改良醋酸浸渍法对牛肉嫩化效果影响的研究

陈武东，杜险峰，周舟

(哈尔滨商业大学 旅游烹饪学院，哈尔滨 150028)

牛肉的优质蛋白含量高，脂肪含量较低，铁、钙、锰、锌的含量高[1]，仅次于猪肉，成为中国人民消费比重第二大的肉类[2]。牛肉的肌氨酸和肉毒碱含量远高于禽肉，可促进脂肪的代谢速度并产生支链氨基酸，对人体有增肌健体作用[3]。牛腱肉即牛的前、后腿肉，细分为前腱肉和后腱肉，筋膜和肉相间分布，适合炖、烧、焖、酱等[4]烹饪方式。对于我国消费者而言，消费观念已经从吃得饱向吃得好进阶，消费者在购买牛肉制品的过程中，趋向于挑选肉质柔软适中、鲜嫩且适口性强的产品。因此，改善牛肉的基础硬度，提升牛不同部位肉的质构和适口性，成为了国内外肉类研究科学的热点问题之一。

国内外有许多学者对牛肉嫩化方法做了相应的基础研究，比如赵改名等[5]研究的单一盐类嫩化技术；杨鸿基等[6]研究的木瓜蛋白酶复合盐类嫩化技术；孙海磊等[7]、陈一萌等[8]研究的超声波结合外源酶或钙盐嫩化技术；也有学者利用有机酸发酵物改善食物的质地和风味，比如许凌志[9]利用乳酸发酵物改变牛肉干的口感；赵福建[10]对比传统方法以及乳酸发酵工艺制作酱牛肉，加入乳酸的酱牛肉质地和风味有明显改善；肖付才等[11]通过添加1%的柠檬酸处理泡菜，使得泡菜整体感官评分提高；但利用有机酸嫩化牛肉的研究相对较少，且大多数研究者认为有机酸浸渍处理耗时长，嫩化过程缓慢，从而选择有机酸注射法提高嫩化效率，但是有机酸注射法的嫩化时间依旧很长，效率相对较低，王可等[12]研究发现乳酸注射法嫩化牦牛肉的最佳静置时间是12 h；张宝珣等[13]研究不同浓度乳酸对不同年龄秦川牛肉的嫩化效果时所需静置时间为24 h；汤高奇等[14]研究发现醋酸注射法嫩化牛通脊肉的最佳醋渍时间为6 h。本实验运用全温度振荡培养箱，采用固定的振荡频率，以期在改良醋酸浸渍法、减少醋酸浸渍时间的同时保证牛肉的嫩化效果。研究表明，弱有机酸的使用让蛋白质表面静电荷发生变化，肌原纤维蛋白吸水膨胀，肌纤维间隙变大，从而保留更多的水分[15]；弱有机酸的处理会使肌束膜中结缔组织变弱；通过弱有机酸调节pH值使得维系肌原纤维结构完整的蛋白质和其他相关的蛋白质发生降解[16]，在这些因素的综合作用下改善牛肉的嫩度。肉类嫩化过程中经常使用的有机酸有醋酸[17]、柠檬酸、乳酸以及苹果酸，有机酸嫩化法安全有效、风味独特、操作简单、成本相对较低。

本文以醋酸这种成本最低、风味浓厚[18]的有机酸对牛腱肉进行嫩化，通过单因素实验比较不同醋酸添加量、浸渍时间和浸渍温度下牛肉的含水量、剪切力、pH值和感官评价[19]等指标的变化，使用Design Expert软件对实验模型进行优化，以感官评价为优化目标，研究醋酸对牛腱肉嫩化的最佳条件。

1 材料与仪器

1.1 实验材料

牛腱肉：重庆恒都农业集团有限公司；宝鼎天鱼30°醋：上海宝鼎酿造有限公司。

1.2 主要仪器与设备

TMS-Touch 250 N质构仪 美国Food Technology Corporation；JD200-3电子天平 福州华志科学仪器有限公司；DGG-9000电热恒温鼓风干燥箱 上海森信实验仪器有限公司；DC-12H恒温水浴锅 上海安谱科学仪器有限公司；Ultra-Turrax T25 Basic高速匀浆器 德国IKA-Werke公司；PHS-3C pH计 上海雷磁仪器厂；BC/BD-317HEF电冰箱 青岛海尔电冰柜有限公司；HZQ-F160全温度振荡培养箱 常州金坛精达仪器制造有限公司。

2 实验方法与设计

2.1 实验方法

2.1.1 样品处理

将牛腱肉在0～4 ℃环境下解冻后切成3 cm3的方块状；将表面脂肪和可见结缔组织剔除，用松肉器在牛肉块每个表面刺入1 cm后分别放入对应量的醋酸溶液中，把容器盖上盖子后，放入全温度振荡培养箱中，设定相应的温度和时间，振荡速度固定为100 r/min。

2.1.2 剪切力的测定

参照NY/T 1180-2006《肉嫩度的测定 剪切力测定法》，将待测肉样放在真空蒸煮袋中，放在恒温水浴锅中83 ℃加热，用热电偶实时监测肉样中心温度，当肉样中心温度达到70 ℃时，将肉样取出冷却至室温，将肉样切成1 cm3的长条状，用单刀剪切复合探头测定，探头型号为HDP/BS。参数设置为：起始力为0.3 N，测试速度为30 mm/s，回程速度为60 mm/s，回程距离为40 mm，再进行剪切力测定，样品重复测定3次。

2.1.3 pH值的测定

参照GB 5009.237-2016《食品安全国家标准 食品pH值的测定》，精确称取牛肉5 g用小型绞肉机将肉样绞碎后，加入10倍于待测样品质量的氯化钾溶液(0.1 mol/L)，用均质仪进行均质，用PHS-3C pH计进行测定，待读数稳定后，直接读数，精确至0.01，重复测定3次。参考标准：一级鲜度5.8～6.2，二级鲜度6.3～6.6，变质肉>6.7。

2.1.4 水分含量的测定

参照GB 5009.3-2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》中的直接干燥法测定。

2.1.5 感官评价

把用醋酸嫩化处理后的牛腱肉烹饪加工成红烧牛肉，为防止辅料对牛腱肉的感官评价产生影响，选择最简单的配方对牛腱子肉进行烹饪加工，并对空白对照组的牛肉肉样进行相同的烹饪加工。感官评定小组由15名烹饪专业人员组成，感官评价前进行严格训练，学习和确认牛肉的感官评价标准，通过对样品的仔细观察、品尝和触摸，对各指标进行评分，最后算出各项样品的综合得分，具体评价标准见表1。

表1 红烧牛腱肉感官评分标准

2.2 实验设计

2.2.1 不同醋酸添加量对牛腱肉的嫩化实验

固定肉样质量为15 g、浸渍温度为20 ℃、浸渍时间为2 h、振荡转速为100 r/min，在容器1～6中分别加入200 mL的蒸馏水，分别加入0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的醋酸溶液，以0%的牛腱肉作为对照，初步确定适合牛腱肉嫩化的醋酸添加量，每个添加量平行实验3次。

2.2.2 不同浸渍时间对牛腱肉的嫩化实验

固定肉样质量为15 g、浸渍温度为20 ℃、醋酸添加量为1.5%、振荡转速为100 r/min，在容器1～6中分别加入200 mL的蒸馏水，置于全温度振荡培养箱中分别振荡浸渍1，2，3，4，5 h，以不进行振荡浸渍的牛腱肉作为对照组，初步确定适合牛腱肉嫩化的振荡浸渍时间，每个振荡浸渍时间点重复实验3次。

2.2.3 不同浸渍温度对牛腱肉的嫩化实验

固定肉样质量为15 g、浸渍时间为2 h、醋酸添加量为1.5%、振荡转速为100 r/min，在容器1～6中分别加入200 mL的蒸馏水，置于全温度振荡培养箱中以4，10，20，30，40，50 ℃分别振荡浸渍处理，初步确定适合牛腱肉嫩化的振荡浸渍温度，每个振荡浸渍温度重复实验3次。

2.2.4 BBD响应曲面优化实验

根据单因素实验结果，选取醋酸添加量(A)、浸渍时间(B)和浸渍温度(C)3个因素中嫩化效果较好的范围，以牛腱肉的感官评价得分作为响应值，采取三因素三水平的响应曲面分析法对牛腱肉的嫩化方案进行优化，得到最佳的嫩化方案，实验因素水平见表2。

表2 响应面实验因素水平表

2.3 数据处理

所有数据均为3次平行实验后所得结果，以平均值±标准差表示；所有实验数据均采用Microsoft Excel 2007进行数据收集和前期处理；采用SPSS 26.0统计分析软件中的One -Way ANOVA进行方差分析和显著性检验，P<0.05表示差异显著；采用Design-Expert 8.0.6进行实验设计和处理。

3 结果与分析

3.1 醋酸添加量对牛腱肉嫩化效果的影响

3.1.1 醋酸添加量对牛腱肉含水量、pH值与剪切力的影响

肉的含水量在一定程度上可以代表肌纤维蛋白吸水膨胀的程度以及肌纤维间隙的持水能力，但肉的含水量并不是越高越好，因此，我们需要结合烹饪后牛肉制品的感官评价进行综合分析，剪切力是通过仪器模拟口腔咬合测量肉的嫩度。

由表3可知，在浸渍温度为20 ℃、浸渍时间为2 h的条件下，随着醋酸添加量的增加，肉样含水量显著提高(P<0.05)，在添加量为1.0%、1.5%和2.0%时差异并不显著(P>0.05)，在0.5%、1.0%和2.5%时含水量显著增加(P<0.05)；样品的剪切力值在醋酸添加量为0.5%、1.0%和1.5%时显著降低(P<0.05)，嫩化效果明显。用弱有机酸处理牛肉后，随着牛肉pH值的下降，肉的pH开始偏离肌原纤维蛋白质等电点，蛋白质表面会形成更多和水分子结合的氢键位点，使得肌原纤维蛋白吸水膨胀；随着蛋白质表面负电荷的增加，蛋白质分子间的静电斥力随之增加，导致肌丝相互排斥，肌纤维间隙增大，保水性增加。随着醋酸添加量的增加，肉样的pH值显著下降，肉样的剪切力值也显著减小，说明醋酸调节pH值也是牛肉嫩化的一个重要因素，这与汤高奇等的研究结果一致。

表3 醋酸添加量对牛腱肉含水量、pH值与剪切力的影响Table 3 The effect of acetic acid additive amount on the water content, pH value and shear force of beef shank

3.1.2 醋酸添加量对红烧牛腱肉感官评价的影响

由表4可知，随着醋酸添加量的增加，肉品的色泽、滋味和组织状态评分逐步降低，嫩度评分呈先升高后降低的趋势，色泽、滋味和组织状态评分在醋酸用量为2.0%和2.5%时显著下降(P<0.05)，与此同时，总分也显著降低(P<0.05)，这说明随着醋酸添加量的增加，嫩度显著提高的同时也破坏了牛肉结缔组织和蛋白结构的完整性，导致牛肉缺少了咀嚼性，入口即化的口感使得肉样嫩度得分显著下降；色泽和滋味评分显著下降主要和醋酸浓度过高导致的色泽不均、褐变以及醋酸味过于浓烈有关。综合表3和表4，1.5%的醋酸添加量在有效改善牛腱肉嫩度的同时，保持相对较好的感官状态。

表4 不同醋酸添加量下红烧牛腱肉的感官评分Table 4 The sensory scores of braised beef shank with different additive amount of acetic acids

3.2 浸渍时间对牛腱肉嫩化效果的影响

3.2.1 浸渍时间对牛腱肉含水量、pH值与剪切力的影响

由表5可知，在醋酸添加量为1.5%、浸渍温度为20 ℃的条件下，随着浸渍时间的延长，肉样含水量在逐渐增大，pH值逐渐减小，剪切力值相应减小，这表明随着浸渍时间的增加，嫩化效果随之增强；而在浸渍时间为4 h和5 h时，肉样剪切力差异并不显著(P>0.05)，说明浸渍时间达到4 h之后，肉样已经过度嫩化，浸渍时间对肉样嫩度的影响程度显著下降。

表5 浸渍时间对牛腱肉含水量、pH值与剪切力的影响Table 5 The effect of impregnation time on the water content, pH value and shear force of beef shank

3.2.2 浸渍时间对红烧牛腱肉感官评价的影响

由表6可知，随着浸渍时间的延长，牛肉肉样的色泽、滋味以及组织状态评分逐步下降，嫩度评分呈现先缓慢上升随后快速下降的趋势；当浸渍时间达到3 h与4 h时，肉样的色泽、滋味、嫩度以及组织状态评分差异显著(P<0.05)；当浸渍时间从3 h增加到4 h时，总分显著下降(P<0.05)，由此可见，在醋酸浸渍时间达到3 h时，肉样嫩度已经达到相对较好的水平，再进一步增加浸渍时间，肉样嫩化过度，组织结构被过度破坏，含水量即使相对较高，但持水性相对下降，且对牛腱肉的色泽和适口性影响较大。因此，综合表5和表6，醋酸浸渍时间为3 h时，可有效改善牛腱肉嫩度，而且保持相对较好的感官品质。

表6 不同浸渍时间下红烧牛腱肉的感官评分Table 6 The sensory scores of braised beef shank under different impregnation time

3.3 浸渍温度对牛腱肉嫩化效果的影响

3.3.1 浸渍温度对牛腱肉含水量、pH值与剪切力的影响

由表7可知，在醋酸添加量为1.5%、浸渍时间为3 h的条件下，随着浸渍温度的升高，肉样含水量大体呈现先上升后下降的趋势，剪切力呈现先缓慢下降后快速上升的整体趋势，pH值在20 ℃后变化差异不显著(P>0.05)，其中肉样的含水量在20 ℃后显著降低(P<0.05)，剪切力值在30 ℃时达到最低值，随后显著上升，这说明浸渍温度在20 ℃和30 ℃之间时，醋酸的嫩化效果相对明显，能够达到较好的嫩化效果，随后温度继续升高，肉样的嫩度随剪切力值的缓慢升高而显著变小。

表7 浸渍温度对牛腱肉含水量、pH值与剪切力的影响

3.3.2 浸渍温度对红烧牛腱肉感官评价的影响

由表8可知，随着浸渍温度的升高，肉样的色泽与组织状态评分逐渐降低，嫩度和滋味评分呈先上升后下降的趋势，色泽评分在4 ℃之后显著下降(P<0.05)，在40 ℃之后趋于一致；组织状态评分在30 ℃之后显著下降(P<0.05)；嫩度、滋味评分和总分在浸渍温度为20 ℃时达到最高水平，随后继续升温至30 ℃，嫩度、滋味评分和总分显著下降(P<0.05)，在浸渍温度为20 ℃时，醋酸扩散已经相对均匀，因此嫩化效果明显，评分相对较高，随着浸渍温度继续升高，逐渐接近肉样的蛋白质变性温度，综合评分显著降低(P<0.05)。综合表7和表8可知，浸渍温度为20 ℃可有效改善牛腱肉的嫩度，并保持相对更好的感官品质。

表8 不同浸渍温度下红烧牛腱肉的感官评分Table 8 The sensory scores of braised beef shank under different impregnation temperatures

3.4 响应面实验方案及其结果

使用Design Expert 10.0.7软件对表9中的数据进行多元回归拟合，得到感官评价得分对醋酸添加量(A)、浸渍时间(B)和浸渍温度(C)的回归方程：Y=85.94+0.31A+0.25B+0.33C-0.34AB-0.067AC+0.32BC-1.25A2-1.44B2-1.77C2。

表9 Box-Behnken实验设计方案及结果Table 9 Box-Behnken experiment design scheme and results

由表10可知，模型的F值=27.23，P<0.0001，说明该方程模型极显著；失拟项的F值=0.41，P=0.7544>0.05，表明该模型失拟不显著，二元多项回归方程拟合效果优良。在回归模型中，一次项C对感官评分影响为显著水平(P<0.05)，二次项A2、B2、C2对总体感官评分影响为极显著水平(P<0.01)。根据多元二次回归方程的各个系数绝对值的大小可判断3个因素对感官评分的影响顺序为 C>A>B，即浸渍温度>醋酸添加量>浸渍时间。回归模型的决定系数R2=0.9722，说明各因素对感官评分的解释度高达97.22%，模型拟合优度大； RPred2=0.8621，RAdj2=0.9365，说明调整后的R2和预测的R2差异小于0.2，即该模型的决定系数可信度高；模型的信噪比为12.911>4，说明模型的拟合度和可信度较高；变异系数越小，实验可信度越高，本实验的变异系数为0.45，说明实验的准确性和可信度较高。使用Design Expert 10.0.7软件对以上实验结果进行响应曲面分析，可以得到该方程模型的响应面图和等高线图，结果见图1。由回归模型分析可知，醋酸嫩化牛腱肉的最佳工艺为：醋酸添加量1.53%、浸渍时间3.04 h和浸渍温度20.49 ℃，感官评分为85.98。

表10 回归方程模型方差分析及其系数显著性检验Table 10 Analysis of variance of regression equation model and significance test of coefficient

4 结论

对传统的醋酸浸渍方法[20]做了一定的改进，在实验过程中，使用全温度振荡培养箱，增加固定功率和振荡速率进行恒温振荡的步骤，促进了醋酸对牛腱肉的均匀渗透和嫩化效果，还大幅度减少了有机酸浸渍嫩化法所需的时间。本实验以感官评分为评价指标，以单因素实验为基础，运用响应面实验优化醋酸嫩化牛腱肉的工艺，得出醋酸嫩化牛腱肉的最佳工艺为：醋酸添加量1.53%、浸渍时间3.04 h和浸渍温度20.49 ℃，感官评分为85.98，各因素对总体感官评分的影响程度依次为浸渍温度>醋酸添加量>浸渍时间。