κ-卡拉膠對西門塔爾雜交牛肉糜品質影響評價模型的建立

孟子晴，趙改名*，祝超智，田瑋，郝婉名，祝遠魁，張文華，李苗云，柳艷霞

1(河南農業大學 食品科學技術學院，河南 鄭州，450002) 2(漣源綜合試驗站，湖南 漣源，417126) 3(中衛綜合試驗站，寧夏，中衛，755000)

牛肉糜類產品種類繁多，尤其是牛肉餅、牛肉腸、牛肉脯等產品備受消費者喜愛[1]，但是，牛肉餅等牛肉糜產品在加工過程中易出現析油、結構疏松等問題，所以對牛肉糜類制品的品質改良與保水保油研究非常迫切。當加工過程中采用擂潰攪拌機處理絞碎牛肉時，效果與斬拌機斬拌、人工手動攪拌的效果有差異，擂潰攪拌機攪拌之后的牛肉肉糜存在一定的肉粒感，口感良好，肉粒感大于斬拌后的肉糜，具有特殊的組織結構，適宜于牛肉餅等需要有肉粒感的產品，但是這種方式下生產的肉糜產品會比質地細膩的肉糜制品更易出現粗細不均、失水等問題。解決好擁有肉粒感的牛肉糜產品的保水問題、提升牛肉糜的品質對牛肉糜產品的工業化生產具有重大意義。

κ-卡拉膠具有與肉制品加工密切相關的性質[2-7]，卡拉膠等膠體提升肉糜制品品質的根本原因在于改善了肌原纖維蛋白的凝膠特性、乳化特性等。κ-卡拉膠具有極強地形成凝膠的能力，在肉蛋白加熱形成凝膠過程中起著顯著的保水和增強凝膠作用，因此在香腸、午餐肉等熟肉制品中應用較廣。有研究表明，κ-卡拉膠可以與蝦肌球蛋白相互作用,通過與極性殘留物形成氫鍵取代蛋白質表面周圍的部分水分子，從而導致冷凍儲存過程中的蛋白質穩定性的改變[8]；κ-卡拉膠還能作為脂肪的替代品，增加硬度、光澤和咀嚼性[9]。卡拉膠的應用主要集中在豬肉、雞肉制品，牛羊肉、海產肉相對較少，不同種類肉的肌纖維排列方向、剪切力、硬度、肌纖維間分子作用力等存在差異[10]。卡拉膠添加量對不同肉糜的品質影響效果可能不同，劉廣娟等研究確定了豬肉腸中卡拉膠、TG、大豆分離蛋白的最適添加量分別為0.5%、0.2%和4%[11]；劉騫等將可得然膠分別與卡拉膠和黃原膠(1∶9、3∶7、5∶5、7∶3、9∶1，質量比)復配，按照0.3%添加量添加到肌原纖維蛋白中,研究復合膠對肌原纖維蛋白乳化性和凝膠特性的影響[12]；袁曉龍等研究低脂香腸最優組為：水分20%、變性淀粉2%、大豆分離蛋白3%、卡拉膠0.4%[13]；莊沛銳等研究得出卡拉膠、刺槐豆膠添加量為0.16%、0.24%,豬肉糜品質較佳[14]；王健等以卡拉膠作為脂肪替代物生產低脂香腸,在不同含量(0.2%、0.4%、0.6%)的卡拉膠試驗組中，得出卡拉膠最佳添加量為0.2%[15]；龔韻等篩選出最佳配方為大豆分離蛋白2.0%，魔芋精粉2.0%，黃原膠0.4%和卡拉膠0.3%[16]。研究卡拉膠在低水平添加時對牛肉糜品質的影響，為牛肉餅等牛肉糜產品的品質改良提供參考。

本文利用相關性分析、主成分分析法、歸一化處理等對κ-卡拉膠添加量對牛肉糜結合水的能力、質構、微觀結構的影響進行研究，通過水分含量、蒸煮損失、色澤、質構、微觀結構等指標進行評價，建立κ-卡拉膠對西門塔爾雜交牛肉糜品質影響的評價模型，為西門塔爾雜交牛肉糜類產品的生產與品質改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

牛肉，河南伊賽牛肉股份有限公司，同一批次西門塔爾雜交黃牛的牛霖部位肉，屠宰之前空腹24 h，屠宰后成熟24 h，肉樣儲存于4 ℃下真空保存運輸。食鹽、黑胡椒粉，鄭州某超市；κ-卡拉膠，青島德惠海洋生物科技公司，其他試劑為分析純。

1.2 儀器與設備

CR-5型色彩色差計，日本KONICA公司；ALLEGRA-64A型高速冷凍離心機，鄭州美聲商貿有限公司；BPG-9156A型精密鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司；TA-XT plus型食品質構儀，英國stable micro systems公司；AL104型電子天平，上海梅特勒-托利多儀器有限公司；MM12B型絞肉機，廣東省韶關市大金食品機械廠；BLKJ-20型攪拌擂潰機，中國艾博公司；PQ001MicroMR型柜式NMR成像儀，上海紐邁電子科技有限公司；S-3400N型掃描電鏡，日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 牛肉餅的制作工藝流程

原料肉解凍修整→絞肉→腌制→攪拌→成型→冷凍→成品→檢測

1.3.2 工藝操作要點

挑選西門塔爾雜交牛的霖肉部位，按工藝要求修整，去除筋腱部位，用清水浸泡沖洗干凈后用刀切成小塊，然后過10 mm篩孔絞肉機攪碎，稱取輔料(以牛肉質量計為1，其他輔料以占牛肉質量百分比計，添加質量分數為2%的食鹽，0.3%黑胡椒粉，0.3%復合磷酸鹽，0.12%抗壞血酸鈉，0.002%煙酰胺，0.08%嫩肉粉)手動攪拌均勻后覆蓋保鮮膜，于4 ℃下冷藏腌制1 h。然后在擂潰攪拌機中100 r/min攪拌2 min(先攪拌肉糜30 s，然后加質量分數15%冰攪拌30 s，再加卡拉膠攪拌1 min)，取出靜置1 h，制成肉糜。肉糜成型為直徑9 cm，厚1 cm的肉餅，冷凍，測感官評價時，將肉餅于200 ℃烤箱烤12 min。

1.4 指標測定

1.4.1 水分含量的測定

參考GB 5009.3—2016 《食品安全國家標準 食品中水分含量的測定》規定的方法測定水分含量[17]。

1.4.2 蒸煮損失測定

參考MARTIN等[18]的方法，略作修改。將生肉糜放入離心管中5 000 r/min離心5 min，70 ℃水浴加熱30 min。加熱后的離心管倒置，室溫靜置2 h稱重。蒸煮損失為溢出液體質量/生肉糜質量。

1.4.3 色澤測定

參考張駿龍等[19]的方法，略有修改。使用儀器內置白板與外置黑板進行校正，樣品要覆蓋通光孔，測量得到成品的L*值、a*值和b*值，L*、a*、b*分別為亮度、紅度、黃度，每個處理測8個平行。

1.4.4 TPA測定

質構剖面分析方法(texture profile analysis，TPA)測定[20]，方法如下：環境溫度20 ℃，P/50型探頭，測前速度2 mm/s，測試速度1 mm/s，測后速度1 mm/s，壓縮比75%。每個處理測8個平行。

1.4.5 感官評價

河南農業大學培訓的評分小組人員對熟制后的牛肉糜餅從色澤、滋味、口感和組織4個方面進行打分。該實驗主要參考王浩田等[21]的具體標準，見表1。

1.4.6 掃描電鏡微觀結構觀察

1.5 數據處理與統計分析

除特殊說明外試驗重復3次，結果以平均值±標準差(M±SD)表示。使用SPSS(IBM 13.0)分析、Oringin 8.0作圖，多重比較誤差使用Duncan、LSD法表示，顯著水平P<0.05、極其顯著水平P<0.01。

主成分分析進行排序時，將數據標準化處理為0～1之間的歸一值，牛肉糜及其肉糜產品期望蒸煮損失、b*、硬度、黏著性、咀嚼性等降低，水分含量、L*、a*、彈性、回復性等升高，對試驗所得數據進行最大最小值法歸一化處理。

2 結果與分析

2.1 κ-卡拉膠添加量對牛肉糜水分含量、蒸煮損失的影響

從圖1可以看出，隨著卡拉膠添加量的增加，牛肉糜的水分含量呈先增加再波動然后趨于穩定趨勢(P<0.05)，0.4%添加量下水分含量最大為74.99%。

一般來說，蒸煮損失是反映肉糜乳化穩定性的常用指標之一，主要由肉糜加熱過程中的脂肪流失和水分揮發所引起，也會有部分可溶性蛋白、不溶性蛋白(如膠原蛋白)流失[23]。

由圖1可知，隨著κ-卡拉膠添加量的增多，蒸煮損失逐漸減少(P<0.01)，說明κ-卡拉膠有效的參與了肉糜的油、水截留過程，添加量越多，效果越顯著。在加熱過程中，κ-卡拉膠與牛肉糜中鹽溶蛋白結構充分展開，相互作用增強，并發生變性與聚集，使水分子運動受到束縛，進而形成了強有力的三維網狀結構，進一步將水保持在難以移動的狀態[24]。

2.2 κ-卡拉膠添加量對牛肉糜色澤的影響

由圖2可以看出，隨著κ-卡拉膠添加量的增加，牛肉糜的L*、b*與空白對照組均存在顯著性差異(P<0.05)，添加量從0.1%增加到0.6%的過程中，L*、b*先降低后升高(P<0.05)，添加量為0.4%時L*最低為34.30，b*最低為9.70；a*基本呈持續降低趨勢(P<0.05)，一直減小到6.95，可能是由于試樣的持水力越來越強，蒸煮損失逐漸降低，水基數增大，使得其中肌紅蛋白濃度被稀釋，導致a*持續下降，本研究與于建行等研究添加質量分數0～0.8%卡拉膠的兔肉糜a*值均明顯下降結果相似[25]。

2.3 κ-卡拉膠添加量對牛肉肉糜餅質構的影響

如圖3所示，隨著κ-卡拉膠添加量的增加，硬度、彈性、黏著性、咀嚼性均呈現先減少后增加的趨勢(P<0.05)，在添加量為0.4%時，肉糜的硬度、黏著性和咀嚼性最低。0.4%卡拉膠組的硬度是空白對照組的67.72%，黏著性是空白對照組的67.36%，咀嚼性是空白對照組的64.74%；彈性方面，各試驗組與空白對照之間不存在顯著性差異。隨著κ-卡拉膠添加量的增加，單位體積內形成凝膠的蛋白分子數量增加，促進了與鹽溶蛋白分子間的交聯，形成凝膠網絡結構束縛住大量的游離水分，使得嫩度上升，硬度、咀嚼性減小，繼續增加κ-卡拉膠添加量會使得蛋白之間間隙填充過量，進而引起凝膠強度增加，肉制品硬度、咀嚼性上升。與陸劍鋒研究卡拉膠對魚糜凝膠性質影響時，變化趨勢先增高后不變的結果不一致[26]，可能是使用了不同的原料肉和處理方法的原因。有報道稱肌原纖維蛋白與κ-卡拉膠的混合凝膠的硬度受二者濃度配比、離子強度和pH值的影響，還受加工程序等工藝影響[27-28]。

2.4 κ-卡拉膠添加量對牛肉肉糜品質特性影響的相關性分析

利用SPSS軟件Correlate程序對牛肉糜品質指標的相關性進行分析獲得Pearson相關系數，結果見表2。

注：“*”表示在P<0.05水平上顯著相關，“**”表示在P<0.01水平上極其顯著相關。

表2顯示，黃度值與亮度值呈極度正相關(0.686**)、與水分含量呈正相關(0.446*)，紅度值和彈性呈負相關(-0.541*)；硬度與黏著性(0.949**)、咀嚼性(0.939**)呈顯著正相關(P<0.05)，黏著性與咀嚼性(0.983**)、回復性(0.458*)呈正相關，說明質構特性中不同指標之間具有關聯。蒸煮損失與水分含量呈極度負相關(-0.624**)，在試驗組中，水分含量越大，蒸煮損失越小，結合圖1數據可知，卡拉膠有保水的作用，卡拉膠使用量越大，保水效果越好。

2.5 主成分分析法評價κ-卡拉膠添加量對牛肉肉糜品質的影響

進行主成分分析時，因子載荷值可以反映牛肉糜色澤、質構特性等指標對主成分載荷的相對大小和影響的方向，數值反映對因子影響的大小程度，正負代表影響的方向[29]。由表3、圖4和圖5可知，前3個主成分特征值均大于1，累計貢獻率達84.071%，能夠反映牛肉糜品質的大部分信息，故選取3個主成分進行分析。表4是10個品質指標的載荷因子，其值高低可反映各變量在主成分中的重要程度。

從表4可以看出，第一主成分中載荷較高的有硬度(0.947)、咀嚼性(0.924)、黏著性(0.923)這類表征質構的指標，且為正相關，說明第一主成分高的時候，硬度、咀嚼性、黏著性較大，第一主成分的方差貢獻率為46.234%。第二主成分主要涵蓋了表征色澤的指標，如L*(-0.885)，b*(0.929)，第二主成分的方差貢獻率為21.668%。第三主成分主要是a*，表征色澤，第三主成分的方差貢獻率為16.169%。這3個主成分是從質構和色澤的角度進行了歸類，3個主成分累計貢獻率達84.071%。

主成分分析進行排序時，將數據標準化處理為0～1之間的歸一值，分別對牛肉糜中蒸煮損失、b*等越小越好的指標與水分含量、L*、a*、彈性等越高越好的指標數據進行最大最小值法歸一化處理。構建主成分模型時，每個品質變量的系數是各品質變量的主成分載荷與其相對應特征值所開的平方根相比[30]，以此為權重得到3個主成分的表達式如下：

F1=0.233X1-0.182X2+0.100X3-0.036X4-0.060X5+0.254X6-0.130X7+0.232X8+0.233X9+0.062X10

(1)

F2=-0.079X1+0.164X2-0.427X3+0.010X4+

0.432X5-0.056X6-0.005X7-0.003X8-0.007X9-

0.332X10

(2)

F3=0.122X1+0.175X2-0.060X3+0.463X4-0.010X5-0.041X6-0.339X7-0.058X8+0.002X9+0.318X10

(3)

以每個主成分對應特征值的方差貢獻率作為權重建立綜合評價模型，其表達式為:

-F=0.46234F1+0.21668F2+0.16169F3

(4)

歸一化后的數值帶入方程，計算出空白對照組與6個試驗組品質的綜合得分值并進行排序，見表5。

根據綜合得分值，各試驗組評分由高到低為：0.4%試驗組>空白對照組>0.1%試驗組>0.3%試驗組>0.6%試驗組>0.2%試驗組>0.5%試驗組。

2.6 感官評分驗證主成分分析結果

從表6可以看出，感官評分中，色澤、組織、總分等均存在顯著性差異(P<0.05)，滋味不存在顯著性差異。整體色澤評分呈下降趨勢，尤其是添加量在0.5%、0.6%時，色澤評分較低，結合上文色澤指標進行分析，可能是因為添加量為0.5%、0.6%時改變了牛肉糜的顏色，黃度值增大，紅度值降低，吸引人的肉紅色造成的視覺吸引力減弱所致。口感評分上0.4%試驗組大于其他試驗組；組織結構評分上依然是0.4%試驗組大于其他試驗組。感官總分大小依次是：0.4%試驗組>0.3%試驗組>0.2%試驗組>空白對照組>0.1%試驗組>0.6%試驗組>0.5%試驗組。感官評分來看，最優添加組為卡拉膠添加量為0.4%的試驗組，符合主成分分析結果。

注：同一行中，不同小寫字母之間表示差異顯著(P<0.05)。

2.7 κ-卡拉膠添加量對熱誘導凝膠牛肉糜微觀結構的影響

由圖6可知，未添加κ-卡拉膠的肉糜凝膠內部結構疏松粗糙、孔洞較多，不均勻、不致密。隨著κ-卡拉膠添加量的增加，結構上空洞逐漸變小且逐漸減少，質地更加均勻、細膩，獲得更好的立體網絡結構。κ-卡拉膠的添加可以使蛋白與卡拉膠之間相互作用形成致密穩定的三維網絡結構，可以促進牛肉鹽溶蛋白熱誘導凝膠更加均一、緊密、有序、富有彈性，可以具有更好的水油截留能力[21]，致密的凝膠網絡結構有助于捕獲更多的水分，這一微觀結構的特點解釋了蒸煮損失的結果。在添加量逐漸增加至0.4%時，肉糜的微觀結構趨于形成致密、穩定的三維網絡結構，可以佐證κ-卡拉膠添加量到0.4%時硬度、咀嚼性越來越小；繼續增加κ-卡拉膠添加量，形成了結構高度致密、高度有序，脂肪洗脫痕跡高度均勻的三維凝膠網絡結構，可以佐證0.6%添加量時硬度、咀嚼性等指標比0.4%添加量時高，也驗證了主成分分析的結果。

3 結論

隨著κ-卡拉膠添加量增加，水分含量持續增大(P<0.05)，蒸煮損失持續減小(P<0.05)；L*、b*先降低后升高(P<0.05)，添加量為0.4%時最低；a*基本呈現持續降低趨勢(P<0.05)，一直減小到6.95；肉糜的硬度、黏著性、咀嚼性均呈現出先減少后增加的趨勢(P<0.05)，添加量為0.4%時最低。微觀結構方面，空洞逐漸變小且逐漸減少，質地更加均勻、細膩，獲得更好的立體網絡結構，添加量為0.4%時已基本形成有序致密的結構，添加量為0.6%卡拉膠時作用效果最強。

通過對牛肉糜水分含量、蒸煮損失、L*、硬度等10個品質指標進行相關性和主成分分析，評價相同工藝條件下卡拉膠添加量對牛肉糜品質的影響，從中提取了3個主成分，累計方差貢獻率達84.071%，一定程度上能全面反映牛肉糜品質，建立了品質綜合評價模型，模型顯示，各試驗組中綜合評價得分最高的是卡拉膠添加量0.4%的試驗組，該模型為西門塔爾雜交牛肉糜類產品的生產與品質改良提供參考，對西門塔爾雜交牛加工制作肉糜產品具有重要的指導意義。