著影响(P<0.05或P<0.01),其中对剪切力影响的大小为:滚揉时间>真空度>复合磷酸盐添加量;对出品率影响的大小为:滚揉时间>复合磷酸盐添加量>真空度。通过单因素和响应面实验优化牛肉真空滚揉腌制工艺,得到较优工艺参数为:滚揉时间6 h、复合磷酸盐添加量0.30%、滚揉真空度0.03 MPa,在此条件下得到剪切力为4.13 kg,出品率为96.2%,该模型回归极显著,拟合程度较好,说明优化后的牛肉真空滚揉腌制工艺合理可行。