黃玉米粗類黃酮在牛肉丸保鮮中的應用

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(1.山西農業大學食品科學與工程學院,山西太谷 030801; 2.華北理工大學生命科學學院,河北曹妃甸 063210; 3.山西農業大學農學院,山西太谷 030801)

牛肉丸作為我國傳統美食,不僅風味鮮美、肉質細嫩、食用便捷,且具有補氣益中、調和脾胃、強筋健骨之功效[1]。但在加工腌制過程中可能因攜入微生物、殺菌不徹底、貯藏溫度不達標等因素,而導致微生物過量繁殖,引起腐敗變質,給消費者帶來危害[2]。研究表明,富含多酚的植物提取物可以用作抗氧化劑和天然保鮮劑[3],延長肉及肉制品貨架期。Islam等[4]研究結果表明,牛肉丸保存期間可以用0.3%木犀葉提取物代替丁基羥基茴香醚(Butylated Hydroxyanisole,BHA)作為保鮮劑,且不破壞牛肉丸品質。對植物衍生物與合成抗菌化合物和合成抗氧化劑進行比較的研究證實,天然化合物比合成化合物更具活性和安全性[5-6]。因此,添加天然抗氧化劑是食品防腐保鮮的最直接有效、安全可靠的手段[7-8]。

隨著我國糧食生產從追求經濟產量提高向追求質量功能提高的轉變,糧食作物中豐富的天然生物活性物質受到人們的關注,使糧食作物成為維護健康、治療疾病的膳食來源。黃玉米作為我國主要糧食作物之一,含有豐富的植物甾醇類、多糖類、生物堿、黃酮類、隱黃素、有機酸、礦物質等生物活性物質成分[9],其中最常見的黃酮類物質有山奈酚、桑色素、柚皮苷、蘆丁、槲皮素、兒茶素等[10-11]。研究表明,黃酮類化合物具有消滅氧自由基、降低油脂氧化活力、提升酶抗氧化活性等作用,為預防人體衰老及抗炎、抗癌等藥物提供了新的選擇與機會[12]，還可作為保鮮劑應用于肉制品及冷卻肉保鮮中,減緩貯藏期間由于脂質蛋白氧化導致硫代巴比妥酸反應物(Thiobarbituric Acid Reactive Substance,TBARS)值和揮發性鹽基總氮(Total Volatile Basic Nitrogen,TVB-N)值等評定指標升高及微生物繁殖引起的腐敗變質[13-14],延長食品貨架期。本研究將從“紀元1號”黃玉米粉中提取并凍干的粗類黃酮,按不同劑量添加到加工好的牛肉丸中,于4 ℃下貯藏,通過測定牛肉丸的微生物及理化指標,評定黃玉米粗類黃酮對牛肉丸的保鮮效果,并探尋最優保鮮劑量,以期為黃玉米粗類黃酮應用于牛肉丸保鮮提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黃玉米(ZeamaysL.)“紀元l號” 購于山西省朔州市應縣;牛肉 購于山西農業大學雙匯冷鮮肉店;食鹽、白糖、生姜、大蒜、生姜、小茴香、肉蔻、胡椒粉、黃原膠、淀粉 均為市場購買;大豆分離蛋白 北京奧博星生物技術有限責任公司;復合磷酸鹽 上海大立食品添加劑有限公司;異抗壞血酸鈉 生物試劑,北京索萊寶科技有限公司;BHA 分析純,成都化學試劑有限公司;蘆丁 標品,上海藍季科技有限公司;硫代巴比妥酸 上海安妍生物有限公司;無水乙醇、三氯甲烷、冰乙酸、碘化鉀、硫代硫酸鈉、淀粉指示劑、三氯乙酸、氯仿硝酸鋁、亞硝酸鈉、氫氧化鈉 均為分析純,天津市天力化學試劑有限公司。

FZl02型微型植物粉碎機 天津市泰斯特儀器有限公司;TDA.8002電熱恒溫水浴鍋 北京化玻聯醫療器械有限公司;WFJ2100型可見分光光度計 尤尼柯(上海)儀器有限公司;RE52A旋轉蒸發濃縮儀 上海亞榮生化機械廠;PL3000冷凍干燥機 北京水方儀濤商貿有限公司;YXQ-LS-S2立式壓力蒸汽滅菌器 上海博訊實業有限公司醫療設備廠;HPP-9272電熱恒溫培養箱 北京東聯哈爾儀器制造有限公司;SZ-12A型絞肉機 杭州旭眾機械設備有限公司;ZB20型斬拌機 諸城市新得利食品機械有限公司;SH-100肉丸機 廣東穗華機械設備有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 黃玉米粗類黃酮的提取及不同濃度溶液的配制 按照本課題組前期獲得的最佳提取工藝獲得黃玉米粗類黃酮[15]。即將黃玉米籽粒風干、粉碎、過篩,得黃玉米粉。取黃玉米粉2 g于三角瓶中,加入體積分數95%的乙醇,料液比1∶35.5 g/mL,水浴69 ℃浸提111 min,將浸提液8000 r/min離心5 min,收集上清液,減壓濃縮至原始體積的2/15,真空冷凍干燥,得黃玉米粗類黃酮粗提物,-20 ℃冷凍備用。

稱量0.02、0.06、0.10 g上述提取的黃玉米粗類黃酮粗提物分別溶于100 mL無菌蒸餾水中,得到0.02%、0.06%、0.10%黃玉米粗類黃酮溶液,備用。

1.2.2 牛肉丸加工方法

1.2.2.1 工藝流程

1.2.2.2 操作要點 選擇衛生檢疫合格的牛肉800 g,剔除筋腱、骨頭、脂肪等,放入冰箱冷卻。將牛肉切成薄片,用篩孔直徑為4 mm的絞肉機絞碎。按表1配方將碎肉腌制12 h后加入輔料與超純水冰屑,保持溫度在10 ℃以下,在斬拌機中斬拌5 min。將肉料捏成直徑約為2 cm的丸子坯,在90 ℃熱水中煮制10 min,撈出冷卻[16-17]。預冷至肉丸中心溫度為6 ℃,向各組樣品(每組100 g)分別添加0.02%、0.06%、0.10%黃玉米粗類黃酮,以添加0.02% BHA和蒸餾水的樣品分別做陽性對照和空白對照。然后放入4 ℃冷藏柜內,分別在冷藏0、1、3、5、7、9 d時取樣,測定pH、TBARS、TVB-N值、菌落總數,重復3次。

表1 腌制液與輔料配方(以800 g牛肉計) Table 1 The formula of pickling agents and auxiliary materials(in 800 g beef)

1.2.3 指標測定 pH測定:參照GB 5009.237-2016《食品安全國家標準 食品pH的測定》[18]。評價標準:新鮮肉pH5.8～6.2,次鮮肉pH6.3～6.6,變質肉pH6.7以上。

TBARS值測定:采用分光光度法進行測定[19],以丙二醛MDA的相對含量變化表示。評價標準:良質肉0.202～0.664 mg/kg,次質肉>1 mg/kg。

TVB-N值測定:采用微量擴散法[20],以在堿性條件下能與水蒸氣一起蒸餾出來的總氮量表示。評價標準:一級鮮度≤15 mg/100 g,二級鮮度≤20 mg/100 g,變質肉>20 mg/100 g。

菌落總數測定:參照GB 4789.2-2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數測定》[21]。評價標準:熟肉制品微生物指標的最高安全限量值為5 lg cfu/g[22]。

1.3 數據分析

采用Microsoft Excel 2013和Origin Pro 2017軟件進行數據處理與繪圖,采用SPSS 22統計分析軟件進行方差分析、SNK法多重比較、相關性分析。實驗結果用平均值±標準差表示表示。

2 結果與分析

2.1 黃玉米粗類黃酮對牛肉丸pH的影響

牛肉丸的pH多用來作為影響牛肉丸的滋味和測定微生物生長繁殖量的主要指標。從圖1中可知,0 d時,各組的pH無顯著差異(P>0.05)。整個貯藏期間,各組牛肉丸pH基本呈先上升后下降再逐漸上升的趨勢。貯藏初期,可能由于加了保鮮劑和蒸餾水,pH先升高;貯藏第1～3 d時各組牛肉丸pH顯著降低(P<0.05),可能是原料中混入的野生菌(主要是乳酸菌)將碳水化合物分解成乳酸、醋酸、丙酸等有機酸,使肉品pH降低[23]。隨著貯藏時間的延長,3 d后pH均顯著上升(P<0.05),一方面由于牛肉丸中碳水化合物較少(通常情況下其含量約為1.2%[24]),貯藏初期迅速耗盡;另一方面是其他需氧菌成為優勢菌株,進一步將蛋白質分解成低分子的堿性含氮物質[25]。在同一貯藏期間,空白組牛肉丸的pH均高。在貯藏到第9 d,黃玉米粗類黃酮組牛肉丸的pH均顯著低于空白組與BHA組(P<0.05),可見,黃玉米粗類黃酮對牛肉丸中蛋白質的分解有明顯的抑制作用。本次研究中,所有肉樣的pH均低于6.1,屬于新鮮肉的范疇,可能與加工過程中高溫蒸煮殺死微生物、香辛料抗氧化作用、低溫貯藏有關。

圖1 不同處理對貯藏期內牛肉丸pH的影響Fig.1 Effects of different treatments on pH values of beef meatballs during storage注:小寫字母不同表示同一處理隨貯存時間延長差異顯著(P<0.05);大寫字母不同表示相同貯藏時間下不同處理間差異顯著(P<0.05);圖2～圖4同。

2.2 黃玉米粗類黃酮對冷藏牛肉丸TBARS值的影響

TBARS值是評價油脂氧化程度的重要指標[26]。從圖2可以看出,0 d時,各組牛肉丸的TBARS值無顯著差異(P>0.05)。隨著貯藏期的延長,各組牛肉丸的TBARS值均呈現上升趨勢,表明脂肪氧化程度在逐漸加強,這與前人研究結果相同[27]。空白組的TBARS值最大且上升速度最快,顯著高于其他4個處理組(P<0.05);黃玉米粗類黃酮組之間的TBARS值差異不顯著(P>0.05)。7 d時,空白組的TBARS值達到1 mg/kg,屬于次質肉的范疇;黃玉米粗類黃酮組和BHA組的TBARS值均低于0.664 mg/kg,屬于良質肉,說明空白組牛肉丸脂肪氧化程度最嚴重,而黃玉米粗類黃酮和BHA因其結構中酚羥基可以抑制脂肪氧化。另外,貯藏3 d 后,BHA組的TBARS值顯著低于黃玉米粗類黃酮組(P<0.05),表明BHA比黃玉米粗類黃酮對脂肪氧化的抑制作用更強。就黃玉米粗類黃酮組對牛肉丸的抗脂肪氧化效果來看,0.06%處理組優于0.10%處理組,可見黃玉米粗類黃酮對脂肪氧化的抑制作用不是濃度越高效果越好,超過一定濃度,反而促進了氧化作用[28]。可能的原因是黃酮所含的酚羥基濃度升高,可分解氫過氧化物,生成過氧自由基(ROOH+AH·→ROO·+AH2)[29]。關于抗氧化劑在高劑量時的潛在毒性以及具體閾值研究甚少[30],今后需進一步深入研究。總之,黃玉米粗類黃酮可有效抑制牛肉丸脂肪氧化,延長其貨架期。

圖2 不同處理對貯藏期內牛肉丸TBARS值的影響Fig.2 Effects of different treatments on TBARS values of beef meatballs during storage

2.3 黃玉米粗類黃酮對冷藏牛肉丸TVB-N值的影響

TVB-N是肉蛋白質在內源酶或微生物作用下分解生成氨以及胺類等堿性含氮物質,是評價肉制品在加工貯藏期間蛋白質氧化程度的重要指標。本實驗所用的牛肉丸經過高溫烹煮,因此排除肉制品中酶的作用。由圖3可知,隨著貯藏時間的不斷延長,各組牛肉丸的TVB-N值均呈顯著上升趨勢(P<0.05),且空白組的上升速度最快,BHA組的上升速度最慢(P<0.05),說明微生物對牛肉丸蛋白質不斷分解,導致TVB-N在肉中不斷積累,其中,空白組蛋白氧化程度最高,添加玉米黃酮和BHA可以抑制牛肉丸的蛋白質氧化。在第9 d時,空白組的TVB-N值為20.25 mg/100 g,超過了國家規定的變質肉標準20 mg/100 g,而黃玉米粗類黃酮組與BHA組牛肉丸仍具有食用價值。

圖3 不同處理對貯藏期內牛肉丸TVB-N值的影響Fig.3 Effects of different treatments on TVB-N values of beef meatballs during storage

2.4 黃玉米粗類黃酮對牛肉丸菌落總數的影響

肉制品在貯藏過程中發生變質,多數是由微生物大量繁殖造成的。菌落總數反應了肉制品被細菌污染的程度以及衛生質量狀況。從圖4中可以看出,貯藏初期(0～1 d),各組肉樣微生物生長繁殖速率較為緩慢,可能與牛肉丸加工中殘存有未致死微生物,在新的貯藏環境條件下,不斷自我修復調整以適應新的環境有關。隨著貯藏時間的延長,各組牛肉丸的菌落總數均呈上升趨勢,可能是由于經過一段時間的恢復,細菌逐漸適應新環境,利用牛肉丸中營養物質,自我生長和繁殖,進入了對數生長期,表現為菌落總數急劇上升。空白組菌落總數上升速度最快(P<0.05),第7 d時菌落總數對數值達到5.2 lg cfu/g,超過了GB2726-2016中規定的熟肉制品微生物指標的最高安全限量值5 lg cfu/g。在整個貯藏期,各處理組肉樣的菌落總數均顯著低于空白組(P<0.05),說明黃玉米粗類黃酮類似于BHA具有一定的抑菌作用。但不同處理組抑菌效果有差異,其中0.06%和0.10%處理組在第5、7、9 d與空白對照組差異顯著(P<0.05),但0.06%和0.10%處理組之間差異均不顯著,說明濃度較高的黃玉米粗類黃酮對貯藏期間牛肉丸的菌落滋生有顯著的抑制作用,延長了牛肉丸貨架期。

結合圖1～圖4發現,在本試驗中,黃玉米粗類黃酮抑制牛肉丸pH、TBARS值和TVB-N值升高的最佳濃度為0.06%,而抑制菌落繁殖的最佳濃度為0.10%,可能的原因是黃玉米粗類黃酮的抑菌性能相對偏低,濃度越高抑菌性能越好,后續研究將對其抑菌濃度作進一步深入分析。

圖4 不同處理對貯藏期內牛肉丸菌落總數的影響Fig.4 Effects of different treatments on total number of colonies in beef meatballs during storage

2.5 牛肉丸貯藏期間各品質指標的相關性分析

為了進一步闡明貯藏期間牛肉丸理化、微生物指標之間的相互作用,采用Pearson相關系數對上述指標進行分析(表2),結果表明,在4 ℃貯藏條件下,牛肉丸pH、TBARS值、TVB-N值和菌落總數等指標兩兩之間均呈極顯著正相關(P<0.01),尤其TBARS值與TVB-N值和菌落總數的相關系數值以及菌落總數與TVB-N值的相關系數值均達到0.9以上,而pH與其它三個指標的相關系數值均小于0.6,由此可見氧化和微生物變化是影響牛肉丸品質的主要因素,其次才是pH。

表2 牛肉丸貯藏期間各品質指標的Pearson相關系數Table 2 Pearson correlation coefficient of the qualities of beef meatballs during storage

3 結論

本研究中,評價牛肉丸品質改變的指標主要有pH、TBARS值、TVB-N值及菌落總數。在牛肉丸貯藏期間,添加黃玉米粗類黃酮和BHA均可有效抑制微生物生長,減緩脂肪和蛋白質氧化速度,進而延長牛肉丸貨架期;添加0.06%黃玉米粗類黃酮對冷藏牛肉丸的保鮮效果更佳,但不及0.02% BHA對牛肉丸的保鮮效果;0.10%黃玉米粗類黃酮抑制牛肉丸菌落繁殖效果最佳，但不及0.02%BHA。黃玉米粗類黃酮可以作為天然抗氧化劑添加到肉制品中,發揮其抗氧化和抑菌作用,可以考慮替代或部分替代BHA等合成抗氧化劑。根據品質指標相關性分析,可以把TBARS值、TVB-N值和菌落總數作為評價牛肉丸保鮮效果的主要指標,pH作為輔助指標。