不同模式超声波辅助低温腌制对牛肉品质的影响

吴梦迪 马海乐 刘会敏

(江苏大学食品与生物工程学院,江苏 镇江 212013)

腌制是肉制品加工过程中一道重要的工序,家庭日常腌制肉品常使用传统的干腌法和湿腌法,但是传统腌制方法存在腌制时间长、腌制品质不稳定、标准化程度不高等问题[1],夏天在冰箱中腌制肉品时,腌制过程更加缓慢。针对传统腌制方法存在的不足,目前已涌现出许多新型腌制方法,主要有滚揉腌制法[2]、超高压辅助腌制法[3]、静态变压腌制法[4]、脉冲电场辅助腌制法[5]等。这些新型腌制方法均可以有效地改善肉品品质,提高腌制速率,但是它们多适用于肉品的工业腌制,采用家用冰箱冷藏室腌制时,还存在一定的局限性,比如腌制效果易受到肉品成分的影响等。

超声波技术作为一种非热加工技术,因具有高能量、高效率、绿色环保等特点而受到广泛关注[1]。Kang等[6]研究发现超声波辅助腌制肉品时,可以有效提高肉品的腌制速率,增加盐分含量。Shi等[7]和付丽等[8]研究发现对比湿腌,超声波处理可以显著降低肉品的嫩度。但目前多数研究集中于常温条件下单频超声波辅助腌制肉品,2～6 ℃低温条件下多频超声波辅助快速腌制尚未见报道。研究拟采用不同频率组合的超声波辅助低温腌制牛肉,研究不同模式超声波辅助低温腌制对牛肉品质的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

牛里脊肉、食盐:市售;

硝酸、硝酸银、硫酸高铁铵、硫氰酸钾等:分析纯,国药集团化学试剂有限公司。

1.2 试验仪器及设备

三频槽式超声波反应器:WKSTQ900/3S型,江苏江大五棵松生物科技有限公司;

热电偶测温仪:HT-9815三通道K型,北京鑫思特科技开发有限公司;

冷却水循环泵:CCA-20型,上海越众仪器设备有限公司;

低场核磁共振分析仪:NIMI20-030V-I型,苏州纽迈分析仪器股份有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 低温静腌处理 取新鲜牛肉,擦干表面血水,剔除表面可见的脂肪组织和结缔组织,切成10 cm×8 cm×1.5 cm(长×宽×高)大小的肉块,将肉块放入腌制袋中,使肉块浸没在质量分数为9%的NaCl腌制液中,m牛肉∶V腌制液=100∶50 (g/mL),排气,封口,置于(4±2) ℃冰箱腌制30 min。

1.3.2 超声波辅助低温腌制处理 使用三频槽式超声波设备进行辅助腌制,试验设备搭建图如图1所示。该超声波设备有22,33,40 kHz 3个不同频率的换能器,超声槽容量为3 L。一共可以采用12种超声波工作模式,分别为单频超声波(MU 22 kHz、MU 33 kHz和MU 40 kHz),顺序超声波(SEU 22/33 kHz、SEU 22/40 kHz、SEU 33/40 kHz、SEU 22/33/40 kHz和SEU 22/40/33 kHz)和同步超声波(SIU 22+33 kHz、SIU 22+40 kHz、SIU 33+40 kHz和SIU 22+33+40 kHz)。研究中,统一设置超声波的功率密度为50 W/L,经1.3.1预处理的牛肉,将腌制袋放入超声槽中心处,通过外置蠕动泵以及循环泵保证超声波辅助低温腌制过程中温度控制在(4±2) ℃范围内(预试验发现,腌制温度在2～6 ℃内,腌制效果没有明显变化)。设置不同的超声波工作模式,超声间歇比为10∶1,工作时间为30 min。

将腌制处理后的牛肉用蒸馏水冲洗除去表面盐分,使用厨房用纸擦干表面水分,用于各项指标测定。其中未腌制的新鲜牛肉为空白组(FS),低温静腌处理的牛肉为对照组(CK)。

1.3.3 盐分含量测定 按GB 5009.44—2016《食品安全国家标准 食品中氯化物的测定》中的佛尔哈德法执行。

1.3.4 蒸煮损失测定 依据Farag等[9]的方法,并稍作修改。具体操作如下:将腌制处理后的牛肉,切取4 cm×3 cm×1.5 cm(长×宽×高)大小的肉样,用天平称取肉块的初始质量,将肉块放入高温蒸煮袋中,置于85 ℃水浴锅中保温蒸煮30 min,取出冷却至室温,擦干表面水分,再称其重量,根据式(1)计算肉样的蒸煮损失。

(1)

式中:

c——蒸煮损失,%;

m1——初始的肉块质量,g;

m2——蒸煮后的肉块质量,g。

1.3.5 色度测定 依据唐善虎等[10]的方法,并稍作修改。具体操作如下:将腌制处理后的牛肉,切取4 cm×3 cm×1.5 cm(长×宽×高)大小的肉样,切面在空气中暴露30 min,用色差仪测定L*、a*和b*值,每个样品都在瘦肉部分随机选择3个点测定,每个点测定3次,取每个点的平均值,总平均值作为肉样的色度值。

1.3.6 质构测定 依据Chen等[11]的方法,并稍作修改。具体操作如下:将腌制处理后的牛肉,放入高温蒸煮袋中,置于85 ℃水浴锅中保温蒸煮30 min,取出冷却至室温,擦干表面水分,沿肌原纤维方向将肉切开,取中间部位4 cm×3 cm×1.5 cm(长×宽×高)大小的肉块,利用物性测试仪测定样品的硬度、回弹性、咀嚼性。

1.3.7 水分分布测定 依据高子武等[12]的方法,并稍作修改,具体操作如下:称取腌制处理后的牛肉样品(3.00±0.50) g,擦去表面水分,将样品放置于玻璃瓶后放入直径为40 mm的专用核磁共振管中。利用低场核磁共振分析仪测定水分分布。

1.3.8 数据处理与统计分析 所有试验重复3次,数据用“平均值±方差”表示。使用Excel 2010对数据进行收集整理,SPSS 2021软件对数据进行单因素方差分析,差异显著性为P<0.05,使用Origin 2021软件进行图表绘制。

2 结果与讨论

2.1 超声波辅助低温腌制对牛肉盐分含量的影响

经试验,人的适口盐含量约为0.296 9%～0.362 9%。由图2可知,低温静腌条件下,牛肉的盐含量为0.188 0%;单频超声波、顺序超声波以及同步超声波工作模式下,牛肉的盐分含量最高分别可达到0.253 1%,0.300 1%,0.332 0%,对比低温静腌,牛肉的盐分含量分别显著增加了34.61%,59.60%,76.62%(P<0.05),与龙锦鹏等[13]的试验结果一致。超声波辅助腌制可以加速腌制液的渗透速率,可能是超声波的空化效应破坏了牛肉的组织结构,导致了毛细血管的扩张和孔隙的形成,从而促进腌制液进入牛肉中,提高了牛肉的盐分含量[14]。超声波的机械效应也会加速盐分进入到牛肉中[15]。

字母不同代表存在显著性差异(P<0.05)

图2显示:多频超声波工作模式下牛肉的盐分含量显著高于单频超声波下的,同时,多频超声波工作模式下牛肉的盐分含量基本达到了人的适口盐分含量,而单频超声波工作模式下牛肉的盐分含量未达到。这可能是多频超声波工作时每个超声波频率都能产生空化效应,当某个频率的空化泡破裂时也可为其他频率的空化作用提供更多的空化核,使得多频超声波产生的空化效应和机械效应更明显[16-17],盐分也更快更均匀地扩散到牛肉中。因此,相同的腌制时间内,超声波辅助低温腌制可以增加牛肉中的盐分含量,多频超声波的效果更好。

2.2 超声波辅助低温腌制对牛肉持水能力的影响

由图3可知,对比鲜肉,腌制处理后牛肉的蒸煮损失都有所降低,这是因为腌制处理后盐分进入牛肉中,与肉中的蛋白质发生相互作用,使得蛋白质溶解和溶胀,从而降低了牛肉的蒸煮损失[18]。低温静腌条件下牛肉的蒸煮损失为39.450%,单频超声波、顺序超声波以及同步超声波工作模式下,牛肉的蒸煮损失最低分别可达到37.339%,36.887%,34.933%,对比低温静腌,牛肉的蒸煮损失分别降低了5.35%,6.50%,11.45%(P<0.05)。SIU 22+40 kHz和SIU 22+33+40 kHz辅助腌制后,牛肉的蒸煮损失显著低于其他超声波条件下的(P<0.05)。这与Kang等[19]研究超声波辅助腌制对牛肉持水能力影响的结果一致,认为可能是超声波的空化效应破坏了牛肉的肌原纤维结构,使得肌原纤维蛋白可以容纳更多的水。同时,超声波处理后更多的盐分进入肉中,使得更多的蛋白质侧链与水结合,提高牛肉的持水能力[20]。因此,超声波辅助低温腌制可以有效降低牛肉的蒸煮损失,这有助于改善牛肉的质构特性,减少牛肉在蒸煮过程中的水分流失。

字母不同代表存在显著性差异(P<0.05)

2.3 超声波辅助低温腌制对牛肉色度的影响

如表1所示,对比新鲜牛肉,腌制处理后牛肉的L*值显著增强(P<0.05),a*值和b*值出现下降的趋势,这主要是因为腌制处理时腌制液中的水分进入牛肉中,同时,部分肌红蛋白溶于水中,稀释了牛肉中的色素。低温静腌条件下,牛肉的L*值、a*值和b*值分别为30.94,9.57,7.74。对比低温静腌条件下的牛肉,SIU 22+40 kHz辅助腌制后L*值最高(33.55),显著增加了8.42%(P<0.05),SIU 22+33+40 kHz辅助腌制后的a*值(7.70)和b*值最低(6.73),显著降低了19.49%和13.05%(P<0.05)。这可能是因为超声波的空化效应加速了呈色物质的溶出以及水的溶入,从而改变了牛肉的色度。李佳麒[21]研究发现,随着超声功率的增强,L*、a*、b*值都出现了显著性变化(P<0.05),主要是因为超声波的空化效应和机械效应促进牛肉中的亚铁血红素被释放,从而导致了L*值升高。同时超声波促进了水分子裂解产生了更多的羟自由基,使得牛肉中的肌红蛋白被氧化,从而使得a*值降低。

表1 不同腌制处理后牛肉的色度†

对比低温静腌条件,牛肉超声波辅助低温腌制后的部分色度值出现显著性变化,但是人的肉眼不能直观地区别低温静腌和超声波辅助低温腌制后的牛肉。说明超声波辅助低温腌制后可以较好地保持牛肉的色度,不影响消费者的可接受性。

2.4 超声波辅助低温腌制对牛肉质构特性的影响

如图4所示,对比新鲜牛肉,腌制处理后牛肉的硬度、回弹性、咀嚼性都显著降低(P<0.05)。这是因为腌制处理后,腌制液中的盐进入到牛肉中,电荷增加使得肉内部的静电斥力增大,从而导致牛肉肌肉内部的结合力减小,质构发生改变[22]。低温静腌条件下,牛肉的硬度为359.680 N,回弹性值为1.741 N/mm2,咀嚼性值为2 766.438 N/mm。对比低温静腌,SIU 22+40 kHz辅助腌制条件下,牛肉的硬度达到最低(293.545 N),降低了18.39%(P<0.05),该超声波条件下,牛肉的回弹性(1.436 N/mm2)也显著降低了17.54%(P<0.05)。SIU 22+33+40 kHz条件下,牛肉的咀嚼性达到最低(2 192.737 N/mm),降低了20.74%(P<0.05)。这与Gonzalez-gonzalez等[23]研究超声波对牛肉嫩度影响的结论一致,他们认为可能是超声波的空化效应破坏了肌原纤维蛋白结构的完整性,改善了牛肉的质构特性。同时,超声波也可以促进内源性蛋白酶的释放,进一步破坏肌原纤维蛋白的结构,改善牛肉的柔嫩度[24]。对比单频超声波工作模式下的硬度、回弹性及咀嚼性,多频超声波工作模式中,SIU 22+40 kHz腌制条件下的硬度显著低于单频超声波条件下的(P<0.05),回弹性低于单频超声波条件下的,但并未存在显著性差异(P>0.05),同步超声波辅助低温腌制条件下的咀嚼性显著低于单频超声波条件下的(P<0.05)。说明多频超声波辅助低温腌制处理可以更有效地改善牛肉的嫩度。

字母不同代表存在显著性差异(P<0.05)

2.5 超声波辅助低温腌制对牛肉水分分布的影响

如图5、图6所示,牛肉中的水分主要以不易流动水的形式存在。低温静腌条件下,牛肉的结合水、不易流动水和自由水含量分别为3.831%,95.662%,0.507%,超声波辅助低温腌制后牛肉不易流动水含量有增加趋势,自由水含量显著降低(P<0.05)。其中SEU 22/40 kHz辅助腌制条件下牛肉的不易流动水含量最高(96.301%),增加了0.67%(P<0.05),该条件下牛肉自由水含量最低(0.272%),降低了46.17%(P<0.05)。这与Tong等[25]和Zou等[26]的研究结果一致,可能是因为超声波使得更多的盐分进入肉品中,盐溶性蛋白溶出吸收了更多的水分。水分分布的变化也解释了牛肉持水能力的变化。有研究[27]表明,自由水含量和不易流动水含量与肉品的持水能力有关,自由水含量降低表明水的结合能力增强,更多的自由水转变成不易流动水。牛肉经过蒸煮后,主要损失的是自由水,也有少部分不易流动水会从肌纤维结构中流出,而超声波腌制处理后自由水含量减少以及不易流动水含量增加都使得牛肉的蒸煮损失降低,持水能力增强。因此,超声波辅助低温腌制可以改变牛肉中的水分分布,进而提高牛肉的持水能力。

图5 不同腌制处理后牛肉的横向弛豫图谱

字母不同代表存在显著性差异(P<0.05)

3 结论

与低温静腌相比,超声波辅助低温腌制处理可以增加牛肉的盐分含量,提高牛肉的持水能力,提高牛肉的嫩度,同时可以较好地保持牛肉的外观色泽,为家用冰箱冷藏室腌制肉品提供了一种更快速的腌制方式。在用家用冰箱冷藏室腌制肉品时,还需要考虑热量消耗问题,后续可以进行放大试验,测定腌制肉品过程中的热量消耗,以期实现在家用冰箱冷藏室中使用超声波辅助腌制肉品。