三种弱有机酸结合NaCl腌制对牛肉肌束膜和肌内膜胶原蛋白热力学特性影响

, , ,,

(1. 重庆工商大学催化与功能有机分子重庆市重点实验室,重庆 400067； 2. 重庆工商大学环境与生物工程学院,重庆 400067)

肉的腌制过程可对肉起到一定程度的嫩化作用[1]。肉的酸渍腌制过程可通过将肉浸泡在乳酸、醋酸和果汁酸等一些酸液中进行[2]。研究认为,酸腌制对肉的嫩化可能是由于肉在腌制过程中由于膨胀导致肌肉结构的弱化,组织蛋白酶对蛋白的降解变化以及在结合蒸煮过程中,在较低的pH下,胶原蛋白发生凝胶化变化所致[3]。

胶原蛋白是构成肉中肌内结缔组织的主要结构蛋白,在肌原纤维形成肌束和骨骼肌的过程中,以及在肌肉运动过程中对力的维持、传递起到极其重要的作用[4]。肌肉胶原蛋白由肌束膜胶原蛋白和肌内膜胶原蛋白两种构成。研究发现,在肉制品加工过程中胶原蛋白热力学特性变化对其品质起到一定的影响作用[5]。研究表明,畜禽肌肉品质在一定程度上受到肌束膜和肌内膜胶原蛋白特性的影响,包括其含量、溶解性以及热收缩温度等[4]。目前,未见有弱有机酸结合NaCl腌制对肌内肌束膜和肌内膜胶原蛋白含量及热力特性的研究报道。

本研究以牛半腱肌肉为材料,乳酸、醋酸、柠檬酸和NaCl为腌制剂,探讨不同腌制对牛肉中肌束膜和肌内膜胶原蛋白热力特性的影响,并对其作用机制进行探讨,从而为肉类腌制产品的加工及肉类嫩化提供理论依据。

1 材料与方法

1. 1 材料与仪器

牛半腱肌 选择来自同一育肥场、品种和饲养管理相同的土种黄牛的改良后代(西门塔尔×南阳黄牛)公牛5头,屠宰后牛半胴体在4℃冷库中成熟48h后进行取样,从半胴体上取下整条半腱肌,所选胴体其大理石花纹、生理成熟度和背膘厚度等指标基本相似,然后分割成2. 5cm厚肉块若干个；乳酸、醋酸、柠檬酸和NaCl均为食品级(国产)；其它所用化学试剂均为国产分析纯。

MC - DSC差示扫描量热仪 美国TA Instrument公司;AllegraTM64R Centrifuge台式高速冷冻离心机 美国Beckman - Coulter公司;Alpha2 - 1. 2冷冻干燥机 德国Christ;Ultra - Turrax T25 BASIC高速匀浆器 德国Ika -Werke公司;直插式pH计 英国Thermo Scientific公司;ZKSY - 600智能恒温水箱 南京科尔仪器设备有限公司;Shimadzu AUY120电子天平 日本岛津公司;GBF - C - 321型雪皇冷藏柜 杭州伟龙制冷设备有限公司;78 - 1型磁力搅拌器 金坛市杰瑞尔电器有限公司。

1. 2 实验方法

1. 2. 1 腌制处理 将牛半腱肌肉(pH在5. 6 ～ 5. 8之间)分割成2. 5cm×5. 0cm×5. 0cm大小的肉块(约(100±5)g)若干,随即分组并称重,置于下列弱有机酸和NaCl的不同组合腌制剂中,于4℃条件下浸泡腌制24h,其中不经腌制处理的作为对照组。腌制处理组分别为:2% NaCl,1. 5%乳酸,1. 5%乳酸+2% NaCl,1. 5%醋酸,1. 5%醋酸+2% NaCl,1. 5%柠檬酸,1. 5%柠檬酸+2% NaCl。每组腌制共6小块肉样,肉样与腌制液之比为1∶ 5(g/mL)。腌制完成后,用吸水纸吸干肉块表面水分,称重后进行真空包装,于4℃贮藏待分析。

1. 2. 2 肌束膜和肌内膜胶原蛋白提取 腌制处理前后肉样肌束膜和肌内膜胶原蛋白的提取参照Chang等[4]、Li等[6]和常海军等[7]方法,并作了部分修改。具体方法如下:取40g肉样(湿重),切成约为1cm3的肉丁,加入50mL预冷的CaCl2(50mmol/L),用高速匀浆器在4000r/min绞碎20s,经尼龙网(100目)过滤,滤渣用40mL预冷的50mmol/L CaCl2于4000r/min绞碎10s,再过滤,上述过程再重复2次。滤渣主要成分是肌束膜,合并滤液(主要含肌内膜)。肌束膜组分用1% SDS溶液于室温下洗20min,静置后弃上清(去除非蛋白成分),重复洗三次。沉淀放入透析袋于4℃蒸馏水中透析24h,除去SDS,再在40%甲醇溶液中透析24h,最后在蒸馏水中透析24h,去除甲醇,纯化后的肌束膜经真空冷冻干燥后称重,其含量以占样品湿重的百分比计算。

上述得到的滤液在4℃下静置24h,弃上清。沉淀中加入提取缓冲液(25mmol/L NaCl,2. 5mmol/L组氨酸,pH7. 4)[8],室温下搅拌5min,于3000r/min离心15min,去上清,重复操作三次,后续透析纯化同上述肌束膜的纯化操作一致。

1. 2. 3 肌束膜和肌内膜胶原蛋白DSC分析 经分离提取后的肌束膜和肌内膜胶原蛋白用差示扫描量热仪(DSC)分析其热量变化(用量5. 0mg),温度扫描范围为20 ～ 100℃,升温速率2℃/min,用TA instrument自带分析软件(Universal Analysis 2000)对热流变化曲线进行分析,计算样品热变性温度。

1. 3 数据分析处理

运用SPSS16. 0一般线性模型(GLM)对实验所得数据进行单因素方差(ANOVA)分析、LSD多重比较以及相关性分析。各实验指标值测定重复3次,结果以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2. 1 牛肉腌制处理过程中肌束膜和肌内膜胶原蛋白含量的变化

由图1可见,牛肉经不同腌制处理后,与对照组相比,部分处理组肌束膜胶原蛋白含量降低,尤其表现为NaCl、三种不同有机酸的单独腌制处理。而不同腌制剂的结合腌制处理其肌束膜胶原蛋白含量较单独腌制处理高,而与对照组之间无显著差异。而肌内膜胶原蛋白含量在不同腌制处理组之间存在显著或极显著差异。

图1 三种弱有机酸和NaCl结合腌制过程中牛肉肌束膜和肌内膜胶原蛋白含量的变化Fig. 1 Changes in perimysial and endomysial portion contents of intramuscular connective tissue from beef muscle following marination treatment注:不同大写字母表示差异极显著(p<0. 01); 不同小写字母表示差异显著(p<0. 05)。

肌束膜和肌内膜是构成肌肉结缔组织的主要成分,Light等[9]认为肌束膜胶原蛋白对肉嫩度的影响大于肌内膜胶原蛋白,结缔组织的量主要由肌束膜决定,而肌内膜起次要作用。牛肉肌束膜含量在单独腌制剂腌制处理过程中较对照组降低,可能是由于在此过程中肌束膜胶原蛋白发生变性以及凝胶化转化所致。本研究结果显示,不同腌制剂的结合处理一定程度上阻碍了这种变化,其原因可能与不同腌液的pH以及离子强度有关[10]。

2. 2 腌制处理过程中牛肉肌束膜胶原蛋白热力特性的变化

弱有机酸结合NaCl腌制过程中,牛肉肌束膜和肌内膜胶原蛋白DSC热流曲线如图2所示。

图2 腌制过程中牛肉肌束膜和肌内膜胶原蛋白差示扫描量热分析热流曲线Fig. 2 DSC heat flow curve for perimysial and endomysial collagen of beef muscle following marination treatment注:A. 肌束膜胶原蛋白热流曲线;B. 肌内膜胶原蛋白热流曲线。

三种弱有机酸和NaCl结合腌制过程中牛肉肌束膜胶原蛋白热力特性的变化如图3所示。

图3 经腌制处理后牛肉肌束膜胶原蛋白热力特性的变化Fig. 3 Changes in thermal shrinkage temperatures of perimysium collagen of beef muscle following marination treatment

由图3可知,在腌制处理过程中,牛肉肌束膜胶原蛋白3种不同的变性温度(To变性起始、Tp最大和Te终止温度)变化趋势一致。相比对照组而言,NaCl、柠檬酸以及NaCl和柠檬酸结合腌制组牛肉肌束膜胶原蛋白热稳定性变化较小,而乳酸、醋酸以及分别与NaCl结合腌制组牛肉肌束膜胶原蛋白变性温度有所升高。

To为结缔组织胶原蛋白热变性起始温度,反映胶原蛋白的最低热稳定性,Tp为最大热变性温度,反映胶原蛋白的一般热稳定性,通常用最大热变性温度的大小来反映胶原蛋白的热稳定特性[10 - 11]。在乳酸、醋酸以及分别与NaCl的结合腌制处理中,牛肉肌束膜胶原蛋白的热变性温度增加,表明其热稳定性更加趋于稳定。另外,研究发现,上述处理组中肌肉肌内β - 半乳糖苷酶和β - 葡糖醛酸酶活力都下降,所以对结缔组织基质蛋白多糖的水解程度降低,胶原蛋白热稳定性增加[12]。

2. 3 腌制处理过程中牛肉肌内膜胶原蛋白热力特性的变化

弱有机酸结合NaCl不同腌制剂处理过程中牛肉肌内膜胶原蛋白热力特性的变化见图4。

图4 经腌制处理后牛肉肌内膜胶原蛋白热力特性的变化Fig. 4 Changes in thermal shrinkage temperatures of endomysium collagen of beef muscle following marination treatment

由图4可见,经腌制处理后牛肉肌内膜胶原蛋白Tp和Te温度较对照组都有所增加。结合图3和图4可知,三种弱有机酸和NaCl结合腌制过程中牛肉肌内膜胶原蛋白热稳定性较肌束膜胶原蛋白高,且腌制处理增强了肌内膜胶原蛋白的稳定性。

Bailey等[13]报道哺乳动物胶原蛋白的最大热变性温度为65℃左右,但对不同的动物属种和肌肉类型也有差别。有研究报道,在DSC分析过程中,分析参数设置的不同(如温度扫描范围、升温速率等)以及所分析样品本身的特性都会影响到结果[11]。本研究中,肌束膜和肌内膜胶原蛋白虽经纯化分离,但由于腌制处理过程中,不同腌制液pH以及离子强度的影响,部分处理组肌原纤维和胶原纤维发生变性,导致分离纯化过程中可能还含有极少量的肌原纤维成分,另外,肌束膜和肌内膜耐受腌制处理影响程度表现不一致,即受破坏程度不同,二者共同决定了肌肉结缔组织胶原蛋白的热力特性。由本结果可见,肌内膜胶原蛋白的热稳定对其总体影响较大。

有报道称分离提纯后的热不溶性胶原蛋白经乳酸和醋酸处理可以降低其热变性温度[14],与本研究结果相反,可能原因是由于不同处理样品所致,本实验中是模拟加工工艺中采用整块肉块腌制,另外,经腌制处理后提取的肌束膜和肌内膜胶原蛋白较热不溶性胶原蛋白(结缔组织滤渣成分)稳定性差。

2. 4 相关性分析

在牛肉腌制处理过程中,对肌束膜和肌内膜胶原蛋白含量以及热力特性之间的相关性分析见表1。

表1 经腌制处理后牛肉肌束膜和肌内膜胶原蛋白热力特性变化相关性分析Table 1 Correlation between thermal characteristic changes of perimysium and endomysium portion collagen following marination treatment

注:PC. 肌束膜胶原蛋白含量;EC. 肌内膜胶原蛋白含量;P - Tp.肌束膜胶原蛋白最大变性温度(峰温度);E - Tp. 肌内膜胶原蛋白最大变性温度(峰温度);* *. 相关系数双尾检验极显著(p<0. 01)。

由表1相关性分析可知,肌束膜和肌内膜胶原蛋白含量与其热稳定性之间相关性不显著,而肌束膜和肌内膜胶原蛋白最大变性温度(峰温度)之间呈极显著相关,相关系数为0. 262。

3 结论

牛肉经三种弱有机酸(乳酸、醋酸和柠檬酸)以及和NaCl的结合腌制处理使得肌束膜和肌内膜胶原蛋白含量和热力特性发生了一定程度的变化。与对照组相比,NaCl以及三种不同有机酸的单独腌制处理组肌束膜胶原蛋白含量降低,不同腌制剂的结合腌制处理其肌束膜胶原蛋白含量较单独腌制处理高。牛肉肌内膜胶原蛋白含量在不同腌制处理组之间有显著差异。腌制处理增加了肌内膜胶原蛋白和部分处理组肌束膜胶原蛋白的热变性温度,表明其热稳定性更加趋于稳定。结合前期研究表明,腌制处理过程中,牛肉肌束膜和肌内膜胶原蛋白含量以及热稳定性等的变化对肉嫩度和质构等食用品质特性产生显著影响。

[1]常海军,朱建飞,周文斌. 3种弱有机酸结合NaCl腌制对牛肉肌内胶原蛋白的影响[J]. 食品与发酵工业,2012,38(8):211 - 214.

[2]Toohey E S,Kerr M J,Vandeven R,etal. The effect of kiwi fruit based solution on meat traits in beef m. semimembranosus(topside). [J]. Meat Science,2011,88(3):468 - 471.

[3]Berge P,Ertbjerg P,Larsen L M,etal. Tenderization of beef by lactic acid injected at different times post mortem[J]. Meat Science,2001,57(4):347 - 357.

[4]Chang H J,Xu X L,Li C B,etal. A comparison of heat -induced changes of intramuscular connective tissue and collagen of beef semitendinosus muscle during water - bath and microwave heating[J]. Journal of Food Process Engineering,2011,34(6):2233 - 2250.

[5]常海军,牛晓影,唐翠,等. 超高压处理对牛半腱肌肌束膜和肌内膜胶原蛋白热力学特性影响(英文)[J]. 食品科学,2013,34(13):14 - 18.

[6]Li C B,Zhou G H,Xu X L. Changes of meat quality characteristics and intramuscular connective tissue of beef semitendinosus muscle during postmortem aging for Chinese Yellow bulls[J]. International Journal of Food Science and Technology,2008,43(5):838 - 845.

[7]常海军,徐幸莲,周光宏. 来自牛半腱肌肌束膜和肌内膜胶原蛋白热力学特性分析(英文)[J]. 食品科学,2012,33(7):118 - 122.

[8]李春保. 牛肉肌内结缔组织变化对其嫩度影响的研究[D].南京:南京农业大学,2006:39.

[9]Light N,Champion A E,Voyle C,etal. The role of epimysial,perimysial and endomysial collagen in determining texture in six bovine muscles[J]. Meat Science,1985,13(3):137 - 149.

[10]Chang H J,Wang Q,Zhou G H,etal. Influence of weak organic acids and sodium chloride marination on characteristics of connective tissue collagen and textural properties of beef semitendinosus muscle[J]. Journal of Texture Studies,2010,41(3):279 - 301.

[12]常海军. 不同加工条件下牛肉肌内胶原蛋白特性变化及其对品质影响研究[D]. 南京:南京农业大学,2010:112.

[13]Bailey A J,Light N D. Connective Tissue in Meat and Meat Products[M]. Elsevier Applied Science,London,1989:114.

[14]Kijowski J,Mast M G. Tenderization of spent fowl drumsticks by marination in weak organic solutions[J]. International Journal of Food Science and Technology,1993,28:337 - 342.