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軟棗獼猴桃粗蛋白酶嫩化牛肉工藝優(yōu)化及其嫩化機(jī)制

2013-04-29 00:44:03王海麗隋苗苗崔明勛等
肉類研究 2013年7期
關(guān)鍵詞:嫩化牛肉機(jī)制

王海麗 隋苗苗 崔明勛等

摘要:研究了軟棗獼猴桃粗蛋白酶提取及對牛肉的嫩化效果,對酶用量、處理溫度、處理時間對牛肉嫩化的影響進(jìn)行了實驗,并進(jìn)一步通過L9(33)正交試驗選擇出最佳嫩化工藝并且通過測定其顯微結(jié)構(gòu)闡明其嫩化機(jī)制。結(jié)果表明:軟棗獼猴桃粗蛋白酶的比活力為2098U/mg,對牛肉的剪切力、烹飪失水率和持水力均有影響,有較好的嫩化效果,通過正交試驗確定軟棗獼猴桃粗蛋白酶對牛肉嫩化的最佳工藝條件為酶用量0.05%、處理溫度50℃、處理時間1.0h,影響因素次序為:處理溫度>酶用量>處理時間,蛋白酶處理后的肉樣和未處理的肉樣相比肌原纖維直徑變小,密度變大,小片化指數(shù)變大,其Z線斷裂,肌間隙變大,肌間質(zhì)增多,肌節(jié)長度變大,嫩度增加。

關(guān)鍵詞:軟棗獼猴桃粗蛋白酶;嫩化;牛肉;機(jī)制

中圖分類號:TS202.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1001-8123(2013)07-0014-06

軟棗獼猴桃(Actinidia arguta Planch.),屬于獼猴桃科、獼猴桃屬,為多年生落葉藤本植物,其果實具有較高的營養(yǎng)價值和經(jīng)濟(jì)價值[1]。軟棗獼猴桃富含豐富的維生素和人體必需的礦物質(zhì)及微量元素,尤其VC含量是其他水果的幾倍至幾十倍[2-3],且其富含的有機(jī)酸及生物類黃酮,可保護(hù)VC不受氧化,使VC在腸道中發(fā)揮穩(wěn)定的作用[4]。軟棗獼猴桃對高血壓、高血脂等癥有一定的療效,還有提高機(jī)體免疫力[5]、抗氧化、抗腫瘤、防治心腦血管疾病等生理功能,是理想的綠色食品和食療食品[6-7]。

目前,對長白山野生軟棗獼猴桃的研究僅涉及文獻(xiàn)考證、分布狀況、生物學(xué)特性調(diào)查、商品調(diào)查及組培、栽培等方面,無論從廣度或深度上,與軟棗獼猴桃所具有的價值相比是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。軟棗獼猴桃蛋白酶是繼木瓜蛋白酶、菠蘿蛋白酶等后發(fā)現(xiàn)的有待開發(fā)利用的新的植物蛋白酶[8-9],植物蛋白酶在肌肉熟化過程中能有效地降解肌纖維與結(jié)蹄組織中的肌動球蛋白和彈性蛋白,使部分肽鍵斷裂,生成游離氨基酸、羧基、羥基等親水基團(tuán),肉料吸水膨脹,質(zhì)地變嫩[10]。本實驗從軟棗獼猴桃中提取粗蛋白酶,并對牛肉的嫩化工藝及嫩化機(jī)制進(jìn)行了研究,不僅開發(fā)了長白山野生資源,也擴(kuò)展了植物蛋白酶的種類,為新型酶制劑在食品中的開發(fā)和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

排酸牛肉 超市;長白山地區(qū)軟棗獼猴桃于二道白河山區(qū)采摘;L-半胱氨酸、EDTA 美國Sigma公司;牛血清蛋白 北京奧博星生物技術(shù)有限公司;酪氨酸 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

JEM-2100F投射電子顯微鏡、U-3900型紫外-可見分光光度計、GR-22G高速離心機(jī) 日本日立公司;TMS-PRO型質(zhì)構(gòu)儀 美國FTC公司;PHS-3C酸度計 上海佑科儀器儀表有限公司;HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋 江蘇國華電器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 軟棗獼猴桃粗蛋白酶提取及測定

軟棗獼猴桃汁50mL加入等體積含有0.1mol/L L-半胱氨酸和1mmol/L EDTA的溶液4℃條件下混勻2min,將混勻的溶液用滅菌的四層紗布過濾后在4℃條件下10000r/min離心20min,得到上清液在0~4℃條件下70%硫酸銨沉淀6h,得到的硫酸銨沉淀即為軟棗獼猴桃粗蛋白酶,采用紫外分光光度法進(jìn)行活力測定,并用于嫩化牛肉實驗[11]。取沉淀粗酶1mL溶于99mL水,制得體積分?jǐn)?shù)1%的原液。

1.3.2 牛肉嫩化處理

將牛肉剔除可見的結(jié)締組織及脂肪,切成長寬高為3cm×3cm×3cm的方塊,在不同條件下,用100mL軟棗獼猴桃蛋白酶浸泡一段時間后,然后測定牛肉的剪切力、烹飪失水率及持水力,以確定牛肉最佳嫩化條件[12]。

1.3.3 試驗設(shè)計

1.3.3.1 酶用量的影響

用體積分?jǐn)?shù)1%的粗酶原液配制體積分?jǐn)?shù)分別為0%、0.025%、0.050%、0.075%、0.100%的酶液各100mL,在室溫下浸泡肉樣1h,進(jìn)行指標(biāo)測定。

1.3.3.2 處理溫度的影響

將肉樣置于最佳體積分?jǐn)?shù)酶液中,分別在25、37、50、60、70℃溫度水浴中浸泡肉樣1h,進(jìn)行指標(biāo)測定。

1.3.3.3 處理時間的影響

將肉樣置于最佳體積分?jǐn)?shù)酶液中,在最佳溫度條件下分別水浴浸泡肉樣0.5、1.0、1.5、2.0、2.5h,進(jìn)行指標(biāo)測定。

1.3.3.4 蛋白酶嫩化牛肉正交試驗

采用L9(33)正交試驗對酶用量、處理溫度加處理時間三因素進(jìn)行探討,選擇嫩化效果最佳的體積分?jǐn)?shù)處理進(jìn)行肌原纖維結(jié)構(gòu)、小片化指數(shù)及超微結(jié)構(gòu)測定。正交試驗因素與水平見表1。

1.3.4 測定方法

1.3.4.1 蛋白酶濃度測定方法

采用考馬斯亮藍(lán)法測定[13]。

1.3.4.2 蛋白酶活力測定方法

采用紫外分光光度法測定[14]。蛋白酶溶液1.0mL與酪蛋白溶液5.0mL混合,置(37±0.2)℃水浴中反應(yīng)10min,加三氯乙酸溶液終止反應(yīng),用干燥濾紙過濾,濾液在2h內(nèi)采用分光光度法以水為空白,在OD275nm處測定吸光度A;酪蛋白溶液和三氯乙酸溶液順序互換,其他操作相同,測定吸光度A0;另取酪氨酸對照溶液,以0.1mol/L鹽酸溶液為空白,在OD275nm處測定吸光度An。

在上述條件下,每分鐘水解酪蛋白生成1μg酪氨酸所需粗蛋白酶的量為1個酶活力單位。

1.3.4.3 烹飪失水率的測定

稱取適量的牛肉放于蒸煮袋中,在95℃水浴鍋中加熱,當(dāng)牛肉中心溫度達(dá)到85℃時,取出樣品,冷卻至常溫,用濾紙擦干表面水分,然后稱質(zhì)量 [15]。

1.3.4.4 持水力值的測定

用加熱離心法測定持水力值,表示肌肉的保水性和嫩度。取樣品10g絞碎后放入離心管中,82℃水浴加熱20min,3000r/min離心20min后稱質(zhì)量。

1.3.4.5 剪切力值的測定

取適量大小的肉塊放于蒸煮袋中,盡量排出袋內(nèi)空氣,將袋口扎緊,在80℃水浴鍋中加熱,當(dāng)牛肉中心溫度達(dá)到70℃時,將肉樣取出冷卻至中心溫度為0~4℃,然后順著肌纖維走向切取2cm×1.5cm×1.5cm的肉塊,用質(zhì)構(gòu)儀測定剪切力[16]。

1.3.4.6 肌纖維結(jié)構(gòu)測定[17]

取肌肉組織3cm×2cm×1cm,固定于甲醛溶液中,石蠟包埋常規(guī)切片(厚度6~8μm),木精-伊紅染色(hematoxylin-eosin,HE)。每個樣品制3片標(biāo)本,用顯微觀察,并用顯微圖像分析儀測定以下指標(biāo):

1)肌纖維密度:在10×40倍光鏡下,隨機(jī)選5個視野,統(tǒng)計每個視野中肌纖維根數(shù)(n),求取平均肌纖維根數(shù)n后,按照n×400/64換算出1mm2的纖維數(shù)目即肌纖維密度(n/mm2);2)肌纖維直徑:測定每個視野下的肌原纖維密度后,將鏡頭轉(zhuǎn)換為10×100倍高倍光鏡下,用目測微尺隨機(jī)測量20根肌纖維的直徑,其平均值即為肌纖維直徑/μm。

1.3.4.7 肌原纖維小片化指數(shù)(myofibrillar fagmentation index,MFI)的測定

MFI測定參考Olson等[18]的方法。2g肉樣在20倍體積的緩沖液(100mmol/L KCl、20mmol/L PBS、pH7.1、1mmol/L EGTA、1mmol/L MgCl2、1mmol/L NaN3)中勻漿,1000×g離心15min;在沉淀中加入20倍體積的緩沖液,攪勻,重復(fù)離心1次;離心后沉淀加入5倍體積的緩沖液,攪勻、過濾;另用5倍體積的緩沖液對濾渣進(jìn)行洗滌,將濾液蛋白質(zhì)量濃度調(diào)至(0.5±0.05)mg/mL,測OD540nm值。OD540nm值乘以200即為肌原纖維小片化指數(shù)(MFI)。

1.3.4.8 肌原纖維超微結(jié)構(gòu)測定

取正交試驗最佳條件處理的樣品為試驗組,同樣處理未加酶的樣品為空白組,處理后取1mm×mm×1mm大小肉樣(n=3),樣品立即加入3%戊二醛中前固定2h,PBS緩沖液沖洗3次后用2%鋨酸后固定2~3h,再次用PBS緩沖液沖洗,分別進(jìn)行30%、50%、70%、80%、90%丙酮溶液脫水,每級作用30min,純丙酮再作用3次,每次30min,然后進(jìn)行包埋、聚合、切片、醋酸鈾-檸檬酸鉛雙染色,最后用投射電鏡觀察、拍照。

2 結(jié)果與分析

2.1 軟棗獼猴桃粗蛋白酶比活力

酪氨酸標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1所示,以0.1mol/L鹽酸溶液為空白。其回歸方程y=0.0075x+0.0104,相關(guān)系數(shù)R2=0.9994。在酪氨酸質(zhì)量濃度0~100μg/mL范圍內(nèi),酪氨酸質(zhì)量濃度與吸光度具有良好的線性關(guān)系。根據(jù)計算得出軟棗獼猴桃粗蛋白酶的比活力為2098U/mg。

2.2 酶用量對軟棗獼猴桃粗蛋白酶嫩化牛肉工藝的影響

由圖2可以看出,隨著酶用量的增加,軟棗獼猴桃粗蛋白酶作用的強(qiáng)度也增加,牛肉的剪切力值逐漸降低,嫩度逐漸增加,但酶用量大于0.05%時,雖然牛肉剪切力很低,但嫩化過度造成牛肉蛋白質(zhì)的過度降解,使其失去作為牛肉的食用價值和商品價值。由圖3可以看出,酶用量為0.05%時,牛肉的持水力值最大,此時的剪切力值也較小,嫩化效果較好,但隨著酶用量的增加,烹飪失水率變化很小,說明酶用量的增加對牛肉的烹飪失水率影響較小,綜合分析酶用量對牛肉剪切力值、持水力值及烹飪失水率的影響,選擇0.05%為軟棗獼猴桃粗蛋白酶嫩化牛肉的最佳用量。

2.3 反應(yīng)溫度對軟棗獼猴桃粗蛋白酶嫩化牛肉效果的影響

由圖4可以看出,隨著反應(yīng)溫度的升高,牛肉的剪切力值逐漸降低,嫩度逐漸增加,溫度在60℃和70℃時牛肉的剪切力值很低但其完整性破壞嚴(yán)重,其原因是酶作用過度,牛肉的肌纖維斷裂,此時的剪切力值不能作為嫩度的指標(biāo),溫度在50℃時,牛肉的完整性保持較好,因此認(rèn)為50℃時的剪切力值為嫩度最低時的剪切力。由圖5可以看出,反應(yīng)溫度為50℃時,牛肉的持水力值最大,烹飪失水率最低,然后隨著溫度升高,牛肉的持水力值降低,烹飪失水率增大,這是因為酶作用過度,牛肉的完整性受到破壞,處理后水分流出,持水力下降,烹飪失水率升高,因此綜合分析反應(yīng)溫度對牛肉剪切力值、持水力值及烹飪失水率的影響,選擇50℃為軟棗獼猴桃粗蛋白酶嫩化牛肉的最佳反應(yīng)溫度。

2.4 反應(yīng)時間對軟棗獼猴桃粗蛋白酶嫩化牛肉效果的影響

由圖6可以看出,隨著反應(yīng)時間的延長,牛肉的剪切力值逐漸降低,嫩度逐漸增加。盡管在處理時間在2.0h和2.5h時牛肉的剪切力很低,但其完整性較差,原因與反應(yīng)溫度相似,此時剪切力值不能作為嫩度指標(biāo);處理時間在1.0h和1.5h時,剪切力值相差不大,但都比0.5h時的剪切力值降低較多,牛肉的完整性也較好。因此,剪切力值最低的處理時間為1.0~1.5h。由圖7可以看出,處理時間過短或過長持水力值都較低,烹飪失水率都較高。這是因為處理時間過短時嫩化不夠,時間過長時嫩化過度,在處理時間為1.0~1.5h時,牛肉的持水力值最大,烹飪失水率最低,與剪切力結(jié)果一致。因此選擇最佳處理時間為1.0~1.5h。

2.5 軟棗獼猴桃粗蛋白酶嫩化牛肉的正交試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上采用L9(33)正交試驗對酶用量、處理溫度、處理時間進(jìn)行探討,以牛肉剪切力、烹飪失水率和持水力作為指標(biāo),來確定軟棗獼猴桃粗蛋白酶最佳嫩化條件,正交試驗結(jié)果及極差分析分別見表2和表3。

由表3可以看出,以牛肉剪切力和烹飪失水率為指標(biāo)的影響因素主次順序為:處理溫度(B)>酶用量(A)>處理時間(C);持水力值為指標(biāo)的影響因素主次順序為:酶用量(A)>處理時間(C)>處理溫度(B)。由于嫩度的主要指標(biāo)以剪切力為主,因此軟棗獼猴桃粗蛋白酶嫩化牛肉的影響最大的因素為處理溫度,其次是酶用量,處理時間影響最小。分析得出最佳嫩化條件為A3B3C2或A2B2C1,但A3B3C2條件下嫩化的牛肉外觀完整性較差,有肉末溶出,因此綜合考慮選擇A2B2C1為最佳嫩化條件,即酶用量0.05%。反應(yīng)溫度50℃,反應(yīng)時間1.0h。感官評定也證明,在該條件下經(jīng)軟棗獼猴桃粗蛋白酶處理的牛肉,顏色較好,柔嫩多汁,口感明顯改善。

2.6 軟棗獼猴桃粗蛋白酶嫩化牛肉的肌纖維結(jié)構(gòu)及小片化變化

肌纖維是構(gòu)成肌肉的基本單位,肌纖維的特性直接決定著肉質(zhì)好壞,其直徑的變化反映了肌纖維特性的變化[19],肌纖維直徑越細(xì),肌纖維密度越大,肌肉質(zhì)越細(xì)嫩[20]。肌原纖維小片化指數(shù)是反映肌原纖維及其骨架蛋白完整程度的指標(biāo),MFI越大,表明肌原纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整性受到破壞的程度越大[21-22]。

軟棗獼猴桃粗蛋白酶嫩化牛肉肌纖維結(jié)構(gòu)及MFI如表4所示,由表4可以看出,經(jīng)軟棗獼猴桃粗蛋白酶處理的肉樣肌纖維直徑小于對照組,肌纖維密度和MFI大于對照組,由此可以得出處理組的肉樣得到了較好的嫩化效果。

2.7 軟棗獼猴桃粗蛋白酶嫩化牛肉的肌纖維超微結(jié)構(gòu)變化

構(gòu)成肌原纖維的粗絲和細(xì)絲排列在某一區(qū)域形成重疊,從而形成了顯微鏡下觀察時所見的條紋即橫紋。光線較暗的區(qū)域稱為暗帶(A-帶),光線較亮的區(qū)域稱為明帶(Ⅰ-帶),A帶的中央有一條暗線稱為M線,將A帶分為左右兩半,在M線附近有一顏色較淺的區(qū)域,稱為H區(qū),Ⅰ帶的中央也有一條暗線,稱為Z線,將Ⅰ帶分為左右兩半,兩個相鄰Z線間的肌原纖維稱為肌節(jié),肌節(jié)是肌原纖維的重復(fù)構(gòu)造單元,也是肌肉收縮、松弛交替發(fā)生的基本單位[23]。

由圖8可看出,未處理的牛肉肌原纖維完整,結(jié)構(gòu)緊密有致,肌原纖維間隙、肌節(jié)長度均一,有序,Z線保持完好;而軟棗獼猴桃粗蛋白酶處理后的牛肉Z線斷裂,肌間隙變大,肌間質(zhì)增多,肌節(jié)長度變大,這與測得的牛肉的剪切力降低,嫩度增大結(jié)果相吻合。

2.8 軟棗獼猴桃粗蛋白酶嫩化牛肉機(jī)制

軟棗獼猴桃粗蛋白酶將肌動球蛋白、肌球蛋白和肌動蛋白等肌原纖維蛋白降解成多肽等小分子物質(zhì),導(dǎo)致連接相鄰骨骼肌的Z線斷裂或消失,破壞了肌原纖維的完整性,變得松散,使肌原纖維直徑變小,密度增大,小片化指數(shù)變大,界限模糊,肌間隙變大,肌間質(zhì)增多,肌節(jié)變長,肌肉的剪切力降低,嫩度增大,這與肉質(zhì)改善的根本原因是橫紋肌肌原纖維小片化,肌肉纖維喪失完整性一致,符合蛋白酶的嫩肉原理,與生姜蛋白酶嫩化機(jī)制相似[24-25]。

3 結(jié) 論

3.1 經(jīng)紫外分光光度法測定軟棗獼猴桃粗蛋白酶比活力為2098U/mg;

3.2 通過正交試驗得出軟棗獼猴桃粗蛋白酶對牛肉的最佳嫩化條件為酶用量0.05%、處理溫度50℃、處理時間1h,在此條件下,用軟棗獼猴桃粗蛋白酶溶液對牛肉進(jìn)行浸泡處理,可使牛肉的嫩度達(dá)到最佳效果,且和其他對照組相比,顏色較好,柔軟多汁,有良好的彈性,牛肉品質(zhì)得到顯著提高;

3.3 軟棗獼猴桃粗蛋白酶嫩化牛肉的影響最大因素為處理溫度,其次是酶用量,處理時間影響最??;

3.4 蛋白酶處理后的肉樣和未處理的肉樣相比肌原纖維直徑變小,密度變大,小片化指數(shù)變大,其Z線斷裂,肌間隙變大,肌間質(zhì)增多,肌節(jié)長度變大,嫩度增加。

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