不同母本西门塔尔杂交牛各部位肉品质与蛋白质功能特性的差异

赵改名,茹昂,郝婉名,张桂艳,田玮,祝超智*,乃比江,刘建明

1(河南农业大学 食品科学技术学院,河南 郑州,450002)2(河南农业大学 牧医工程学院,河南 郑州,450002) 3(伊犁综合试验站,新疆 伊犁,835000)4(伊犁州畜牧总站,新疆 伊犁,835000)

西门塔尔牛原产于瑞士阿尔卑斯山区,是世界上分布最广、数量最多的乳、肉、役兼用品种之一,是世界第二大牛种，20世纪60年代,我国先后从苏联、奥地利、德国等国家引入[1]。西门塔尔牛具有产乳、产肉性能较高，抗病力强,耐粗饲等优点,故在饲养及改良育种方面利用较多。新疆是畜牧大省,截止2018年底,新疆地区共有457.20万头牛,牛肉产量41.96万t,2018年牛肉产量占全国总量的6.52%[2],截止2017年底,全区设计屠宰加工能力达到400～800万头的规模化牛羊屠宰加工企业有50多家[3]。新疆褐牛是我国自主杂交改良和育种的乳肉兼用品种,其母本为哈萨克牛,父本为瑞士褐牛、阿拉托乌牛和科斯特罗姆牛,新疆褐牛拥有较高的产乳、产肉性能,且拥有抗病力、强耐寒、耐粗饲、耐高温等特点。新疆褐牛育成虽然较早,但之后多年并未进行系统全面地选育选种,存在近交衰退的现象,致使新疆褐牛的遗传品质和整体生产性能下降[4],目前新疆地区选用西门塔尔牛对新疆褐牛进行杂交选育，以提升其遗传品质和生产性能,西门塔尔牛及高代杂种牛是新疆地区主要利用的品种[5]。宁夏作为我国唯一回族自治区,“清真”品牌是宁夏的特色,宁夏清真牛肉在国内外市场上具有明显的区位优势和民族特色优势[6-7]。秦川牛具有耐粗饲、抗逆性强、肉质好等优点,但也有早熟性差、饲料报酬低、尖尻、后躯发育差、产肉率和泌乳性能低等缺陷[8],且有研究发现18月龄秦川牛剪切力较高(6.09 kg),肌内脂肪含量较少,嫩度较差[9],故通过杂交,不仅可以改善当地黄牛的不良体型,提升生产性能[10-11],还可以进一步提升肉质。

为了探究不同地区西门塔尔杂交牛肉质情况,为后续精深加工及产品增值提供依据,对新疆和宁夏两个地区西门塔尔杂交牛牛肉食用品质、营养品质和蛋白质功能特性进行测定比较,为当地肉产品加工企业提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

西秦杂交牛,宁夏夏华肉食品股份有限公司,排酸72 h,雄性,屠宰年龄为18 m；西褐杂交牛,伊犁福润德农牧业发展有限公司,排酸72 h,雄性,屠宰年龄为18 m。两种牛均选取牛腩、霖肉、牛腱子、黄瓜条、肩肉和臀肉作为研究对象。样品分割后经物流(0～4 ℃)运抵实验室,放入-38 ℃冷冻保存。

乙醚、盐酸、浓硫酸、NaOH、硼酸、氯胺T、对二甲氨基苯甲醛、高氯酸、NaCl、L-羟脯氨酸、正丙醇、异丙醇、CuSO4、K2SO4、甲基红、亚甲基蓝、溴甲酚绿(均为分析纯),国药集团化学试剂有限公司；大豆油,中粮食品营销有限公司。

1.2 仪器与设备

HI99163便携pH计、HI8424酸度计、EC-215电导率仪,德国Hanna公司；CU-420(HZW21)恒温水浴槽、BPG-9156A鼓风干燥箱,上海一恒科学仪器有限公司；MJ-BL25C3搅拌机,广东美的集团有限公司；TA.XT Plus物性测试仪,英国Stable Micro Systems公司；MinoltaCR-5台式色差仪,日本Konica Minolta公司；MODEL2000沃布剪切力仪,美国G-R公司；35172BRUZ拍打均质机,法国AES Chemunex公司；X-64R高速冷冻台式离心机,美国贝克曼公司；UV2600紫外分光光度计,岛津企业管理有限公司。

1.3 测定方法

1.3.1 营养品质测定

水分含量测定：参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》。

蛋白质含量测定：参照GB/T 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》。

脂肪含量测定：参照GB/T 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》索氏提取法。

胶原蛋白含量测定：参照GB/T 9695.23—2008《肉与肉制品羟脯氨酸含量测定》对肌肉中羟脯氨酸含量测定。

1.3.2 食用品质测定

1.3.2.1 肉色测定

肉色测定参考赵改名等[12]的方法进行,用台式色差仪测定肉样的L*(亮度)、a*(红度)、b*(黄度)值,每个部位肉样测定6次,取平均值,重复3次。

1.3.2.2 pH测定

参照GB 5009.237—2016《食品安全国家标准 食品pH值的测定》,使用便携式pH计,每个样品平行测定3次。

1.3.2.3 保水性测定

解冻损失参考赵改名等[12]的方法进行测定,肉样解冻前后的质量分别记为m1(g)、m2(g),按照公式(1)计算。

(1)

蒸煮损失参考LI等[13]的方法进行测定,肉样在85 ℃水浴锅中煮至中心温度75 ℃,蒸煮前后的质量分别记为m3(g)、m4(g),按照公式(2)计算。

(2)

1.3.2.4 质构测定

质构测定：将肉样装入蒸煮袋后置于水浴锅中,于85 ℃热水中煮至中心温度达到70 ℃,冷却至25 ℃,用刀修整肉块的边沿,找出肌纤维的自然走向,之后用刀沿肌纤维的自然走向将肉样修整为1.5 cm×1.5 cm×0.5 cm肉块进行测定。质构仪使用P50探头,测前速率2.0 mm/s,测试速率2.0 mm/s,测后速率10.0 mm/s,压缩变形率50%,探头2次测定间隔时间5 s,触发类型自动。对样品的硬度、弹性、咀嚼性进行测定。每个部位肉样测定10～15次求平均值。

剪切力测定：煮制条件同质构测定,将煮制好的肉样修整为1.5 cm×1 cm×1 cm肉块进行测定,使用沃布剪切力仪沿着垂直于肌纤维自然走向方向切割,测定其剪切力(kg),每个部位肉样测定10～15次求平均值。

1.3.3 蛋白质功能特性测定

1.3.3.1 乳化特性

乳化能力测定：参考王复龙等[14]的方法。取50 g肉样放入组织捣碎机,捣碎后向其中加入800 mL(预先冷却至0～4 ℃)0.6 mol/L NaCl溶液和0.05 mol/L K2HPO4缓冲液,将匀浆物充分混合,倒入大烧杯中,置于4 ℃冰箱中静置24～48 h,用纱布过滤,最后取20支离心管分别标号1～20,每支离心管中分别加入15 mL上述匀浆物,并依次加入大豆油的毫升数为1、2、…、20 mL。然后分别取离心管在匀浆机以10 000 r/min的转速搅拌10 s,制得乳状液,整个过程在冰水浴中进行,再使用电导率仪对乳状液的乳化能力进行测定,每组实验平行测定6次。

乳化稳定性测定：参考王复龙等[14]的方法。选择处于乳化崩解点时的离心管,用移液枪吸取乳化液于离心管并称其质量m5(g),盖子塞好后立即置于80 ℃水浴锅中加热30 min,然后冷却至25 ℃,4 000 r/min离心5 min,去除水分,然后称质量m6(g),称取离心管质量m7(g)。乳化稳定性按公式(3)计算,每个肉样测定3次。

(3)

1.3.3.2 凝胶特性

凝胶的制备：参考赵改名等[12]的方法。取肉样剔除可见脂肪和结缔组织后切成约1 cm3的小块,称取100 g,加入300 mL的0.6 mol/L NaCl溶液,用组织捣碎机匀浆30 s后用纱布过滤去除结缔组织,在4 ℃、5 000 r/min条件下离心5 min,去除气泡,制好后置于4 ℃冰箱中备用。将肌肉匀浆物倒入大烧杯中,其中凝胶保水性的测定用10 mL离心管,凝胶质构的测定用25 mL小烧杯。保鲜膜覆盖大烧杯口后用皮筋扎紧并编号,再把大烧杯置于水浴锅中加热,从25 ℃以1 ℃/min速率升至75 ℃,之后保温20 min,取出后冷却,随后均放置于4 ℃冰箱中保存,测量前取出凝胶在室温下放置1 h待测。

凝胶保水性测定：称10 mL离心管质量,记为m8,取出制备好的凝胶置于10 mL离心管中,称其质量,记为m9；在4 ℃、5 000 r/min条件下离心10 min,取出去除水分,称其质量,记为m10(g)。凝胶保水性按照公式(4)计算：

(4)

凝胶质构测定：条件同1.3.2.4对样品质构进行测定。

1.4 数据处理与分析

利用SPSS软件(16.0版)进行T检验、单因素方差分析,结果以平均值±标准差表示；利用Origin 2018软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 营养品质差异分析

由表1可知,西褐牛肩肉水分含量较高,西秦牛牛腩水分含量较低。水是肉中含量最多的成分,肉的水分含量和保水性会直接影响到肉及肉制品的组织状况和品质。一般情况下,水分含量与保水性呈负相关,水分含量越高,保水性越差[15],这与本次实验测定结果大致相符(西褐牛肩肉保水性较差)。

表1 两种牛不同部位肉的水分含量、蛋白质含量测定结果Table 1 Moisture content and protein content of meat from different parts of two cattle

西褐牛霖肉蛋白质含量较高,西秦牛霖肉蛋白质含量次之,西秦牛黄瓜条和臀肉蛋白质含量较低。肉中蛋白质含量会影响肉品营养价值及风味[16],且会影响热诱导凝胶的强度[17]。西秦牛霖肉较高的蛋白质含量(20.71%)有助于其形成硬度较高的凝胶(216 g)。

肌内脂肪含量与肉的嫩度、剪切力、多汁性和风味息息相关[18],肌内脂肪的沉积会使现有大理石花纹变宽,大理石花纹更明显,但不会改变现有大理石花纹的形状[19],且大理石花纹可以直接反映牛肉的嫩度[20]。由图1可知,西秦牛牛腩脂肪含量最高,西褐牛肩肉脂肪含量最低。从同一品种牛不同部位来看,牛腩及臀肉脂肪含量平均值均高于其他部位,此结果与郭同军[21]的实验结果相似,这可能是由于牛腩及臀肉运动量小,更易沉积脂肪。不同品种间比较,西秦牛脂肪含量平均值均高于西褐牛对应部位,出现这种情况可能与育肥方式及程度有关,一般认为营养水平可以对肌内脂肪产生影响[22],且有研究报道增加日粮营养水平可增加肉牛皮下脂肪的沉积,同时提高肉牛各部位肌内脂肪的沉积[23-24]。

图1 两种牛不同部位肉的脂肪含量测定结果Fig.1 Fat content in different parts of meat of two cattle

肌内胶原含量与性质的变化影响着肉品的嫩度、持水性能等肉品品质[25],图2显示,西褐牛牛腱子胶原蛋白含量较高,西秦牛牛霖胶原蛋白含量较低。西秦牛对应部位肉的胶原蛋白含量均低于西褐牛,与此相对应的西秦牛牛肉嫩度也较好,保水性较差。

图2 两种牛不同部位肉的胶原蛋白含量测定结果Fig.2 Collagen content of meat from different parts of two cattle

2.2 食用品质差异分析

2.2.1 颜色

消费者对肉的第一直观印象是色泽,会直接影响到消费者的消费选择,故肉色是反映肉品质的重要指标之一。人们所观察到的肌肉颜色主要来源于肌红蛋白,而肌肉颜色的变化主要取决于肌红蛋白的含量和其所处的状态[26]。L*值也与肌肉的表面纤维结

构排列有关,不同的排列结构导致对光的散射特性不同。由表2可知,西褐牛肩肉与牛腱子L*值较高,西秦牛牛腱子与西褐牛臀肉L*值较低,西秦牛亮度平均值均大于西褐牛对应部位亮度平均值,这与牛克兰[27]的研究相符,低保水性组肉的L*值均显著高于高保水性组。此外,L*值还与肌内脂肪含量呈显著的正相关[28],这也与测定结果相符。

表2 两种牛不同部位肉的颜色测定结果Table 2 Color indexes of meat from different parts of two cattle

西秦牛与西褐牛牛腱子a*值较高,西褐牛臀肉、黄瓜条和牛腩a*值较低,西秦牛臀肉、肩肉b*值较高,西褐牛黄瓜条b*值较低,整体上看,西秦牛对应部位肉的a*值和b*值均高于西褐牛。肉色主要取决于肉中氧合肌红蛋白和高铁肌红蛋白比例,氧合肌红蛋白比例高从而a*和b*值较高[29],除此之外影响牛肉肉色的因素有很多,如宰前因素包括品种、年龄、日粮和宰后因素包括部位、肌浆蛋白、肉的成熟等[30]。西秦牛对应部位肉的a*值和b*值均高于西褐牛的可能原因是2种西门塔尔牛杂交牛品种差异、饲养方式或运动量等因素的不同。有研究证明,品种间差异会使肉色显著不同[31],日粮中补充VA会使a*、b*和L*值显著降低[32]。牛腱子a*值较其他部位高的原因可能是牛腱子中氧化型纤维占比较高,则肉色更加鲜红[33]。

2.2.2 pH值

pH值直接反映肉中糖原酵解的速度与强度,其变化主要由肉中糖原分解产生的乳酸累计所致[34],由图3可知,西褐牛肩肉pH值较高,西褐牛臀肉pH值较低,这可能是由于不同部位肉的肌纤维特性与糖酵解潜力不同[35],且仅西秦牛牛腩、肩肉和西褐牛牛腱子、肩肉处在鲜肉pH参考标准最优品5.8～6.2之间,对于出现pH较低的现象,有研究发现在牛肉排酸过程中,pH值呈现先下降后上升的趋势,排酸前72 h,pH下降且在第72 h时降至最低,之后由于糖类物质消耗完毕,乳酸生成结束,再伴随着乳酸生化分解,其分解速率高于生成速率,pH再开始缓慢升高[36],所测样品部分部位肉pH较低可能由排酸时间在72 h左右所致。

图3 两种牛不同部位肉的pH值测定结果Fig.3 pH of meat from different parts of tow cattle

由图4可知,西褐牛牛腩保水性较好,西秦牛黄瓜条解冻损失最高,西秦牛肩肉蒸煮损失最高。肉的保水性与肉pH及蛋白质含量有关,一般情况下,肉的pH越高,离蛋白质等电点越远,蛋白质的静电荷效应越明显,保水性就越好[37],肉中蛋白质含量越高,保水性也越好[38],二者会综合影响到肉的保水性。所以西秦牛黄瓜条较低pH(5.44)和蛋白质含量(18.54%),决定了其保水性较差(解冻损失6.69%、蒸煮损失33.09%)。西秦牛各部位肉的保水性均较西褐牛的对应部位差,这可能是由于西秦牛部位肉中蛋白质含量较西褐牛对应部位低而脂肪含量较高,结合水的能力较弱。

图4 两种牛不同部位肉的解冻损失、蒸煮损失测定结果Fig.4 Thawing loss and cooking loss of meat from different parts of two cattle

2.2.3 质构

肉的嫩度受多方面因素影响,包括肉组成成分的差异、宰前因素和宰后因素等,肉组成成分的差异主要有肌纤维组成、胶原蛋白含量、脂肪含量等的差异[39-40]。由表3可知,西褐牛牛腱子硬度最高,西秦牛霖肉和牛腱子硬度较低；西褐牛黄瓜条弹性较大,西秦牛牛腱子弹性较小。一般情况下,肌纤维密度越大,胶原蛋白含量越低,脂肪和水分含量越高,则肉的硬度越低,嫩度越好。除此之外,牛屠宰过程中的电刺激及吊挂等技术也可改善牛肉硬度[41]。西秦牛牛霖、牛腱子和肩肉硬度较低的原因可能是其胶原蛋白含量较低(6.96%、11.10%和14.48%),脂肪含量较高(2.46%、1.22%和2.07%),水分含量较高(75.25%、77.61%和76.65%),或生产技术等因素综合影响的结果。

表3 两种牛不同部位肉质构测定结果Table 3 Structure indexes of meat from different parts of cattles

2.2.4 剪切力

剪切力以切断肉品肌纤维的难易程度为判断标准,是肉品嫩度的一个重要判断标准。由表3可知,西秦牛霖肉、肩肉及牛腱子咀嚼性较低,西褐牛牛腱子、黄瓜条咀嚼性较高。由图5可知，西秦牛黄瓜条剪切力最低,西褐牛霖肉剪切力最高,且西秦牛的剪切力值均低于西褐牛对应部位。原因可能是西秦牛育肥之后,肌内脂肪增多,加之胶原蛋白含量较低[42],故西秦牛肉的嫩度较西褐牛好。

图5 两种牛不同部位肉剪切力测定结果Fig.5 Shear force of meat from different parts of two cattle

2.3 蛋白质功能特性差异分析

蛋白质的功能特性可定义为在食品加工、保藏和消费期间影响蛋白质在食品体系中性能的物理和化学性质[43],乳化特性和凝胶特性是其中重要功能特性。由表4可知,西褐牛牛腩乳化能力较好,西秦牛黄瓜条、臀肉乳化能力较差；西秦牛肩肉乳化稳定性较高,西秦牛臀肉乳化稳定性较差。乳化特性是指2种以上互不相溶的液体,其中1种液体以微粒的形式分散到另1种液体里形成均匀分散体系的性能。乳化稳定性与脂肪蛋白比、pH、盐浓度和可溶性蛋白数量及类型等因素有关,其中盐溶性蛋白浓度越高,乳化稳定性就越好[44],常青等[45]研究发现pH通过影响盐溶性蛋白溶解度从而影响蛋白质的乳化凝胶特性,pH值越高,越偏离肌肉蛋白等电点,保水性越好。故西秦牛牛腩、肩肉及西褐牛肩肉较高的pH有助于其拥有较好的乳化稳定性。

表4 两种牛不同部位肉的乳化特性测定结果Table 4 Emulsifying properties of meat from different parts of two cattle

由表5可知,西褐牛牛腱子凝胶保水性最好,西褐牛霖肉和西秦牛牛腩、臀肉凝胶保水性较差；西褐牛臀肉凝胶硬度较高,西秦牛黄瓜条凝胶硬度较低；西秦牛霖肉凝胶弹性较高,西秦牛黄瓜条凝胶弹性较低。盐溶性蛋白质经热诱导形成网状结构,通过毛细管力和电荷间相互作用固定水分,从而形成凝胶,且盐溶性蛋白质含量越高,形成的三维立体网状结构越均匀且孔洞小,保水性就越好[46],其中蛋白质中肌球蛋白占比越大,有助于可形成更均匀致密的网络结构[47]。所以西秦牛黄瓜条较低的蛋白质含量(18.54%)及较低的pH(5.54)导致了其凝胶硬度较低。

表5 两种牛不同部位肉的凝胶特性测定结果Table 5 Gelatinization of meat from different parts of two cattle

3 结论

通过对宁夏与新疆两个地区西门塔尔牛杂交牛牛肉理化特性比较发现,2种西门塔尔牛杂交牛各部位肉理化特性存在差异。综合解冻损失与蒸煮损失结果,西褐牛各部位肉保水性较好,熟肉制品出品率较高。就肉色而言,西秦牛肉色整体更加鲜红,其牛霖、牛腱子和肩肉硬度较低,适于生产酱卤制品。西褐牛脂肪含量较低,适于生产肉松类产品,西秦牛嫩度较好(尤其黄瓜条剪切力3.76 kg/cm2),适于煎炸、烧烤。就乳化凝胶特性而言,西秦牛牛腱子、肩肉均适合生产肉糜类产品。