滚揉腌制对牛肉盐水火腿品质的影响

赵改名,银 峰,祝超智,,焦阳阳,李珊珊,李佳麒,王 可,祝远魁

（1.河南农业大学食品科学技术学院,河南 郑州 450002；2.涟源综合试验站 湖南天华实业有限公司,湖南 涟源 417126）

牛肉低胆固醇、低脂肪、肉质鲜美,富含多种营养素,深受消费者欢迎[1]。以牛肉盐水火腿为代表的一类低温肉制品,其热杀菌温度较高温杀菌（120 ℃）低,蛋白质变性适度,最大程度地保证了肉制品的营养价值和其独特的风味口感[2],因此低温肉制品越来越受消费者的喜爱。

在低温肉制品加工过程中,腌制作为重要的工艺,能够有效改善产品的色泽、风味、质地等品质[3-4]。传统的腌制方法耗费时间长,腌制效率低,而且容易造成微生物污染。为了提高腌制效率、缩短腌制时间,国内外学者研究了以滚揉、超声波、超高压[5]等为代表的现代腌制技术,然而超高压、超声波由于技术及设备生产工艺的局限,尚未实现大规模的产业化和商品化[6-7]。相比较而言,滚揉在绝大多数企业中已经实现了工业化应用,是肉制品生产和加工中常用的工艺方法[8],它通过对肉施加机械作用力,从而改善肉制品的质构和风味,提高其保水性[9-10]。滚揉腌制可以增加肉品对腌制液的吸收率,有效提高盐溶蛋白的提取速度,加快其向肉块表面移动,从而使腌制液的用量减少,降低生产成本[11-13]。目前研究较多的滚揉腌制技术主要有常压滚揉、脉动真空滚揉和真空滚揉等[9]。在腌制鸭肉时,真空滚揉和脉动真空滚揉的出品率优于常压滚揉,且脉动滚揉的剪切力更小[14]；在猪肉腌制过程中脉动真空滚揉的腌制时间最短,效果最好[15]；在调理猪排的腌制过程中,脉动真空滚揉猪排比真空和常压滚揉猪排的嫩度高,且其出品率更高[16]；基于以上研究发现,目前对于不同滚揉腌制技术的应用研究主要集中于禽肉和猪肉中,且脉动真空滚揉腌制技术能够较好地改善禽肉和猪肉的品质。然而在牛肉适宜性滚揉腌制技术的研究中发现,真空滚揉腌制能够提高干制牛肉和鲜牛肉的感官评分和出品率[17-18]。但是目前关于其他牛肉制品的适宜性滚揉腌制技术的研究较少,且研究主要集中于对其感官、质构等宏观层面,而缺少对于其微观结构以及蛋白质结构等内在机理的相关研究。

因此,本实验将牛肉盐水火腿作为研究对象,通过测定其保水性、质构特性及感官特性等指标,并对其水分迁移规律、微观结构和蛋白质二级结构变化进行探讨,深入研究常压滚揉腌制、脉动真空滚揉腌制以及真空滚揉腌制对牛肉盐水火腿品质的影响,以期为牛肉盐水火腿的品质控制和工业化生产提供理论依据,为牛肉适宜性滚揉腌制技术的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

伊赛牛霖肉（冷藏状态下18 月龄西门塔尔公牛霖肉,生长发育良好,成熟时间72 h,分割为5 kg肉块真空包装保存） 河南省郑州市丹尼斯伊赛牛肉专卖店；食盐、白砂糖、香辛料（白胡椒粉、肉豆蔻粉、鸡精等）郑州市金水区丰产路双汇连锁店；胶原蛋白肠衣 神冠集团有限公司；谷氨酰胺转氨酶、葡萄糖、D-异抗坏血酸钠、复合磷酸盐 天津市风船化学试剂科技有限公司。

1.2 仪器与设备

BVR-J60型卧式真空滚揉机 浙江艾博机械工程有限公司；HX-HH420A型超级恒温水浴锅 金坛市国旺实验仪器厂；JA2CC3N型电子天平 上海菁海仪器有限公司；NMI20-015V-I型低场核磁共振食品分析与成像系统上海纽迈电子科技有限公司；F500型盐水注射机丹东沃隆电子商务有限公司；CR-5型色彩色差计日本Konica-Minolta公司；Quanta 250FEG型扫描电子显微镜 美国FEI公司；TENSORⅡ型傅里叶变换红外光谱仪 布鲁克（北京）科技有限公司；BYXX-50型烟熏箱 浙江艾博机械工程有限公司；MM12B型绞肉机广东省韶关市大金食品机械厂；雷磁PHS-3C式酸度计上海仪电科学仪器股份有限公司；TA.XT Plus型物性测试仪英国Stable Micro Systems公司。

1.3 方法

1.3.1 工艺流程

原料肉处理→配制腌制液→注射→滚揉腌制→真空灌装→烘烤→煮制→冷却→真空包装→成品

各步骤具体操作要点参考文献[19]。1）原料肉处理：将原料肉中的结缔组织、淤血、碎骨、脂肪剔除,分割为3 cm×3 cm×6 cm的肉块。2）腌制液的配制：食盐添加量2.5%（按原料肉质量计,下同）、白胡椒0.2%、复合磷酸盐0.3%（焦磷酸钠/三聚磷酸钠/六偏磷酸钠质量比4∶3∶3）、D-异抗坏血酸钠0.16%、冰水20%（冰与水质量比1∶1）、亚硝酸钠0.015%、白砂糖2.0%、葡萄糖0.5%、生姜粉0.1%、味精0.2%、卡拉胶0.1%,将各配料溶于冰水中,水温为0～4 ℃,搅拌至溶解均匀即可。3）腌制液注射：以120%的注射率将配制好的腌制液均匀地注射到经过预处理的原料肉中,注射温度控制在0～4 ℃。4）滚揉腌制：以静置腌制为样品对照组,其他组分别为常压滚揉腌制、真空滚揉腌制、脉动真空滚揉腌制,在0～8 ℃冷库中腌制8 h。5）真空灌装：将腌好的原料肉装入真空灌肠机中进行灌装,肠衣为直径5 cm的胶原蛋白肠衣。6）烘烤：在65～70 ℃烘箱中烘烤30 min。7）煮制：在85 ℃水温下煮制,直到其中心温度达到75 ℃。8）真空包装：冷却至室温,进行真空包装,0～4 ℃贮藏。

1.3.2 单因素试验设计

将其他工艺条件以及试验配方进行固定,对不同的腌制工艺进行单因素试验,共设4 个组：1）静置腌制：将其作为对照组,在0～8 ℃冷库中腌制8 h。2）常压滚揉：采用单向间歇式滚揉,即以“滚揉→静置→滚揉→静置”不断循环的方式进行,滚揉总时间8 h,滚揉20 min,静置10 min；滚揉温度为0～8 ℃。3）脉动真空滚揉：滚揉时真空度为0.08 MPa,真空滚揉20 min,静置时充入CO2、N2（体积比1∶1）混合气体恢复到常压,保持10 min,滚揉温度为0～8 ℃,采用单向间歇式滚揉,即滚揉→静置→滚揉→静置,以不断循环的方式进行,总滚揉时间为8 h。4）真空滚揉：真空度为0.08 MPa,采用单向间歇式滚揉,即滚揉→静置→滚揉→静置,以不断循环的方式进行,滚揉温度为0～8 ℃,滚揉总时间8 h,滚揉20 min,静置10 min。

1.3.3 指标的测定

1.3.3.1 水分质量分数、水分活度、pH值的测定

参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》[20],对不同处理的4 组样品进行水分质量分数进行测定。

参考李龙祥等[21]的方法,打开水分活度仪预热20 min左右,将2.0 g左右样品剪碎,平铺于水分活度测量皿内（铺满皿的底层）,以样品盒底完全覆盖为标准,样品盒放入样品池进行测量,当读数稳定时直接记录样品的水分活度。

参考Capita等[22]的方法略作修改,取50 g肉样,用蒸馏水冲洗肉样上的血渍,并用干净滤纸吸干表面残留水分,采用雷磁PHS-3C式酸度计随机选择3 个不同位置的肉样进行pH值测定,计算其平均值。

1.3.3.2 蒸煮损失率、腌制液吸收率、出品率的测定

将尺寸约6 cm×3 cm×3 cm的样品称质量后（约60 g）放入80 ℃恒温水浴锅中加热,当样品中心温度达到70 ℃时开始计时,使肉样中心温度在70 ℃时维持30 min。用滤纸吸干样品表面水分后进行二次称质量,根据前后两次质量差计算肉的蒸煮损失率（式（1））。

式中：m1为蒸煮前的样品质量/g；m2为蒸煮后的样品质量/g。

参考张东等[15]的方法,滚揉腌制结束后,将腌制好的肉样放置于不锈钢网上静置沥水5 min,然后称其质量并记录。腌制液吸收率按公式（2）计算。

式中：m3为腌制前的肉样质量/g；m4为腌制后沥水5 min后的肉样质量/g。

样品经过预处理后称其质量,计为m5/g,加工成成品后称其质量,计为m6/g。其出品率按公式（3）计算。

1.3.3.3 色泽测定

参照Yang等[23]的方法略作修改进行色泽测定。使用色差计外置黑板与内置白板进行校准,样品完全覆盖通光孔,测量得到的L*值、a*值和b*值分别为亮度、红度、黄度,每个处理测定6 个平行。

1.3.3.4 质构特性的测定

参照Caine等[24]的方法略作修改,采用TA.XT Plus型物性测试仪进行测定,测试条件为样品直径15 mm,样品高度12 mm,测前速率2.0 mm/s,测试速率0.8 mm/s,测后速率0.8 mm/s,起始力0.6 N,压缩比为50%,探头型号为P/50,测定间隔时间为30 s,上升高度为20 mm。以“二次压缩”模式进行质地剖面分析,测定结果主要取硬度、弹性、咀嚼性和内聚性。硬度是描述与食品变形或穿透产品所需力有关的机械质地特性,是食品保持形状的内部结合力；弹性表示物体在外力作用下发生形变,撤去外力后恢复原来状态的能力；内聚性反映的是咀嚼食物时食物抵抗受损并紧密连接,使食物保持完整的性质；咀嚼性与硬度、内聚性和弹性有关,反映的是将固体食品咀嚼到可吞咽时需做的功,在数值上等于硬度、内聚性和弹性三者的乘积。

1.3.3.5 感官评定

以GB/T 20711—2006《熏煮火腿》[25]为评定基准,参考Somboonpanyakul等[26]的方法略作修改,感官评定以色泽、组织状态、适口性、质地、风味作为评定指标,邀请10 位有经验的感官评定人员组成评定小组,评定人员通过视觉、嗅觉、触觉、味觉等感觉对牛肉盐水火腿进行感官评定。感官评定标准如表1所示。

表1 感官评定标准Table 1 Criteria for sensory evaluation of beef brined ham

1.3.3.6 扫描电子显微镜观察

参考Álvarez等[27]的方法,并略作修改。将4 种样品切成0.5 cm×0.5 cm×0.3 cm的肉块,将取好的样品置于体积分数2.5%的戊二醛溶液中4 ℃固定48 h,用0.1 mol/L（pH 7.4）的磷酸缓冲液漂洗3 次,每次10 min。然后用乙醇溶液进行逐级梯度脱水,乙醇体积分数依次为30%、50%、70%、80%、90%、100%,每级脱水10 min,100%乙醇脱水3 次。然后浸入丙酮中进行梯度脱水,体积分数及操作同乙醇。50 ℃、15～20 min烘至干燥,喷金、观察并拍照。

1.3.3.7 弛豫时间分析

参考焦阳阳等[28]的方法略作修改,将样品修剪为2 cm×0.5 cm×0.5 cm的细长条,保鲜膜包裹后放置于样品管底部,每个肉样平行测定3 次,测试时的参数设定为磁体温度32 ℃,采样频率200 kHz,质子共振频率22 MHz,射频延时0.080 ms,偏移频率777.097 kHz,累加次数16,回波时间0.249 ms,回波个数10 000。使用PQ001-18 mm探头测定牛肉盐水火腿横向弛豫时间T2。

1.3.3.8 蛋白质二级结构测定

参照Gangidi等[29]的方法并略作修改,采用TENSORII型傅里叶变换红外光谱仪测定。参数设置：扫描范围400～4 000 cm-1,扫描256 次,分辨率为4 cm-1[30]。对结果中酰胺I带吸收峰（1 600～1 700 cm-1）位置进行基线校正、高斯去卷积和二阶求导,之后进行曲线拟合。牛肉盐水火腿中蛋白质二级结构与特征峰对应关系参照文献[31]。获得的傅里叶变换红外光谱数据用PeakFit v4软件进行处理。

1.4 数据统计分析

除特殊说明外,每组实验重复3 次,实验数据通过SPSS 16.0软件中的单因素方差分析,结果用平均值±标准差表示,多重比较误差用Duncan法表示,P＜0.05表示差异水平显著,P＜0.01表示差异水平极显著。应用Origin 8.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 滚揉腌制对牛肉盐水火腿水分质量分数、水分活度及pH值的影响

表2 滚揉腌制对牛肉盐水火腿水分质量分数、水分活度及pH值的影响Table 2 Effect of tumbling on moisture content, water activity and pH of beef brined ham

由表2可知,真空滚揉样品的水分质量分数最高,静置腌制样品最低,且真空滚揉样品同静置腌制与常压滚揉样品之间存在显著性差异（P＜0.05）,这与丁玉庭等[14]研究鸭肉的结果相似。与对照组静置腌制相比较,滚揉可以降低产品的水分活度,且真空滚揉组与对照组存在显著性差异（P＜0.05）,说明滚揉可以促进水分与肌纤维的结合,提高产品的保水能力。同时滚揉腌制可以提高产品的pH值,其中真空滚揉腌制pH值最高,达到6.14,且不同的腌制工艺间存在显著性差异（P＜0.05）,这是由于滚揉时腌制液充分进入到肉块中,腌制液中的磷酸盐等呈碱性的缓冲物质提高了肉的pH值。滚揉腌制也可以促进部分蛋白水解使游离氨基酸增多,从而提高肉的pH值。这与夏军军等[18]研究牛肉的结果不同,可能是因为其真空度较低,为0.02 MPa,不能使肉块充分膨胀,导致腌制液吸收率低,同时其复合磷酸盐添加量较少,为0.03%,因此造成pH值差异性不显著。

2.2 滚揉腌制对牛肉盐水火腿蒸煮损失率、腌制液吸收率及出品率的影响

表3 滚揉腌制对牛肉盐水火腿蒸煮损失率、腌制液吸收率及出品率的影响Table 3 Effect of tumbling on cooking loss rate, marinade absorption rate and yield of beef brined ham

由表3可知,滚揉可以显著降低牛肉盐水火腿的蒸煮损失率,其中真空滚揉＜脉动真空滚揉＜常压滚揉＜静置腌制。真空滚揉和脉动真空滚揉样品之间蒸煮损失率差异性不显著（P＞0.05）,但均显著低于常压滚揉和静置腌制（P＜0.05）,这与姜英杰等[32]研究野鸭腿的结果相似。相比较对照组,滚揉腌制能够将腌制液吸收率提高10%左右（P＜0.05）,而且产品的出品率也显著性提高（P＜0.05）；其中,真空滚揉组的出品率最高,比对照组提高了11.85%。这与刘梦娟等[33]研究调理鸡胸肉的结果相似。在真空滚揉过程中,由于真空条件下滚筒内形成负压,肉块膨胀,肌纤维结构变松弛、空间增大、持水力增强[33],腌制液能够大量进入到肉块内,盐溶性蛋白析出于肉块表面,在加热时在肉块表面形成一层膜,从而达到保水作用,降低了产品的蒸煮损失,提高了产品的出品率。

2.3 滚揉腌制对牛肉盐水火腿色泽的影响

色泽是影响消费者在选择肉制品时较为直观的指标,受到很多因素影响,如保水性、pH值等。由表4可知,滚揉腌制后的L*值和a*值与对照组相比均存在显著性差异（P＜0.05）,滚揉腌制后L*值均有所增大,其中真空滚揉达到最大值（51.12）,a*值均有所降低,而对b*值影响较小（P＞0.05）。这可能是因为滚揉过程中,腌制液能够充分地渗入到肉块内部,腌制液浓度的增加从而使肌红蛋白被稀释,导致a*值的降低。这与Hullberg等[34]研究滚揉对熏肉排色泽影响的结果一致。

表4 滚揉腌制对牛肉盐水火腿色泽的影响Table 4 Effect of tumbling on the color of beef brined ham

2.4 滚揉腌制对牛肉盐水火腿质构的影响

表5 滚揉腌制对牛肉盐水火腿质构的影响Table 5 Effect of tumbling on the texture of beef brined ham

由表5可知,不同腌制工艺对于牛肉盐水火腿的质构特性影响存在显著差异。相比较对照组和常压腌制,真空滚揉和脉动真空滚揉可以改善产品的质构特性,且真空滚揉产品的硬度、弹性、内聚性和咀嚼性达到最大。在滚揉过程中,肉块变得松弛,腌制液进入使部分盐溶性蛋白溶出,再经过长时间的滚揉,盐溶蛋白均匀分布在肉块表面,热处理后,蛋白变性形成凝胶,使肉块与肉块间相互黏合、连接,稳定了产品的组织结构,改善了产品的质构品质。这与孙建清等[35]研究猪肉切片火腿结果相似。

2.5 滚揉腌制对牛肉盐水火腿感官品质的影响

表6 滚揉腌制对牛肉盐水火腿感官品质的影响Table 6 Effect of tumbling on sensory quality of beef brined ham

由表6可知,不同腌制工艺处理的牛肉盐水火腿感官评定结果存在显著性差异,相比较对照组,滚揉处理后的盐水火腿色泽评分提高,可能是因为滚揉工艺促进盐类物质在腌制过程中分布更加均匀[34]。真空滚揉和脉动真空滚揉处理后产品的组织状态、适口性、质地评分有所提高,滚揉改善了产品品质,这与产品质构的结果相一致。同时,滚揉后产品风味的评分有所提高,这是因为滚揉导致肉质松弛,肌纤维断裂,从而能够加快腌制液的渗透,改善其风味。

2.6 滚揉腌制对牛肉盐水火腿微观结构的影响

图1 滚揉腌制对牛肉盐水火腿微观结构的影响Fig.1 Effect of tumbling on the microstructure of beef brined ham

肉制品的微观结构和其品质紧密相关,如保水性和嫩度等。由图1可知,在扫描电子显微镜下放大1 000 倍后,可观察到相比较对照组,滚揉腌制能够引起牛肉盐水火腿肌纤维结构发生变化。未经滚揉的对照组牛肉纤维束排列整齐,粗细均匀,而经过滚揉处理后的各组肌纤维束都有不同程度的断裂,且肌纤维有所变细。其中脉动滚揉腌制和真空滚揉腌制的肌纤维破损及纤维束断裂程度较为明显,真空滚揉腌制的肌纤维更细,从而使其嫩度提高,品质得到改善。这与2.5节感官评定的结果相一致。

2.7 滚揉腌制对牛肉盐水火腿水分分布的影响

图2 滚揉腌制对牛肉盐水火腿T2分布的影响Fig.2 Effect of tumbling on the distribution of T2 in beef brined ham

如图2所示,T2分布主要有3 个峰,分别表示结合水（T2b）（0.01～10 ms）、不易流动水（T21）（10～100 ms）、自由水（T22）（100～1 000 ms）。T2b的变化基本很小,这可能是由于这部分水与肉中部分蛋白紧密结合,受滚揉影响较小。而T21和T22在不同腌制条件下变化较大,真空滚揉腌制相对于其他腌制方式的弛豫时间T2最短,说明其水分与底物结合紧密,静置腌制弛豫时间T2最长,说明其自由水活跃程度较高,保水性低。这与Hullberg等[36]研究猪肉的结果相似。

图3 滚揉腌制对牛肉盐水火腿弛豫峰比例的影响Fig.3 Effect of tumbling of the proportion of T2 peak area in beef brined ham

弛豫峰比例的变化可以反映经过不同腌制方式处理后牛肉盐水火腿中各种分布状态水分子流动转移情况。由图3可知,相比其他腌制方式,真空滚揉条件下的不易流动水相对含量最高,自由水相对含量最低,与对照组相比,滚揉后结合水的相对含量显著升高（P＜0.05）,说明在滚揉过程中自由水可以向不易流动水和结合水的方向迁移,而肉制品的保水性主要取决于存在于肌原纤维、肌丝及膜之间的不易流动水,它能够溶解某些小分子物质及盐类,增强蛋白质分子之间的静电斥力,使肌纤维结构变松弛,结合大量不易流动水,从而提高了肉制品的保水能力[37]。

2.8 滚揉腌制对牛肉盐水火腿蛋白质二级结构的影响

表7 滚揉腌制对牛肉盐水火腿蛋白质二级结构的影响Table 7 Effect of tumbling on the secondary structure of proteins in beef brined ham

在多种维持蛋白质二级结构的作用力中,氢键是维持α-螺旋与β-折叠的主要作用力,且不同二级结构的氢键作用强度不同,氢键在维持凝胶网络结构的稳定性中起到重要作用[38]。如表7所示,滚揉腌制处理后,α-螺旋和β-折叠结构相对含量增多,β-转角和无规卷曲结构相对含量减少,其中真空滚揉变化最明显,说明滚揉能够改变蛋白质的二级结构,促使无规卷曲等无序结构向α-螺旋等有序结构转变,从而增强了蛋白质内部的氢键作用力,提高了其结构的稳定性。这与Zhu Chaozhi等[16]研究调理猪排的结果相似。

3 结 论

通过对牛肉盐水火腿进行静置腌制、常压滚揉腌制、脉动真空滚揉腌制和真空滚揉腌制处理后发现,真空滚揉腌制的水分质量分数和pH值均高于常压滚揉和脉动真空滚揉,且真空滚揉的蒸煮损失率最低,腌制液的吸收率最高,出品率显著提高,达到122.40%。真空滚揉腌制后,牛肉盐水火腿的亮度（L*值）显著升高（P＜0.05）,红度（a*值）有所降低,黄度（b*值）基本无变化,产品的色泽得到改善,质构特性和感官评分均优于其他组。在扫描电子显微镜下放大1 000 倍发现真空滚揉腌制后牛肉盐水火腿的肌纤维更细,破损和断裂程度更加明显。对蛋白质的二级结构进行测定,发现真空滚揉腌制蛋白质二级结构更加趋于稳定状态。因此,牛肉盐水火腿最适宜的滚揉腌制技术为真空滚揉腌制技术。本实验为牛肉盐水火腿的工业化生产提供理论依据,也为不同滚揉腌制技术在牛肉制品中的应用提供参考。