堿-酶聯(lián)合脫毛法對(duì)牛皮營(yíng)養(yǎng)成分與品質(zhì)的影響

甜 甜,張松山,雷元華,謝 鵬,李天嬋,2,張 楊,王 煦,孫寶忠,*

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所,北京 100193 2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,河北保定 071000 3.新疆畜牧科學(xué)院畜牧研究所,新疆烏魯木齊 830000 4.伊犁職業(yè)技術(shù)學(xué)院,新疆伊犁 835000)

我國(guó)作為畜牧業(yè)大國(guó),肉?？偭考巴涝琢课痪邮澜缜傲小＝陙?lái),隨著肉牛屠宰量的增加,產(chǎn)生大量的牛副產(chǎn)物——牛皮。我國(guó)牛皮質(zhì)量不穩(wěn)定、皮張小、牛皮天然性質(zhì)較差與生成、加工技術(shù)的不成熟,導(dǎo)致牛皮制革產(chǎn)品質(zhì)量差、經(jīng)濟(jì)效率低,開(kāi)發(fā)利用率低[1]。但牛皮中仍含有大量蛋白質(zhì)和膠原蛋白等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),因此國(guó)內(nèi)大多數(shù)學(xué)者將牛皮研究轉(zhuǎn)向生產(chǎn)高營(yíng)養(yǎng)、具有功能性成分的食用產(chǎn)品[2]。

牛皮產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程脫毛是必不可少的步驟。目前牛皮脫毛方法有燙毛燎毛、蒸汽脫毛、灰堿法和酶法脫毛等[3],但這些方法存在毛根易殘留、設(shè)備耗能較高、污染環(huán)境與酶法脫毛的控制條件要求較高等問(wèn)題[4]。近兩年較為新穎的堿-酶聯(lián)合脫毛法具有高脫毛率、低耗能,操作簡(jiǎn)便、清潔無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)。王藝倫等[5]研究了堿酶脫牛皮、牛蹄毛的方法,得到了最佳脫毛工藝參數(shù),牛蹄脫毛率為92.51%,牛皮脫毛率為94.01%。李勝利等[6]通過(guò)堿酶結(jié)合脫毛的實(shí)驗(yàn)得到了牦牛皮脫毛液的最適配方,此方法脫毛干凈,粒面層完好,無(wú)殘留毛根。

盡管目前對(duì)此法進(jìn)行了較多研究,但堿-酶聯(lián)合脫毛法對(duì)牛皮營(yíng)養(yǎng)成分和品質(zhì)影響仍不十分清楚。因此,本實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室已優(yōu)化的堿-酶聯(lián)合脫毛工藝進(jìn)行牛皮脫毛并分析其營(yíng)養(yǎng)成分及食用品質(zhì),以期為牛皮加工企業(yè)開(kāi)發(fā)一項(xiàng)安全衛(wèi)生及高效率的脫毛工藝,為牛皮產(chǎn)品深加工提供理論基礎(chǔ),提高牛皮附加值。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮牛皮 河北省定興縣燕園畜禽屠宰加工有限公司;氫氧化鈉(食品級(jí)) 烏拉特前旗津裕化工有限公司;中性蛋白酶(20000U/g) 南寧龐博生物工程有限公司。

JR-1針式溫度計(jì) 廣州樂(lè)亭電子有限公司;TA.XT Plus型質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)Stable Micro System公司;BS214D型電子天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;HH-4型可調(diào)恒溫?cái)?shù)顯水浴鍋 江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司;CR-400型色差計(jì) 北京柯美潤(rùn)達(dá)儀器有限公司;HI199163型pH酸度計(jì) 美國(guó)哈納沃德儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 牛皮前處理 選取正常、健康的西門塔爾成年牛牛皮,清洗、休整、分割,于-20 ℃保存,備用。用于牛皮的營(yíng)養(yǎng)成分及品質(zhì)分析。

1.2.2 堿-酶聯(lián)合脫毛方法 牛皮經(jīng)解凍、洗凈,在濃度為2%食品級(jí)氫氧化鈉中常溫浸泡2～3 h,用刮毛器刮掉表面長(zhǎng)毛,剩下殘余毛根部分。刮毛后的牛皮經(jīng)水洗,pH調(diào)至中性。選取酶液濃度為2000～3000 U/mL的中性蛋白酶,常溫作用10～12 h后,刮掉殘留毛根,得到脫毛牛皮[7]。

1.2.3 營(yíng)養(yǎng)成分分析 水分測(cè)定;采用直接干燥法,具體參照GB/T 5009.3-2016《食品中水分的測(cè)定》[8];

蛋白質(zhì)測(cè)定:采用凱氏定氮法,具體參照GB/T 5009.5-2016《食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》[9];

脂肪測(cè)定:采用酸水解法,具體參照GB/T 5009.6-2016第二法《食品中脂肪的測(cè)定》[10];

脂肪酸測(cè)定:采用歸一化法,具體參照GB/T 5009.168-2016《食品中脂肪酸的測(cè)定》[11];

氨基酸組成分析:參照GB/T 5009.124-2016《食品中氨基酸的測(cè)定》對(duì)牛皮中氨基酸組成和含量測(cè)定[12]。

氨基酸評(píng)分(Amino Acid Score,AAS),食物蛋白質(zhì)中的必需氨基酸和理想模式中相應(yīng)的必需氨基酸比例,理想氨基酸模式采用FAO(Food and Agriculture Organization,FAO)提出的模式。

AAS=樣品蛋白質(zhì)中氨基酸含量(mg/g)/WHO/FAO評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)模式中相應(yīng)必需氨基酸含量(mg/g)

式(1)

微量元素:鎂、錳、鋅、銅、硒、鐵、鈉、鉀、鈣參照GB/T 5009.268-2016《食品中多元素的測(cè)定》測(cè)定[13];

重金屬含量:總砷、總汞、鉛、鉻,分別參照GB/T 5009.11-2014第一篇 第二法《食品中總砷及無(wú)機(jī)砷的測(cè)定》[14]、GB/T 5009.17-2014第一篇 第一法《食品中總汞及有機(jī)汞的測(cè)定》[15]、GB/T 5009.12-2017第一法《食品中鉛的測(cè)定》[16]、GB/T 5009.123-2014《食品中鉻的測(cè)定》[17]測(cè)定。

1.2.4 食用品質(zhì)分析

1.2.4.1 pH 采用便攜式pH計(jì)測(cè)定鮮肉的pH,探頭插入深度為2 cm,每個(gè)樣品連續(xù)測(cè)定3次,取平均值。

1.2.4.2 色差 采用色差儀分別測(cè)定牛皮亮度值(L*)、紅度值(a*)和黃度值(b*),連續(xù)測(cè)定3次不同切面,重復(fù)三次,取平均值。

1.2.4.3 剪切力 參照我國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《肉嫩度的測(cè)定——剪切力測(cè)定法》(NY/T 1180-2006)稍作修改,切取長(zhǎng)寬厚約3 cm×1 cm×1 cm的牛皮測(cè)定剪切力(代表嫩度)[18]。

1.2.4.4 質(zhì)構(gòu)分析 使用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)量四組樣品的質(zhì)構(gòu),以T型探頭(P/5)壓縮肉干高度的50%時(shí)所感應(yīng)的受力測(cè)定肉的硬度、咀嚼性、內(nèi)聚性和粘聚性,重復(fù)3次,取各自平均值,進(jìn)行顯著性分析。測(cè)試相關(guān)參數(shù)為:測(cè)前速度2.0 mm/s,測(cè)中速度1.0 mm/s,測(cè)后速度1.0 mm/s,兩次下壓間隔時(shí)間5.0 s。

1.2.4.5 蒸煮損失率 截取長(zhǎng)寬厚度約為6 cm×3 cm×1 cm的牛皮樣品,將稱量好的牛皮(m1)裝入蒸煮袋,放入80 ℃的恒溫水浴鍋中,用熱電偶測(cè)溫儀測(cè)量肉樣中心溫度,待牛皮中心溫度達(dá)到70 ℃時(shí),將肉樣取出冷卻至中心溫度為0～4 ℃,測(cè)量蒸煮后的肉樣(m2)[19]。蒸煮損失按式(2)計(jì)算:

蒸煮損失=(m1-m2)/m1×100

式(2)

1.3 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 堿-酶聯(lián)合脫毛對(duì)牛皮營(yíng)養(yǎng)成分影響

表1為堿-酶聯(lián)合脫毛對(duì)牛皮主要營(yíng)養(yǎng)成分-蛋白質(zhì)、脂肪以及水分含量的影響。由表1可知,牛皮的營(yíng)養(yǎng)成分除水分以外,主要為蛋白質(zhì)。牛皮和脫毛后的牛皮中蛋白質(zhì)含量高達(dá)35.81%和30.92%,屬于含量較高的蛋白質(zhì)類食品[2,20]。經(jīng)堿-酶聯(lián)合脫毛,牛皮中脂肪含量變化不明顯;蛋白質(zhì)含量降低4.89%,說(shuō)明蛋白酶作用于牛皮中蛋白質(zhì),促使蛋白質(zhì)發(fā)生降解,從而含量有所降低;水分含量增加2.3%,蛋白酶能在一定程度上使蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,吸附水分使含水量增加,這與肖夏等[21]的研究相符。

表1 牛皮中水分、蛋白質(zhì)、脂肪含量(%)Table 1 Moisture,protein and fat content of cowhide(%)

2.2 堿-酶聯(lián)合脫毛對(duì)牛皮氨基酸組成影響

氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本單元。從氨基酸種類和含量,可判斷出該原料蛋白質(zhì)是否屬于優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)以及其他相關(guān)性質(zhì)和功能[22]。表2為牛皮中氨基酸在堿-酶聯(lián)合脫毛作用下的變化。

由表2可知,牛皮和脫毛牛皮中氨基酸含量豐富,均檢出16種氨基酸,其中谷氨酸、丙氨酸、脯氨酸、甘氨酸、精氨酸為主要氨基酸組成。經(jīng)堿-酶聯(lián)合脫毛牛皮中所有氨基酸含量,包括人體必需氨基酸(*)含量、藥用氨基酸(#)含量均有不同程度的降低。說(shuō)明堿和酶作用于牛皮,分解皮中蛋白質(zhì),導(dǎo)致蛋白質(zhì)含量降低,且部分氨基酸溶于堿水中,氨基酸含量隨之降低,這與李敬等[23]的研究相一致。

表2 牛皮中氨基酸組成(g/100 g)Table 2 Amino acid composition of cowhide(g/100 g)

氨基酸除一般的營(yíng)養(yǎng)功能外,還具有呈味作用。風(fēng)味氨基酸可分為鮮味氨基酸(Asp、Glu、Lys)、甜味氨基酸(Thr、Ser、Ala、His、Pro)和苦味氨基酸(Val、Met、Ile、Leu、Arg)和芳香族氨基酸(Cys、Tyr、Phe)四類[24]。表3為不同風(fēng)味氨基酸在堿-酶聯(lián)合脫毛作用下的變化,可以看出,牛皮中甜味氨基酸含量最高,占TAA的29.33%,其次分別為鮮味氨基酸、苦味氨基酸和芳香族氨基酸,分別占TAA的22.14%、17.42%和2.49%。其中甜味氨基酸和鮮味氨基酸之和占比高達(dá)51.47%,這與牛皮的風(fēng)味有直接關(guān)系[25]。經(jīng)堿-酶聯(lián)合脫毛,牛皮中除了芳香族氨基酸以外的其它3種風(fēng)味氨基酸占TAA的比例均不同程度降低。

表3 牛皮中功能性氨基酸的含量Table 3 Contents of functional amino acids of cowhide

各氨基酸之間的比例是衡量食物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要指標(biāo)[26]。將牛皮中必需氨基酸與FAO/WHO模式氨基酸譜進(jìn)行對(duì)比,從而得出氨基酸評(píng)分。表4為牛皮中必需氨基酸評(píng)分(AAS)在堿-酶聯(lián)合脫毛作用下的變化,可以看出,經(jīng)堿-酶聯(lián)合脫毛牛皮氨基酸評(píng)分均有所下降。牛皮中必需氨基酸的AAS均低于FAO/WHO標(biāo)準(zhǔn),與李敬等[23]研究的燙毛燎毛和酶法脫毛牛皮中AAS分析結(jié)果一致。因此,可根據(jù)蛋白質(zhì)互補(bǔ)理論,將經(jīng)堿-酶聯(lián)合法脫毛后的牛皮食品與其他蛋白質(zhì)互補(bǔ),提高各種食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

表4 牛皮中必需氨基酸評(píng)分(AAS)Table 4 Essential amino acid scores(AAS)of cowhide

2.3 堿-酶聯(lián)合脫毛對(duì)牛皮脂肪酸組成的影響

脂肪酸是機(jī)體主要能量來(lái)源之一[27]。表5為牛皮中脂肪酸在堿-酶聯(lián)合脫毛作用下的變化。由表5可知,牛皮和脫毛牛皮中分別檢出19和18種脂肪酸,多于李敬等[23]測(cè)定的8種(燙毛燎毛的牛皮)和5種(酶法脫毛的牛皮)脂肪酸。脫毛前后牛皮總脂肪酸含量差異不顯著。牛皮中主要以油酸(C18∶1n9c)和棕櫚酸(C16∶0)為主,含量分別為24.16和21.26 g/100 g,這與胡晶紅等[28]的研究結(jié)果相似。

表5 牛皮中脂肪酸含量(g/100 g)Table 5 Fatty acid contents of cowhide(g/100 g)

脫毛前后牛皮中飽和脂肪酸均以豆蔻(C14∶0)、棕櫚酸(C16∶0)和硬脂酸(C18∶0)為主,含量分別為11.28、21.26、11.41和2.63、26.38、12.12 g/100 g,其中兩種皮棕櫚酸(C16∶0)的含量均為最高,分別占總脂肪酸含量的21.26%和26.38%。經(jīng)脫毛,牛皮中除了C16∶0、C17∶0、C18∶0三種飽和脂肪酸含量升高之外其他6種飽和脂肪酸含量均降低。

牛皮中不飽和脂肪酸主要由油酸(C18∶1n9c)、亞油酸(C18∶2n6c)、棕櫚油酸(C16∶1n7c)為主。油酸是一種安全的脂肪酸,容易被人體消化吸收還有助于人體對(duì)膽固醇和脂肪的攝入量。未脫毛牛皮中油酸含量為24.16 g/100 g,經(jīng)脫毛后升高至35.58 g/100 g,高于金樽魚(yú)皮(32.44 g/100 g)[29]。經(jīng)堿-酶聯(lián)合脫毛牛皮中除了豆蔻油酸和棕櫚油酸以外其它不飽和脂肪酸的含量均有所降低,單不飽和脂肪酸含量顯著升高12.89%,而多不飽和脂肪酸含量則顯著降低7.53%。經(jīng)堿-酶聯(lián)合脫毛牛皮中亞油酸含量顯著降低,而α-亞麻酸完全消失。說(shuō)明堿和酶促進(jìn)部分脂肪酸的合成,同時(shí)對(duì)大部分脂肪酸有分解作用。

2.4 堿-酶聯(lián)合脫毛對(duì)牛皮礦質(zhì)元素組成影響

含有多種微量元素的食物是人體礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的主要來(lái)源[30-31]。微量元素可根據(jù)其對(duì)人體健康的作用分為三類:必需元素、非必需元素和有害元素。表6為牛皮礦質(zhì)元素在堿-酶聯(lián)合脫毛作用下的變化?？梢钥闯?牛皮中人體必需營(yíng)養(yǎng)素有鈣、鎂、鉀、鈉、硒、鐵、錳和鉻等,其中鈣、鎂、鉀和鈉等常量元素含量較高,分別為10.87、5.62、33.92、83.44 mg/100 g。經(jīng)堿-酶聯(lián)合脫毛,鈉和鉀含量分別降低48.42%和90.04%,這是由于Na+和K+與水中OH-結(jié)合溶于水中而導(dǎo)致。鈣和鎂的含量分別增加1倍和0.31倍,鐵含量增加0.2 mg/100 g,說(shuō)明堿和酶作用于蛋白質(zhì),其中氨基酸分子鏈被打破,與水中鈣鎂鐵發(fā)生螯合作用,導(dǎo)致牛皮中鈣鎂鐵含量增加。經(jīng)脫毛牛皮中硒的含量從3.68 μg/100 g降至1.72 μg/100 g。牛皮中錳和鉻含量甚微,脫毛后含量未發(fā)生變化。牛皮中未檢測(cè)出總鉛、總汞及總汞三種有害元素。

表6 牛皮中礦質(zhì)元素Table 6 Mineral elements of cowhide

2.5 堿-酶聯(lián)合脫毛對(duì)牛皮食用品質(zhì)影響

由表7可以看出,堿-酶聯(lián)合脫毛方法脫毛前后的牛皮亮度值沒(méi)有顯著性差異,紅度值和黃度值均存在顯著性差異,由于堿作用于牛皮而導(dǎo)致脫毛后牛皮pH略有升高。

表7 牛皮色差值和pHTable 7 CIELAB and pH of cowhide

經(jīng)堿-酶聯(lián)合脫毛牛皮蒸煮損失由5%升至30%,說(shuō)明堿和酶對(duì)牛皮中膠原蛋白具有破壞作用,有大量水溶性蛋白溶出,導(dǎo)致對(duì)其造成一定的收縮和損失,從而引起較高的蒸煮損失,這與何龍等[32]的研究相符。

表8 脫毛處理對(duì)牛皮質(zhì)構(gòu)變化影響Table 8 Effect of dehairing on texture of cowhide

圖1 脫毛對(duì)牛皮蒸煮損失的影響Fig.1 Effect of dehairing on cooking loss of cowhide

持水力作為肉品的重要品質(zhì)指標(biāo)之一,與肉品的質(zhì)量密切相關(guān)。由圖2可以看出,經(jīng)堿-酶聯(lián)合脫毛牛皮持水力顯著下降25%(P<0.05)。蛋白酶能在一定程度上使蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,吸附水分使含水量增加,但也會(huì)因?yàn)槊附鈱?dǎo)致肌纖維間空隙增大而不能保持水分,這與明建等[33]的研究相符。

圖2 脫毛對(duì)牛皮持水力的影響Fig.2 Effect of dehairing on water hold capacity of cowhide

嫩度是最重要的適口性指標(biāo)之一,而剪切力可以直接反映肉品嫩度客觀評(píng)定指標(biāo)。經(jīng)過(guò)堿-酶聯(lián)合脫毛牛皮剪切力值降低42%,大大提高了牛皮的嫩度,蛋白酶可以分解膠原蛋白和彈性蛋白,從而達(dá)到使肌纖維斷裂、松軟,不僅提高嫩度還有利于人體消化吸收[34]。

圖3 脫毛對(duì)牛皮剪切力的影響Fig.3 Effect of dehairing on shear force of cowhide

質(zhì)構(gòu)反映了食品的物理特性和組織結(jié)構(gòu),經(jīng)堿-酶聯(lián)合脫毛處理后牛皮硬度、膠著度、咀嚼性顯著降低(P<0.05),彈性、粘聚性有所減低,蛋白酶使肉品肌纖維間空隙加大,間接導(dǎo)致彈性、內(nèi)聚性降低,這與劉興余等[35]的研究相符;在堿和酶作用下牛皮水分、彈性蛋白和膠原蛋白等物質(zhì)自身結(jié)構(gòu)狀態(tài)發(fā)生改變,同時(shí)相互間的作用也發(fā)生變化,因而造成彈性變化[33],進(jìn)而可以改善牛皮嫩度。

3 結(jié)論

牛皮中營(yíng)養(yǎng)成分除了水分,主要以蛋白質(zhì)為主,脫毛過(guò)程中堿和酶的化學(xué)、電離(—OH—O—)和酶解作用會(huì)水解部分蛋白質(zhì)。牛皮中含有16種氨基酸,經(jīng)堿-酶聯(lián)合脫毛,牛皮中16種氨基酸含量均有所降低,且必需氨基酸的AAS均低于FAO/WHO標(biāo)準(zhǔn)。堿和酶會(huì)促進(jìn)部分脂肪酸的合成,同時(shí)對(duì)大部分脂肪酸有分解作用。牛皮中含有較高含量的鈣、鎂、鉀和鈉等常量元素,經(jīng)堿-酶聯(lián)合脫毛,鈉和鉀含量分別降低48.42%和90.04%,鈣和鎂的含量分別增加1倍和0.31倍。針對(duì)食用品質(zhì)而言,堿和酶對(duì)牛皮中膠原蛋白質(zhì)具有破壞作用,致其一定程度的收縮和損失,提高蒸煮損失。除此之外,堿作用于牛皮,使牛皮細(xì)胞破壁,破壞蛋白質(zhì)形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),導(dǎo)致大量水分和有機(jī)物質(zhì)溶出,使其保水性降低。通過(guò)堿-酶聯(lián)合脫毛方法可降低牛皮剪切力值,降低硬度、膠著度、咀嚼性,可有效改善牛皮的嫩度。