锤打工艺对牛肉糜凝胶特性影响的机理

孙 路 黄 群 唐道邦 陈树鹏 程镜蓉

(1. 福建农林大学食品科学学院，福建 福州 350002；2. 广东省农业科学院蚕业与 农产品加工研究所，广东 广州 510610；3. 广东省农产品加工重点实验室，广东 广州 510610；4. 广东佳宝集团有限公司，广东 潮州 515638)

牛肉丸、牛肉脯、牛肉肠等牛肉凝胶制品具有广阔的市场前景，年消费总量呈不断增加的趋势[1]，但牛肉肌肉纤维粗，因此其凝胶存在流变性差、蒸煮损失率大、凝胶特性差的问题[2]。改善凝胶品质的方法有物理和化学两种方式，物理方式包括利用机械震荡、低温加热、高压处理等物理手段对蛋白质进行改性处理[3-4]，化学方式通过不同类型的添加物[5-8]影响凝胶的加工特性和品质，但这些方法存在增加生产工序、提高生产成本的问题。牛肉凝胶生产过程中有多个环节[9]，其中对肌肉进行粉碎，制备肉糜是牛肉凝胶制品加工过程中的重要环节，该环节通过机械力作用对肌内膜、肌束膜和肌原纤维等肌肉组织进行破坏、粉碎，有利于肌原纤维蛋白的水解和溶胀，加速盐溶性蛋白质的溶出，提高牛肉肉糜的品质。通过物理手段使肌原纤维蛋白结构变化、蛋白质改性[10]可以减少生产工序和添加剂的使用，降低生产成本。

捶打工艺是中国广东和福建地区制作牛肉丸的传统工艺，该工艺使用特制铁锏或棍棒捶打牛肉，利用敲击力破坏牛肉的肌肉组织使其肌肉纤维断裂形成肉糜，工业生产时利用电动捶打机不但可以节省人力、提高生产效率，且更大敲击力造成的压力可能改变蛋白质结构，改善凝胶特性[11]，但目前缺乏可以证明捶打工艺改善牛肉凝胶品质的研究。试验拟以不同捶打时间为参照，以肉丸打浆机的打浆工艺为对照组，研究不同捶打时间对牛肉肉糜及凝胶品质变化的影响，为捶打工艺生产牛肉凝胶的品质变化规律和内在机理提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黄牛牛霖肉：广州潼粤食品有限公司；

磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、乙二胺四乙酸(EDTA)、尿素、 5, 5'-二硫代双(2- 硝基苯甲酸) (DTNB)、氯化钾、氯化钠、三氯乙酸(TCA)、无水乙醇、乙酸乙酯、盐酸胍、2, 4二硝基苯肼(DNPH)、考马斯亮蓝G250等：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

电动捶打机：CD09型，长沙昌合机械有限公司；

打浆机：YF-RW 18型，顺德元芳食品机械有限公司；

紫外分光光度计：UV-1780型，岛津仪器(苏州)有限公司；

质构仪：TA-XT. PLUS型，英国Stable Micro Systems公司；

流变仪：AR1500EX型，美国TA仪器公司。

1.3 样品处理

1.3.1 捶打工艺制作肉糜 将冷冻牛霖肉解冻，去除可见筋膜，切成边长为 2 cm的立方体，加入3%氯化钠，20%去离子水(以肉重计)，利用电动捶打机捶打(功率2.2 kW，每分钟捶打120次)，自捶打15 min起每间隔15 min 取样一次，直至捶打60 min止。取样后的肉糜一部分用于测定盐溶性蛋白质含量、蛋白质氧化程度和流变特性，另一部分灌装至直径为22 mm的塑料肠衣中，80 ℃ 水浴20 min，流水冷却至室温并于4 ℃冰箱过夜，测定蒸煮损失率和凝胶质构。

1.3.2 打浆工艺制作肉糜 将冷冻牛霖肉解冻，去除可见筋膜，切成边长为2 cm的立方体，加入3%氯化钠，20%去离子水(以肉重计)，利用打浆机打浆5 min制成肉糜。与捶打工艺相同，部分肉糜于4 ℃密封冷藏，部分肉糜灌入塑料肠衣中制成热诱导凝胶。

1.4 试验方法

1.4.1 盐溶性蛋白质含量测定 取0.5 g肉糜样品各2份，分别加入20 mL含0.5 mol/L KCl的0.05 mol/L磷酸盐缓冲液(pH 7.2)，均质90 s， 4 ℃、 10 000 r/min离心10 min，取上清液，使用考马斯亮蓝法检测盐溶性蛋白质含量，每个处理组重复3次[12]。

1.4.2 羰基含量测定 取0.5 g肉糜样品加入5 mL 0.15 mol/L 的KCl溶液均质，取100 μL匀浆加入800 μL含2 g/L 2, 4-二硝基苯肼(DNPH)的2 mol/L HCl溶液，25 ℃避光反应 1 h，然后各加入20% TCA溶液1 mL， 4 ℃、10 000 r/min离心5 min，弃上清液。用1 mL乙酸乙酯—乙醇溶液(1∶1,体积比)洗涤沉淀3次，加入3 mL 含20 mmol/L磷酸钠的6 mol/L盐酸胍溶液，37 ℃ 避光水浴30 min，4 ℃、10 000 r/min离心5 min。于370 nm处测定上清液吸光度[13]，每个处理组重复3次。

1.4.3 总巯基含量测定 取0.5 g肉糜样品，加入10 mL的0.05 mol/L磷酸盐缓冲液(pH为7.2)。均质30 s后取匀浆1 mL，加入9 mL的 0.05 mol/L磷酸盐缓冲液(pH为7.2且含有8 mol/L尿素、0.6 mol/L NaCl和6 mmol/L EDTA)，4 ℃、10 000 r/min离心15 min。取3 mL 上清液加入0.04 mL的 0.01 mol/L DTNB， 40 ℃水浴15 min，于412 nm处测定吸光度[14]，每个处理组重复3次。

1.4.4 流变性质测定 使用40 mm圆形平板探头，将肉糜置于两个平板之间，设定间隔1 mm，应变1%，进行动态频率扫描和动态温度扫描。动态频率0.1～20.0 Hz，记录储能模量(G')和相位角(tanδ)。动态温度扫描时，需用硅油对肉糜暴露的部分进行密封以防止水分蒸发，扫描时先于20 ℃平衡10 min，然后以2 ℃/min的速率升温至75 ℃并保温10 min；再以2 ℃/min的恒定速率降温至20 ℃，此时扫描频率为0.1 Hz，记录温度变化期间由于肉糜刚性引起的任何储存变化模量(G')。

1.4.5 蒸煮损失率 取约200 g肉糜样品，塞入塑料肠衣中，80 ℃加热20 min，解开包装，冷却晾干，称重，每个处理组重复3次。按式(1)计算蒸煮损失率。

(1)

式中：

c——蒸煮损失率，%；

W1——肉糜样品重，g；

W2——冷却晾干后样品重，g；

1.4.6 质构测定 将凝胶样品切成长度为2 cm的圆柱体，使用P/50型探头，测前速度2.0 mm/s，测中速度2.0 mm/s，测后速度5.0 mm/s，压缩比50%，两次下压间隔时间5 s，触发类型为自动；每个处理组重复6次。

1.5 数据分析及相关性分析

利用DPS 7.55软件进行数据方差分析和显著性检验，由P<0.05判定存在显著性差异；利用Origin 9.0软件绘图；利用SPSS 19.0软件分别对不同捶打时间样品的总巯基含量、蒸煮损失率、盐溶性蛋白质含量、弹性、硬度指标进行数据相关性分析。

2 结果与讨论

2.1 盐溶性蛋白质含量

由图1可知，捶打工艺样品的盐溶性蛋白质含量在捶打15～30 min显著增加，由21.20 mg/g增加至24.35 mg/g；而捶打在30～60 min无显著差异，是因为捶打15 min时对肌肉组织的破坏没有使盐溶性蛋白质完全析出，而在捶打30～60 min时蛋白质已充分析出，所以盐溶性蛋白质含量变化不显著；对照组的盐溶性蛋白质含量为17.04 mg/g，与捶打工艺相比含量显著更低。Kang等[15]发现对猪肉肌肉组织更加彻底的破坏可以增加蛋白质的溶解度，捶打工艺样品的盐溶性蛋白质含量显著高于对照组，说明捶打工艺对肌肉组织的破坏更彻底，析出的盐溶性蛋白质含量更高。更高的蛋白质含量意味着更好的凝胶持水性和凝胶质构特性[16]，试验结果也证明了捶打工艺牛肉凝胶的凝胶持水性和凝胶质构特性优于打浆工艺牛肉凝胶。

字母不同表示差异显著 (P<0.05)

2.2 蛋白质氧化程度

由图2可知，捶打工艺样品在捶打30 min时羰基含量开始显著增加，捶打60 min时达0.089 mmol/kg，比捶打15 min时的样品增加了 122.5%。加工过程中的高压、机械剪切以及暴露于空气或油水界面可能会改变蛋白质的三级结构，使巯基和胱氨酸基团暴露于溶剂中并发生化学反应[17]，半胱氨酸和蛋氨酸均含有硫原子且十分敏感，易被氧化生成二硫键。捶打工艺的总巯基含量显著低于对照组，且随捶打时间的延长显著下降(P< 0.05)，捶打60 min时样品的总巯基含量从捶打15 min时的545.47 mmol/kg减少至277.59 mmol/kg，减少了49.11%，与袁凯等[18]的结果类似。羰基的增加与总巯基的减少都证明了蛋白质氧化程度不断加深，且蛋白质氧化程度加深的同时牛肉肉糜流变学性质与牛肉凝胶的持水性、质构特性显著下降，因此加工时间延长导致的蛋白质氧化可能是对牛肉凝胶品质产生影响的原因之一。

字母不同表示差异显著 (P<0.05)

2.3 牛肉肉糜的流变学性质

随着肉糜弹性组分变化而发生的变化趋势称为储能模量(G'')。由图3可知，肉糜的储能模量(G')随振荡频率的上升均存在不同程度的上升，相同频率下的储能模量(G')随捶打时间的延长而降低，可能是因为延长捶打时间会改变肌原纤维蛋白的初级结构和分子间的交联与相互作用，因此导致凝胶结构的聚集度降低[19]。损耗模量(G'')与储能模量(G')的比值称为相位角(tanδ)，可体现不同凝胶三维网状结构的优劣[20]。捶打工艺凝胶的三维网络结构优于打浆工艺凝胶，但tanδ随捶打时间的延长而增高，表明捶打时间越长对凝胶的三维网络结构破坏越显著。

图3 牛肉糜在不同频率下的流变学性质

由图4可知，升温过程中，储能模量(G')的变化趋势基本趋同，其曲线相似；在55～ 75 ℃期间G'值迅速上升、凝胶强度持续增加，说明升温过程使具有黏性的肉糜溶胶转变成弹性凝胶[21]，捶打15，30，45 min样品的G'值高于打浆工艺的样品，说明捶打工艺凝胶的结构优于打浆工艺凝胶；但捶打时间越长，样品的最终G'值越低，捶打60 min样品的G'值低于对照组，说明捶打时间越长对肉糜结构的破坏越严重。降温过程中，大部分凝胶的G'值在降温过程中呈上升趋势，是因为随着温度的降低凝胶之间通过氢键等相互作用形成的三维网状结构更加稳固，表现为G'值升高[22]。但捶打60 min凝胶无此趋势且G'值低于其他组，表明凝胶的三维网状结构遭到严重破坏，同样也证明了捶打时间过长会破坏凝胶的三维网状结构。

图4 牛肉糜在不同温度下的储能模量(G')

2.4 蒸煮损失率

蒸煮损失率可以反映凝胶的持水性。由图5可知，捶打15 min时样品的蒸煮损失率最大，为25.825%，可能是因捶打15 min时肌肉纤维组织未被充分破坏，盐溶性蛋白质含量较低导致的。捶打30 min时样品的蒸煮损失率最小，为5.63%；捶打30～60 min时凝胶的蒸煮损失率随加工时间的延长而增大，捶打60 min时达到9.015%，但始终低于对照组(12.020%)，可能是由于捶打加工时间的延长导致蛋白质结构变化，而蛋白质结构变化导致的蛋白质交联与聚集使得凝胶持水性下降[23]。

字母不同表示差异显著 (P<0.05)

2.5 质构变化

由表1可知，随着捶打时间的延长，样品硬度、咀嚼性先下降后上升；弹性先上升后下降；内聚性、回复性逐渐下降，可能是因为捶打15 min无法充分破坏牛肉的肌肉纤维组织，无法析出足够的蛋白，因此凝胶持水性差，导致其硬度、内聚性较大且弹性差。捶打30 min的凝胶硬度与咀嚼性适中，内聚性与回复性较高，弹性最高，凝胶品质最为优良；捶打时间>30 min会导致硬度与咀嚼性增大，内聚性、回复性、弹性降低，这是由于捶打时间过度严重破坏了凝胶的三维网状结构，造成凝胶紧实感上升、抵抗外力的能力降低。张海璐等[24]研究发现蛋白质的氧化会造成凝胶弹性、内聚性、咀嚼性和回复性降低，说明随着捶打时间的延长，凝胶品质下降，因此出现这一现象也可能与加工时间的延长使得蛋白质过度氧化造成凝胶品质下降有关。

表1 凝胶质构的变化†

表2 相关性分析†

2.6 蛋白氧化程度与其他指标的相关性分析

由表2可知，总巯基含量仅与硬度呈显著负相关，证明蛋白氧化程度影响凝胶质构，但蛋白氧化程度与其他指标无显著相关性，因此蛋白氧化程度对牛肉肉糜及凝胶品质的影响较少，影响牛肉肉糜及凝胶品质变化的主要因素为捶打造成的凝胶三维网状结构的变化。

3 结论

捶打处理的样品比打浆处理的在动态频率改变过程中相位角tanδ更低，在温度改变过程中储能模量G'更高，蒸煮损失率更低，凝胶的弹性、内聚性等质构特性更好，盐溶性蛋白质含量更高，表明捶打样品品质优于打浆样品，确证了捶打工艺可以改善凝胶的加工特性，提高凝胶品质。蛋白质的氧化程度对肉糜及凝胶的影响较少，其主要影响是通过捶打加工诱导凝胶的三维网状结构变化，进而改善凝胶的品质。但具体的结构变化与肌原纤维蛋白在这一过程中发生的变化并不清楚，有待进一步研究。不同捶打时间处理的肉糜和凝胶各项指标变化差异显著，捶打30 min的凝胶品质较其他处理组更好；当捶打时间>30 min时，随着捶打时间的延长，样品的肉糜流变性质下降、蒸煮损失率上升、凝胶质构劣化，是由于过度捶打破坏了凝胶的三维网状结构，且捶打时间过长使得蛋白质氧化，两者的共同作用使得凝胶品质下降，因此合理控制捶打时间十分重要，同时也表明传统捶打工艺有一定的合理性和理论依据。