秦躍奇,高海燕,孟可心,王瑩,張麟,姜繼凱,曾潔

（河南科技學(xué)院食品學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003）

牛肉蛋白質(zhì)含量高,而脂肪含量低,是當(dāng)今世界食品肉類中位列第三的消耗肉品,在中國僅次于豬肉的消費(fèi)肉類食品[1].牛肉制品的嫩度是由肌肉蛋白質(zhì)分子之間的相互作用力、肌肉中結(jié)締組織的分布、密度和性質(zhì)等因素共同控制的[2].反映著肉中各種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)形態(tài)和特性,直接影響著肉的食用價值和商品價值,決定了肉在食用時口感的老嫩[3-7].肉的嫩度包含肉對舌或頰的柔軟性,肉對牙齒壓力的抵抗性,咬斷肌纖維的難易程度和嚼碎程度[8].肌肉中膠原蛋白的含量及其中熱穩(wěn)定性交鏈鍵數(shù)目不同,肉嫩度也不同,因此要提高肉的嫩度,就要降低肉中膠原蛋白的含量[9].生姜是一種人們生活中不可或缺的調(diào)味劑,價格比較便宜,姜汁嫩化法操作簡單、成本低、安全、風(fēng)味好,是一種理想的肉類嫩化方法[10].目前研究表明生姜中含有大量的生姜蛋白酶對肉類有一定的嫩化作用,原因可能是生姜汁中的一種巰醇蛋白酶[11].生姜蛋白酶能有效同時降解肌原纖維和結(jié)締組織,提高肉的嫩度[12].主要是由于植物蛋白酶可以對肉類的結(jié)締組織及纖維中結(jié)構(gòu)復(fù)雜的彈性蛋白和膠原蛋白進(jìn)行適當(dāng)分解,使部分氨基酸之間的連接鍵發(fā)生斷裂,破壞了它們的分子結(jié)構(gòu),從而實現(xiàn)嫩化效果[13].

本文通過研究生姜汁對牛肉的嫩化效果,為牛肉的進(jìn)一步加工利用提供嫩度更高的原料,從而提高牛肉深加工產(chǎn)品的質(zhì)量.

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

牛肉（冷凍）、生姜,購于當(dāng)?shù)厥袌?

CMD-20X 恒溫鼓風(fēng)干燥箱,上?，樮帉嶒炘O(shè)備有限公司；TDL-40B 臺式離心機(jī),上海安亭科學(xué)儀器廠制造；DZKW-D-Z 電熱恒溫水浴鍋,北京市永光明醫(yī)療儀器廠；BS124S 電子天平,賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；雷磁PHS-3CpH 數(shù)字酸度計,上海精科；JYL-350A 打漿機(jī),山東九陽小家電有限公司；T-500 型電子天平（精確度0.1 g）,美國雙杰兄弟（集團(tuán)）有限公司；Q200 型DSC,美國TA 公司；CB-400 色彩色差計,日本KONICAMINOLTN；TA.XT-plus 物性測定儀,英國Stable Micro System 公司；Quanta 200 掃描電子顯微鏡,美國FEI 公司.

1.2 試驗方法

1.2.1 牛肉處理流程

將冷凍的牛肉從冰箱中取出,放入水槽中用自來水解凍,約3 h.將解凍好的牛肉取出,去除脂肪、筋膜,用清水稍沖洗一下即可,并且擦干表面的水分.

1.2.2 生姜汁制備 選取新鮮干凈的生姜,去皮后清洗一下,然后切成小塊狀,用打漿機(jī)榨汁,先用四層紗布進(jìn)行粗濾,再用離心機(jī)離心分離（4 000 r/min,15 min）,取上清液放進(jìn)冰箱備用[14].

1.2.3 單因素試驗設(shè)計

1.2.3.1 生姜汁添加量對牛肉嫩化效果的影響 在室溫和一定的浸泡時間下,分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%、4%、5%、6%、7%的生姜汁對牛肉進(jìn)行嫩化,比較不同添加量下生姜汁對牛肉的嫩化效果.

1.2.3.2 溫度對牛肉嫩化效果的影響 以1.2.3.1 得出的生姜汁最佳添加量,將牛肉在20、30、40、50、60 ℃溫度下浸泡相同的時間進(jìn)行嫩化.比較不同溫度條件下的嫩化效果.

1.2.3.3 時間對牛肉嫩化效果的影響 以1.2.3.1 確定的生姜汁最佳添加量在室溫下將牛肉分別浸泡0、30、60、90、120 min,比較不同時間下的嫩化效果.

1.2.4 正交試驗優(yōu)化 根據(jù)單因素試驗結(jié)果, 以生姜汁添加量、浸泡溫度和浸泡時間3 個因素作為自變量,以牛肉持水為指標(biāo),采用L9（34）正交試驗對生姜汁嫩化牛肉進(jìn)行優(yōu)化.

1.2.5 牛肉持水力測定 肉的持水量是指肉在壓榨、加熱、切碎、攪拌等外界因素的作用下,保持原有水分和添加水分的能力.其實質(zhì)是肉的蛋白質(zhì)所形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在單位空間以物理狀態(tài)所捕獲的水分量的反映.肉的持水力是一項重要的肉質(zhì)性狀,它影響著肉的嫩度、質(zhì)地等多種指標(biāo),具有重要的意義.肉的持水力大,其保持水的能力強(qiáng)、肉的汁液多、肉質(zhì)富有彈性,具有良好的加工和食用品質(zhì),但持水力過大時,硬度變大,嫩度變小.這種特性對肉品加工的質(zhì)量和產(chǎn)品的數(shù)量都有很大的影響[15].

1.2.5.1 牛肉含水量的測定（恒溫干燥法）取潔凈玻璃制的扁形干燥皿,置于100±5 ℃干燥箱中,加熱0.5～1 h 后取出,置于干燥器中0.5 h 后稱量,并重復(fù)干燥至恒溫.稱取10 g 切碎的牛肉,放入干燥皿中,樣品厚度為5 mm,精密稱量（干燥皿+肉質(zhì)量）后,置于100±5 ℃干燥箱中,干燥2 h 后取出,放入干燥器內(nèi)冷卻0.5 h 后,稱量（干燥皿+肉質(zhì)量）后,再放入100±5 ℃干燥箱中干燥1 h 左右,取出,放入干燥器內(nèi)冷卻0.5 h 后再稱量（干燥皿+肉質(zhì)量）,至前后兩次質(zhì)量差不超過2 mg,即為恒質(zhì)量.含水量計算公式為

1.2.5.2 牛肉離心損失率的測定（離心法）稱取10 g 牛肉,用濾紙擦干表面水分,將其用搗臼搗碎,置于離心管中,稱質(zhì)量后放在離心機(jī)中離心（轉(zhuǎn)速4 000 r/min,20 min）,取出離心管,將離心管中的水分倒出,并且用濾紙將其表面的水分吸干,將樣品及離心管一起稱質(zhì)量,計算公式為

1.2.5.3 牛肉持水力的測定 持水率測定公式為

1.2.6 DSC 測定 采用DSC 測定儀進(jìn)行熱量測定：取3～4 mg 未經(jīng)處理過牛肉（對照組）放進(jìn)小器皿內(nèi)再放進(jìn)DSC 測定儀里進(jìn)行測試,再用同樣的方法測試經(jīng)正交試驗得出的最佳嫩滑方法處理過的樣品.

1.2.7 TPA 測定 采用TA.XT-plus 物性測定儀進(jìn)行硬度和其他物性的測定.將牛肉根據(jù)正交試驗結(jié)果進(jìn)行嫩化處理,然后把處理過的牛肉和未處理的牛肉（對照組）擦干表面水分,順著肌纖維方向切取30 mm的正方體,最后放在質(zhì)構(gòu)儀上測定其硬度值,重復(fù)測定3 次,取平均值.測定條件：P/50 平底圓柱形探頭；操作模式：壓力測定；操作類型：TPA；測試前速度：2.00 mm/s；測試速度：2.00 mm/s；測試后速度：2.00 mm/s；測試距離：樣品高度的50%.數(shù)據(jù)分析：硬度、彈性、膠著性、咀嚼性、黏性及回復(fù)性等物性數(shù)據(jù)采用TPA-macro 軟件分析,Excel 2000 統(tǒng)計分析其他數(shù)據(jù).

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 生姜汁添加量對牛肉嫩化效果的影響 不同生姜汁添加量嫩化,持水力測定結(jié)果如圖1 所示.

圖1 生姜汁添加量對牛肉的嫩化效果Fig.1 Tenderization effect of different amounts of ginger juice on beef

由圖1 可知,不同的生姜汁用量對牛肉的持水力有一定的影響.與對照組相比,生姜汁處理的牛肉持水力明顯提高,隨著生姜汁用量的增加,持水力逐漸增加,當(dāng)生姜汁添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時,持水力最大；此后隨生姜汁添加量的增加,持水力逐漸減小.由此表明,生姜汁添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時對牛肉的嫩化效果最佳.

2.1.2 不同浸泡溫度對牛肉嫩化效果的影響 在不同溫度條件下用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的生姜汁嫩化牛肉,持水力測定結(jié)果如圖2 所示.

圖2 不同溫度下浸泡對牛肉的嫩化效果Fig.2 Tenderization effect of soaking at different temperatures on beef

由圖2 可知,在20～40 ℃之間經(jīng)過生姜汁的浸泡,牛肉的持水力有明顯的提高,隨著浸泡溫度的增加持水力下降趨于水平,40 ℃時的持水力明顯的高于其他溫度,最佳的浸泡溫度為40 ℃.

2.1.3 不同浸泡時間對牛肉嫩化效果的影響 在不同浸泡時間的條件下用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的生姜汁嫩化牛肉,持水力測定結(jié)果如圖3 所示.

圖3 不同浸泡時間對牛肉的嫩化效果Fig.3 Tenderization effect of different soaking time on beef

由圖3 可知,與對照組相比較0～60 min 內(nèi)嫩化效果比較明顯,隨著時間的增加持水力有所上升,在60 min 時達(dá)到最大,所以浸泡時間為60 min 較合適.

2.2 正交試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上,采用L9（34）正交設(shè)計,比較生姜汁的添加量、浸泡溫度、浸泡時間對牛肉嫩度的影響,確定各因素的最優(yōu)配比方案.因素水平表見表1.

表1 正交試驗因素水平表Tab.1 Horizontal table of orthogonal test factors

正交試驗分析結(jié)果見表2.

表2 正交實驗結(jié)果與分析Tab.2 Orthogonal experimental results and analysis

由表2 可知,影響牛肉嫩化的主次因素順序為C＞B＞A,即浸泡時間＞浸泡溫度＞生姜汁添加量.牛肉嫩化最佳處理組合為A3B1C3,即正交試驗第七組生姜汁添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%,浸泡溫度30 ℃,浸泡時間80 min,該組合持水力為69.698 7%,優(yōu)于在正交試驗中的其它組合.方差分析結(jié)果見表3.

表3 正交試驗方差分析結(jié)果Tab.3 Anova results of orthogonal experimental

由表3 可知,因素B 和因素C 對嫩化效果的影響比較顯著,因素A 影響不顯著.

2.3 生姜汁處理后牛肉熱量的變化

用DSC 測定儀分別測定未經(jīng)處理的牛肉（對照組）和經(jīng)過質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的生姜汁在30 ℃的溫度下浸泡80 min 的牛肉的熱量,結(jié)果見圖4.

由圖4 可知,經(jīng)過生姜汁處理過的牛肉和對照組相比較,兩者的圖譜輪廓形似.在峰1 部分,牛肉中肌球蛋白的變性溫度由60.28 ℃提前到51.51 ℃,在其變性過程中的熱焓值由1.070 J/g 提升到了2.987 J/g.在峰2 時,肌動蛋白的變性溫度由80.77 ℃延遲到84.09 ℃,其變性過程中的熱焓值由0.1573 J/g 降低至0.1523 J/g.肌球蛋白變性過程中的熱焓值增大,肌動蛋白的熱焓值減小.綜上所述,生姜汁處理后的牛肉,牛肉中某些蛋白質(zhì)的性質(zhì)改變了.

圖4 生姜汁處理牛肉和對照組的DSC 圖譜Fig.4 DSC map of beef treated with ginger juice and control group

2.4 生姜汁處理后牛肉的硬度及其他物性

未經(jīng)處理的牛肉（對照組）和經(jīng)過質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的生姜汁在30 ℃的溫度下浸泡80 min 的牛肉的硬度及其他物性比較結(jié)果見表5.

表5 生姜汁嫩化對牛肉硬度及其他物性的影響Tab.5 Effects of treated with ginger juice on hardness and other physical properties of beef

由表5 可知,與對照組相比,被生姜汁處理過的牛肉的硬度有所下降.生姜汁處理的牛肉的硬度為16 908.56,降低了5.3%.嫩化處理對牛肉的其他物性也有很明顯的影響,回復(fù)性、咀嚼性、膠著性和黏性增大,彈性降低,pH 值變化不明顯,亮度增大,紅度和黃度降低,表明此時牛肉的視覺效果和口感較好,沒有口感粗糙、韌性大而咀嚼費(fèi)力的特征.

2.5 生姜汁處理后牛肉的超微結(jié)構(gòu)

肉的超微結(jié)構(gòu)是指肉經(jīng)顯微鏡掃描后,擴(kuò)大一定倍數(shù)后所看到的肉的組織結(jié)構(gòu).其好壞主要是通過肉的紋理的粗細(xì)、肉斷面的光滑程度、肌原蛋白被分解程度、肌原纖維的斷裂情況、肉的組織結(jié)構(gòu)的破壞程度、脂肪存放量和分散程度來判斷.一般認(rèn)為紋理細(xì)膩、斷面如縐綢般光滑、肌原蛋白大部分被分解、肌原纖維大部分已斷裂、肉的組織結(jié)構(gòu)被破壞的很厲害、脂肪細(xì)膩分散一致,呈大理石紋狀的肉較好.

圖5 嫩化牛肉的超微結(jié)構(gòu)（×400）Fig.5 Microstructure diagram of tenderized beef（×400）

由圖5-a 可知,對照組的牛肉紋理很粗,肌原蛋白沒有被分解,肌原纖維較長,大部分都沒斷裂,組織結(jié)構(gòu)斷面粗糙,且組織比較完整,基本上沒被破壞,脂肪的存放量多且分布不均勻.由圖5-b 可知,被生姜汁嫩化的牛肉肌原蛋白被分解,肌纖維大部分都斷裂了,組織結(jié)構(gòu)被破壞的也很徹底,紋路不清晰,與對照組相比嫩度有一定的提高.被生姜汁處理過的牛肉有一定的嫩化效果,這與以物性作為嫩化指標(biāo)測定的結(jié)果基本一致.

3 結(jié)論與討論

本文通過單因素和正交試驗對添加生姜汁嫩化牛肉的效果進(jìn)行研究,結(jié)果表明,當(dāng)添加生姜汁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%、溫度為30 ℃、浸泡時間為80 min 時,嫩化效果最佳.生姜汁處理能夠較好的保持牛肉的持水力,對牛肉的嫩化有很好的效果.DSC 的測定結(jié)果表明,生姜汁處理后的牛肉中肌球蛋白的變性溫度提前,肌動蛋白的變性溫度延后,說明生姜汁對牛肉中蛋白質(zhì)的性質(zhì)有影響.與對照組相比,生姜汁處理后的牛肉的硬度降低了5.3%.特別是彈性的降低幅度很快,彈性降低了33%.電鏡分析結(jié)果表明,生姜汁嫩化的牛肉紋理比較細(xì)膩,結(jié)構(gòu)比較細(xì)密,斷面相對比較光滑,牛肉肌原蛋白被分解,肌纖維大部分都斷裂了,組織結(jié)構(gòu)被破壞的也很徹底,紋路也不清晰.

由于本次試驗購買的是冷凍牛肉,因貯存時間過長,可能使牛肉的組織結(jié)構(gòu)有一定的破壞,容易出現(xiàn)嫩化過度的現(xiàn)象；在解凍過程中可能會丟失一部分水分,使牛肉的持水力下降,失水率提高,這些問題有待后續(xù)研究改進(jìn).