不同模式超聲波輔助低溫腌制對牛肉品質的影響

吳夢迪 馬海樂 劉會敏

(江蘇大學食品與生物工程學院,江蘇 鎮江 212013)

腌制是肉制品加工過程中一道重要的工序,家庭日常腌制肉品常使用傳統的干腌法和濕腌法,但是傳統腌制方法存在腌制時間長、腌制品質不穩定、標準化程度不高等問題[1],夏天在冰箱中腌制肉品時,腌制過程更加緩慢。針對傳統腌制方法存在的不足,目前已涌現出許多新型腌制方法,主要有滾揉腌制法[2]、超高壓輔助腌制法[3]、靜態變壓腌制法[4]、脈沖電場輔助腌制法[5]等。這些新型腌制方法均可以有效地改善肉品品質,提高腌制速率,但是它們多適用于肉品的工業腌制,采用家用冰箱冷藏室腌制時,還存在一定的局限性,比如腌制效果易受到肉品成分的影響等。

超聲波技術作為一種非熱加工技術,因具有高能量、高效率、綠色環保等特點而受到廣泛關注[1]。Kang等[6]研究發現超聲波輔助腌制肉品時,可以有效提高肉品的腌制速率,增加鹽分含量。Shi等[7]和付麗等[8]研究發現對比濕腌,超聲波處理可以顯著降低肉品的嫩度。但目前多數研究集中于常溫條件下單頻超聲波輔助腌制肉品,2～6 ℃低溫條件下多頻超聲波輔助快速腌制尚未見報道。研究擬采用不同頻率組合的超聲波輔助低溫腌制牛肉,研究不同模式超聲波輔助低溫腌制對牛肉品質的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

牛里脊肉、食鹽:市售;

硝酸、硝酸銀、硫酸高鐵銨、硫氰酸鉀等:分析純,國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 試驗儀器及設備

三頻槽式超聲波反應器:WKSTQ900/3S型,江蘇江大五棵松生物科技有限公司;

熱電偶測溫儀:HT-9815三通道K型,北京鑫思特科技開發有限公司;

冷卻水循環泵:CCA-20型,上海越眾儀器設備有限公司;

低場核磁共振分析儀:NIMI20-030V-I型,蘇州紐邁分析儀器股份有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 低溫靜腌處理 取新鮮牛肉,擦干表面血水,剔除表面可見的脂肪組織和結締組織,切成10 cm×8 cm×1.5 cm(長×寬×高)大小的肉塊,將肉塊放入腌制袋中,使肉塊浸沒在質量分數為9%的NaCl腌制液中,m牛肉∶V腌制液=100∶50 (g/mL),排氣,封口,置于(4±2) ℃冰箱腌制30 min。

1.3.2 超聲波輔助低溫腌制處理 使用三頻槽式超聲波設備進行輔助腌制,試驗設備搭建圖如圖1所示。該超聲波設備有22,33,40 kHz 3個不同頻率的換能器,超聲槽容量為3 L。一共可以采用12種超聲波工作模式,分別為單頻超聲波(MU 22 kHz、MU 33 kHz和MU 40 kHz),順序超聲波(SEU 22/33 kHz、SEU 22/40 kHz、SEU 33/40 kHz、SEU 22/33/40 kHz和SEU 22/40/33 kHz)和同步超聲波(SIU 22+33 kHz、SIU 22+40 kHz、SIU 33+40 kHz和SIU 22+33+40 kHz)。研究中,統一設置超聲波的功率密度為50 W/L,經1.3.1預處理的牛肉,將腌制袋放入超聲槽中心處,通過外置蠕動泵以及循環泵保證超聲波輔助低溫腌制過程中溫度控制在(4±2) ℃范圍內(預試驗發現,腌制溫度在2～6 ℃內,腌制效果沒有明顯變化)。設置不同的超聲波工作模式,超聲間歇比為10∶1,工作時間為30 min。

將腌制處理后的牛肉用蒸餾水沖洗除去表面鹽分,使用廚房用紙擦干表面水分,用于各項指標測定。其中未腌制的新鮮牛肉為空白組(FS),低溫靜腌處理的牛肉為對照組(CK)。

1.3.3 鹽分含量測定 按GB 5009.44—2016《食品安全國家標準 食品中氯化物的測定》中的佛爾哈德法執行。

1.3.4 蒸煮損失測定 依據Farag等[9]的方法,并稍作修改。具體操作如下:將腌制處理后的牛肉,切取4 cm×3 cm×1.5 cm(長×寬×高)大小的肉樣,用天平稱取肉塊的初始質量,將肉塊放入高溫蒸煮袋中,置于85 ℃水浴鍋中保溫蒸煮30 min,取出冷卻至室溫,擦干表面水分,再稱其重量,根據式(1)計算肉樣的蒸煮損失。

(1)

式中:

c——蒸煮損失,%;

m1——初始的肉塊質量,g;

m2——蒸煮后的肉塊質量,g。

1.3.5 色度測定 依據唐善虎等[10]的方法,并稍作修改。具體操作如下:將腌制處理后的牛肉,切取4 cm×3 cm×1.5 cm(長×寬×高)大小的肉樣,切面在空氣中暴露30 min,用色差儀測定L*、a*和b*值,每個樣品都在瘦肉部分隨機選擇3個點測定,每個點測定3次,取每個點的平均值,總平均值作為肉樣的色度值。

1.3.6 質構測定 依據Chen等[11]的方法,并稍作修改。具體操作如下:將腌制處理后的牛肉,放入高溫蒸煮袋中,置于85 ℃水浴鍋中保溫蒸煮30 min,取出冷卻至室溫,擦干表面水分,沿肌原纖維方向將肉切開,取中間部位4 cm×3 cm×1.5 cm(長×寬×高)大小的肉塊,利用物性測試儀測定樣品的硬度、回彈性、咀嚼性。

1.3.7 水分分布測定 依據高子武等[12]的方法,并稍作修改,具體操作如下:稱取腌制處理后的牛肉樣品(3.00±0.50) g,擦去表面水分,將樣品放置于玻璃瓶后放入直徑為40 mm的專用核磁共振管中。利用低場核磁共振分析儀測定水分分布。

1.3.8 數據處理與統計分析 所有試驗重復3次,數據用“平均值±方差”表示。使用Excel 2010對數據進行收集整理,SPSS 2021軟件對數據進行單因素方差分析,差異顯著性為P<0.05,使用Origin 2021軟件進行圖表繪制。

2 結果與討論

2.1 超聲波輔助低溫腌制對牛肉鹽分含量的影響

經試驗,人的適口鹽含量約為0.296 9%～0.362 9%。由圖2可知,低溫靜腌條件下,牛肉的鹽含量為0.188 0%;單頻超聲波、順序超聲波以及同步超聲波工作模式下,牛肉的鹽分含量最高分別可達到0.253 1%,0.300 1%,0.332 0%,對比低溫靜腌,牛肉的鹽分含量分別顯著增加了34.61%,59.60%,76.62%(P<0.05),與龍錦鵬等[13]的試驗結果一致。超聲波輔助腌制可以加速腌制液的滲透速率,可能是超聲波的空化效應破壞了牛肉的組織結構,導致了毛細血管的擴張和孔隙的形成,從而促進腌制液進入牛肉中,提高了牛肉的鹽分含量[14]。超聲波的機械效應也會加速鹽分進入到牛肉中[15]。

字母不同代表存在顯著性差異(P<0.05)

圖2顯示:多頻超聲波工作模式下牛肉的鹽分含量顯著高于單頻超聲波下的,同時,多頻超聲波工作模式下牛肉的鹽分含量基本達到了人的適口鹽分含量,而單頻超聲波工作模式下牛肉的鹽分含量未達到。這可能是多頻超聲波工作時每個超聲波頻率都能產生空化效應,當某個頻率的空化泡破裂時也可為其他頻率的空化作用提供更多的空化核,使得多頻超聲波產生的空化效應和機械效應更明顯[16-17],鹽分也更快更均勻地擴散到牛肉中。因此,相同的腌制時間內,超聲波輔助低溫腌制可以增加牛肉中的鹽分含量,多頻超聲波的效果更好。

2.2 超聲波輔助低溫腌制對牛肉持水能力的影響

由圖3可知,對比鮮肉,腌制處理后牛肉的蒸煮損失都有所降低,這是因為腌制處理后鹽分進入牛肉中,與肉中的蛋白質發生相互作用,使得蛋白質溶解和溶脹,從而降低了牛肉的蒸煮損失[18]。低溫靜腌條件下牛肉的蒸煮損失為39.450%,單頻超聲波、順序超聲波以及同步超聲波工作模式下,牛肉的蒸煮損失最低分別可達到37.339%,36.887%,34.933%,對比低溫靜腌,牛肉的蒸煮損失分別降低了5.35%,6.50%,11.45%(P<0.05)。SIU 22+40 kHz和SIU 22+33+40 kHz輔助腌制后,牛肉的蒸煮損失顯著低于其他超聲波條件下的(P<0.05)。這與Kang等[19]研究超聲波輔助腌制對牛肉持水能力影響的結果一致,認為可能是超聲波的空化效應破壞了牛肉的肌原纖維結構,使得肌原纖維蛋白可以容納更多的水。同時,超聲波處理后更多的鹽分進入肉中,使得更多的蛋白質側鏈與水結合,提高牛肉的持水能力[20]。因此,超聲波輔助低溫腌制可以有效降低牛肉的蒸煮損失,這有助于改善牛肉的質構特性,減少牛肉在蒸煮過程中的水分流失。

字母不同代表存在顯著性差異(P<0.05)

2.3 超聲波輔助低溫腌制對牛肉色度的影響

如表1所示,對比新鮮牛肉,腌制處理后牛肉的L*值顯著增強(P<0.05),a*值和b*值出現下降的趨勢,這主要是因為腌制處理時腌制液中的水分進入牛肉中,同時,部分肌紅蛋白溶于水中,稀釋了牛肉中的色素。低溫靜腌條件下,牛肉的L*值、a*值和b*值分別為30.94,9.57,7.74。對比低溫靜腌條件下的牛肉,SIU 22+40 kHz輔助腌制后L*值最高(33.55),顯著增加了8.42%(P<0.05),SIU 22+33+40 kHz輔助腌制后的a*值(7.70)和b*值最低(6.73),顯著降低了19.49%和13.05%(P<0.05)。這可能是因為超聲波的空化效應加速了呈色物質的溶出以及水的溶入,從而改變了牛肉的色度。李佳麒[21]研究發現,隨著超聲功率的增強,L*、a*、b*值都出現了顯著性變化(P<0.05),主要是因為超聲波的空化效應和機械效應促進牛肉中的亞鐵血紅素被釋放,從而導致了L*值升高。同時超聲波促進了水分子裂解產生了更多的羥自由基,使得牛肉中的肌紅蛋白被氧化,從而使得a*值降低。

表1 不同腌制處理后牛肉的色度?

對比低溫靜腌條件,牛肉超聲波輔助低溫腌制后的部分色度值出現顯著性變化,但是人的肉眼不能直觀地區別低溫靜腌和超聲波輔助低溫腌制后的牛肉。說明超聲波輔助低溫腌制后可以較好地保持牛肉的色度,不影響消費者的可接受性。

2.4 超聲波輔助低溫腌制對牛肉質構特性的影響

如圖4所示,對比新鮮牛肉,腌制處理后牛肉的硬度、回彈性、咀嚼性都顯著降低(P<0.05)。這是因為腌制處理后,腌制液中的鹽進入到牛肉中,電荷增加使得肉內部的靜電斥力增大,從而導致牛肉肌肉內部的結合力減小,質構發生改變[22]。低溫靜腌條件下,牛肉的硬度為359.680 N,回彈性值為1.741 N/mm2,咀嚼性值為2 766.438 N/mm。對比低溫靜腌,SIU 22+40 kHz輔助腌制條件下,牛肉的硬度達到最低(293.545 N),降低了18.39%(P<0.05),該超聲波條件下,牛肉的回彈性(1.436 N/mm2)也顯著降低了17.54%(P<0.05)。SIU 22+33+40 kHz條件下,牛肉的咀嚼性達到最低(2 192.737 N/mm),降低了20.74%(P<0.05)。這與Gonzalez-gonzalez等[23]研究超聲波對牛肉嫩度影響的結論一致,他們認為可能是超聲波的空化效應破壞了肌原纖維蛋白結構的完整性,改善了牛肉的質構特性。同時,超聲波也可以促進內源性蛋白酶的釋放,進一步破壞肌原纖維蛋白的結構,改善牛肉的柔嫩度[24]。對比單頻超聲波工作模式下的硬度、回彈性及咀嚼性,多頻超聲波工作模式中,SIU 22+40 kHz腌制條件下的硬度顯著低于單頻超聲波條件下的(P<0.05),回彈性低于單頻超聲波條件下的,但并未存在顯著性差異(P>0.05),同步超聲波輔助低溫腌制條件下的咀嚼性顯著低于單頻超聲波條件下的(P<0.05)。說明多頻超聲波輔助低溫腌制處理可以更有效地改善牛肉的嫩度。

字母不同代表存在顯著性差異(P<0.05)

2.5 超聲波輔助低溫腌制對牛肉水分分布的影響

如圖5、圖6所示,牛肉中的水分主要以不易流動水的形式存在。低溫靜腌條件下,牛肉的結合水、不易流動水和自由水含量分別為3.831%,95.662%,0.507%,超聲波輔助低溫腌制后牛肉不易流動水含量有增加趨勢,自由水含量顯著降低(P<0.05)。其中SEU 22/40 kHz輔助腌制條件下牛肉的不易流動水含量最高(96.301%),增加了0.67%(P<0.05),該條件下牛肉自由水含量最低(0.272%),降低了46.17%(P<0.05)。這與Tong等[25]和Zou等[26]的研究結果一致,可能是因為超聲波使得更多的鹽分進入肉品中,鹽溶性蛋白溶出吸收了更多的水分。水分分布的變化也解釋了牛肉持水能力的變化。有研究[27]表明,自由水含量和不易流動水含量與肉品的持水能力有關,自由水含量降低表明水的結合能力增強,更多的自由水轉變成不易流動水。牛肉經過蒸煮后,主要損失的是自由水,也有少部分不易流動水會從肌纖維結構中流出,而超聲波腌制處理后自由水含量減少以及不易流動水含量增加都使得牛肉的蒸煮損失降低,持水能力增強。因此,超聲波輔助低溫腌制可以改變牛肉中的水分分布,進而提高牛肉的持水能力。

圖5 不同腌制處理后牛肉的橫向弛豫圖譜

字母不同代表存在顯著性差異(P<0.05)

3 結論

與低溫靜腌相比,超聲波輔助低溫腌制處理可以增加牛肉的鹽分含量,提高牛肉的持水能力,提高牛肉的嫩度,同時可以較好地保持牛肉的外觀色澤,為家用冰箱冷藏室腌制肉品提供了一種更快速的腌制方式。在用家用冰箱冷藏室腌制肉品時,還需要考慮熱量消耗問題,后續可以進行放大試驗,測定腌制肉品過程中的熱量消耗,以期實現在家用冰箱冷藏室中使用超聲波輔助腌制肉品。