生姜汁對(duì)牛肉持水力效果的研究

秦躍奇,高海燕,孟可心,王瑩,張麟,姜繼凱,曾潔

（河南科技學(xué)院食品學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003）

牛肉蛋白質(zhì)含量高,而脂肪含量低,是當(dāng)今世界食品肉類(lèi)中位列第三的消耗肉品,在中國(guó)僅次于豬肉的消費(fèi)肉類(lèi)食品[1].牛肉制品的嫩度是由肌肉蛋白質(zhì)分子之間的相互作用力、肌肉中結(jié)締組織的分布、密度和性質(zhì)等因素共同控制的[2].反映著肉中各種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)形態(tài)和特性,直接影響著肉的食用價(jià)值和商品價(jià)值,決定了肉在食用時(shí)口感的老嫩[3-7].肉的嫩度包含肉對(duì)舌或頰的柔軟性,肉對(duì)牙齒壓力的抵抗性,咬斷肌纖維的難易程度和嚼碎程度[8].肌肉中膠原蛋白的含量及其中熱穩(wěn)定性交鏈鍵數(shù)目不同,肉嫩度也不同,因此要提高肉的嫩度,就要降低肉中膠原蛋白的含量[9].生姜是一種人們生活中不可或缺的調(diào)味劑,價(jià)格比較便宜,姜汁嫩化法操作簡(jiǎn)單、成本低、安全、風(fēng)味好,是一種理想的肉類(lèi)嫩化方法[10].目前研究表明生姜中含有大量的生姜蛋白酶對(duì)肉類(lèi)有一定的嫩化作用,原因可能是生姜汁中的一種巰醇蛋白酶[11].生姜蛋白酶能有效同時(shí)降解肌原纖維和結(jié)締組織,提高肉的嫩度[12].主要是由于植物蛋白酶可以對(duì)肉類(lèi)的結(jié)締組織及纖維中結(jié)構(gòu)復(fù)雜的彈性蛋白和膠原蛋白進(jìn)行適當(dāng)分解,使部分氨基酸之間的連接鍵發(fā)生斷裂,破壞了它們的分子結(jié)構(gòu),從而實(shí)現(xiàn)嫩化效果[13].

本文通過(guò)研究生姜汁對(duì)牛肉的嫩化效果,為牛肉的進(jìn)一步加工利用提供嫩度更高的原料,從而提高牛肉深加工產(chǎn)品的質(zhì)量.

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

牛肉（冷凍）、生姜,購(gòu)于當(dāng)?shù)厥袌?chǎng).

CMD-20X 恒溫鼓風(fēng)干燥箱,上海瑯軒實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；TDL-40B 臺(tái)式離心機(jī),上海安亭科學(xué)儀器廠制造；DZKW-D-Z 電熱恒溫水浴鍋,北京市永光明醫(yī)療儀器廠；BS124S 電子天平,賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；雷磁PHS-3CpH 數(shù)字酸度計(jì),上海精科；JYL-350A 打漿機(jī),山東九陽(yáng)小家電有限公司；T-500 型電子天平（精確度0.1 g）,美國(guó)雙杰兄弟（集團(tuán)）有限公司；Q200 型DSC,美國(guó)TA 公司；CB-400 色彩色差計(jì),日本KONICAMINOLTN；TA.XT-plus 物性測(cè)定儀,英國(guó)Stable Micro System 公司；Quanta 200 掃描電子顯微鏡,美國(guó)FEI 公司.

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 牛肉處理流程

將冷凍的牛肉從冰箱中取出,放入水槽中用自來(lái)水解凍,約3 h.將解凍好的牛肉取出,去除脂肪、筋膜,用清水稍沖洗一下即可,并且擦干表面的水分.

1.2.2 生姜汁制備 選取新鮮干凈的生姜,去皮后清洗一下,然后切成小塊狀,用打漿機(jī)榨汁,先用四層紗布進(jìn)行粗濾,再用離心機(jī)離心分離（4 000 r/min,15 min）,取上清液放進(jìn)冰箱備用[14].

1.2.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.3.1 生姜汁添加量對(duì)牛肉嫩化效果的影響 在室溫和一定的浸泡時(shí)間下,分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%、4%、5%、6%、7%的生姜汁對(duì)牛肉進(jìn)行嫩化,比較不同添加量下生姜汁對(duì)牛肉的嫩化效果.

1.2.3.2 溫度對(duì)牛肉嫩化效果的影響 以1.2.3.1 得出的生姜汁最佳添加量,將牛肉在20、30、40、50、60 ℃溫度下浸泡相同的時(shí)間進(jìn)行嫩化.比較不同溫度條件下的嫩化效果.

1.2.3.3 時(shí)間對(duì)牛肉嫩化效果的影響 以1.2.3.1 確定的生姜汁最佳添加量在室溫下將牛肉分別浸泡0、30、60、90、120 min,比較不同時(shí)間下的嫩化效果.

1.2.4 正交試驗(yàn)優(yōu)化 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果, 以生姜汁添加量、浸泡溫度和浸泡時(shí)間3 個(gè)因素作為自變量,以牛肉持水為指標(biāo),采用L9（34）正交試驗(yàn)對(duì)生姜汁嫩化牛肉進(jìn)行優(yōu)化.

1.2.5 牛肉持水力測(cè)定 肉的持水量是指肉在壓榨、加熱、切碎、攪拌等外界因素的作用下,保持原有水分和添加水分的能力.其實(shí)質(zhì)是肉的蛋白質(zhì)所形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在單位空間以物理狀態(tài)所捕獲的水分量的反映.肉的持水力是一項(xiàng)重要的肉質(zhì)性狀,它影響著肉的嫩度、質(zhì)地等多種指標(biāo),具有重要的意義.肉的持水力大,其保持水的能力強(qiáng)、肉的汁液多、肉質(zhì)富有彈性,具有良好的加工和食用品質(zhì),但持水力過(guò)大時(shí),硬度變大,嫩度變小.這種特性對(duì)肉品加工的質(zhì)量和產(chǎn)品的數(shù)量都有很大的影響[15].

1.2.5.1 牛肉含水量的測(cè)定（恒溫干燥法）取潔凈玻璃制的扁形干燥皿,置于100±5 ℃干燥箱中,加熱0.5～1 h 后取出,置于干燥器中0.5 h 后稱(chēng)量,并重復(fù)干燥至恒溫.稱(chēng)取10 g 切碎的牛肉,放入干燥皿中,樣品厚度為5 mm,精密稱(chēng)量（干燥皿+肉質(zhì)量）后,置于100±5 ℃干燥箱中,干燥2 h 后取出,放入干燥器內(nèi)冷卻0.5 h 后,稱(chēng)量（干燥皿+肉質(zhì)量）后,再放入100±5 ℃干燥箱中干燥1 h 左右,取出,放入干燥器內(nèi)冷卻0.5 h 后再稱(chēng)量（干燥皿+肉質(zhì)量）,至前后兩次質(zhì)量差不超過(guò)2 mg,即為恒質(zhì)量.含水量計(jì)算公式為

1.2.5.2 牛肉離心損失率的測(cè)定（離心法）稱(chēng)取10 g 牛肉,用濾紙擦干表面水分,將其用搗臼搗碎,置于離心管中,稱(chēng)質(zhì)量后放在離心機(jī)中離心（轉(zhuǎn)速4 000 r/min,20 min）,取出離心管,將離心管中的水分倒出,并且用濾紙將其表面的水分吸干,將樣品及離心管一起稱(chēng)質(zhì)量,計(jì)算公式為

1.2.5.3 牛肉持水力的測(cè)定 持水率測(cè)定公式為

1.2.6 DSC 測(cè)定 采用DSC 測(cè)定儀進(jìn)行熱量測(cè)定：取3～4 mg 未經(jīng)處理過(guò)牛肉（對(duì)照組）放進(jìn)小器皿內(nèi)再放進(jìn)DSC 測(cè)定儀里進(jìn)行測(cè)試,再用同樣的方法測(cè)試經(jīng)正交試驗(yàn)得出的最佳嫩滑方法處理過(guò)的樣品.

1.2.7 TPA 測(cè)定 采用TA.XT-plus 物性測(cè)定儀進(jìn)行硬度和其他物性的測(cè)定.將牛肉根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行嫩化處理,然后把處理過(guò)的牛肉和未處理的牛肉（對(duì)照組）擦干表面水分,順著肌纖維方向切取30 mm的正方體,最后放在質(zhì)構(gòu)儀上測(cè)定其硬度值,重復(fù)測(cè)定3 次,取平均值.測(cè)定條件：P/50 平底圓柱形探頭；操作模式：壓力測(cè)定；操作類(lèi)型：TPA；測(cè)試前速度：2.00 mm/s；測(cè)試速度：2.00 mm/s；測(cè)試后速度：2.00 mm/s；測(cè)試距離：樣品高度的50%.數(shù)據(jù)分析：硬度、彈性、膠著性、咀嚼性、黏性及回復(fù)性等物性數(shù)據(jù)采用TPA-macro 軟件分析,Excel 2000 統(tǒng)計(jì)分析其他數(shù)據(jù).

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 生姜汁添加量對(duì)牛肉嫩化效果的影響 不同生姜汁添加量嫩化,持水力測(cè)定結(jié)果如圖1 所示.

圖1 生姜汁添加量對(duì)牛肉的嫩化效果Fig.1 Tenderization effect of different amounts of ginger juice on beef

由圖1 可知,不同的生姜汁用量對(duì)牛肉的持水力有一定的影響.與對(duì)照組相比,生姜汁處理的牛肉持水力明顯提高,隨著生姜汁用量的增加,持水力逐漸增加,當(dāng)生姜汁添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí),持水力最大；此后隨生姜汁添加量的增加,持水力逐漸減小.由此表明,生姜汁添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)對(duì)牛肉的嫩化效果最佳.

2.1.2 不同浸泡溫度對(duì)牛肉嫩化效果的影響 在不同溫度條件下用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的生姜汁嫩化牛肉,持水力測(cè)定結(jié)果如圖2 所示.

圖2 不同溫度下浸泡對(duì)牛肉的嫩化效果Fig.2 Tenderization effect of soaking at different temperatures on beef

由圖2 可知,在20～40 ℃之間經(jīng)過(guò)生姜汁的浸泡,牛肉的持水力有明顯的提高,隨著浸泡溫度的增加持水力下降趨于水平,40 ℃時(shí)的持水力明顯的高于其他溫度,最佳的浸泡溫度為40 ℃.

2.1.3 不同浸泡時(shí)間對(duì)牛肉嫩化效果的影響 在不同浸泡時(shí)間的條件下用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的生姜汁嫩化牛肉,持水力測(cè)定結(jié)果如圖3 所示.

圖3 不同浸泡時(shí)間對(duì)牛肉的嫩化效果Fig.3 Tenderization effect of different soaking time on beef

由圖3 可知,與對(duì)照組相比較0～60 min 內(nèi)嫩化效果比較明顯,隨著時(shí)間的增加持水力有所上升,在60 min 時(shí)達(dá)到最大,所以浸泡時(shí)間為60 min 較合適.

2.2 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用L9（34）正交設(shè)計(jì),比較生姜汁的添加量、浸泡溫度、浸泡時(shí)間對(duì)牛肉嫩度的影響,確定各因素的最優(yōu)配比方案.因素水平表見(jiàn)表1.

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Tab.1 Horizontal table of orthogonal test factors

正交試驗(yàn)分析結(jié)果見(jiàn)表2.

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析Tab.2 Orthogonal experimental results and analysis

由表2 可知,影響牛肉嫩化的主次因素順序?yàn)镃＞B＞A,即浸泡時(shí)間＞浸泡溫度＞生姜汁添加量.牛肉嫩化最佳處理組合為A3B1C3,即正交試驗(yàn)第七組生姜汁添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%,浸泡溫度30 ℃,浸泡時(shí)間80 min,該組合持水力為69.698 7%,優(yōu)于在正交試驗(yàn)中的其它組合.方差分析結(jié)果見(jiàn)表3.

表3 正交試驗(yàn)方差分析結(jié)果Tab.3 Anova results of orthogonal experimental

由表3 可知,因素B 和因素C 對(duì)嫩化效果的影響比較顯著,因素A 影響不顯著.

2.3 生姜汁處理后牛肉熱量的變化

用DSC 測(cè)定儀分別測(cè)定未經(jīng)處理的牛肉（對(duì)照組）和經(jīng)過(guò)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的生姜汁在30 ℃的溫度下浸泡80 min 的牛肉的熱量,結(jié)果見(jiàn)圖4.

由圖4 可知,經(jīng)過(guò)生姜汁處理過(guò)的牛肉和對(duì)照組相比較,兩者的圖譜輪廓形似.在峰1 部分,牛肉中肌球蛋白的變性溫度由60.28 ℃提前到51.51 ℃,在其變性過(guò)程中的熱焓值由1.070 J/g 提升到了2.987 J/g.在峰2 時(shí),肌動(dòng)蛋白的變性溫度由80.77 ℃延遲到84.09 ℃,其變性過(guò)程中的熱焓值由0.1573 J/g 降低至0.1523 J/g.肌球蛋白變性過(guò)程中的熱焓值增大,肌動(dòng)蛋白的熱焓值減小.綜上所述,生姜汁處理后的牛肉,牛肉中某些蛋白質(zhì)的性質(zhì)改變了.

圖4 生姜汁處理牛肉和對(duì)照組的DSC 圖譜Fig.4 DSC map of beef treated with ginger juice and control group

2.4 生姜汁處理后牛肉的硬度及其他物性

未經(jīng)處理的牛肉（對(duì)照組）和經(jīng)過(guò)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的生姜汁在30 ℃的溫度下浸泡80 min 的牛肉的硬度及其他物性比較結(jié)果見(jiàn)表5.

表5 生姜汁嫩化對(duì)牛肉硬度及其他物性的影響Tab.5 Effects of treated with ginger juice on hardness and other physical properties of beef

由表5 可知,與對(duì)照組相比,被生姜汁處理過(guò)的牛肉的硬度有所下降.生姜汁處理的牛肉的硬度為16 908.56,降低了5.3%.嫩化處理對(duì)牛肉的其他物性也有很明顯的影響,回復(fù)性、咀嚼性、膠著性和黏性增大,彈性降低,pH 值變化不明顯,亮度增大,紅度和黃度降低,表明此時(shí)牛肉的視覺(jué)效果和口感較好,沒(méi)有口感粗糙、韌性大而咀嚼費(fèi)力的特征.

2.5 生姜汁處理后牛肉的超微結(jié)構(gòu)

肉的超微結(jié)構(gòu)是指肉經(jīng)顯微鏡掃描后,擴(kuò)大一定倍數(shù)后所看到的肉的組織結(jié)構(gòu).其好壞主要是通過(guò)肉的紋理的粗細(xì)、肉斷面的光滑程度、肌原蛋白被分解程度、肌原纖維的斷裂情況、肉的組織結(jié)構(gòu)的破壞程度、脂肪存放量和分散程度來(lái)判斷.一般認(rèn)為紋理細(xì)膩、斷面如縐綢般光滑、肌原蛋白大部分被分解、肌原纖維大部分已斷裂、肉的組織結(jié)構(gòu)被破壞的很厲害、脂肪細(xì)膩分散一致,呈大理石紋狀的肉較好.

圖5 嫩化牛肉的超微結(jié)構(gòu)（×400）Fig.5 Microstructure diagram of tenderized beef（×400）

由圖5-a 可知,對(duì)照組的牛肉紋理很粗,肌原蛋白沒(méi)有被分解,肌原纖維較長(zhǎng),大部分都沒(méi)斷裂,組織結(jié)構(gòu)斷面粗糙,且組織比較完整,基本上沒(méi)被破壞,脂肪的存放量多且分布不均勻.由圖5-b 可知,被生姜汁嫩化的牛肉肌原蛋白被分解,肌纖維大部分都斷裂了,組織結(jié)構(gòu)被破壞的也很徹底,紋路不清晰,與對(duì)照組相比嫩度有一定的提高.被生姜汁處理過(guò)的牛肉有一定的嫩化效果,這與以物性作為嫩化指標(biāo)測(cè)定的結(jié)果基本一致.

3 結(jié)論與討論

本文通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)對(duì)添加生姜汁嫩化牛肉的效果進(jìn)行研究,結(jié)果表明,當(dāng)添加生姜汁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%、溫度為30 ℃、浸泡時(shí)間為80 min 時(shí),嫩化效果最佳.生姜汁處理能夠較好的保持牛肉的持水力,對(duì)牛肉的嫩化有很好的效果.DSC 的測(cè)定結(jié)果表明,生姜汁處理后的牛肉中肌球蛋白的變性溫度提前,肌動(dòng)蛋白的變性溫度延后,說(shuō)明生姜汁對(duì)牛肉中蛋白質(zhì)的性質(zhì)有影響.與對(duì)照組相比,生姜汁處理后的牛肉的硬度降低了5.3%.特別是彈性的降低幅度很快,彈性降低了33%.電鏡分析結(jié)果表明,生姜汁嫩化的牛肉紋理比較細(xì)膩,結(jié)構(gòu)比較細(xì)密,斷面相對(duì)比較光滑,牛肉肌原蛋白被分解,肌纖維大部分都斷裂了,組織結(jié)構(gòu)被破壞的也很徹底,紋路也不清晰.

由于本次試驗(yàn)購(gòu)買(mǎi)的是冷凍牛肉,因貯存時(shí)間過(guò)長(zhǎng),可能使牛肉的組織結(jié)構(gòu)有一定的破壞,容易出現(xiàn)嫩化過(guò)度的現(xiàn)象；在解凍過(guò)程中可能會(huì)丟失一部分水分,使牛肉的持水力下降,失水率提高,這些問(wèn)題有待后續(xù)研究改進(jìn).