有机酸前处理对风干牦牛肉理化性质及挥发性风味物质的影响

郑娇，唐善虎*，李思宁，谭雪梅，龚珏，夏佳军

1(西南民族大学 生命科学与技术学院，四川 成都，610041) 2(阿坝藏族羌族自治州工业经济研究所，四川 阿坝藏族羌族自治州，624000)

风干肉作为休闲食品，因其方便食用、简易携带而受到众多消费者的喜爱，具有很好的市场前景。目前，市场上风干肉制品主要以猪肉、牛肉为原料加工制作而成，而以牦牛肉为原料制作的风干肉产品种类相对单一。传统风干牦牛肉大多以自然风干为主，由于风速、温度及湿度不可控，导致风干牦牛肉质地坚硬粗糙、色泽不佳等问题，难以满足消费者多元化需求，影响风干牦牛肉的消费市场[1]。因此，改善风干牦牛肉的质地，克服风干牦牛肉干硬等缺陷是一个亟待解决的问题。

目前，有关风干肉嫰化处理的研究已有报道。汪学荣等[2]发现，用15 g/L菠萝蛋白酶、30 g/L CaCl2及0.6 g/kg抗坏血酸钠复合腌制牛肉，制成的肉干剪切力最小，嫩化效果最好，且菠萝蛋白酶对剪切力影响显著。吴锋等[3]发现，不同腌制剂和腌制时间对牛肉干品质有不同程度的改善，但以复合磷酸盐腌制48 h嫩化效果最佳。娄爱华等[4]使用CaCl2、木瓜蛋白酶、复合磷酸盐作为嫩化剂处理猪肉，发现CaCl2的嫩化效果最优；而复合嫩化剂的最佳配方为10 g/L CaCl2、1 g/L木瓜蛋白酶、3 g/L复合磷酸盐。赵改名等[5]研究了Na2CO3注射对牛肉干嫩度的影响，发现随着Na2CO3浓度升高，牛肉干剪切力下降；Na2CO3浓度为0.35 mol/L时，牛肉干品质改善效果最好。卜宁霞等[6]优化了姜汁嫩化鸡肉干工艺，结果表明，嫩化最佳工艺条件为姜汁浓度50%、腌制时间2.7 h、腌制温度44 ℃，腌制后再83 ℃烘烤。STANTON等[7]研究发现，向牛肉中注射乳酸，肌束膜中可溶性胶原蛋白含量比对照显著提高。

有机酸作为食品酸味调节剂，进入人体后可正常代谢，不会对人体产生危害。国内外对于有机酸在食品中的应用已经有较广泛研究。有学者采用有机酸结合NaCl处理牛肉对其肌内胶原蛋白影响的研究[8]，但是主要集中于对肉及肉制品的抑菌机理、产品保鲜等方面的研究[9-11]。用有机酸前处理牦牛肉制成风干肉，提高产品嫩度等理化特性及风味物质影响研究尚未见报道。本文通过测定风干牦牛肉样品的理化性质及挥发性风味物质，为改善风干牦牛肉理化特性及风味品质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

牦牛肉，来自四川省阿坝州红原县自然放牧、健康无病的3岁龄公牦牛背最长肌；乳酸、醋酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸、K2HPO4、KH2PO4、牛血清蛋白(BSA)、酒石酸钾钠、CuSO4·5H2O、Na2HPO4·12H2O、Na2HPO4·2H2O等，分析纯，成都科龙试剂厂。

Trace DSQ型 GC-MS 联用仪(配Tripplus自动进样)，美国Thermo公司；UV1810/UV1810S/UV1900系列紫外可见分光光度计,上海佑科仪器有限公司；CM-700D/600D分光测色计,日本柯尼卡美能达；TA-XT Plus质构仪,英国Stable Micro Systems 公司；5804R型离心机,德国埃普多夫股份有限公司；HD-3A型智能水分活度测量仪,无锡市华科仪器仪表有限公司；MP511 pH计,上海三信仪表厂；FSH-2A型可调高速组织匀浆机,金坛市华城海龙实验仪器厂；LDO-9240A电热恒温鼓风干燥箱,上海龙跃实验仪器有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 风干牦牛肉的制备

将剔除筋膜、结缔组织以及多余脂肪的牦牛背最长肌切成10.0 cm×4.5 cm×0.5 cm的肉片，按料液比1∶1添加乳酸、柠檬酸、醋酸腌制液对牦牛肉进行腌制处理。设置3种有机酸腌制液的体积分数分别为0%、1%、2%、3%、4%、5%。在4 ℃条件下密封腌制24 h。腌制完成后将牦牛肉取出，放入75 ℃鼓风干燥箱中烘16 h。风干完成后，取出样品对各项指标进行测定。

1.2.2 剪切力的测定

对腌制好的牦牛肉的剪切力进行测定，参考SANCHEZ-BRAAMBILA等[12]的方法。测定参数如下：模式为压缩；测前速度2.50 mm/s；测试速度1.5 mm/s；测后速度10.5 mm/s；压缩比50%；负载类型为Auto-50.0 g；探头为HDP/BSW；数据获得率为200 PPS。测定结果用牛顿(N)表示。

1.2.3 pH的测定

称取绞碎后的牦牛肉样品1.0 g，加入9.0 mL蒸馏水，于5 000 r/min一起匀浆30 s。使用pH计立即测定pH值[13]。

1.2.4 色差的测定

参考詹昌玲等[14]的方法，并作修改。选取风干牦牛肉平整部位将其切成1.5 cm×1.5 cm×0.5 cm大小，用校准后的色差计进行测定，记录L*值(亮度)、a*(红度)、b*值(黄度)。

1.2.5 水分含量的测定

依照国标GB 5009.3—2010《食品安全国家标准食品中水分的测定》中105 ℃烘干恒重法测定风干牦牛肉中的水分含量。

1.2.6 Aw的测定

取绞碎后的风干牦牛肉样品1 g，采用校正后的水分活度仪进行测定。

1.2.7 肌原纤维小片化指数(myofibrillar fragmentation index，MFI)的测定

参考魏秀丽等[15]的方法，并略作修改。称取2 g绞碎的风干牦牛肉样，加入20 mL预冷(4 ℃)的MFI缓冲液(100 mmol/L KCl、11.2 mmol/L K2HPO4、8.8 mmol/L KH2PO4、1 mmol/L EDTA、1 mmol/L MgCl2)，冰浴条件下匀浆(12 000 r/min，40 s，每次10 s，中间间隔10 s)。于1 000×g离心15 min(4 ℃)，弃掉上清液。在沉淀中加入15 mL预冷的MFI缓冲液将沉淀充分悬浮，再离心(1 000×g，15 min，4 ℃)，弃掉上清液。沉淀用7.5 mL预冷的MFI缓冲液充分悬浮后，用滤布过滤去除结缔组织，再用7.5 mL预冷的MFI缓冲液冲洗离心管并过滤，合并滤液得肌原纤维蛋白悬浮液。采用双缩脲法测定所得蛋白质浓度，再用MFI缓冲液调整蛋白质浓度至0.5 mg/mL，在540 nm波长处测定吸光度。所得结果乘以200即可得到MFI值。

1.2.8 风干牦牛肉感官评价

参考王元等[16]的方法，并略作修改。选取肉品研究实验室的8名研究生同学对样品的滋味、风味、色泽、口感、组织状态、整体可接受程度6个方面进行感官评分，感官评分标准见表1。

表1 风干牦牛肉感官评分标准

1.2.9 挥发性化合物的测定

参考张杰等[17]的方法，采用SPME-GC-MS法测定肉干中的挥发性风味物质。称取绞碎的风干牦牛肉样品2 g置于顶空瓶中，压盖密封。设置萃取温度为60 ℃，萃取风味物质30 min，进样口处解吸3 min。气相色谱条件：HP-5MS 色谱柱(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；载气为氦气，流速1.0 mL /min；分流进样，分流比为10∶1；进样口温度265 ℃；升温程序：起始温度45 ℃保持2 min，以15 ℃/min升温至105 ℃，再以5 ℃/min升温至225 ℃，最后以10 ℃/min升至265 ℃。质谱条件：EI离子源，电子能量为70 eV，离子源温度为230 ℃，质量扫描范围30～550 amu。结果经计算机自动检索(NIST 08)进行定性分析，同时由 Thermo Xcalibur 2.2 软件系统完成手动对照检索，要求正反向匹配因子均800，最后利用面积归一法计算已鉴定的挥发性物质的相对含量。

1.3 数据处理

所有试验均重复3次，试验结果以平均数±标准差表示。使用SPSS 21.0进行分析，用单因素方差分析检测各处理组之间的差异显著性(P<0.05)；采用 Duncan 法进行平均数之间的多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同有机酸腌制处理后牦牛肉剪切力的变化

肌内结缔组织的构成以胶原蛋白为主要成分。胶原蛋白对嫩度的影响不仅取决于蛋白分子间的交联水平，而且取决于蛋白质分子间的相互作用力[18],如图1所示。

图1 不同有机酸腌制处理对牦牛肉剪切力的影响

牦牛肉的剪切力随酸体积分数的增加呈显著下降的趋势(P<0.05)，这可能是因为酸体积分数增加引起肉的pH下降，破坏了胶原蛋白分子间的交联，引起大量的蛋白被快速水解。AKATAS等[19]采用乳酸、柠檬酸腌渍牛肉背最长肌，对肌间结缔组织进行差示扫描量热测定，结果显示肌间结缔组织变性，起始温度和变性峰温度显著下降。有研究发现，用醋酸腌制处理后的牛肉剪切力下降[20]。从图1可以看出，不同酸处理组剪切力由高到低顺序为柠檬酸、乳酸、醋酸。

2.2 不同有机酸处理对风干牦牛肉pH的影响

不同有机酸前处理后的风干牦牛肉pH如表2所示。不同酸前处理样品的pH由高到低依次为柠檬酸、乳酸、醋酸(P<0.05)。KIJOWSKI等[21]用醋酸和乳酸腌制牛肉，得出与本试验结果一致的结论。同种酸不同水平处理后的风干牦牛肉，其pH间存在显著差异(P<0.05)。在所有处理中，5%醋酸前处理组样品的pH值最低，为3.38，这种差异是由于腌制液与肌肉间质子不平衡所造成[22]。

表2 不同有机酸处理对风干牦牛肉pH的影响

注：不同大写字母表示不同种酸同一酸体积分数之间差异显著(P<0.05)；不同小写字母表示同种酸不同酸体积分数间差异显著(P<0.05)(下同)

2.3 不同有机酸处理对风干牦牛肉色泽的影响

由表3可知，随着酸体积分数的增加，同种酸制备的风干牦牛肉的L*值显著上升(P<0.05)，a*值显著下降(P<0.05)，b*值无明显变化(P>0.05)，这与ARGANOSA等[23]的结论一致。L*的增加，可能归因于有机酸处理使肉表面结构受到破坏，致使存在于肌外膜、肌束膜、肌内膜的胶原蛋白等物质溶解而渗出到制品表面；还可能是因为有机酸渗入到肌肉内部，对肌纤维束间产生了破坏，增加了肌纤维束间水分的渗入。MIKEL等[24]研究发现有机酸处理会导致肉制品a*下降，特别是在低pH下，肉色会变得更加深暗。MIKEL等[24]认为这是由于酸处理使肉中的肌红蛋白含量变少所致。QUARTEY-PAPAFIO 等[25]则认为低pH时有机酸造成的颜色较深，是因为在肌红蛋白卟啉环中的亚铁氧化转化为铁所致。

表3 不同有机酸处理对风干牦牛肉色泽的影响

2.4 不同有机酸处理对风干牦牛肉含水量的影响

肉及肉制品中的水主要存在于肌原纤维蛋白之间，且大多数不易流动水存在于肌原纤维蛋白之内[26]。肉制品持水能力的变化取决于肌原纤维蛋白原始结构[27]。不同种类和水平的酸处理对风干肉的含水量影响见表4。

表4 不同有机酸处理对风干牦牛肉含水量的影响

从表4可知，采用1%～5%的酸处理后，风干肉含水量随酸水平的提高显著增加(P<0.05)，这可能是因为不同有机酸处理后，肌原纤维蛋白结构的完整性遭到破坏，促使肌原纤维蛋白容纳了更多的水。3种有机酸处理后的风干牦牛肉的含水量由高到低依次为醋酸、乳酸、柠檬酸。GAULT[28]研究发现酸处理后肌肉的持水力有所上升，与肌原纤维蛋白的等电点有关；在低pH下肌肉蛋白水合能力更强，是由于净正电荷增加且pH下降施加的渗透压作用抑制了蛋白质在等电点时与肌肉热变性有关的特征变化。

2.5 不同有机酸处理对风干牦牛肉Aw的影响

Aw对肉及肉制品的货架期有着重要的影响。Aw除影响微生物的生长外，还会影响肉中内源酶(脂肪酶、蛋白酶)的活性，对制品的风味、品质产生一定影响[29]。如图2所示，酸体积分数在1%～5%时，风干牦牛肉的Aw随着酸水平的提高而上升，这可能是因为有机酸处理引起肉制品含水量增加所致。且有机酸体积分数在1%～4%时，处理后的风干牦牛肉的Aw明显低于对照组。3种有机酸处理后样品的Aw由高到低顺序为醋酸、乳酸、柠檬酸，这说明可通过适量添加有机酸处理鲜牦牛肉来控制风干肉的含水量及Aw，进而改善风干肉的理化特性、延长风干肉制品的货架期。

图2 不同有机酸处理对风干牦牛肉Aw的影响

2.6 不同有机酸处理对风干牦牛肉MFI的影响

MFI的大小体现了肌原纤维及其骨架蛋白的完整程度，间接反映出肉品的嫩化程度,MFI值越大，肉品的嫩化程度越高[30]。有文献报道，μ-钙蛋白酶是引起肉及肉制品嫩化的主要内源酶[30-31]。如图3所示，风干牦牛肉的MFI值随着酸体积分数的增加而显著上升(P<0.05)，这表明有机酸前处理起到了嫩化牦牛肉的作用，且嫩化程度随酸浓度增加而提高。可能是因为酸体积分数增加导致pH下降，而μ-钙蛋白酶活性受到pH的影响所致。当pH>6.1，肌质Ca2+摩尔浓度为10-7mol/L，不足以激活μ-钙蛋白酶；当pH下降到6.1以后，肌质Ca2+浓度升高至10-4mol/L，μ-钙蛋白酶被激活，蛋白质降解使产品达到嫩化。还可能是因为有机酸处理引起了肌原纤维蛋白水解。pH下降，溶酶体组织蛋白酶向胞质的释放加速，肌球蛋白重链的降解强度增加，肌原纤维结构改变，包括M-线的破坏和I-带的减弱，胶原蛋白热稳定性下降[32]。从图3可知，3种酸处理的风干牦牛肉MFI值的高低顺序为醋酸、柠檬酸、乳酸。结合2.1研究结果可知，醋酸前处理组剪切力最小，MFI最大。

图3 不同有机酸处理对风干牦牛肉MFI的影响

2.7 不同有机酸处理对风干牦牛肉感官品质的影响

感官评分结果如表5所示,体积分数为3%、4%柠檬酸处理后获得的风干牦牛肉滋味最好、风味最佳，体积分数为4%、5%醋酸处理口感最好。因此，在肉类食品实际生产加工过程中，应通过控制好酸添加量来把控产品整体的感官品质。

2.8 不同有机酸处理对风干牦牛肉挥发性风味物质的影响

在肉制品加工过程中，存在于肉中的风味前体物质会发生各种生化反应而产生多种呈味物质，赋予肉制品特殊的风味。这些风味物质主要通过美拉德反应、脂质氧化和热降解3种途径形成。不饱和脂肪酸氧化后生成了大量的醛类物质，因此肉制品的风味受醛类物质的影响较大。而脂质过氧化产生的醛类物质又能与蛋白质的游离氨基反应，形成席夫碱[33]。醛类物质的阈值较低，对肉制品的风味贡献较大。酸类物质可由相对应的醛类物质经氧化、还原形成[34]。大多数的酮类物质可由脂肪氧化和美拉德反应产生。与它的同分异构体醛类物质相比，酮类物质阈值高，所以其对肉制品风味的贡献不如醛类大。酯类、挥发性酚类物质赋予产品以果香，但是除内脂、硫酯外，大多数酯类阈值较高，因此对产品的风味影响不大。醇类物质来源于脂质的氧化，其阈值较高，对肉产品风味影响较小。脂肪酸的烷氧自由基的均裂会产生烷烃类物质，该物质阈值较高，对产品风味的贡献不大，但是此类物质可作为醛、酮的前体物质，促进肉产品风味的形成[35]。

不同酸处理的样品中挥发性风味物质测定结果如表6所示。

表5 不同有机酸处理后风干牦牛肉感官评分结果

表6 不同有机酸处理风干牦牛肉中挥发性风味物质相对含量 单位：%

续表6

风味物质对照乳酸体积分数/%醋酸体积分数/%柠檬酸体积分数/%123451234512345 正癸酸-0.990.481.740.560.340.83--0.1-0.310.681.252.58- 异戊酸---0.340.07----0.06-0.080.080.34- 十一烷酸---0.26--0.06-0.17-----0.29- 肉豆蔻酸--0.50.41-0.36--------0.38- 甲基丙二酸-0.182.441.16-1.76--------0.64- 2-羟基-2-甲基丁酸---0.93-0.92---------- 对叔丁基苯甲酸---0.5-0.2---------- β-(2-噻吩)-D-丙氨酸-0.65------0.190.2-0.250.36---酯类 癸酸酯-----0.2----0.070.13---8.03 γ-丁内酯0.630.76-1.02------------ 2-甲基戊酸甲酯-0.57-0.42-------0.17-0.45-- 2-甲基戊酸甲酯----0.260.27------0.3-0.32- 4-羟基丁酸内酯--------0.19-0.470.310.54--烷烃类 十七烷1.150.23-------------1.88 十八烷0.970.19-------------1.68 十九烷----0.08-----0.05-0.130.44-0.37 戊基环丙烷---0.440.12------0.09---- 甲基磺酰甲烷0.350.240.4-0.080.210.11----0.150.070.10.27- 2,6,10,14-四甲基十五烷0.69--------------1.4 2,6,10,14-四甲基十六烷0.690.19------------1.21苯类 3,4-二乙基-1,1-联苯0.22--------------0.43 2,2’,5,5’-四甲基联苯基0.76--------------2.54 1-甲氧基-4-[(Z)-1-丙烯基]苯1.732.04-1.040.240.780.480.450.290.240.23-0.230.250.380.89酚类 苯酚----0.09-------0.060.08-0.3醚类 二乙二醇乙醚----0.07----0.05--0.070.08-- 八(乙二醇)一(十二烷基)醚----0.07---0.250.060.06-0.14---总量11.5118.3112.9827.428.0715.319.113.515.375.855.6113.9115.7235.5436.2224.27

注：“-”，未检出

在风干牦牛肉中，共鉴定出8类46种挥发性化合物，其中包括醛类10种、醇类4种、酸类14种、酯类5种、烷烃类7种、苯类3种、酚类1种、醚类2种。经3%、4%乳酸处理的风干牦牛肉中鉴定出的挥发性风味物质种类最多，均为24种。与对照组相比，乳酸、柠檬酸处理后风干牦牛肉的挥发性风味物质含量增加，而醋酸处理后的样品的风味物质含量下降。在所有处理中，体积分数为4%柠檬酸处理组所检出风味物质总量最大(36.22%)，体积分数为2%醋酸处理组中检出的挥发性风味物质含量最少，占所检出风味物质总量的3.51%。从表6可以看出，3种酸处理后鉴定出的酸类、醛类所占比例较大，这表明风干牦牛肉中的主要挥发性风味物质为酸类和醛类。CANO-GARCA等[36]认为，庚醛、壬醛、正己醛、正辛醛等均来自于脂质的自动氧化，尤其以正己醛为脂质氧化的标志性产物。

3 结论

牦牛肉经过乳酸、醋酸或柠檬酸前处理制成风干肉，通过对风干牦牛肉的理化特性和挥发性风味物质研究表明，随着有机酸体积分数的增加，腌制后牦牛肉的剪切力下降，风干牦牛肉的含水量、Aw、MFI增加。以体积分数为5%醋酸处理后获得的风干牦牛肉的含水量最高、嫩度最好；体积分数为3%柠檬酸处理组风干牦牛肉滋味最好，体积分数为4%柠檬酸处理组风味最佳。乳酸、柠檬酸处理后风干牦牛肉的挥发性风味物质含量增加，以体积分数为3%～4%柠檬酸处理组风味物质改善效果最好。本研究认为，体积分数为5%醋酸处理组嫩度等理化特性改善效果最好，但体积分数为4%柠檬酸处理组的风味品质最优。在肉类食品加工过程中，可通过适量添加有机酸来改善风干肉制品的理化特性以及其风味特点。