五香金钱腱加工工艺的优化

刘欢，于长青，*，陈洪生，*，宋大巍，仇梓冰，夏秀芳

（1．黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江大庆163319；2．东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨150030）

五香金钱腱加工工艺的优化

刘欢1，于长青1，*，陈洪生1，*，宋大巍1，仇梓冰1，夏秀芳2

（1．黑龙江八一农垦大学食品学院，黑龙江大庆163319；2．东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨150030）

以金钱腱为原料，通过正交优化试验研究滚揉腌制工艺、预煮工艺、蒸煮工艺对五香金钱腱产品总体品质的影响，对成品进行扫描电镜观察肌纤维和结缔组织的状态，通过剪切力评价牛肉嫩度，以色差评定肉的颜色，最后以出品率和感官指标为目标值，采用正交试验优化得到最佳加工工艺，即滚揉90 min、预煮9 min，97℃蒸煮3.50 h，此条件下加工的五香金钱腱产品品质最佳。

牛肉；工艺品质；出品率；扫描电镜

五香牛肉是深受我国消费者喜欢的传统肉制品，但长期以来受传统工艺限制，品质难以保证[1-2]。如今我国畜产品深加工不足，产品杂而不精且结构不合理，工艺参数模糊难以适应工业化，生产成本高使经济效益受到严重影响，并且产品得率低，部分产品还存在着非法超量添加非肉组分或异肉组分，使成品的肉含量下降，严重影响产品品质[3]。

肉制品品质与生产过程中的腌制方法、煮制温度、煮制时间以及品质控制是分不开的，腌制过程中通过静态盐水注射腌制和动态的滚揉工艺相结合可以极大改善肉制品质量[4-5]，煮制加工环节直接影响产品的口感和外形，须严格控制温度和加热时间，因此研究畜产品加工过程中加工工艺与条件对品质的影响及变化规律是非常具有意义的事情。肉加热时蛋白质发生热变性，其内部超微结构会发生明显的变化，这种肌纤维和胶原纤维结构上的变化与肉在加工过程中的质地变化关系密切，通过扫描电镜观察可以看出肉加工后超微结构的变化，其形成的蛋白质立体网状结构的好坏对其口感、保水性、咀嚼性都有着重要作用[6]。

试验以金钱腱即牛前腱为原料，通过研究腌制及蒸煮工艺，结合相关品质控制，本着低添加的思想，生产出适应市场需求的高品质中试五香金钱腱，为五香牛肉产品生产及加工提供进一步的技术指导。

1 材料与方法

1.1 材料

牛前腱：黑龙江大庄园；大豆分离蛋白：郑州博研生物科技有限公司；卡拉胶：青岛德惠海洋生物科技公司；多聚磷酸钠：徐州海成食品添加剂有限公司；抗坏血酸钠：郑州拓洋实业有限公司；葡萄糖：内蒙古阜丰生物科技有限公司；

1.2 主要仪器与设备

TA-XT plus型质构分析仪：英国Stable Micro Systems公司；Quanta 200电子扫描显微镜：美国FEI公司；MB45水分测定仪：瑞士Ohaus有限公司；日本CR-410色彩色差计：日本KONICA MINOLTA公司；VTS-42真空滚揉机：美国BIRO公司。

1.3 方法

1.3.1 五香金钱腱的制作

取新鲜牛前腱20 kg左右，盐水注射加入腌制剂并在真空度为68 kPa条件下进行真空间歇滚揉工艺，真空间歇滚揉过程为工作15 min，间歇5 min[7]，之后4℃左右温度下腌制24 h，取腌好后的肉进行沸水预煮及后续的蒸煮，最后将煮好的牛肉冷却之后进行各项指标的测定及扫描电镜。

1.3.2 试验设计

根据正交试验设计原理进行正交试验，以出品率和感官评定为目标值Y1和Y2，将预煮时间（A）、蒸煮时间（B）、蒸煮温度（C）、滚揉时间（D）4个指标作为因素进行正交试验，确定最优工艺参数，正交试验的因素和水平见表1，正交试验设计见表2。

表1 正交试验的因素和水平Table 1 Orthogonal experiment factors and levels

1.4 评定指标

1.4.1 出品率测定将原料肉净重记W1，kg；制品净重记W2，kg。

表2 正交试验设计表Table 2 Orthogonal experiment design tables

1.4.3 水分含量测定

取0.5 g左右的熟肉样，使用水分含量测定仪，按TARE进行称量，完成称量后按START进行水分含量的测定。

1.4.4 色差测定

采用CR-410色彩色差计，光源为D65，以白板校准后，测定样品L*（明度，反映色泽的亮度），a*（正数代表红色，负数代表绿色），b*（正数代表黄色，负数代表蓝色）[8]。

1.4.5 剪切力测定

利用TA-XT plus型质构分析仪检测样品的嫩度，采用HDP/BS探头进行测定。将熟制后的牛肉切成2 cm×2 cm×2 cm大小的肉块，按照与肉样肌纤维垂直的方向测试其剪切力。程序设定：测试模式压缩；测中速度1 mm/s；测后速度10 mm/s；目标模式为位移；位移60 mm[9]；触发模式为Button；断裂模式为关；停止采集点为初始位置。

1.4.6 感官评定

感官评定参考Zhang等[10]的方法并作适当修改，感官评定由感官评定小组在感官评价室完成，感官评价小组由8位受过培训的人员组成。感官评价的指标包括五香金钱腱的颜色、风味、组织状态、滋气味和总体可接受性。评价指标采用7分制，1分为最低7分为最高，总分共35分。

1.4.2 蒸煮损失测定

取出腌制好的牛腱子肉，用滤纸吸去可见的水分或腌制液，称量肉重W1，kg；肉煮好之后冷却，用滤纸吸去可见水分，称量肉重W2，kg。

1.4.7 扫描电镜

将熟肉样用双面刀片切成2 mm×5 mm的小条；加入2.5%pH6.8的戊二醛固定并置于4℃冰箱中固定1.5 h左右；用0.1 mol/L pH 6.8磷酸缓冲溶液冲洗二次，每次10 min；分别用50%、70%、90%的乙醇进行脱水各一次，每次10 min，100%乙醇脱水3次每次10 min；用100%乙醇∶叔丁醇=1∶1（体积比）和纯叔丁醇置换各1次，每次15 min；将样品放在-20℃的冰箱冷冻室30 min，放入ES-2030型冷冻干燥仪对样品进行干燥；将样品观察面向上，用导电胶带粘在扫描电镜样品台上；用离子溅射镀膜仪在样品表面镀上一层金属膜；将样品进行扫描电镜观察。

1.5 数据处理

每个试验重复3次，结果表示为“平均数±标准差”数据统计分析采用Statistix 8.1软件中的Linear Models程序进行，差异显著性（P＜0.05）分析使用Tukey HSD程序，采用Sigmaplot 12.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 正交试验结果

正交试验中五香金钱腱的蒸煮损失、水分含量、L*、a*和b*结果见表3。

表3 正交试验中五香金钱腱的蒸煮损失、水分含量、L*、a*和b*结果Table 3 The result of cooking loss，moisture，L*，a*and b*of spiced bovine fore shank in orthogonal test

由表3可知，试验中处理5牛肉的蒸煮损失最大为43.25%，与其他试验组相比差异显著（P＜0.05），处理8的蒸煮损失最小为31.68%（P＜0.05）。水分含量的趋势与蒸煮损失的结果相反。其中处理8牛肉的L*值最高为41.57，五香金钱腱表面亮度增加可能是由于球蛋白变性或亚铁血红素被取代以及水分含量的变化[11]等原因。由处理1、处理4、处理8的a*值分别为22.09、21.31、19.34可知，产品整体颜色较好[12]，此时处理1、处理4、处理8牛肉的含水量分别为66.43%、66.58%和68.21%显著高于处理3、处理5、处理6、处理7和处理9（P＜0.05），因此a*值的变化可能也与牛肉持水性有关，水分含量的提高会使肌肉凝胶的含氧量降低，从而被水分子包围的血红蛋白的数量升高，进而导致牛肉a*值增大[13]。处理1牛肉的b*值最低为2.47且与其它各组差异显著（P＜0.05），处理8牛肉的b*值最高为7.01，这可能是因为受试验中预煮时间和蒸煮温度的影响，与其它各组相比处理8的预煮时间为9 min，长时间预煮会使肌红蛋白结构发生变化影响色泽，蒸煮时牛肉中的脂肪溶解导致b*值上升，处理8中的蒸煮温度为94℃是本试验中的最低温度，当蒸煮温度进一步升高时会使肌肉纤维蛋白变性，收缩程度加大，脂肪被推挤出来，从而使牛肉的b*值下降。

正交试验中剪切力的趋势图见图1。

图1 正交试验中剪切力的趋势图Fig.1 The trend picture of shear force in orthogonal test

如图1所示，处理1和处理6五香金钱腱的剪切力大于40 N显著高于其他处理组（P＜0.05），说明此时牛肉嫩度较差[14]，这可能是因为处理1和处理6在94℃条件下蒸煮温度不足，造成牛肉组织偏硬，随着蒸煮时间的延长，肌内胶原蛋白将发生溶解和凝胶化现象，可溶性胶原蛋白形成凝胶，对牛肉起到嫩化作用，而处理1的蒸煮时间为3.25 h，蒸煮时间最短，从而造成牛肉嫩度差。处理8的蒸煮温度也为94℃，但其滚揉时间为120 min显著地改善了牛肉的嫩度。由图1可知，处理4和处理7牛肉的剪切力值显著低于其他处理组（P＜0.05），牛肉较嫩。正交试验方案及结果见表4。

表4 正交试验方案及结果Table 4 Design and results of orthogonal experiment

结合正交试验中均值和极差的结果可以看出，五香金钱腱具有较高出品率的最佳工艺组合为C1D3A3B1，感官评定的最佳组合为C2D2A3B3，可知采用两种目标值的正交试验中只有预煮时间优化出的工艺都为9 min，而在滚揉时间、蒸煮时间及蒸煮温度上具有不一致性，需综合考虑。由表4可知，处理1、处理4与处理8的出品率最高，分别为80.59%、80.91%、83.71%，并且感官评定中处理4与处理8的评分也较高。由表中数据可知，滚揉时间过长及蒸煮温度过高会导致五香金钱腱出品率下降、口感和组织状态变差，滚揉时间90 min时牛肉整体品质最佳，蒸煮温度和蒸煮时间过低会导致感官评分下降，这与剪切力的结果相一致，同时蒸煮时间过长会导致产品得率降低，故蒸煮温度选为97℃，蒸煮时间选为3.50 h，此工艺参数的出品率为83.95%，感观评分为27.12。

2.2 扫描电镜结果

牛肉的嫩度是其重要食用品质之一。肉的嫩度或硬度主要是由肌纤维的有序结构产生的，结缔组织也起到重要作用，而这些组织对肉嫩度的贡献与肉的加工方法有关。结合2.1正交试验优化出的最佳工艺参数，进一步探究不同加工条件下牛肉肌原纤维蛋白和结缔组织（胶原蛋白）结构的变化，以及对产品品质的影响。

肌肉中的结缔组织主要以3种膜的结构形式存在：包裹在完整肌肉块外层的肌外膜，包裹在肌束外层的肌束膜以及存在于肌纤维之间的肌内膜，影响肌肉嫩度变化的主要是肌束膜。结缔组织对肉硬度的影响主要是通过胶原蛋白组成的肌束膜、肌内膜将肌原纤维连接形成有序的肌肉来实现的。肌束膜和肌内膜出现裂痕，肌内膜蜂窝状结构发生变形，肌束膜内胶原纤维松散，肌内膜和肌束膜分解成单个的胶原纤维都会使肉制品品质得以改善[15]。胶原纤维由胶原蛋白构成，是肌束膜和肌内膜的主要组成成分，肉经腌制工艺及熟制后胶原纤维发生变性和凝胶化甚至部分溶化，肌节收缩，肌细胞破裂，肌纤维和肌束间形成较大的空隙，蛋白变性并在胞外发生聚集呈颗粒状，进而影响肉品质量。肌纤维的微观结构变化见图2。

图2 肌纤维的微观结构变化（×500）Fig.2 Microstructural changes of muscle fiber（×500）

9组处理中的滚揉时间都是经过前期优化过的工艺，五香金钱腱整体显示出松散破碎的肌纤维状态，而这种破碎的程度也会影响肉的嫩度。由图2肌纤维的微观结构扫描电镜结果可知，处理4与处理7中牛肉肌纤维组织的破碎程度较大，这可能是因为处理4中的滚揉时间为120 min造成组织结构松散，肌纤维完整性丧失、M线和I带发生弱化和裂解程度大，肉制品嫩度提高，而且处理4中蒸煮温度为97℃和处理7中滚揉时间为90 min都已是正交优化结果中的参数。处理1中肌纤维结构排列整齐，可溶性的肌浆蛋白大部分没有被分解，而此时处理1中的工艺参数都不在正交优化结果的范围内，造成肉嫩度差，与图1中剪切力的结果一致。牛肉结缔组织和牛肉胶原纤维微观结构变化见图3。

图3 牛肉结缔组织的微观结构变化（a，×500）；牛肉胶原纤维微观结构变化（b，×1 000）Fig.3 Microstructural changes of beef connective tissue（a，× 500）；microstructural change of collagenous fibers of beef（b，× 1 000）

由图3中的处理a-4和处理a-7的结缔组织状态扫描电镜结果可知，此时筋膜膨松状态较明显，内部出现明显的裂痕及变形，肉经蒸煮工艺后，结缔组织结构会被弱化，这可能是由于维持结缔组织结构的主要成分-肌间蛋白多糖在加热过程中的溶解所导致，其连接肌纤维之间的能力也会减弱，结缔组织胶原蛋白的溶解使肉得到嫩化，这个结果与图1中五香金钱腱剪切力的结果相一致。而a-1的肌束膜的结构平整、无凸起及颗粒化现象，这可能是因为处理1中的工艺预煮时间3 min、蒸煮时间3.25 h、蒸煮温度94℃和滚揉时间60 min都不是正交优化结果中的最佳参数，导致其牛肉嫩度差。

由处理b-1和处理b-6可看出，肌束膜和肌内膜结缔组织结构破坏程度尚小，部分胶原纤维凝聚形成片状，这可能是由于处理1中各工艺的参数水平与上述优化得到的工艺条件相差较大，而处理6的蒸煮温度为94℃起不到嫩化牛肉的效果，而97℃蒸煮可得到理想的牛肉产品。处理b-3、处理b-5和处理b-9扫描电镜结果中肌束膜和肌内膜松散迹象明显，处理b-2和处理b-8胶原纤维发生变性和凝胶化现象[16]，同时可以发现处理b-7和处理b-4肌束膜和肌内膜结构破坏程度严重，肌内膜的蜂窝状结构严重变形，胶原纤维发生凝聚和颗粒化现象[17]，这可能是因为处理4中滚揉时间为120 min最长、处理7中蒸煮温度为100℃最高，滚揉时间过长会导致牛肉组织状态差，这与上述正交优化得到的滚揉时间90 min结果一致。这些现象最终会影响五香金钱腱产品嫩度及整体工艺品质的变化，加工生产中需严格按照优化工艺进行，保证肉品质量一致。

3 结论

通过对五香金钱腱加工中滚揉腌制工艺、预煮工艺、蒸煮工艺的研究，结合以上数据分析及正交组合试验的优化，从产品的颜色、嫩度、出品率、感官评定、以及肌纤维和结缔组织的微观结构分析出最佳工艺参数，即滚揉90 min、预煮9 min，97℃蒸煮3.50 h，此条件下加工的五香金钱腱产品品质最佳。

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The Technology Optimization of Pilot-scale Spiced Bovine Fore Shank

LIU Huan1，YU Chang-qing1，*，CHEN Hong-sheng1，*，SONG Da-wei1，QIU Zi-bing1，XIA Xiu-fang2
（1.College of Food Science，Heilongjiang BaYi Agriculture University，Daqing 163319，Heilongjiang，China；2.College of Food Science，Northeast Agriculture University，Harbin 150030，Heilongjiang，China）

In order to study effect of processing on spiced bovine fore shank quality，used bovine fore shank as raw material through orthogonal test.Tumbling curing process，pre-cooking process，cooking process were analysed and studied result of these technology on quality.Connective tissue and muscle fibers were observed by scanning electron microscopy（SEM），the beef tenderness were measured by shear force.This study aimed at meat color by means of chromatism，with the yield and the sensory index as the target value in the end.At the same time，optimal process combination of spiced bovine fore shank which were analysed by orthogonal test in the handling，orthogonal test optimization to suggesting best production process of spiced bovine fore shank quality with 90 min tumbling in curing process，9 min pre-cooking，then 3.50 h cooking in 97℃.

beef；technological quality；yield；scanning electron microscopy

2017-05-26

黑龙江省农垦总局科技攻关项目（HNK135-05-06）；黑龙江省应用技术研究与开发计划重大项目（GA15B302）

刘欢（1992—），女（汉），硕士研究生，研究方向：食品工程。

*通信作者：于长青（1969—），男，教授，博士，研究方向：畜产品加工及功能性食品研究与开发；陈洪生（1979—），男，副教授，博士，研究方向：畜产品加工。

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.16.019