超聲輔助變壓滾揉對雞肉蛋白質結構及含水量的影響

李 鵬，王紅提，孫京新※，馮 婷（. 青島農業(yè)大學食品科學與工程學院，青島 6609；. 青島農業(yè)大學機電工程學院，青島 6609）

超聲輔助變壓滾揉對雞肉蛋白質結構及含水量的影響

李 鵬1，王紅提2，孫京新1※，馮 婷1
（1. 青島農業(yè)大學食品科學與工程學院，青島 266109；2. 青島農業(yè)大學機電工程學院，青島 266109）

為了探討超聲輔助變壓滾揉對原料肉腌制過程蛋白質結構及水分含量的影響，該研究以雞胸肉為原料分別進行靜置腌制（對照）、真空滾揉（vacuum tumbling，VT）腌制和超聲輔助變壓滾揉（pressure-transform tumbling curing assisted by ultrasound，PTU）腌制處理100 min，采用拉曼光譜、低場核磁共振（low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）、掃描電鏡（scanning electron microscopy，SEM）和透射電鏡（transmission electron microscope，TEM）測定不同腌制處理后雞肉肌原纖維蛋白的二級結構、肌肉中水分含量以及肌肉組織微觀結構的變化。結果顯示，經過VT和PTU腌制處理的雞肉其各項指標較對照組均發(fā)生顯著變化（P<0.05），其中拉曼光譜分析顯示PTU處理的雞肉肌原纖維蛋白質二級結構組成發(fā)生更顯著變化，α-螺旋含量降低（P<0.05），β-折疊和β-轉角的含量顯著增加（P<0.05）；LF-NMR結果顯示PTU處理的雞肉的結合水橫向弛豫時間和不易流動水橫向弛豫時間較VT處理顯著減?。≒<0.05），而對應的結合水峰面積百分比和不易流動水峰面積百分比都較其他處理組增加（P<0.05）。掃描電鏡和透射電鏡研究結果也顯示經PTU處理的雞肉組織結構破壞最嚴重，Z線以及肌原纖維膜降解最為明顯。綜上，PTU處理能夠通過改變蛋白質結構、水分存在狀態(tài)分布以及微觀結構的變化來加速原料雞肉腌制效率，改善嫩度和提高保水性；研究結果為PTU技術在肉制品加工中的應用及相關設備的開發(fā)提供理論依據。

蛋白質；水分；微觀結構；雞肉；超聲輔助變壓滾揉；真空滾揉

0 引 言

雞肉以其低脂肪、低膽固醇，高蛋白質含量等特點越來越受到消費者的青睞。隨著生活水平的提高，人們對雞肉類食用品質的要求也越來越高，因此研究雞肉產品的開發(fā)，生產工藝的改進，品質的提升等成為雞肉加工業(yè)的熱點[1]。在雞肉制品加工過程中，滾揉是最常用的一種加工方法[2]，它能夠促進腌制、縮短生產周期，改善產品的嫩度、口感，提高產品保水性和出品率[3-4]。

目前生產中最常用的滾揉方式是真空滾揉，傳統(tǒng)真空滾揉受真空度和溫度等條件的影響，如果控制不當，容易造成耗時長、肉塊溫度升高、微生物快速繁殖、顏色劣變以及過度失水等風險[5-7]。變壓滾揉是近幾年提出來的一種新的滾揉方式，是指在滾揉過程中通過調整滾筒內的壓力，主要是以加壓和常壓為主，使肉塊交替處于壓迫和疏張狀態(tài)，造成肉組織呈現(xiàn)一種呼吸模式，從而有利于鹽溶性蛋白的釋放和腌制液的滲透，提高滾揉腌制效果[8-9]。但是加壓滾揉對于滾揉設備的要求比較高，需要使用專門的耐高壓材料和質量高的氣體，這也增加了生產成本和不方便性，因此目前也處于研究階段。超聲波技術是一種新興的高效、環(huán)保、綠色加工技術，目前超聲波技術在肉品加工領域也有一定的應用，并且取得良好的效果，如能夠加速肉制品的腌制速率、加快肌原纖維的斷裂、改善產品的嫩度等[10-11]，其主要作用機理是通過超聲波的空穴作用導致組織的物理性破壞從而發(fā)揮作用[12]。超聲波處理也容易導致物料的升溫，因此在使用過程應該控制超聲時間和強度，McDonnell等[13]在對超聲波促進豬肉的腌制過程中，通過在容器中安置冷卻管來降溫，以防止溫度上升導致的產品品質下降。

因此，本研究結合不同滾揉腌制技術的特點，從提高腌制效率和改善產品食用品質的角度出發(fā)，設計了一款具有可實施性、成本較低、使用方便的超聲輔助變壓滾揉設備，通過測定滾揉后雞肉蛋白質的結構、水分存在狀態(tài)以及微觀結構的變化，來評價該技術在肉制品滾揉腌制過程中作用效果，并且揭示其作用機理，從而為這一技術在肉制品工業(yè)化生產中的應用及相關設備的開發(fā)提供理論依據和技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮雞胸肉：青島正大食品有限公司；食鹽、復合磷酸鹽、抗壞血酸鈉、亞硝酸鈉等輔料均為食品級；戊二醛、磷酸鹽、乙醇、叔丁醇、四氧化鋨等均為分析純。

1.2 儀器設備

GR-20型滾揉機，諸城市新得利食品機械有限責任公司；JM1003超聲波振動棒，深圳市日康達創(chuàng)超聲波有限公司；超聲輔助變壓滾揉機，將同樣的一臺GR-20型滾揉機進行改造，在滾揉機底部增加超聲波振動棒（40 kHz，140 W，如圖1所示；本實驗室自主設計制造）；HH-S6型恒溫水浴鍋，金壇市恒豐儀器廠；Acculab型電子天平，賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；JY Labram HR800顯微激光拉曼光譜儀，法國Jobin-Yvon公司；PQ001臺式低場核磁共振分析儀，蘇州紐邁分析儀器股份有限公司；Eiko IB.5型離子濺射鍍膜機，日本Hitachi公司；7500F掃描電子顯微鏡，日本電子株式會社；Leica EM UC7超薄切片機，德國萊卡儀器有限公司；HT7700日立透射電子顯微鏡，日本日立高新技術公司。

圖1 超聲輔助變壓滾揉機示意圖Fig.1 Schematic diagram of experimental set-up for pressure-transform tumbling assisted by ultrasound

1.3 方法

1.3.1 腌制液的配制

參考馮婷等[11]的方法，略有修改。腌制液的配方（以原料肉質量計算）為食鹽2%、復合磷酸鹽0.3%、抗壞血酸鈉250 mg/kg、亞硝酸鈉150 mg/kg。配制完后，腌制液先進行預冷，溫度控制在0 ℃左右，待用。

1.3.2 肉樣的處理

新鮮雞胸肉去除筋、腱、脂肪后切成大小、形狀規(guī)格基本一致的肉塊樣品（（50±1）g，5 cm×5 cm×2 cm），隨機等量分為3組，腌制處理參考苑瑞生[2]和Siró等[3]的方法，略作修改，每個處理重復3次。具體方法如下：

靜置腌制（對照組）：0～4 ℃低溫庫中，將其中一組雞肉樣品與腌制液混勻（料液比100∶30 g/mL），置于不銹鋼容器靜置腌制100 min。

真空滾揉（vacuum tumbling，VT）處理：0～4 ℃低溫庫中，將其中一組雞肉樣品與腌制液（料液比100∶30 g/mL）一起倒入滾揉機內，設定真空度為0.08 MPa，轉速16 r/min，單向連續(xù)真空滾揉100 min。

超聲輔助變壓滾揉（pressure-transform tumbling assisted by ultrasound，PTU）處理：將雞肉樣品與腌制液（料液比100∶30 g/mL）倒入自主設計制作的超聲波輔助變壓滾揉機內，滾揉程序設計為：0～4 ℃低溫庫中，真空度為0.08 MPa，轉速16 r/min，單向連續(xù)滾揉15 min后停止?jié)L揉；立刻去掉真空恢復常壓，同時啟動超聲程序處理5 min后停止；再重復上述操作周期4次，總共處理時間為100 min。

1.3.3 拉曼光譜分析

參照謝媚等[7]的方法分別提取經3組不同處理100 min后的雞肉樣品的肌原纖維蛋白。將提取到的肌原纖維蛋白稀釋到40 μg/mL，置于4 ℃冰箱中短期保存，用于拉曼光譜分析。

肌原纖維蛋白的拉曼光譜采用配備514.5 nm氬離子激光的Labram HR 800激光拉曼分析儀進行測試，參數(shù)設定參考Xu等[14]的研究方法。每個樣品測試3次。測試完成后用儀器自帶的軟件Labspec對光譜進行平滑，多點基線校正去除熒光背景。根據苯丙氨酸環(huán)在1 003 cm-1伸縮振動強度作為內標進行歸一化（它的強度不隨蛋白質結構變化而變化），肽鍵骨架振動和氨基酸側鏈光譜條帶指認通過與文獻報道[7,14]的多肽和蛋白質拉曼光譜相比對而得到。蛋白質二級結構（α-螺旋、無規(guī)則卷曲、β-折疊、β-轉角及其他結構）含量計算參考Alix等的方法[15]。

1.3.4 低場核磁共振（low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）分析

參考Han等[16]的方法，略加修改。本試驗LF-NMR馳豫時間（T2）測量在NMR PQ001分析儀上進行。測試條件為：質子共振頻率為22.6 MHz，測量溫度為32 ℃。稱取大小為0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm的肉樣0.5～0.6 g，放入直徑15 mm的核磁管，而后放入分析儀中。NMR橫向馳豫時間T2選用硬脈沖CPMG序列（carr-purcell-meiboom-gill sequence）進行測量。所使用的參數(shù)為：τ值（90°脈沖和180°脈沖之間的時間）為50 μs。重復掃描20次，重復間隔時間為1 s得到3 000個回波。

1.3.5 掃描電鏡（scanning electron microscopy，SEM）

參考Palka等[17]的方法，并作適當修改。將3種經不同處理的肉樣分別切成0.5 cm×0.5 cm×0.3 cm的小肉塊，置于質量分數(shù)為2.5%戊二醛溶液中，4 ℃固定3 d后，用0.1 mol/L的磷酸鹽緩沖液（pH值7.4）漂洗5～6次，每次20 min。再將肉樣放入用0.2 mol/L的磷酸緩沖液（pH值7.4）配制的1%四氧化鋨溶液中，4 ℃中固定2 h，然后再用0.1 mol/L的磷酸緩沖液（pH值7.4）漂洗5～6次，每次10 min；漂洗后的肉樣依次用50%、70%、80%和90%的乙醇梯度脫水各15 min，100%乙醇脫水3次，每次30 min；樣品脫水后，用叔丁醇置換3次，每次30 min。脫水后的樣品在液氮中冷凍斷裂后放入超臨界CO2干燥儀中干燥，然后將樣品觀察面向上貼在掃描電鏡樣品臺上，用Eiko IB.5離子濺射鍍膜機對肉樣進行噴金處理，最后在7500F掃描電子顯微鏡下（電壓為15.0 kV）下放大1 000倍觀察肌纖維結構的變化。

1.3.6 透射電鏡（transmission electron microscope，TEM）

參考閔輝輝等[18]的方法，并稍作修改。將3種經不同處理的肉樣分別切成0.2 cm×0.2 cm×0.2 cm的小肉塊，立即置于質量分數(shù)為2.5%戊二醛溶液中，4 ℃條件下固定3 d；然后用0.1 mol/L的磷酸緩沖液（pH值7.4）漂洗5～6次，每次20 min；再將肉樣放入用0.2 mol/L的磷酸緩沖液（pH值7.4）配制的1%四氧化鋨溶液中，在4 ℃條件下固定2 h，然后再用0.1 mol/L的磷酸緩沖液（pH值7.4）漂洗5～6次，每次10 min；分別用體積分數(shù)為50%、70%、80%、90%、100%乙醇溶液進行逐級脫水，每次10～15 min，其中100%乙醇脫水3次，其他濃度各1次；用100%乙醇∶100%丙酮=1∶1溶液、100%純丙酮各置換1次，每次10 min；置換后的樣品于Epon-812環(huán)氧樹脂和丙酮等體積混合液中滲透4 h，再在Epon-812環(huán)氧樹脂中滲透過夜，然后用Epon-812環(huán)氧樹脂將樣品進行包埋；利用Leica EM UC7超薄切片機進行切片處理；切片利用醋酸雙氧鈾-檸檬酸鉛雙重染色，自然干燥后在HT7700日立透射電子顯微鏡下觀察拍照，放大4 000倍觀察肌原纖維的超微結構的變化。

1.3.7 統(tǒng)計分析

采用SPASS 19.0軟件進行方差分析，并用多重比較分析法進行比較，每個試驗最少為3次平行，結果均表示為平均值±標準偏差。

2 結果與分析

2.1 不同滾揉處理對雞肉蛋白拉曼光譜的影響

2.1.1 雞肉肌原纖維蛋白拉曼光譜條帶的指認

拉曼光譜條帶可以提供肽的骨架構象信息，其中酰胺I和酰胺Ⅲ的骨架振動模式與二級結構的含量變化有密切關系[7,14]。圖2是雞肉樣品肌原纖維蛋白的拉曼光譜圖，通過與文獻報道[14,19]的多肽和蛋白質拉曼光譜比對，可以對肽鍵骨架振動和氨基酸側鏈光譜條帶進行指認，結果如表1所示。

圖2 不同滾揉處理后雞肉蛋白質結構的拉曼光譜圖Fig.2 Raman spectra in 700-2 000 cm-1region of protein structure in chicken treated by different tumbling treatments

表1 雞肉肌原纖維蛋白質拉曼光譜條帶的指認Table 1 Assignment of some Raman bands of chicken myofibrillar protein

2.1.2 從酰胺Ⅰ分析雞肉滾揉處理過程中肌原纖維蛋白二級結構的變化

由于拉曼光譜的酰胺Ⅰ帶和酰胺Ⅲ帶極少受到其他分子群的干擾，因此，其具有較強的拉曼效應，是分析鑒定蛋白質二級結構的可靠模型；蛋白質的二級結構主要包括α-螺旋、β-折疊、β-轉角和無規(guī)則卷曲這幾種形式[20]。在范圍1 645~1 690 cm-1的譜帶歸屬于酰胺Ⅰ帶，一般而言，α-螺旋含量高的蛋白質的酰胺Ⅰ帶主要集中在1 645～1 657 cm-1拉曼光譜的條帶中心區(qū)域；以β-折疊結構為主的條帶主要在1 665~1 680 cm-1；β-轉角含量高的蛋白質在1 680 cm-1附近；無規(guī)則卷曲結構在1 660～1 665 cm-1附近[21]。由圖2可以看出，雞肉在滾揉加工處理后，酰胺Ⅰ帶最大峰位置發(fā)生偏移，靜置腌制處理時最大峰出現(xiàn)在1 656.01 cm-1處，而經VT和PTU處理后分別變?yōu)? 659.15 cm-1和1 662.78 cm-1，這可能與蛋白質二級結構中的α-螺旋含量減少和β-折疊含量增加有關，這與謝媚等[7]的研究關于不同滾揉程度對鵝肉肌原纖維蛋白結構影響的結果相一致。此外，拉曼光譜的酰胺Ⅲ帶也是分析蛋白質二級結構變化的重要條帶，其條帶主要分布在1 230-1 350 cm-1之間，主要是由C-N的伸縮振動和N-H平面內的彎曲引起[22-23]。在酰胺Ⅲ帶中，表征不同結構的條帶有部分重合的區(qū)域，高α-螺旋含量的蛋白質主要在1 260～1 300 cm-1處，與β-轉角存在重合區(qū)域；β-折疊在1 238～1 245 cm-1處；無規(guī)則卷曲結構出現(xiàn)在1 250 cm-1處[22]。由圖2可見，雞肉經滾揉處理后，酰胺Ⅲ帶最大峰位置出現(xiàn)一定的左移，其中PTU處理組左移程度相對較強。由此可見，滾揉可能是引起雞肉肌原纖維蛋白α-螺旋結構變化的一個重要原因，而且PTU處理的尤為明顯。原因可能是PTU能夠更大程度地破壞維持α-螺旋結構穩(wěn)定的氫鍵，使α-螺旋結構解開，又通過分子間暴露的疏水殘基相互作用形成折疊結構或其他的轉角、無規(guī)則卷曲結構[21]。

2.2 肌原纖維蛋白中二級結構的定量分析

參照Alix等[15]的方法計算了不同滾揉對雞肉肌原纖維蛋白二級結構的影響，結果見表2，可以看出VT和PTU處理組較對照組，其蛋白質二級結構有顯著變化（P< 0.05）。對照組雞肉蛋白的α-螺旋結構相對含量為77.97%，而經過VT和PTU處理的分別降至58.71%和30.22%，顯著低于對照組（P<0.05）；而β-折疊和β-轉角含量，PTU處理組顯著高于VT和對照組（P< 0.05）。這表明滾揉處理導致雞肉蛋白的α-螺旋向β-折疊、β-轉角和無規(guī)則卷曲結構發(fā)生轉化，而且這些變化與酰胺I帶最大峰偏移的結果相吻合（由圖2可見）。有研究報道[7,24]，滾揉的摔打作用和超聲波的“空化效應”對肉的組織結構會產生一定的整體性破壞，導致部分蛋白質長鏈發(fā)生斷裂，從而使其二級結構發(fā)生改變。肌肉蛋白質構象變化這一現(xiàn)象廣泛存在于肉制品的生產加工過程中，對產品的蛋白質凝膠特性、質構、風味等加工特性會產生一定的影響，曹瑩瑩[25]在研究雞肉蛋白質凝膠時發(fā)現(xiàn)，當?shù)鞍踪|分子結構中β-折疊或者無規(guī)則卷曲比例提高時，其凝膠性和保水性較強；而當?shù)鞍踪|分子中α-螺旋增加時，凝膠性和保水性有所降低。Liu等[26]在研究蛋白質結構對魚肉和豬肉凝膠性的影響時，也證實β-折疊構象的形成有益于蛋白質凝膠的形成。此外，Li等[27]在對雞肉蛋白懸浮液進行超聲處理的研究中發(fā)現(xiàn)超聲處理能夠降低雞肉蛋白質的α-螺旋結構含量，增加β-折疊、β-轉角和無規(guī)則卷曲結構的含量，而且能夠提高雞肉保水性和凝膠性等加工特性。由此可以推斷，在肉制品加工過程，通過超聲輔助變壓滾揉腌制技術對于改善產品的加工特性和食用品質具有積極的作用，同時也能夠提高企業(yè)的經濟效益。

表2 不同滾揉處理對雞肉蛋白質二級結構含量的影響Table 2 Relative percentages of protein secondary structures of chicken by different tumbling treatments

2.3 不同滾揉處理對雞肉水分狀態(tài)的影響

利用低場核磁共振技術（LF-NMR）測定不同滾揉腌制處理下雞肉橫向弛豫T2結果如圖3所示。圖中在1～1 000 ms的弛豫時間內每個曲線上都有4個波峰，分別代表雞肉樣品中水分存在的4種不同形態(tài)。其中橫坐標是橫向弛豫時間T2，表征水分的流動性，可用來檢測肉中水分子的移動和分離狀態(tài)。弛豫時間越短，表明水與底物結合程度越緊密；馳豫時間越長，水與底物結合的越疏松，水分越自由[28-29]。從圖3可以看出，在0.1～1.5 ms的位置有1個小峰，為T20峰；在2～10 ms左右有1個小峰，為T21峰；在10～100 ms處出現(xiàn)1個較大的峰，為T22峰；100～1 000 ms處也有一個很小的峰出現(xiàn)，為T23峰，這與閔輝輝等[18]研究不同電壓擊暈雞肉的LF-NMR結果基本一致。一般認為T20和T21代表的是與蛋白質等大分子相結合的結合水； T22代表了肌肉中存在于肌原纖維與膜之間的不易流動水。如圖所示，T22的峰為主峰，其信號幅值占總信號的90%左右，表明不同腌制過程的雞肉組織中水分的主要存在形態(tài)為不易流動水，這部分水與肉的保水性具有極強的相關性，對于肉和肉制品的加工特性、產量及經濟效益有很重要的影響；T23代表了細胞外的間隙中能自由流動的自由水，這部分水所占比例比較低，也是在加工貯藏過程中最容易失去的[30]。從圖3和表3中還可以看出，3組不同處理雞肉的水分形態(tài)及分布存在差異，除代表結合水的T20時間差異不顯著（P＞0.05）；經PTU處理后的雞肉T21和T22都顯著低于VT處理的（P＜0.05）。有研究表明[31]，弛豫時間T2可以間接表明水分的自由度，T2越短表明水與底物結合越緊密，保水性越好；T2時間越長表明水分越自由，保水性越差。

圖3 不同滾揉處理對雞肉橫向弛豫時間T2的影響Fig.3 Effects of different tumbling treatment on T2relaxation time of chicken samples

表3 不同滾揉處理對雞肉弛豫時間T2分布和峰面積的影響Table 3 Effects of different tumbling treatment on distribution and area proportion of T2relaxation time of chicken samples

不同滾揉處理對雞肉弛豫時間T2及其對應峰面積P2的影響結果如表3所示。其中P20、P21、P22和P23分別表示弛豫時間T20、T21、T22和T23的弛豫峰面積百分比，其變化可以表征經不同滾揉處理后各種狀態(tài)水分的含量變化情況。經過滾揉處理的雞肉樣品的橫向弛豫時間T21和T23所對應峰面積所占比例P21和P23較對照組樣品發(fā)生顯著變化（P＜0.05），PTU處理組的P21最大，P23基本消失；其P22值也最大，但與其他兩組比較差異不顯著（P>0.05）。這可能是由于PTU處理時，一方面由于超聲波促進了食鹽等腌制液的滲透，提高了肌肉組織的滲透壓，使得肉中的自由水分逐漸滲出，因此P23峰面積降低；另一方面PTU處理時，其中機械摩擦能夠破壞更多的肌肉蛋白質高級結構，使其更加松散，從而容納更多的結合水和不易流動水[24]。本研究的拉曼光譜結果也證明了PTU處理能夠加快肌原纖維蛋白結構的變化。Straadt等[32]和Li等[33]研究也發(fā)現(xiàn)通過提高肌肉的橫向弛豫時間T2對應的面積，特別是不易流動水部分的面積，有助于提高肉和肉制品的保水性，改善產品品質，同時增加出品率、提高經濟效益。

2.4 不同滾揉處理的雞肉肌原纖維掃描電鏡結果

分別對不同腌制處理100 min后的雞肉樣品組織進行掃描電鏡觀察，結果如圖4所示?？梢钥闯觯煌幚斫M之間，肌肉微觀結構差異比較大。對照組樣品組織結構比較完整，肌纖維彼此平行排列且緊密、纖維間空隙較小，肌膜結構相對完整；VT處理的樣品，其肌纖維大多數(shù)發(fā)生斷裂，呈現(xiàn)交錯、雜亂的排列，肌膜也受到嚴重的破壞，許多肌原纖維暴露出來；而經PTU處理的樣品，其組織結構破壞最為嚴重，完整的肌纖維結構基本消失，肌纖維邊界不清、排列混亂，而且暴露的肌原纖維間空隙明顯。結果表明滾揉的機械作用能夠比較強烈的破壞雞肉肌纖維以及肌原纖維結構的完整性，促使肌膜結構破裂，而且PTU處理組效果尤為明顯，說明在超聲波輔助作用下，較短時間的滾揉就能達到比較好的效果。Jayasooriya等[10]和Awad等[12]研究發(fā)現(xiàn)，由于超聲波具有空化作用，使分子受迫振動，因此在肉品的加工和嫩化過程采用合理的超聲波處理能夠使肌纖維快速的壓縮、收張以及加速相關蛋白酶的釋放，從而導致完整的組織結構比較快的發(fā)生斷裂和分解，提高肉的滾揉腌制效率。

圖4 不同滾揉處理后雞肉纖維掃描電鏡圖（×1 000倍）Fig.4 Scanning electron microscopy of myofiber of chicken treated by different tumbling treatments(×1 000 times)

2.5 不同滾揉處理的雞肉肌原纖維透射電鏡結果

圖5為經過不同滾揉腌制處理100 min后所得樣品的透射電鏡圖，由此可見，不同處理組之間微觀結構情況與掃描電鏡結構相一致，樣品間差別比較明顯。對照組肌肉結構破壞較輕，肌原纖維排列整齊，肌節(jié)相對完整，Z線、M線、I帶和A帶清晰可見。VT處理100 min后，有少量Z線排列開始出現(xiàn)錯位，少量肌節(jié)長度有所增加并在Z線處發(fā)生斷裂，部分肌原纖維膜發(fā)生降解，肌原纖維間間距增大，總體上說其組織結構已經有所破壞，但不是很嚴重。而經PTU處理后的樣品，Z線排列不再整齊有序，大量肌節(jié)呈現(xiàn)彎曲變形狀態(tài)，大量Z線蛋白和肌原纖維膜發(fā)生降解，肌原纖維發(fā)生斷裂，肌纖維結構破壞嚴重，肌原纖維小片化程度大，肌原纖維之間間隙增大。史培磊等[34]在對鵝肉進行滾揉處理后，發(fā)現(xiàn)經過滾揉肌肉的微觀結構發(fā)生了顯著變化，Z線開始扭曲，部分發(fā)生裂解，這與本研究的結果一致。還有許多國內外研究也揭示了不同的高壓處理或超聲波處理都能夠加速肌肉結構的破壞以及蛋白的降解，在肉品加工領域起到嫩化、促進腌制、改善口感和出品率等作用[10-11]。，因此，本研究的試驗結果也能夠反映PTU處理對于改善雞肉制品的加工特性具有積極作用，比如提高腌制速度、嫩度和保水性等。

圖5 不同滾揉處理后肌原纖維透射電鏡圖（×4 000倍）Fig.5 Transmission electron microscope of myofibril structure of chicken treated by different tumbling treatments (×4 000 times)

3 結 論

通過對雞肉進行靜置、真空滾揉和超聲輔助變壓滾揉3種腌制處理后，雞肉的蛋白結構、水分存在狀態(tài)以及微觀結構存在顯著的差異。經過相同的滾揉處理時間，超聲輔助變壓滾揉的雞肉蛋白的α-螺旋結構比靜置和真空滾揉處理顯著降低（P<0.05），同時β-折疊和β-轉角含量顯著增加（P<0.05）；超聲輔助變壓滾揉比真空滾揉處理顯著降低了雞肉中結合水橫向弛豫時間T21和不易流動水弛豫時間T22（P<0.05），同時所對應的結合水峰面積P21也呈增加趨勢（P<0.05），從而有助于提高雞肉及其制品的保水性、改善產品品質。超聲輔助變壓滾揉也加速了肌纖維組織結構的破壞，導致肌原纖維蛋白以及肌原纖維膜的快速降解，有利于改善產品的食用品質。本研究為今后超聲輔助變壓滾揉腌制技術在畜禽肉制品深加工中的應用以及相關設備的開發(fā)提供了一定的理論依據。

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Effects of pressure-transform tumbling assisted by ultrasound on protein structure and water content of chicken

Li Peng1, Wang Hongti2, Sun Jingxin1※, Feng Ting1
(1. College of Food Science and Engineering, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China; 2. College of Mechanical and Electrical Engineering, Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109, China)

Curing has important functions in meat products, which contributes positively to the structural and sensory characteristics of the meat. By various curing methods, a wide variety of cured meat products are produced. Considering the processing time or the weight ratio of brine to meat needed to obtain a product with better characteristics from a sensorial or a structural point of view, neither scientists nor manufacturers came to a similar standpoint. Nowadays, to some extent, reducing curing time and improving the curing operations may be achieved through tumbling or other methods. From a production perspective, fast tumbling can shorten processing time and is favorable, but it can lead to more heat production and products of poor quality. Ultrasound is a novel processing technology which may accelerate mass transfer through the mechanism of cavitation in meat tissue. Ultrasound is also favorable from an eating point of view since it results in more tender and juicy meat. In order to explore novel curing processing for shortening curing time and improving product quality, we assessed the effects of pressure-transform tumbling curing assisted with ultrasound (PTU) technique on the protein secondary structures, moisture distribution and microstructure of chicken. For this purpose, fresh chicken breasts were selected (50±1 g, 5 cm × 5 cm × 2 cm) and treated at 4 ℃ for 100 min with one of the 3 following curing treatments: (1) static brining, (2) vacuum tumbling (VT) (rotation speed of 16 revolutions per minute, 0.08 MPa, 100 min, 15 minutes of continual work and then 5 minutes of resting period), or (3) pressure-transform tumbling assisted with ultrasound (40 kHz, 140 W; parameter setting was consistent with the VT curing, and the only difference was the ultrasound treatment of the meat samples carried out by activating ultrasonic probe during the resting period). The ratio of meat weight to brine weight was 100: 30 (g/mL) for all treatments. The brine solution was composed of 2% NaCl, 0.3% compound phosphates, 250 mg/kg sodium ascorbate and 150 mg/kg sodium nitrite (relative to meat weigh). The results showed that the proportion of α-helix was reduced greatly (P<0.05), and the amount of β-sheet and β-turn were increased (P<0.05) after PTU treatment. The LF-NMR (low-field nuclear magnetic resonance) data indicated that the transverse relaxation time of the bound water (T21) and immobilized water (T22) was clearly reduced by PTU compared with VT and static brining. Moreover, the proportion of peak area of T21was significantly increased (P<0.05) for PTU treatment, which indicated that the water molecules were combined with protein more tightly and part of free water was turned into immobilized water. SEM (scanning electron microscopy) and TEM (transmission electron microscope) showed that PTU could result in severe degradation of myofibril and larger distance between muscle fibers compared to static brined or VT samples. Based on this study one can conclude that PTU treatment can serve as a useful alternative to tumbling for improving curing in meat tissue as well as enhancing water-holding capacity and textural properties. The research provides a theoretic basis and practical application reference for the PTU technology in the meat industry and related equipment design.

protein; moisture; microstructure; chicken; pressure-transform tumbling assisted ultrasound (PTU); vacuum tumbling (VT)

表2 2017年《農業(yè)工程學報》在Google Scholar中的高被引論文及引用次數(shù)

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.16.040

TS251.1

A

1002-6819(2017)-16-0308-07

李 鵬，王紅提，孫京新，馮 婷. 超聲輔助變壓滾揉對雞肉蛋白質結構及含水量的影響[J]. 農業(yè)工程學報，2017，33(16)：308-314.

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.16.040 http://www.tcsae.org

Li Peng, Wang Hongti, Sun Jingxin, Feng Ting. Effects of pressure-transform tumbling assisted by ultrasound on protein structure and water content of chicken[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(16): 308-314. (in Chinese with English abstract)

doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.16.040 http://www.tcsae.org

2017-05-15

2017-07-31

山東省現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)技術體系家禽創(chuàng)新團隊項目資助（SDAIT--11-11）；“十二五”國家科技支撐計劃課題資助（2012BAD28B03）；青島農業(yè)大學高層次人才基金項目（6631115050）；江蘇省“雙創(chuàng)計劃”資助對象（雙創(chuàng)博士類）項目。

李 鵬，男，山東青島人，講師，博士，主要從事肉品加工與質量安全控制研究。Email：lipengqd@126.com

※通信作者：孫京新，男，山東臨朐人，教授，博士，主要從事肉品加工與質量安全控制研究。Email：jxsun20000@163.com