超高壓預(yù)處理對乳化腸品質(zhì)的影響

白 云， 羅玲英，2， 莊昕波， 韓敏義， 徐幸蓮， 周光宏

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)肉類生產(chǎn)與加工質(zhì)量安全控制協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇南京 210095； 2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，江蘇南京 210031)

乳化腸是由瘦肉、脂肪、水、鹽和其他添加物通過斬拌、乳化等工藝加工而成的凝膠類制品，具有營養(yǎng)美味、食用方便等特點，因而受到消費者的喜愛[1]。但由于乳化腸在煮制及貯藏時肌肉蛋白聚集收縮，導(dǎo)致孔徑中的水分及脂肪流失[2]，造成了產(chǎn)品出水出油，質(zhì)構(gòu)特性變差，影響了其外觀和商業(yè)價值。

食品超高壓加工技術(shù)(HPP)是一項近年來流行起來的非熱加工技術(shù)，不僅可以改善肉類嫩度，有效滅菌延長貨架期，同時也不會影響肉類風(fēng)味和營養(yǎng)成分[3]。隨著超高壓設(shè)備的發(fā)展，該技術(shù)受到了更多學(xué)者的重視，用于肉類蛋白修飾，以期獲得食用品質(zhì)較好的肉制品。超高壓作用于單純的肉類蛋白已有了很多研究，如對豬肉蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響[4]、對雞肉凝膠特性的影響[5]等，但從分子變化角度闡述超高壓對乳化腸這一復(fù)雜對象的整體影響鮮有報道。本研究以豬背最長肌為原料制成乳化腸，研究超高壓對產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)、肉色及保水保油性等食用品質(zhì)的影響，進一步通過探究乳化腸的微觀結(jié)構(gòu)以及流變特性，分析超高壓處理影響乳化腸品質(zhì)特性的機制，為利用超高壓技術(shù)改善乳化腸品質(zhì)提供理論和技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

試驗原料選用優(yōu)質(zhì)豬背最長肌、豬背膘，其他輔料食鹽、糖、三聚磷酸鈉、白胡椒粉等購于江蘇省南京市農(nóng)貿(mào)市場。

SANYO SIM-F124制冰機(日本三洋公司)；TE412-L電子天平(美國賽多利斯公司)；UMC-5C斬拌機(德國Stephan公司)；S-IL-100-850-9-W高壓設(shè)備(英國Stansted公司)；TA-XT Plus物性測試儀(英國Stable Micro System公司)；DC-800真空包裝機(美國希悅爾公司)；TW20通用水浴槽(德國Julabo公司)；MCR301旋轉(zhuǎn)流變儀(奧地利Anton Paar公司)；CR 400便攜式色差儀(日本Konica Minolta公司)；CM1900冷凍切片機(德國Leica公司)。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品處理 將背最長肌用篩孔直徑為0.8 cm的絞肉機絞碎后真空包裝，100、200、300 MPa處理9 min，0.1 MPa為對照組，溫度保持在10 ℃。

1.2.2 肉糜制作 參照Lin等的方法[6]，稍加改動。以瘦肉 50 g、肥膘20 g計，其他添加物為冰水30 g、食鹽1.5 g、糖 0.5 g、三聚磷酸鈉0.2 g、白胡椒粉0.3 g。先將肥膘用直徑0.8 cm篩孔的絞肉機絞碎，然后將處理組及對照組瘦肉分別放入斬拌機，1 500 r/min斬拌30 s，斬拌過程中加入食鹽、三聚磷酸鈉和1/3冰水，停3 min；再1 500 r/min斬拌30 s，斬拌過程中加入其他輔料、豬背膘和1/3冰水，停3 min；最后 3 000 r/min 斬拌60 s，斬拌過程中加入1/3冰水，中心溫度低于10 ℃。

1.2.3 乳化腸制作 將肉糜放入50 mL離心管中，80 ℃水浴加熱20 min，之后4 ℃冷藏。

1.3 質(zhì)構(gòu)特性的測定

1.3.1 樣品預(yù)處理 將4 ℃冷藏的乳化腸置于室溫平衡 2 h，然后用平行刀將其切成高2 cm的圓柱體，切面要平整垂直。

1.3.2 質(zhì)構(gòu)參數(shù)設(shè)定 試驗選用P50探頭，測前、測時、測后速度分別為10、5、10 mm/s，壓縮比為75%，觸發(fā)力20 g。數(shù)據(jù)通過儀器自帶的宏TPA-Macro進行計算。得到的質(zhì)構(gòu)參數(shù)：硬度(hardness)，即第1次壓縮時使用力的最大值(g)；內(nèi)聚性(cohesiveness)，即第2次壓縮曲線面積和第1次壓縮曲線面積的比值；彈性(springiness)，即第1次壓縮后樣品的回復(fù)百分比；咀嚼性(chewiness)，即硬度×內(nèi)聚性×彈性。

1.4 蒸煮損失的測定

稱取25 g生肉糜至50 mL離心管中，500g離心15 min以便去除肉糜中的氣泡。之后將離心管放入80 ℃水浴中加熱20 min。取出后將離心管倒置放于干燥皿(干燥皿提前稱質(zhì)量m1)中，在室溫下放置50 min后，稱取干燥皿的質(zhì)量m2。

1.5 色澤的測定

選用D65光源，并用白板對色差儀進行矯正。將4 ℃冷藏的乳化腸置于室溫平衡2 h，切成2 cm厚的塊狀，然后使用色差計測定其色澤。其中L*代表亮度值，a*代表紅綠值(正值偏紅，負值偏綠)，b*代表黃藍值(正值偏黃，負值偏藍)。

1.6 微觀結(jié)構(gòu)的測定

乳化腸中的蛋白與脂肪的存在狀態(tài)通過石蠟切片法進行顯微觀察[7]。石蠟切片的主要步驟：取5 mm×5 mm×2 mm的乳化腸片，浸泡于10%的甲醛溶液中固定24 h以上，將切片脫水后浸入透明劑與熔化的石蠟(1 ∶1)的混合液中20～30 min，然后移入純石蠟中，再用鋁質(zhì)包埋容器使其凝固成蠟塊。石蠟?zāi)毯?，用旋轉(zhuǎn)切片機將其切成5～8 μm切片，經(jīng)過蘇木精-伊紅染色、透明、封藏后即可用于顯微鏡觀察。

1.7 流變學(xué)測定

參照Feng等的方法，并稍作修改[8]。探頭選用PP50，將處理組及對照組的生肉糜均勻涂布于測試平臺，并趕走氣泡。測試參數(shù)：振蕩模式，狹縫間距0.5 mm，頻率0.1 Hz，應(yīng)變2%，測定溫度20～80 ℃，1 ℃/min升溫。測試開始前為防揮發(fā)，在狹縫處加一層液體石蠟。測定指標為儲能模量G′(彈性模量)。

1.8 統(tǒng)計方法

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0分析軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同壓力對乳化腸質(zhì)構(gòu)特性的影響

由表1可知，與對照組樣品相比，超高壓處理后，乳化腸的硬度隨壓力升高逐漸下降，至300 MPa時硬度急劇下降。究其原因可能是隨著壓力的升高，肌原纖維蛋白的溶解性增加，影響了蛋白質(zhì)分子之間的結(jié)合方式，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)交聯(lián)度降低，導(dǎo)致水分子進入，凝膠硬度下降[9]。100 MPa處理后，乳化腸的彈性、咀嚼性與對照組無顯著差異，之后隨壓力升高都有不同程度的下降，尤其是300 MPa時急劇下降。這可能由于壓力較低時，可以使肌動球蛋白活性巰基含量小幅度提高，隱藏在蛋白內(nèi)部的巰基暴露在表面，而壓力較高時肌動球蛋白變性，總巰基含量減少，不能形成緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[10]。Ros-Polski 等研究發(fā)現(xiàn)，雞肉在300 MPa處理 3 min 相對于200 MPa處理時，硬度顯著下降，是由于經(jīng)過超高壓處理后的蛋白已經(jīng)部分變性，在加熱的過程中不再解折疊，因此影響了其加熱后的硬度[11]。

2.2 不同壓力對乳化腸蒸煮損失的影響

由圖1可知， 隨著壓力升高， 乳化腸蒸煮損失逐漸降低，至200 MPa時，達到最低，當壓力升至300 MPa，蒸煮損失顯著升高(P<0.05)，且大于對照組。不同的壓力會對蛋白分子的展開、聚集產(chǎn)生不同作用。較低壓力可以促進蛋白分子局部變性解聚，疏水殘基周圍形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而提高蛋白質(zhì)的溶解性，有利于加強蛋白質(zhì)-水的相互作用并引起乳化體系中水分分布的變化，從而提高了蛋白凝膠的保水性[12-13]。這與馬亞萍等的研究結(jié)果基本一致，其發(fā)現(xiàn)添加了卡拉膠的雞胸肉肉糜經(jīng)高壓處理后，蒸煮損失及失水率隨著壓力升高先減小，在200～400 MPa達最低值后，又隨著壓力升高逐漸增加[14]。Wang等研究發(fā)現(xiàn)100 MPa壓力下，肌球蛋白凝膠的保水性最高，因為肌球蛋白在適當?shù)膲毫ο聲糠肿冃?，從而形成緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，當壓力上升后，肌球蛋白分子聚集，其結(jié)構(gòu)過度變性，從而無法形成有力的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，造成水分損失[15]。

表1 壓力對乳化腸質(zhì)構(gòu)特性的影響

2.3 不同壓力對乳化腸色澤的影響

不同壓力處理對肉糜顏色影響主要體現(xiàn)在紅度值與亮度值，其中L*值(亮度)在200 MPa高壓處理時最高，a*值(紅度)隨著壓力增大呈現(xiàn)逐漸減小趨勢，即肉糜紅色度逐漸減小，b*值(黃度)在200 MPa及以下處理時與對照組無明顯差異，壓力增大為300 MPa時，顯著增加，顏色偏黃。肉色主要與肌紅蛋白、血紅蛋白關(guān)系密切，其中肌紅蛋白有3種形式：氧合肌紅蛋白MbO2(鮮紅色)、肌紅蛋白Mb(暗紅色)和高鐵肌紅蛋白MetMb(褐色)[16]，這三者的比例決定了肉制品的顏色。高壓導(dǎo)致肉糜紅度變淺的原因可能是肌紅蛋白被氧化成高鐵肌紅蛋白，同時高壓會引起球蛋白部分變性，導(dǎo)致鐵原子釋放，或使卟啉環(huán)被破壞，進而促進了肌紅蛋白的氧化[17]。L*值的增加與肉糜保水性及表面結(jié)構(gòu)變化有關(guān)，肉糜中的含水量增加，會使表面對光線的反射或吸收作用發(fā)生改變。該結(jié)果與馬漢軍的研究相似，他發(fā)現(xiàn)牛肉經(jīng)高壓處理后肌原纖維蛋白變性聚集，肌紅蛋白溶解性降低，從而使其L*值增加[18]。Shigehisa等同樣研究發(fā)現(xiàn)，隨著壓力升高，L*值逐漸增加直至到達一個恒定值，而b*值基本保持不變[19]。

表2 不同壓力對乳化腸色澤的影響

2.4 不同壓力對乳化腸顯微結(jié)構(gòu)的影響

圖2是乳化腸蘇木精-伊紅(H-E)染色后的顯微圖片，白色部分為豬背膘顆粒，紅色部分為肌肉蛋白。由圖中可知，隨著壓力的升高，乳化腸中的脂肪顆粒逐漸變小，當壓力為200 MPa及以下時，脂肪與肌肉蛋白能較好地結(jié)合在一起，這是因為經(jīng)超高壓處理，會使肌動蛋白與肌球蛋白的結(jié)合解離，將肌原纖維蛋白解離成小片段，同時肌肉內(nèi)的鈣激活酶活性增加，加速蛋白水解，使肌肉硬度下降[20]，所以在斬拌的時候脂肪與蛋白顆粒分布的更加均一。這可以解釋加壓后乳化腸蒸煮損失及質(zhì)構(gòu)特性結(jié)果，在較低壓力處理條件下乳化腸肌肉蛋白與脂肪之間結(jié)合牢固，脂肪顆粒小且分布均勻，因此保水保油性較好，硬度減小。當壓力升至300 MPa，乳化腸中出現(xiàn)了大量縫隙和孔洞(見圖中箭頭)，存在大塊的肌肉碎片，蛋白與脂肪之間的交聯(lián)度變差。這是由于壓力為 200 MPa 以上時，蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，肌球蛋白解折疊程度加深，同時也伴隨著疏水氨基酸的暴露[21]，表面疏水性急劇增加，進而導(dǎo)致部分蛋白質(zhì)發(fā)生聚集[15]，不能形成緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因而呈現(xiàn)出碎片化、松散的結(jié)構(gòu)。由于在 300 MPa 時，乳化腸的內(nèi)部蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生碎片化，不能與脂肪發(fā)生很好地交聯(lián)，脂肪球雖然可以以更加小的顆粒存在，但是在蒸煮的時候脂肪球不能被很好地包裹，導(dǎo)致大量滲油和滲水現(xiàn)象，同時質(zhì)構(gòu)特性急劇下降。

2.5 不同壓力下肉糜流變特性的變化

儲能模量(G′)代表樣品彈性的變化，是反映溶液分子交聯(lián)程度的參數(shù)。由圖3可知，除300 MPa處理組，其余高壓組與對照組的肉糜G′隨溫度變化趨勢基本一致，均是隨溫度上升緩慢上升，當溫度升至45 ℃時，對照組迅速下降，后隨溫度升高再次升高，100 MPa及200 MPa處理組G′下降趨勢推遲至50 ℃時發(fā)生，這一段G′急劇下降區(qū)域可能是由于肌球蛋白頭部發(fā)生聚集后尾部展開，造成臨時形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遭到破壞，也可能是由于加熱誘導(dǎo)蛋白部分氫鍵斷裂，一部分α螺旋構(gòu)象轉(zhuǎn)變成其他構(gòu)象導(dǎo)致，進而促使蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成[22]。高壓導(dǎo)致這一趨勢推遲說明高壓處理會影響肌球蛋白尾部的展開[23]。而300 MPa處理組峰消失，此結(jié)果與Hwang等學(xué)者在羅非魚的魚肉凝膠研究上的結(jié)果相似，其發(fā)現(xiàn)當壓力為200 MPa及以上時，53 ℃處的峰值微弱甚至完全消失，說明肌球蛋白頭部在此階段降低甚至喪失了聚集能力[24]。隨后，G′隨著溫度繼續(xù)升高而急劇升高，這可能是由于肌球蛋白分子的進一步聚集從而形成了三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這要歸因于二硫鍵的形成和疏水相互作用的加強[25]。隨著溫度升高，肉糜儲能模量逐漸增加，至75 ℃左右時達最高值，300 MPa 處理后的肉糜儲能模量遠低于對照組和100～200 MPa 處理組，說明過度高壓不利于形成彈性較好的乳化腸。同時該結(jié)果與質(zhì)構(gòu)特性及顯微結(jié)構(gòu)結(jié)果一致，說明經(jīng)適度高壓處理后的肉糜，其質(zhì)構(gòu)特性與未經(jīng)高壓處理后的肉糜差異不明顯，但過度高壓會顯著降低肉糜的硬度、彈性等，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)松散易碎，不利于乳化腸的形成。

3 結(jié)論

超高壓處理可以顯著提高乳化腸的保水保油性，200 MPa處理下，乳化腸蒸煮損失最小。乳化腸的硬度隨壓力升高逐漸下降，至300 MPa時，硬度急劇下降。乳化腸L*值在高壓處理200 MPa時最高，a*值隨著壓力增大呈現(xiàn)逐漸減小趨勢。隨著壓力的升高，乳化腸中的脂肪顆粒逐漸變小，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為致密，而當壓力升至300 MPa時，乳化腸形成了碎片化的松散結(jié)構(gòu)?？傮w而言，隨著壓力升高，乳化腸品質(zhì)逐漸變好，但當壓力升至300 MPa時，乳化腸品質(zhì)急劇降低。本研究發(fā)現(xiàn)，200 MPa高壓預(yù)處理豬背最長肌9 min時，乳化腸食用品質(zhì)最好，因此，本研究可為新型低溫乳化腸的研發(fā)提供理論參考。