超高壓與轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶協(xié)同對碎豬肉凝膠成型的研究

白艷紅，趙電波，張小燕，姜春鵬

（鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，河南鄭州450002）

超高壓與轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶協(xié)同對碎豬肉凝膠成型的研究

白艷紅，趙電波，張小燕，姜春鵬

（鄭州輕工業(yè)學(xué)院食品與生物工程學(xué)院，河南鄭州450002）

研究了超高壓與TGase協(xié)同對碎豬肉凝膠成型的影響，采用Box-Behnken實(shí)驗設(shè)計獲得的碎豬肉凝膠成型最佳工藝條件為：TGase添加量4.5g/kg，壓力水平240MPa，保壓時間10min。最佳工藝條件下的碎豬肉凝膠成型制品與鮮豬肉的硬度、粘著性、內(nèi)聚性、膠凝性差異不顯著。超高壓與TGase結(jié)合的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了碎豬肉的凝膠成型，為碎豬肉邊角料的利用提供了新方法。

超高壓，轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶，碎豬肉，凝膠，成型

在生豬屠宰、分割、加工和銷售過程中，常常產(chǎn)生大量的機(jī)械去骨肉、碎肉、邊角料等，這些產(chǎn)品往往被丟棄或用做動物飼料，不僅降低了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利潤，還在一定程度上污染了環(huán)境。以碎肉為原料通過誘導(dǎo)形成凝膠而實(shí)現(xiàn)重組成型，所得制品可用于肉制品加工或?qū)櫸锸称烽_發(fā)，是碎肉邊角料有效利用的途徑之一。目前研究較多的是采用添加轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶（Transglutaminase，TGase）后腌制一定時間再進(jìn)行熱處理或冷凍處理實(shí)現(xiàn)碎肉成型。LeeEY等[1]研究發(fā)現(xiàn)，在反應(yīng)溫度為15.8～16.8℃，TGase濃度為0.24%～0.28%的條件下，碎肉凝膠成型制品可獲得最優(yōu)的質(zhì)構(gòu)特性，且TGase能夠顯著增加凝膠的硬度、咀嚼性和彈性。Flores NC等[2]研究發(fā)現(xiàn)，添加11.5g/kg的TGase，可實(shí)現(xiàn)碎豬肉的重組，相比較于副產(chǎn)物提取物作為粘合劑重組的樣品，TGase重組的碎豬肉有更好的粘著性，且消費(fèi)者對其風(fēng)味和總體的可接受度有更高的評價。Hai-Yan Liang等[3]研究了TGase和非肉蛋白在羊肉凝膠成型中的應(yīng)用，指出添加0.04%的TGase和0.2%的酪蛋白或0.8%的大豆分離蛋白時，成型產(chǎn)品可獲得理想的結(jié)合性能，相比較于大豆分離蛋白，TGase和酪蛋白的共同作用對碎羊肉的結(jié)合效果更好，采用掃描電鏡觀察到添加TGase可使碎羊肉形成致密的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。Pietrasik等[4]研究指出酪蛋白與TGase聯(lián)合使用可提高豬肉的凝膠強(qiáng)度。謝超[5]等研究表明，TGase對魚糜的凝膠品質(zhì)有重要影響，TGase的加入能夠增加魚糜凝膠的凝膠強(qiáng)度和破裂強(qiáng)度，通過掃描電鏡分析表明，TGase的加入使得魚糜凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)致密、均勻。N.Fort等[6]研究指出，超高壓和TGase協(xié)同大大改善了豬血熱誘導(dǎo)凝膠的品質(zhì)，增加了凝膠強(qiáng)度。Trespalacios等[7]進(jìn)行了TGase和超高壓協(xié)同作用提高雞肉凝膠功能性的研究，指出在碎雞肉中添加0.3%的TGase后再進(jìn)行超高壓誘導(dǎo)，所得凝膠比單獨(dú)使用超高壓而不添加TGase的對照樣品相比，凝膠硬度和咀嚼性顯著提高；與單獨(dú)TGase誘導(dǎo)的成型產(chǎn)品相比，凝膠彈性和內(nèi)聚性顯著提高。而超高壓與TGase協(xié)同誘導(dǎo)碎肉凝膠成型的方法在紅肉中的應(yīng)用目前還未見報道。鑒于單獨(dú)TGase誘導(dǎo)的凝膠的結(jié)合能力是有限的，本研究通過超高壓和TGase協(xié)同誘導(dǎo)對碎豬肉邊角料進(jìn)行凝膠成型，產(chǎn)品具有良好的色澤和質(zhì)構(gòu)，而且避免了冷凍和熱處理的弊端[8]，為碎豬肉的綜合利用提供新途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

碎豬肉 購于鄭州市冷卻肉專賣店；TGase 日本味之素公司；復(fù)合磷酸鹽 徐州海城食品添加劑有限公司；大豆蛋白 安陽市得天力食品有限責(zé)任公司；NaCl等 均為食品級。

UHP900×2-Z型食品超高壓處理裝置 包頭科發(fā)新型高技術(shù)食品機(jī)械有限責(zé)任公司；TA.XT-PLUS質(zhì)構(gòu)分析儀 英國Stable Micro System公司；AL240電子天平 梅特勒-托利多儀器有限公司；高速組織搗碎機(jī) 上海標(biāo)本模型廠；ZQB420L真空充氣包裝機(jī) 上海人民儀表廠。

1.2 實(shí)驗方法

1.2.1 碎豬肉凝膠成型工藝流程 將碎豬肉邊角料放入組織搗碎機(jī)中攪成肉糜狀，添加2%的食鹽和0.3%的復(fù)合磷酸鹽，充分?jǐn)嚢瑁?℃下腌制12h后，按實(shí)驗設(shè)計要求加入一定量的TGase和53g/kg的大豆分離蛋白，攪拌均勻后放入模具中，在6℃下粘合反應(yīng)12h，進(jìn)行真空包裝后，按照實(shí)驗設(shè)計要求進(jìn)行超高壓處理，即得成品，將成品放入-4℃的冰箱內(nèi)，待測各項指標(biāo)。

1.2.2 凝膠成型工藝參數(shù)的優(yōu)化 實(shí)驗前期工作采用單因素實(shí)驗設(shè)計，分析了TGase添加量、大豆蛋白添加量、壓力水平、保壓時間等因素對碎豬肉凝膠成型制品的內(nèi)聚性和膠凝性的影響，確定了各單因素的水平范圍。在此基礎(chǔ)上采用Box-Behnken實(shí)驗設(shè)計，以超高壓壓力水平、保壓時間和TGase添加量為因素，以內(nèi)聚型、膠凝性為響應(yīng)值，優(yōu)化碎豬肉凝膠成型最佳工藝參數(shù)。因素水平表見表1。將所得的數(shù)據(jù)用Design Expert 7.1軟件進(jìn)行分析。

表1 因素水平編碼表Table 1 Factors and levels of design

1.2.3 內(nèi)聚性和膠凝性的測定 將制備好的凝膠成型樣品從冰箱中取出，在室溫下靜置30min，用TA. XT-PLUS型質(zhì)構(gòu)分析儀測試凝膠的內(nèi)聚性和膠凝性。測試模式為TPA，測試條件為，探頭型號P/35，探頭下降速度1mm/s，測試速度2mm/s，測后速度2mm/s，壓縮比50%，觸發(fā)類型為自動，觸發(fā)力5g，數(shù)據(jù)搜取速率200.00pps。

2 結(jié)果與分析

2.1 處理條件對碎豬肉凝膠成型制品內(nèi)聚性的影響

表2 Box-Behnken實(shí)驗設(shè)計結(jié)果Table 2 Results of Box-Behnken design

不同處理條件對碎豬肉凝膠成型制品內(nèi)聚性的影響見表2，壓力水平、TGase添加量、保壓時間和內(nèi)聚性分別為X1、X2、X3和Y1。利用Design expert 7.1軟件對表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合，獲得的二元二次回歸模型方程為：Y1=0.43+0.019X1+0.045X2-5.750E-003X3+9.750E-003X1X2-0.011X1X3+1.750E-003X2X3-0.03X12-0.054X22-6.458E-003X32，模型的顯著性檢驗p=0.0046＜0.01，失擬性檢驗（p=0.0659＞0.05），模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)R2=96.25%，表明該模型擬合程度良好，實(shí)驗誤差小，能準(zhǔn)確地模擬和分析不同處理條件對碎豬肉凝膠成型制品內(nèi)聚性影響的實(shí)驗結(jié)果。對回歸模型系數(shù)的顯著性分析表明：X2（p=0.0006＜0.01）、二次項X12（p=0.0086＜0.01）、X22（p=0.0014＜0.01）作用極顯著，X1（p=0.0226＜0.05）顯著，其他項均為不顯著。內(nèi)聚性是表征肉制品內(nèi)部凝聚力大小的指標(biāo)，研究認(rèn)為在實(shí)驗壓力條件下，導(dǎo)致碎豬肉凝膠成型的主要因素是TGase，原因是TGase催化形成的ε-（γ-谷氨酰基）賴氨酸共價鍵的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于超高壓誘導(dǎo)形成的氫鍵，二硫鍵和疏水相互作用的強(qiáng)度。

壓力水平和TGase添加量都相對較小時，內(nèi)聚性值較小，固定壓力水平，單獨(dú)增加TGase添加量時，內(nèi)聚性變化不大；固定TGase添加量，單獨(dú)增加壓力水平對其聚性影響也較小；兩者同時增大時，內(nèi)聚性變化較大，說明二者之間存在顯著的交互作用，可能原因是：一方面，超高壓會使碎豬肉中肌原纖維蛋白質(zhì)構(gòu)象發(fā)生變化，暴露出更多的TGase作用位點(diǎn)，可供TGase交聯(lián)的鍵更多；另一方面，超高壓處理使蛋白質(zhì)變性過程中，從蛋白質(zhì)未變性到完全變性展開的路徑中存在一些中間態(tài)，我們稱之為“熔融球蛋白狀態(tài)”[9]，當(dāng)卸壓后，此中間態(tài)會恢復(fù)到天然狀態(tài)，不利于蛋白質(zhì)更好地聚集，碎豬肉凝膠成型制品的內(nèi)聚性較差，而添加TGase后，TGase能及時與熔融球蛋白狀態(tài)下暴露的基團(tuán)結(jié)合，避免了卸壓后蛋白質(zhì)構(gòu)象由中間態(tài)又恢復(fù)成天然狀態(tài)、有利于蛋白質(zhì)更好地聚集，由此提高凝膠成型制品的內(nèi)聚性。選擇對內(nèi)聚性影響顯著的兩個因素進(jìn)行響應(yīng)面分析。響應(yīng)曲面圖見圖1。

圖1可以看出，內(nèi)聚性隨著壓力水平的增加先逐漸增強(qiáng)然后降低，壓力水平為150～250MPa范圍內(nèi)，內(nèi)聚性值較大；隨著TGase添加量的增加，內(nèi)聚性同樣呈現(xiàn)先增大后下降趨勢，從圖1中可以看出，內(nèi)聚性有最大值，對回歸方程進(jìn)行偏微分處理，令偏微分方程?y1/?x1=0；?y1/?x2=0；?y1/?x3=0，可得

解此方程組得到X1=0.32，X2=0.5，X3=-0.4。按照編碼表，將編碼值換算成實(shí)際值得到壓力水平為232MPa，TGase添加量為4.50g/kg，保壓時間為8min。

圖1 對內(nèi)聚性影響的響應(yīng)曲面Fig.1 Response surface of the effect on cohesiveness

2.2 處理條件對碎豬肉凝膠成型制品膠凝性的影響

不同處理條件對碎豬肉凝膠成型制品膠凝性的影響見表2，壓力水平、TGase添加量、保壓時間和膠凝性分別為X1、X2、X3和Y2。利用Design expert 7.1軟件對表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合，獲得的膠凝性二元二次回歸模型方程為：Y2=1631.42+131.86X1+81.84X2+ 59.77X3+46.50X1X2+83.16X1X3-40.60X2X3-172.83X12-72.04X22-60.86X32（R2=0.9072）。方差分析結(jié)果為：模型的顯著性檢驗（p=0.0385＜0.05），失擬性檢驗（p= 0.1394＞0.05），說明所選的方程可以模擬此模型。對回歸模型系數(shù)的顯著性分析表明：X1（p=0.0089＜0.01）作用極顯著，X2（p=0.0495＜0.05）、二次項X12（p=0.0140＜0.05）顯著，其他項均為不顯著。

圖2 對膠凝性影響的響應(yīng)曲面Fig.2 Response surface of the effect on gumminess

從圖2可以看出，在較低壓力水平條件下（低于200MPa時），壓力水平是膠凝性的主要影響因素，當(dāng)壓力水平大于200MPa時，TGase是影響膠凝性的主要因素，主要原因在于低于200MPa的壓力不能使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)充分伸展，高于200MPa的壓力水平更利于TGase催化位點(diǎn)的暴露。膠凝性隨著壓力水平變化的幅度較大，膠凝性隨著壓力水平的增加呈現(xiàn)先增大后減少趨勢，其隨著TGase添加量的變化不明顯?？赡茉蚴怯捎诔邏菏沟鞍踪|(zhì)分子變性而伸展，變性的蛋白質(zhì)分子在TGase作用下形成分子量較大的聚集體，此時，隨著超高壓作用使蛋白質(zhì)進(jìn)一步變性產(chǎn)生聚集的過程中，較難破壞已形成的分子量較大的聚集體，導(dǎo)致TGase與蛋白質(zhì)分子的結(jié)合難度加大，不利于蛋白質(zhì)分子間的進(jìn)一步聚集。從圖2中可以看出，膠凝性有最大值，對回歸方程進(jìn)行偏微分處理，令偏微分方程?y2/?x1=0；?y2/?x2=0；?y2/?x3=0，可得

解此方程組得到X1=0.38，X2=0.53，X3=0.03，按照編碼表，將編碼值換算成實(shí)際值得到壓力水平238MPa，TGase添加量4.53g/kg，保壓時間10min。

2.3 驗證實(shí)驗

綜合考慮內(nèi)聚性和膠凝性，得到的最佳碎豬肉凝膠成型制品的工藝條件為TGase添加量：4.5g/kg，壓力水平：240MPa，保壓時間：10min。在此條件下重復(fù)實(shí)驗三次，測得的各指標(biāo)平均值分別為：內(nèi)聚性0.423、膠凝性1645.34，均大于理論值0.398和1595.76，相對誤差為5.9%和3.1%，由此看出，由響應(yīng)面法優(yōu)化的工藝參數(shù)準(zhǔn)確可靠，具有一定的實(shí)用價值。

3 結(jié)論

TGase添加量和壓力水平對碎豬肉凝膠成型制品的內(nèi)聚性和膠凝性影響較大，響應(yīng)面法優(yōu)化的碎豬肉凝膠成型的最佳工藝參數(shù)為：TGase添加量4.5g/kg，壓力水平240MPa，保壓時間10min。最佳工藝條件下獲得的凝膠成型制品，具有較好的硬度、粘著性、彈性、內(nèi)聚性和膠凝性。

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Study on restructured pork treated by simultaneous application of high hydrostatic pressure and transglutaminase

BAI Yan-hong，ZHAO Dian-bo，ZHANG Xiao-yan，JIANG Chun-peng
（College of Food and Biotechnology Engineering，Zhengzhou University of Light Industry，Zhengzhou 450002，China）

Effects of simultaneous application of high hydrostatic pressure（HHP）and transglutaminase（TGase）on restructured pork were studied.The optimum process conditions of restructured pork obtained by Box-Behnken test were：addition of TGase of 4.5g/kg，pressure level of 240MPa and pressure holding time of 10min. Comparison of restructured pork with fresh pork，hardness，adhesiveness，cohesiveness and gumminess had no significant differences.The technology of simultaneous application of HHP and TGase which induced minced pork to restructure and shape provided a new way for comprehensive utilization of offcut in slaughtering and processing of pork.

high hydrostatic pressure；transglutaminase；minced pork；gelation；shaping

TS251.5+1

A

1002-0306（2012）03-0114-04

2010－07－12

白艷紅（1975-），女，博士，副教授，主要從事畜產(chǎn)品加工與質(zhì)量控制方面的研究工作。

河南省高校青年骨干教師資助項目。