烘烤過(guò)程中水分分布和蛋白變性對(duì)豬肉脯質(zhì)構(gòu)的影響

曹葉萍 郇延軍 高 靜

(江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122)

豬肉脯是豬肉經(jīng)腌制、烘烤的片狀肉制品，因食用方便、風(fēng)味獨(dú)特、口感細(xì)膩、營(yíng)養(yǎng)豐富、攜帶和食用方便等特點(diǎn)倍受青睞[1]。但目前豬肉脯普遍存在口感堅(jiān)韌、彈性不夠、切片性能差、硬度大、易損傷牙齒等問(wèn)題，其市場(chǎng)銷售也因此受到一定影響。

影響肉脯質(zhì)構(gòu)的因素有很多。從宏觀角度講，原料肉的組織形態(tài)、肥瘦比、水分含量等都存在很大影響[2]。從微觀角度講，膠原蛋白含量、蛋白質(zhì)的變性程度、蛋白質(zhì)的凝膠結(jié)構(gòu)、不易流動(dòng)水所占比例等則是重點(diǎn)考察因素。劉晶晶等[3]通過(guò)水浴加熱牛肉使其達(dá)到不同的中心溫度來(lái)探究膠原蛋白特性對(duì)嫩度的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，膠原蛋白含量以及可溶性膠原蛋白的溶解變性很大程度上影響了牛肉的嫩度。馬紀(jì)兵等[4]在研究風(fēng)干牦牛肉加工過(guò)程中水分狀態(tài)變化及質(zhì)構(gòu)相關(guān)性分析中發(fā)現(xiàn)，牦牛肉在自然冷凍風(fēng)干過(guò)程中不易流動(dòng)水不斷向外擴(kuò)散蒸發(fā)，引起牦牛肉肌纖維收縮和聚集，導(dǎo)致其質(zhì)構(gòu)特性發(fā)生變化。姜秀麗等[5]探討了烘干時(shí)間對(duì)豬肉脯水分分布與品質(zhì)相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)烘干時(shí)間對(duì)豬肉脯品質(zhì)的影響主要是由肉中水分的遷移引起的。然而，目前針對(duì)豬肉脯烘烤過(guò)程中水分存在形式及蛋白變性程度對(duì)質(zhì)構(gòu)特性影響的研究尚未見報(bào)道。

本研究擬圍繞豬肉脯烘烤過(guò)程中水分分布及蛋白的變性情況來(lái)探討其與產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)之間的相關(guān)性，研究了烘烤溫度對(duì)豬肉脯質(zhì)構(gòu)的影響，并結(jié)合氫質(zhì)子低場(chǎng)核磁共振來(lái)測(cè)定豬肉脯烘烤過(guò)程中水分的分布及組成特點(diǎn)，利用傅立葉紅外光譜技術(shù)解析烘烤過(guò)程中肉蛋白變性情況，為傳統(tǒng)豬肉脯生產(chǎn)工藝的完善與質(zhì)構(gòu)改良提供新的思路。

1 材料和方法

1.1 材料和儀器

豬后腿肉、白砂糖、雞精、特級(jí)醬油、魚露：市售；

紅曲紅、乙基麥芽酚：食品級(jí)，市售。

質(zhì)構(gòu)分析儀：TA-XT plus型，英國(guó) Stable Micro Systems公司；

低場(chǎng)核磁共振成像分析儀：MesoMR23-060V-I型，瑞士布魯克公司；

傅立葉紅外光譜儀：IS10型，美國(guó)Nicolet公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 豬肉脯基本配方 原料肉100 g，蔗糖20 g，復(fù)合磷酸鹽[焦磷酸鈉∶三聚磷酸鈉∶六偏磷酸鈉(質(zhì)量比)=2∶1∶1]0.6 g，白胡椒粉0.348 g，特級(jí)醬油2 g，魚露2 g，雞精0.581 g，味精0.767 g，乙基麥芽酚0.1 g，紅曲紅0.023 g。

1.2.2 豬肉脯加工工藝

原料修整(去除可見脂肪)→切片(厚度約2 mm)→混料→腌制(4 ℃/0.5 h)→攤篩→烘干(55，60，65，70，80 ℃/5 h)→烤制(上下火均為220 ℃/1 min)→冷卻，真空包裝[6]

1.2.3 豬肉脯中水分含量測(cè)定 按GB 5009.3—2016中的恒溫干燥法執(zhí)行

1.2.4 低場(chǎng)核磁共振試驗(yàn) 肉片烘烤至不同水分含量時(shí)，取出，放置室溫25 ℃后再稱取2 g肉脯樣品放入核磁管內(nèi)進(jìn)行核磁共振測(cè)定。試驗(yàn)參數(shù)為：磁場(chǎng)強(qiáng)度(0.50±0.08) T，共振頻率20 MHz，采樣頻率100 kHz，采樣點(diǎn)數(shù)179 996，重復(fù)等待時(shí)間3 500 ms，重復(fù)累加次數(shù)32，回波時(shí)間0.6 ms。

1.2.5 質(zhì)構(gòu)測(cè)定 根據(jù)文獻(xiàn)[7]修改如下：將烤制完成的豬肉脯剪成長(zhǎng)2 cm，寬1 cm的長(zhǎng)方形，探頭使用P/35R，測(cè)試前速度1 mm/s，測(cè)試速度3 mm/s，測(cè)試后速度3 mm/s，壓縮比60%，觸發(fā)力5 g。

1.2.6 剪切力測(cè)定 根據(jù)文獻(xiàn)[8]修改如下：將豬肉脯切割成3 cm×2 cm的長(zhǎng)方形，用于剪切力的測(cè)定。探頭使用A/CKB，測(cè)試前速度1 mm/s，測(cè)試速度1 mm/s，測(cè)試后速度10 mm/s，壓縮比90%，觸發(fā)力5 g，測(cè)試模式壓縮。

1.2.7 傅立葉紅外光譜分析 使用傅立葉紅外光譜儀，通過(guò)KBr壓制盤法進(jìn)行FTIR光譜測(cè)量。根據(jù)文獻(xiàn)[9]修改如下：收集每個(gè)烘烤至不同含水量肉脯的光譜，分辨率為4 cm-1，掃描64次，光譜掃描4 000～500 cm-1區(qū)域。用干燥氮?dú)膺B續(xù)吹掃該系統(tǒng)。使用解卷積、二階導(dǎo)數(shù)和曲線擬合來(lái)分析結(jié)果。

1.2.8 統(tǒng)計(jì)分析 采用Excel 97—2003及Origin 2016軟件繪圖，采用SPSS Statistics 19.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性及顯著性分析；紅外光譜高斯擬合使用PeakFitv 4.12軟件、Omnic軟件處理數(shù)據(jù)；每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 烘烤溫度對(duì)豬肉脯質(zhì)構(gòu)的影響

2.1.1 干燥曲線 干燥曲線分為兩個(gè)階段，在干燥初期有個(gè)短暫的快速期，后期干燥速率下降變得緩慢。烘烤溫度越高，干燥所經(jīng)歷的時(shí)間越短，因?yàn)楦邷丶铀偎肿拥臄U(kuò)散，蛋白質(zhì)發(fā)生凝聚，存儲(chǔ)水分的空間(肌原纖維內(nèi))變小，水分流出，使得干燥速率明顯增大[10]。55 ℃和60 ℃ 干燥所需要的時(shí)間差值大，而在60 ℃和65 ℃條件下干燥所花費(fèi)的時(shí)間差值小，即同樣的溫度差，干燥結(jié)果卻相差很大，此現(xiàn)象與蛋白的變性有關(guān)，肌球蛋白在55～60 ℃時(shí)開始變性，膠原蛋白在60～65 ℃遇熱發(fā)生收縮，因此推測(cè)60～65 ℃是影響豬肉嫩度的關(guān)鍵熱處理溫度。

另外，從圖1可以看出，在烘烤溫度80 ℃條件下，干燥起始的30 min內(nèi)，含水量直線下降，隨后曲線趨于平緩，含水量降低緩慢，這是因?yàn)槠鹗茧A段溫度很高，表面水分快速脫除，但是隨著烘烤繼續(xù)，肉脯表皮內(nèi)肌原纖維及結(jié)締組織收縮使得肉脯表面形成一層硬殼，不利于內(nèi)部水分轉(zhuǎn)移至表面脫除，所以后期干燥速率降低。

圖1 烘烤溫度下豬肉脯的干燥曲線Figure 1 Drying curve of pork chop at different baking temperatures

2.1.2 烘烤溫度對(duì)豬肉脯剪切力的影響 由圖2可知，55 ℃ 烘烤組豬肉脯剪切力值最小，這是因?yàn)闇囟仍降?，失水量越少。烘烤溫度升高?0 ℃時(shí)，剪切力增大，這與肌原纖維蛋白變性有關(guān)，主要是肌動(dòng)球蛋白凝聚，導(dǎo)致肌肉保水性降低。烘烤溫度與剪切力不是正相關(guān)關(guān)系，這是由于溫度升高至65 ℃時(shí)，膠原蛋白發(fā)生溶解，可溶性增加并形成凝膠，提高了肉的嫩度[11]，與本試驗(yàn)65 ℃烘烤組剪切力減小結(jié)果相符。溫度繼續(xù)升至70～80 ℃時(shí)，由膠原蛋白組成的肌內(nèi)膜和肌束膜變性而引起的收縮導(dǎo)致剪切力的第二次增加，證實(shí)65 ℃是影響豬肉嫩度的關(guān)鍵加熱溫度。

2.1.3 烘烤溫度對(duì)豬肉脯質(zhì)構(gòu)的影響 通過(guò)質(zhì)地多面剖析法(texture profile analysis，TPA)測(cè)量豬肉脯在不同烘烤溫度下質(zhì)構(gòu)特性的變化，結(jié)果見表1。硬度表示是物體變形所需要的力，硬度越小，肉質(zhì)越軟[12]。由表1可知，烘烤溫度越低，硬度越小，這與含水量有關(guān)。李真[13]在研究熏馬肉干的制備時(shí)發(fā)現(xiàn)，含水量越大，硬度越小，其變化的趨勢(shì)與本研究結(jié)果一致。當(dāng)溫度升高至65 ℃時(shí)，硬度又呈下降趨勢(shì)，這是因?yàn)榇藭r(shí)膠原蛋白溶解發(fā)生凝膠化，提高了肉的嫩度。咀嚼性反映了從開始咀嚼肉脯到下咽的整個(gè)過(guò)程中消耗的熱值，它的數(shù)值越小說(shuō)明肉脯質(zhì)地越柔軟。從表1還可以看出，烘烤溫度為65 ℃時(shí)，其咀嚼值最小。另外，隨著烘烤溫度升高，豬肉脯內(nèi)聚性呈顯著上升趨勢(shì)(P<0.05)，彈性和回復(fù)性均顯著減小(P<0.05)。

圖2 烘烤溫度對(duì)豬肉脯剪切力的影響Figure 2 Effect of different baking temperatures on shear strength of pork chop

表1 烘烤溫度對(duì)豬肉脯質(zhì)構(gòu)的影響?Table 1 Effect of different baking temperatures on the texture of pork mash

? 同列字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

綜上所述，烘烤溫度對(duì)豬肉脯剪切力及質(zhì)構(gòu)影響顯著，其中65 ℃烘制的產(chǎn)品咀嚼性最低，剪切力值和硬度較小，適宜烘烤豬肉脯，以下試驗(yàn)均在最佳烘烤溫度65 ℃ 條件下進(jìn)行。

2.2 肉脯烘烤過(guò)程中水分變化

圖3為肉脯烘烤過(guò)程中含水量從65%降至18%的核磁共振圖譜，揭示了其水分分布及組成特點(diǎn)。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)樣品一般會(huì)出現(xiàn)3個(gè)峰，可以把豬肉脯的橫向弛豫時(shí)間分為3個(gè)部分：T21(1～10 ms)、T22(11～100 ms)和T23(100～1 000 ms)。其中T21表示與蛋白質(zhì)結(jié)合緊密的水，即結(jié)合水。T22代表存在于肌原纖維內(nèi)的水，即不易流動(dòng)水。T23則是存在于肌原纖維外的水，即自由水[14]。

由表2可知，烘烤過(guò)程中，這3種狀態(tài)水分的弛豫時(shí)間都顯著降低。本研究中T21變化表明烘烤過(guò)程中水—蛋白相互作用的改變[15]。因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的烘烤，促使蛋白發(fā)生變性和聚集，水分和蛋白中的質(zhì)子實(shí)現(xiàn)了交換，從而影響了肉脯中結(jié)合水的橫向弛豫時(shí)間及峰面積。

從烘烤開始到含水量下降至18%時(shí)，A21變化無(wú)規(guī)律，烘至含水量35%時(shí)達(dá)到最大值，占總峰面積約2.27%。而A22逐漸降低，A22所占總峰面積從92.14%下降到了87.10%。A23總體呈下降趨勢(shì)，所占總峰面積3.14% 下降到了1.74%。因此，在整個(gè)烘烤過(guò)程中，不易流動(dòng)水變化顯著，而結(jié)合水和自由水變化不顯著。

圖3 烘烤過(guò)程中T2弛豫分布Figure 3 T2 relaxation distribution during baking

2.3 烘烤過(guò)程中豬肉脯的質(zhì)構(gòu)特性變化

由圖4可知，肉脯在烘烤過(guò)程中硬度、內(nèi)聚性、咀嚼性及剪切力都顯著增加(P<0.05)，而彈性和回復(fù)性則顯著下降(P<0.05)，其中硬度、咀嚼性和剪切力是消費(fèi)者評(píng)價(jià)肉脯品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)[16]。本研究肉脯在烘烤過(guò)程中硬度最終達(dá)到了8 542.482 g 左右，增加了約6 915.856 g；咀嚼性最終達(dá)到了5 424.984 g 左右，增加了約4 601.510 g；剪切力最終達(dá)到了2 682.434 g 左右，增加了約1 684.092 g，三者均在35%～25%變化差異顯著(P<0.05)。

2.4 烘烤過(guò)程中豬肉脯蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)變化

蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)包括α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角、無(wú)規(guī)卷曲等結(jié)構(gòu)。不同的二級(jí)結(jié)構(gòu)信息疊加在酰胺I帶上，而且酰胺I帶的二級(jí)導(dǎo)數(shù)譜圖保留吸收峰的積分面積[17]。通過(guò)對(duì)譜圖的曲線進(jìn)行高斯擬合，確定各子峰與各二級(jí)結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，再根據(jù)面積來(lái)計(jì)算每個(gè)二級(jí)結(jié)構(gòu)所含的相對(duì)百分含量。譜帶處于1 600～1 642 cm-1的為β-折疊結(jié)構(gòu)的特征吸收峰； 1 643～1 650 cm-1的對(duì)應(yīng)無(wú)規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)；1 650～1 660 cm-1的對(duì)應(yīng)α-螺旋；1 676～1 700 cm-1的為β-轉(zhuǎn)角。

圖5(a)～(g)中包含了在烘烤溫度65 ℃條件下，豬肉脯烘干至不同水分含量下的蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)信息，其中含水量65%為對(duì)照組，揭示了從豬肉中提取的結(jié)締組織蛋白(膠原蛋白)的酰胺I帶中波數(shù)1 700～1 600 cm-1(圖中上部黑線)和高斯擬合曲線(圖中下部黑線)的ATR光譜圖。

表2 烘烤過(guò)程中肉脯弛豫時(shí)間及峰面積的變化?Table 2 Changes in relaxation time and peak area of meat emulsion during baking

? 同列字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)圖4 肉脯烘烤過(guò)程中質(zhì)構(gòu)的變化Figure 4 Changes in texture during roasting of meat emulsion

由圖5和表3可以看出，與對(duì)照組相比，豬肉結(jié)締組織蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)均發(fā)生了變化：

(1) 隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，α-螺旋結(jié)構(gòu)含量顯著下降(P<0.05)，說(shuō)明烘烤過(guò)程中的熱處理導(dǎo)致維持α-螺旋結(jié)構(gòu)的氫鍵減弱，促進(jìn)了蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的展開，并且蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降。

圖5 豬肉肌原纖維蛋白和結(jié)締組織蛋白的酰胺I帶中波數(shù)1 700～1 580 cm-1和高斯擬合曲線的ATR光譜圖Figure 5 ATR spectra of wave number 1 700 to 1 580 cm-1 and Gaussian fitting curve in the amide I band of pork myofibrillar protein and connective tissue protein

(2) 對(duì)照樣品蛋白結(jié)構(gòu)以β-折疊為主，占45.74%。當(dāng)加熱時(shí)間延長(zhǎng)，蛋白質(zhì)變性程度增加，導(dǎo)致β-折疊結(jié)構(gòu)含量降低，β-折疊的含量由45.74%下降到38.44%，這是由于長(zhǎng)時(shí)間的熱處理導(dǎo)致通常處于自然狀態(tài)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的疏水區(qū)域暴露所致。

(3)β-轉(zhuǎn)角含量和無(wú)規(guī)卷曲含量也顯著增加(P<0.05)，這是因?yàn)闇囟纫鸬淖冃院途奂功?折疊結(jié)構(gòu)很容易轉(zhuǎn)變成β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)。

2.5 烘烤過(guò)程中豬肉脯水分存在形式、蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)與質(zhì)構(gòu)相關(guān)性分析

由表4得知：

(1) 肉脯含水量與硬度、內(nèi)聚性、咀嚼性和剪切力呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，與彈性、回復(fù)性則呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，與賈艷華等[18]在探討軟烤扇貝質(zhì)構(gòu)與水分含量的相關(guān)性分析時(shí)得到的結(jié)果一致，水分含量越低，硬度、內(nèi)聚性、回復(fù)性反而越大，而彈性、膠黏性及咀嚼性越小。

(2) 蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的4種變化與質(zhì)構(gòu)各指標(biāo)呈極顯著相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，與鄧麗等[11]在研究熱加工過(guò)程中鮑魚腹足蛋白間作用力及其質(zhì)構(gòu)特性中得到的結(jié)果一致。

(3) 不易流動(dòng)水的弛豫時(shí)間和峰面積與質(zhì)構(gòu)各指標(biāo)呈極顯著相關(guān)(P<0.01)，說(shuō)明肉脯在烘烤過(guò)程中，不易流動(dòng)水由水分通道不斷向外擴(kuò)散至肉干表面的過(guò)程中，肌纖維橫向開始不斷地收縮，連接肌纖維的結(jié)締組織也因水分的散失產(chǎn)生皺縮，從而增加了其硬度、內(nèi)聚性、咀嚼性及剪切力。與此同時(shí)，肌纖維縱向也發(fā)生收縮，因而降低了肉脯的彈性和回復(fù)性。崔宏博等[19]也認(rèn)為蝦蒸制過(guò)程中不易流動(dòng)水的變化與硬度變化相關(guān)性顯著，且與回復(fù)性呈顯著負(fù)相關(guān)。

3 結(jié)論

試驗(yàn)探討了傳統(tǒng)豬肉脯加工過(guò)程中的質(zhì)構(gòu)變化規(guī)律，結(jié)果表明，烘烤溫度對(duì)豬肉脯剪切力及質(zhì)構(gòu)影響顯著，65 ℃是影響豬肉嫩度的關(guān)鍵熱處理溫度，烘制的產(chǎn)品咀嚼性最低，剪切力值和硬度較小，適宜烘烤豬肉脯；水分的流失和蛋白的變性是影響質(zhì)構(gòu)最主要的兩個(gè)因素，不易流動(dòng)水含量越低，肉脯硬度、剪切力和咀嚼性越大，與馬紀(jì)兵[4]、姜秀麗[5]等的研究結(jié)果一致；蛋白變性程度越高，肉脯硬度、剪切力和咀嚼性越大。

表3 烘烤過(guò)程中肉脯蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化?Table 3 Changes in the secondary structure of meat emulsion protein during baking %

? 同列字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

表4 各指標(biāo)間的Pearson 相關(guān)系數(shù)?Table 4 Pearson correlation coefficient between indicators

? *表示相關(guān)性顯著(P<0.05)；**表示相關(guān)性極顯著(P<0.01)。

本試驗(yàn)僅涉及豬肉脯加工過(guò)程中質(zhì)構(gòu)的變化規(guī)律，并未對(duì)其口感硬、難咀嚼等質(zhì)構(gòu)問(wèn)題進(jìn)行改善，因此有待進(jìn)一步研究，其中不易流動(dòng)水的損失可以依靠添加羥基醇，利用羥基與水分子以氫鍵的形式結(jié)合，達(dá)到一定的保水作用；其次可以通過(guò)添加蛋白酶降解肉脯中的蛋白，改善其質(zhì)構(gòu)。