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超聲波解凍對雞胸肉品質的影響

2018-03-20 03:29:55李蛟龍周光宏
食品科學 2018年5期
關鍵詞:影響

張 昕,宋 蕾,高 天,張 林,江 蕓,李蛟龍,高 峰,*,周光宏

(1.南京農業大學動物科技學院,江蘇省動物源食品生產與安全保障重點實驗室,江蘇省肉類生產與加工質量安全控制協同創新中心,江蘇 南京 210095;2.南京師范大學金陵女子學院,江蘇 南京 210097)

為了延長原料肉的貨架期并保持其品質,冷凍貯藏被廣泛使用于肉類工業[1],其有效性主要來自于低溫環境使肌肉內部水分被固定或脫除[2]。然而,由于冷藏過程中冰晶的形成和生長破壞肉的微觀結構并導致蛋白質結構周圍的溶質濃度增大;因此在解凍時常出現脂質和蛋白質氧化、蛋白質變性、汁液流失、色澤變化、風味損失、質地改變等問題,這些變化將引起解凍后肉品質的劣變[3-4]。此外,解凍過程中原料肉上微生物的繁殖以及酶促或非酶促等反應的發生也嚴重影響肉品質[5]。盡管解凍過程中肉品質下降不可避免,但適宜的解凍方式可大大降低該損失。由于傳統的解凍方式耗時較長、解凍不均勻且易造成微生物污染以及酶促褐變等現象的發生[6];因此近些年涌現了一些新型的食品解凍技術[7-9],以提高冷凍食品的解凍效率。

超聲波解凍作為一項新技術,其解凍原理是食品已凍結區對超聲波的吸收比未凍結區高出幾十倍,而食品在初始凍結點附近對超聲波的吸收能力最大[10]。張紹志等[11]研究了在食品不超溫情況下超聲波頻率、強度和加載方向對可解凍牛肉厚度的影響,并對超聲波用于冷凍食品的解凍進行了理論和實驗研究,發現二者間存在較好的一致性。Miles等[9]研究發現500 kHz、0.5 W/cm2的超聲波處理凍肉可得到較低的表面溫度,并且可以在1.5~2.5 h內解凍長10~15 cm的凍肉(豬肉和牛肉)和凍鱈魚。劉雪梅等[12]通過比較不同解凍方法對速凍草莓品質的影響,發現超聲波解凍與傳統解凍方式(水解凍和空氣解凍)相比,解凍后的草莓色澤較好、硬度大,對花色苷的破壞作用最小。尚艷麗等[13]通過研究發現,與低溫梯度解凍、水浴解凍、自然空氣解凍和真空解凍相比,超聲波解凍方式能夠較好地保持金槍魚的新鮮度。

以上研究從理論和實驗方面均證實了超聲波用于食品解凍的可行性,但有研究表明,功率超聲可能會對肉的水結合力、色澤穩定性、多汁性、感官特性及產量造成不利的影響[14]。此外,鐘莉等[15]研究不同解凍方式對畜禽肉品質的影響也發現,超聲波解凍雖然能較好地保持肉品的品質,但肉品營養素的損失較大。有關超聲波解凍是否適用于雞胸肉解凍和其解凍的最適功率,目前國內外鮮有報道,有待進一步研究。因此,本實驗以凍結的雞胸肉為原料,采用靜水解凍和不同功率的超聲波對其進行解凍處理,探究不同功率下超聲波解凍對雞胸肉食用品質、蛋白變性程度以及水分分布狀態等方面的影響,以期為實際生產提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮雞胸肉(質量約225 g)購自江蘇省食品集團有限公司。

所用化學試劑均為分析純,均購于南京壽德試驗器材有限公司。

1.2 儀器與設備

BC/BD-220SC型電冰柜 青島海爾特種電冰柜有限公司;108防水型食品溫度計 德國Testo公司;KQ-300DE型數控超聲波清洗器 昆山市超聲波儀器有限公司;HI9125便攜式防水型pH測定儀 意大利HANNA公司;CR-400型色差儀 日本柯尼卡美能達控股公司;C-LM3B型數顯式肌肉嫩度儀 東北農業大學工程學院;BS224S型電子天平、2-16KL型高速冷凍離心機 德國Sartorius公司;TY-80B型脫色搖床 南京普陽科學儀器研究所;MicroMR微型核磁共振成像分析儀 上海紐邁電子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 原料處理

取新鮮雞胸肉,去除表面脂肪、筋膜及可分離的結締組織,沿垂直肌纖維方向將其切成質量相近((75±5)g)、形狀相似(6.0 cm×7.0 cm×1.5 cm)的肉塊,隨機分為5 組,每組9 份肉樣,經聚乙烯自封袋密封包裝后置于-20 ℃條件下凍結并凍藏7 d。

凍藏結束后,以傳統靜水解凍方式(15 ℃)為對照,其余4 組肉樣放在超聲波清洗儀中進行解凍,直至肉塊中心溫度達到(2.0±0.5)℃。超聲波解凍條件:初始水溫15 ℃,頻率恒定為40 kHz,功率分別為120、180、240、300 W。解凍結束后進行相關指標的測定。

1.3.2 解凍時間的測定

將溫度傳感器探頭插入肉樣幾何中心,觀察樣品中心溫度隨解凍時間的變化情況,以肉塊中心溫度(2.0±0.5)℃為解凍終點,記錄解凍時間。

1.3.3 保水性指標測定

1.3.3.1 汁液流失率的測定

解凍前將肉樣從自封袋中取出稱質量(m1),解凍完全后,將肉樣表面汁液用濾紙擦干,再次稱質量(m2),汁液流失率按式(1)進行計算。

1.3.3.2 蒸煮損失率的測定

蒸煮損失率的測定參考余小領等[16]的方法。沿肌纖維方向切50 g左右解凍好的肉樣,稱質量(m3),放入透明蒸煮袋中,80 ℃水浴15 min后取出,流水冷卻至室溫,用濾紙擦拭肉塊表面直至無明顯汁液存在,稱質量(m4),蒸煮損失率按式(2)計算。

1.3.4 pH值的測定

參考余小領等[16]的方法,采用經校準后的pH計進行測定。在0.5 g剪碎肉樣中加入4.5 mL超純水(提前煮沸冷卻),漩渦混勻后,將電極插入其中,待顯示的數值穩定后讀數。每個樣品重復測定3 次,取其平均值。

1.3.5 剪切力的測定

將蒸煮后冷卻至室溫的肉塊,用濾紙吸干表面水分,用取樣器順肌纖維方向取直徑1 cm、長3~5 cm的肉柱。使用嫩度儀沿垂直肌纖維方向測定肉柱中心位置的剪切力,其剪切力峰值被記錄為該肉塊的剪切力,每塊肉樣至少取3 個肉柱進行測定,取其平均值。

1.3.6 色澤的測定

色澤的測定采用CIE-L*a*b*法,其中L*值表示亮度,a*值表示紅度,b*值表示黃度。在解凍完全的肉樣上切出一個新鮮橫截面,在低溫避光環境中暴露約30 min后,使用經白板校準后的便攜式色差儀對肉樣表面L*、a*、b*值進行測定。每個肉樣測定3 個點,取其平均值。

1.3.7 蛋白溶解度的測定

總蛋白、肌漿蛋白、肌原纖維蛋白溶解度的測定參考Joo等[17]的方法,并稍作修改。將0.25 g肉樣加入5 mL冰預冷的0.1 mol/L磷酸鉀緩沖液(pH 7.2,其中碘化鉀濃度為1.1 mol/L)中,冰水浴下勻漿(6 500 r/min、20 s)3 次,在4 ℃條件下搖動抽提過夜,1 500×g(4 ℃)離心20 min,取上清液采用考馬斯亮藍法測定蛋白質量濃度。蛋白溶解度按式(3)進行計算。

式中:W表示蛋白溶解度/(mg/g);ρ表示蛋白質量濃度/(g/L);V表示磷酸鉀緩沖液體積/mL;m表示肉樣質量/g。

肌漿蛋白溶解度的測定:0.25 g肉樣加5 mL冰預冷的0.025 mol/L的磷酸鉀緩沖溶液(pH 7.2),后續操作同上。肌原纖維蛋白溶解度按式(4)計算。

肌原纖維蛋白溶解度/(mg/g)=總蛋白溶解度/(mg/g)-肌漿蛋白溶解度/(mg/g) (4)

1.3.8 細菌總數的測定

細菌總數檢測參照GB/T 4789.2—2010《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數測定》[18]。

1.3.9 水分橫向弛豫時間T2及其峰面積比的測定

參考Gao Tian等[19]的方法。準確稱取剔除結締組織的解凍胸肌2 g,放入直徑15 mm的核磁管中,進行核磁測定。弛豫時間T2測定在紐曼臺式脈沖核磁共振分析儀上進行,采用CPMG序列進行測量。主要參數設定如下:測試溫度為32 ℃;共振頻率為22 MHz,模擬增益為20;每個樣品重復采樣16 次,τ值(90°脈沖和180°脈沖之間的時間)為150 μs;重復間隔時間為3 000 ms。

1.4 數據統計分析

運用SPSS 20.0軟件對實驗數據進行單因素方差分析及Duncan’s多重檢驗比較,顯著性水平設置為0.05,實驗結果繪圖采用Origin 8.5軟件,數據結果表示為 ±s。

2 結果與分析

2.1 不同功率超聲波解凍對雞胸肉解凍時間及保水性的影響

表1 不同功率超聲波解凍對雞胸肉解凍時間及保水性的影響Table1 Effects of ultrasonic thawing at different power levels on thawing time and water-holding capacity of chicken breast

解凍時間是衡量解凍方法好壞的指標之一,其解凍時間的長短對原料肉品質有重要影響。由表1可以看出,隨著超聲波功率的增大,解凍時間不斷縮短。與對照組相比,超聲波解凍后雞胸肉汁液流失率顯著增加(P<0.05);不同功率超聲波解凍對雞胸肉汁液流失有顯著影響,功率為300 W時,汁液流失率顯著高于其他3 個超聲波解凍組(P<0.05)。但超聲波的功率對解凍后雞胸肉蒸煮損失率無顯著影響(P>0.05),可能是由于每塊雞胸肉所含脂肪含量有差異,而蒸煮汁液流失有部分來自于蒸煮過程中肌肉的結合水以及脂肪的融化,從而削弱了冷凍解凍過程對蒸煮損失率這一指標的影響[20]。Xia Xiufang等[21]指出,不恰當的解凍方式將會引起較高的解凍損失,同時伴隨著某些氨基酸和核苷酸等風味成分的流失,進而導致解凍后肉樣的可接受程度降低。本實驗中,超聲波解凍相較于靜水解凍耗時較短,但解凍汁液流失率顯著升高;其原因可能是由于超聲波具有機械作用,其機械波通過水相傳播振蕩,雞胸肉組織中的冰晶由于受到機械振蕩而快速融化,且功率越大,機械振蕩越劇烈,因此解凍效率比一般水浴解凍高[22],但劇烈的機械振蕩也在一定程度上破壞了雞胸肉微觀結構,使得肌纖維保水能力下降從而造成汁液流失率升高[15]。

pH值對保水性的影響本質是由蛋白質分子的靜電荷效應引起。解凍過程可能會引起肌肉中礦物質及小分子蛋白質混合物隨解凍汁液一起流失,從而導致肌肉的離子平衡被破壞,進而造成pH值的輕微下降[2-3]。由表1可知,與對照組相比,超聲波解凍后的雞胸肉pH值顯著降低(P<0.05),可能是由于超聲波解凍時雞胸肉的汁液流失率較高;但超聲波功率對解凍后雞胸肉的pH值無顯著影響(P>0.05),可能是由于與解凍方式的改變相比,超聲波功率的改變對pH值的影響較小。

2.2 不同功率超聲波解凍對雞胸肉嫩度的影響

圖1 不同功率超聲波解凍對雞胸肉剪切力的影響Fig.1 Effects of ultrasonic thawing at different power levels on shear force of chicken breast

采用剪切力來表征肉的嫩度,剪切力越大,肉的嫩度越小,剪切力大于39.2 N時,肉不易咀嚼且難以被接受。由圖1可知,超聲波功率對解凍雞胸肉嫩度有顯著影響,240 W超聲波處理組的剪切力顯著低于120、180 W處理組(P<0.05),300 W超聲波處理組顯著低于對照組(P<0.05)。其原因可能是解凍雞胸肉過程中,超聲波可以在一定程度上破壞其肌原纖維從而提高肉的嫩度[23]。李蘭會等[24]采用不同頻率和不同時間超聲波處理羊肉,結果顯示,與對照組相比,超聲波處理后羊肉的剪切力值顯著降低,且超聲波頻率越高,處理時間越長,剪切力越低,與本實驗結果相似。

2.3 不同功率超聲波解凍對雞胸肉色澤的影響

表2 不同功率超聲波解凍對雞胸肉色澤的影響Table2 Effect of ultrasonic thawing at different power levels on color of chicken breast

由表2可以看出,與對照組相比,超聲波解凍雞胸肉后,其L*值顯著降低(P<0.05),a*值顯著升高(P<0.05),但各處理組間b*值差異不顯著(P>0.05)。隨著解凍過程的發生,肉樣發生脂質氧化以及色素降解,使得解凍后其紅度值降低,黃度值升高,肉的可接受程度下降[3,25]。Qi Jun等[26]指出,解凍過程中解凍汁液的流失以及微觀結構的改變可能導致解凍后肉樣L*值降低。功率對超聲波解凍雞胸肉a*值有顯著影響,300 W超聲波處理組a*值顯著高于120 W和180 W處理組(P<0.05),但與240 W處理組差異不顯著(P>0.05);原因可能是由于超聲波功率越高,解凍速率相對越快,使得色素的降解量越少[27]。侯曉榮等[28]采用不同解凍方式解凍南極對蝦,發現超聲波解凍后其a*值顯著高于靜水解凍處理組,與本實驗結果一致。

2.4 不同功率超聲波解凍對雞胸肉蛋白溶解度的影響

表3 不同功率超聲波解凍對雞胸肉蛋白溶解度的影響Table3 Effects of ultrasonic thawing at different power levels on protein solubility of chicken breast

由表3可知,功率對超聲波解凍雞胸肉的蛋白溶解度有顯著影響。與對照組相比,240 W和300 W超聲波處理能顯著降低雞胸肉肌漿蛋白溶解度(P<0.05);240 W和300 W超聲波處理組的總蛋白和肌原纖維蛋白溶解度均顯著低于對照組和120、180 W超聲波處理組(P<0.05)。由于蛋白溶解度與許多功能特性密切相關,目前它已成為評價肉品質量的重要指標[29]。蛋白溶解度的下降被認為是肌肉蛋白質變性的標志之一,這可能是由解凍過程中肉樣表面疏水性的增加以及解凍汁液流失率的增大造成[4,26]。此外,有研究指出,pH值降低可能引起蛋白質中可電離的羧基側鏈質子化,從而造成蛋白質表面疏水性增加,在某些情況下可導致蛋白質分子聚集并最終產生蛋白質沉淀[30],這表明蛋白溶解度的下降還可能與pH值的降低有關,與本實驗結果相一致。

2.5 不同功率超聲波解凍對雞胸肉新鮮度的影響

圖2 不同功率超聲波解凍對雞胸肉細菌總數的影響Fig.2 Effects of ultrasonic thawing at different power levels on total bacterial count of chicken breast

如圖2所示,與對照組相比,超聲波解凍顯著降低了雞胸肉細菌總數(P<0.05),超聲波功率為180 W時,解凍后雞胸肉的細菌總數顯著低于120 W處理組(P<0.05),功率繼續增大,其細菌總數變化不顯著(P>0.05)。超聲波具有殺菌作用,能在一定程度上抑制細菌生長,減緩微生物代謝;同時超聲波解凍速率快,減少了肉樣與外界環境接觸的時間[22]。此外,有文獻指出,使用不同頻率的超聲波處理初始微生物含量較高的食品原料時,發現超聲波對這些微生物有顯著的殺滅作用[31],這與本研究結果相似。

2.6 不同功率超聲波解凍對雞胸肉水分分布狀態及組成的影響

圖3 不同功率超聲波解凍的雞胸肉水分橫向弛豫時間T2反演圖Fig.3 Effects of ultrasonic thawing at different power levels on T2 relaxation time of chicken breast

表4 不同功率超聲波解凍對雞胸肉T2峰面積比的影響Table4 Effects of ultrasonic thawing at different power levels on T2 peak area ratio of chicken breast

利用低場核磁共振技術,通過橫向弛豫時間T2可分析不同功率超聲波解凍對雞胸肉中水分分布及組成的影響。從圖3可以看出,解凍后的雞胸肉水分橫向弛豫時間T2反演圖中共出現3 個峰,分別為T21、T22和T23[32]。其中T21表征結合水,與肌肉結合最為緊密;T22表征不易流動水,占總水分80%以上,與肌肉的保水性呈正相關[33];T23表征自由水,是解凍過程中汁液流失的直接來源,此外解凍過程也可引起肌肉中部分不易流動水“態變”為自由水,從而加劇汁液流失[34]。

由表4可知,超聲波不同功率解凍對雞胸肉T23峰面積比有顯著影響(P<0.05),240 W和300 W超聲波處理組的T23峰面積顯著高于其他處理組和對照組(P<0.05);但功率對超聲波解凍雞胸肉的T21和T22峰面積比無顯著影響(P>0.05)。這表明與其他3 種解凍方式相比,240 W和300 W超聲波解凍會增加解凍過程中肌肉水分“態變”程度,從而造成較大程度的汁液流失;其原因可能是隨著超聲波功率的增大,肌肉蛋白變性程度及其微觀結構的破壞程度加劇,雞胸肉保水性下降,從而加劇了其解凍后的汁液流失[27]。

3 結 論

與靜水解凍相比,超聲波解凍工藝可有效提高雞胸肉解凍速率并顯著改善其新鮮度,解凍后雞胸肉蛋白質變性導致保水性較差,汁液流失率高且肉色偏暗。針對不同功率超聲波解凍,120 W和180 W超聲波解凍后雞胸肉品質明顯優于其他超聲波處理組,但180 W較120 W超聲波處理組解凍耗時更短且新鮮度保持較好。綜合分析認為超聲波功率為180 W解凍對雞胸肉品質負面影響最小。

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