不同脉冲电场处理对牛肉腌制效果及食用品质的影响

霍俊辉,郭雨晨,韩敏义,3*,曾宪明,徐幸莲

1(南京农业大学 食品科技学院,江苏 南京,210095)2(农业部肉品加工重点实验室 江苏省肉类生产与加工质量安全控制协同创新中心,江苏 南京,210095)3(温氏食品集团股份有限公司,广东 云浮,527400)

酱卤肉制品历史悠久,是我国传统加工肉制品之一,腌制是其加工单元操作的关键步骤。腌制中最常使用的配料为食盐,首先,食盐可以为食品提供咸味,帮助肉类中呈鲜组分的提取;其次,当盐浓度较高时,可以提供一定的渗透压,抑制腐败微生物生长,更有利于保存;同时,在腌制中,食盐有助于一些盐溶蛋白,如肌球蛋白等的提取,增加肉的黏聚性和保水性等[1]。对于肉品而言,腌制技术极大程度影响其腌制速度和终产品品质,其能加快腌制中加入的辅料的扩散以及肉内盐溶性蛋白的析出,增加终产品的柔嫩程度并且使其更加美味多汁,而不至于口感过柴,还能缩短后续卤制的时间,增加成品率[2],此外,还可以有效调节肉制品的风味,改善质构、颜色等品质,延长货架期等。

目前酱卤肉制品自身尚且存在诸多缺陷,尤其是对于腌制技术而言,传统腌制技术已不能适应现代工业化大发展以及经济的需求,干腌使得产品重量损失严重,腌制不均匀[3],肉制品最终色泽不佳[4];湿腌容易造成营养及风味物质的流失,产品含水量高,易变质[3];注射腌制的成败与其注射率有极大关系,且营养流失也较严重[1];混合腌制操作复杂,过程中易受污染等[4],因此改进酱卤肉制品的腌制技术是关乎其发展的重中之重,目前一些新型的腌制技术,如滚揉技术、超声波技术、高压技术、真空腌制技术等已经开始得到应用。

脉冲电场(pulsed electric field,PEF)是近年来出现的一种非热加工技术,由于其几乎不产热、快速、高效、能耗低[5]、不会导致食品本身颜色、味道甚至是结构等的严重改变[6],近年来在肉类等的加工和保鲜领域[7]、固体食品干燥领域等得到越来越广泛的应用。脉冲电场由于其对细胞膜造成的电穿孔(可逆与不可逆两种)[8],以及对腌制传质进程的增效[9],可使腌制液在肉内分布地更加迅速和均匀,同时由于其对细胞以及组织有破坏效应,导致肌肉成为多孔状结构,能更好容纳腌制液,产品嫩度也得到提高[3],因此在肉制品腌制方面展现了重要的潜力。研究表明,使用PEF形成较大电穿孔时能使猪肉盐水迁移增加[10]。在鲈鱼腌制前采用一定的PEF预处理,能对传质增效,缩短腌制时间,提高盐吸收率,使盐在肉内分布均匀[11]。某些电场强度能加快盐及亚硝酸盐在猪肉中的扩散,特定的脉冲处理能使猪肉盐含量显著增加[12]。但PEF对于牛肉腌制的相关研究还未见报道。

本研究探索脉冲电场对酱卤肉制品常用原料——牛肉的腌制速度及食用品质方面的影响,以期能够为脉冲电场在腌制方面的研究指明一定方向,同时促进酱卤肉制品腌制技术的进步。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

原料牛肉(18月龄的西门塔尔公牛)购于南京华润苏果铁匠营社区店(南京市玄武区),为宰后24 h内的牛后腿肉。将牛肉表面可见的筋膜、脂肪组织预先切除后,切分冷冻于-20 ℃,在脉冲电场预处理前提前于4 ℃解冻20 h。腌制用盐为NaCl(分析纯),国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

EX-1900型脉冲提取仪,广州市心安食品科技有限公司;HM100型刀式研磨仪,北京格瑞德曼仪器设备有限公司;PD500-TP型高速匀浆机,英国普律玛公司;Allegra 64R型台式高速冷冻离心机,美国贝克曼库尔特公司;PAL-SALT-4250型数显盐度计,日本爱拓公司;CR-400型便携式色差仪,日本柯尼卡美能达公司;FE28型pH计,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;TW200型水浴槽,德国优莱博公司;RC-4型中心温度计,江苏省精创电气股份有限公司;YYW-2型应变控制式无侧限压力仪,南京土壤仪器厂有限公司;TA-XT2型质构仪,英国Stable Micro System公司。

1.3 试验方法

1.3.1 材料处理与腌制液配制

材料处理:待原料解冻完全后,按与肌纤维平行的方向,将牛肉切割为6 cm×2 cm×2 cm,质量26 g左右的样品。

腌制液配制:腌制液为质量浓度40 g/L的NaCl溶液,于4 ℃预冷备用。

1.3.2 PEF预处理

PEF预处理前需将脉冲处理室冰浴冷却,处理过程中样品全程浸泡在超纯水内进行脉冲处理。预处理分别以电场强度与脉冲数为单因素设置试验,其中电场强度试验固定脉冲数为100,根据前期预实验结果设置3个水平,分别为1.00、2.25、3.50 kV/cm,脉冲数试验固定电场强度为2.25 kV/cm,根据前期预实验结果设置5个水平,分别为50、100、150、200、250。两者均以未经过PEF预处理的牛肉样品作为对照组,对照组需置于脉冲处理室同样加水,并且浸泡与脉冲数为100时相同的时间(13 min)。

1.3.3 盐水浸泡腌制

提前量取4倍肉样体积的腌制液(96 mL)于腌制袋中。PEF处理后,所有样品冰浴至4 ℃后投入腌制袋内,将空气排除并封口,于4 ℃浸泡腌制12 h。

1.3.4 腌制吸收率的测定

在PEF预处理后腌制前,吸干样品表面水分,称重记为m1,静置腌制12 h后,将肉样取出并用超纯水冲洗掉表面腌制液后,吸干表面水分,称重记为m2。腌制吸收率计算如公式(1)所示:

(1)

1.3.5 NaCl含量的测定

参考ZHANG等[13]的方法并适当修改。测定腌制吸收率之后,将腌制后的牛肉样品用刀式研磨仪磨碎,剔除筋膜后,称取5 g左右于50 mL离心管中,用超纯水将其稀释4倍后在6 000 r/min的条件下,冰浴匀浆1 min。匀浆后静置2 h在8 000×g,4 ℃的条件下离心10 min。取上清液使用数显盐度计进行腌制后牛肉中NaCl含量的测定(最终NaCl含量单位为g/100 g肉)。

1.3.6 色差的测定

参考付萧逸[4]的方法并适当修改。将腌制后的牛肉样品吸干表面水分后,用刀垂直于纤维方向切割得到一个平面,立即采用色差仪以D65光源,2°的观察角测定该平面的L*、a*、b*。色差仪使用前需经过标准白板校正,其中白板的标准值为Y=84.00,y=0.332 1,x=0.315 6,色差仪需校准到仪器显示的Y、y、x值与标准值接近。

1.3.7 pH的测定

材料处理同1.3.5节NaCl含量的测定。取上清液使用pH计测其pH值。

1.3.8 蒸煮损失的测定

参考康大成[1]的方法并适当修改。取腌制后的牛肉样品,切割成2 cm ×2 cm ×2 cm的小块,吸干表面的水分后,称重记为m3。将肉块封口包装于蒸煮袋中,采用中心温度计测量其中心温度。设置水浴槽温度为72 ℃,将肉块隔水加热直到中心温度达到70 ℃,立即取出流水冷却至室温,吸干表面水分后,称重记为m4。蒸煮损失计算如公式(2)所示:

(2)

1.3.9 加压损失的测定

取腌制后的牛肉样品吸干表面的水分后切成厚度1 cm,截面2 cm×2 cm的肉片,称重记为m5,然后将其上下各包裹32层吸水纸,置于压力仪下,控制加压力在35 kg下保持5 min,去除吸水纸,称重得m6。加压损失计算如公式(3)所示:

(3)

1.3.10 质构测定

参考康大成[1]方法并适当修改。将腌制后的牛肉样品蒸煮后切成1 cm×1 cm×1 cm的小块,选择P50探头进行测定。质构仪参数设定如下:测前、测中、测后速度分别为5、1、5 mm/s;压缩形变量为50%;两次间隔5 s;触发力为5 g。测定指标选择硬度、黏聚性、咀嚼性、弹性。

1.3.11 数据分析方法

除质构指标每一样品重复测定6次外,其余指标均重复测定3次,并且每一处理组需重复测定3个样品。数据分析采用SAS 8.1,使用单因素方差分析,使用Duncan方法进行多重比较,检验的显著水平为P<0.05。采用Origin 2020b作图。

2 结果与分析

2.1 脉冲电场预处理对于牛肉腌制吸收率以及NaCl含量的影响

腌制吸收率反映出肉品对腌制液的吸收程度,而NaCl含量能直接对腌制效果进行衡量,一般而言,腌制吸收率与NaCl含量越高,腌制效果越好。不同电场强度预处理下,牛肉的腌制吸收率和NaCl含量见图1,不同脉冲数预处理下,牛肉的腌制吸收率和NaCl含量见图2。如图1所示,在1.00、2.25、3.50 kV/cm的脉冲电场预处理之下,牛肉的腌制吸收率与NaCl含量均显著高于对照组(P<0.05),表明脉冲电场预处理能增加牛肉对腌制液的吸收,提高肉样的NaCl含量,即能加快牛肉的腌制,其中2.25 kV/cm处理下的NaCl含量最高,促腌制效果最好。这与前人的研究结果一致,MCDONNELL等[10]的研究发现,使用PEF技术可以加速猪肉腌制,加速肉中盐水迁移;CROPOTOVA等[11]的研究发现,施加对应于0.3和0.6 kV/cm的场强的处理,能有效地缩短鲈鱼盐水腌制的时间或增加高达77%的盐吸收;BHAT等[12]的综述中也指出,3 kV/cm可以改善猪肉内盐、亚硝酸盐的扩散,在频率100 Hz,脉冲数300,场强1.2和2.3 kV/cm处理下,猪肉盐含量显著增加。

图1 不同脉冲电场强度预处理后牛肉的腌制吸收率以及NaCl含量Fig.1 Curing absorption and sodium chloride content of beef after pretreatment with different pulsed electric field intensity注:相同指标小写字母标注不一致代表不同处理间具有显著差异(P<0.05)(下同)。

图2 不同脉冲数预处理后牛肉的腌制吸收率以及NaCl含量Fig.2 Curing absorption and NaCl content of beef after pretreatment with different pulse number

如图2所示,在较低的脉冲数(50、100)之下,脉冲电场预处理使腌制液吸收与NaCl含量呈现同步显著增加的效果(P<0.05),这可能是因为,在较低的脉冲数下,脉冲电场预处理对牛肉造成的电穿孔较小。但随脉冲数的增加,两者变化不再同步,这可能是因为随脉冲数的增加,脉冲电场预处理对牛肉电穿孔的程度加强,使其中的蛋白质造成更大程度的溶出、降解和变性,甚至蛋白质之间发生聚集,SUWANDY等[14]发现,PEF处理下,牛肉的蛋白质降解程度大大增加,DONG等[15]发现,脉冲电场处理过强,蛋白质会大量聚集,而这虽然使得牛肉对腌制液内的水分吸收增加,同时保水性有所增加,导致腌制吸收率呈现升高的结果,但是也阻碍了盐分从外向内的渗透,使得盐分含量有所降低。至于腌制吸收率在脉冲数为150时有所下降的原因,还需要通过实验进一步探究。

2.2 脉冲电场预处理对于腌制后牛肉色差的影响

肉的腌制过程中会伴随着颜色的改变。不同电场强度和脉冲数预处理下,腌制后牛肉的色差如表1所示。结果表明,在多数电场强度(1.00、2.25 kV/cm)、脉冲数(50、100、200)预处理下,牛肉的L*、a*、b*均与对照组无异(P>0.05),也就是说脉冲电场预处理不会给牛肉的颜色品质带来负面的影响,这与SUWANDY等[16]、FARIDNIA等[17]的研究结果相似,他们的研究发现,脉冲处理之后,牛肉的颜色没有明显的改变。但本研究也发现,当电场强度较高时(3.50 kV/cm),牛肉的亮度值会显著降低,此与SUWANDY等[14]、FARIDNIA等[17]的研究中反应的趋势相似,其均发现在脉冲处理之后,牛肉的亮度值会下降,但是AHMAD等[18]的研究发现高强度的脉冲处理之后,牛肉的亮度值显著增加,他分析这种增加是高强度脉冲导致更大温度变化的原因,但是本研究所采用的脉冲设备进行了冰浴前处理,并且处理过程样品一直浸泡在水中,几乎不会导致大的温差,所以这可能是导致结果不同的原因。

表1 不同脉冲电场强度和脉冲数预处理后腌制牛肉的色差Table 1 Color of cured beef after pretreatment with different pulsed electric field intensity and different pulse number

2.3 脉冲电场预处理对于腌制后牛肉pH的影响

不同电场强度和脉冲数预处理下,腌制后牛肉的pH见表2。结果表明,除3.50 kV/cm预处理外,其余的脉冲电场电场强度及脉冲数预处理对于腌制牛肉的pH均不会造成不良影响,这与SUWANDY等[14]、FARIDNIA等[17]、AHMAD等[18]的研究结果相似,他们的结果表明,脉冲处理对牛肉的pH无明显影响。而3.50 kV/cm预处理使得腌制后牛肉的pH显著升高,可能是因为电场强度过大,牛肉内更多的蛋白质发生更大程度的变性、降解[14]、聚集[15],甚至导致其结构发生改变,其内一些酸性基团的个数减少,使得pH升高[19]。此外,由于脉冲电场预处理能导致牛肉吸收更多的食盐,所以其内的蛋白质与氯离子的结合也更多,这可能使得肉的结构松弛,也可能导致腌制后牛肉的pH变化[19]。

表2 不同脉冲电场强度和脉冲数预处理后腌制牛肉的pHTable 2 The pH of cured beef after pretreatment with different pulsed electric field intensity and different pulse number

2.4 脉冲电场预处理对于腌制后牛肉蒸煮损失的影响

不同电场强度和脉冲数预处理下,腌制后牛肉的蒸煮损失如表3所示。结果表明,大多数的电场强度(1.00、2.25 kV/cm)与脉冲数(50、100、200、250)预处理之下,腌制后牛肉的蒸煮损失会显著增大(P<0.05),可能对其品质产生负面影响。此结果与SUWANDY等[14]的研究结果相似,其结果表明,脉冲处理之后,牛肉的蒸煮损失会显著提高,并且认为这是由于在脉冲处理过程中导致亲水的蛋白质变性增加,进一步使牛肉的持水能力受到影响,从而在蒸煮时导致更多的水分流失;MCDONNELL等[10]的研究也发现,较低的脉冲频率和较高的脉冲数能够使得猪肉的蒸煮损失增加;但是BEKHIT等[20]的研究却发现,经过脉冲处理之后,牛肉的蒸煮损失会低于对照组,他分析这是因为脉冲处理导致前期更高的贮存损失,使得牛肉中可被利用的自由水减少,进一步导致蒸煮时失去的水分减少,蒸煮损失下降,但是本研究中脉冲处理后进行了浸泡腌制,所以即使前期处理中导致了较多贮存损失也对后续蒸煮损失的影响很小,这可能是导致与其结果不同的原因。此外,本研究也发现,并非所有的脉冲处理都会导致蒸煮损失加大,3.50 kV/cm的场强之下,腌制后牛肉的蒸煮损失反而下降并且显著低于对照组(P<0.05),这可能是因为在较高的场强之下,脉冲处理对肉结构破坏较大,一些蛋白质从肉中溶出,比如肌球蛋白,这使得水分保持能力有所增加,导致蒸煮损失降低[21]。

表3 不同脉冲电场强度和脉冲数预处理后腌制牛肉的蒸煮损失Table 3 Cooking loss of cured beef after pretreatment with different pulsed electric field intensity and different pulse number

2.5 脉冲电场预处理对于腌制后牛肉加压损失的影响

不同电场强度和脉冲数预处理下,腌制后牛肉的加压损失见表4。

表4 不同脉冲电场强度和脉冲数预处理后腌制牛肉的加压损失Table 4 Pressure loss of cured beef after pretreatment with different pulsed electric field intensity and different pulse number

结果表明,较低的电场强度(1.00、2.25 kV/cm)以及脉冲数(50、100)预处理下,腌制后的牛肉的加压损失不会受到显著影响(P>0.05),即对牛肉的保水性不会产生负面影响,此与JEONG等[22]、SUWANDY等[16]的研究结果相似,其研究表明,PEF处理不会影响牛肉的滴水损失,即保水性不受影响。但是,较高的电场强度(3.50 kV/cm)和脉冲数(150、200、250)能使腌制的牛肉的加压损失显著增大(P<0.05),此与AHMAD等[18]研究结果相似,其报道了PEF处理强度过大会增加牛肉的贮存损失,降低其保水性。保水性的下降可能是因为以下几个原因,首先,牛肉的水分大多数保存在肌纤维之中[23],脉冲电场处理强度较大时,对牛肉肌纤维导致更大的物理破坏,会使得其保水性下降;其次,高强度脉冲可能使牛肉中的一些蛋白发生变性和水解,一些蛋白酶的活性也受到影响,这些导致了其保水性的下降[18,20];另外,由于脉冲电场处理对于温度以及pH也会产生影响,这也会影响腌制后牛肉的保水性[14],本研究中发现,3.50 kV/cm下,牛肉的pH显著升高,而其加压损失也显著增大,说明脉冲处理对于加压损失的影响可能与pH变化有关。

2.6 脉冲电场预处理对于腌制后牛肉质构的影响

对于牛肉而言,一般来说,硬度越小,口感越嫩;咀嚼性和弹性越小,表明肉越容易嚼碎,口感越佳。由表5可知,2.25、3.50 kV/cm下,与对照组相比,硬度、黏聚性、咀嚼性均显著降低(P<0.05),且3.50 kV/cm下弹性也显著低于对照组(P<0.05)。与对照组相比,脉冲数为100、150时腌制后牛肉的硬度显著降低(P<0.05);脉冲数为50、100、150、200时腌制后牛肉的黏聚性显著降低(P<0.05);脉冲数为100、150时咀嚼性也显著降低(P<0.05);脉冲数50、100、200、250时弹性与对照组无显著差异(P>0.05),但是脉冲数为150时弹性显著降低(P<0.05)。以上结果表明,大多数的电场强度及脉冲数预处理对于硬度、黏聚性、咀嚼性都有改善作用,对于弹性的影响不大,这与JEONG等[22]的研究结果相似,其结果表明随着脉冲电场强度的增加,牛肉的剪切力、咀嚼性以及硬度等均降低,甚至是成比例的,而对牛肉的弹性无影响。而脉冲处理使牛肉的硬度、咀嚼性和黏聚性等下降的原因,主要是由于脉冲电场提高了牛肉的嫩度,嫩度的提高总结起来主要有以下几点,首先,SUWANDY等[14]发现PEF处理使得牛肉中的肌钙蛋白以及原肌球蛋白等蛋白质的降解程度提高,从而使得牛肉的嫩度改善;其次,脉冲处理增加了膜通透性,使钙离子能从细胞器内得到释放,从而能够对钙蛋白酶等产生激活的效果,使得肌肉有所嫩化;还可能促进组织蛋白酶等的释放;使得糖酵解等加速;或者是对于肉的结构产生破坏等使得肉的嫩度增加[12];此外,还能阻碍肌动蛋白、肌球蛋白的结合,或者对一些肌节蛋白产生物理破坏[17];另外,GUDMUNDSSON等[24]发现,脉冲处理能够增加肌纤维间隙,而有研究发现,肌纤维间隙若加大,则牛肉的硬度、咀嚼性、弹性和胶着性有降低的效果,能使得其质构得到改善[25];O’DOWD等[23]发现,脉冲处理之后,牛肉的肌原纤维大小显著小于对照组,即PEF处理使得牛肉中的肌纤维断裂程度增加,发生了肌原纤维小片化,而有文章也指出,这种情况也将会导致嫩度的改善,还可以导致肉黏聚性的下降[1]。

表5 不同脉冲电场强度和脉冲数预处理后腌制牛肉的质构Table 5 Texture of cured beef after pretreatment with different pulsed electric field intensity and different pulse number

此外,结果显示,脉冲数为200时的咀嚼性显著高于对照组(P<0.05),脉冲数为250时的硬度、咀嚼性均显著高于对照组(P<0.05),此与AHMAD等[18]的研究结果类似,其发现脉冲电场处理过强,能够使得牛肉的剪切力增加;MCDONNELL等[10]也指出,PEF预处理在较高的脉冲数之下,能够使得猪肉的硬度有所增加,这也与我们的研究有着类似的趋势。分析这种增加可能是由于脉冲处理本身会导致一定程度的蛋白变性、降解、聚集,而高强度的脉冲,这种变性程度会加剧,参与牛肉嫩化过程的蛋白质和酶发生了变性,会使得牛肉的嫩化受阻,嫩度下降,硬度、咀嚼性等增加。

3 结论

本研究探索了不同电场强度及脉冲数预处理对牛肉的腌制效果及食用品质的影响,结果显示,脉冲电场预处理可以有效提高牛肉的腌制吸收率及NaCl含量,即加速牛肉的腌制,同时一定范围的电场强度和脉冲数内,脉冲电场预处理对牛肉的颜色、pH、加压损失等品质不会造成不良影响,甚至能明显地改善牛肉的质构,因此对酱卤肉制品加工业而言,脉冲电场是一种优良的新型辅助腌制技术,研究结果能为酱卤肉制品的发展提供参考。本研究只探讨了电场强度与脉冲数两因素的影响,并且也发现,倘若脉冲处理过强,腌制后牛肉的亮度会下降,pH会升高,加压损失、硬度、咀嚼性等也会增加,可能对牛肉的食用品质带来不良影响。因此,脉冲电场预处理应用于实际酱卤肉制品生产中辅助腌制,需进行工艺参数的优化,并进一步探索更多的脉冲电场强度以及脉冲数,甚至是参数不同组合处理对牛肉的腌制速度和品质的影响,从中找到最适合加工的最优参数。