不同壓力熟制對牦牛平滑肌質(zhì)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)的影響

趙立柱，魏占楠，張燕，李升升*，王冠宇

（1.青海大學(xué)畜牧獸醫(yī)科學(xué)院，青海西寧 810016；2.青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院，青海西寧 810016；3.撫順市食品檢驗檢測中心，遼寧撫順 113000）

隨著裝備制造技術(shù)的發(fā)展，壓力容器和裝備的普及，壓力技術(shù)尤其是超高壓技術(shù)被譽為21世紀食品和生物制品領(lǐng)域最具潛力和發(fā)展前途的技術(shù)之一。在高壓條件下，食品的色澤、組織結(jié)構(gòu)會發(fā)生顯著變化，對于肉及肉制品，高壓可以改善其組織結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)鮮肉中酶活力并提高肌肉蛋白的凝膠特性[1]。超高壓技術(shù)在食品保藏中還可以通過抑制微生物的生長來提高產(chǎn)品的保質(zhì)期[2]，在肉制品的加工中結(jié)合超高壓技術(shù)也顯著改善肉制品的品質(zhì)[3]。

Dixon 等[4]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過高壓處理的牛肉，其色澤和微生物含量發(fā)生顯著變化，貨架期也有所提高。陳武東等[5]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過高壓處理的牛腩肉的質(zhì)構(gòu)、持水性及出品率等指標得到改善，且其感官評價具有更高的可接受度。Zhu 等[6]的研究結(jié)果表明超高壓處理降低了牛肉腸的感官品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性，但有助于保證香腸儲藏的微生物環(huán)境。Shao 等[7]研究發(fā)現(xiàn)隨著壓力的增加，小龍蝦的硬度、彈性和咀嚼性等指標先急劇增加后逐漸下降，但均高于對照組。國內(nèi)外的學(xué)者研究表明壓力處理可顯著影響肉品骨骼肌的品質(zhì)，然而平滑肌是處于畜體內(nèi)臟、血管等處的肌肉，屬于內(nèi)臟肌，在不同壓力條件下熟制，其品質(zhì)變化規(guī)律如何，相關(guān)報道較少。

本試驗研究不同壓力對牦牛平滑肌蒸煮損失率、熱收縮率、剪切力、質(zhì)構(gòu)、膠原蛋白含量和微觀結(jié)構(gòu)變化的影響，并分析壓力與牦牛平滑肌熟制品各指標間的相關(guān)性，旨在為平滑肌的加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

新鮮牦牛瘤胃：青海裕泰食品有限公司；硫酸、氯胺T、對二甲氨基苯甲醛（均為分析純）：國藥集團化學(xué)試劑有限公司；無水乙醇（分析純）：天津紅巖化學(xué)試劑有限公司；二甲苯（分析純）：天津市富宇精細化工有限公司；蘇木精染液、伊紅（均為分析純）：臺灣貝索生物技術(shù)有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

JM-B3003 電子天平：諸暨市超澤衡器設(shè)備有限公司；卡尺（0～150 mm）：上海申韓量具有限公司；CT3質(zhì)構(gòu)分析儀：美國布魯克菲爾德工程公司；722N 紫外可見分光光度計：上海精密儀器儀表有限公司；IX71顯微鏡：日本奧林巴斯株式會社；YXQ-LS-SII 全自動立式電熱壓力蒸汽鍋：上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品處理

隨機選取3～4 歲牦牛的牦牛瘤胃，除去瘤胃內(nèi)容物，用水清洗干凈瘤胃表面，在（3±1）℃保溫箱中運回實驗室進行試驗，在實驗室中除去瘤胃表面的絨毛、黏膜、脂肪，得牦牛瘤胃平滑肌。將平滑肌分成（150±10）g肉塊，分別選擇0.15、0.20、0.24 MPa 3 種壓力處理10 min 后取出，測定各樣品膠原蛋白含量、蒸煮損失率、熱收縮率、剪切力、質(zhì)構(gòu)、膠原蛋白含量的變化，并觀察不同壓力下制品的微觀結(jié)構(gòu)。

1.2.2 指標測定方法

1.2.2.1 膠原蛋白含量的測定

參考GB/T 9695.23—2008《肉與肉制品羥脯氨酸含量的測定》，將測得的羥脯氨酸含量乘以系數(shù)7.25換算為膠原蛋白含量。

1.2.2.2 蒸煮損失率的測定

稱取處理前肉樣質(zhì)量，取出熱處理后的肉樣并稱取質(zhì)量，蒸煮損失率計算公式如下。

式中：Y為蒸煮損失率，%；W1為肉樣處理前的質(zhì)量，g；Wn為肉樣處理后的質(zhì)量，g。

1.2.2.3 熱收縮率的測定

用最小刻度為1 mm 卡尺測量每個樣品沿肌纖維方向的長度，測量樣品熱處理前的長度和樣品熱處理后的長度，熱收縮率計算公式如下。

式中：W為熱收縮率，%；L1為肉樣熱處理前的長度，mm；L2為肉樣熱處理后的長度，mm。

1.2.2.4 剪切力的測定

采用CT3 質(zhì)構(gòu)分析儀測定，沿平行于肌纖維方向切取40 mm×10 mm×10 mm 肉樣，切刀垂直于肌纖維方向切割，剪切速度1.5 mm/s，剪切距離為40 mm。每個肉樣測定5 個平行，取平均值。

1.2.2.5 質(zhì)構(gòu)的測定

采用CT3 質(zhì)構(gòu)分析儀測定樣品的硬度、內(nèi)聚性、彈性、膠著性和咀嚼性。將肉樣切成10 mm×10 mm 的方形，2～3 塊堆疊至樣品自然高度10 mm，采用質(zhì)地剖面分析（texture profile analysis，TPA）模式模擬口腔的咀嚼運動，通過對樣品的2 次壓迫對肉樣進行測定。測試參數(shù)為測試前速度為2 mm/s，測試速度為1 mm/s，測試后速度為1 mm/s，觸發(fā)力為5 g，樣品高度為10 mm，壓縮比50%。TPA 結(jié)果采用TPA-macro 分析。每個樣品測定10 個平行，取平均值。

1.2.2.6 平滑肌微觀結(jié)構(gòu)的測定

樣品處理后，沿平行于肌纖維方向切取，在IX71顯微鏡下觀察不同壓力下牦牛平滑肌微觀結(jié)構(gòu)的變化并拍照。

1.2.3 統(tǒng)計方法

采用SPSS22.0 對數(shù)據(jù)進行方差分析，各處理平均數(shù)間采用Duncan 多重比較法進行差異顯著性分析，差異顯著水平為P<0.05，極顯著水平為P<0.01。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同壓力對牦牛平滑肌膠原蛋白含量的影響

膠原蛋白為肌內(nèi)結(jié)締組織的重要組成部分[8]，研究表明膠原蛋白影響肌肉的背景硬度，對肌肉的質(zhì)構(gòu)有重要影響。不同壓力對牦牛平滑肌膠原蛋白含量的影響如圖1所示。

圖1 不同壓力對牦牛平滑肌膠原蛋白含量的影響Fig.1 Effect of pressure treatment on collagen content of yak smooth muscle

如圖1所示，隨著壓力的升高，牦牛肉平滑肌中膠原蛋白含量顯著減少（P<0.05），從0.15 MPa 時的67.40 mg/g 下降到0.24 MPa 時的39.38 mg/g，下降了41.57%。肌肉中的膠原蛋白主要分為可溶性膠原蛋白與不可溶性膠原蛋白，隨著壓力的升高，可溶性膠原蛋白會溶于水中，不可溶性膠原蛋白的三螺旋結(jié)構(gòu)逐漸松散[9-10]，使膠原蛋白明膠化，導(dǎo)致樣品中平滑肌的膠原蛋白含量減少[11]，而明膠含量影響肌肉的保水性[12]。在試驗壓力范圍內(nèi)，隨著壓力的升高，牦牛肉平滑肌中膠原蛋白含量顯著降低，說明壓力處理會影響膠原蛋白含量的變化，從而影響牦牛肉平滑肌質(zhì)構(gòu)和品質(zhì)。

2.2 不同壓力對牦牛平滑肌蒸煮損失率的影響

蒸煮損失是指在蒸煮過程中，肉品中損失的水分質(zhì)量，直接反映肉的持水能力。不同壓力對牦牛平滑肌蒸煮損失率的影響如圖2所示。

圖2 不同壓力對牦牛平滑肌蒸煮損失率的影響Fig.2 Effect of pressure treatment on cooking loss of yak smooth muscle

由圖2 可知，隨著壓力的升高，牦牛肉平滑肌的蒸煮損失率顯著減?。≒<0.05），由0.15 MPa 時的46.98%減小到0.24 MPa 時的41.94%，減小了10.73%。這與常海軍[13]研究的不同超高壓處理牛肉的蒸煮損失增加的結(jié)果不一致。隨著壓力的升高，肌肉結(jié)構(gòu)逐漸被破壞，肌肉中的肌纖維蛋白和膠原蛋白在壓力下收縮，使肌肉的持水能力下降導(dǎo)致蒸煮損失增加；另一方面，發(fā)生明膠化的膠原蛋白的親水性能和凝膠性能提高導(dǎo)致蒸煮損失減少[14-15]，因此，隨著壓力的升高，牦牛肉平滑肌中膠原蛋白變成明膠導(dǎo)致牦牛肉平滑肌的蒸煮損失減少，這與Xue 等[16]的研究結(jié)果一致。

2.3 不同壓力對牦牛平滑肌熱收縮率的影響

不同壓力對牦牛平滑肌熱收縮率的影響如圖3所示。

圖3 不同壓力對牦牛平滑肌熱收縮率的影響Fig.3 Effect of pressure treatment on heat shrinkage rate of yak smooth muscle

由圖3 可知，在試驗壓力范圍內(nèi)，牦牛肉平滑肌順著肌纖維方向的熱收縮率隨著壓力的升高呈現(xiàn)增加的趨勢，但差異不顯著（P>0.05）。壓力為0.15～0.24 MPa時，平滑肌的熱收縮率由30.80%增加到32.48%，熱收縮率增加了5.45%。平滑肌的收縮性能較強，肌纖維蛋白會因環(huán)境的變化而發(fā)生收縮，而膠原蛋白在壓力作用下變成明膠會受熱吸水膨脹[17]，抵消因肌纖維蛋白收縮的影響。因此即使壓力升高，但肌纖維的收縮和明膠的膨脹作用力基本相當(dāng)，雖然牦牛肉平滑肌的熱收縮率呈增加趨勢，但差異不顯著。

2.4 不同壓力對牦牛肉剪切力的影響

剪切力作為牦牛肉的主要食用指標，能夠反映出肉品各組織含量與性質(zhì)與肌原纖維蛋白的化學(xué)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，直接反映肉品的質(zhì)地[8]。不同壓力對牦牛平滑肌剪切力的影響如圖4所示。

圖4 不同壓力對牦牛平滑肌剪切力的影響Fig.4 Effect of pressure treatment on shear force of yak smooth muscle

由圖4 可知，隨著壓力的升高，牦牛平滑肌的剪切力呈下降的趨勢，剪切力由0.15 MPa 時的39.40 N 減小到0.24 MPa 時的9.80 N，減小了75.13%。肌肉的肌原纖維和膠原蛋白在受到壓力的情況下會由于失水而發(fā)生收縮，肌纖維變粗，肌纖維在單位橫截面上的排列更加緊密，導(dǎo)致剪切力升高[18-19]。牦牛肉平滑肌中的膠原蛋白由于壓力的變化變成明膠，而明膠本身的剪切力值較小，使得牦牛平滑肌的剪切力值減小。同時，高壓處理會使肌纖維斷裂進一步造成牦牛平滑肌剪切力值減小。從試驗結(jié)果來看，膠原蛋白的明膠化和肌纖維蛋白的斷裂是影響高壓熟制條件下牦牛平滑肌剪切力的主要因素。

2.5 不同壓力對牦牛平滑肌質(zhì)構(gòu)的影響

質(zhì)構(gòu)是體現(xiàn)肉品品質(zhì)的重要指標[20]，質(zhì)地剖面分析的原理模擬口腔的咀嚼運動開發(fā)，是目前評價肉品品質(zhì)的最為客觀的方法之一[21]。不同壓力對牦牛平滑肌的質(zhì)構(gòu)指標的影響如表1所示。

表1 不同壓力對牦牛平滑肌質(zhì)構(gòu)的影響Table 1 Effect of pressure treatment on texture of yak smooth muscle

由表1 可知，隨著壓力的升高，牦牛平滑肌的硬度、膠著性和咀嚼性逐漸減小且差異明顯，硬度、膠著性和咀嚼性分別由0.15 MPa 時的1.97 g、1.21、55.26 mJ，減小到0.24 MPa 時的0.66 g、0.50、28.15 mJ，分別減小了66.50%、58.68%、49.06%。牦牛平滑肌的內(nèi)聚性呈增加趨勢，但差異不顯著（P>0.05）；牦牛平滑肌的彈性整體呈增加趨勢，彈性由0.15 MPa 時的4.81 增加到0.24 MPa 時的6.95，增加了44.49%。肌肉中質(zhì)構(gòu)的變化與肌肉中肌纖維蛋白和膠原蛋白含量的變化相關(guān)，不同壓力下熟制會使得肌纖維蛋白斷裂和膠原蛋白發(fā)生變性和收縮[22-23]，膠原蛋白在此過程中會因壓力的變化而變成明膠，明膠具有吸水膨脹的特性[24]，同時肌纖維蛋白在壓力和熱的作用下會斷裂[25]。這幾種力作用的結(jié)果使得牦牛平滑肌的硬度、膠著性和咀嚼性降低，而內(nèi)聚性和彈性增加。

2.6 微觀結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果

不同壓力處理對牦牛平滑肌的微觀結(jié)構(gòu)的影響如圖5所示。

圖5 不同壓力對牦牛平滑肌微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.5 Effect of pressure treatment on microstructure of yak smooth muscle

由圖5A 可知，當(dāng)熟制壓力為0.15 MPa 時，牦牛瘤胃平滑肌的肌纖維結(jié)構(gòu)完整，肌束膜細致，肌纖維與肌束膜之間存在較大的間隙；當(dāng)熟制壓力升高到0.20 MPa時，牦牛瘤胃平滑肌的肌纖維中出現(xiàn)白色空隙，肌束膜吸水膨脹，肌纖維與肌束膜間的間隙變窄；熟制壓力升至0.24 MPa 時，肌纖維內(nèi)的白色空隙增多，肌束膜進一步吸水膨脹，肌束膜與肌纖維的間隙基本消失?？傮w表現(xiàn)為隨著壓力的升高，牦牛肉平滑肌的肌纖維由完整變?yōu)槠扑?，肌束膜逐漸膨脹，肌纖維與肌束膜間的間隙逐漸消失。

肌內(nèi)膜包裹諸多條肌纖維形成肌束，肌束由肌束膜間開，最后由肌外膜將肌束包裹形成肌肉[26]，肌纖維是肌纖維蛋白，肌內(nèi)膜、肌束膜和肌外膜等主要是由膠原蛋白組成[27]，在初始的熟制壓力下肌纖維和肌束膜受到熱和壓力的影響發(fā)生收縮與變性，其收縮速率快慢使得肌纖維和肌束膜間出現(xiàn)大小不一的間隙，當(dāng)熟制壓力進一步升高時由肌束膜中的膠原蛋白變性而來的明膠吸水膨脹，而肌纖維會因受壓力的影響而斷裂[28]。肌束膜受熱膨脹會導(dǎo)致肌肉剪切力、硬度、膠著性和咀嚼性降低，蒸煮損失率和熱收縮率減少，彈性降低；肌纖維的斷裂進一步提高了肌肉的剪切力、硬度和咀嚼性下降。這些變化與平滑肌的蒸煮損失、熱收縮率、剪切力和質(zhì)構(gòu)隨壓力升高的變化趨勢一致。

2.7 相關(guān)性分析

對不同壓力和牦牛平滑肌各品質(zhì)指標進行相關(guān)性分析，結(jié)果如表2所示。

表2 不同壓力與牦牛平滑肌各品質(zhì)指標的相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis of yak meat quality after pressure treatment

由表2 可知，壓力與牦牛平滑肌的蒸煮損失率、剪切力、硬度、膠著性、咀嚼性和膠原蛋白含量呈負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別-0.906、-0.875、-0.943、-0.921、-0.932和-0.995；壓力與牦牛平滑肌內(nèi)聚性、彈性呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.690、0.824；壓力與牦牛平滑肌熱收縮率相關(guān)性差異不顯著。牦牛平滑肌的蒸煮損失率與剪切力、硬度、膠著性、咀嚼性和膠原蛋白含量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.786、0.883、0844、0.842、0.902；蒸煮損失率與彈性呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.726；蒸煮損失率與熱收縮率和內(nèi)聚性相關(guān)性差異不顯著。牦牛平滑肌的熱收縮率與剪切力、硬度、內(nèi)聚性、彈性、膠著性、咀嚼性和膠原蛋白含量相關(guān)性差異不顯著。牦牛平滑肌的剪切力與硬度、膠著性、咀嚼性和膠原蛋白含量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.901、0.943、0.828、0.867；剪切力與內(nèi)聚性和彈性呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.641、-0.759。牦牛平滑肌的硬度與膠著性、咀嚼性和膠原蛋白含量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.972、0.802、0.946；硬度與彈性呈極顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.861；硬度與內(nèi)聚性相關(guān)性差異不顯著。牦牛平滑肌的內(nèi)聚性與咀嚼性和膠原蛋白含量呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.723、-0.663；內(nèi)聚性與彈性呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.606；內(nèi)聚性與膠著性相關(guān)性差異不顯著。牦牛平滑肌的彈性與膠著性、咀嚼性呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.790、-0.601；牦牛平滑肌的膠著性與咀嚼性和膠原蛋白含量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.809、0.927。牦牛平滑肌咀嚼性與膠原蛋白含量呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.907。

由以上分析可知，除熱收縮率外，壓力和膠原蛋白含量與牦牛平滑肌各指標間相關(guān)性較大，除內(nèi)聚性外壓力和膠原蛋白含量與牦牛平滑肌各指標間的相關(guān)系數(shù)均在0.8 以上，說明壓力大小和膠原蛋白含量對牦牛平滑肌的各品質(zhì)指標影響顯著。相關(guān)性分析的結(jié)果與不同壓力對牦牛平滑肌膠原蛋白含量、剪切力、蒸煮損失率和質(zhì)構(gòu)的影響與微觀結(jié)構(gòu)的變化一致。

3 結(jié)論

隨壓力的升高，牦牛平滑肌的蒸煮損失率、剪切力、硬度、膠著性、咀嚼性和膠原蛋白含量均明顯降低，彈性明顯增加，熱收縮率和內(nèi)聚性呈增加趨勢但差異不顯著。微觀結(jié)構(gòu)的變化表明，隨壓力的升高，牦牛平滑肌的肌纖維從完整到斷裂，肌束膜逐漸膨脹，肌纖維與肌束膜間的間隙逐漸消失。除熱收縮率和內(nèi)聚性外，壓力大小和膠原蛋白含量與牦牛平滑肌各指標間的相關(guān)系數(shù)均在0.8 以上。綜合分析可見，牦牛平滑肌的質(zhì)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)受壓力的影響較大，在0.20 MPa 下牦牛平滑肌的各項品質(zhì)指標較好。本試驗研究了牦牛平滑肌隨處理壓力變化的品質(zhì)變化，但沒有深入研究在不同壓力下其肌纖維蛋白和膠原蛋白的結(jié)構(gòu)變化，及其與品質(zhì)變化的相關(guān)性，這將是下一步研究的重點。