pH变换腌制对牛胃平滑肌嫩度、保水性及微观结构的影响

王复龙,高菲菲,彭增起

(南京农业大学农业部农畜产品加工与质量控制重点开放实验室，国家肉品质量安全控制工程技术研究中心，江苏南京 210095)



pH变换腌制对牛胃平滑肌嫩度、保水性及微观结构的影响

王复龙,高菲菲,彭增起*

(南京农业大学农业部农畜产品加工与质量控制重点开放实验室，国家肉品质量安全控制工程技术研究中心，江苏南京 210095)

不同pH溶液腌制可以影响牛胃品质。本研究分别采用0.5%的苹果酸和0.5%的氢氧化钠溶液于4 ℃下对牛瘤胃和网胃进行腌制。经酸或碱腌制处理后瘤胃和网胃剪切力值显著降低(p<0.05),其中经碱处理的嫩度更好。对于瘤胃,酸处理和碱处理后其增重率较对照组增幅150%,蒸煮损失由原来的50.08%分别下降到42.10%和40.23%;与对照组相比差异显著(p<0.05)。对于网胃,经酸处理或碱处理后增重率与对照组差异显著(p<0.05),是对照组的9.7倍;经酸或碱处理后蒸煮损失约为40.23%和38.74%。微观结构观察表明,酸或碱处理后瘤胃和网胃平滑肌纤维结构均发生一定弱化。综上所述,酸、碱处理均可以改善网胃和瘤胃其嫩度,在一定程度上提高其保水性。

网胃,瘤胃,酸碱腌制,品质,微观结构

动物肌肉组织按其结构和功能分为横纹肌(骨骼肌、心肌)和平滑肌两类。牛胃属于平滑肌,在我国具有广泛消费基础。嫩度是衡量肉类感官品质的重要指标,也是消费者评判肉质优劣的常用指标。肉的保水性是指当肉受到外力作用时,对肉本身的水分及添加到肉中水分的保持能力。它与嫩度、多汁性和加热时的汁液渗出密切相关[1],直接影响着肉的质地和出品率[2-4]。Chang等人[5]采用柠檬酸、乳酸结合NaCl腌制的方法可以显著改善牛肉的品质。高菲菲等人[6]采用复合磷酸盐腌渍牛肚,可以改善牛胃的保水性。韩莹[7]采用核磁共振技术观察了牛肚涨发过程中水分的分布状态。但以酸、碱溶液腌制牛胃,改善其品质的研究并不多见。分别对瘤胃和网胃进行处理,观察其变化的研究更是未见报道。基于此,本研究主要采用酸和碱作用于瘤胃和网胃,探究不同pH溶液腌制对牛胃平滑肌嫩度及保水性的影响,并从微观视角分析平滑肌内部结构的变化。

1　材料与方法

1.1试剂与仪器

新鲜的来自于同一品种(西杂牛)三头牛的瘤胃、网胃(黄牛胃),购于南京本地市场,清洗除去胃壁上的污物和粘液,剔除可见脂肪和胃壁最外层膜,沥干。将瘤胃和网胃分别分割,待后续实验使用。

苹果酸,氢氧化钠(分析纯)。

HH-60数显恒温搅拌循环水箱上海跃进医疗器械厂；C-LM3B型数显式肌肉嫩度仪东北农业大学工程学院；MUL-9000型台式实验室超纯水系统南京总馨纯水设备有限公司；XS105DU电子天平瑞士METTLER TOLEDO公司；1850冷冻切片机德国LEICA公司；BX41 相差显微镜日本OLYMPUS公司。

1.2实验方法

1.2.1腌制程序瘤胃和网胃分别切成5 cm×5 cm小块用于苹果酸(0.5%,w/v)、氢氧化钠(0.5%,w/v)腌制实验。酸/碱腌制中牛胃与腌制液的比例为1∶5(w/v),于4 ℃下腌渍12 h。腌制完成后,取出样品,洗净,沥干,待后续实验。

1.2.2剪切力值的测定将肉样装入塑料袋,贴上标签,放入水浴锅中,水浴温度设为80 ℃,用数显温度计记录中心温度的变化,当温度达到 70 ℃时,立即取出,流水冷却至室温。然后将样品按与肌纤维平行的方向切取成1 cm×1 cm×3 cm的长条形[8]。采用嫩度仪测定剪切力值,每组取3平行测定剪切力值,重复3次。不做任何处理的瘤胃或者网胃样品作为对照组,依照同样方法测定其剪切力值。

1.2.3增重率的测定增重率的测定参看高菲菲等人方法[6]。将瘤胃和网胃平滑肌样品修整成5 cm×5 cm的块状,分别称重,记作W0,经不同处理后,沥水30 min,再次称重,记作W1。同时,将样品置入超纯水中,4 ℃下静置相同时间,设为对照组。重复3次。计算公式如下:

增重率(%)=(W1-W0)/W0×100

式(1)

1.2.4蒸煮损失的测定蒸煮损失的测定参考高菲菲等人方法[6]。设置3个重复。实验设置处理组和对照组。将待测肉样称重,记作m0。对照组将瘤胃和网胃样品置于超纯水中腌制相同时间,实验组分别置于酸液和碱液中,取出沥干。然后装入塑料袋中,75 ℃恒温水浴,用数显温度计记录中心温度的变化,当中心温度达到70 ℃时,立即取出,流水冷却至室温。用吸水纸吸干表面汁液,称重,记作m1。计算公式为:

蒸煮损失(%)=(m0-m1)/m0×100

式(2)

1.2.5光学显微镜观察从各组瘤胃、网胃平滑肌肉样中取 0.3 cm×0.3 cm×0.3 cm样品,将样品放入液氮中冻结3～4 h,然后平行于和垂直于肌纤维方向分别冷冻切片,切片厚度为10 μm。然后参照Flint和Pickering的方法[9]进行染色。染色步骤为:丙酮(3 h)→苦味酸-甲醛固定液(5 min)→流水(10 min)→苦味酸-天狼星红染色液(60 min)→ 0.01 mol/L盐酸溶液(5 min)→蒸馏水(1 min)→无水乙醇(1 min×3,每次更换乙醇)→二甲苯(3 min×2,每次更换二甲苯)。

切片经上述处理后用相差显微镜在40倍物镜下进行观察拍照,主要观察在横纵切面平滑肌肌纤维的分布状态。

1.3统计分析

使用OriginPro8 SR4软件进行绘图,数据采用SAS 8.01进行方差分析,使用Ducan’s Multiple-rang test进行多重比较,显著性水平p<0.05。

2　结果与分析

2.1氢氧化钠和苹果酸对牛胃嫩度及保水性的影响

2.1.1剪切力值的变化如图1所示,无论对照组还是处理组,瘤胃的剪切力值均大于网胃。与对照组相比,酸处理和碱处理均显著降低了瘤胃和网胃的剪切力值(p<0.05)。酸处理后,瘤胃和网胃的剪切力值由对照组的15.33 kg和10.82 kg分别降低到9.88 kg和6.99 kg。碱处理后剪切力值更小(p<0.05),瘤胃和网胃的剪切力值分别降低到8.3 kg和5.0 kg左右。相比而言,碱处理的嫩化效果要优于酸处理组。

图1　不同处理对瘤胃和网胃剪切力值的影响Fig.1　Effect of different treatments on shear force of rumen and reticulum注:数据由平均值±标准差表示;瘤胃不同处理间进行差异显著性分析，网胃不同处理间进行差异显著性分析，字母不同者差异显著,差异显著性水平p<0.05. 图2、图3同。

2.1.2增重率的变化从图2可以看出,酸、碱处理后瘤胃和网胃的重量均显著增加,与对照组相比差异显著(p<0.05)。

图2　不同处理对瘤胃和网胃增重率的影响Fig.2　Effect of different treatments on gain weight ratio of rumen and reticulum

对于瘤胃,酸碱处理后,增重率由对照组的15.30%增长至38.52%和39.77%,增幅约150%以上,但酸、碱处理对于增重率的影响差异不显著(p>0.05)。对于网胃而言,增重率由对照组的2.67%增长至酸处理后25.86%和碱处理后28.94%,是对照组的9.7倍左右。以上结果表明,无论是瘤胃还是网胃,经过较高或者较低的pH溶液的处理,均可提高其对水的保持力。

2.1.3蒸煮损失的变化如图3所示,酸、碱处理均能显著减少瘤胃和网胃的蒸煮损失(p<0.05),但酸、碱处理结果之间差异不显著(p>0.05)。对于瘤胃,经酸处理后蒸煮损失由原来50.08%分别降至42.10%(p<0.05);经碱处理蒸煮损失降至40.23%。对于网胃,酸或碱液处理后其蒸煮损失变化与酸处理类似,约为40.23%和38.74%。整体而言,酸、碱腌制可以在一定程度上减少其蒸煮损失,提高牛胃加工中的保水性。

图3　不同处理对瘤胃和网胃蒸煮损失的影响Fig.3　Effect of different treatments on cooking loss of rumen and reticulum

2.2酸、碱处理后牛胃平滑肌组织结构观察

图4为瘤胃的平滑肌纤维微观结构图。牛胃属平滑肌,与横纹肌相比,结构不同,故本实验设横切组和纵切组,从不同角度观察处理前后牛胃平滑肌纤维结构变化。由图4a、图4b可观察到完整的蜂窝状结构和纤维状结构,结构规则,排列紧密,未见明显的空洞。经过低pH的酸处理,横切结构中完整的蜂窝状结构解离,边缘结构消失,出现明显的空洞区域。而纵切图中,原本排列紧密的肌纤维结构出现解离,呈现丝状排列,中间多见空隙。类似的,碱处理后的瘤胃,横切图显示较对照组而言,蜂窝状结构出现解离,空隙较多;纵切图显示原有的簇状紧密的平滑肌纤维也呈现与酸处理后相同的形态。这表明,不同pH腌渍液腌制处理可以在一定程度上弱化瘤胃平滑肌结构,对其功能和品质产生一定的影响。

图4　酸、碱处理后瘤胃光学显微结构(10×40=400)Fig.4　Optics microstructure of rumen after acid and alkali treatment(10×40=400)注:a、b分别表示对照组的横截面和纵切面微观结构图; c、d酸处理组的横截面和纵切面微观结构图; e、f碱处理组横截面和纵切面微观结构图，图5同。

图5　酸、碱处理后网胃光学显微结构(10×40=400)Fig.5　Optics microstructure of reticulum after acid and alkali treatment(10×40=400)

而对于网胃,从图5a表明其具有典型的网格结构,其结构较瘤胃更加紧密,其间零星的白色颗粒状分布为未被染色的网胃沟结构;图5b表明平滑肌纤维呈现规律的密集排列。而经过酸或者碱处理后的网胃,同样也在结构上呈现一定程度的弱化。表现为横切图中,网格状结构边缘部分消失,网胃沟结构空隙变大;纵切图簇状的平滑肌纤维分散成丝状,孔隙增多。相比之下,碱处理后平滑肌纤维分散程度更大,可能更能利于水分的吸收和渗透。

3　讨论

相比于网胃,瘤胃具有较高的剪切力值,这表明网胃相比于瘤胃具有较好的嫩度,这可能是因为两种胃组织结构存在差异:瘤胃存在无数密集的圆锥状或者叶状的瘤胃乳头,整体而言结构更加致密[10]。关于平滑肌的嫩化研究,有学者采用天然植物蛋白酶嫩化鸡肫[11-12],但酶法嫩化经常出现过度嫩化或产品质构下降等问题。而碱在肉中的作用不仅能改善嫩度,更能提高产品的最终品质和出品率。如李凛等采用不同方式对毛肚进行发制,结果发现,食品级NaOH处理组的增重率达139%,胀发效果较好,认为食品级NaOH更适合作为水发毛肚的处理用碱[13-14]。Sheard等[15]、Prochaska等[16]研究将食盐、三聚磷酸盐和碳酸钠互相组合配成一定浓度的腌制剂注射到猪肉块中,结果显示,含有三聚磷酸盐和碳酸钠腌制液组的肉块pH平均提高了0.3 ～ 0.5,肉样肌纤维和多汁性显著提高,总体嫩度和最终出品率显著增加。赵丽艳等人[17],丁武等人[18]采用磷酸盐改善肌肉嫩度,处理后的肌肉剪切力值约为4～5 kg。而对于碱处理后网胃的剪切力值约为5～6 kg,可见碱处理后的网胃的嫩度已达磷酸盐嫩化鲜肉的效果,表明碱处理对于改善牛胃平滑肌嫩度等有重要意义。另外,碱性物质处理过的肉的营养价值下降得也不明显[19],显示出碱处理在食品营养的保留方面的优势。

对于增重率而言,其体现了在腌制过程中网胃和瘤胃对于水分的保持能力。对于瘤胃对照组中一定程度的增重,可能是因为其组织中分布的密集的圆锥状或者叶状的瘤胃乳头,其可对水分子产生一定的保持作用。而对于处理组,蛋白质在酸碱溶液中分别带上正、负电荷,一定浓度的酸液或者碱液可破坏蛋白质的表面结构,导致蛋白质表面亲水基团暴露,从而改变蛋白质的净电荷,增加其水合作用,进而持续吸水膨胀,产品表现为膨胀增重,晶莹剔透[20]。另外,相比而言,碱处理对网胃增重率的影响更为明显,这可能是因为碱通过自由扩散作用充入平滑肌纤维间,可与细胞间的脂蛋白发生反应,造成部分外周蛋白溶解,在细胞膜表面形成空隙,为水分子进入细胞内提供了更多“通道”,产品表现出较高的增重率[21-23]。Moller[24]、Yang[25]等也认为碱热处理后蛋白结构部分展开,暴露出更多自由的亲水基团。

蒸煮损失,主要反映产品的出品率。由对照组可知,不作任何处理情况下,瘤胃、网胃蒸煮损失约在45%以上。生产上应注重减少损失,提高产品的出品率,增加利润。本研究表明,无论是酸处理还是碱处理,均可在一定程度上降低瘤胃和网胃的的蒸煮损失。这可能是因为平滑肌蛋白被破坏后,水分子充分渗透到蛋白质分子内部和蛋白质-蛋白质之间,在一定程度上加固了蛋白质整体结构的稳定性,因此在热变性条件下,蛋白质失水相对较少[20]。

牛胃组织结构特殊,其内细胞长短不一、粗细不一,瘤胃平滑肌纤维由内环肌和外纵肌组成,两层平滑肌又有相互交错的部分,因此结合横纵切片才能更好的观察其结构的变化。事实上,微观结构结果也表明,酸碱均可以弱化平滑肌纤维的结构,使原本簇状紧密排列的平滑肌纤维分散成丝状,并在肌纤维间产生一定的空隙,这与剪切力值的下降以及牛胃一定程度的增重保持一致。

4　结论

酸或碱腌制可以改善牛胃平滑肌品质。不同pH腌渍液腌制后网胃和瘤胃的剪切力值均显著降低,其中碱处理后对于平滑肌嫩度改善较大。相比于瘤胃,网胃在经过酸碱处理后增重率较多。酸碱处理均可以在一定程度上降低瘤胃和网胃的失水率。微观结构观察表明,平滑肌纤维在经过不同pH溶液腌制处理后,原有的网格状结构消失,空隙增多,原本簇状的平滑肌纤维分散成丝状,彼此分散,有利用水分子进入,提高其出品率。

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Effect of pH shifting marinating on the tenderness,water retention and microstructure in cattle gastric smooth muscle

WANG Fu-long,GAO Fei-fei,PENG Zeng-qi*

(Key Laboratory of Agricultural and Animal Products Processing and Quality Control,Ministry of Agriculture Nanjing Agricultural University,National Center of Meat Quality and Safety Control,Nanjing 210095,China)

Marinating in different pH solutions could affect the quality of bovine rumen and reticulum. 0.5% of malic acid and 0.5% sodium hydroxide solution were used at 4 ℃ for the marinating,respectively. Shear force of rumen and reticulum were significantly decreased after acid and alkali marinating(p<0.05). The tenderness was better after alkali marinated compared with acid treatments. The weight gain rates in rumen were both over 2.5 times that of the control group,respectively. And there were significant differences between the treated group and control group(p<0.05). The cooking loss in rumen treated with acid and alkali was decreased from 50.08% in the control group to 42.10% and 40.23%(p<0.05),respectively. Similarly,the weight gain in reticulum were both over 9.7 times that of the control group with significant differences(p<0.05). And the cooking loss in reticulum marinated with acid and alkali were about 40.23% and 38.74%. Microstructure observations indicated that there were some weakens in the smooth muscle fiber in rumen and reticulum marinated with acid and alkali. In conclusion,there were improvements in the tenderness of rumen and reticulum marinated with acid and alkali,and the marinating were also could improve the ability of water retention.

net stomach;rumen;acid or alkali marinated;quality;microstructure

2015-05-13

王复龙(1988-)，男，博士研究生，研究方向:畜产品加工与质量控制,E-mail：2012208013@njau.edu.cn。

彭增起(1956-)，男，博士，教授，研究方向：畜产品加工与质量控制，E-mail：zqpeng@njau.edu.cn。

现代农业产业技术体系建设专项资金资助项目(CARS-38)。

TS251.1

A

1002-0306(2016)03-0110-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.03.014