彭澤宇,朱明明,2,3*,張海曼,姚東昊,馬長明,何鴻舉,王正榮,趙圣明,康壯麗,馬漢軍
1(河南科技學(xué)院 食品學(xué)院,河南 新鄉(xiāng),453003)2(河南科技學(xué)院 畜禽產(chǎn)品精深加工與質(zhì)量安全控制河南省工程技術(shù)研究中心,河南 新鄉(xiāng),453003)3(國家豬肉加工技術(shù)研發(fā)專業(yè)中心,河南 新鄉(xiāng),453003)4(中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院,北京,100000)5(河南省商業(yè)科學(xué)研究所,河南 鄭州,450002)
中國是生產(chǎn)豬肉的大國,自古以來形成的飲食習(xí)慣也決定了豬肉消費(fèi)的主體地位[1-2]。低溫冷凍因其可減緩表面微生物生長和品質(zhì)劣變的速度而成為應(yīng)用最廣泛的貯藏方式,為豬肉及其肉制品貿(mào)易進(jìn)出口和在全國各地區(qū)相互流通提供了技術(shù)保障[3-4]。而解凍是凍藏肉在加工或食用前最重要的一個(gè)步驟,也是保證凍藏肉最終品質(zhì)的關(guān)鍵因素之一。為保證原料肉的質(zhì)量,選擇適宜的解凍方式尤為重要。
當(dāng)前國內(nèi)外研究的解凍方式有很多,空氣解凍和水解凍是較傳統(tǒng)且應(yīng)用廣泛的2種解凍方式[5]。其中空氣解凍優(yōu)點(diǎn)是操作較簡單且成本較低,但解凍時(shí)間較長,容易出現(xiàn)肉品表面微生物增殖過快和肉品汁液流失等問題[6]。水解凍解凍時(shí)間較短,但存在解凍后微生物污染及色澤變化等問題[7]。近年來,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了一些新型解凍方式,如微波解凍、歐姆加熱解凍、高壓靜電解凍等[8-10]。較傳統(tǒng)解凍方法,其優(yōu)點(diǎn)是解凍效率高,但由于其工藝更復(fù)雜、成本更高且設(shè)備要求更高等原因,造成其在應(yīng)用上有很大的局限性[11]。因此,開發(fā)能投提高解凍效率,保證解凍肉品質(zhì)又經(jīng)濟(jì)實(shí)用的解凍方式并優(yōu)化解凍參數(shù),對于肉類加工行業(yè)意義重大。
低溫解凍因其溫度低,可有效防止腐敗微生物滋生并減少解凍肉品質(zhì)損耗而廣泛用于肉類企業(yè)[12-14]。但由于其解凍時(shí)間較長導(dǎo)致解凍效率低下,水分損失嚴(yán)重,蛋白、脂肪出現(xiàn)氧化等品質(zhì)劣變現(xiàn)象。因此高濕低溫解凍逐步出現(xiàn)在大眾的視野里,其既保留低溫解凍的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)又利用高濕環(huán)境提高解凍效率,減少汁液損失,改善解凍肉品質(zhì)[15]。之前已有研究表明高濕低溫解凍對牛羊肉及雞肉品質(zhì)影響較小[16-19],但國內(nèi)外有關(guān)高濕低溫解凍對豬肉品質(zhì)特性的報(bào)道很少。因此,本試驗(yàn)以鮮肉和傳統(tǒng)低溫(4 ℃, RH65%~73%)解凍作為對照,通過分析解凍豬肉保水性、嫩度、新鮮度等指標(biāo)并利用動(dòng)態(tài)流變特性來優(yōu)化低溫條件下(4 ℃),豬肉解凍的最適濕度參數(shù),旨在改善解凍后豬肉品質(zhì),為新型解凍技術(shù)的應(yīng)用提供技術(shù)支持。
新鮮的豬背最長肌(品種:杜洛克×長白×大白),河南高金食品有限公司;營養(yǎng)瓊脂(NA)培養(yǎng)基,青島海博生物技術(shù)有限公司;其他分析純試劑,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。
CTHI-150B恒溫恒濕箱,上海施都凱(STIK)儀器設(shè)備有限公司;YXQ-LS-50SII立式壓力蒸汽滅菌鍋,上海博迅(Boxun)醫(yī)療生物儀器股份有限公司;pH計(jì),上海儀電科學(xué)儀器(INESA)股份有限公司;CR-400色差計(jì),日本美能達(dá)(KONICA MINOLTA)公司;XHF-D高速分散器,寧波新芝(SCIENTZ)生物科技股份有限公司;高速冷凍離心機(jī),安徽中科中佳(ZONKIA)科學(xué)儀器有限公司;C-LM4型肌肉嫩度儀,東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院;XY300-2C型號電子天平,常州市幸運(yùn)電子設(shè)備有限公司;L93-3溫度自動(dòng)記錄儀,路格科技(杭州)有限公司。
1.3.1 凍結(jié)處理
在無菌室中,將豬背最長肌((2.9±0.1) kg)表面多余的結(jié)締組織以及脂肪剔除后,按照垂直于肌纖維的方向?qū)⑵浞智谐梢?guī)格相近似的肉塊(質(zhì)量:(150±5) g; 6 cm×5 cm×3.5 cm),采用自封袋(120 mm×170 mm)分裝后,隨機(jī)將其分成6組,每組5份樣品,并任選一組作為鮮肉對照,直接測定其各項(xiàng)指標(biāo)。剩余各組-18 ℃ 冷凍并凍藏24 h。
1.3.2 解凍處理
凍藏結(jié)束后,將樣品組取出,并測定其中心溫度(-18 ℃)。隨后隨機(jī)選取一組采用傳統(tǒng)低溫(4 ℃;經(jīng)測定RH為65%~73%)方法解凍,其余各組放置于恒溫恒濕培養(yǎng)箱中采用低溫(4 ℃)不同濕度(RH80%、85%、90%、95%)解凍,直至到達(dá)解凍的終點(diǎn)(樣品中心溫度為2 ℃),表明解凍結(jié)束。
1.3.3 解凍時(shí)間的測定
參考THANONKAEW等[20]的方法,用尺子測量肉樣表面到中心的最短距離,用釘子在最短距離的表面釘一個(gè)孔道,將數(shù)字溫度記錄儀的探頭插入肉樣的中心部位。記錄樣品中心溫度隨時(shí)間的變化,時(shí)刻觀察豬肉的中心溫度,以中心溫度2 ℃為解凍終點(diǎn)。
1.3.4 汁液損失的測定
參考HONIKE[21]的方法進(jìn)行測定。準(zhǔn)確稱取解凍前肉樣的質(zhì)量(W1),待解凍完全后,用吸水紙吸去肉樣表面的水分并準(zhǔn)確記錄稱量并得到解凍后肉樣的質(zhì)量(W2)。通過公式(1)計(jì)算:
(1)
1.3.5 蒸煮損失的測定
參照LI等[22]的方法。準(zhǔn)確稱取(10±0.5) g肉樣(3 cm×3 cm×1 cm)并記錄為W3,將溫度計(jì)插入到肉樣中心部位后,肉樣放入自封袋中并扎緊袋口放入80 ℃恒溫水浴鍋中。待到樣品中心溫度達(dá)到70 ℃時(shí)取出并冷卻到室溫,吸去蒸煮后肉樣表面的水分并稱量記錄為W4。計(jì)算公式如式(2):
(2)
1.3.6 色差的測定
參考夏秀芳等[23]的方法進(jìn)行測定。使用CR-400色差計(jì)測定鮮肉和解凍肉樣表面的L*、a*、b*值。測定前對色差計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn),白板L*、a*、b*值分別為97.22、-0.14、1.82。色差計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)觀察者:近似2°角;光源:C;孔徑:8 mm。檢測每個(gè)樣品的5個(gè)位點(diǎn),盡量使樣品之間的測定位點(diǎn)一致,減小誤差。
1.3.7 剪切力的測定
參考常海軍等[24]的方法,將測完蒸煮損失的肉塊沿肌肉纖維方向分割成1 cm×1 cm×2 cm的立方體,使用肌肉嫩度儀并沿垂直肌纖維方向剪切樣品,并記錄其剪切力值(N)。
1.3.8 脂質(zhì)過氧化(TBARS)的測定
參考XIONG等[25]的方法并加以修改。具體操作如下:取10 g肉樣,與50 mL 75 g/L三氯乙酸(TCA)混勻,振搖30 min,雙層濾紙過濾2次后,加入5 mL 0.02 mol/L TBA溶液并沸水浴40 min,取出后冷卻1 h,5 500 r/min離心25 min,保留上清。向上清液中加入5 mL氯仿,搖勻靜置分層,取上清在532 nm處比色。計(jì)算公式如式(3):
(3)
其中:A532為待測液在532 nm下的吸光度值;Ws為肉樣品的質(zhì)量,g。
1.3.9 新鮮度的測定
本試驗(yàn)主要通過pH值、細(xì)菌菌落總數(shù)、揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)和電導(dǎo)率4個(gè)指標(biāo)綜合評價(jià)解凍豬肉的新鮮度。pH值:檢測前,使用pH 6.8、4.0的標(biāo)準(zhǔn)緩沖液校準(zhǔn)pH計(jì)。參考GB 5009.237—2016[26]的方法進(jìn)行測定。菌落總數(shù):參考GB 4789.2—2016[27]測定菌落總數(shù)。TVB-N:參考GB 5009.228—2016半微量定氮法測定TVB-N值[28]。電導(dǎo)率的測定:參考楊秀娟等[29]的方法測定電導(dǎo)率。
1.3.10 動(dòng)態(tài)流變學(xué)特性的測定
參考朱東陽等[30]的方法,利用流變儀測定樣品的熱動(dòng)態(tài)流變性。
1.4 數(shù)據(jù)分析
所有處理重復(fù)5次,使用SPSS 18.0(SPSS Inc.,USA)進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析,并對試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用單因素方差分析(ANOVA)進(jìn)行分析。當(dāng)P<0.05時(shí),認(rèn)為組間差異顯著。
豬肉中心溫度隨解凍時(shí)間的變化代表了樣品的解凍速率,從側(cè)面反映出解凍的進(jìn)程。由圖1可知,高濕低溫解凍的速率明顯高于傳統(tǒng)低溫解凍,且隨著相對濕度的增加而升高。以中心溫度上升至2 ℃作為完全解凍的判定點(diǎn)。豬肉采用低溫(4 ℃)RH80%、85%、90%、95%解凍所需時(shí)間平均分別為11、10、9、8 h,顯著快于傳統(tǒng)低溫解凍(17 h),表明高濕低溫解凍可有效縮短解凍時(shí)間,提高解凍效率。這主要是由于較低的環(huán)境溫度下,熱傳遞速率較慢,而增加空氣濕度后,使得導(dǎo)熱加快,促進(jìn)冰晶融化[31]。
圖1 低溫不同濕度解凍條件下豬肉中心溫度的變化曲線Fig.1 Changing curves in central temperature of pork samples under low temperature with different humidity thawing conditions
圖2表明低溫不同濕度解凍對汁液損失影響差異顯著(P<0.05),其中RH90%、95%處理后汁液損失最低,傳統(tǒng)低溫解凍后汁液損失最高,可能是由于高濕度條件下,一方面縮短了解凍時(shí)間,減少干耗現(xiàn)象;另一方面有效地保護(hù)了肉樣的蛋白水合面,降低表面水分蒸發(fā)[18]。目前有關(guān)解凍降低肉樣保水能力原因的報(bào)道眾多,有研究認(rèn)為經(jīng)解凍處理,蛋白質(zhì)發(fā)生氧化變性,生成羰基和二硫鍵,導(dǎo)致肌肉蛋白結(jié)構(gòu)改變,降低保水能力[32-33];夏秀芳等[23]則認(rèn)為解凍后肌肉蛋白質(zhì)的靜電荷減少,導(dǎo)致蛋白分子聚集使得水分?jǐn)D出而造成汁液流失;也有報(bào)道認(rèn)為解凍后冷凍肉的肌纖維收縮,肌束空隙變大,破壞其致密結(jié)構(gòu),導(dǎo)致保水能力下降[34]。
圖2 低溫不同濕度解凍對豬肉汁液損失的影響Fig.2 Effect of different relative humidity thawing on thawing loss of pork注:標(biāo)記有不同字母的數(shù)據(jù)間有顯著性差異(P<0.05)。數(shù)據(jù)的表示形式為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差。
由圖3可知,經(jīng)不同解凍處理后肉樣的蒸煮損失較鮮肉均呈現(xiàn)出顯著變化(P<0.05),這主要是由于豬肉在冷凍過程中形成的冰晶對肌肉組織造成機(jī)械損傷所致[13]。其中傳統(tǒng)低溫解凍引起的蒸煮損失最高,因?yàn)樨i肉在此方式下解凍時(shí)間最長。而低溫高濕解凍的蒸煮損失均顯著低于傳統(tǒng)低溫,且隨著濕度增加至90%,蒸煮損失顯著降低(P<0.05),而隨著濕度繼續(xù)增加,則無明顯變化(P>0.05),這與汁液損失結(jié)果一致,表明低溫高濕(4 ℃,RH≥90%)可有效提高解凍豬肉的保水能力。
圖3 低溫不同濕度解凍對豬肉蒸煮損失的影響Fig.3 Effect of different relative humidity thawing on cooking loss of pork注:標(biāo)記有不同字母的數(shù)據(jù)間有顯著性差異(P<0.05);數(shù)據(jù)的表示形式為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差。
豬肉色澤對于其外觀有重要作用,直接影響消費(fèi)者的可接受性。不同解凍處理對豬肉色澤的影響如表1所示,主要通過L*、a*和b*值來衡量。經(jīng)低溫RH85%、90%、95%解凍后,豬肉的L*、a*和b*值接近鮮肉水平(P>0.05),其中RH90%、95%解凍后,處理組的L*值和a*值顯著高于傳統(tǒng)低溫解凍,b*值顯著低于傳統(tǒng)低溫解凍(P<0.05),表明低溫環(huán)境下,相對濕度達(dá)到90%以上解凍可有效緩解肉樣色澤的改變。張昕等[15]發(fā)現(xiàn)高濕低溫解凍可提高雞肉的亮度值和紅度值,邸靜等[35]結(jié)果也表明高濕低溫解凍可有效維持牛肉的L*值,與本試驗(yàn)結(jié)果相似。分析原因可能是由于高濕處理后,有效維持豬肉保水性的同時(shí)縮短了解凍時(shí)間,避免肉樣與空氣接觸時(shí)間過長,從而抑制肌紅蛋白的氧化變性(a*值下降的原因)和脂肪的氧化(b*值升高的原因)[36]。
表1 不同濕度解凍對豬肉色澤的影響Table 1 Effect of different relative humidity thawing on color of pork
注:同一行中標(biāo)記有不同字母的數(shù)據(jù)間有顯著性差異(P<0.05);數(shù)據(jù)的表示形式為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差。
肌肉嫩度是決定消費(fèi)者重復(fù)購買的重要品質(zhì)屬性,常用剪切力表示。由圖4可知,與鮮肉相比(43.45 N),經(jīng)不同解凍后豬肉的剪切力值均顯著升高(P<0.05),原因是在冷凍結(jié)過程中,隨著溫度的降低和時(shí)間的延長樣品中產(chǎn)生的冰晶也會(huì)增大,從而減小豬肉的可塑性[34]。不過相較于傳統(tǒng)低溫解凍,低溫高濕解凍后豬肉的剪切力值顯著降低(P<0.05),而且剪切力值隨著濕度的升高逐漸減小,表明嫩度增加。當(dāng)相對濕度達(dá)到85%后剪切力值無明顯變化(P>0.05),表明高濕環(huán)境有利于維持豬肉的嫩度。
圖4 低溫不同濕度解凍對豬肉剪切力的影響Fig.4 Effect of different relative humidity thawing on shear force of pork注:標(biāo)記有不同字母的數(shù)據(jù)間有顯著性差異(P<0.05);數(shù)據(jù)的表示形式為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差。
低溫不同相對濕度條件下解凍后測定了豬肉的TBARS值,結(jié)果如圖5所示,其值越大代表脂肪氧化程度越大。與鮮肉相比,豬肉經(jīng)傳統(tǒng)低溫解凍后TBARS值明顯升高(P<0.05),可能是由于解凍時(shí)間過長所致[34]。而經(jīng)過低溫高濕解凍后豬肉的TBARS顯著低于傳統(tǒng)低溫解凍(P<0.05),且隨著濕度增加而逐漸降低。當(dāng)相對濕度達(dá)到85%~95%時(shí),豬肉的TBARS值接近鮮肉水平(P>0.05),表明低溫RH≥85%解凍可有效抑制脂肪氧化程度。從TBARS和色澤的結(jié)果可看出豬肉黃度值變化與脂肪氧化程度一致[35]。
圖5 低溫不同濕度解凍對豬肉TBARS的影響Fig.5 Effect of different relative humidity thawing on TBARS of pork注:標(biāo)記有不同字母的數(shù)據(jù)間有顯著性差異(P<0.05);數(shù)據(jù)的表示形式為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差。
pH值的變化可使蛋白質(zhì)分子間產(chǎn)生靜電荷效應(yīng),從而顯著影響肉的色澤、持水力和貨架期[37]。由圖6-A可知,低溫高濕解凍和傳統(tǒng)低溫解凍處理對豬肉pH值無顯著影響,與鮮肉值接近(P>0.05),與余力等的研究結(jié)論一致[34]。其中傳統(tǒng)低溫解凍的pH值(6.06)最高,原因可能是解凍時(shí)間最長,促使蛋白質(zhì)在酶及微生物的活動(dòng)下降解生成氨、胺等堿性物質(zhì)所致[34]。隨著解凍溫度升高、解凍時(shí)間延長,容易造成微生物污染,促使豬肉成分和感官特性發(fā)生變化,導(dǎo)致有毒有害物質(zhì)產(chǎn)生。如圖6-B所示,經(jīng)不同解凍處理后豬肉的菌落總數(shù)均顯著高于鮮肉(P<0.05)。其中在低溫環(huán)境下,RH95%解凍后樣品的菌落總數(shù)(3.97 lg CFU/g)顯著高于其他濕度條件下,而接近于傳統(tǒng)低溫解凍(P>0.05),分析原因可能是,隨著解凍環(huán)境濕度增加,微生物活動(dòng)增強(qiáng),不過微生物數(shù)量仍未超標(biāo),可安心食用[13]。TVB-N值是衡量動(dòng)物性食品蛋白質(zhì)分解的重要指標(biāo)。由圖6-C可知,低溫環(huán)境中,RH95%解凍和傳統(tǒng)低溫解凍處理后肉樣的TVB-N值最高,這與菌落總數(shù)結(jié)果相一致,主要是由于腐敗菌的滋生誘發(fā)TVB-N增加,預(yù)示著腐敗程度增加。隨著豬肉新鮮度的下降,其自身成分會(huì)發(fā)生變化,反應(yīng)產(chǎn)物中出現(xiàn)大量導(dǎo)電性物質(zhì),導(dǎo)致電導(dǎo)率升高,因此電導(dǎo)率也成為檢驗(yàn)豬肉新鮮度的重要指標(biāo)[29]。如圖6-D所示,經(jīng)不同解凍處理后,豬肉的電導(dǎo)率均顯著高于鮮肉(P<0.05),但都在1 370 μs/cm以下,屬于一級鮮肉[29]。同樣地,經(jīng)不同濕度解凍處理后,電導(dǎo)率值的變化趨勢基本與TVB-N和菌落總數(shù)相一致。
圖6 低溫不同濕度解凍對豬肉pH(A),菌落總數(shù)(B),TVB-N值(C)和電導(dǎo)率(D)的影響Fig.6 Effect of different relative humidity thawing on pH (A), total bacteria counts (B), TVB-N (C) and electrical conductivity (D) of pork注:標(biāo)記有不同字母的數(shù)據(jù)間有顯著性差異(P<0.05);數(shù)據(jù)的表示形式為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差。
近年來,動(dòng)態(tài)流變試驗(yàn)常用來檢測肌纖維蛋白的熱誘導(dǎo)凝膠性,尤其是用G′來表示樣品在剪切過程中的儲(chǔ)能模量,可從側(cè)面反映蛋白品質(zhì)[38]。低溫不同濕度解凍后豬肉樣品G′值的變化如圖7所示。于鮮肉而言,其G′值的變化與文獻(xiàn)報(bào)道一致[39-40],大致分為4個(gè)階段:20~44 ℃,G′有下降趨勢,但不明顯;45~51 ℃,因豬肉蛋白互作增強(qiáng)促使G′增加;52~56 ℃,G′因肉樣中的肌球蛋白尾部發(fā)生變性而輕微下降;57~80 ℃,由于溫度升高引發(fā)蛋白質(zhì)聚集、交聯(lián),粘性膠體轉(zhuǎn)變?yōu)橛袕椥缘哪z網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致G′迅速升高。
圖7 低溫不同濕度解凍對豬肉儲(chǔ)能模量(G′)的影響Fig.7 Effect of different relative humidity thawing on the dynamic storage modulus (G′) of pork
由圖7可知,經(jīng)不同解凍處理后,G′的變化趨勢與鮮肉相似,但其值(80 ℃時(shí)為22.45~26.36 kPa)明顯降低,表明凝膠結(jié)構(gòu)遭到破壞,主要原因是解凍過程中蛋白質(zhì)變性導(dǎo)致蛋白發(fā)生聚集,改變原有結(jié)構(gòu)造成的[39]。其中傳統(tǒng)低溫解凍的G′值最低(80 ℃時(shí)為22.45 kPa),且峰形較弱;而經(jīng)低溫RH90%和95%解凍后,肉樣的G′值較高(80 ℃時(shí)為26.36 kPa和25.78 kPa),且峰形較好,與鮮肉較為一致,表明低溫RH90%和95%解凍可有效保持豬肉糜原有的蛋白結(jié)構(gòu)特性,凝膠結(jié)構(gòu)較好。
本試驗(yàn)中,與傳統(tǒng)低溫解凍相比,采用低溫高濕解凍可有效縮短解凍時(shí)間,提高解凍效率;使解凍汁液損失由6.56%降低至3.64%以下,蒸煮損失由26.32%降至23.8%以下,從而改善解凍豬肉的保水能力;能明顯抑制脂肪氧化程度,降低剪切力值以提高豬肉嫩度(P<0.05)。在低溫條件下,經(jīng)RH90%和95%解凍,效率高于其他2組處理,而且解凍后肉樣的G′值較高(80 ℃時(shí)為26.36 kPa和25.78 kPa),可保持豬肉糜原有的蛋白結(jié)構(gòu)特性(P<0.05);但RH95%解凍后肉樣的菌落總數(shù)(3.97 lg CFU/g)、TVB-N(1.4 mg/100 g)和電導(dǎo)率(1 367.67 μs/cm)顯著升高(P<0.05),降低新鮮度。綜合分析,4 ℃、RH90%解凍是最佳的解凍條件,可有效提高解凍效率,緩解蛋白變性,提高保水能力、嫩度,改善解凍豬肉品質(zhì)。