氯化钙-无花果蛋白酶-猕猴桃蛋白酶复合嫩化剂体系改善兔肉嫩度和保水性的工艺优化

李明奇1,贺稚非1,2,李少博1,李冉冉1,李洪军1,2*

1(西南大学 食品科学学院,重庆,400716) 2(西南大学,重庆市特色食品工程技术研究学院,重庆,400716)

摘 要为提高兔肉的嫩度和保水性,试验以伊拉兔后腿肉为研究对象,以剪切力和蒸煮损失为因变量,首先研究CaCl2、无花果蛋白酶和猕猴桃蛋白酶以单一和复合的形式对兔后腿肉的嫩化效果,研究表明三者复合的效果更显著;再以响应面法优化三者复配比例;以正交试验优化嫩化条件;最后以剪切力,蒸煮损失,肌纤维小片化指数,质构分析作为验证试验的指标。结果显示,当CaCl2、无花果蛋白酶、猕猴桃蛋白酶以质量浓度18、11、6 mg/L复配;在pH=8,温度30 ℃,时间90 min条件下有最显著嫩化效果。处理组剪切力值为15.49 N,蒸煮损失为25.73%,与对照组相比,剪切力、蒸煮损失、硬度分别降低了50%、17%、65%,肌纤维小片化指数及弹性分别增加54%和40%。结果表明,该复合嫩化剂可以显著改善兔肉嫩度及保水性,对兔肉加工具有一定参考价值。

关键词兔肉;氯化钙;无花果蛋白酶;猕猴桃蛋白酶;嫩化

兔肉具有高蛋白(质量分数21%),高磷脂,高多不饱和脂肪酸,高消化率(消化率达85%),低脂肪(质量分数11.91%)、低胆固醇(65 mg/100 g)及低热量(0.678 kJ/kg)的营养特点,因其可以满足现代消费者对于健康膳食的要求而逐渐受到青睐[1]。但是兔肉在热加工后其嫩度和保水性会显著下降。研究显示伊拉兔在加热到90 ℃时,兔肉的剪切力值最高达到5.0,汁液流失率达到28%以上[2],而四川白兔在加热到90 ℃时,剪切力达到3 kg,蒸煮损失达到35%以上[3]。目前我国兔肉制品加工以油炸煎烤为主,在这些热加工中,兔肉的水分流失会造成肉质干硬、弹性差、咀嚼性差等现象。所以提高兔肉嫩度和保水性成为兔肉精深加工的当务之急[4]

嫩化剂在肉制品中的使用一直是研究热点,其种类和嫩化途径多样,所以复配嫩化剂体系可以将不同嫩化途径结合起来改善嫩度和持水力,提高嫩化效率[5]。CaCl2是一种经济高效的嫩化剂,一般在牛肉中注射5%(质量分数)200 mmol/L CaCl2,会显著提高牛肉嫩度,且不会引起风味和色泽的变化[6],而在兔肉中添加3%(质量分数)CaCl2时,便可使嫩度评分和感官评分达到最高[7]。CaCl2嫩化机理分为酶机制和非酶机制,酶机制是指一定浓度Ca2+(0.1 mmol/L)可以激活钙蛋白酶(μ-calpian和m-calpain),从而降解结蛋白和肌钙蛋白T来改善肉制品嫩度[8],非酶机制是指Ca2+可以通过增大蛋白质分子间的静电相互作用,促进肌球蛋白展开,破坏蛋白质结构的稳定性,从而提高其溶解性,进一步提高嫩度,但是随着CaCl2添加量的增加,会导致肌球蛋白结构彻底失去稳定性,疏水基团大量暴露,蛋白之间通过疏水作用力聚集在一起,降低溶解度,导致蒸煮损失增加,肉品硬度和咀嚼性增加,色泽与风味也发生不良变化,保水性降低[9-11]

传统的酶法嫩化多采用木瓜蛋白酶,但是近年研究显示木瓜蛋白酶底物特异性低,容易造成水解过度的现象,且木瓜蛋白酶的最适酶解温度高(60~65 ℃),在嫩化处理时会使肉颜色发生不良变化[12]。猕猴桃蛋白酶和无花果蛋白酶是两种半胱氨酸蛋白酶,但是它们的酶解活性位点不同,底物特异性也有很大差异,这就导致了两种酶水解效果的不同[13-14],其中猕猴桃蛋白酶对结缔组织和肌原纤维蛋白都有显著的降解作用,它可以通过水解Z带,降解肌动蛋白,提高肌原纤维小片化指数来提高嫩度[15],据研究显示,低浓度的猕猴桃蛋白酶嫩化兔肉的效果要优于木瓜蛋白酶[16],猕猴桃蛋白酶可以使蒸煮牛腩的剪切力降低35%,且不增加其汁液流失率;用猕猴桃蛋白酶或猕猴桃汁处理牛肉以及牛肉香肠、猪肉都可以显著改善产品嫩度,提高持水性[14,17-18],但是也有研究显示猕猴桃汁会使反复冻融猪肉的蒸煮损失从21%提高至30%[19],可见对于猕猴桃蛋白酶的使用也要控制其用量和条件。在保持肉制品的多汁性方面,研究显示,无花果蛋白酶可以增加肌原纤维蛋白溶解度,从而增加产品的持水力[13];在利用蛋白酶处理驼肉时,相较木瓜蛋白酶和菠萝蛋白酶,无花果蛋白酶处理后的肉质滴水损失更小,持水力更高,同时也可以显著降低剪切力[20]。两种酶的最适温度和最适pH取决于酶的来源和提取方法以及底物种类,根据文献,猕猴桃蛋白酶在35~45 ℃,pH 7.3~7.6有较高活性,也有文献指出最适pH5~7 [21-22]。无花果蛋白酶在45~55 ℃,pH 5~8活性较高[22-23]。国内外学者对复配嫩化剂嫩化肉制品做了许多研究[5,24],均取得显著的嫩化效果。但是针对兔肉的嫩化剂以及以猕猴桃蛋白酶、无花果蛋白酶和CaCl2复配使用的报道则鲜有。

本试验以剪切力和蒸煮损失为因变量,以CaCl2,无花果蛋白酶,猕猴桃蛋白酶作为嫩化剂,首先通过对比试验研究单一嫩化剂和复合嫩化剂对兔后腿肉的嫩化效果。然后以响应面确定复合嫩化剂(CaCl2、无花果蛋白酶和猕猴桃蛋白酶)的最优配比,试验设计中为确保最终优化复配比例时不会出现嫩化过度的情况,在单因素试验设计中固定其中两种添加物的量而考察第三种添加物合适的浓度范围。最后利用正交试验确定复合嫩化剂(CaCl2、无花果蛋白酶和猕猴桃蛋白酶)最优嫩化条件(嫩化pH,嫩化温度,嫩化时间)。以优化前后兔后腿肉的剪切力、蒸煮损失、肌原纤维小片化指数(myofibrillar fragmentation index, MFI)和质构特性分析(texture profile analysis, TPA)作为验证指标进行验证。以期为提高兔肉嫩度和保水性提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 样品采集

选择70日龄伊拉公兔40只,购自重庆市阿兴记原种兔养殖基地,每只约重3~3.5 kg,屠宰去皮后,取后腿,置于装有冰袋的采样箱中运回实验室,在4 ℃下过夜排酸,然后放置于-18 ℃环境下贮藏。

1.2 主要试剂

猕猴桃蛋白酶(10万U/g),广州馨之味食品配料商城;无花果蛋白酶(10万U/g),山东一品食品配料;CaCl2,河南万邦实业;KH2PO4、K2HPO4,河南华悦化工产品。上述试剂均为食品级。MgCl2、CaCl2、NaOH,重庆市钛新化工有限公司;酒石酸钾钠,宁波大川精细化工有限公司;乙二胺四乙酸二钠,成都市科龙化工试剂厂上述试剂均为分析纯。牛血清蛋白(生化试剂),成都市科龙化工试剂场。

1.3 仪器与设备

FA2003分析天平,上海精密科学仪器有限公司;HH-6富华数显恒温水浴锅,金坛市富华仪器有限公司;C-LM3肌肉嫩度仪,北京同德创业科技有限公司;WT-1插入式温度计,江苏省精创电气股份有限公司;CT-3质构仪,美国Brookfield公司;Avanti J-30I冷冻离心机,美国贝克曼库尔特公司;XHF-D内切式匀浆机,宁波新芝生物科技股份有限公司;722型可见分光光度计,上海元析仪器有限公司。

1.4 试验方法

1.4.1 对比试验中嫩化剂配制

在正式试验开始之前,通过一系列预实验考察不同单一嫩化剂添加量的嫩化效果,发现嫩化剂添加量为25~35 mg/L有较好嫩化效果,为便于比较不同嫩化剂组成对嫩化效果的影响,统一选择30 mg/L作为添加量,分别配制表1中所列嫩化剂。

表1 嫩化剂组成及质量浓度
Table 1 Composition and concentration of tenderizer

嫩化剂组成空白酶A酶BCaCl2酶A+酶B酶A+ CaCl2酶B+ CaCl2酶A+酶B+ CaCl2质量浓度/(mg·L-1)030303015+1515+1515+1510+10+10

注:酶A代表无花果蛋白酶,酶B代表猕猴桃蛋白酶。

1.4.2 单因素试验

首先固定CaCl2钙添加量为12 mg/L(即以0.12 g嫩化剂溶于100 mL缓冲液中,嫩化处理100 g肉,下同),猕猴桃蛋白酶6 mg/L,改变无花果蛋白酶的添加量,分别是6、9、12、15、18 mg/L;同理固定CaCl2添加量12 mg/L,无花果蛋白酶添加量6 mg/L,改变猕猴桃蛋白酶添加量,分别是6、9、12、15、18 mg/L;同理固定两种蛋白酶的添加量分别为6 mg/L,改变CaCl2添加量,分别是12、15、18、21、24 mg/L,随后根据单因素试验结果进行响应面的复配优化。

1.4.3 样品嫩化处理

将后腿肉从-18 ℃的冰箱中取出,置于4 ℃条件下解冻12 h,剔除腿骨以及表面可见脂肪和结缔组织后,将其分为大小均匀,每块质量约20 g的肉块,每100 g肉为一组,在响应面单因素阶段,将各组试验样品均置于按上述比例配置好的100 mL嫩化剂(磷酸缓冲液调节至pH=7)中,于37 ℃水浴条件下,浸泡处理2 h。上述条件的确定以一系列预实验为基础,在预实验中首先在35、40、45、50 ℃水浴条件下,将100 g兔肉浸泡处理于100 mL水中,结果发现在35~40 ℃时,兔肉的色泽没有明显的变化,而45 ℃时色泽会发生肉眼可见的变化,所以使优化前的温度介于35~40 ℃,并结合文献[25]将温度设定为37 ℃,pH值则结合两种酶的最适范围定为7,嫩化时间是根据预实验发现单一嫩化剂在2 h时有较好的嫩化效果而确定。

1.4.4 剪切力的测定

参照王兆明[26]的方法,稍作修改,取兔腿肉按上述方法嫩化处理后,在80 ℃条件下置于蒸煮袋中进行水浴加热,20 min后取出样品,置于室温下冷却1 h。将处理好的样品切成1 cm×1 cm×6 cm长方体,用嫩度仪进行测试,每个样品测9次取其平均值。

1.4.5 蒸煮损失测定

参考王兆明[26]的方法稍做修改,将处理后的肉块称重,记为W1,然后置于蒸煮袋中,于90 ℃水浴锅中煮至30 min取出,在室温下放置30 min后,用滤纸吸干表面水分并称重,记为W2,每个样品平行测定3次。按公式(1)计算结果。

蒸煮损失率

(1)

1.4.6 肌纤维小片化指数(MFI)的测定

参考王兆明[26]的方法并作适当修改。剔除可见结缔组织后称取4.00 g肉样并搅碎,加入10倍体积提取液(0.1 mol/L KCl, 0.018 mol/L K2HPO4,0.007 mol/L KH2PO4, 0.001 mol/L EDTA-2Na,0.001 mol/L MgCl2, pH 7.0, 4 ℃),冰浴条件下均质处理1 min,均质液于8 500 r/min条件下冷冻离心30 min,重复上述操作2次后,在沉淀中加入15 mL上述冰浴MFI提取液并均质30 s后用单层纱布过滤,所得滤液就是肌原纤维蛋白提取液。用双缩脲法测定肌原纤维蛋白提取液中蛋白浓度,再用上述MFI提取液调整肌原纤维蛋白质量浓度至0.5 g/L,在540 nm波长处测定吸光度。利用公式(2)计算MFI。

MFI=A540 × 200

(2)

1.4.7 质构的测定

参考王兆明[26]的方法并作适当修改。经嫩化处理后的样品被置于蒸煮袋内,在水浴锅中于70 ℃蒸煮20 min,取出后静置于室温30 min,切成2 cm×2 cm× 2 cm的规则正方体,利用美国Brookfield公司的CT-3质构分析仪,选择Texture Loader软件控制参数。测定方法选用TPA质构分析,探头为TA44,测定参数设置如下,目标40%,触发点负载5 g,测试速度1.00 mm/s,返回速度1 mm/s,循环次数2.0,测试项目分别为硬度,弹性,内聚性,咀嚼性。

1.4.8 响应面设计

以CaCl2质量浓度(A),无花果蛋白酶质量浓度(B),猕猴桃蛋白酶质量浓度(C)为自变量进行单因素试验,根据单因素试验结果,以剪切力值(Y1)和蒸煮损失(Y2)为响应值,用Design- Expert 8.06进行响应面试验设计。试验各因素水平见表2。

表2 响应面优化的因素水平表
Table 2 Factors and levels of response surface optimization

水平因素CaCl2质量浓度(A)/(mg·L-1)无花果蛋白酶质量浓度(B)/(mg·L-1)猕猴桃蛋白酶质量浓度(C)/(mg·L-1)-11566018991211212

1.4.9 正交试验设计

确定复合嫩化剂配比后,利用正交试验进行嫩化条件的优化。根据单因素试验结果,选择嫩化pH,嫩化温度,嫩化时间作为主要影响因素,采用L9(3)正交试验,如表3所示。以兔后腿肉的剪切力和蒸煮损失作为最终评价指标,进一步优化复合嫩化剂对兔肉的嫩化条件。

表3 正交试验设计因素与水平
Table 3 Factors and their coded levels and actualvalues used in orthogonal array design

水平因素嫩化pH嫩化温度/℃嫩化时间/min17306027.535903840120

1.5 数据处理

所有数据均采用IBM SPSS Statistics 17.0分析处理,取置信度95%(P<0.01为极显著,P<0.05为显著),采用Origin 2017绘图。

2 结果与分析

2.1 不同嫩化剂对兔后腿肉的嫩化效果对比

嫩化剂的选择是嫩化技术的关键,因此在最开始时以剪切力和蒸煮损失为指标,对比研究了CaCl2、猕猴桃蛋白酶、无花果蛋白酶3种嫩化剂以单一(30 mg/L)或组合((15+15) mg/L,(10+10+10) mg/L)的形式,在pH=7, 37 ℃下处理2 h后对兔腿肉的嫩化效果。

由图1可知,CaCl2、无花果蛋白酶和猕猴桃蛋白酶单一或复配使用均可以显著降低剪切力,其中以3种质量比1∶1∶1复合嫩化处理兔后腿肉所得剪切力最低;CaCl2组和三者复配组没有引起蒸煮损失显著增加(P>0.05),而其他单一或组合形式的嫩化剂均使蒸煮损失显著增加(P<0.05)。说明无机嫩化剂与复合酶嫩化剂有一定协同促进作用,其嫩化效果比单一或其他组合形式的嫩化剂的效果更好且更稳定,这与唐福元等发现复合型嫩化剂更稳定高效的结果相同[27]

图1 不同嫩化剂对兔后腿肉的嫩化效果对比结果
Table 1 Comparison of tenderizing effects of different tenderizers on rabbit hind leg meat
注:图中不同小写字母表示各组差异显著(P<0.05)。下同。

2.2 复合嫩化剂配比单因素试验结果

2.2.1 CaCl2质量浓度对兔后腿肉嫩度及蒸煮损失的影响

由图2可以看出随着复合嫩化剂中CaCl2质量浓度的增加,兔肉剪切力呈现先减小后趋于平缓的趋势,在CaCl2质量浓度达到18 mg/L时,剪切力达到最小值17.07 N。由此可见,当CaCl2浓度达到一定量时,其浓度的增加对嫩度的影响不显著,其趋势与杨鸿甚[5]利用CaCl2嫩化牦牛肉所得剪切力结果相似。有研究表明当CaCl2浓度过高时,出现剪切力值增加,肉质颜色变差等情况,其原因可能是高浓度的Ca2+导致肌原纤维蛋白被过度破坏而使持水力降低,肉质变硬[28-29]。蒸煮损失随着CaCl2浓度的增加呈现先降低后增大的趋势,在质量浓度为21 mg/L时,达到最低值33.69%。一定量的CaCl2可以使肌动球蛋白解聚,将水分包裹其中,提高保水性[11],但是过量的CaCl2使蛋白质过度破坏导致持水力下降,蒸煮损失增加[30]

图2 CaCl2质量浓度对兔后腿肉嫩度及蒸煮损失的影响
Fig.2 Effect of calcium chloride concentration on tenderness and cooking loss of rabbit hind leg meat

2.2.2 无花果蛋白酶质量浓度对兔后腿肉嫩度及蒸煮损失的影响

由图3可知,随着复合嫩化剂中无花果蛋白酶浓度的增加,剪切力呈现先下降后上升又下降的趋势,而蒸煮损失则呈现先下降后上升的趋势,当无花果蛋白酶质量浓度在9~12 mg/L时,剪切力和蒸煮损失达到较小值,而当质量浓度达到18 mg/L时,剪切力值虽然很小,但肉表面已经发黏,且水分损失严重。据前人研究,无花果蛋白酶的嫩化强度虽然不及木瓜蛋白酶,但是与菠萝蛋白酶的效果相似且水解蛋白程度更均衡,该酶对肌原纤维蛋白和胶原蛋白都有较为显著的水解效果,能够有效降低剪切力,与木瓜蛋白酶相比,经无花果蛋白酶处理完的肉质具有更好的多汁性[30]。另外,无花果蛋白酶可以显著提高蛋白溶解性从而提高保水性,得到更好的质地与口感[13]

图3 无花果蛋白酶质量浓度对兔后腿肉嫩度及蒸煮损失的影响
Fig.3 Effects of fig protease concentration on tenderness and cooking loss of rabbit hind legs

2.2.3 猕猴桃蛋白酶质量浓度对兔后腿肉嫩度及蒸煮损失的影响

由图4可知,随着复合嫩化剂中猕猴桃蛋白酶浓度的增加,剪切力呈现先下降,后上升,随后又下降的趋势,而蒸煮损失则呈现先下降后上升的趋势,在9mg/L 时,蒸煮损失和剪切力均达到最小值,分别为30.25%和18 N。研究显示,猕猴桃蛋白酶不仅水解肌球蛋白,还可以水解结蛋白,降低剪切力。结蛋白对维持肌原纤维蛋白的完整性和强度以及肌肉纤维的细 胞骨架结构完整性有重要意义[31]。随着继续增加猕

猴桃蛋白酶的浓度,剪切力先上升后下降。蒸煮损失不断上升,主要是因为蛋白质被进一步破坏,保水性下降,导致肉质发干,硬度增大,而最后剪切力值的急速下降,可能是因为肉表面结构被过度破坏,虽然剪切力值很小,但蒸煮损失达到最高点,汁液流失严重。

图4 猕猴桃蛋白酶质量浓度对兔后腿肉嫩度及蒸煮损失的影响
Fig.4 Effect of proteinase concentration on rabbit meat tenderness and cooking loss of the hind legs

2.3 响应面试验结果

2.3.1 Box-Behnken实验结果及模型的建立

根据单因素实验结果,选取CaCl2浓度(A)、无花果浓度(B)、猕猴桃浓度(C)中的合理条件进行3因素3水平的Box-Brhnken响应面分析试验,试验设计及结果见表4。

表4 兔肉嫩化的Box-Behnken实验结果
Table 4 The results of Box-Behnken experiment for rabbit meat

试验号CaCl2质量浓度(A)/(mg·L-1)无花果质量浓度(B)/(mg·L-1)猕猴桃质量浓度(C)/(mg·L-1)蒸煮损失/%剪切力/N12112937.0720.692189932.5116.42431812631.7416.7141591234.9618.695219633.1216.896189933.3716.187216934.1717.988186634.4517.31918121239.0623.93101512934.3618.02112191237.8522.6712189933.3217.0713156935.318.6614189932.9116.815159634.8718.22161861235.0718.1717189932.1616.11

运用Design-Expert8.06对表中的数据进行二次多元回归拟合,分别得到剪切力值(Y1)和蒸煮损失(Y2)与3个嫩化因子ABC的关系为如公式(3)、(4):

Y1=16.52+0.58A+0.90B+1.79C+0.84AB+1.33AC+1.59BC+1.20A2+1.12B2+1.40C2

(3)

Y2=32.85+0.34A+0.41B+1.60C+0.96AB+1.16AC+1.68BC+1.25A2+1.13B2+1.10C2

(4)

2.3.2 多元回归模型分析

由表5可知,两个回归模型均为极显著水平(P<0.01)且失拟值不显著(P<0.05)。决定系数R2分别为0.970 4和0.962 9,矫正决定系数为0.932 3和0.915 1,离散系数CV值分别为3.17%和1.69%,证明模型与实际结果拟合良好且能较好地反映复合嫩化剂对剪切力和蒸煮损失的影响,并且可以很好地进行预测。方程中部分一次项和所有平方项及ABC两两交互作用为显著项。

表5 多元回归模型方差分析
Table 5 Analysis of variance and multiple regression model

方差来源剪切力(Y1)/N蒸煮损失(Y2)/%平方和Df均方F值P值平方和Df均方F值P值模型76.7098.5225.490.000 2**61.8396.8720.160.000 3**CaCl2质量浓度(A)2.6912.698.050.025 1*0.9210.922.710.143 5无花果蛋白酶质量浓度(B)6.5316.5319.540.003 1*1.3111.313.850.090 5猕猴桃蛋白酶质量浓度(C)25.67125.6776.78<0.000 1**20.35120.3559.730.000 1**AB2.8112.818.390.023 1*3.6913.6910.820.013 3*AC7.0517.0521.080.002 5*5.3815.3815.800.005 4*BC10.11110.1130.250.000 9**11.22111.2232.930.000 7**A26.1016.1018.260.003 7*6.5316.5319.170.003 2*B25.2515.2515.700.005 4*5.3315.3315.650.005 5*C28.2118.2124.560.001 6*5.1015.1014.960.006 1*残差2.3470.332.3970.34失拟项1.6730.563.301.3030.431.59纯误差0.6740.171.0940.27总和79.041664.2216

注:“**”表示有极显著影响(P<0.01);“*”表示有显著影响(P<0.05)。

2.3.3 响应面模型中各因素的交互效应分析

如图5、图6所示,结合3个因素的两两交互作用图可知,当无花果蛋白酶质量浓度7~11 mg/L,CaCl2质量浓度17~19 mg/L,猕猴桃蛋白酶质量浓度在6~9 mg/L,剪切力≤17 N;,当CaCl2质量浓度17~19 mg/L,无花果蛋白酶质量浓度8.5~9.5 mg/L时,猕猴桃蛋白酶质量浓度<7 mg/L时,蒸煮损失≤33%。

a- 酶B和CaCl2对剪切力的交互作用;b- 酶A和CaCl2对剪切力的交互作用;c- 酶A和酶B对剪切力的交互作用
图5 各因素的交互效应对剪切力的影响
Fig.5 Response surface graphs showing the effect of various factors on shear force

a-酶B和CaCl2对蒸煮损失的交互作用;b-酶A和CaCl2对蒸煮损失的交互作用;c-酶A和酶B对蒸煮损失的交互作用
图6 各因素的交互效应对蒸煮损失的影响
Fig.6 Response surface graphs showing the effect of various factors on cooking loss

剪切力越低,蒸煮损失越低,证明复合嫩化剂对兔后腿肉的嫩化越显著,在CaCl2质量浓度为18 mg/L,无花果蛋白酶质量浓度为11 mg/L,猕猴桃蛋白酶质量浓度6 mg/L时,响应面模型预测的兔肉剪切力和蒸煮损失结果存在最小值,分别为16.04 N和31.98%。为进一步验证响应面分析得出的复配条件能有效改善兔后腿肉的品质,利用最优复合嫩化剂配比,在37 ℃,pH=7,嫩化时间2 h条件下进行3次验证试验。得到剪切力值为(16.33±0.21) N,蒸煮损失为(30.68±0.14)%。因此,采用响应面分析优化得到的复合嫩化剂嫩化兔后腿肉参数准确可靠,可为兔后腿肉的嫩化工艺提供理论依据。

2.4 嫩化条件单因素试验结果

2.4.1 嫩化pH对兔后腿肉剪切力及蒸煮损失的影响

如图7所示,利用优化出的复合嫩化剂比例,在37 ℃,不同pH值下处理2 h,图中可以看出剪切力值随pH的增大先减小后升高,pH=7.5时,剪切力值和蒸煮损失均达到最小值,原因可能是肌原纤维蛋白在远离其等电点时,其溶解性增加,表面净电荷增多,蛋白分子间静电排斥力增大,形成更疏松的三维网状结构,可以容纳更多的水从而增加保水性,降低硬度[32]

图7 嫩化pH对兔后腿肉剪切力及蒸煮损失的影响
Fig.7 Effects of pH on shear stress and cooking loss of rabbit hind leg meat

2.4.2 嫩化温度对兔后腿肉剪切力及蒸煮损失的影响

如图8所示,在最优嫩化剂配比下及pH=7的条件下,分别在不同温度下处理2 h,当温度<35 ℃时,蒸煮损失和剪切力都较大,原因可能是温度太低而未能使两种酶的活性得到有效激活;当温度达到50 ℃时,蒸煮损失增大,推测原因是50 ℃时,两种酶的活性均达到较高的程度,水解蛋白程度加剧,反而导致蛋白过度破坏,蒸煮损失增加。

图8 嫩化温度对兔后腿肉剪切力及蒸煮损失的影响
Fig.8 Effect of temperature on shear stress and cooking loss of rabbit hind leg meat

2.4.3 嫩化时间对兔后腿肉剪切力及蒸煮损失的影响

如图9所示,在pH=7,温度37 ℃下,剪切力随着嫩化时间呈现先下降,后升高,又下降的趋势,蒸煮损失呈现先下降后上升的趋势,在90 min时,蒸煮损失和剪切力均达到较小值,虽然在嫩化3 h后,剪切力下降到最低点,但是此时蒸煮损失上升到最高点,这可能是因为嫩化时间过长导致肌肉组织结构破坏严重,蛋白质持水力下降,水分大量损失[4]

图9 嫩化时间对兔后腿肉剪切力及蒸煮损失的影响
Fig.9 Effect of tenderization time on shear stress and cooking loss of rabbit hind leg meat

2.5 正交试验优化嫩化条件结果

根据单因素试验结果,选取较佳水平值,以剪切力和蒸煮损失作为评价指标,结果如表6所示,结果分析如表7所示。从表中可以看出,对剪切力和蒸煮损失的影响因素的顺序均为:pH>嫩化温度>嫩化时间,针对兔肉在热加工后保水性差的特点而言,选择第8组,即A3B1C2为最优组合,即pH=8,嫩化温度30 ℃,嫩化时间90 min,此时剪切力值为15.49 N,蒸煮损失达到最小值为25.73%。

表6 复合嫩化剂嫩化兔后腿肉的正交试验结果
Table 6 Orthogonal array design in terms of coded levels with response variables

试验号pH(A)嫩化温度(B)/℃嫩化时间(C)/min剪切力/N蒸煮损失/%122115.99±0.76c31.50±0.12c213317.66±0.17b33.81±0.13a332318.24±0.08b30.61±0.21d423217.26±0.15b31.50±0.17c512221.86±0.24a31.59±0.09c621314.57±0.24d28.56±0.16e711117.75±0.35b31.91±0.24b831215.49±0.21c25.73±0.24f933116.69±0.42b28.37±0.19e

注:不同小写字母表示同列差异显著(P<0.05)。下同。

表7 正交试验结果分析
Table 7 Analysis of results from orthogonal array design

项目剪切力/N蒸煮损失/%pH(A)嫩化温度(B)/℃嫩化时间(C)/minpH(A)嫩化温度(B)/℃嫩化时间(C)/minK1j19.0915.9416.8132.4428.7330.60K2j15.9418.7018.2131.6431.2329.61K3j16.8117.2016.8228.2431.2330.99Rj3.152.761.44.22.51.38偏差平方和48.93725.57314.78172.40031.7605.544方差24.46912.7877.39036.20015.8802.772F值31.96516.70414.7831.47313.8062.410显著水平0.0000.0000.0010.0000.0000.115显著性极显著极显著极显著极显著极显著不显著单指标优组合A2B1C1A3B1C2单指标因子主次ABCABC综合平衡主次ABC综合平衡优组合A3B1C2

注:P<0.01为极显著,P<0.05为显著,P>0.05为不显著。

2.6 验证试验结果

由表8可知,优化复配比例和嫩化条件后嫩化剂可以显著降低剪切力和蒸煮损失。本试验还选取了MFI和TPA质构作为最终优化后的验证指标,MFI是指长度为1~4个肌节的肌原纤维片段在总肌原纤维片段数中所占的比例,可以反映嫩化剂对肌原纤维及其骨架蛋白的破坏程度,MFI值越大,说明肌原纤维内部完整性受到的破坏程度越大,嫩化效果越好[33]。但是如果嫩化过度会引起肉质失水,口感变硬,失去弹性[33]。TPA质构分析也作为验证指标之一,TPA是模拟口腔咀嚼食物的过程来分析食品相关物性指标,其中硬度是食品保持形状的内部结合力,内聚性表示食物咀嚼时的抵抗性;咀嚼性是指将固体食品嚼碎至可吞咽时需做的功;弹性是指外力作用后变形及去力后的恢复程度[26],由表中可知,TPA中硬度,内聚性,咀嚼性显著比空白组低,弹性显著比空白组高,TPA结果与其他验证结果相符合,嫩化剂使肌原纤维蛋白水解到一定程度,剪切力减小,MFI增加,使蛋白嫩度增加,硬度、内聚性和咀嚼性因为肌原纤维蛋白及其骨架蛋白的降解而下降,弹性增加的原因可能与蒸煮损失减少,持水力增加有关,复合嫩化剂中的Ca2+可以使肌原纤维中肌动球蛋白解聚,使水分包裹于其中[11],而无花果蛋白酶和猕猴桃蛋白酶均可以提高肌原纤维蛋白溶解度,增加持水力[14];在优化嫩化条件时,pH的提高也有助于肌原纤维表面净电荷增加,产生蛋白质“溶胀”现象,引起水分含量的增加,促使蒸煮损失减少,弹性增加[26]

表8 验证试验
Table 8 Verification test

项目剪切力蒸煮损失MFITPA硬度弹性内聚性咀嚼性嫩化后15.49±0.36b25.73±0.26b88.68±0.18a218.48±4.00b3.85±0.38a0.44±0.02b366.49±8.40b空白30.98±0.24a30.10±1.06a40.61±0.08b623.24±1.91a2.3±0.26b0.50±0.02a712.47±10.17a

3 结论

酶与无机盐以复合嫩化剂的形式来嫩化兔肉制品,可以显著降低剪切力和蒸煮损失。这3种物质以CaCl2 18 mg/L,无花果蛋白酶11 mg/L,猕猴桃蛋白酶6 mg/L配比,在pH=8,温度30 ℃下处理90 min,使剪切力和蒸煮损失达到最小,分别为15.49 N、25.73%。在进行试验验证时,与未经过嫩化处理的兔后腿肉相比,剪切力减少了50%,蒸煮损失减少了17%,硬度降低了65%,MFI增加了54%,弹性增加了40%,说明在该配比以及嫩化条件下,新型复配嫩化剂的对兔后腿肉的品质改善效果较好,有一定实用价值,可以为兔腿肉的精深加工提供参考。

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Optimization of calcium chloride, ficin and kiwifruit protease tenderization system to improve the tenderness and water holding capability of rabbit meat

LI Mingqi1, HE Zhifei1,2, LI Shaobo1, LI Ranran1, LI Hongjun1,2*

1(College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400716, China) 2(Chongqing Engineering Research Center of Regional Food, Chongqing 400716, China)

Abstract In order to improve the tenderness and water holding capability of rabbit meat, the hind leg meat from Yila rabbit was treated with a combination of CaCl2, ficin and kiwifruit protease as tenderizers. The optimal ratio of tenderizers and the optimal tenderizing condition of compound tenderizer were determined according to the analysis of the shear force, cooking loss, myofibrillar fragmentation index and texture profile of the meat. The results showed that the compound tenderizer had the best tenderizing effect with the optimal proportion (18 mg/L CaCl2, 11 mg/L ficin and 6 mg/L kiwifruit protease) under the optimized condition (tenderized at pH=8 and 30 ℃ for 90 min). Under this condition, the shear force and the cooking loss of the rabbit hind leg meat were 15.49 N and 25.73%, respectively, which reduced by 50% and 17%, respectively, compared to the control. In addition, the hardness of tenderized meat decreased by 65%, the myofibrillar fragmentation index and the elasticity increased by 54% and 40%, respectively. The results showed that the compound tenderizer can significantly improve the tenderness and water holding capability of rabbit meat, which has certain reference value for rabbit meat processing.

Key words rabbit meat;calcium chloride;ficin;kiwifruit protease;tenderization

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.021040

第一作者:硕士研究生(李洪军教授为通讯作者,E-mail:98336 2225@qq.com)。

基金项目:国家自然科学基金项目(31671787);国家兔产业技术体系肉加工与综合利用(CARS-43-E-1);重庆市草食牲畜产业技术体系(Y201706);重庆市研究生科研创新项目(CYB18099)

收稿日期:2019-05-07,改回日期:2019-06-13