近年来,人们对饮食的营养有了更高的追求[1]。肉类中富含多种人体必需的营养元素,其中,烤制是肉类最原始的烹饪方式[2],因其独特的色、香、味,深受消费者的喜爱。但是,当牛肉、鱼肉等蛋白质含量很高的肉类在高温下加工时,其中的肌酸、糖和游离的氨基酸等物质容易发生反应,生成一种致突变[3]和致癌[4]的多环芳香族化合物——杂环胺[5]。迄今为止,人们已经在不同的食品体系中发现了超过30种杂环胺,其广泛存在于日常饮食中,威胁人类健康[6]。研究人员发现,在食品加工中,可以通过改变烹饪方式[7-9]、控制加工温度和时间[10-11]来抑制杂环胺的产生。但考虑到充足的加热温度和时间是食品产生理想感官属性的关键因素,添加天然的杂环胺形成抑制剂引起了广泛关注[12]。与人工合成抗氧化剂相比,大部分天然产物具有来源广泛、安全性高、价格低廉等优点,更容易被消费者接受,因此是研究的热点。具有这种作用的物质主要有多酚、黄酮类化合物等植物提取物和香辛料、维生素等。它们可以通过清除反应体系中的自由基、与反应的关键中间产物形成加合物等方式抑制杂环胺的生成[13]。
WANG等[14]经过研究发现,除异鼠李素等常见的多酚、黄酮类物质外,从韭菜中提取出的一种名叫芒果苷的物质,被证实是一种效果上佳的新杂环胺2-氨基-1-甲基-6-苯基咪唑并[4,5-b]吡啶(2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo[4,5-b]-pyridine,PhIP)抑制剂。芒果苷广泛存在于漆树科植物芒果的果实、叶、树皮中[15]。芒果是世界五大水果之一[16],兼具极高的营养价值和药用价值,是重要的药食同源水果[17]。但是,芒果在工业生产和加工过程中会产生大量的芒果皮和芒果核等副产物,多被废弃,既造成环境污染,又造成资源浪费[18]。因此,对其副产物的开发利用非常关键。研究发现,芒果皮中可提取出具有重要生理功能的活性成分芒果苷,它不仅具有镇咳、祛痰、抗氧化、抗炎、抑菌、抗病毒、抗肿瘤等多种有益作用[19],更因为具有间位羟基,可通过直接清除美拉德反应关键中间体苯乙醛的方式来抑制杂环胺的形成,从而成为良好的杂环胺抑制剂[20]。因此,本文以芒果皮中含量丰富的芒果苷为研究对象,同时也可将芒果皮变废为宝,响应“双碳”战略。
果胶是芒果皮中同样含量丰富且结构特殊的一种成分[21],在食品工业中常作为食品添加剂来使用,其同样具有抑制杂环胺的作用。芒果苷的溶解度仅为0.111 mg/mL[22],生物利用度低,这大大限制了它的应用,且果胶与芒果苷复合添加对杂环胺的抑制作用鲜有文献研究。综上所述,本文分别利用固相微萃取技术和高效液相色谱-质谱联用技术(high performance liquid chromatography-mass spectrometry,HPLC-MS)对烤牛肉饼中的主要PhIP和2-氨基-3,8-二甲基咪唑并[4,5-f]喹喔啉(2-amino-3,8-dimethyl-imidazo[4,5-f]quinoxaline,MeIQx)进行提取和测定,同时测定添加芒果苷-果胶复配物后烤牛肉饼样品的质构、色度和蛋白质含量、总抗氧化能力等指标,并进行相关性分析与主成分分析,旨在探究工业副产物芒果皮及其主要活性成分芒果苷和果胶对烤牛肉中杂环胺生成的影响,对烤牛肉饼营养品质和感官品质的影响,扩大天然产物应用面,为食品热加工伴生危害物杂环胺的调控研究提供新思路。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
国产原切牛肉馅,河南伊塞牛肉股份公司;芒果皮粉末,西安珀菲生物科技有限公司;果胶、芒果苷,上海阿拉丁试剂有限公司。
PhIP、MeIQx标准品,加拿大TRC公司;硅藻土,安捷伦科技有限公司;甲醇、乙腈、甲酸(色谱纯),美国Merck公司;PBS、总抗氧化能力检测试剂盒,北京索莱宝科技有限公司;BCA蛋白浓度测定试剂盒,碧云天生物技术公司;其他所用试剂均为国产分析纯。
1.2 仪器与设备
BSA2202S-CW电子天平,德国Sartorius有限公司;MX-S混匀仪,大龙兴创实验仪器股份公司;RBH D-200干式恒温加热器,北京诺植科技有限公司;wat200609固相萃取装置、XEVO-G2QTOF液相色谱质谱联用仪,美国Waters公司;SN-HP-01无油隔膜真空泵,上海力辰邦西仪器科技有限公司;MTN-2800 W氮吹仪,天津奥特塞恩斯仪器公司;LC-20AD高效液相色谱仪,日本Shimadzu公司;BK-58M烤箱,德国巴科隆公司;FW100高速粉碎机,天津市泰斯特仪器有限公司;HY-5A振荡器,江苏科析仪器有限公司;MG-1650台式高速离心机,美瑞克仪器(上海)有限公司;SpectraMaxTM i3X多功能酶标仪,美谷分子仪器(上海)有限公司;CT3-4500质构分析仪,美国Brookfield公司;NH310色差仪,深圳市三恩时科技有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 烤牛肉饼的制备
将牛肉馅于4 ℃解冻后,称量150 g,分别加入质量分数为1%、2%、3%的芒果皮粉末或芒果苷-果胶复配物(质量比为2∶1),充分混合。每组样品均称量30 g,借助玻璃培养皿(直径6 cm,高1.5 cm),制成牛肉饼,每组制作4个牛肉饼。烤箱需要提前预热至230 ℃,将牛肉饼置于烤箱烤制10 min,翻面继续烤制10 min,烤制过程中,始终保持该温度。烘烤完成的样品留待下一步实验。烤牛肉的质构、色泽分析采用新鲜烤制样品,蛋白质含量及抗氧化活性的测定采用冻干、打碎成粉末状的烤牛肉样品。同时以不添加外源物质的烤牛肉饼作为对照组。
1.3.2 杂环胺的提取
参照文献[6]并稍作修改,对不同处理的烤牛肉饼样品中的杂环胺进行提取。将每种处理的2个肉饼在120 mL的2 mol/L NaOH溶液中均质化2 min,形成肉糜匀浆。对于每个样品,称量24 g肉糜匀浆于锥形瓶中,与50 g硅藻土混合,装入配有20 μm垫片的空柱中,将100 mL乙酸乙酯加入填好的柱子中,用烧杯收集乙酸乙酯提取液。收集的样品提取液被逐步加入到预先活化好的Oasis MCX柱(小柱先后用6 mL甲醇,6 mL蒸馏水和6 mL乙酸乙酯进行活化)中,然后依次用6 mL的0.1 mol/L HCl溶液和6 mL的甲醇洗涤,抽真空使小柱干燥,最后用6 mL甲醇-氨水(体积比19∶1)混合液将保留于小柱上的分析物洗脱下来,将得到的溶液于45 ℃氮吹干燥,而后置于-20 ℃冰箱中留待上机检测。
1.3.3 食品体系杂环胺含量的测定
将氮吹后的上述残留物用300 μL甲醇进行复溶,过0.22 μm膜处理,采用HPLC-MS/MS进行杂环胺PhIP和MeIQx的定性定量分析。液相分析条件:色谱柱为ZORBAX SB 80A C18柱(2.1 mm×100 mm,3.5 μm),柱温设置为35 ℃,使用二元流动相(溶剂A:0.1%的甲酸-水溶液;溶剂B:乙腈)。洗脱程序:0～0.5 min,95% A,5% B;0.5～7 min,10% A,90% B;7～9 min,10% A,90% B;9～12 min,95% A,5% B。流速0.25 mL/min,进样量10 μL。质谱分析条件:在多反应监测扫描模式下进行,PhIP的扫描子离子(m/z)为210.0和192.8,定量离子为210.0;MeIQx的扫描子离子(m/z)为199.0和130.8,定量离子为199.0。
1.3.4 可溶性蛋白的提取及含量测定
称量5 g冻干烤牛肉饼样品,加入30 mL PBS(0.01 mol/L, pH 7.2～7.4),振荡提取4 h,12 000 r/min离心10 min,获得上清液。采用BCA试剂盒测定蛋白质含量,配制梯度质量浓度为0.25～1.00 mg/mL标准品溶液。分别取25 μL标准品或样品于微孔板中,每孔中再加200 μL的BCA试剂A和B(50∶1)。在微孔板振荡器上混合30 s后,于37 ℃孵育30 min。冷却至室温后,在多功能酶标仪上测量562 nm处的吸光度值。依据标准曲线,计算样品浓度。
1.3.5 总抗氧化能力的测定
称量0.1 g冻干烤牛肉饼样品,加入1 mL预冷的PBS提取液,进行匀浆,12 000 r/min离心10 min,以获得上清液。采用总抗氧化能力检测试剂盒测定总抗氧化能力,配制梯度质量浓度为0.012 5～0.100 0 μmol/mL标准品溶液。取500 μL FeSO4标准溶液(蒸馏水作空白)加入试剂二,充分混匀,反应10 min,测定593 nm下的吸光度值,计算ΔA标准=A标准-A空白。取30 μL样品与900 μL混合液和90 μL蒸馏水充分混匀,室温准确反应10 min,取1 mL于1 mL玻璃比色皿中测定593 nm下的吸光度值,计算ΔA测定=A测定-A空白。依据标准曲线,计算样品浓度。
1.3.6 构建化学模拟体系
构建生成杂环胺PhIP和MeIQx的化学模拟体系,评估芒果苷、果胶单一与复配添加对化学模型中杂环胺PhIP和MeIQx生成的影响。将苯丙氨酸(0.4 mmol)、甘氨酸(0.4 mmol)、肌酐(0.4 mmol)和葡萄糖(0.2 mmol)与不同含量(10、15、20、30 mg)的芒果苷或果胶溶于含体积分数14%水的二甘醇/6 mL)中,置于干式恒温加热器中反应1 h(加热器提前预热至180 ℃),反应结束后,将反应瓶(20 mL)于冰水浴中冷却20 min终止反应。取冷却后的反应溶液1.5 mL与28.5 mL 2 mol/L NaOH溶液混合,再取5 mL被稀释后的反应溶液与硅藻土(20 g)充分混合,并装入底部配有过滤垫片(20 μm)的空柱中,装好的样品柱用50 mL乙酸乙酯进行洗脱,并将洗脱液通过已经预先活化的Waters Oasis MCX柱(60 mg,3 mL),最后用3 mL甲醇-氨水溶液(体积比19∶1)洗脱小柱。将甲醇-氨水洗脱液于45 ℃氮吹至干燥,置于-20 ℃冰箱中留待上机检测。每种处理进行3次重复实验。
1.3.7 化学模拟体系杂环胺含量的测定
将氮吹后的上述残留物用300 μL甲醇进行复溶,过0.22 μm膜处理,采用高效液相色谱仪-二极管阵列检测器(high performance liquid chromatography-photo diode array,HPLC-PDA)进行杂环胺PhIP和MeIQx的定性定量分析。液相分析条件:色谱柱为Symmetry® C18柱(4.6 mm×250 mm,5 μm),使用二元流动相(溶剂A:0.1%的甲酸-水溶液;溶剂B:乙腈)。洗脱程序如下:0～0.1 min,80% A,20% B;0.1～20 min,40% A,60% B;20～30 min,80% A,20% B。流速1 mL/min,PhIP检测波长312 nm,MeIQx检测波长265 nm,进样量10 μL。
1.3.8 质构与色泽指标的测定
利用质构仪(探针TA39,圆柱形,直径20 mm)分析不同处理下的烤牛肉饼样品的质构特征。将质构仪对每个样品进行2次压缩(相隔2 s),预测试速度为2.0 mm/s,测试速度为1.0 mm/s,测试后速度为2.0 mm/s,触发力为0.01 kg。在压缩周期内,力-时间曲线记录为1 mm/s,以此获得每个样品的硬度、胶着性和咀嚼性的质构参数。每批次处理重复3次。
利用色差仪评估不同处理下烤牛肉饼样品之间的颜色差异,并记录烤牛肉饼样品表面的亮度值(L*值)、红色度值(a*值)以及黄色度值(b*值),每批次处理重复3次。白度值按公式(1)计算:
白度值
(1)
1.3.9 数据统计与分析
为确保数据的可重复性,所有实验均进行至少3次重复,数据表示为“平均值±标准差”,统计软件为SPSS 20,显著性统计方法采用ANOVA方差分析及Duncan检验,P<0.05表示样品间具有显著差异性。相关性分析运用软件SPSS中Pearson相关系数进行分析。主成分分析运用Origin Pro 2019b软件。
2 结果与分析
2.1 芒果皮对烤牛肉饼中杂环胺生成的影响
PhIP和MeIQx这2种极性杂环胺的致癌和致突变性更强,对人体的危害性更大[23],因此本研究主要测定了这2种杂环胺的含量。如图1所示,当芒果皮粉末的添加量为1%时,抑制率约为5%～7%;当芒果皮粉末的添加量为2%时,抑制率约为20%～27%;当芒果皮粉末的添加量为3%时,抑制率约为35%。结果表明,当芒果皮粉末以不同的添加量加入到牛肉饼中时,均能显著抑制烤牛肉样品中PhIP与MeIQx的形成(P<0.05),并且抑制率随着添加量的增加而增大。
a-PhIP相对含量;b-MeIQx相对含量
图1 芒果皮粉末不同添加量下烤牛肉饼样品的杂环胺相对含量
Fig.1 Relative content of heterocyclic amine in roasted beef patty samples with different addition amounts of mango peel powder
注:不同的字母代表显著性差异(P<0.05)(下同)。
2.2 芒果皮对烤牛肉饼可溶性蛋白质含量和总抗氧化能力的影响
烤制是牛肉最为常见的烹饪方式之一,但这种剧烈的热加工方式会发生氧化反应,造成牛肉的营养损失,引起感官品质的变化,甚至导致严重的健康问题[24]。脂质氧化对肉的颜色和气味等品质性状的影响已经得到了广泛的认识,而蛋白质氧化对肉品质的影响还有待进一步研究。已有研究发现[6],葱属类植物的添加可以在加热过程中有效地保护鳕鱼的蛋白质,避免其发生剧烈的氧化分解反应,从而提高可溶性蛋白的含量。因此,本文进一步测定了经芒果皮处理的烤牛肉饼样品可溶性蛋白质含量和总抗氧化能力的变化。如图2-a所示,对照组烤牛肉饼样品的可溶性蛋白质含量为0.175 mg/g,在添加1%、2%和3%的芒果皮粉末后,可溶性蛋白质含量分别为0.254、0.281 mg/g和0.329 mg/g。如图2-b所示,对照组烤牛肉饼样品的总抗氧化能力为5.708 μmol/g,在添加1%、2%和3%的芒果皮粉末后,总抗氧化能力分别为6.142、6.953 μmol/g和7.068 μmol/g。由此可见,与对照组相比,经芒果皮处理后,烤牛肉样品的可溶性蛋白质含量和总抗氧化能力均有显著提升(P<0.05),说明芒果皮在食品体系中的添加不仅能提高食品的安全性,也能有效提升食品的营养性,极大丰富了芒果皮在高蛋白食品热加工过程中的应用。
a-可溶性蛋白质含量;b-总抗氧化能力
图2 芒果皮粉末不同添加量下烤牛肉饼样品的可溶性蛋白质含量和总抗氧化能力
Fig.2 Soluble protein content and total antioxidant capacity in roasted beef patty samples with different addition amounts of mango peel powder
为了初步探究芒果皮对烤牛肉杂环胺抑制作用的机理,本研究计算了不同处理下烤牛肉样品的杂环胺(PhIP、MeIQx)含量与蛋白质含量、抗氧化活性之间的相关性,分析见表1。数据表明,烤牛肉样品的总抗氧化活性与2种主要杂环胺PhIP(R=-0.912,P<0.01)、MeIQx(R=-0.934,P<0.01)的含量呈显著负相关。有研究表明,天然香辛料中所含有的酚酸类化合物之所以可以以剂量依赖性的方式抑制杂环胺,是因为化合物具有较强的抗氧化能力,可清除反应体系中的自由基活性[25],由此推测芒果皮对烤牛肉热加工中杂环胺的抑制作用与芒果皮中具有抗氧化作用的物质有关。芒果皮中山酮类化合物芒果苷及亲水胶体果胶的含量非常丰富[18]。范敏等[26]通过对妊娠期糖尿病大鼠的研究证实了芒果苷具有很强的抗氧化能力,黄红焰等[27]探究果胶对高胆固醇模型小鼠血浆胆固醇及其相关血脂生化指标及对小鼠抗氧化能力和DNA损伤的影响,发现果胶具有抗氧化性,可抑制机体的氧化作用。
表1 样品的杂环胺含量与蛋白质含量、抗氧化活性之间的相关性
Table 1 The correlation between heterocyclic amine content and protein content, antioxidant activity of the samples
变量蛋白质含量PhIPMeIQx抗氧化活性蛋白质含量--0.931∗∗-0.784∗∗0.879∗∗PhIP-0.931∗∗-0.854∗∗-0.912∗∗MeIQx-0.784∗∗0.854∗∗--0.934∗∗抗氧化活性0.879∗∗-0.912∗∗-0.934∗∗-
注：显著性*(P<0.05);**(P<0.01)。
2.3 化学模拟体系中芒果苷、果胶单一与复配添加对杂环胺的作用效果
建立杂环胺PhIP及MeIQx的化学模型,探究添加芒果苷、果胶及二者复合物对主要杂环胺PhIP及MeIQx生成量的影响。从图3可以看出,模拟体系(6 mL)中只单独添加30 mg芒果苷时,对PhIP的抑制率约为39%,对MeIQx的抑制率约为26%;只单独添加30 mg果胶时,对PhIP的抑制率约为27%,对MeIQx的抑制率约为33%。芒果苷和果胶均能显著抑制化学模拟体系中PhIP与MeIQx的形成(P<0.05),这与之前文献[20,28]报道的结果相吻合。当二者按照1∶1比例复配添加时(30 mg),对PhIP的抑制率可达46%,对MeIQx的抑制率可达35%,比单独添加芒果苷和果胶的抑制效果更好(P<0.05)。
a-PhIP相对含量;b-MeIQx相对含量
图3 不同处理下化学模拟体系中杂环胺相对含量
Fig.3 Relative content of heterocyclic amine in chemical simulation systems under different treatments
2.3.1 化学模拟体系中芒果苷、果胶的最佳复配比例
从图4可以看出,模拟体系(6 mL)中添加比例为2∶1的芒果苷和果胶时,对PhIP与MeIQx的抑制率约为50%～55%;添加比例为1∶1的芒果苷和果胶时,对PhIP与MeIQx的抑制率约为40%;添加比例为1∶2的芒果苷和果胶时,对PhIP与MeIQx的抑制率约为30%～45%。由此可见,芒果苷和果胶以3种不同的复配比例添加时,均能显著抑制化学模型中PhIP与MeIQx的形成(P<0.05),与上一步实验的结果保持一致。其中,当芒果苷和果胶以2∶1的质量比添加时,对化学模型中PhIP与MeIQx形成的抑制效果最佳,表现良好,认定该比例为最佳复配比例。
a-PhIP相对含量;b-MeIQx相对含量
图4 不同处理下化学模拟体系中杂环胺相对含量
Fig.4 Relative content of heterocyclic amine in chemical simulation systems under different treatments
2.4 芒果苷、果胶添加对烤牛肉饼中杂环胺生成的影响
将芒果苷、果胶以质量比2∶1添加,添加量分别为牛肉馅质量的1%、2%和3%。从图5可以看出,当芒果苷-果胶复配物的添加量为1%时,对PhIP无抑制作用,对MeIQx的抑制率约为20%;当添加量为2%时,对PhIP的抑制率约为45%,对MeIQx的抑制率约为42%;当添加量为3%时,对PhIP的抑制率约为46%,对MeIQx的抑制率约为44%。当研究果胶等亲水胶体对杂环胺的作用时,其添加量的变化对杂环胺的生成有着不同结果[28]。在添加浓度较低时,有可能会产生更多的杂环胺前体和羰基,从而显著促进杂环胺中间体的生成,最终导致杂环胺含量的增加。因此在本研究中,芒果苷-果胶复配物的添加量为1%时,烤牛肉样品中PhIP的含量不降反增。由此可见,当芒果苷-果胶复配物以不同的添加量加入到牛肉饼中时,除添加量为1%时对PhIP无抑制作用外,其余处理组均能显著抑制烤牛肉样品中PhIP与MeIQx的形成(P<0.05),在添加量为2%和3%时,抑制率均能达到近50%,抑制效果非常明显。综上所述,芒果皮提取物中的芒果苷和果胶对食品体系(烤牛肉)中杂环胺的生成确实存在显著的抑制作用。
a-PhIP相对含量;b-MeIQx相对含量
图5 芒果苷-果胶复配物不同添加量下烤牛肉饼样品中杂环胺相对含量
Fig.5 Relative content of heterocyclic amine in roasted beef patty samples with different addition amounts of mangiferin-pectin complex
2.5 芒果苷-果胶复配物对烤牛肉感官品质的影响
色泽可以作为热加工食品中美拉德反应程度的指标,同时也是影响消费者对食品喜爱程度的重要属性之一。由图6-a可知,在烤牛肉饼中添加了芒果苷-果胶复配物后,L*值略有提高,但变化不大,其他色泽指标均无明显变化趋势。进一步比较了所有处理样品的白度值,如图6-b所示。发现烤牛肉饼的白度值随芒果苷-果胶复配物的添加呈降低趋势,但差异不大,说明芒果苷-果胶复配物的添加对烤牛肉饼的色泽影响不大。
1%、2%、3%表示芒果苷-果胶复配物的添加量。a-色度值;b-白度值
图6 芒果苷-果胶复配物不同添加量下烤牛肉样品的色泽指标
Fig.6 Color indicators of roasted beef samples with different addition amounts of mangiferin-pectin complex
此外,加热过程中发生的蛋白质氧化会改变蛋白质的理化性质与功能特性,从而影响肉品的感官特性[29],使肉的质地变硬,也会影响其他相关质构指标,对消费者的接受度产生很大影响。如表2所示,与对照组相比,经芒果苷-果胶复配物处理后,烤牛肉饼样品的硬度显著降低(P<0.05),推测可能与外源抗氧化物的添加可减少蛋白质的氧化有关[24],也可能与亲水胶体的添加提高了样品的持水性有关[30],其作用机理还需进一步探究。
表2 芒果苷-果胶复配物不同添加量下烤牛肉饼的质构分析
Table 2 Texture analysis of roasted beef patties with different addition amounts of mangiferin-pectin complex
处理组硬度/g胶着性/g弹性/mm咀嚼性/mJ对照1 381.25±16.75A1 216.95±96.05A3.860±0.06A51.455±0.985A添加量1%1 354±39A985.1±47.3B3.605±0.115AB34.775±0.565C添加量2%1 349±17A1 175.85±14.95A3.555±0.185AB40.56±3.11B添加量3%1 161.25±10.75B959.9±10.7B3.335±0.275B32.075±1.525C
2.6 芒果苷-果胶复配物对烤牛肉营养品质的影响
热加工是肉类最常见的处理方式,可高温杀菌、使肉制品产生良好的色泽与风味、增强可消化性,但也会对肉制品产生许多负面影响,如发生氧化等一系列化学反应,损害其感官品质和营养品质,甚至产生譬如杂环胺等诸多有害物质。在肉类氧化变质研究领域中,脂质氧化一直是人们关注的焦点,而蛋白质氧化往往遭到忽视。在热加工过程中,蛋白质可能会在不同的化学反应中被降解或消耗,包括羰基化,或形成犬尿氨酸、α-氨基己二酸等有害物质[6,29],使肉的质地变硬,降低其可消化性,甚至危害人体健康。如图7-a所示,对照组烤牛肉饼样品的可溶性蛋白质含量为0.175 mg/g,在添加1%、2%和3%的芒果苷-果胶复配物后,可溶性蛋白质含量分别为0.819、0.991 mg/g和1.043 mg/g,可溶性蛋白质含量显著提高(P<0.05),说明芒果皮提取物的添加可以有效减少热加工过程中的蛋白损失。
a-可溶性蛋白质含量;b-总抗氧化能力
图7 芒果苷-果胶复配物不同添加量下烤牛肉饼样品的可溶性蛋白质含量和总抗氧化能力
Fig.7 Soluble protein content and total antioxidant capacity in roasted beef patty samples with different addition amounts of mangiferin-pectin complex
进一步测定在芒果苷-果胶复配物的不同处理下,烤牛肉样品中总抗氧化能力的变化。如图7-b所示,对照组烤牛肉饼样品的总抗氧化能力为5.708 μmol/g,在添加1%、2%和3%的芒果苷-果胶复配物后,总抗氧化能力分别为27.312、33.059 μmol/g和38.041 μmol/g。显然,与对照组相比,芒果苷-果胶复配物的加入能够大幅提升烤牛肉样品的总抗氧化能力(P<0.05),在添加量为1%时便已经能够将其提升为原来的4倍,在添加量为2%时提升5倍,在添加量为3%时提升6倍,效果非常显著。由此可知,芒果苷和果胶在牛肉热加工的过程中可以大幅提升其抗氧化能力,减少蛋白质的氧化和加工过程中因氧化产生的各类损伤。
2.7 各项指标的相关性分析
为进一步分析芒果皮提取物对烤牛肉杂环胺生成、感官品质和营养品质的影响,将经芒果苷、果胶不同处理后的烤牛肉样品的各项指标进行了相关性分析,结果如表3所示。
表3 各项指标的相关性分析
Table 3 Correlation analysis of various indicators
变量L∗值a∗值b∗值白度值硬度胶着性弹性咀嚼性蛋白质含量PhIPMeIQx抗氧化活性L∗值- 0.721∗∗ 0.853∗∗-0.999∗∗-0.782∗∗-0.262-0.684∗-0.494 0.823∗∗-0.784∗∗-0.0661∗ 0.641∗a∗值0.721∗∗-0.884∗∗-0.689∗-0.5370.087-0.2220.0410.590∗-0.353-0.1900.059b∗值0.853∗∗0.884∗∗--0.825∗∗-0.775∗∗-0.095-0.406-0.2070.770∗∗-0.682∗-0.4430.351白度值-0.999∗∗-0.689∗-0.825∗∗-0.770∗∗0.2700.701∗0.514-0.819∗∗0.790∗∗0.677∗-0.663∗硬度-0.782∗∗-0.537-0.775∗∗0.770∗∗-0.0681∗0.687∗0.668∗-0.677∗0.648∗0.554-0.657∗胶着性-0.2620.087-0.0950.2700.681∗-0.581∗0.827∗∗-0.1010.1310.336-0.615∗弹性-0.684∗-0.222-0.4060.701∗0.687∗0.581∗-0.702∗-0.5400.634∗0.671∗-0.741∗∗咀嚼性-0.4940.041-0.2070.5140.668∗0.827∗∗0.702∗--0.2970.3880.663∗-0.886∗∗蛋白质含量0.823∗∗0.590∗0.770∗∗-0.819∗∗-0.677∗-0.101-0.540-0.297--0.879∗∗-0.750∗∗0.597∗PhIP-0.784∗∗-0.353-0.682∗0.790∗∗0.648∗0.1310.634∗0.388-0.879∗∗-0.763∗∗-0.684∗MeIQx-0.661∗-0.190-0.4430.677∗0.5540.3360.671∗0.663∗-0.750∗∗0.763∗∗--0.901∗∗抗氧化活性0.641∗0.0590.351-0.663∗-0.657∗-0.615∗-0.741∗∗-0.886∗∗0.597∗-0.684∗-0.901∗∗-
烤牛肉样品的硬度与可溶性蛋白质含量(R=-0.677,P<0.05)呈显著负相关,推测肉制品在热加工过程中,蛋白质发生氧化会使肉的质地变硬,影响消费者的喜爱程度,与文献中的叙述相符[24]。
烤牛肉样品的可溶性蛋白质含量与总抗氧化能力(R=0.597,P<0.05)呈显著正相关,说明外源抗氧化成分的添加可以抑制肉制品热加工过程中的蛋白质氧化,使其烤制后的可溶性蛋白质含量增加。
烤牛肉样品的总抗氧化活性与其质构指标:硬度(R=-0.657,P<0.05)、胶着性(R=-0.615,P<0.05)、弹性(R=-0.741,P<0.01)、咀嚼性(R=-0.886,P<0.01)呈显著负相关。推测烤牛肉中抗氧化成分的添加可以抑制肉制品烤制过程中蛋白质的氧化,从而在一定程度上改善肉制品的质构特性。
烤牛肉样品的总抗氧化活性与2种主要杂环胺PhIP(R=-0.684,P<0.05)、MeIQx(R=-0.901,P<0.01)的含量呈显著负相关。推测芒果皮提取物可能在实际反应中起到抗氧化或者清除自由基的作用,进而抑制杂环胺的生成。
综上所述,芒果皮中的提取物芒果苷和果胶的添加不仅可以抑制烤牛肉热加工过程中杂环胺的生成,还能够增强烤牛肉样品抗氧化活性方面的膳食补充,减少热加工过程中蛋白质的氧化,兼具安全性和营养性。因此,研究芒果皮提取物在高蛋白食品热加工过程中的进一步应用有着重要的实际意义。
2.8 主成分分析法筛选最优添加处理
应用主成分分析法对芒果苷-果胶复配物不同添加量下的烤牛肉饼样品的食用安全性及营养品质进行系统比较。如图8所示,前2个主成分可揭示82.80%的变异度(PC1为63.0%,PC2为19.8%)。图8-a显示了位于置信区域(95%)的4个象限中的得分图和载荷图。图8-b以PC1和PC2作为主成分对这几种不同处理进行了归类。对照组位于主成分分析图的右上象限中,区别于其他处理组,特别是芒果苷-果胶复配物的添加量为3%时,与对照组在PC1(63%)水平上差距最大,该处理组样品中的蛋白含量、抗氧化活性最高,而质构指标(硬度、胶着性、弹性、咀嚼性)及PhIP和MeIQx这2种杂环胺的含量最低。综合前文分析,本研究认为芒果苷-果胶复配物在牛肉中的添加量为其质量的3%时,烤牛肉饼样品的食用安全性及营养品质均是最佳,即为最优的添加处理。
a-得分图和载荷图;b-以PC1和PC2作为主成分对不同处理归类
图8 芒果苷-果胶复配物不同添加量下烤牛肉样品的主成分分析
Fig.8 Principal component analysis of beef patty samples with different addition amounts of mangiferin-pectin complex
3 结论与讨论
芒果皮及其主要成分的添加均可显著抑制烤牛肉饼中主要杂环胺PhIP和MeIQx的形成。此外,本文还借助化学模拟体系探究得到芒果苷和果胶复配添加比单独添加的抑制效果更好,且最佳复配比例为2∶1。在食品体系中,探究添加不同比例的复配物时发现,杂环胺抑制率均能达到近50%,还能够降低牛肉热加工过程中的蛋白质氧化,减少营养损失,大幅提升其总抗氧化能力,增强烤牛肉样品的抗氧化活性。经主成分分析法筛选,当添加3%的复合物时,烤牛肉的杂环胺含量最低、蛋白含量最高且感官品质较好,即为最优的添加处理。综上所述,芒果皮及其主要成分可显著抑制食品热加工过程中杂环胺的生成,同时具有提高蛋白含量、改善食品感官品质等多重功效,具有巨大的开发潜力和广阔的应用前景。
[1] BINGOL M, BRENNAN C, ZENG M M, et al.Effect of the fortification with astaxanthin on the quality parameters and heterocyclic amines content of meatballs[J].International Journal of Food Science &Technology, 2022, 57(12):7653-7665.
[2] 薛桂中, 乔明武, 黄现青, 等.烧烤肉制品加工中多环芳烃和杂环胺形成途径及其防控方法研究进展[J].食品与发酵工业, 2022, 48(2):293-301.XUE G Z, QIAO M W, HUANG X Q, et al.Progress of polycyclic aromatic hydrocarbons and heterocyclic amines generation and preventions in grilled meat[J].Food and Fermentation Industries, 2022, 48(2):293-301.
[3] 阿丽雅, 温荣欣, 刘馨屿, 等.肉制品中杂环胺的形成机制及植物提取物对其抑制作用的研究进展[J].肉类研究, 2021, 35(5):70-77.A L Y, WEN R X, LIU X Y, et al.Formation mechanism of heterocyclic amines in meat products and inhibition by plant extracts:A review[J].Meat Research, 2021, 35(5):70-77.
[4] PÜSSA T.Toxicological issues associated with production and processing of meat[J].Meat Science, 2013, 95(4):844-853.
[5] ZENG M M, WANG J H, ZHANG M R, et al.Inhibitory effects of Sichuan pepper (Zanthoxylum bungeanum) and sanshoamide extract on heterocyclic amine formation in grilled ground beef patties[J].Food Chemistry, 2018, 239:111-118.
[6] WANG Q, ZHANG Y F, REN Y Y, et al.Chinese chive and Mongolian leek suppress heterocyclic amine formation and enhance nutritional profile of roasted cod[J].RSC Advances, 2020, 10(58):34996-35006.
[7] 廖国周. 烧烤肉制品中杂环胺形成规律研究[D].南京:南京农业大学, 2008.LIAO G Z.Studies on the formation discipline of heterocyclic aromatic amines in fried meat[D].Nanjing:Nanjing Agricultural University, 2008.
[8] SULEMAN R, HUI T, WANG Z Y, et al.Comparative analysis of charcoal grilling, infrared grilling and superheated steam roasting on the colour, textural quality and heterocyclic aromatic amines of lamb patties[J].International Journal of Food Science &Technology, 2020, 55(3):1057-1068.
[9] FELTON J S, FULTZ E, DOLBEARE F A, et al.Effect of microwave pretreatment on heterocyclic aromatic amine mutagens/carcinogens in fried beef patties[J].Food and Chemical Toxicology, 1994, 32(10):897-903.
[10] WANG B, LI H J, HUANG Z B, et al.Dynamic changes in the qualities and heterocyclic aromatic amines of roasted pork induced by frying temperature and time[J].Meat Science, 2021, 176:108457.
[11] 章天婵, 王路瑶.肉制品中杂环胺形成因素及抑制方法研究进展[J].肉类研究, 2020, 34(4):94-99.ZHANG T C, WANG L Y.A review of factors affecting formation of heterocyclic amines in meat products and methods used to inhibit it[J].Meat Research, 2020, 34(4):94-99.
[12] 张世钰, 高萌, 王未, 等.植物多酚抑制热加工肉制品中杂环胺形成机制研究进展[J].食品科学, 2023, 44(9):211-220.ZHANG S Y, GAO M, WANG W, et al.Research progress on the inhibitory mechanism of plant polyphenols on the formation of heterocyclic amines in thermally processed meat products[J].Food Science, 2023, 44(9):211-220.
[13] 王明福, 滕静.多酚类化合物在食品热加工中的化学与生物活性变化及其对食品品质的影响[J].中国食品学报, 2017, 17(6):1-12.WANG M F, TENG J.The impact of thermal processing on chemical change and bioactivity of polyphenols in food and the effect of polyphenols’ addition on food qualities[J].Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2017, 17(6):1-12.
[14] WANG Q, CHENG W W, ZHANG Y F, et al.A novel potent inhibitor of 2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo [4, 5-b] pyridine (PhIP) formation from Chinese chive:Identification, inhibitory effect and action mechanism[J].Food Chemistry, 2021, 345:128753.
[15] 关丽, 杨翠倩, 李瑞佳, 等.芒果苷的研究进展[J].当代化工, 2021, 50(2):478-481;486.GUAN L, YANG C Q, LI R J, et al.Research progress of mangiferin[J].Contemporary Chemical Industry, 2021, 50(2):478-481;486.
[16] 姚隆洋. 芒果干燥过程品质变化及贮藏稳定性研究[D].无锡:江南大学, 2020.YAO L Y.Study on the quality of mango during drying and storage stability of dried mango slices[D].Wuxi:Jiangnan University, 2020.
[17] 陆小鸿. 芒果:果中神品[J].广西林业, 2015(9):21-22.LU X H.Mango:A miracle in fruit[J].Forestry of Guangxi, 2015(9):21-22.
[18] 黄春萍, 罗群, 李洁.芒果皮中芒果苷提取工艺优化及其抑菌性分析[J].南方农业学报, 2014, 45(8):1452-1456.HUANG C P, LUO Q, LI J.Optimizing mangiferin extraction from Mangifera indica L.peel and analyzing its antibacterial activity[J].Journal of Southern Agriculture, 2014, 45(8):1452-1456.
[19] 黄敏琪, 林忠文, 曾宪彪, 等.芒果皮提取物止咳化痰和抗炎作用研究[J].中草药, 2007, 38(8):1233-1234.HUANG M Q, LIN Z W, ZENG X B, et al.Study on the antitussive, expectorant and anti-inflammatory effects of mango peel extract[J].Chinese Traditional and Herbal Drugs, 2007, 38(8):1233-1234.
[20] SALAZAR R, AR
MBULA-VILLA G, HIDALGO F J, et al.Structural characteristics that determine the inhibitory role of phenolic compounds on 2-amino-1-methyl-6-phenylimidazo [4, 5-b] pyridine (PhIP) formation[J].Food Chemistry, 2014, 151:480-486.
[21] 涂国云, 王正武, 王仲妮.果胶的制备与应用[J].食品与药品, 2007, 9(6):50-55.TU G Y, WANG Z W, WANG Z N.Preparation and application of pectin[J].Food and Drug, 2007, 9(6):50-55.
[22] 胡丽玲. 芒果苷-Soluplus聚合物胶束的处方研究[J].巴楚医学, 2020, 3(4):58-63.HU L L.Formulation study on mangiferin-loaded soluplus polymeric micelles[J].Bachu Medical Journal, 2020, 3(4):58-63.
[23] 王惠汀, 孙学颖, 王丹, 等.肉制品中杂环胺类化合物形成及控制措施的研究进展[J].食品研究与开发, 2022, 43(5):195-203.WANG H T, SUN X Y, WANG D, et al.Research progress of formation and control measures of heterocyclic aromatic amines in meat products[J].Food Research and Development, 2022, 43(5):195-203.
[24] GANH
O R, MORCUENDE D, ESTÉVEZ M.Protein oxidation in emulsified cooked burger patties with added fruit extracts:Influence on colour and texture deterioration during chill storage[J].Meat Science, 2010, 85(3):402-409.
[25] 李云龙, 赵月亮, 范大明, 等.香辛料中植物化学物对肉制品品质及健康功效影响研究进展[J].食品科学, 2021, 42(5):262-270.LI Y L, ZHAO Y L, FAN D M, et al.Effects of phytochemicals from spices on quality attributes and health benefits of meat products:A review[J].Food Science, 2021, 42(5):262-270.
[26] 范敏, 周敏, 董世庆, 等.芒果苷对妊娠期糖尿病大鼠抗氧化能力的影响[J].临床和实验医学杂志, 2017, 16(10):943-946.FAN M, ZHOU M, DONG S Q, et al.Effects of mangiferin against hyperglycemia and oxidative stress injury in gestational diabetic rats[J].Journal of Clinical and Experimental Medicine, 2017, 16(10):943-946.
[27] 黄红焰, 李玉白, 李芳.果胶对小鼠抗氧化能力的影响及DNA损伤的干预[J].公共卫生与预防医学, 2018, 29(5):26-28.HUANG H Y, LI Y B, LI F.The role of Pectin influencing antioxidant capacity and intervening DNA damage in mice[J].Journal of Public Health and Preventive Medicine, 2018, 29(5):26-28.
[28] 王童童, 王梓璇, 王敏, 等.外源物质对杂环胺生成的影响研究进展[J].食品安全质量检测学报, 2022, 13(8):2535-2542.WANG T T, WANG Z X, WANG M, et al.Research progress on the effects of exogenous substances on the formation of heterocyclic amines[J].Journal of Food Safety &Quality, 2022, 13(8):2535-2542.
[29] 胡吕霖, 任思婕, 沈清, 等.肉蛋白烹调氧化及其对肉品与人体健康的影响[J].食品工业科技, 2017, 38(19):327-331;336.HU L L, REN S J, SHEN Q, et al.Protein oxidation in meat induced by cooking and its influence on quality of meat and human health[J].Science and Technology of Food Industry, 2017, 38(19):327-331;336.
[30] 林晗, 董诗琴, 张贞炜, 等.亲水胶体对大豆、花生双蛋白凝胶持水性的影响及机制探究[J].食品科技, 2021, 46(10):142-148.LIN H, DONG S Q, ZHANG Z W, et al.Effect of hydrocolloid on the water holding capacity of soybean and peanut mixed protein gel and its mechanism[J].Food Science and Technology, 2021, 46(10):142-148.