菠萝汁对牛肉持水力效果的影响

王莹,孟可心,高海燕,秦跃奇,姜继凯,张麟,曾洁

（河南科技学院食品学院,河南新乡453003）

作为世界第三消耗肉品,牛肉含有丰富的蛋白质、氨基酸,能提高机体抗病能力,适宜人们的生长发育及术后、病后在补充失血和修复组织等方面的调养[1].在生活中,由于牛肉的生产过程中受到饲养、屠宰、运输以及储存多个因素的影响,人们消费到的牛肉往往存在口感粗糙、不易咀嚼的缺陷,这是牛肉持水力较差的结果[2].研究表明,牛肉的持水力对牛肉的品质至关重要.肉的持水力是指肉类在加工过程中,肉内原有的水分以及添加到肉中的水分的保持能力.肉类持水力的大小与成品质量关系甚大,也就是说肉的持水力愈大,成品的质地愈显软嫩[3-4].菠萝果实品质优良,营养丰富,具有清暑解渴、消食止泻等功效,菠萝中含有菠萝蛋白酶,能有效分解肉中的蛋白质,使被分解的蛋白质大分子能与大量的水分子缔合,从而提高肉的持水性[5-6].

本文旨在探究菠萝汁改善牛肉持水力效果的影响因素,找出最佳处理条件,解决因牛肉持水力过低造成牛肉粗老的问题,为牛肉的进一步加工利用提供嫩度更高的原料,提高牛肉深加工产品的质量,以期为工业化生产牛肉制品的嫩化工艺提供理论参考.

1 材料和方法

1.1 材料与设备

牛肉（冷冻）、新鲜菠萝,购于世纪华联超市.

体积分数为10%的甲醛溶液,天津德恩化学试剂有限公司；液体石蜡,天津德恩化学试剂有限公司；曙红Y（水溶）,天津科密欧化学试剂有限公司；0.1 mol/LNaOH溶液、0.2 mol/L磷酸二氢钠溶液,自制.

电热恒温鼓风干燥箱DHG-9140A,上海三发科学仪器有限公司；台式离心机TDL-40B,上海安亭科学仪器厂；电热恒温水浴锅DZKW-D-Z,北京市永光明医疗仪器厂；电子天平BS124S,赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；pH数字酸度计,上海精科；Midea搅拌机MJ-25BMO3C,广东美的精品电器制造有限公司；电子天平T-500 Max＝500 g,d＝0.1 mg,美国双杰兄弟有限公司；Q200差示扫描量热仪,美国TA公司；TA.XT-plus物性测定仪,英国Stable Micro System公司；Quanta 200扫描电子显微镜,美国FEI公司.

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程 原料预处理→原料肉切丁→加菠萝汁→腌制→煮制→冷却→样品测试

1.2.1.1 牛肉前处理 将冷冻的牛肉从冰箱中取出,放入水槽中用自来水解冻,大约3 h.将解冻好的牛肉取出,去除脂肪、筋膜,用清水稍冲洗一下即可,擦干表面水分.

1.2.1.2 菠萝汁的制备方法 选取成熟的菠萝,洗干净后去皮,切成1 cm3左右的块状,用榨汁机榨汁,之后用4层纱布进行粗滤,再用离心机离心分离（4 000 r/min、20 min）,取上清液放冰箱备用[7].

1.2.2 单因素试验设计

1.2.2.1 菠萝汁质量分数 以牛肉的用量10 g为基准,设定处理时间为60 min,处理温度为50℃,考察菠萝汁质量分数分别为0、2%、4%、6%、8%、10%时,对牛肉持水力的影响.

1.2.2.2 处理时间 以牛肉的用量10 g为基准,以1.2.2.1中的最优菠萝汁质量分数,处理温度为50℃,考察菠萝汁处理时间分别为20、40、60、80、100 min时,对牛肉持水力的影响.

1.2.2.3 处理温度 以牛肉的用量10 g为基准,以1.2.2.1中的最优菠萝汁质量分数,1.2.2.2中的最优处理时间,考察菠萝汁处理温度分别为30、40、50、60、70℃时,对牛肉持水力的影响.

1.2.3 正交试验设计 根据单因素试验结果进行正交试验[8],将菠萝汁质量分数、温度、处理时间3个因素作为自变量,根据单因素结果获得各因素水平取值范围.以牛肉持水力为指标,采用L9（34）正交试验设计[9],进行正交试验优化.

1.3 测定指标

1.3.1 牛肉持水力测定

1.3.1.1 牛肉含水量测定 利用恒温干燥法,取洁净玻璃制的扁形干燥皿,置于100±5℃干燥箱中,加热0.5～1.0 h后取出,置于干燥器中0.5 h,称量,并重复干燥至恒温[10].称取10 g切碎的牛肉,放入干燥皿中,样品厚度为5 mm,精密称量（干燥皿+肉质量）后,置于100±5℃干燥箱中,干燥2.0 h后取出,放入干燥器内冷却0.5 h后称量（干燥皿+肉质量）,再放入100±5℃干燥箱中干燥1.0 h左右,取出,放入干燥器内冷却0.5 h后再称量（干燥皿+肉质量）,至前后两次质量差不超过2 mg,即为恒质量.含水量按下式计算牛肉含水量/%=（干燥前质量-干燥后质量）/肉质量×100

1.3.1.2 牛肉离心损失率测定 称取10 g牛肉,用滤纸擦干表面水分,将其用捣臼捣碎,置于离心管中,称质量后放在离心机中离心（转速4 000 r/min,20 min）,取出离心管,将离心管中的水分倒出,并且用滤纸将其表面的水分吸干,将样品及离心管一起称质量[11],离心损失率按下公式计算

离心损失率/%=（离心前质量-离心后质量）/离心前质量×100

1.3.1.3 牛肉持水力计算方法 牛肉持水力的计算方法为

持水力=牛肉的含水量-离心损失率

1.3.2 质构测定 采用TA.XT-plus物性测定仪进行测定.硬度和其他物性的测定：先将牛肉进行最佳处理,然后擦干表面水分,顺着肌纤维方向切取30 mm3的正方体,放在质构仪上测定其硬度值,重复测定3次,取平均值.测定条件：选用P/50平底圆柱形探头；操作模式：压力测定；操作类型：TPA；测试前速度：2.00 mm/s；测试速度：2.00 mm/s；测试后速度：2.00 mm/s；测试距离：样品高度的 50%.数据分析：硬度、弹性、胶着性、咀嚼性及回复性等物性数据采用TPA-macro软件分析,Excel 2000统计分析其他数据[12].

1.3.3 DSC测定 处理后的牛肉用DSC测定热力学性质.测定条件：样品质量40 mg左右,温度范围：40～120℃,升温速率10℃/min,氮气流速50 mL/min.分析出现峰的温度范围和焓值.

1.3.4 牛肉组织形态结构及其它指标测定 采用显微扫描电镜法,顺肌纤维走向切1 cm×1 cm×1 cm的牛胸脯肉,用体积分数为10%的甲醛溶液浸泡固定24 h,然后用液体石蜡掩埋数小时后切成1 mm的薄片,用曙红染色,晾干后在显微镜下观察结构形态的变化情况.

1.3.5 色差测定 用色差计分析牛肉的色泽,称取最优条件处理的牛肉10 g,测定L*,a*,b*值,其中L*为亮度值,a*为红色值,b*为黄色值.

1.4 数据处理

采用Excel 2007软件处理分析试验数据；每组3个重复,数据结果以平均值±标准偏差表示.

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 不同质量分数菠萝汁的影响 在温度50℃的情况下,采用不同质量分数的菠萝汁嫩化牛肉60 min,测定结果见图1.

图1 菠萝汁质量分数对牛肉持水力的影响Fig.1 Effect of pineapple juice concentration on the water retention of beef

由图1可以知,随着菠萝汁添加量的增加,牛肉的持水力不断升高,嫩度得到了显著改善,当菠萝汁添加量为6%（以浸泡液质量计）时,牛肉持水力从71.125升高到了73.971,升高了4.0%,随着菠萝汁添加量的进一步提高持水力有所下降,且肉的颜色变得越来越难以接受,原因可能是菠萝汁的颜色干扰了肉的正常颜色,且菠萝汁中含有一些多酚类物质,随着菠萝汁添加量的增加,会发生褐变使肉的颜色加深,所以综合考虑确定菠萝汁最适添加量为6%.

2.1.2 处理温度的影响 在菠萝汁添加量为6%的情况下,采用不同温度处理牛肉60 min,测定结果见图2.

图2 温度对牛肉持水力的影响Fig.2 Influenceof temperature on the hydroscopicity of beef

由图2可知,随着温度的提高,牛肉的持水力不断增大,当温度为50℃时,牛肉持水力达到最大,此后随着温度的进一步升高,持水力又开始减小,可能是由于温度超过了菠萝汁中菠萝蛋白酶的最适作用温度,使酶活性降低.所以选择最佳处理温度为50℃.

2.1.3 处理时间的影响 在菠萝汁添加量为6%、温度为50℃时,采用不同时间处理牛肉,测定结果见图3.

图3 处理时间对牛肉持水力的影响Fig.3 Effectsof treatment time on the water retention of beef

由图3可知,随着时间的延长,牛肉的持水力不断升高,嫩度得到了显著改善,当处理时间为60 min时,牛肉持水力从71.878增大到74.553,增大了3.7%,随着处理时间的进一步延长,牛肉持水力降低,可能是由于热处理时间过长时,菠萝汁中的酶发生了部分变性的原因.所以选择处理时间为60 min.

2.2 正交试验

根据单因素试验结果进行正交试验,采用L9（34）正交试验设计[8],正交试验因素水平表见表1.比较菠萝汁添加量、时间、温度因素对牛肉持水力的影响,通过正交分析确定牛肉持水力最高的最佳组合[8].

表1 正交试验因素水平Tab.1 Factor level of orthogonal test

正交试验结果见表2.

表2 正交试验结果Tab.2 Orthogonal experimental results and analysis

对正交试验结果进行方差分析，结果见表3.

表3 正交实验方差分析Tab.3 Analysis of varianceof orthogonal experiment

由表2和表3可知,提高牛肉持水力的最佳组合为A2B1C3,经验证试验A2B1C3持水力为74.543,高于9组试验的结果,即菠萝汁添加量为6%,温度为40℃,时间为80 min.影响牛肉持水力的因素主次排列顺序为C＞B＞A,即时间对牛肉持水力的影响最大,其次是温度,菠萝汁添加量对其影响较低.方差分析表明,温度和时间对牛肉持水力的影响比较显著.

2.3 DSC测定

DSC测定结果见表4和图4.

表4 DSC分析热力学参数Tab.4 DSCanalysis of thermodynamic parameters

图4 DSC分析图谱Fig.4 DSCanalysis atlas

由表4和图4可知,最佳组合条件处理牛肉后,牛肉样品有2个峰,随着肉样处理温度的升高,峰的个数减少,峰面积也逐渐变小,最终消失.当处理温度为67℃时,峰1消失,当处理温度为85℃时,峰2消失,此时牛肉中的蛋白质已发生变性.表4是不同温度处理及牛肉样品的DSC变性温度和变性焓.牛肉的2个峰分别对应2个变性温度和对应的2个变性焓,当牛肉样以最佳温度40℃处理时,肉样还没有出现峰1,此时肌球蛋白、肌动蛋白温度推后,焓值有增大、有减小,说明处理后牛肉中蛋白质发生了变化但还没有发生变性.

2.4 质构测定

最佳组合处理牛肉的硬度及其他物性的比较如表5所示.

表5 最佳条件处理对牛肉硬度等物性的影响Tab.5 Effectsof optimal conditionson physical properties such as hardness of beef

由表5可看出,与对照组相比,处理过的牛肉的硬度有所降低,处理过的牛肉的硬度从对照的22 787.634降到了9 958.339,幅度达56.3%.提高持水力对牛肉的其他物性也有很明显的影响.处理后牛肉弹性、胶着性、咀嚼性、回复性都比对照有所降低,表明此时牛肉的口感较好.菠萝汁浸泡处理后,牛肉的亮度增大,黄度增大,红度有所下降,pH值从5.90变为5.99.

2.5 色差分析

菠萝汁最佳处理条件处理的牛肉色差如图5所示.

图5 最佳条件处理对牛肉色泽和pH值的影响Fig.5 Effectsof optimal conditions on the color and pH of beef

由图5可以看出,用菠萝汁处理过的牛肉L*值明显增加,色泽增白,主要是因为球蛋白的变性导致.a*值减小,牛肉由红色变成粉红色.这种现象可能是由于菠萝汁处理时导致肌红蛋白变性所致.同时a*值比对照组下降,说明菠萝汁处理对亚硝基肌红蛋白质的形成和稳定性有一定的影响,b*值比对照组略增加,可能是菠萝汁中的黄色色素使处理过的牛肉黄度值增加.总之,最佳条件下处理的牛肉的色泽比对照组偏浅.

2.6 最佳组合处理牛肉的超微结构

肉的超微结构是指肉经显微镜扫描后,扩大一定倍数后所看到的肉的组织结构.其好坏主要是通过肉纹理的粗细、肉断面的光滑程度、肌原蛋白被分解程度、肌原纤维的断裂情况、肉组织结构的破坏程度、脂肪存放量和分散程度来判断.一般认为纹理细腻、断面如绉绸般光滑、肌原蛋白大部分被分解、肌原纤维大部分已断裂、肉的组织结构被破坏的很厉害、脂肪细腻分散一致,呈大理石纹状的肉较好[13-14].

图6 嫩化牛肉的超微结构图（×400）Fig.6 Microstructure of tenderized beef（×400）

由图6-a可知,对照组的牛肉纹理很粗,肌原蛋白没有被分解,肌原纤维较长,大部分都没断裂,组织结构断面粗糙,而且组织比较完整,基本上没被破坏,脂肪的存放量多且分布不均匀.由图6-b可知,经最佳条件浸泡的牛肉的纹理比较细腻,结构比较细密,断面相对光滑,肌原蛋白很明显被分解,肌纤维部分断裂,组织结构也被破坏的不完整,脂肪分布零散、均匀.综上所述,被处理过的牛肉有一定的嫩化效果,这与以物性作为嫩化指标测定的结果基本一致.

3 小结

本文以牛肉持水力为指标,通过单因素试验和正交试验优化获得菠萝汁最佳处理牛肉条件为：菠萝汁质量分数为6%,处理温度为40℃,处理时间为80 min.极差分析表明各因素影响的主次顺序为：处理时间＞处理温度＞菠萝汁质量分数,即菠萝汁的处理时间对牛肉的持水力影响最大,经菠萝汁适当处理后牛肉的品质有所提高.采用电镜、质构以及DSC分析研究了菠萝汁影响牛肉持水力效果的机理.电镜观察结果表明菠萝汁处理后的牛肉纹理较细腻,断面较光滑,肌原纤维有断裂现象.DSC分析表明,菠萝汁处理后牛肉的肌球蛋白被部分分解,焓值降低.质构分析表明菠萝汁处理后的牛肉硬度、弹性、胶着性、咀嚼性、回复性都比对照组低,说明牛肉的持水力增强,肉的嫩度有所提高.总之,采用适当质量分数的菠萝汁溶液浸泡牛肉,可提高牛肉的持水力,为牛肉制品的工业化生产提供一定的理论依据.