錘打工藝對牛肉糜凝膠特性影響的機理

孫 路 黃 群 唐道邦 陳樹鵬 程鏡蓉

(1. 福建農林大學食品科學學院，福建 福州 350002；2. 廣東省農業科學院蠶業與 農產品加工研究所，廣東 廣州 510610；3. 廣東省農產品加工重點實驗室，廣東 廣州 510610；4. 廣東佳寶集團有限公司，廣東 潮州 515638)

牛肉丸、牛肉脯、牛肉腸等牛肉凝膠制品具有廣闊的市場前景，年消費總量呈不斷增加的趨勢[1]，但牛肉肌肉纖維粗，因此其凝膠存在流變性差、蒸煮損失率大、凝膠特性差的問題[2]。改善凝膠品質的方法有物理和化學兩種方式，物理方式包括利用機械震蕩、低溫加熱、高壓處理等物理手段對蛋白質進行改性處理[3-4]，化學方式通過不同類型的添加物[5-8]影響凝膠的加工特性和品質，但這些方法存在增加生產工序、提高生產成本的問題。牛肉凝膠生產過程中有多個環節[9]，其中對肌肉進行粉碎，制備肉糜是牛肉凝膠制品加工過程中的重要環節，該環節通過機械力作用對肌內膜、肌束膜和肌原纖維等肌肉組織進行破壞、粉碎，有利于肌原纖維蛋白的水解和溶脹，加速鹽溶性蛋白質的溶出，提高牛肉肉糜的品質。通過物理手段使肌原纖維蛋白結構變化、蛋白質改性[10]可以減少生產工序和添加劑的使用，降低生產成本。

捶打工藝是中國廣東和福建地區制作牛肉丸的傳統工藝，該工藝使用特制鐵锏或棍棒捶打牛肉，利用敲擊力破壞牛肉的肌肉組織使其肌肉纖維斷裂形成肉糜，工業生產時利用電動捶打機不但可以節省人力、提高生產效率，且更大敲擊力造成的壓力可能改變蛋白質結構，改善凝膠特性[11]，但目前缺乏可以證明捶打工藝改善牛肉凝膠品質的研究。試驗擬以不同捶打時間為參照，以肉丸打漿機的打漿工藝為對照組，研究不同捶打時間對牛肉肉糜及凝膠品質變化的影響，為捶打工藝生產牛肉凝膠的品質變化規律和內在機理提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃牛牛霖肉：廣州潼粵食品有限公司；

磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、乙二胺四乙酸(EDTA)、尿素、 5, 5'-二硫代雙(2- 硝基苯甲酸) (DTNB)、氯化鉀、氯化鈉、三氯乙酸(TCA)、無水乙醇、乙酸乙酯、鹽酸胍、2, 4二硝基苯肼(DNPH)、考馬斯亮藍G250等：分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

電動捶打機：CD09型，長沙昌合機械有限公司；

打漿機：YF-RW 18型，順德元芳食品機械有限公司；

紫外分光光度計：UV-1780型，島津儀器(蘇州)有限公司；

質構儀：TA-XT. PLUS型，英國Stable Micro Systems公司；

流變儀：AR1500EX型，美國TA儀器公司。

1.3 樣品處理

1.3.1 捶打工藝制作肉糜 將冷凍牛霖肉解凍，去除可見筋膜，切成邊長為 2 cm的立方體，加入3%氯化鈉，20%去離子水(以肉重計)，利用電動捶打機捶打(功率2.2 kW，每分鐘捶打120次)，自捶打15 min起每間隔15 min 取樣一次，直至捶打60 min止。取樣后的肉糜一部分用于測定鹽溶性蛋白質含量、蛋白質氧化程度和流變特性，另一部分灌裝至直徑為22 mm的塑料腸衣中，80 ℃ 水浴20 min，流水冷卻至室溫并于4 ℃冰箱過夜，測定蒸煮損失率和凝膠質構。

1.3.2 打漿工藝制作肉糜 將冷凍牛霖肉解凍，去除可見筋膜，切成邊長為2 cm的立方體，加入3%氯化鈉，20%去離子水(以肉重計)，利用打漿機打漿5 min制成肉糜。與捶打工藝相同，部分肉糜于4 ℃密封冷藏，部分肉糜灌入塑料腸衣中制成熱誘導凝膠。

1.4 試驗方法

1.4.1 鹽溶性蛋白質含量測定 取0.5 g肉糜樣品各2份，分別加入20 mL含0.5 mol/L KCl的0.05 mol/L磷酸鹽緩沖液(pH 7.2)，均質90 s， 4 ℃、 10 000 r/min離心10 min，取上清液，使用考馬斯亮藍法檢測鹽溶性蛋白質含量，每個處理組重復3次[12]。

1.4.2 羰基含量測定 取0.5 g肉糜樣品加入5 mL 0.15 mol/L 的KCl溶液均質，取100 μL勻漿加入800 μL含2 g/L 2, 4-二硝基苯肼(DNPH)的2 mol/L HCl溶液，25 ℃避光反應 1 h，然后各加入20% TCA溶液1 mL， 4 ℃、10 000 r/min離心5 min，棄上清液。用1 mL乙酸乙酯—乙醇溶液(1∶1,體積比)洗滌沉淀3次，加入3 mL 含20 mmol/L磷酸鈉的6 mol/L鹽酸胍溶液，37 ℃ 避光水浴30 min，4 ℃、10 000 r/min離心5 min。于370 nm處測定上清液吸光度[13]，每個處理組重復3次。

1.4.3 總巰基含量測定 取0.5 g肉糜樣品，加入10 mL的0.05 mol/L磷酸鹽緩沖液(pH為7.2)。均質30 s后取勻漿1 mL，加入9 mL的 0.05 mol/L磷酸鹽緩沖液(pH為7.2且含有8 mol/L尿素、0.6 mol/L NaCl和6 mmol/L EDTA)，4 ℃、10 000 r/min離心15 min。取3 mL 上清液加入0.04 mL的 0.01 mol/L DTNB， 40 ℃水浴15 min，于412 nm處測定吸光度[14]，每個處理組重復3次。

1.4.4 流變性質測定 使用40 mm圓形平板探頭，將肉糜置于兩個平板之間，設定間隔1 mm，應變1%，進行動態頻率掃描和動態溫度掃描。動態頻率0.1～20.0 Hz，記錄儲能模量(G')和相位角(tanδ)。動態溫度掃描時，需用硅油對肉糜暴露的部分進行密封以防止水分蒸發，掃描時先于20 ℃平衡10 min，然后以2 ℃/min的速率升溫至75 ℃并保溫10 min；再以2 ℃/min的恒定速率降溫至20 ℃，此時掃描頻率為0.1 Hz，記錄溫度變化期間由于肉糜剛性引起的任何儲存變化模量(G')。

1.4.5 蒸煮損失率 取約200 g肉糜樣品，塞入塑料腸衣中，80 ℃加熱20 min，解開包裝，冷卻晾干，稱重，每個處理組重復3次。按式(1)計算蒸煮損失率。

(1)

式中：

c——蒸煮損失率，%；

W1——肉糜樣品重，g；

W2——冷卻晾干后樣品重，g；

1.4.6 質構測定 將凝膠樣品切成長度為2 cm的圓柱體，使用P/50型探頭，測前速度2.0 mm/s，測中速度2.0 mm/s，測后速度5.0 mm/s，壓縮比50%，兩次下壓間隔時間5 s，觸發類型為自動；每個處理組重復6次。

1.5 數據分析及相關性分析

利用DPS 7.55軟件進行數據方差分析和顯著性檢驗，由P<0.05判定存在顯著性差異；利用Origin 9.0軟件繪圖；利用SPSS 19.0軟件分別對不同捶打時間樣品的總巰基含量、蒸煮損失率、鹽溶性蛋白質含量、彈性、硬度指標進行數據相關性分析。

2 結果與討論

2.1 鹽溶性蛋白質含量

由圖1可知，捶打工藝樣品的鹽溶性蛋白質含量在捶打15～30 min顯著增加，由21.20 mg/g增加至24.35 mg/g；而捶打在30～60 min無顯著差異，是因為捶打15 min時對肌肉組織的破壞沒有使鹽溶性蛋白質完全析出，而在捶打30～60 min時蛋白質已充分析出，所以鹽溶性蛋白質含量變化不顯著；對照組的鹽溶性蛋白質含量為17.04 mg/g，與捶打工藝相比含量顯著更低。Kang等[15]發現對豬肉肌肉組織更加徹底的破壞可以增加蛋白質的溶解度，捶打工藝樣品的鹽溶性蛋白質含量顯著高于對照組，說明捶打工藝對肌肉組織的破壞更徹底，析出的鹽溶性蛋白質含量更高。更高的蛋白質含量意味著更好的凝膠持水性和凝膠質構特性[16]，試驗結果也證明了捶打工藝牛肉凝膠的凝膠持水性和凝膠質構特性優于打漿工藝牛肉凝膠。

字母不同表示差異顯著 (P<0.05)

2.2 蛋白質氧化程度

由圖2可知，捶打工藝樣品在捶打30 min時羰基含量開始顯著增加，捶打60 min時達0.089 mmol/kg，比捶打15 min時的樣品增加了 122.5%。加工過程中的高壓、機械剪切以及暴露于空氣或油水界面可能會改變蛋白質的三級結構，使巰基和胱氨酸基團暴露于溶劑中并發生化學反應[17]，半胱氨酸和蛋氨酸均含有硫原子且十分敏感，易被氧化生成二硫鍵。捶打工藝的總巰基含量顯著低于對照組，且隨捶打時間的延長顯著下降(P< 0.05)，捶打60 min時樣品的總巰基含量從捶打15 min時的545.47 mmol/kg減少至277.59 mmol/kg，減少了49.11%，與袁凱等[18]的結果類似。羰基的增加與總巰基的減少都證明了蛋白質氧化程度不斷加深，且蛋白質氧化程度加深的同時牛肉肉糜流變學性質與牛肉凝膠的持水性、質構特性顯著下降，因此加工時間延長導致的蛋白質氧化可能是對牛肉凝膠品質產生影響的原因之一。

字母不同表示差異顯著 (P<0.05)

2.3 牛肉肉糜的流變學性質

隨著肉糜彈性組分變化而發生的變化趨勢稱為儲能模量(G'')。由圖3可知，肉糜的儲能模量(G')隨振蕩頻率的上升均存在不同程度的上升，相同頻率下的儲能模量(G')隨捶打時間的延長而降低，可能是因為延長捶打時間會改變肌原纖維蛋白的初級結構和分子間的交聯與相互作用，因此導致凝膠結構的聚集度降低[19]。損耗模量(G'')與儲能模量(G')的比值稱為相位角(tanδ)，可體現不同凝膠三維網狀結構的優劣[20]。捶打工藝凝膠的三維網絡結構優于打漿工藝凝膠，但tanδ隨捶打時間的延長而增高，表明捶打時間越長對凝膠的三維網絡結構破壞越顯著。

圖3 牛肉糜在不同頻率下的流變學性質

由圖4可知，升溫過程中，儲能模量(G')的變化趨勢基本趨同，其曲線相似；在55～ 75 ℃期間G'值迅速上升、凝膠強度持續增加，說明升溫過程使具有黏性的肉糜溶膠轉變成彈性凝膠[21]，捶打15，30，45 min樣品的G'值高于打漿工藝的樣品，說明捶打工藝凝膠的結構優于打漿工藝凝膠；但捶打時間越長，樣品的最終G'值越低，捶打60 min樣品的G'值低于對照組，說明捶打時間越長對肉糜結構的破壞越嚴重。降溫過程中，大部分凝膠的G'值在降溫過程中呈上升趨勢，是因為隨著溫度的降低凝膠之間通過氫鍵等相互作用形成的三維網狀結構更加穩固，表現為G'值升高[22]。但捶打60 min凝膠無此趨勢且G'值低于其他組，表明凝膠的三維網狀結構遭到嚴重破壞，同樣也證明了捶打時間過長會破壞凝膠的三維網狀結構。

圖4 牛肉糜在不同溫度下的儲能模量(G')

2.4 蒸煮損失率

蒸煮損失率可以反映凝膠的持水性。由圖5可知，捶打15 min時樣品的蒸煮損失率最大，為25.825%，可能是因捶打15 min時肌肉纖維組織未被充分破壞，鹽溶性蛋白質含量較低導致的。捶打30 min時樣品的蒸煮損失率最小，為5.63%；捶打30～60 min時凝膠的蒸煮損失率隨加工時間的延長而增大，捶打60 min時達到9.015%，但始終低于對照組(12.020%)，可能是由于捶打加工時間的延長導致蛋白質結構變化，而蛋白質結構變化導致的蛋白質交聯與聚集使得凝膠持水性下降[23]。

字母不同表示差異顯著 (P<0.05)

2.5 質構變化

由表1可知，隨著捶打時間的延長，樣品硬度、咀嚼性先下降后上升；彈性先上升后下降；內聚性、回復性逐漸下降，可能是因為捶打15 min無法充分破壞牛肉的肌肉纖維組織，無法析出足夠的蛋白，因此凝膠持水性差，導致其硬度、內聚性較大且彈性差。捶打30 min的凝膠硬度與咀嚼性適中，內聚性與回復性較高，彈性最高，凝膠品質最為優良；捶打時間>30 min會導致硬度與咀嚼性增大，內聚性、回復性、彈性降低，這是由于捶打時間過度嚴重破壞了凝膠的三維網狀結構，造成凝膠緊實感上升、抵抗外力的能力降低。張海璐等[24]研究發現蛋白質的氧化會造成凝膠彈性、內聚性、咀嚼性和回復性降低，說明隨著捶打時間的延長，凝膠品質下降，因此出現這一現象也可能與加工時間的延長使得蛋白質過度氧化造成凝膠品質下降有關。

表1 凝膠質構的變化?

表2 相關性分析?

2.6 蛋白氧化程度與其他指標的相關性分析

由表2可知，總巰基含量僅與硬度呈顯著負相關，證明蛋白氧化程度影響凝膠質構，但蛋白氧化程度與其他指標無顯著相關性，因此蛋白氧化程度對牛肉肉糜及凝膠品質的影響較少，影響牛肉肉糜及凝膠品質變化的主要因素為捶打造成的凝膠三維網狀結構的變化。

3 結論

捶打處理的樣品比打漿處理的在動態頻率改變過程中相位角tanδ更低，在溫度改變過程中儲能模量G'更高，蒸煮損失率更低，凝膠的彈性、內聚性等質構特性更好，鹽溶性蛋白質含量更高，表明捶打樣品品質優于打漿樣品，確證了捶打工藝可以改善凝膠的加工特性，提高凝膠品質。蛋白質的氧化程度對肉糜及凝膠的影響較少，其主要影響是通過捶打加工誘導凝膠的三維網狀結構變化，進而改善凝膠的品質。但具體的結構變化與肌原纖維蛋白在這一過程中發生的變化并不清楚，有待進一步研究。不同捶打時間處理的肉糜和凝膠各項指標變化差異顯著，捶打30 min的凝膠品質較其他處理組更好；當捶打時間>30 min時，隨著捶打時間的延長，樣品的肉糜流變性質下降、蒸煮損失率上升、凝膠質構劣化，是由于過度捶打破壞了凝膠的三維網狀結構，且捶打時間過長使得蛋白質氧化，兩者的共同作用使得凝膠品質下降，因此合理控制捶打時間十分重要，同時也表明傳統捶打工藝有一定的合理性和理論依據。