毛肚漲發(fā)工藝優(yōu)化及其水分分布和組織結(jié)構(gòu)變化研究

陳玉茹,楊 靜,黃蘇紅,程軼群,黃 明,*

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,肉品加工與質(zhì)量控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇省肉類生產(chǎn)與加工質(zhì)量控制協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇南京 210095;2.南京黃教授食品科技有限公司,江蘇南京 211225)

隨著火鍋在中國(guó)的風(fēng)靡,毛肚因其脆嫩化渣的口感,成為火鍋叫賣率最高的葷類菜品[1]。毛肚是牛胃的一部分,牛在生物學(xué)上屬于復(fù)胃反芻性動(dòng)物,擁有瘤胃、網(wǎng)胃、瓣胃、皺胃四個(gè)胃,而毛肚指的是牛瓣胃內(nèi)層褶皺形成的葉片[2]。不同于骨骼肌和心肌,牛胃是典型的內(nèi)臟平滑肌,膠原蛋白和彈性蛋白分別占總蛋白的20.1%和1.0%[3],而骨骼肌中膠原蛋白含量只有10%[4]。目前市售毛肚很大一部分是干制毛肚,但干制后的毛肚失去了脆嫩的口感且腥臭味明顯,必須經(jīng)過復(fù)水漲發(fā)才能食用。

干制后的毛肚表面存在一層致密的類似生物膜的脂蛋白,高含量的膠原蛋白具有甘氨酸、脯氨酸、羥脯氨酸組成的三股螺旋結(jié)構(gòu),具有較強(qiáng)韌性和剪切性[5-6]。目前毛肚漲發(fā)常用的方法是氫氧化鈉堿法處理[7-8]和生物酶嫩化,但氫氧化鈉的強(qiáng)堿性會(huì)給毛肚漲發(fā)的工作人員帶來安全隱患,堿發(fā)后還需反復(fù)漂洗脫堿,造成大量水資源浪費(fèi),且漂洗后毛肚pH仍接近10.5;生物酶雖然能使蛋白適當(dāng)水解,但很難穿越毛肚表面致密的膜結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其水解作用有限,增重效果不理想,使用上存在局限性[9],因此目前急需尋找一種新的毛肚漲發(fā)方法。

毛肚漲發(fā)的關(guān)鍵在于提高其水分吸收能力,水分多存在于纖維間隙,而纖維間距會(huì)隨pH、離子強(qiáng)度、滲透壓及肌肉松弛程度變化[10]。使用酸、堿、鹽腌制是肉類工業(yè)常用的嫩化方法,可以改變組織的pH,提高其嫩度、保水性和出品率[11-13]。碳酸鈉屬于堿性鹽,常用于肉的嫩化,且人體血液的緩沖液中也包含碳酸和碳酸氫根,以維持機(jī)體正常的酸堿度。因碳酸鈉具有溶解肌原纖維和增強(qiáng)靜電斥力的作用,肉制品經(jīng)其處理后pH升高,肌纖維結(jié)構(gòu)發(fā)生弱化,蛋白質(zhì)偏離等電點(diǎn),表面負(fù)電荷增多,與水分子更易結(jié)合形成水化層,蛋白質(zhì)持水力提高[14-15]。研究表明,太平洋白對(duì)蝦經(jīng)碳酸鈉腌制后增重明顯、溶出蛋白質(zhì)增加、剪切力降低[16]。作為一種常見的食品添加劑,碳酸鈉可改善肉的整體適口性,降低蒸煮損失,提高嫩度。本研究以鹽漬毛肚為試驗(yàn)原料,采用響應(yīng)面法優(yōu)化碳酸鈉漲發(fā)毛肚的工藝條件,并測(cè)定碳酸鈉漲發(fā)后毛肚的水分分布和微觀結(jié)構(gòu)變化,為工業(yè)化生產(chǎn)漲發(fā)毛肚提供工藝參考并為毛肚漲發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鹽漬牛瓣胃 重慶渝北區(qū)田野牧牛人農(nóng)副產(chǎn)品經(jīng)營(yíng)部提供;碳酸鈉 食品級(jí),南京甘汁園糖業(yè)有限公司。

TA-XTPlus Texture Analyser物性測(cè)試儀 英國(guó)Stable Micro System公司;低場(chǎng)核磁共振儀 上海紐邁電子科技有限公司;正置熒光顯微鏡 德國(guó)Carl Zeiss公司;RM2016病理切片機(jī) 上海徠卡儀器有限公司;ZKSY-600恒溫水浴鍋 南京科爾儀器設(shè)備有限公司;AUY120電子分析天平 日本Shimazu公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 毛肚漲發(fā)步驟 鹽漬牛瓣胃去掉脂質(zhì)層,分割取瓣胃葉片10 g左右準(zhǔn)確稱重、洗凈,用超純水將洗凈的葉片浸泡過夜,再用一定濃度的碳酸鈉溶液將其在一定的溫度下浸泡一定時(shí)間,最后用超純水沖洗干凈,瀝干葉片表面水分準(zhǔn)確稱重。

1.2.2 毛肚漲發(fā)條件的單因素實(shí)驗(yàn) 選定碳酸鈉濃度、碳酸鈉處理時(shí)間、溫度為考察因素,毛肚用超純水浸泡過夜脫鹽,料液比固定1∶6 (g/mL)將毛肚放入碳酸鈉溶液浸泡,碳酸鈉濃度設(shè)為0.5%、1.0%、3.0%、5.0%、7.0%(w/v),碳酸鈉處理時(shí)間設(shè)為1、2、3、4、5 h,溫度設(shè)為4、25、35、45、55 ℃,最后用超純水沖洗浸泡2 h,單因素中不變的因素設(shè)定為碳酸鈉濃度3.0%,碳酸鈉處理時(shí)間2 h,溫度35 ℃。以毛肚增重率和破碎力為指標(biāo),綜合考慮漂燙損失及感官評(píng)分進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2.3 毛肚漲發(fā)條件的響應(yīng)面試驗(yàn) 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,選擇碳酸鈉濃度(A)、碳酸鈉處理時(shí)間(B)、溫度(C)為試驗(yàn)因子,增重率(Y1)、破碎力(Y2)為響應(yīng)值,采用Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)和響應(yīng)面分析法。試驗(yàn)因素和水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平表Table 1 Factors and levels of response surface design

1.3 分析方法

1.3.1 增重率的測(cè)定 參照高菲菲等[17]的方法,按公式(1)計(jì)算增重率。

式(1)

式中:m0表示漲發(fā)前毛肚的質(zhì)量(g);m1表示漲發(fā)后毛肚的質(zhì)量(g)。

1.3.2 漂燙損失的測(cè)定 參照胡代芳等[18]的方法并適當(dāng)修改,按公式(2)計(jì)算漂燙損失。

式(2)

式中:m1表示漲發(fā)后毛肚的質(zhì)量(g);m2表示漲發(fā)毛肚經(jīng)沸水漂燙15s后的質(zhì)量(g)。

1.3.3 脆度的測(cè)定 參照劉貝貝[19]的方法并適當(dāng)修改,樣品經(jīng)沸水涮燙15 s后切成2 cm×2 cm大小的均勻試樣,使用物性測(cè)試儀,將樣品置于P/5探頭下檢測(cè)牛肚的脆度。測(cè)定條件為:測(cè)前速度5 mm/s,測(cè)試速度1 mm/s,測(cè)后速度10 mm/s,樣品壓縮比為95%,觸發(fā)類型為自動(dòng),觸發(fā)力為15 g,用測(cè)得的破碎力表征樣品脆度。

1.3.4 感官評(píng)價(jià) 將在不同條件下發(fā)制的毛肚經(jīng)沸水涮燙15 s后進(jìn)行感官評(píng)定打分,感官評(píng)定小組由20名具有感官評(píng)定經(jīng)驗(yàn)并經(jīng)過專門培訓(xùn)的成員組成。將涮燙后的毛肚放入白色烤瓷盤,評(píng)價(jià)在同一環(huán)境下采用雙盲法進(jìn)行,小組成員在感官評(píng)定之前及進(jìn)行中使用無異味的溫水漱口,成員之間無交流,對(duì)毛肚的顏色、氣味、組織結(jié)構(gòu)、脆性進(jìn)行打分,評(píng)分采用百分制,評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 漲發(fā)毛肚感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 2 The sensory evaluation standards of rehydrated beef tripe

1.3.5 水分分布的測(cè)定 稱量樣品2±0.02 g,采用低場(chǎng)核磁共振CPMG脈沖序列測(cè)定樣品的橫向弛豫時(shí)間并進(jìn)行反演。參數(shù)設(shè)置如下:采樣頻率100 kHz,累加次數(shù)8,采樣等待時(shí)間4000 ms,回波時(shí)間0.25 ms,回波個(gè)數(shù)6000。

1.3.6 組織結(jié)構(gòu)的觀察 毛肚石蠟切片的制作和天狼猩紅染色參考李巖[20]和高菲菲[4]的方法,染色后用正置熒光顯微鏡觀察。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)每個(gè)處理組采用來自五頭黃牛的五個(gè)獨(dú)立的牛瓣胃(n=5),進(jìn)行三次平行試驗(yàn)。數(shù)值顯著性差異使用SAS 8.1中Duncan’s multiple-range test分析;圖形繪制使用 Origin 9.0;響應(yīng)面試驗(yàn)使用Design-Export 8.0.6軟件設(shè)計(jì)并分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 毛肚漲發(fā)的單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 碳酸鈉處理對(duì)毛肚增重和漂燙損失的影響 由圖1a知,碳酸鈉濃度0.5%和1.0%處理組增重率無顯著性差異(P>0.05),當(dāng)濃度升到3.0%增重率顯著降低(P<0.05),濃度在3.0%～7.0%時(shí)增重率呈穩(wěn)定狀態(tài)。碳酸鈉作用于毛肚脂蛋白,部分外周蛋白溶解形成空隙,為外界水分進(jìn)入創(chuàng)造了有利條件[15],隨著碳酸鈉濃度升高,體系pH以及離子強(qiáng)度變化引起毛肚肌束膜和肌內(nèi)膜蛋白變性[21],影響了蛋白質(zhì)和水結(jié)合的能力,增重率下降。低濃度碳酸鈉處理時(shí)增重率高但漂燙損失也高,可能是因?yàn)槊窃鲋氐乃侄酁樽杂伤?自由水與毛肚結(jié)合不穩(wěn)定,高溫漂燙時(shí)易流失。

圖1 碳酸鈉濃度(a)、碳酸鈉處理時(shí)間(b)、溫度(c)對(duì)毛肚增重和漂燙損失的影響Fig.1 Effect of concentration of Na2CO3(a),treatment time(b)and temperature(c)on weight gain and cooking loss of beef tripe注:不同大寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

由圖1b知,1～5 h內(nèi)毛肚增重率隨處理時(shí)間延長(zhǎng)而降低,超過3 h后增重率無顯著性變化(P>0.05),與李凜等[7]研究氫氧化鈉漲發(fā)毛肚的結(jié)果相似,堿處理時(shí)間過長(zhǎng)毛肚增重率降低。2 h處理組漂燙損失顯著低于1 h處理組(P<0.05),2～4 h漂燙損失無顯著性變化(P>0.05)。碳酸鈉作用時(shí)間越長(zhǎng),對(duì)毛肚結(jié)構(gòu)的破壞程度越大,蛋白結(jié)構(gòu)弱化[22],進(jìn)而影響了其吸水增重和保水性。

由圖1c知,毛肚增重率隨溫度升高先升后降,4～45 ℃毛肚增重率隨溫度的升高而上升,超過45 ℃增重率顯著降低(P<0.05),這與胡代芳等[18]探究氫氧化鈉漲發(fā)毛肚時(shí)溫度對(duì)增重的影響結(jié)果一致。值得注意的是,4～45 ℃漂燙損失的變化規(guī)律與增重率相反,增重率高的處理組漂燙損失反而低?？赡苁且?yàn)橐欢ǚ秶鷥?nèi)加熱溫度升高,纖維空隙增大,大量水分進(jìn)入,增重率提高,隨著加熱時(shí)間延長(zhǎng),纖維收縮重組,交織成網(wǎng)[20],部分自由水轉(zhuǎn)變成不易流動(dòng)水,漂燙時(shí)不易流失,故漂燙損失比低溫漲發(fā)時(shí)要低。溫度超過45 ℃后,可能有部分膠原蛋白溶解、肌原纖維蛋白變性聚集,導(dǎo)致復(fù)水增重能力下降。

2.1.2 碳酸鈉處理對(duì)毛肚感官得分和脆度的影響 毛肚最關(guān)鍵的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)是脆度,因食品柔脆品質(zhì)的構(gòu)成因素較為復(fù)雜,目前尚未形成比較一致的表征方法[23-25],本研究將毛肚的感官評(píng)定脆度項(xiàng)得分與物性測(cè)試儀測(cè)得的破碎力結(jié)合,確定毛肚的破碎力與脆度得分的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由表3知,碳酸鈉濃度在0.5%～1.0%時(shí),隨濃度升高破碎力降低,脆度得分升高,超過3.0%后破碎力無顯著性變化。1.0%處理組脆度得分最高,且其增重率與增重率最高的0.5%處理組無顯著性差異,故碳酸鈉濃度選擇1.0%。

表3 不同濃度碳酸鈉處理對(duì)毛肚感官得分和破碎力的影響Table 3 Effects on sensory scores and rupture strength of beef tripe treated with different concentration of Na2CO3

由表4知,毛肚的感官評(píng)定總分和脆度得分均隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)先升后降,2 h處理組總分最高,3 h處理組脆度得分最高且與2 h處理組無顯著性差異,破碎力分別為2362.32±81.65、2376.88±29.74 g。碳酸鈉作用初期,大量水分進(jìn)入,脆度得分和感官評(píng)定總分迅速提高,超過3 h后大量蛋白溶出,結(jié)構(gòu)開始軟爛,失去脆的口感。1 h處理組雖然增重率比2 h處理組略高,但其口感過于韌硬,嫩脆度遠(yuǎn)不及后者,故確定碳酸鈉處理時(shí)間為2 h。

表4 不同碳酸鈉處理時(shí)間對(duì)毛肚感官得分和破碎力的影響Table 4 Effects on sensory scores and rupture strength of beef tripe treated with different time of Na2CO3

由表5知,感官評(píng)定總分和脆度得分均隨溫度的升高先升后降,而破碎力持續(xù)下降。45 ℃處理組總分和脆度得分都最高,此時(shí)破碎力為2224.30±99.77 g,與常海軍[26]研究結(jié)果一致,溫度升高有助于膠原組織變性溶解、結(jié)構(gòu)松散,呈現(xiàn)嫩化效果。45 ℃條件下增重率和脆度得分都是最高的,確定溫度為45 ℃。

表5 不同溫度對(duì)毛肚感官得分和破碎力的影響Table 5 The effects on sensory scores and rupture strength of beef tripe treated with different temperature

2.2 毛肚漲發(fā)的響應(yīng)面試驗(yàn)

2.2.1 響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案與結(jié)果 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,利用Design-Expert 8.0.6軟件中的Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì),以增重率和破碎力為響應(yīng)值,進(jìn)行3因素3水平的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn),試驗(yàn)組合與結(jié)果如表6所示。

表6 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 6 Experimental design and results for response surface analysis

2.2.2 模型方程的建立及顯著性分析 使用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合分析,得到方差分析結(jié)果(表7、表8)及毛肚增重率(Y1)、破碎力(Y2)關(guān)于碳酸鈉濃度(A)、碳酸鈉處理時(shí)間(B)、溫度(℃)的回歸方程:

Y1=185.38-2.39A+5.08B-12.90C+7.57AB+0.062AC+8.18BC-5.08A2-7.10B2-17.83C2

式(3)

Y2=2300.31-392.26A-248.18B-861.94C+164.90AB-66.39AC-85.37BC+341.88A2+175.00B2-622.65C2

式(4)

表7 增重率回歸模型方差分析Table 7 Variance analysis of regression model for weight increase rate

由表7毛肚增重率回歸模型系數(shù)顯著性結(jié)果知,B、B2、AB對(duì)增重率影響顯著(P<0.05)。C、BC、C2對(duì)增重率影響極顯著(P<0.01)?；貧w方程各因素的系數(shù)絕對(duì)值表示該因素對(duì)響應(yīng)值指標(biāo)的影響程度,由此得出結(jié)論:溫度對(duì)增重率的影響最大,其次是碳酸鈉處理時(shí)間,貢獻(xiàn)最小的是碳酸鈉濃度。由表8知,A、B、C、A2、C2對(duì)破碎力影響極顯著(P<0.01),影響毛肚破碎力的因素由主到次依次是:溫度、碳酸鈉濃度、碳酸鈉處理時(shí)間。

表8 破碎力回歸模型方差分析Table 8 Variance analysis of regression model for rupture strength

2.2.3 各因素交互作用分析 由圖2a、圖2d知,毛肚增重率隨碳酸鈉濃度升高先增后降,隨處理時(shí)間延長(zhǎng)也是先增后降;破碎力隨碳酸鈉濃度升高和時(shí)間延長(zhǎng)都呈減小趨勢(shì)。等高線越接近橢圓代表兩因素交互作用越明顯[27],由等高線形狀知碳酸鈉濃度和處理時(shí)間的交互作用對(duì)增重率影響較大,但兩者交互作用對(duì)毛肚的破碎力無顯著性影響。由圖2b、圖2e知,增重率隨碳酸鈉濃度和溫度升高都呈先增后降趨勢(shì),溫度變化對(duì)增重率的影響更大,但兩者對(duì)增重率的影響交互作用不明顯;破碎力隨碳酸鈉濃度和溫度升高均呈下降趨勢(shì),且兩者對(duì)破碎力的影響都十分顯著,但交互作用不顯著。由圖2c、圖2f可知,增重率隨碳酸鈉濃度升高和處理時(shí)間延長(zhǎng)先增后降,且兩者交互作用對(duì)增重率影響明顯;破碎力隨溫度升高顯著降低,隨處理時(shí)間延長(zhǎng)也呈降低趨勢(shì),但這兩個(gè)因素對(duì)破碎力的影響無明顯交互作用。

圖2 各因素交互作用對(duì)毛肚增重率和破碎力影響的響應(yīng)面圖Fig.2 Response surface diagram showing the interaction for various factors on weight gain rate and rupture strength of beef tripe

2.2.4 最優(yōu)工藝參數(shù)的確定與優(yōu)化驗(yàn)證 使用軟件Design-Expert 8.0.6進(jìn)行最優(yōu)化分析,根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,由表3～表5可知,當(dāng)漲發(fā)毛肚破碎力在1900.00～2400.00 g范圍內(nèi)毛肚嫩脆度得分較高,因此設(shè)定增重率最大,破碎力在1900.00～2400.00 g,優(yōu)化得出最佳試驗(yàn)參數(shù):碳酸鈉濃度1.03%、處理時(shí)間2.28 h、溫度42.59 ℃,增重率理論值可達(dá)187.72%,破碎力理論值為2400.00 g。為方便實(shí)際操作，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)將工藝參數(shù)調(diào)整為碳酸鈉濃度1.03%，處理時(shí)間2.3 h,溫度43 ℃,測(cè)得增重率185.25%±3.61%,破碎力2333.31 g±99.12 g,實(shí)際測(cè)量值與模型預(yù)測(cè)值吻合,響應(yīng)面模型優(yōu)化出的碳酸鈉漲發(fā)毛肚的工藝參數(shù)可靠。

2.3 碳酸鈉處理對(duì)毛肚水分分布的影響

以未處理的干毛肚和水處理(2.3 h,43 ℃)的毛肚為對(duì)照,測(cè)定碳酸鈉最優(yōu)參數(shù)漲發(fā)毛肚的橫向弛豫時(shí)間圖譜如圖3。從圖中可以看出,曲線有4個(gè)峰,對(duì)應(yīng)為結(jié)合水(T21:0.01～10 ms)、不易流動(dòng)水(T22:10～100 ms)、自由水(T23:100～10000 ms)[28]。經(jīng)復(fù)水漲發(fā)后,三種狀態(tài)的水都向著弛豫時(shí)間更長(zhǎng)的方向移動(dòng),說明漲發(fā)改變了毛肚的組織結(jié)構(gòu),進(jìn)而影響了水分的結(jié)合程度;與干毛肚和單純用水漲發(fā)相比,碳酸鈉處理組不易流動(dòng)水和自由水峰面積顯著增大(P<0.05),說明碳酸鈉處理使得更多的水分進(jìn)入細(xì)胞,不易流動(dòng)水的大幅增加會(huì)改善毛肚的質(zhì)構(gòu),增強(qiáng)其脆嫩口感。

圖3 不同處理毛肚的橫向弛豫時(shí)間圖譜Fig.3 Relaxation time spectras of beef tripe with different treatments

2.4 碳酸鈉處理對(duì)毛肚組織結(jié)構(gòu)的影響

圖4為天狼猩紅染色的毛肚微觀結(jié)構(gòu)圖,膠原纖維染成紅色,肌纖維染成黃色。從圖4a可看出,未處理的干毛肚纖維狀結(jié)構(gòu)排列緊密、形態(tài)完整;圖4b碳酸鈉漲發(fā)后,肌纖維出現(xiàn)拉伸、斷裂,松散的結(jié)構(gòu)利于大量水分進(jìn)入,肌細(xì)胞吸水膨潤(rùn),膠原纖維因其獨(dú)特的三螺旋結(jié)構(gòu)較難被破壞,碳酸鈉處理組局部膠原纖維出現(xiàn)輕微解離現(xiàn)象。纖維結(jié)構(gòu)的破壞和大量水分的進(jìn)入可以降低蛋白的熱穩(wěn)定性,因此經(jīng)碳酸鈉漲發(fā)的毛肚沸水漂燙后口感更為脆嫩。

圖4 碳酸鈉處理對(duì)毛肚微觀結(jié)構(gòu)的影響(200×)Fig.4 Effects of sodium carbonate on histology of beef tripe(200×)注:a為對(duì)照組,b為碳酸鈉處理組。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)采用單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)合響應(yīng)面試驗(yàn),建立了碳酸鈉漲發(fā)鹽漬毛肚工藝的模型。優(yōu)化得到碳酸鈉漲發(fā)鹽漬毛肚的最優(yōu)處理?xiàng)l件:毛肚經(jīng)清水浸泡過夜,使用濃度1.03%的碳酸鈉,在43 ℃條件下,浸泡處理2.3 h,最后清水沖洗浸泡2 h,優(yōu)化驗(yàn)證試驗(yàn)測(cè)得最優(yōu)工藝處理下增重率可達(dá)185.25%,破碎力2333.31 g處于感官評(píng)定中接受度較高的脆度范圍。經(jīng)碳酸鈉漲發(fā)后毛肚組織結(jié)構(gòu)改變,纖維斷裂,肌細(xì)胞吸水膨脹,不易流動(dòng)水和自由水含量顯著增加,解釋了碳酸鈉處理毛肚增重明顯、質(zhì)構(gòu)改善的原因,為工業(yè)化生產(chǎn)漲發(fā)毛肚提供技術(shù)參考和理論依據(jù)。