黄玉米粗类黄酮在牛肉丸保鲜中的应用

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(1.山西农业大学食品科学与工程学院,山西太谷 030801; 2.华北理工大学生命科学学院,河北曹妃甸 063210; 3.山西农业大学农学院,山西太谷 030801)

牛肉丸作为我国传统美食,不仅风味鲜美、肉质细嫩、食用便捷,且具有补气益中、调和脾胃、强筋健骨之功效[1]。但在加工腌制过程中可能因携入微生物、杀菌不彻底、贮藏温度不达标等因素,而导致微生物过量繁殖,引起腐败变质,给消费者带来危害[2]。研究表明,富含多酚的植物提取物可以用作抗氧化剂和天然保鲜剂[3],延长肉及肉制品货架期。Islam等[4]研究结果表明,牛肉丸保存期间可以用0.3%木犀叶提取物代替丁基羟基茴香醚(Butylated Hydroxyanisole,BHA)作为保鲜剂,且不破坏牛肉丸品质。对植物衍生物与合成抗菌化合物和合成抗氧化剂进行比较的研究证实,天然化合物比合成化合物更具活性和安全性[5-6]。因此,添加天然抗氧化剂是食品防腐保鲜的最直接有效、安全可靠的手段[7-8]。

随着我国粮食生产从追求经济产量提高向追求质量功能提高的转变,粮食作物中丰富的天然生物活性物质受到人们的关注,使粮食作物成为维护健康、治疗疾病的膳食来源。黄玉米作为我国主要粮食作物之一,含有丰富的植物甾醇类、多糖类、生物碱、黄酮类、隐黄素、有机酸、矿物质等生物活性物质成分[9],其中最常见的黄酮类物质有山奈酚、桑色素、柚皮苷、芦丁、槲皮素、儿茶素等[10-11]。研究表明,黄酮类化合物具有消灭氧自由基、降低油脂氧化活力、提升酶抗氧化活性等作用,为预防人体衰老及抗炎、抗癌等药物提供了新的选择与机会[12]，还可作为保鲜剂应用于肉制品及冷却肉保鲜中,减缓贮藏期间由于脂质蛋白氧化导致硫代巴比妥酸反应物(Thiobarbituric Acid Reactive Substance,TBARS)值和挥发性盐基总氮(Total Volatile Basic Nitrogen,TVB-N)值等评定指标升高及微生物繁殖引起的腐败变质[13-14],延长食品货架期。本研究将从“纪元1号”黄玉米粉中提取并冻干的粗类黄酮,按不同剂量添加到加工好的牛肉丸中,于4 ℃下贮藏,通过测定牛肉丸的微生物及理化指标,评定黄玉米粗类黄酮对牛肉丸的保鲜效果,并探寻最优保鲜剂量,以期为黄玉米粗类黄酮应用于牛肉丸保鲜提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

黄玉米(ZeamaysL.)“纪元l号” 购于山西省朔州市应县;牛肉 购于山西农业大学双汇冷鲜肉店;食盐、白糖、生姜、大蒜、生姜、小茴香、肉蔻、胡椒粉、黄原胶、淀粉 均为市场购买;大豆分离蛋白 北京奥博星生物技术有限责任公司;复合磷酸盐 上海大立食品添加剂有限公司;异抗坏血酸钠 生物试剂,北京索莱宝科技有限公司;BHA 分析纯,成都化学试剂有限公司;芦丁 标品,上海蓝季科技有限公司;硫代巴比妥酸 上海安妍生物有限公司;无水乙醇、三氯甲烷、冰乙酸、碘化钾、硫代硫酸钠、淀粉指示剂、三氯乙酸、氯仿硝酸铝、亚硝酸钠、氢氧化钠 均为分析纯,天津市天力化学试剂有限公司。

FZl02型微型植物粉碎机 天津市泰斯特仪器有限公司;TDA.8002电热恒温水浴锅 北京化玻联医疗器械有限公司;WFJ2100型可见分光光度计 尤尼柯(上海)仪器有限公司;RE52A旋转蒸发浓缩仪 上海亚荣生化机械厂;PL3000冷冻干燥机 北京水方仪涛商贸有限公司;YXQ-LS-S2立式压力蒸汽灭菌器 上海博讯实业有限公司医疗设备厂;HPP-9272电热恒温培养箱 北京东联哈尔仪器制造有限公司;SZ-12A型绞肉机 杭州旭众机械设备有限公司;ZB20型斩拌机 诸城市新得利食品机械有限公司;SH-100肉丸机 广东穗华机械设备有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 黄玉米粗类黄酮的提取及不同浓度溶液的配制 按照本课题组前期获得的最佳提取工艺获得黄玉米粗类黄酮[15]。即将黄玉米籽粒风干、粉碎、过筛,得黄玉米粉。取黄玉米粉2 g于三角瓶中,加入体积分数95%的乙醇,料液比1∶35.5 g/mL,水浴69 ℃浸提111 min,将浸提液8000 r/min离心5 min,收集上清液,减压浓缩至原始体积的2/15,真空冷冻干燥,得黄玉米粗类黄酮粗提物,-20 ℃冷冻备用。

称量0.02、0.06、0.10 g上述提取的黄玉米粗类黄酮粗提物分别溶于100 mL无菌蒸馏水中,得到0.02%、0.06%、0.10%黄玉米粗类黄酮溶液,备用。

1.2.2 牛肉丸加工方法

1.2.2.1 工艺流程

1.2.2.2 操作要点 选择卫生检疫合格的牛肉800 g,剔除筋腱、骨头、脂肪等,放入冰箱冷却。将牛肉切成薄片,用筛孔直径为4 mm的绞肉机绞碎。按表1配方将碎肉腌制12 h后加入辅料与超纯水冰屑,保持温度在10 ℃以下,在斩拌机中斩拌5 min。将肉料捏成直径约为2 cm的丸子坯,在90 ℃热水中煮制10 min,捞出冷却[16-17]。预冷至肉丸中心温度为6 ℃,向各组样品(每组100 g)分别添加0.02%、0.06%、0.10%黄玉米粗类黄酮,以添加0.02% BHA和蒸馏水的样品分别做阳性对照和空白对照。然后放入4 ℃冷藏柜内,分别在冷藏0、1、3、5、7、9 d时取样,测定pH、TBARS、TVB-N值、菌落总数,重复3次。

表1 腌制液与辅料配方(以800 g牛肉计) Table 1 The formula of pickling agents and auxiliary materials(in 800 g beef)

1.2.3 指标测定 pH测定:参照GB 5009.237-2016《食品安全国家标准 食品pH的测定》[18]。评价标准:新鲜肉pH5.8～6.2,次鲜肉pH6.3～6.6,变质肉pH6.7以上。

TBARS值测定:采用分光光度法进行测定[19],以丙二醛MDA的相对含量变化表示。评价标准:良质肉0.202～0.664 mg/kg,次质肉>1 mg/kg。

TVB-N值测定:采用微量扩散法[20],以在碱性条件下能与水蒸气一起蒸馏出来的总氮量表示。评价标准:一级鲜度≤15 mg/100 g,二级鲜度≤20 mg/100 g,变质肉>20 mg/100 g。

菌落总数测定:参照GB 4789.2-2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》[21]。评价标准:熟肉制品微生物指标的最高安全限量值为5 lg cfu/g[22]。

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel 2013和Origin Pro 2017软件进行数据处理与绘图,采用SPSS 22统计分析软件进行方差分析、SNK法多重比较、相关性分析。实验结果用平均值±标准差表示表示。

2 结果与分析

2.1 黄玉米粗类黄酮对牛肉丸pH的影响

牛肉丸的pH多用来作为影响牛肉丸的滋味和测定微生物生长繁殖量的主要指标。从图1中可知,0 d时,各组的pH无显著差异(P>0.05)。整个贮藏期间,各组牛肉丸pH基本呈先上升后下降再逐渐上升的趋势。贮藏初期,可能由于加了保鲜剂和蒸馏水,pH先升高;贮藏第1～3 d时各组牛肉丸pH显著降低(P<0.05),可能是原料中混入的野生菌(主要是乳酸菌)将碳水化合物分解成乳酸、醋酸、丙酸等有机酸,使肉品pH降低[23]。随着贮藏时间的延长,3 d后pH均显著上升(P<0.05),一方面由于牛肉丸中碳水化合物较少(通常情况下其含量约为1.2%[24]),贮藏初期迅速耗尽;另一方面是其他需氧菌成为优势菌株,进一步将蛋白质分解成低分子的碱性含氮物质[25]。在同一贮藏期间,空白组牛肉丸的pH均高。在贮藏到第9 d,黄玉米粗类黄酮组牛肉丸的pH均显著低于空白组与BHA组(P<0.05),可见,黄玉米粗类黄酮对牛肉丸中蛋白质的分解有明显的抑制作用。本次研究中,所有肉样的pH均低于6.1,属于新鲜肉的范畴,可能与加工过程中高温蒸煮杀死微生物、香辛料抗氧化作用、低温贮藏有关。

图1 不同处理对贮藏期内牛肉丸pH的影响Fig.1 Effects of different treatments on pH values of beef meatballs during storage注:小写字母不同表示同一处理随贮存时间延长差异显著(P<0.05);大写字母不同表示相同贮藏时间下不同处理间差异显著(P<0.05);图2～图4同。

2.2 黄玉米粗类黄酮对冷藏牛肉丸TBARS值的影响

TBARS值是评价油脂氧化程度的重要指标[26]。从图2可以看出,0 d时,各组牛肉丸的TBARS值无显著差异(P>0.05)。随着贮藏期的延长,各组牛肉丸的TBARS值均呈现上升趋势,表明脂肪氧化程度在逐渐加强,这与前人研究结果相同[27]。空白组的TBARS值最大且上升速度最快,显著高于其他4个处理组(P<0.05);黄玉米粗类黄酮组之间的TBARS值差异不显著(P>0.05)。7 d时,空白组的TBARS值达到1 mg/kg,属于次质肉的范畴;黄玉米粗类黄酮组和BHA组的TBARS值均低于0.664 mg/kg,属于良质肉,说明空白组牛肉丸脂肪氧化程度最严重,而黄玉米粗类黄酮和BHA因其结构中酚羟基可以抑制脂肪氧化。另外,贮藏3 d 后,BHA组的TBARS值显著低于黄玉米粗类黄酮组(P<0.05),表明BHA比黄玉米粗类黄酮对脂肪氧化的抑制作用更强。就黄玉米粗类黄酮组对牛肉丸的抗脂肪氧化效果来看,0.06%处理组优于0.10%处理组,可见黄玉米粗类黄酮对脂肪氧化的抑制作用不是浓度越高效果越好,超过一定浓度,反而促进了氧化作用[28]。可能的原因是黄酮所含的酚羟基浓度升高,可分解氢过氧化物,生成过氧自由基(ROOH+AH·→ROO·+AH2)[29]。关于抗氧化剂在高剂量时的潜在毒性以及具体阈值研究甚少[30],今后需进一步深入研究。总之,黄玉米粗类黄酮可有效抑制牛肉丸脂肪氧化,延长其货架期。

图2 不同处理对贮藏期内牛肉丸TBARS值的影响Fig.2 Effects of different treatments on TBARS values of beef meatballs during storage

2.3 黄玉米粗类黄酮对冷藏牛肉丸TVB-N值的影响

TVB-N是肉蛋白质在内源酶或微生物作用下分解生成氨以及胺类等碱性含氮物质,是评价肉制品在加工贮藏期间蛋白质氧化程度的重要指标。本实验所用的牛肉丸经过高温烹煮,因此排除肉制品中酶的作用。由图3可知,随着贮藏时间的不断延长,各组牛肉丸的TVB-N值均呈显著上升趋势(P<0.05),且空白组的上升速度最快,BHA组的上升速度最慢(P<0.05),说明微生物对牛肉丸蛋白质不断分解,导致TVB-N在肉中不断积累,其中,空白组蛋白氧化程度最高,添加玉米黄酮和BHA可以抑制牛肉丸的蛋白质氧化。在第9 d时,空白组的TVB-N值为20.25 mg/100 g,超过了国家规定的变质肉标准20 mg/100 g,而黄玉米粗类黄酮组与BHA组牛肉丸仍具有食用价值。

图3 不同处理对贮藏期内牛肉丸TVB-N值的影响Fig.3 Effects of different treatments on TVB-N values of beef meatballs during storage

2.4 黄玉米粗类黄酮对牛肉丸菌落总数的影响

肉制品在贮藏过程中发生变质,多数是由微生物大量繁殖造成的。菌落总数反应了肉制品被细菌污染的程度以及卫生质量状况。从图4中可以看出,贮藏初期(0～1 d),各组肉样微生物生长繁殖速率较为缓慢,可能与牛肉丸加工中残存有未致死微生物,在新的贮藏环境条件下,不断自我修复调整以适应新的环境有关。随着贮藏时间的延长,各组牛肉丸的菌落总数均呈上升趋势,可能是由于经过一段时间的恢复,细菌逐渐适应新环境,利用牛肉丸中营养物质,自我生长和繁殖,进入了对数生长期,表现为菌落总数急剧上升。空白组菌落总数上升速度最快(P<0.05),第7 d时菌落总数对数值达到5.2 lg cfu/g,超过了GB2726-2016中规定的熟肉制品微生物指标的最高安全限量值5 lg cfu/g。在整个贮藏期,各处理组肉样的菌落总数均显著低于空白组(P<0.05),说明黄玉米粗类黄酮类似于BHA具有一定的抑菌作用。但不同处理组抑菌效果有差异,其中0.06%和0.10%处理组在第5、7、9 d与空白对照组差异显著(P<0.05),但0.06%和0.10%处理组之间差异均不显著,说明浓度较高的黄玉米粗类黄酮对贮藏期间牛肉丸的菌落滋生有显著的抑制作用,延长了牛肉丸货架期。

结合图1～图4发现,在本试验中,黄玉米粗类黄酮抑制牛肉丸pH、TBARS值和TVB-N值升高的最佳浓度为0.06%,而抑制菌落繁殖的最佳浓度为0.10%,可能的原因是黄玉米粗类黄酮的抑菌性能相对偏低,浓度越高抑菌性能越好,后续研究将对其抑菌浓度作进一步深入分析。

图4 不同处理对贮藏期内牛肉丸菌落总数的影响Fig.4 Effects of different treatments on total number of colonies in beef meatballs during storage

2.5 牛肉丸贮藏期间各品质指标的相关性分析

为了进一步阐明贮藏期间牛肉丸理化、微生物指标之间的相互作用,采用Pearson相关系数对上述指标进行分析(表2),结果表明,在4 ℃贮藏条件下,牛肉丸pH、TBARS值、TVB-N值和菌落总数等指标两两之间均呈极显著正相关(P<0.01),尤其TBARS值与TVB-N值和菌落总数的相关系数值以及菌落总数与TVB-N值的相关系数值均达到0.9以上,而pH与其它三个指标的相关系数值均小于0.6,由此可见氧化和微生物变化是影响牛肉丸品质的主要因素,其次才是pH。

表2 牛肉丸贮藏期间各品质指标的Pearson相关系数Table 2 Pearson correlation coefficient of the qualities of beef meatballs during storage

3 结论

本研究中,评价牛肉丸品质改变的指标主要有pH、TBARS值、TVB-N值及菌落总数。在牛肉丸贮藏期间,添加黄玉米粗类黄酮和BHA均可有效抑制微生物生长,减缓脂肪和蛋白质氧化速度,进而延长牛肉丸货架期;添加0.06%黄玉米粗类黄酮对冷藏牛肉丸的保鲜效果更佳,但不及0.02% BHA对牛肉丸的保鲜效果;0.10%黄玉米粗类黄酮抑制牛肉丸菌落繁殖效果最佳，但不及0.02%BHA。黄玉米粗类黄酮可以作为天然抗氧化剂添加到肉制品中,发挥其抗氧化和抑菌作用,可以考虑替代或部分替代BHA等合成抗氧化剂。根据品质指标相关性分析,可以把TBARS值、TVB-N值和菌落总数作为评价牛肉丸保鲜效果的主要指标,pH作为辅助指标。