滾揉工藝對牛肉品質的影響

郭瑤堂,王明芳,羅月辰,陳 婷,葉美作,王 衫,胡永正,李明元,*

(1.西華大學食品與生物工程學院,四川成都 610039;2.西華大學宜賓研究院,四川宜賓 644000)

牛肉是我國第三大消費肉類,僅次于豬肉和雞肉,發展前景良好[1]。牛肉不僅營養豐富,富含肌氨酸、維生素B6、肉毒堿,還具有高蛋白低脂肪、高消化率低熱量等特點[2]。然而牛肉具有較重的腥膻異味,加工前需進行腌制處理。傳統腌制是肉制品在加工中常采用的方式,具有防腐敗,改善肉制品的風味和色澤的作用[3],但腌制時間長,會使得產品生產效率低,出品率低,并造成企業生產成本增加[4-5]。

真空滾揉腌制是一種物理嫩化肉品的工藝方法,能使肌肉組織結構變得松弛,引起肌肉細胞膜破裂,肌纖維斷裂,從而達到嫩化的目的,且能使腌制液快速均勻滲透[6-7],縮短腌制時間,改善肉品的風味[8-9]。此外,在肉制品加工過程中,添加磷酸鹽可以提高肉的pH,螯合肉中的金屬離子,增加肉的離子強度,解離肌動球蛋白,增強保水性,提高出品率[10]。

目前,我國關于真空滾揉腌制工藝研究較多[11-13]。劉巧瑜等[14]主要研究真空滾揉條件對白鹵牛肉品質的影響,但并未深入研究因素之間的交互影響。丁玉庭等[15]研究發現真空滾揉腌制能較好地改善鴨肉的色香味以及口感等品質。張東等[16]針對滾揉時間、脈動比、液肉比對臘肉腌制液吸收率和蒸煮損失率進行了研究。目前,牛肉滾揉工藝研究基本集中在滾揉時間或里程方面[17],關于真空度和復合磷酸鹽對牛肉的出品率和剪切力影響鮮有報道。

因此,本實驗通過Box-Behnken設計和響應面優化滾揉時間、真空度、復合磷酸鹽對牛肉出品率和剪切力的影響,探究三者的協同作用,使產品達到較高的出品率,改善牛肉食用品質,為后續牛肉加工生產提供一定的技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

牛霖肉 牛后腿肉,四川成都海霸王市場;川晶食鹽(食品級) 四川南充順城鹽化有限責任公司;蜜丹兒復合磷酸鹽(食品級) 河南蜜丹兒商貿有限公司。

TW-GR40真空滾揉機 上海沃迪股份有限公司;TA-XT plus質構儀 英國SMS公司;熱電耦測溫儀 北京華海恒輝科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程 牛霖肉→修整→滾揉腌制→蒸煮→成型→冷藏

1.2.2 工藝要點 參考湯春暉等[18]的方法,略作修改。修整:將牛霖肉去除筋膜、結蹄組織、淤血,分割成250 g左右的肉塊于-18 ℃冰箱中凍結;解凍:由于實驗的連續性,前期已完成不同解凍方式對牛肉品質特性的影響,故此處取凍藏牛肉利用微波爐解凍功能,選擇肉類解凍模式按質量進行解凍;滾揉腌制:根據王兆明[19]的方法采用液肉比35%,將原料肉與腌制液一同放入滾揉機內,在一定的滾揉真空度下滾揉一定的時間,其中腌制液由鹽和一定的復合磷酸鹽配制而成,食鹽占肉重的3%;蒸煮:將熱電耦測溫儀插于腌制好的半成品肉樣中心,于沸水中蒸煮至中心溫度70 ℃;成型:將煮后的牛肉置于4 ℃冷藏放置12 h,測肉樣的剪切力和出品率。

1.2.3 剪切力的測定 參考夏秀芳等[20]方法,略作修改,參數設置如下:測前速率:2.0 mm/s;測中速率:1.0 mm/s;測后速率:10.0 mm/s;距離:10.0 mm;觸發力:15.0 g。測定時沿牛肉肌纖維方向切5.0 cm×1.0 cm×1.0 cm的肉條,選擇HDP/BSK刀頭,每個樣品測15次,取平均值。

1.2.4 出品率測定 滾揉結束后將牛肉水分瀝干,將熱電耦測溫儀插入肉的中心部位,放入100 ℃的沸水中加熱,待中心溫度達到70 ℃時,保持15 min,將肉樣取出置于4 ℃冷藏室放置12 h,用濾紙吸干表面水分,稱質量,按公式(1)計算出品率[21]。

式(1)

1.2.5 TPA質構分析 參考常海軍等[22]的方法,加以修改,采用質構儀在TPA模式下測定指標。測定參數如下:測前速率:3.0 mm/s;測中速率:1.0 mm/s;測后速率:1.0 mm/s;壓縮形變30%,循環次數:2次;探頭:P/0.5,每組樣品測7次,取平均值。

1.2.6 單因素實驗設計

1.2.6.1 滾揉時間對牛肉剪切力和出品率的影響 選取15塊質量約250 g的肉樣,平均分成5組,在復合磷酸鹽添加量0.3%、滾揉真空度0.03 MPa條件下,每組分別以滾揉時間4、5、6、7、8 h進行滾揉實驗。

1.2.6.2 復合磷酸鹽添加量對牛肉剪切力和出品率的影響 選取15塊質量約250 g的肉樣,平均分成5組,在滾揉時間6 h、滾揉真空度0.03 MPa條件下,每組分別以復合磷酸鹽添加量0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%進行滾揉實驗。

1.2.6.3 滾揉真空度對牛肉剪切力和出品率的影響 選取15塊質量約250 g的肉樣,平均分成5組,在滾揉時間6 h、復合磷酸鹽添加量0.3%條件下,每組分別以滾揉真空度0.01、0.02、0.03、0.04、0.05 MPa進行滾揉實驗。

1.2.7 響應面試驗設計 結合單因素實驗結果,根據Box-Behnken試驗設計原理,設計響應面分析試驗,以剪切力和出品率作為響應值。實驗因素和水平見表1。

表1 Box-Behnken設計因素及水平表

1.3 數據處理

每組實驗重復3次,實驗數據用SPSS 19.0進行方差分析,結果運用Origin 9.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果

2.1.1 滾揉時間對剪切力和出品率的影響 由圖1可以看出,隨著滾揉時間的延長剪切力呈下降趨勢,且各處理組之間差異極顯著(P<0.01)。出品率隨滾揉時間的延長先增加后降低,4 h處理組和8 h處理組之間差異不顯著(P>0.05),在6 h時出品率達到最大值為95.33%。牛肉在滾揉的過程中,真空產生負壓,并持續受到機械力作用,隨著滾揉時間的增加,導致肌肉纖維間隙增大,結構松弛,從而有效降低肉的剪切力,提高肉的嫩度。在一定范圍內延長滾揉時間有助于提高產品的出品率,但持續延長滾揉時間可能還會導致出品率下降,可能是由于滾揉時肌肉組織松散,腌制液快速均勻地由外向里滲透,同時鹽溶液蛋白富集在肉表面阻止水分向外流失,從而提高產品的出品率[22]。過度滾揉,肉塊的完整性被破壞,加劇肌原纖維斷裂,細胞液和鹽溶液反滲,導致出品率降低[23]。綜合考慮剪切力、出品率以及經濟原則,選擇滾揉時間6 h較為理想。

圖1 滾揉時間對剪切力和出品率的影響

2.1.2 復合磷酸鹽添加量對剪切力和出品率的影響 由圖2可以看出,隨著復合磷酸鹽添加量增加剪切力呈先降低后平緩的趨勢,出品率呈先增大后平緩的趨勢。有研究表明,肌肉中肌動球蛋白在復合磷酸鹽的作用下可以分解成肌動蛋白和肌球蛋白[24-25],同時磷酸鹽中的多聚磷酸鹽會對肌球蛋白變性有抑制作用,進而降低肉塊的剪切力。磷酸鹽可與肉中的鈣鎂等離子結合,使牛肉中的親水基團暴露在外,充分與腌制液結合,能在一定程度上改變肉熱凝膠流變特性,提高肉的持水能力,從而提高產品出品率[25]。GB 2760-2014《食品添加劑使用標準》中規定肉制品中復合磷酸鹽添加量不得超過5 g/kg[26]。綜合考慮剪切力和出品率,復合磷酸鹽添加量選擇0.3%較為理想。

圖2 復合磷酸鹽添加量對剪切力和出品率的影響

2.1.3 滾揉真空度對剪切力和出品率的影響 由圖3可以看出,剪切力隨真空度的增大而減小,各處理組間差異極顯著(P<0.01),出品率隨真空度的增大呈現先增加后降低的趨勢,0.03 MPa滾揉處理組與各處理組間差異顯著(P<0.01),且在0.03 MPa時出品率達到最大值為91.93%?？赡苁且驗闈L揉過程中牛肉發生撞擊、摔打等機械作用和真空產生負壓使牛肉受到由內而外的膨脹壓力,肌肉組織松弛,從而降低剪切力[27]。提高真空度使牛肉和滾揉機間的壓強差增大,有利于腌制液的滲透,提高肉塊的出品率[28],過高的真空度會導致牛肉纖維組織結構被破壞,汁液過度析出,肉塊保水性下降,從而降低出品率[29]。綜合考慮,滾揉真空度選擇0.03 MPa較為理想。

圖3 滾揉真空度對剪切力和出品率的影響

2.2 響應面試驗分析

2.2.1 回歸方程的建立與方差分析 利用軟件對表2試驗數據進行回歸分析,擬合得出剪切力Y1和出品率Y2的二次多項式回歸方程,分別為:Y1=4.01-0.71A-0.28B-0.32C+0.067AB-0.048AC-0.18BC-0.52A2-0.30B2-0.22C2(R2=0.9761);Y2=97.29+1.4A+0.74B-0.041C+0.45AB-1.08AC-0.37BC-6.95A2-2.62B2-5.00C2(R2=0.9876)。

表2 Box-Behnken實驗設計及結果

由表3可知,以剪切力為響應值時,該二次多項式回歸模型P值遠小于0.01,差異極顯著,失擬項P值=0.0526>0.05,差異不顯著。說明該回歸模型的擬合程度較好[18]。方程中因素A、B、C、A2、B2對剪切力的影響極顯著(P<0.01),因素C2影響顯著(P<0.05),AB、AC、BC的P值分別為0.4345、0.5780、0.0573,說明兩因素之間的交互作用對剪切力的影響不顯著。根據回歸方程一次項系數的大小,可以判斷出各因素對剪切力影響大小依次是滾揉時間、真空度、復合磷酸鹽添加量,說明滾揉時間對剪切力的影響最為顯著。回歸方程的相關系數R2=0.9761,說明剪切力的變化有97.61%來源于所選的因素[19]。同理,由表4可以看出,以出品率為響應值時模型也適合。

表3 剪切力回歸模型方差分析

表4 出品率回歸模型方差分析

2.2.2 響應面結果分析 從圖4a中可以看出,復合磷酸鹽添加量和滾揉時間對剪切力的影響不顯著。滾揉時間在5～7 h時,牛肉的剪切力隨著復合磷酸鹽添加量的增加而減小,但減小的趨勢較為緩慢;復合磷酸鹽添加量在0.2%～0.4%時,牛肉的剪切力隨著滾揉時間的延長而減小,減小的趨勢相對較快。從圖4b中可知,滾揉時間和滾揉真空度對剪切力交互作用不顯著。當復合磷酸鹽添加量為0.3%時,滾揉真空度在0.02～0.04 MPa時,牛肉的剪切力隨著滾揉時間的延長而減小,滾揉時間一定時,剪切力隨滾揉真空度的增加而減小。從圖4c可知,滾揉真空度和復合磷酸鹽添加量的交互作用對剪切力的影響不顯著,與表3方差分析結果一致。

圖4 試驗因素對剪切力的影響

從圖5a可看出,滾揉真空度一定時,出品率隨滾揉時間的增加先增大后減小,隨復合磷酸鹽添加量的增大而增大,但增大趨勢逐漸平緩。從圖5b可知,響應面坡度較陡,表明滾揉時間和滾揉真空度的交互作用對出品率影響顯著,出品率隨滾揉時間的增加先增大后減小,隨滾揉真空度的增加先增大后減小,與劉夢娟等[11]研究一致。從圖5c可看出,出品率隨復合磷酸鹽添加量的增大而增大,隨滾揉真空度的增加先增大后減小,且變化趨勢相對較慢,與表4方差分析結果一致。

圖5 試驗因素對出品率的影響

2.2.3 最優工藝的確定與驗證實驗 通過Design Expert分析優化,產品的品質以剪切力和出品率為評價,得出最佳工藝參數為:滾揉時間5.83 h、復合磷酸鹽添加量0.29%、滾揉真空度0.03 MPa,此時牛肉剪切力值為4.18 kg,出品率為96.6%。結合實際生產和經濟效益考慮,將最優工藝參數調整為:滾揉時間6 h、復合磷酸鹽添加量0.30%、滾揉真空度0.03 MPa。對此條件進行驗證實驗,相同條件下做3次平行實驗,得到牛肉的剪切力值為(4.13±0.056) kg,出品率為96.2%±0.20%,剪切力與預測的理論值4.18 kg相對誤差為1.19%,出品率與預測的理論值96.6%相對誤差為0.41%。說明該模型能較好地反映真空滾揉條件,具有實際指導意義。

2.2.4 真空滾揉腌制和靜置腌制對牛肉品質的影響 比較最優工藝條件下真空滾揉腌制和靜置腌制6 h、復合磷酸鹽添加量0.30%得到的牛肉的剪切、出品率和質構特性,結果見表5。

表5 真空滾揉腌制和靜置腌制對牛肉品質的影響

由表5可知,經真空滾揉后得到的牛肉的出品率顯著升高(P<0.01),剪切力顯著降低(P<0.01),肉的保水性和嫩度都得到很大改善,與史培磊等[30]研究結果一致。真空滾揉同時也能改變肉的質構特性,牛肉的硬度、彈性和內聚性顯著升高(P<0.01),膠黏性和咀嚼性顯著降低(P<0.01),回復性增大(P<0.05),與賴彩如等[6]研究一致。這是由于滾揉時機械力作用和真空產生負壓導致牛肉組織結構松弛,利于鹽溶性蛋白流出,在復合磷酸鹽的作用下鹽溶性蛋白凝膠化,并持續鎖住水分,進而有效改善肉的嫩度和質構特性。

3 結論

在滾揉腌制的過程中,滾揉時間、復合磷酸鹽添加量、真空度對牛肉的剪切力和出品率均有顯著影響(P<0.05或P<0.01),其中對剪切力影響的大小為:滾揉時間>真空度>復合磷酸鹽添加量;對出品率影響的大小為:滾揉時間>復合磷酸鹽添加量>真空度。通過單因素和響應面實驗優化牛肉真空滾揉腌制工藝,得到較優工藝參數為:滾揉時間6 h、復合磷酸鹽添加量0.30%、滾揉真空度0.03 MPa,在此條件下得到剪切力為4.13 kg,出品率為96.2%,該模型回歸極顯著,擬合程度較好,說明優化后的牛肉真空滾揉腌制工藝合理可行。