反復(fù)冷凍-解凍對牛肉品質(zhì)及組織結(jié)構(gòu)的影響

阿依木古麗，蔡 勇，陳士恩,*，楊具田，申曉蓉，李貞子

(1.西北民族大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730030；2.西北民族大學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，甘肅 蘭州 730030)

反復(fù)冷凍-解凍對牛肉品質(zhì)及組織結(jié)構(gòu)的影響

阿依木古麗1，蔡 勇2，陳士恩1,*，楊具田1，申曉蓉1，李貞子1

(1.西北民族大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730030；2.西北民族大學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，甘肅 蘭州 730030)

探討反復(fù)冷凍-解凍對牛肉品質(zhì)及組織結(jié)構(gòu)的影響，對牛背最長肌進(jìn)行不同次數(shù)的冷凍、解凍實(shí)驗(yàn)，分別檢測原料肉解凍損失、煮制損失、失水率、熟肉剪切力及pH值，并觀察原料肉顯微、超微結(jié)構(gòu)的變化。隨著反復(fù)冷凍-解凍次數(shù)的增加，原料肉解凍損失和煮制損失極顯著增加，失水率只在第1次冷凍-解凍后顯著增加，剪切力先顯著增加后降低，pH值隨著冷凍-解凍次數(shù)增加而顯著降低，肌纖維結(jié)構(gòu)混亂，間隙顯著增加，線粒體空泡樣變，Z線錯位排列，甚至溶解、消失。結(jié)果表明：反復(fù)冷凍-解凍嚴(yán)重破壞了牛肉的組織結(jié)構(gòu)，顯著降低了牛肉品質(zhì)。

反復(fù)冷凍-解凍；牛肉；品質(zhì)特征；組織結(jié)構(gòu)

冷凍作為一種方便有效的食品儲存方式，已得到廣泛應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，冷凍會改變?nèi)馕锢硖匦浴⒒瘜W(xué)成分及顯微結(jié)構(gòu)，這些都會影響到肉品的感官及營養(yǎng)價值[1]。冷凍過程中，冰晶的形成及冰晶大小不等和分布不均是引起以上變化的主要原因[2]。冰晶的形成不僅破壞細(xì)胞膜，損壞組織結(jié)構(gòu)，而且引起冷凍-解凍后肉品中大量汁液的流失，嚴(yán)重影響肉品質(zhì)[3]。然而在實(shí)際生活中，肉品凍藏到消費(fèi)者食用之前由于溫度波動較大，使得原料肉常常處于冷凍-解凍狀態(tài)。Boonsumrej等[4]對老虎蝦進(jìn)行反復(fù)凍融實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)凍融后蝦肉硫代巴比妥酸值增加，肌纖維間隙變寬，并且剪切力顯著增加；同時，另一項(xiàng)研究表明[5]，黑老虎蝦與白老虎蝦同時進(jìn)行反復(fù)凍融，均出現(xiàn)肌纖維斷裂、Z盤消失、肉品質(zhì)顯著下降，但以上變化在白老虎蝦中更為劇烈，其機(jī)制不清楚。牛肉與蝦肉肉品質(zhì)及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相差較大，故本實(shí)驗(yàn)選擇甘肅特產(chǎn)牛肉，進(jìn)行反復(fù)冷凍-解凍實(shí)驗(yàn)，觀察冷凍-解凍次數(shù)對肉品質(zhì)及肌組織顯微特性的影響，為肉類凍藏提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料、儀器與設(shè)備

2.0～2.5歲，閹割早勝牛5頭，宰后肉品經(jīng)常規(guī)成熟處理后，分離兩側(cè)背最長肌(第10胸椎后至薦骨前端)，除去表面脂肪和結(jié)締組織，每側(cè)背最長肌分成6份，每份3～4cm。

熱電耦測溫儀 北京華海恒輝科技有限公司；C-LM3B型數(shù)顯式肌肉嫩度儀 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)；HANNA HI8424微電腦便攜式酸度計 廈門欣銳儀器儀表有限公司；JEM-1230型透射電子顯微鏡 日本電子公司。

1.2 方法

1.2.1 肉樣冷凍-解凍處理

上述分割好的背最長肌，除去表面脂肪和結(jié)締組織，沿垂直肌纖維方向切成厚度為3～4cm的肉片，隨機(jī)分成6組，第一組為對照組(新鮮)，不進(jìn)行冷凍，隨機(jī)取5份肉樣進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測定；其余各組經(jīng)真空包裝后放入－20℃冰箱中凍結(jié)，24h后取出，流水解凍，等肉樣中心溫度達(dá)到0～2℃后即完成第1次冷凍-解凍過程，隨機(jī)取5份肉樣作為第2組，進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測定；剩余的肉樣吸干表面水分后真空包裝，再進(jìn)行凍結(jié)(－20℃)，24h后再解凍，隨機(jī)取5份肉樣作為第3組，進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測定；依次完成第3、4、5次冷凍-解凍過程后進(jìn)行指標(biāo)測定。

1.2.2 肌肉解凍損失(thawing loss，TL)測定

分別精確稱量解凍后及凍結(jié)前肌肉的質(zhì)量，解凍損失用公式(1)計算。

式中：m1為凍結(jié)前肉質(zhì)量；m2為解凍后肉質(zhì)量。

1.2.3 肌肉煮制損失(cooling loss，CL)測定

肉樣精確稱質(zhì)量后放于蒸煮袋中，于100℃的沸水中煮制，熱電耦測溫儀測量肉樣中心溫度，待中心溫度達(dá)70℃時，將肉樣取出冷卻后精確稱質(zhì)量，肌肉煮制損失按公式(2)計算。

式中：m1為煮制前肉質(zhì)量；m2為煮制后肉質(zhì)量。

1.2.4 失水率(water loss，WL)的測定

精確稱取3～4g肉樣，于1500r/min離心30min，用吸水紙吸干肉樣表面水分，精確稱質(zhì)量，失水率按公式(3)計算。

式中：m1為離心前肉樣質(zhì)量；m2為離心后肉樣質(zhì)量。

1.2.5 熟肉剪切力(cutting force，CF)測定

肉樣放于蒸煮袋中，于100℃的沸水中煮制，用熱電耦測溫儀測量肉樣中心溫度，待肉樣中心溫度達(dá)到70℃時，將肉樣取出冷卻，4℃保存過夜，用圓形取樣器沿與肌纖維平行的方向鉆取肉樣，取樣位置距離樣品邊緣不少于5mm，用C-LM3B型數(shù)顯式肌肉嫩度儀測定剪切力，測定時垂直肌纖維進(jìn)行切割。選用的參數(shù)分別是：25kg刀片，進(jìn)刀速度為5mm/s。

1.2.6 pH值的測定

用HANNA HI8424微電腦便攜式酸度計進(jìn)行測定。將探頭插入到肉樣中，使pH計電極與肌肉中的組織液充分接觸，待pH計讀數(shù)穩(wěn)定后記錄。

1.2.7 肌組織顯微結(jié)構(gòu)觀察

取肉樣，修成0.5cm3，置4g/100mL甲醛溶液固定24h，酒精脫水，二甲苯透明，石蠟包埋。切片厚約5μm，蘇木精-伊紅染色，切片隨機(jī)選取并用顯微鏡觀察，拍照。

1.2.8 肌組織超微結(jié)構(gòu)的觀察

取0.5mm3大小肉樣，新鮮3g/100mL戊二醛固定2h以上，1g/100mL鋨酸后固定，乙醇梯度脫水，EPDN-812包埋、聚合，半薄定位，超薄切片，鉛鈾染色，J EM-1230型透射電子顯微鏡觀察，照相。

1.2.9 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 反復(fù)冷凍-解凍對牛肉解凍損失、煮制損失、失水率、剪切力和pH值的影響

表1 冷凍-解凍次數(shù)對牛肉解凍損失、煮制損失、失水率、剪切力和pH值的影響Table 1 Effect of freezing-thawing cycles on beef TL, CL, WL, SF and pH

如表1所示，隨著冷凍-解凍次數(shù)增多，牛肉解凍損失極顯著增加(P＜0.01)，第1次冷凍-解凍損失為4.61%，顯著低于其余各組，冷凍-解凍3次、4次和5次之間無顯著差異。新鮮肉煮制損失為18.3%，顯著低于冷凍-解凍1次的煮制損失，并且在冷凍-解凍2次后，煮制損失極顯著升高，反復(fù)冷凍-解凍3次、4次、5次之間無顯著差異。通過離心方式測量失水率，新鮮肉在1500r/min離心30min時失水率為14.2%，冷凍-解凍1次后，失水率極顯著增加至15.7%；冷凍-解凍2次后，失水率隨冷凍-解凍次數(shù)增加而降低，反復(fù)冷凍-解凍3次、4次、5次之間無顯著差異。牛新鮮肉熟肉剪切力為6.2kgf，pH值為5.67，第1次冷凍-解凍，剪切力上升，而pH值下降，第2次冷凍-解凍后，剪切力顯著增加，而后顯著下降，而pH值則隨著冷凍-解凍次數(shù)的增加而降低，第4次和第5次冷凍-解凍后，pH值顯著下降。

2.2 反復(fù)冷凍-解凍對牛肉顯微結(jié)構(gòu)的影響

圖1 不同冷凍-解凍次數(shù)對牛背最長肌顯微結(jié)構(gòu)的影響Fig.1 Effect of freezing-thawing cycles on beef microstructure

如圖1所示，新鮮的背最長肌組織結(jié)構(gòu)均勻，肌纖維橫斷面呈圓形或多邊形，細(xì)胞核居于細(xì)胞周邊，核較多，看不到肌原纖維之間的間隙(Ⅰ)；肌肉在冷凍-解凍1次即出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞，肌束混亂，肌束間間隙不均勻，肌原纖維之間出現(xiàn)明顯的間隙(Ⅱ)；冷凍-解凍2次后肌組織開始出現(xiàn)肌束膜破裂，肌纖維斷裂(Ⅲ)；冷凍-解凍3次、4次后，肌組織結(jié)構(gòu)破壞更加明顯，看不到肌束平行排列；冷凍-解凍5次時(Ⅳ)，肌纖維斷裂呈更小片段。

2.3 反復(fù)冷凍-解凍對牛肉超微結(jié)構(gòu)的影響

反復(fù)冷凍-解凍對牛肉肌纖維超微結(jié)構(gòu)的影響如圖2所示，新鮮的牛肌原纖維能見到明顯的均勻的明暗相間的橫紋，Z線清晰且排列整齊(i)；冷凍-解凍1次，肌原纖維間隙增大，出現(xiàn)明顯的線粒體空泡樣化，但肌節(jié)依然整齊，Z線清晰(ii)；冷凍-解凍2次，肌節(jié)略微縮短，肌纖維斷裂、變形，相鄰Z線間出現(xiàn)錯位排列(ii)；冷凍-解凍3次，4次時上述變化加??；冷凍-解凍5次(iv)，Z線明顯溶解，部分Z線消失。

圖2 不同冷凍-解凍次數(shù)對牛背最長肌超微結(jié)構(gòu)的影響Fig.2 Light microscopic observation of the effect of freezing-thawing cycles on beef microstructure

3 討 論

3.1 反復(fù)冷凍-解凍對牛肉解凍損失、煮制損失及失水率的影響

蒸煮損失(CL)和失水率(WL)是衡量肌肉持水性(water holding capacity，WHC)的重要指標(biāo)，持水性是指肉在外力作用下，如在加壓、切碎、加熱、冷凍、解凍、腌制等加工或貯藏條件下保持其原有水分與添加水分的能力。它的高低可直接影響到肉的風(fēng)味、顏色、質(zhì)地、嫩度、凝結(jié)性等，是肉質(zhì)評定的重要指標(biāo)之一。而持水性的高低與宰后肌肉蛋白的溶解性有關(guān)，尤其是肌漿蛋白[6]。有關(guān)快速冷凍對肉品持水性的影響結(jié)論不盡相同，陳韜等[7]在豬肉上研究表明，快速冷卻1h能有效提高豬肉的持水性；趙紅艷等[8]研究發(fā)現(xiàn)，快速冷卻1h并沒有改善羊肉背最長肌的持水性。本研究結(jié)果表明，第1次冷凍-解凍，牛肉的煮制損失無顯著改變，這與Pietrasik等[9]的研究結(jié)果一致。然而隨著冷凍-解凍次數(shù)的增加，解凍損失和煮制損失極顯著增加，表明牛肉持水性降低，這與夏秀芳等[10]研究結(jié)果一致。研究發(fā)現(xiàn)，反復(fù)冷凍-解凍1次和2次時增加原料肉的失水率，而此后增加冷凍-解凍次數(shù)反而降低失水率，這可能是因?yàn)榧∪獗焕鋬龊笏衷趦鼋Y(jié)過程中體積增加，使得肌細(xì)胞的細(xì)胞膜凍裂[11]，導(dǎo)致水分流失，在解凍時細(xì)胞中的汁液滲漏較多，導(dǎo)致較高的解凍失水率，而在反復(fù)冷凍-解凍次數(shù)增多時，水分丟失達(dá)到飽和，因此失水率逐漸降低。

3.2 反復(fù)冷凍-解凍對牛肉剪切力和pH值的影響

嫩度是評定肉制品品質(zhì)的主要指標(biāo)[12]，并且在很大程度上決定著消費(fèi)者的購買趨向[13]。肌肉的剪切力(CF)是反映肉嫩度高低的指標(biāo)，是肌肉中結(jié)締組織的含量與性質(zhì)及肌原纖維蛋白的化學(xué)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的總體反映[14]。溫度對肉品剪切力有顯著影響，Christense等[15]發(fā)現(xiàn)鴨肉在加熱過程中剪切力值不斷升高，到60℃達(dá)到峰值，隨著溫度的繼續(xù)升高剪切力值開始不斷下降。冷凍后牛肉[16]和羊肉[17]的剪切力均下降，主要原因是，肌纖維在凍結(jié)-解凍過程中發(fā)生斷裂，肌肉結(jié)構(gòu)破壞而致。也有研究表明[12]，凍存時間不同，冷凍-解凍后牛肉的剪切力變化不一。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，剪切力的變化與冷凍-解凍次數(shù)有關(guān)，冷凍-解凍次數(shù)少剪切力上升而隨冷凍-解凍次數(shù)增加剪切力下降，這與夏秀芳等[10]研究結(jié)果一致。這可能是因?yàn)槌醮卫鋬?解凍使得肌肉收縮或者肌纖維結(jié)構(gòu)混亂，使得剪切力上升，而隨著冷凍-解凍次數(shù)增加，肌纖維本身發(fā)生變性、斷裂，從而降低剪切力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)反復(fù)冷凍-解凍1次、2次、3次對肉的pH值影響無顯著差異，這與以往報道一致[18]，但隨著冷凍-解凍次數(shù)的增加，肉品的pH值顯著下降，可能與冷凍-解凍次數(shù)對肌肉離子成分的影響有關(guān)。

3.3 反復(fù)冷凍-解凍對牛肉微細(xì)結(jié)構(gòu)的影響

研究表明[19]，肌原纖維直徑、肌節(jié)長度與嫩度關(guān)系密切，肌纖維直徑越細(xì)，肌節(jié)長度越長，肉嫩度越好。肉的快速冷卻可使肌肉收縮并導(dǎo)致肉質(zhì)變硬，發(fā)生冷收縮的肉硬度是正常肉的3倍[20]。高壓能使肌內(nèi)膜和肌束膜產(chǎn)生分離，使肌原纖維間隙增大[21]。同時能使牛、羊肉肌節(jié)縮短、Z線斷裂或消失，從而使得其剪切力顯著下降[22]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，反復(fù)冷凍使得牛肌束膜破裂，肌纖維排列混亂甚至發(fā)生肌纖維斷裂，肌原纖維之間出現(xiàn)明顯裂隙，并且肌節(jié)略微縮短，線粒體空泡樣變，Z線出現(xiàn)錯位排列，甚至溶解、消失。以上變化可能與冷凍-解凍過程中肌纖維大量失水及肌原纖維變性有關(guān)，其具體機(jī)制仍需深入研究。

4 結(jié) 論

隨著冷凍-解凍次數(shù)的增加，牛背最長肌解凍損失、煮制損失和失水率顯著升高；而熟肉剪切力先升高后顯著降低；隨著冷凍-解凍次數(shù)的增多，肌纖維結(jié)構(gòu)混亂，肌節(jié)縮短，線粒體腫脹，空泡樣變，Z線錯位排列、溶解、消失。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，反復(fù)冷凍-解凍破壞肌纖維微細(xì)結(jié)構(gòu)，極顯著的降低牛肉品質(zhì)。

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Effect of Repeated Freezing-thawing on Quality Properties and Structure of Beef

AYIMUGULI1，CAI Yong2，CHEN Shi-en1,*，YANG Ju-tian1，SHEN Xiao-rong1，LI Zhen-zi1
(1. College of Life Science and Engineering, Northwest University for Nationalities, Lanzhou 730030, China；
2. Experiment Center, Northwest University for Nationalities, Lanzhou 730030, China)

In order to understand the effect of repeated freezing-thawing on beef quality properties and structure, vacuum packaged bovine longissimus dorsi (LD) muscle was subjected to 5 cycles of repeated freezing-thawing (one cycle was freezing－20 ℃ for 24 h and subsequent thawing under running water until the central temperature reached 0－2 ℃), and the thawing loss (TL), cooking loss (CL), water loss (WL), shear force (SF), pH and microstructure of beef were measured after each repeated cycle. The results indicated that as the number of repeated cycle increased, beef TL and CL were significantly increased, a significant increase in beef WL was observed only after the first repeated cycle, beef SF showed a trend to significantly increase first and then decrease, pH was significantly lowered, a confused structure of muscle fiber bundles with markedly widened gaps and vacuolated structure formation in the mitochondria were observed, and the Z-disc was found to be deranged, dissolved or even diminished. In summary, repeated freezing-thawing can result in seriously damaged beef structure and obviously reduced meat quality.

repeated freezing-thawing；beef；quality properties；structure

TS251.1

A

1002-6630(2011)07-0109-04

2010-08-05

西北民族大學(xué)與甘肅寧縣人民政府合作項(xiàng)目(H2008-11)；西北民族大學(xué)與瑪曲民康高新綠色畜產(chǎn)品開發(fā)有限公司合作項(xiàng)目(H2010-7)

阿依木古麗(1980—)，女，講師，碩士，主要從事動物形態(tài)學(xué)研究。E-mail：jimu...@163.com

*通信作者：陳士恩(1964—)，男，副教授，本科，主要從事食品安全與品質(zhì)控制研究。E-mail：chshien@163.com