加熱溫度和含水量對豬肉及其蛋白質(zhì)特性的影響

吳利芬，張立彥*，汪 媛，胡嘉穎

（1.華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510640；2.佛山順譽(yù)食品有限公司，廣東 佛山 528000）

畜禽肉類干制品及半干制品通過脫除水分實(shí)現(xiàn)長期貯藏，并在此過程中形成特殊風(fēng)味。如果這些制品的水分含量過低，則肉質(zhì)較硬，失去彈性，加熱后口感差；但水分含量過高，則肉質(zhì)松散，不耐加熱和貯藏，口感和風(fēng)味也都很差[1]。目前，關(guān)于脫水肉制品的研究主要圍繞風(fēng)味、色澤、脂肪和蛋白質(zhì)氧化以及貯藏特性等方面展開[2]，加熱熟制產(chǎn)品的品質(zhì)特性等尚未見相關(guān)報(bào)道。加熱是食品加工的常用手段，加熱會(huì)使肉中的蛋白質(zhì)（包括肌纖維蛋白、肌漿蛋白和膠原蛋白）發(fā)生變性、收縮、聚集、溶解和降解，導(dǎo)致肉發(fā)生一系列的熱致變化，肌纖維收縮，從而表現(xiàn)出特定的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀品質(zhì)[3]。

本研究通過對比不同溫度條件下脫水豬肉的蒸煮損失、pH值、肌漿蛋白溶解性、表面疏水性及巰基含量等理化性質(zhì)的變化，結(jié)合肌肉蛋白質(zhì)的降解特性，研究熱處理時(shí)水分含量對豬肉理化性質(zhì)及質(zhì)構(gòu)特性等的影響，并分析其作用機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1號土豬（生鮮質(zhì)量（130±5） kg），購于廣州市西亞興安超市，約1 年畜齡公豬，取豬背脊肉為研究對象，剔除明顯結(jié)締組織和表面脂肪。

碘化鉀 青島市金海碘化工有限公司；乙二胺四乙酸二鈉 蘇州華欣旭化工科技有限公司；尿素 廣州市啟達(dá)化學(xué)試劑廠；溴酚藍(lán) 上海伯奧生物科技有限公司；β-巰基乙醇 美國Sigma公司；預(yù)染蛋白 上海叢源生物技術(shù)有限公司；甘油 天津福晨化學(xué)試劑廠。上述試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

TA1質(zhì)構(gòu)儀 英國Lloyd公司；Center309熱電偶上海遠(yuǎn)津自動(dòng)化儀表有限公司；H2050R高速冷凍離心機(jī)湖南赫西儀器裝備有限公司；DYCZ-30B夾心式垂直電泳槽 鄭州南北儀器設(shè)備有限公司；DYY-6C電泳儀北京六一生物科技有限公司；PHS-3C pH計(jì) 上海精科儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

取豬背脊肉，沿肌肉纖維方向切成30 mm×30 mm×15 mm的塊狀，質(zhì)量約（16.0±0.2） g，于4 ℃冰箱中放置12 h；豬肉取出后室溫放置0.5 h，為防止長時(shí)間低溫脫水過程中微生物滋生，將肉塊放入200 mL茶多酚溶液（質(zhì)量濃度1.0 g/100 mL）中浸泡3～5 min，然后在（25±1） ℃條件下干燥脫水，制成含水量不同的豬肉樣品，對照樣濕基含水率為（71.45±0.74）%。用蒸煮袋真空包裝后將樣品分別在不同溫度條件下水浴加熱30 min，冷卻后待測。

1.3.2 蒸煮損失率測定

參考Bertram等[4]的方法。按照下式計(jì)算蒸煮損失率。

式中：m1為水浴加熱前樣品質(zhì)量/g；m2為水浴加熱后樣品質(zhì)量/g。每組樣品測定5 次。

1.3.3 pH值測定

將樣品絞碎，準(zhǔn)確稱取5.0 g，加入50 mL去離子水，用高速分散機(jī)均質(zhì)30 s后再用pH計(jì)測定。每組樣品測定5 次。

1.3.4 質(zhì)構(gòu)特性和剪切力測定

將待測肉樣切成20 mm×10 mm×10 mm的塊狀。參考Martinez等[5]的方法，質(zhì)構(gòu)特性測定參數(shù)：選用P/36R不銹鋼圓柱型探頭；測試前速率、測試速率和測試后速率分別設(shè)為2.0、1.0、5.0 mm/s；壓縮比設(shè)為40%；2 次壓縮時(shí)間間隔為5.0 s。豬肉剪切力值的測定參考Christensen等[6]的方法。每組樣品測定5 次。

1.3.5 蛋白質(zhì)溶解性測定

肌肉總蛋白和肌漿蛋白溶解性的測定參考Martino等[7]的方法。

1.3.6 肌原纖維蛋白表面疏水性測定

肌原纖維蛋白的提取參考吳菊清[8]的方法。表面疏水性測定：取2 mL稀釋肌原纖維蛋白溶液（質(zhì)量濃度10 mg/mL），加入400 μL 1 mg/mL的溴酚藍(lán)溶液，渦旋振蕩10 s，充分混合；以相應(yīng)的磷酸緩沖液為空白對照組，于10 000 r/min條件下離心8 min后，在595 nm波長處測定上清液的吸光度[9]。每組樣品測定3 次。

1.3.7 肌原纖維蛋白巰基含量測定

參考Sun Weizheng等[10]的方法，并略作修改。取1.5 mL質(zhì)量濃度為10 mg/mL的肌原纖維蛋白樣液，懸浮于10 mL的Tris-Gly緩沖液中，加入50 μL二硫代二硝基苯甲酸（dithiodinitrobenzoic acid，DNTB）溶液，25 ℃保溫1 h后，12 000×g條件下離心10 min；同時(shí)以不加蛋白樣液為空白對照組，取上清液測定412 nm波長處的吸光度，雙縮脲法測定相應(yīng)的蛋白質(zhì)含量。每組樣品測定3 次。

1.3.8 肌原纖維蛋白電泳分析

采用Laemmli[11]的不連續(xù)十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electropheresis，SDS-PAGE）對肌原纖維蛋白進(jìn)行分析，并進(jìn)行拍照分析。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 8.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示；用SPSS 21.0軟件進(jìn)行方差分析，用Duncan新復(fù)極差法比較各處理水平的差異顯著性，置信度95%；采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)法分析相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 加熱溫度對不同含水量豬肉蒸煮損失率的影響

圖1 不同加熱溫度條件下不同含水量肉樣的蒸煮損失率變化Fig.1 Changes in cooking loss of pork with different moisture contents at various heating temperatures

由圖1可知：不同含水量肉樣的蒸煮損失率均隨溫度的提高而逐漸上升，其中對照組肉樣的蒸煮損失率變化最為顯著（P＜0.05），而脫水后的肉樣蒸煮損失率則小得多，且含水量越低，肉樣蒸煮損失率受加熱溫度的影響越小，尤其是含水量低于45%（m/m，濕基，下同）的肉樣；與對照組相比，在同一加熱溫度條件下，各肉樣的蒸煮損失率均隨含水量的降低而顯著下降（P＜0.05），最大蒸煮損失率僅為2.5%（干基）左右（肉樣含水量50%，加熱溫度100 ℃），遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同條件下的對照樣。這是由于在常溫干燥過程中，樣品中的自由水及部分束縛水已經(jīng)被脫去，尤其是含水量在45%以下的樣品組，加熱時(shí)肉中可供失去的水分較少。另外，上述變化趨勢及差別也可能是由于脫水后肉樣蛋白質(zhì)相對比較穩(wěn)定，受加熱影響變性失水的程度較小，有待進(jìn)一步研究探討。

2.2 加熱溫度對不同含水量豬肉pH值的影響

圖2 不同加熱溫度條件下不同含水量肉樣的pH值變化Fig.2 Changes in pH value of pork with different moisture contents at various heating temperatures

由圖2可知：加熱處理前肉樣的pH值偏低，在80 ℃以下溫度范圍時(shí)，加熱破壞蛋白質(zhì)中的化學(xué)鍵（氫鍵、疏水作用等），導(dǎo)致結(jié)構(gòu)改變，蛋白質(zhì)分子上的酸性基團(tuán)減少或被包埋[12]，樣品pH值隨溫度的上升而上升；含水量35%～50%之間的肉樣加熱過程中的pH值及其隨溫度的變化趨勢無顯著差異（P＞0.05），但基本均顯著低于對照組、顯著高于含水量30%的肉樣（P＜0.05），這可能與干燥過程中豬肉內(nèi)部脂肪和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化以及一些微生物代謝有關(guān)；在90 ℃左右，未經(jīng)干燥豬肉的pH值略有降低，可能的原因是豬肉脂肪部分水解為脂肪酸，從而使pH值下降[12]。

2.3 加熱溫度對不同含水量豬肉質(zhì)構(gòu)特性的影響

圖3 不同加熱溫度條件下不同含水量肉樣的硬度變化Fig.3 Changes in hardness of pork with different moisture contents at various heating temperatures

圖4 不同加熱溫度條件下不同含水量肉樣的咀嚼性變化Fig.4 Changes in chewiness of pork with different moisture contents at various heating temperatures

圖5 不同加熱溫度條件下不同含水量肉樣的彈性變化Fig.5 Changes in elasticity of pork with different moisture contents at various heating temperatures

由圖3～5可知，對照樣的硬度及咀嚼性隨加熱溫度的升高而緩慢增加，在加熱至80～90 ℃后硬度、咀嚼性及彈性達(dá)到最大值，之后隨溫度上升逐漸下降。Crawford等[13]研究表明，肌原纖維蛋白及結(jié)締組織的熱變性及收縮是肉制品在加熱過程中硬度、咀嚼性等質(zhì)構(gòu)性質(zhì)發(fā)生變化的主要原因。加熱溫度較高時(shí)，結(jié)締組織降解為明膠，肌肉組織松散、硬度下降[14]。

相對地，脫水肉樣的上述質(zhì)構(gòu)參數(shù)均顯著高于對照樣，且隨含水量降低而顯著增大（P＜0.05）。另外，隨著熱處理溫度的升高，所有樣品的硬度、咀嚼性及彈性均先急劇上升而后逐漸下降，但肉樣含水量不同時(shí)，各參數(shù)的變化趨勢有顯著差異（P＜0.05）。脫水肉樣在加熱至50 ℃后，上述質(zhì)構(gòu)參數(shù)急劇增加；樣品出現(xiàn)硬度、咀嚼性峰值時(shí)所對應(yīng)的加熱溫度隨含水量的降低逐漸上升，例如，含水量50%的肉樣，其上述質(zhì)構(gòu)參數(shù)峰值所對應(yīng)的溫度接近60 ℃，當(dāng)肉樣含水量下降到30%時(shí)，峰值所對應(yīng)的溫度則上升至80 ℃。分析其原因，可能是由于脫水使肌纖維發(fā)生縱向及橫向收縮，結(jié)構(gòu)更加致密緊縮，硬度及咀嚼性增加[15]，加熱則進(jìn)一步使肌原纖維蛋白及結(jié)締組織收縮變性，硬度及咀嚼性增加非常顯著。對于含水量低于40%的脫水肉樣來說，即使加熱溫度達(dá)到100 ℃，樣品的硬度及咀嚼性仍非常高，說明脫水可以使肉中的肌原纖維蛋白及結(jié)締組織熱穩(wěn)定性增加，變性及降解程度下降[15]。加熱前不同含水量豬肉的彈性差異不明顯，但加熱后低含水量豬肉（＜40%）的彈性顯著增大，這可能是由蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化造成的。

2.4 加熱溫度對不同含水量豬肉剪切力的影響

圖6 不同加熱溫度條件下不同含水量肉樣的剪切力變化Fig.6 Changes in shear force of pork with different moisture contents at various heating temperatures

由圖6可知：對照樣的剪切力先后出現(xiàn)2 個(gè)上升區(qū)間，這與Combes等[16]的研究結(jié)果類似，這主要是由于不同加熱溫度條件下肌原纖維蛋白和結(jié)締組織的收縮及變性；含水量為50%、45%、40%的肉樣加熱過程中的剪切力也呈現(xiàn)階段性變化；而水分含量為30%和35%的肉樣剪切力在70～80 ℃溫度范圍內(nèi)持續(xù)上升，之后則隨溫度上升變化不顯著（P＞0.05）。這應(yīng)該是由于水分含量低的肉樣肌纖維排列本就很緊密，加熱使肌纖維進(jìn)一步收縮緊致，剪切難度增加，使較高溫度下（≥90 ℃）結(jié)締組織收縮及肌動(dòng)球蛋白等的變性對剪切力的影響變得不明顯；另一方面，推測脫水使肉樣中肌原纖維蛋白及結(jié)締組織因加熱而變性的程度較低（尤其是低含水量肉樣）[13]，導(dǎo)致剪切力隨溫度變化不明顯。

2.5 加熱溫度對不同含水量豬肉蛋白質(zhì)溶解性的影響

圖7 不同加熱溫度條件下不同含水量肉樣的總蛋白溶解性變化Fig.7 Changes in total soluble protein in pork with different moisture contents at various heating temperatures

不同加熱溫度條件下不同含水量豬肉的總蛋白溶解性變化曲線可以反映豬肉中蛋白質(zhì)的變性情況。由圖7可知：隨著加熱溫度的升高，對照樣總蛋白溶解性均下降，且在40～60 ℃之間下降速率最快，此趨勢與Shaarani等[17]的研究結(jié)果類似；加熱前，各脫水肉樣中總蛋白質(zhì)溶解性與對照樣差異不大（P＞0.05），隨加熱溫度上升的變化趨勢也與對照樣類似，但隨溫度上升的下降程度隨含水量的降低而逐漸減小，在含水量為40%以下時(shí)這種影響更加明顯，且含水量的影響變得不再顯著（P＜0.05），表明水分脫除可以降低肉中蛋白質(zhì)的變性程度。這可能是由于肌肉在干燥過程中收縮并擠壓肌纖維，導(dǎo)致蛋白質(zhì)在水溶液中的平衡作用被打破[18]，蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性提高，且隨含水量降低而增強(qiáng)。

圖8 不同加熱溫度條件下不同含水量肉樣的肌漿蛋白溶解性變化Fig.8 Changes in sacoplasmic protein solubility in pork with different moisture contents at various heating temperatures

由圖8可知：含水量大于45%的肉樣肌漿蛋白溶解性隨加熱溫度的升高而下降，且在40～80 ℃之間下降速率較快；而含水量低于45%的肉樣肌漿蛋白溶解性隨加熱溫度的上升變化不大，且隨含水量下降而顯著上升（P＜0.05），進(jìn)一步證明上文中的結(jié)論：脫水提高了肉中蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性。

2.6 加熱溫度對不同含水量豬肉肌原纖維蛋白表面疏水性的影響

圖9 不同加熱溫度條件下不同含水量肉樣的肌原纖維蛋白表面疏水性指數(shù)變化Fig.9 Changes in surface hydrophobicity of myofibrillar protein in pork with different moisture content at various heating temperatures

蛋白質(zhì)表面疏水性可用于推測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及分子間相互作用的變化。由圖9可知，肉樣肌原纖維蛋白表面疏水性指數(shù)在低溫范圍（含水量大于45%的樣品25～40 ℃、含水量低于45%樣品25～50 ℃）內(nèi)隨加熱溫度的上升增加不顯著（P＞0.05），之后隨加熱溫度的上升迅速增大，在高于70 ℃后變化又趨于平緩，甚至有輕微下降，這可能由于此時(shí)暴露在蛋白質(zhì)表面的非極性氨基酸促使蛋白質(zhì)發(fā)生聚集[19]。

加熱過程中含水率較高的肉樣（對照樣及含水率50%肉樣）肌原纖維蛋白表面疏水性指數(shù)顯著低于含水量較低（≤40%）的肉樣（P＜0.05），推測是由于脫水時(shí)部分蛋白質(zhì)氧化，結(jié)構(gòu)展開，內(nèi)部的疏水基團(tuán)暴露[20]；另外，也有研究指出表面疏水性增加的原因可能是蛋白質(zhì)表面經(jīng)蛋白質(zhì)酶降解，從而導(dǎo)致內(nèi)部疏水基團(tuán)外露[21]。

2.7 加熱溫度對不同含水量豬肉肌原纖維蛋白巰基含量的影響

圖10 不同加熱溫度條件下不同含水量肉樣的肌原纖維蛋白巰基含量變化Fig.10 Changes in total sulfhydryl content of myofibrillar protein in pork with different moisture contents at various heating temperatures

由圖10可知：對照樣及含水量50%的肉樣肌原纖維蛋白巰基含量在40～80 ℃溫度條件下降程度較大，40 ℃以下及70 ℃以上時(shí)的變化不明顯（P＞0.05），與表面疏水性的變化溫度相對應(yīng)；含水量40%及45%肉樣的肌原纖維蛋白巰基含量隨溫度的上升顯著下降（P＜0.05）；而含水量30%及35%肉樣的肌原纖維蛋白巰基含量隨溫度的上升逐漸下降，但各溫度條件下差異不顯著（P＞0.05），表明脫水增加了蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性，使其在加熱過程中變性程度下降。

2.8 不同加熱溫度條件下不同含水量豬肉中肌原纖維蛋白的SDS-PAGE圖譜

由圖11可知：豬肉肌原纖維蛋白的SDS-PAGE圖譜中肌球蛋白重鏈條帶（205 kDa）隨加熱溫度的上升而逐漸變細(xì)變淺；加熱溫度上升至100 ℃左右時(shí)，電泳條帶減少且伴有明顯弱化現(xiàn)象，這應(yīng)該與肌原纖維蛋白部分降解有關(guān)。

圖11 不同加熱溫度條件下不同含水量肉樣的肌原纖維蛋白SDS-PAGE圖譜Fig.11 SDS-PAGE pattern of myofibrillar protein from pork heated at various temperatures

不同含水量豬肉的肌原纖維蛋白條帶隨溫度的變化程度有所不同。例如，與對照樣相比，含水量30%的豬肉肌原纖維蛋白條帶隨溫度的變化情況顯著不同，60 ℃以下時(shí)，該樣品中肌球蛋白重鏈（205 kDa）條帶的顏色隨溫度升高變化不明顯，與其他水分含量樣品相比，肌動(dòng)蛋白（43 kDa）條帶的顏色則有所加深，表明脫水使樣品中的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，熱穩(wěn)定性增強(qiáng)，減緩了肌原纖維蛋白的熱降解，進(jìn)而影響肉的質(zhì)構(gòu)特性[15]，這與圖3～4及圖6的變化趨勢基本一致。

3 討 論

脫水肉制品受到水分含量、干燥溫度、時(shí)間及食鹽含量等因素影響[22]，呈現(xiàn)出顯著不同于新鮮肉的風(fēng)味及質(zhì)構(gòu)特性。除上述因素外，加熱熟化對脫水肉中蛋白質(zhì)的影響也不容忽視，加熱歷程與肉質(zhì)構(gòu)參數(shù)變化密切相關(guān)。加熱會(huì)使肉中蛋白質(zhì)分子內(nèi)外的共價(jià)鍵、次價(jià)鍵等發(fā)生斷裂和變化，包括二硫鍵斷裂、疏水基團(tuán)暴露、結(jié)構(gòu)變化等，導(dǎo)致肌原纖維蛋白、肌漿蛋白和膠原蛋白變性和伸展、收縮及降解，進(jìn)而引起肉熱致特性（蒸煮損失、pH值、色澤、剪切力、肌原纖維蛋白、膠原蛋白的溶解性及熱穩(wěn)定性、分子大小、質(zhì)構(gòu)參數(shù)、超微結(jié)構(gòu)及肌纖維密度等）的變化[3,15]，且不同溫度條件下上述特性的變化并不相同。

本研究發(fā)現(xiàn)，脫水肉樣的質(zhì)構(gòu)參數(shù)（硬度、咀嚼性及彈性）及剪切力在加熱過程中的變化與對照組鮮肉樣顯著不同。肉樣硬度、咀嚼性及彈性峰值對應(yīng)的加熱溫度隨含水量降低逐漸上升，低含水量脫水肉樣100 ℃熱處理后的硬度及咀嚼性仍非常高，結(jié)合各脫水肉樣剪切力隨加熱溫度的變化趨勢分析原因，除了物理因素（肌纖維收縮、肉質(zhì)緊實(shí)、致密）的影響外，推測水分含量降低可能提高了肉中蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性，加熱過程中脫水肉樣的蒸煮損失情況也從側(cè)面支持了上述推測。

焦文娟[22]、Herrero[23]等的研究結(jié)果均表明，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的變化與肉的質(zhì)構(gòu)特性具有相關(guān)性。本研究通過對比測定發(fā)現(xiàn)，加熱過程中隨著加熱溫度逐漸升高，溫度對豬肉蛋白溶解度及其肌原纖維蛋白巰基含量的影響隨肉樣含水量降低逐漸變得不顯著（P＞0.05），肌原纖維蛋白熱降解程度降低，尤其是含水量低于40%的肉樣。從蛋白質(zhì)分子特性角度證明，脫水會(huì)造成豬肉肌原纖維蛋白及肌漿蛋白熱穩(wěn)定性增加，且隨含水量的降低，溫度對上述特性的影響逐漸降低，進(jìn)一步確證了上述推測。

4 結(jié) 論

脫水后豬肉在加熱過程中的部分特性（蒸煮損失、質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)及剪切力）隨加熱溫度的變化趨勢與未經(jīng)脫水的對照樣顯著不同（P＜0.05）：脫水肉樣的硬度、咀嚼性變化幅度顯著大于對照樣（P＜0.05），其達(dá)到最大值時(shí)對應(yīng)的加熱溫度隨肉樣含水量的降低而升高，彈性的變化幅度也大于對照樣；不同含水量的肉樣，其剪切力隨加熱溫度升高的變化趨勢不同。對加熱過程中豬肉蛋白質(zhì)溶解性及肌原纖維蛋白的表面疏水性、巰基含量及降解情況等進(jìn)行測定和對比分析，認(rèn)為干燥脫水引起肌原纖維蛋白結(jié)構(gòu)變化，熱穩(wěn)定性增加，造成脫水豬肉質(zhì)構(gòu)等特性在加熱過程中呈現(xiàn)出不同于對照樣的變化趨勢。