李思寧,唐善虎,郝 剛,張筱蕾,閆利國
(西南民族大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,四川成都 610041)
微波加熱的原理是利用極性分子在915 MHz或2450 MHz頻率的交變電場中反復(fù)交變極化摩擦,產(chǎn)生大量的摩擦熱從而完成電磁能向熱能的轉(zhuǎn)換[1]。微波爐根據(jù)頻率的變化有變頻與非變頻之分,非變頻微波爐的輸出功率是固定值,功率的大小只能通過微波發(fā)射通/斷的時間換算而來,食物在這種通/斷交替的狀態(tài)中加熱[2];變頻微波爐可以直接控制輸出功率大小,使食物始終處在連續(xù)的加熱狀態(tài)。微波加熱技術(shù)具有省時、無異味和營養(yǎng)成分保存率高等特點(diǎn)。目前,對食品微波加熱技術(shù)的研究主要集中在對菜肴的烹調(diào)加工、原材料的酶活性抑制處理,食品的干燥、殺菌處理及食品解凍、再加熱處理等方面[3-5]。
加熱對肉品質(zhì)的影響主要是由于在加熱過程中肌原纖維蛋白發(fā)生變性,肌纖維收縮,肌漿蛋白凝集和凝膠化以及結(jié)締組織膠原蛋白溶解等變化。目前,有關(guān)微波加熱對肉及肉制品品質(zhì)影響的研究已有報道,周淇[6]研究了微波對牛肉品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)牛肉在微波加熱的過程中,水分含量和出品率隨著微波時間的延長而減少,蛋白質(zhì)含量逐漸增加,脂肪含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢;P-100%(高火)的條件下更易體現(xiàn)牛肉的品質(zhì)。韓忠等[7]研究了微波加熱豬肉終點(diǎn)溫度的鑒定及其品質(zhì)特性,結(jié)果表明對于非變頻微波爐,100%功率加熱需80 s,80%功率加熱需100 s,50%功率加熱需140 s;50%功率加熱的樣品蒸煮損失最低、持水力及色澤最佳。Yarmand和Homayouni[8]利用掃描電鏡研究了常規(guī)加熱和微波加熱對山羊肉半膜肌肉結(jié)構(gòu)的影響,發(fā)現(xiàn)常規(guī)加熱沒有對肌肉表面造成損傷,而微波加熱對肌肉造成了更多的結(jié)構(gòu)性破壞。牦牛肉是天然無污染的綠色食物,營養(yǎng)價值較高,深受廣大消費(fèi)者喜愛。與其它畜肉類相比,牦牛肉蛋白質(zhì)、氨基酸含量高,脂肪含量低[9]。近幾年,牦牛肉的開發(fā)和利用一直是肉品領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。關(guān)于微波處理應(yīng)用于牦牛肉的研究已有報道,主要集中在牦牛肉的凝膠特性及風(fēng)味、質(zhì)構(gòu)方面[10-12],但對牦牛肉加熱損失率、嫩度及微觀結(jié)構(gòu)的研究尚未見報道。本文利用非變頻微波爐,通過對微波加熱后牦牛肉的熱損失率、剪切力及微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行測定,研究不同的微波處理強(qiáng)度和時間對牦牛肉肉質(zhì)的影響,對牦牛肉預(yù)調(diào)理制品的開發(fā)有重要意義,且為控制微波加熱提高肉制品品質(zhì)提供指導(dǎo)。
牦牛肉 自然放牧狀態(tài)下健康無病的3歲齡牦牛背最長肌,來自四川紅原;丙烯酰胺(Acr)、十二烷基磺酸鈉(SDS)、三羥甲基氨基甲烷(Tris)、N,N′-甲叉雙丙烯酰胺(Bis)、N,N,N′,N′-四甲基乙二胺(TEMED)、過硫酸銨(APS)、甘氨酸(glycine)、考馬斯亮藍(lán)R-250 美國Sigma 試劑公司;SDS-PAGE蛋白質(zhì)Marker(14.4~97.4 kDa) 上海生化試劑公司。
G70F20CN3L(B0)型非變頻微波爐(輸出功率700 W,頻率2450 MHz) 廣東格蘭仕微波爐電器制造有限公司;TA.XT Plus 質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro Systems公司;DYY-12型電腦三恒多用電泳儀 北京市六一儀器廠;Sub-Cell GT型Mini電泳槽 美國Bio-Rad公司;FSH-2A型可調(diào)高速組織勻漿機(jī) 金壇市華城海龍實(shí)驗(yàn)儀器廠;centrifuge 5804R高速冷凍離心機(jī) 德國Eppendorf公司;PL30型分析天平 梅特勒-托利多(上海)股份有限公司;MP511型pH計(jì) 上海三信儀表廠。
1.2.1 不同加熱位點(diǎn)熱效率的確定 取27只100 mL燒杯,均裝入60 mL 20 ℃的蒸餾水,平均分為3組。每一組燒杯均逐一或同時放入微波爐內(nèi)圖1對應(yīng)的9個位置處進(jìn)行微波加熱。加熱完成后,使用熱電偶測溫儀迅速測定水的溫度,以確定不同位置的加熱效率。
圖1 微波爐內(nèi)牦牛肉樣品放置位置示意圖Fig.1 Diagram of yak sample in microwave oven注:1~9表示微波爐內(nèi)不同的位置。
1.2.1.1 9個位點(diǎn)逐一加熱熱效率測定 第一組于100%功率加熱90 s、第二組于80%功率加熱100 s,第三組于60%功率加熱130 s。
1.2.1.2 9個位點(diǎn)同時加熱熱效率測定 第一組于100%功率加熱180 s;第二組于80%功率加熱200 s;第三組于60%功率加熱310 s。
1.2.2 微波熱處理對牦牛肉品質(zhì)的影響 將牦牛背最長肌在4 ℃冰箱中解凍,切成3 cm×3 cm×1.5 cm的肉樣,放置于微波爐內(nèi)經(jīng)1.2.1選出的熱效率最好的位點(diǎn)加熱。設(shè)置沸水浴加熱組,沸水浴加熱時間分別為2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5 min,將沸水浴處理后的肉樣進(jìn)行SDS-PAGE電泳實(shí)驗(yàn),找出牦牛肉蛋白質(zhì)完全變性的加熱終點(diǎn)。以沸水浴加熱組蛋白質(zhì)完全變性的樣品為對照,通過測定SDS-PAGE電泳、加熱損失率、剪切力及觀察微觀結(jié)構(gòu),研究100%功率(20、25、30、40、50、60 s)、80%功率(30、40、50、60、70、80 s)及60%功率(50、60、70、80、90、100 s)對牦牛肉肉質(zhì)的影響。
1.2.3 指標(biāo)測定
1.2.3.1 SDS-PAGE電泳 參考Laemmli等[13]的方法,將經(jīng)過沸水浴處理和微波加熱的牦牛肉樣進(jìn)行SDS-PAGE分析。具體方法為:將2 g樣品于研缽中,加入20 mL 0.5 mol/L(pH7.8)的 Tris-HCl 緩沖液勻漿成稀糊狀,靜置后取1 mL上清液,8000 r/min離心10 min,取上清100 μL與25 μL 5×上樣緩沖液在離心管中混合,6000 r/min混勻1 min,吸取樣品10 μL進(jìn)行電泳。濃縮膠濃度為4%,分離膠濃度為12%,厚度為1 mm。調(diào)節(jié)濃縮膠電泳電壓為80 V,電流為50 mA,時間30 min;分離膠電壓120 V,電流50 mA,時間3 h。停止電泳,取出膠置于培養(yǎng)皿中,加入考馬斯亮藍(lán)R-250染色,1 h后脫色,2 h后換脫色液并過夜。使用Bio-Rad凝膠成像儀拍照,分析蛋白質(zhì)條帶變化。
1.2.3.2 加熱損失率測定 準(zhǔn)確稱取加熱前的牦牛肉,質(zhì)量為m1,經(jīng)熱處理后將肉樣取出冷卻后稱重,質(zhì)量為m2。加熱損失率按下面公式計(jì)算。
加熱損失率(%)=(m1-m2/m1)×100
1.2.3.3 剪切力測定 剪切強(qiáng)度測定參數(shù)[14]:測定模式:壓縮;測前速:2.0 mm/s;測試速:1.0 mm/s;測后速:10.0 mm/s;壓縮比:50%;負(fù)載類型:Auto-50.0 g;探頭:HDP/BSW;數(shù)據(jù)獲得率:200 PPS;樣品規(guī)格:長×寬×高=3 cm×2 cm×1 cm。
1.2.3.4 微觀結(jié)構(gòu)觀察 根據(jù)文獻(xiàn)方法[15]并加以修改,用光學(xué)顯微鏡對牦牛肉樣的橫切面進(jìn)行分析。將沸水浴處理和微波處理后的牦牛肉修整成0.5 cm3大小的肉樣,迅速放入4%的多聚甲醛中固定4 d,然后分別用75%、85%、95%、100%乙醇進(jìn)行脫水,每次45 min。用二甲苯透明兩次,每次15 min,透蠟后用石蠟包埋。切片厚約5 μm,HE常規(guī)染色,晾片后用帶有數(shù)字?jǐn)z像頭及圖像分析軟件的電子顯微鏡進(jìn)行拍照。
本實(shí)驗(yàn)所有數(shù)據(jù)均測定三次,采用SPSS 21.0 統(tǒng)計(jì)軟件,用單因素方差分析(One-Way ANOVA),檢測各處理平均數(shù)間的差異顯著性。使用Image Lab 5.0軟件對SDS-PAGE電泳條帶進(jìn)行分析。
同一位點(diǎn)的三組平均值即為該位點(diǎn)的熱效率值,微波爐內(nèi)9個位點(diǎn)逐一加熱及同時加熱熱效率測定結(jié)果見圖2。
圖2 不同位點(diǎn)加熱熱效率測定結(jié)果Fig.2 Testing result of thermal efficiency at different location注:相同處理?xiàng)l件下,肩標(biāo)不同小寫字母 表示差異顯著(p<0.05)。
由圖2可知,各個燒杯中水溫的變化不同,反映了電場強(qiáng)度分布的不均勻性。無論是9個位點(diǎn)逐一加熱還是同時加熱,放置在位置2處的燒杯內(nèi)水的平均溫度最高,且顯著高于其它組(p<0.05)。尤其是9個位點(diǎn)同時加熱時,位置2處電場最強(qiáng),熱效率最高。因此,選擇將牦牛肉樣品放置在微波爐內(nèi)的位置2處進(jìn)行熱處理。
2.2.1 牦牛肉沸水浴處理后SDS-PAGE蛋白條帶 沸水浴處理后SDS-PAGE蛋白條帶見圖3。
圖3 沸水浴處理后SDS-PAGE蛋白條帶Fig.3 SDS-PAGE pattern of sample after boiling water bath treatment
當(dāng)前后兩個熱處理時間的電泳條帶數(shù)量發(fā)生變化,且從發(fā)生變化的那個時間算起,之后的任何時間的電泳條帶都保持不變時,認(rèn)為電泳條帶發(fā)生變化的第一個時間點(diǎn)為蛋白質(zhì)發(fā)生變性的加熱終點(diǎn)[7]。由圖3可知,3 cm×3 cm×1.5 cm的牦牛肉樣品,沸水浴加熱4.0 min后,牦牛肉蛋白的SDS-PAGE條帶不再發(fā)生變化,說明沸水浴加熱時間為4.0 min已達(dá)到牦牛肉蛋白質(zhì)熱變性的終點(diǎn)溫度。韓忠等人以5 cm×5 cm×1.5 cm的豬肉背最長肌為研究對象,發(fā)現(xiàn)沸水浴 3 min 為豬肉蛋白質(zhì)熱變性的溫度[7]。通過Image Lab 5.0軟件分析表明,分子量在14.4~20.0 kDa有3種熱穩(wěn)定性蛋白,分別為14.0、15.2和16.6 kDa;20.0~26.0 kDa有2種熱穩(wěn)定性蛋白,分子量分別為20.2和23.4 kDa;26.0~33.0 kDa有5種熱穩(wěn)定性蛋白,分子量分別為26.2、28.1、29.2、30.8和32.4 kDa。這10種熱穩(wěn)定性蛋白在牦牛肉加熱至蛋白質(zhì)變性后仍然存在。
2.2.2 微波處理后牦牛肉外觀結(jié)果 100%功率微波加熱20、25、30 s,80%功率微波加熱30、40、50 s,60%功率微波加熱50、60、70 s的牦牛肉外觀結(jié)果見圖4。
圖4 不同微波加熱條件處理后的牦牛肉外觀變化實(shí)拍圖Fig.4 Appearance changes of yak meat after microwave heating treatment
由圖4可知,100%功率微波加熱20 s和25 s,80%功率微波加熱30 s和40 s,60%功率微波加熱50 s和60 s的牦牛肉仍有血水,不能食用。因此選擇100%功率微波加熱30 s、80%功率微波加熱50 s、60%功率微波加熱70 s及之后處理?xiàng)l件,以此確定微波加熱處理對牦牛肉肉質(zhì)的影響。
2.2.3 牦牛肉微波加熱后SDS-PAGE蛋白條帶 牦牛肉微波加熱處理后SDS-PAGE結(jié)果見圖5。
圖5 微波加熱處理后SDS-PAGE蛋白條帶Fig.5 SDS-PAGE pattern of sample after microwave heating treatment
由圖5可知,實(shí)驗(yàn)設(shè)置的不同微波處理?xiàng)l件均使牦牛肉蛋白質(zhì)發(fā)生了熱變性。通過Image Lab 5.0軟件分析表明,分子量為14.4~20.0 kDa有3種熱穩(wěn)定性蛋白,20.0~26.0 kDa有2種熱穩(wěn)定性蛋白,26.0~33.0 kDa有5種熱穩(wěn)定性蛋白,分子量分別為14.0、15.2、16.6、20.2、23.4、26.2、28.1、29.2、30.8、32.4 kDa。表明微波加熱處理牦牛肉的蛋白質(zhì)降解與生成情況與熱水浴處理的一致。這10種熱穩(wěn)定性蛋白是牦牛肉熱處理至蛋白質(zhì)變性后總是存在的,微波加熱并沒有使原有的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,也沒有促使新的蛋白質(zhì)生成。這與韓忠等[7]研究微波加熱對豬肉蛋白質(zhì)影響的結(jié)論一致。
由圖3和圖5可知,沸水浴處理的牦牛肉至變性時,加熱時間為4.0 min,而微波加熱處理的牦牛肉,即使使用60%功率,處理時間為70 s時也已經(jīng)變性了。進(jìn)一步驗(yàn)證了微波加熱速度快。
微波加熱處理的牦牛肉加熱損失率及剪切力測定結(jié)果見表1。
表1 微波加熱處理牦牛肉加熱損失率及剪切力Table 1 Heating loss rate and shear force of yak meat after microwave processing
加熱損失率直接影響到肉的風(fēng)味、顏色、質(zhì)地、嫩度等品質(zhì),是評定肉質(zhì)保水性能強(qiáng)弱的重要指標(biāo)[16]。加熱損失率增加說明牦牛肉的持水性能下降,汁液流失較多,直接關(guān)系到產(chǎn)品得率,加熱損失越多,則產(chǎn)品得率越低,損失也就越大[17]。由表1可知,在功率不變的情況下,隨著微波加熱時間的延長,牦牛肉的加熱損失率逐漸增大,100%、80%及60%功率組差異均顯著(p<0.05),微波牦牛肉的加熱損失率均大于對照沸水浴牦牛肉。由均值的多重比較分析結(jié)果得出,100%功率與80%、60%功率處理組之間差異顯著(p<0.05),但80%與60%功率處理組之間差異不顯著(p>0.05),80%功率處理組加熱損失率高于60%和100%功率處理組(p<0.05)。這可能是因?yàn)?0%功率處理組的微波強(qiáng)度和時間組合對牦牛肉肌肉蛋白變性凝固的影響最大,使肉的持水能力變化的最快[18]。微波加熱時間為50 s和60 s時,80%功率處理組牦牛肉的熱損失率均小于100%組;微波加熱時間為70 s和80 s時,60%功率處理組牦牛肉的熱損失率也均小于80%組。這表明相同的加熱時間,低功率微波處理的牦牛肉得率更高;而當(dāng)使用中高功率加熱時,盡可能選擇短的加熱時間,獲得的牦牛肉得率較高。
剪切力的大小直接與人的口感有關(guān),影響到人們對肉制品最直觀的感覺印象。剪切力可以直接的反映肉制品的柔軟性、易咀嚼性等,通常人們愿意得到咀嚼性好的食物,剪切力越小咀嚼性越好。剪切力值主要受結(jié)締組織和肌原纖維蛋白(肌球蛋白和肌動蛋白)的影響[19],長時間微波處理會發(fā)生更大的溶質(zhì)濃縮和體積的收縮。由表1知,在功率不變的情況下,隨著微波加熱時間的延長,牦牛肉的剪切力值逐漸增大,肉嫩度下降,100%、80%和60%功率組差異均顯著(p<0.05)。且微波牦牛肉的剪切力值均小于對照沸水浴牦牛肉,即牦牛肉經(jīng)微波處理后,肉的嫩度下降。由均值的多重比較分析結(jié)果得出,60%功率與80%、100%功率處理組之間差異顯著(p<0.05),但80%與100%功率處理組之間差異不顯著(p>0.05),60%功率處理組剪切力值高于100%和80%功率處理組(p<0.05)。微波加熱時間為50 s和60 s時,80%功率處理組牦牛肉的剪切力小于100%組;微波加熱時間為70 s和80 s時,60%功率處理組牦牛肉的剪切力小于80%組。這表明相同的加熱時間,低功率微波處理的牦牛肉嫩度更好;而當(dāng)使用中高功率加熱時,盡可能選擇短的加熱時間,獲得的牦牛肉嫩度較好。
水浴加熱是自外而內(nèi)的加熱方式,當(dāng)處于中心位置的蛋白質(zhì)變性時外部的蛋白質(zhì)已處于過熱狀態(tài),肌肉收縮更加緊密,故剪切力較大;而微波加熱是內(nèi)外同時加熱,相對于水浴來說剪切力較小。對于相同的加熱時間,微波加熱的功率越大,肌原纖維的不可逆收縮越迅速,越容易形成緊密的結(jié)構(gòu)[20];對于相同的加熱功率,微波加熱時間越長,牦牛肉溶質(zhì)濃縮和體積收縮越嚴(yán)重,剪切力值越大。微波加熱后牦牛肉的剪切力顯著增加,這可能與牦牛肉的硬度和彈性增加有關(guān)[21]。此外,肌肉中肌漿蛋白質(zhì),當(dāng)受熱之后由于蛋白質(zhì)的凝固作用而使肌肉組織收縮硬化,并失去粘性[22]。
不同加熱處理的牦牛肉顯微結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果分別見圖6和圖7。
圖6 生牦牛肉和沸水浴加熱4 min 牦牛肉顯微結(jié)構(gòu)圖(10×)Fig.6 Microscopic structure of raw yak meat and boiling water bath heating 4 minutes yak meat(10×)
圖7 微波處理后牦牛肉顯微結(jié)構(gòu)圖(10×)Fig.7 Microscopic structure of yak meat after microwave processing(10×)
肉制品在加工過程中,由于蛋白質(zhì)變性以及加工過程中肌纖維的各種活動,影響著肉制品的顯微結(jié)構(gòu),進(jìn)而使肉制品呈現(xiàn)不同的質(zhì)地、風(fēng)味。相較于生牦牛肉來說,牦牛肉經(jīng)水浴和微波加熱處理,肉的組織結(jié)構(gòu)均發(fā)生了明顯的變化,主要表現(xiàn)為由于肌纖維的收縮而導(dǎo)致肌束間空隙變大,肌束膜和肌內(nèi)膜受到不同程度的破壞。由圖6和圖7可知,對沸水浴加熱4 min和不同微波功率、不同微波加熱時間的牦牛肉而言,不同熱處理方式對牦牛肉組織結(jié)構(gòu)的影響不同??傮w而言,從肌束考慮,微波加熱對牦牛肉肌纖維結(jié)構(gòu)的破壞較沸水浴加熱小,這可能與沸水浴加熱時間長有關(guān)。Hsieh報道傳統(tǒng)加熱和微波加熱可以導(dǎo)致牛半鍵肌肌原纖維蛋白的聚集和收縮,加熱后只有Z線清晰可見,并且微波加熱對肉結(jié)構(gòu)的影響小于蒸煮和烤制加熱,蒸煮和烤制加熱導(dǎo)致肌原纖維溶解,而微波加熱后觀察期微觀結(jié)構(gòu),可觀察到部分的肌原纖維的存在[23]。
100%功率不同微波時間處理后的牦牛肉顯微結(jié)構(gòu)見圖7中a、b、c和d,80%功率不同微波時間處理后的牦牛肉顯微結(jié)構(gòu)見圖7中e、f、g和h,60%功率不同微波時間處理后的牦牛肉顯微結(jié)構(gòu)見圖7中i、j、k和l。對于相同的功率組,隨著微波加熱時間的延長,牦牛肉肌纖維出現(xiàn)了更大程度的間隙和斷裂,肌束變得更加混亂。這說明,微波加熱時間越長,對牦牛肉肌纖維的影響越明顯。這也表明盡管微波加熱是間歇加熱,但本研究選擇的前后兩段加熱時間的間隔跨過了微波的間歇期。
對比c與e、d與f、g與i、h與j的肌纖維及肌束結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)相同的熱處理時間,微波功率越小對牦牛肉肌纖維及肌束的影響越小,進(jìn)一步證實(shí)了熱損失率及剪切力的研究結(jié)論。韓忠等[7]研究了微波對牛肉品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)股二頭肌與最長背脊肌相比較而言,經(jīng)過同樣長時間的微波處理后,股二頭肌的肌纖維要比背脊最長肌的肌纖維結(jié)合緊密一些,這是由于肌內(nèi)膜產(chǎn)生的作用;微波時間為60 s時,局部肌纖維發(fā)生收縮脫水,肌纖維與肌內(nèi)膜開始分離;微波時間為90 s時,肌纖維進(jìn)一步收縮,肌內(nèi)膜結(jié)構(gòu)開始遭破壞,肌纖維之間產(chǎn)生明顯的間距;微波時間為120 s時,肌內(nèi)膜內(nèi)出現(xiàn)顆粒化,肌纖維一束束分開,肌纖維之間間隙非常大。微波處理牦牛肉顯微結(jié)構(gòu)圖表明,微波處理功率及加熱時間共同影響著牦牛肉的顯微結(jié)構(gòu),因此,為了保證牦牛肉的口感,易于咀嚼,應(yīng)選擇相對較高的微波功率,可獲得質(zhì)地較好的產(chǎn)品。
微波爐內(nèi)不同位置熱效率不同;通過SDS-PAGE法對牦牛肉的變性條件實(shí)驗(yàn),設(shè)置的不同微波處理?xiàng)l件均使牦牛肉蛋白質(zhì)發(fā)生了熱變性,微波加熱處理的牦牛肉的蛋白質(zhì)降解與生成情況與對照組熱水浴處理的一致,存在10種熱穩(wěn)定性蛋白,微波加熱沒有促使新的蛋白質(zhì)生成;微波加熱相對于沸水浴加熱,速度快。
在功率不變的情況下,隨著微波加熱時間的延長,牦牛肉的加熱損失率、剪切力均增大;牦牛肉肌纖維出現(xiàn)了更大程度的斷裂,肌束間空隙變大,肌束變得更加混亂。采用微波加熱對牦牛肉進(jìn)行熱處理,對于相同的加熱時間,低功率微波處理的牦牛肉得率及嫩度更好;而當(dāng)使用中高功率加熱時,盡可能選擇短的加熱時間,獲得的牦牛肉得率及嫩度均較好。
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