加热温度和含水量对猪肉及其蛋白质特性的影响

吴利芬，张立彦*，汪 媛，胡嘉颖

（1.华南理工大学食品科学与工程学院，广东 广州 510640；2.佛山顺誉食品有限公司，广东 佛山 528000）

畜禽肉类干制品及半干制品通过脱除水分实现长期贮藏，并在此过程中形成特殊风味。如果这些制品的水分含量过低，则肉质较硬，失去弹性，加热后口感差；但水分含量过高，则肉质松散，不耐加热和贮藏，口感和风味也都很差[1]。目前，关于脱水肉制品的研究主要围绕风味、色泽、脂肪和蛋白质氧化以及贮藏特性等方面展开[2]，加热熟制产品的品质特性等尚未见相关报道。加热是食品加工的常用手段，加热会使肉中的蛋白质（包括肌纤维蛋白、肌浆蛋白和胶原蛋白）发生变性、收缩、聚集、溶解和降解，导致肉发生一系列的热致变化，肌纤维收缩，从而表现出特定的微观结构和宏观品质[3]。

本研究通过对比不同温度条件下脱水猪肉的蒸煮损失、pH值、肌浆蛋白溶解性、表面疏水性及巯基含量等理化性质的变化，结合肌肉蛋白质的降解特性，研究热处理时水分含量对猪肉理化性质及质构特性等的影响，并分析其作用机制。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1号土猪（生鲜质量（130±5） kg），购于广州市西亚兴安超市，约1 年畜龄公猪，取猪背脊肉为研究对象，剔除明显结缔组织和表面脂肪。

碘化钾 青岛市金海碘化工有限公司；乙二胺四乙酸二钠 苏州华欣旭化工科技有限公司；尿素 广州市启达化学试剂厂；溴酚蓝 上海伯奥生物科技有限公司；β-巯基乙醇 美国Sigma公司；预染蛋白 上海丛源生物技术有限公司；甘油 天津福晨化学试剂厂。上述试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

TA1质构仪 英国Lloyd公司；Center309热电偶上海远津自动化仪表有限公司；H2050R高速冷冻离心机湖南赫西仪器装备有限公司；DYCZ-30B夹心式垂直电泳槽 郑州南北仪器设备有限公司；DYY-6C电泳仪北京六一生物科技有限公司；PHS-3C pH计 上海精科仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品制备

取猪背脊肉，沿肌肉纤维方向切成30 mm×30 mm×15 mm的块状，质量约（16.0±0.2） g，于4 ℃冰箱中放置12 h；猪肉取出后室温放置0.5 h，为防止长时间低温脱水过程中微生物滋生，将肉块放入200 mL茶多酚溶液（质量浓度1.0 g/100 mL）中浸泡3～5 min，然后在（25±1） ℃条件下干燥脱水，制成含水量不同的猪肉样品，对照样湿基含水率为（71.45±0.74）%。用蒸煮袋真空包装后将样品分别在不同温度条件下水浴加热30 min，冷却后待测。

1.3.2 蒸煮损失率测定

参考Bertram等[4]的方法。按照下式计算蒸煮损失率。

式中：m1为水浴加热前样品质量/g；m2为水浴加热后样品质量/g。每组样品测定5 次。

1.3.3 pH值测定

将样品绞碎，准确称取5.0 g，加入50 mL去离子水，用高速分散机均质30 s后再用pH计测定。每组样品测定5 次。

1.3.4 质构特性和剪切力测定

将待测肉样切成20 mm×10 mm×10 mm的块状。参考Martinez等[5]的方法，质构特性测定参数：选用P/36R不锈钢圆柱型探头；测试前速率、测试速率和测试后速率分别设为2.0、1.0、5.0 mm/s；压缩比设为40%；2 次压缩时间间隔为5.0 s。猪肉剪切力值的测定参考Christensen等[6]的方法。每组样品测定5 次。

1.3.5 蛋白质溶解性测定

肌肉总蛋白和肌浆蛋白溶解性的测定参考Martino等[7]的方法。

1.3.6 肌原纤维蛋白表面疏水性测定

肌原纤维蛋白的提取参考吴菊清[8]的方法。表面疏水性测定：取2 mL稀释肌原纤维蛋白溶液（质量浓度10 mg/mL），加入400 µL 1 mg/mL的溴酚蓝溶液，涡旋振荡10 s，充分混合；以相应的磷酸缓冲液为空白对照组，于10 000 r/min条件下离心8 min后，在595 nm波长处测定上清液的吸光度[9]。每组样品测定3 次。

1.3.7 肌原纤维蛋白巯基含量测定

参考Sun Weizheng等[10]的方法，并略作修改。取1.5 mL质量浓度为10 mg/mL的肌原纤维蛋白样液，悬浮于10 mL的Tris-Gly缓冲液中，加入50 µL二硫代二硝基苯甲酸（dithiodinitrobenzoic acid，DNTB）溶液，25 ℃保温1 h后，12 000×g条件下离心10 min；同时以不加蛋白样液为空白对照组，取上清液测定412 nm波长处的吸光度，双缩脲法测定相应的蛋白质含量。每组样品测定3 次。

1.3.8 肌原纤维蛋白电泳分析

采用Laemmli[11]的不连续十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electropheresis，SDS-PAGE）对肌原纤维蛋白进行分析，并进行拍照分析。

1.4 数据处理

采用Origin 8.0软件进行数据处理，数据均以平均值±标准差的形式表示；用SPSS 21.0软件进行方差分析，用Duncan新复极差法比较各处理水平的差异显著性，置信度95%；采用皮尔逊相关系数法分析相关性。

2 结果与分析

2.1 加热温度对不同含水量猪肉蒸煮损失率的影响

图1 不同加热温度条件下不同含水量肉样的蒸煮损失率变化Fig.1 Changes in cooking loss of pork with different moisture contents at various heating temperatures

由图1可知：不同含水量肉样的蒸煮损失率均随温度的提高而逐渐上升，其中对照组肉样的蒸煮损失率变化最为显著（P＜0.05），而脱水后的肉样蒸煮损失率则小得多，且含水量越低，肉样蒸煮损失率受加热温度的影响越小，尤其是含水量低于45%（m/m，湿基，下同）的肉样；与对照组相比，在同一加热温度条件下，各肉样的蒸煮损失率均随含水量的降低而显著下降（P＜0.05），最大蒸煮损失率仅为2.5%（干基）左右（肉样含水量50%，加热温度100 ℃），远远低于同条件下的对照样。这是由于在常温干燥过程中，样品中的自由水及部分束缚水已经被脱去，尤其是含水量在45%以下的样品组，加热时肉中可供失去的水分较少。另外，上述变化趋势及差别也可能是由于脱水后肉样蛋白质相对比较稳定，受加热影响变性失水的程度较小，有待进一步研究探讨。

2.2 加热温度对不同含水量猪肉pH值的影响

图2 不同加热温度条件下不同含水量肉样的pH值变化Fig.2 Changes in pH value of pork with different moisture contents at various heating temperatures

由图2可知：加热处理前肉样的pH值偏低，在80 ℃以下温度范围时，加热破坏蛋白质中的化学键（氢键、疏水作用等），导致结构改变，蛋白质分子上的酸性基团减少或被包埋[12]，样品pH值随温度的上升而上升；含水量35%～50%之间的肉样加热过程中的pH值及其随温度的变化趋势无显著差异（P＞0.05），但基本均显著低于对照组、显著高于含水量30%的肉样（P＜0.05），这可能与干燥过程中猪肉内部脂肪和蛋白质的结构变化以及一些微生物代谢有关；在90 ℃左右，未经干燥猪肉的pH值略有降低，可能的原因是猪肉脂肪部分水解为脂肪酸，从而使pH值下降[12]。

2.3 加热温度对不同含水量猪肉质构特性的影响

图3 不同加热温度条件下不同含水量肉样的硬度变化Fig.3 Changes in hardness of pork with different moisture contents at various heating temperatures

图4 不同加热温度条件下不同含水量肉样的咀嚼性变化Fig.4 Changes in chewiness of pork with different moisture contents at various heating temperatures

图5 不同加热温度条件下不同含水量肉样的弹性变化Fig.5 Changes in elasticity of pork with different moisture contents at various heating temperatures

由图3～5可知，对照样的硬度及咀嚼性随加热温度的升高而缓慢增加，在加热至80～90 ℃后硬度、咀嚼性及弹性达到最大值，之后随温度上升逐渐下降。Crawford等[13]研究表明，肌原纤维蛋白及结缔组织的热变性及收缩是肉制品在加热过程中硬度、咀嚼性等质构性质发生变化的主要原因。加热温度较高时，结缔组织降解为明胶，肌肉组织松散、硬度下降[14]。

相对地，脱水肉样的上述质构参数均显著高于对照样，且随含水量降低而显著增大（P＜0.05）。另外，随着热处理温度的升高，所有样品的硬度、咀嚼性及弹性均先急剧上升而后逐渐下降，但肉样含水量不同时，各参数的变化趋势有显著差异（P＜0.05）。脱水肉样在加热至50 ℃后，上述质构参数急剧增加；样品出现硬度、咀嚼性峰值时所对应的加热温度随含水量的降低逐渐上升，例如，含水量50%的肉样，其上述质构参数峰值所对应的温度接近60 ℃，当肉样含水量下降到30%时，峰值所对应的温度则上升至80 ℃。分析其原因，可能是由于脱水使肌纤维发生纵向及横向收缩，结构更加致密紧缩，硬度及咀嚼性增加[15]，加热则进一步使肌原纤维蛋白及结缔组织收缩变性，硬度及咀嚼性增加非常显著。对于含水量低于40%的脱水肉样来说，即使加热温度达到100 ℃，样品的硬度及咀嚼性仍非常高，说明脱水可以使肉中的肌原纤维蛋白及结缔组织热稳定性增加，变性及降解程度下降[15]。加热前不同含水量猪肉的弹性差异不明显，但加热后低含水量猪肉（＜40%）的弹性显著增大，这可能是由蛋白质结构变化造成的。

2.4 加热温度对不同含水量猪肉剪切力的影响

图6 不同加热温度条件下不同含水量肉样的剪切力变化Fig.6 Changes in shear force of pork with different moisture contents at various heating temperatures

由图6可知：对照样的剪切力先后出现2 个上升区间，这与Combes等[16]的研究结果类似，这主要是由于不同加热温度条件下肌原纤维蛋白和结缔组织的收缩及变性；含水量为50%、45%、40%的肉样加热过程中的剪切力也呈现阶段性变化；而水分含量为30%和35%的肉样剪切力在70～80 ℃温度范围内持续上升，之后则随温度上升变化不显著（P＞0.05）。这应该是由于水分含量低的肉样肌纤维排列本就很紧密，加热使肌纤维进一步收缩紧致，剪切难度增加，使较高温度下（≥90 ℃）结缔组织收缩及肌动球蛋白等的变性对剪切力的影响变得不明显；另一方面，推测脱水使肉样中肌原纤维蛋白及结缔组织因加热而变性的程度较低（尤其是低含水量肉样）[13]，导致剪切力随温度变化不明显。

2.5 加热温度对不同含水量猪肉蛋白质溶解性的影响

图7 不同加热温度条件下不同含水量肉样的总蛋白溶解性变化Fig.7 Changes in total soluble protein in pork with different moisture contents at various heating temperatures

不同加热温度条件下不同含水量猪肉的总蛋白溶解性变化曲线可以反映猪肉中蛋白质的变性情况。由图7可知：随着加热温度的升高，对照样总蛋白溶解性均下降，且在40～60 ℃之间下降速率最快，此趋势与Shaarani等[17]的研究结果类似；加热前，各脱水肉样中总蛋白质溶解性与对照样差异不大（P＞0.05），随加热温度上升的变化趋势也与对照样类似，但随温度上升的下降程度随含水量的降低而逐渐减小，在含水量为40%以下时这种影响更加明显，且含水量的影响变得不再显著（P＜0.05），表明水分脱除可以降低肉中蛋白质的变性程度。这可能是由于肌肉在干燥过程中收缩并挤压肌纤维，导致蛋白质在水溶液中的平衡作用被打破[18]，蛋白质的热稳定性提高，且随含水量降低而增强。

图8 不同加热温度条件下不同含水量肉样的肌浆蛋白溶解性变化Fig.8 Changes in sacoplasmic protein solubility in pork with different moisture contents at various heating temperatures

由图8可知：含水量大于45%的肉样肌浆蛋白溶解性随加热温度的升高而下降，且在40～80 ℃之间下降速率较快；而含水量低于45%的肉样肌浆蛋白溶解性随加热温度的上升变化不大，且随含水量下降而显著上升（P＜0.05），进一步证明上文中的结论：脱水提高了肉中蛋白质的热稳定性。

2.6 加热温度对不同含水量猪肉肌原纤维蛋白表面疏水性的影响

图9 不同加热温度条件下不同含水量肉样的肌原纤维蛋白表面疏水性指数变化Fig.9 Changes in surface hydrophobicity of myofibrillar protein in pork with different moisture content at various heating temperatures

蛋白质表面疏水性可用于推测蛋白质结构及分子间相互作用的变化。由图9可知，肉样肌原纤维蛋白表面疏水性指数在低温范围（含水量大于45%的样品25～40 ℃、含水量低于45%样品25～50 ℃）内随加热温度的上升增加不显著（P＞0.05），之后随加热温度的上升迅速增大，在高于70 ℃后变化又趋于平缓，甚至有轻微下降，这可能由于此时暴露在蛋白质表面的非极性氨基酸促使蛋白质发生聚集[19]。

加热过程中含水率较高的肉样（对照样及含水率50%肉样）肌原纤维蛋白表面疏水性指数显著低于含水量较低（≤40%）的肉样（P＜0.05），推测是由于脱水时部分蛋白质氧化，结构展开，内部的疏水基团暴露[20]；另外，也有研究指出表面疏水性增加的原因可能是蛋白质表面经蛋白质酶降解，从而导致内部疏水基团外露[21]。

2.7 加热温度对不同含水量猪肉肌原纤维蛋白巯基含量的影响

图10 不同加热温度条件下不同含水量肉样的肌原纤维蛋白巯基含量变化Fig.10 Changes in total sulfhydryl content of myofibrillar protein in pork with different moisture contents at various heating temperatures

由图10可知：对照样及含水量50%的肉样肌原纤维蛋白巯基含量在40～80 ℃温度条件下降程度较大，40 ℃以下及70 ℃以上时的变化不明显（P＞0.05），与表面疏水性的变化温度相对应；含水量40%及45%肉样的肌原纤维蛋白巯基含量随温度的上升显著下降（P＜0.05）；而含水量30%及35%肉样的肌原纤维蛋白巯基含量随温度的上升逐渐下降，但各温度条件下差异不显著（P＞0.05），表明脱水增加了蛋白质的热稳定性，使其在加热过程中变性程度下降。

2.8 不同加热温度条件下不同含水量猪肉中肌原纤维蛋白的SDS-PAGE图谱

由图11可知：猪肉肌原纤维蛋白的SDS-PAGE图谱中肌球蛋白重链条带（205 kDa）随加热温度的上升而逐渐变细变浅；加热温度上升至100 ℃左右时，电泳条带减少且伴有明显弱化现象，这应该与肌原纤维蛋白部分降解有关。

图11 不同加热温度条件下不同含水量肉样的肌原纤维蛋白SDS-PAGE图谱Fig.11 SDS-PAGE pattern of myofibrillar protein from pork heated at various temperatures

不同含水量猪肉的肌原纤维蛋白条带随温度的变化程度有所不同。例如，与对照样相比，含水量30%的猪肉肌原纤维蛋白条带随温度的变化情况显著不同，60 ℃以下时，该样品中肌球蛋白重链（205 kDa）条带的颜色随温度升高变化不明显，与其他水分含量样品相比，肌动蛋白（43 kDa）条带的颜色则有所加深，表明脱水使样品中的蛋白质结构发生变化，热稳定性增强，减缓了肌原纤维蛋白的热降解，进而影响肉的质构特性[15]，这与图3～4及图6的变化趋势基本一致。

3 讨 论

脱水肉制品受到水分含量、干燥温度、时间及食盐含量等因素影响[22]，呈现出显著不同于新鲜肉的风味及质构特性。除上述因素外，加热熟化对脱水肉中蛋白质的影响也不容忽视，加热历程与肉质构参数变化密切相关。加热会使肉中蛋白质分子内外的共价键、次价键等发生断裂和变化，包括二硫键断裂、疏水基团暴露、结构变化等，导致肌原纤维蛋白、肌浆蛋白和胶原蛋白变性和伸展、收缩及降解，进而引起肉热致特性（蒸煮损失、pH值、色泽、剪切力、肌原纤维蛋白、胶原蛋白的溶解性及热稳定性、分子大小、质构参数、超微结构及肌纤维密度等）的变化[3,15]，且不同温度条件下上述特性的变化并不相同。

本研究发现，脱水肉样的质构参数（硬度、咀嚼性及弹性）及剪切力在加热过程中的变化与对照组鲜肉样显著不同。肉样硬度、咀嚼性及弹性峰值对应的加热温度随含水量降低逐渐上升，低含水量脱水肉样100 ℃热处理后的硬度及咀嚼性仍非常高，结合各脱水肉样剪切力随加热温度的变化趋势分析原因，除了物理因素（肌纤维收缩、肉质紧实、致密）的影响外，推测水分含量降低可能提高了肉中蛋白质的热稳定性，加热过程中脱水肉样的蒸煮损失情况也从侧面支持了上述推测。

焦文娟[22]、Herrero[23]等的研究结果均表明，蛋白质结构及性质的变化与肉的质构特性具有相关性。本研究通过对比测定发现，加热过程中随着加热温度逐渐升高，温度对猪肉蛋白溶解度及其肌原纤维蛋白巯基含量的影响随肉样含水量降低逐渐变得不显著（P＞0.05），肌原纤维蛋白热降解程度降低，尤其是含水量低于40%的肉样。从蛋白质分子特性角度证明，脱水会造成猪肉肌原纤维蛋白及肌浆蛋白热稳定性增加，且随含水量的降低，温度对上述特性的影响逐渐降低，进一步确证了上述推测。

4 结 论

脱水后猪肉在加热过程中的部分特性（蒸煮损失、质构特性参数及剪切力）随加热温度的变化趋势与未经脱水的对照样显著不同（P＜0.05）：脱水肉样的硬度、咀嚼性变化幅度显著大于对照样（P＜0.05），其达到最大值时对应的加热温度随肉样含水量的降低而升高，弹性的变化幅度也大于对照样；不同含水量的肉样，其剪切力随加热温度升高的变化趋势不同。对加热过程中猪肉蛋白质溶解性及肌原纤维蛋白的表面疏水性、巯基含量及降解情况等进行测定和对比分析，认为干燥脱水引起肌原纤维蛋白结构变化，热稳定性增加，造成脱水猪肉质构等特性在加热过程中呈现出不同于对照样的变化趋势。