3種磷酸鹽對冷藏牦牛肉中水分的調(diào)控作用

李偉麗，任艷嬌，吳勝勇，車振明，吳 韜

(西華大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，四川 成都 610039)

牦牛是青藏高原及其毗鄰地區(qū)特有牛種，放牧于海拔3 000 m以上的高寒草地，適應(yīng)高海拔地區(qū)缺氧、高寒和牧草匱乏等極端惡劣環(huán)境，是高原畜牧業(yè)最重要的優(yōu)勢畜種[1]。全世界存欄的牦牛約有95%集中在中國。牦牛肉肉質(zhì)鮮美，其不飽和脂肪酸總量、花生四烯酸、亞油酸等營養(yǎng)成分顯著高于黃牛肉。

肉質(zhì)的多汁性是評價肉制品品質(zhì)和消費者接受程度的重要指標(biāo)之一，與肉制品的保水性聯(lián)系緊密。大多數(shù)超市購買的牦牛肉均經(jīng)過冷凍或冷藏，其保水性必然會受到一定的影響。磷酸鹽是肉制品中合法使用的食品添加劑。它具有提高肉類pH值、螯合肉中金屬離子、增加肉的離子強度、解離肌動球蛋白等的作用[1-20]。為了改善肉制品的保水性，張杰等[2]采用檸檬酸鈉、海藻酸鈉、乳酸鈉非磷保水劑對牦牛肉的保水性進行了研究。但有關(guān)磷酸鹽對牦牛肉中水分子的調(diào)控作用鮮有報道。肌水的分布和流動性在很大程度上影響肉的多汁性、嫩度[21]。低場核磁共振技術(shù)作為一種無損檢測方法，可從微觀上研究食品內(nèi)部水分的分布和遷移情況[3-4]，提供有關(guān)水質(zhì)子與蛋白質(zhì)中可交換質(zhì)子之間關(guān)聯(lián)的有效信息，并提供肌水的化學(xué)物理狀態(tài)，具有快速、無損、準(zhǔn)確的特點，在研究食品原料的水分存在狀態(tài)方面具有獨特的優(yōu)越性[2]。另外，NMR橫向弛豫時間T2可定量表征肌肉中水分分布狀況和流動性，為進一步分析肉的品質(zhì)提供相關(guān)數(shù)據(jù)[21]。目前國內(nèi)外不少學(xué)者對LF-NMR的應(yīng)用進行了研究，其中在肉制品的食用品質(zhì)和加工品質(zhì)方面的檢測，以及肉制品摻假判定和新鮮度檢測等方面應(yīng)用十分廣泛：程天賦等[22]利用LF-NMR探究了雞肉解凍過程中肌原纖維水的變化及品質(zhì)影響；Guiheneuf[23]等采用LF-NMR技術(shù)檢測解凍豬肉的水分分布變化。本試驗首先采用LF-NMR技術(shù)研究冷藏溫度對牦牛肉保水性的影響，其次探索食品中最常用的3種磷酸鹽對牦牛肉保水性的調(diào)控作用，以期為牦牛肉的貯藏保鮮技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

牦牛后腿肉，四川省阿壩州紅原縣；焦磷酸鈉(sodium pyrophosphate，SPD)、六偏磷酸鈉(sodium hexametaphosphate，SHMP)、三聚磷酸鈉(sodium tripolyphosphate，STPP)，山東優(yōu)索化工科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Micro MR23-040V-1低場核磁共振成像與分析系統(tǒng)，上海紐邁電子科技有限公司；海爾BCD-649WE冰箱，青島海爾股份有限公司；Forma900系列-86 ℃立式超低溫冰箱，賽默飛世爾科技有限公司；JA2003電子天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 冷(凍)藏樣品制備

將新鮮牦牛肉清洗干凈后，切成大小約為2 cm×1 cm×1 cm的肉塊，瀝干表面水分。將牦牛肉分別置于4、-20和-70 ℃處理24 h。解凍后進行LF-NMR檢測。

1.3.2 磷酸鹽處理

按照表1中磷酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別配制50 mL溶液備用，將肉塊置于4 ℃下腌漬24 h。設(shè)置空白組，將牛肉置于同等體積的蒸餾水內(nèi)腌制。腌制后進行LF-NMR檢測，每種處理方式各重復(fù)6次。

表1 3種磷酸鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

1.3.3 LF-NMR測定

將待測樣品恢復(fù)至常溫并瀝干表面水分，放入裝載樣品的測試管內(nèi)，選擇序列為Q-CPMG進行低場核磁共振檢測。參數(shù)設(shè)置為：采樣點數(shù)TD=220 054；重復(fù)采樣等待時間TW=3 000 ms；重復(fù)掃描次數(shù)NS=2；回波個數(shù)NECH=5 500。

1.3.4 相對自由水峰面積測定

本實驗用相對自由水峰面積(relative peak area，RPA)來表征肉塊的保水強度，即：

(1)

式中：A22*為處理前牦牛肉自由水的峰面積；A22**為磷酸鹽處理后自由水的峰面積。

1.3.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS17.0進行主成分分析(principal component analysis，PCA)和顯著性檢驗(P<0.05)，Origin2017繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同冷(凍)藏溫度下的牦牛肉中水分分布情況

前期研究表明，使用LF-NMR檢測到的水分分布圖有多種，如Ciara K.McDonnell等[10]認(rèn)為肉制品中含有3種水的存在形式，分別為結(jié)合水、不易流動水、自由水；Tornberg等[11]利用NMR檢測到肉中含有2～4種水的存在形式，代表了胞內(nèi)水與胞外水。牦牛肉在不同溫度下儲藏24 h的弛豫時間(由暫態(tài)趨于定態(tài)所需時間)的對數(shù)值與強度，如圖1所示。結(jié)合本實驗樣品的弛豫時間和峰面積比可知[11]，牦牛肉樣品經(jīng)過4 ℃冷藏后有2個峰，即有2種存在形式的水，分別為結(jié)合水和自由水，弛豫時間分別用T2b和T22來表示[12]。結(jié)合水是與大分子緊密結(jié)合的水，自由水是肌原纖維蛋白外部水，包括肌漿蛋白部分。而-20 ℃和-70 ℃只有1個峰，為T22。3種溫度下，牦牛肉中自由水含量最多；但經(jīng)過冷凍后，牦牛肉中的結(jié)合水分丟失，自由水變化不大。同時，在4 ℃條件下，2個峰的間隔較大，可知牦牛肉中相鄰狀態(tài)的水分，流動性相差較大，表明在牦牛肉中，這2種水分之間相互轉(zhuǎn)換可能性較小。李東等[14]分析稻谷水分時發(fā)現(xiàn)，這2種水分之間的轉(zhuǎn)換可能性較大。由此推斷，不同食品成分能夠?qū)λ肿舆w移產(chǎn)生顯著影響。

圖1 不同儲藏溫度下的水分分布狀態(tài)

由表2可知，隨著儲藏溫度的下降，自由水峰面積A22分別減少19.0%和26.6%，說明自由水也在減少。一方面原因可能是由于冷凍后，牦牛肉的肌肉組織結(jié)構(gòu)和細(xì)胞受低溫影響損傷較大，水分與肉的結(jié)合能力下降，且結(jié)合水受溫度的影響不斷滲出；另一方面，牦牛肉中的自由水在貯藏過程中不斷向周圍環(huán)境遷移，使得周圍環(huán)境濕度達到平衡，從而導(dǎo)致牦牛肉中的自由水降低。

表2 不同溫度下各水分相對峰面積的原始數(shù)據(jù)表 (n=6)

注：表中不同字母代表差異顯著

2.2 磷酸鹽處理對牦牛肉保水性的影響

由2.1可知，4 ℃冷藏時，牦牛肉水分含量最高，且含有2種狀態(tài)的水分；因此，磷酸鹽保水試驗在4 ℃下實施。由于自由水占比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于結(jié)合水，因此本試驗主要探討自由水的變化情況。結(jié)果如表3所示。3種磷酸鹽的相對峰面積均比空白組大，說明3種磷酸鹽對牦牛肉均有保水作用，且STPP>SHMP>SPD，但SHMP的走勢較為平緩，與孟晨等[16]研究結(jié)果相似，SPD和STPP的走勢陡峭。其次，3種磷酸鹽所導(dǎo)致的相對峰面積極差較大，說明磷酸鹽的濃度對牦牛肉保水性的影響較大。同時，SPD、STPP、SHMP質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別在0.3%、0.36%、0.35%時，其相對峰面積最大。

表3 LF-NMR所測數(shù)據(jù) (n=6)

注：表中不同字母代表差異顯著

2.3 主成分分析

主成分分析是一種線性的建模方式，可通過一個多維潛在的主成分來解釋原有變量的信息。由主成分載荷值可以解釋樣品的特點、分組、相似性及差別[8]，這就使得主成分比原始變量具有某些更優(yōu)越的性能。利用主成分分析，可以判斷影響牦牛肉保水性的主要影響因素并對綜合指標(biāo)進行評價。為順利進行主成分分析，本文將牦牛肉經(jīng)3種磷酸鹽梯度處理前后的峰寬(T22CW*、T22CW**)、峰面積(A22*、A22**)、弛豫時間(T22*、T22**)和相對自由水峰面積RPA組成矩陣。孟晨等[16]采用SPSS17.0.統(tǒng)計軟件對各樣品數(shù)據(jù)結(jié)果進行標(biāo)準(zhǔn)化處理后再進行主成分分析，并計算主成分解釋的總方差和旋轉(zhuǎn)成分矩陣。解釋的總方差見表4，第1個主成分的特征值為3.674，方差貢獻率為52.489%； 第2個主成分的特征值為1.079，方差貢獻率為15.409%；第3個主成分的特征值為1.041，方差貢獻率為14.866%；前3個主成分的特征值均大于1，并且3個主成分旋轉(zhuǎn)后的累積貢獻率到達82.764%。因此，本研究采用前3個主成分進行綜合評價[17]。

表4 解釋的總方差

由圖2(a)可見，3種不同形狀的點分別代表不同的磷酸鹽處理對牦牛肉自由水的影響效果。同種形狀的點之間也能很好地進行區(qū)分，說明同種磷酸鹽，不同濃度處理對于牦牛肉的保水性也有較強的顯著差異。有研究認(rèn)為，肉樣中結(jié)合水與不易流動水含量的增加有助于肉樣持水能力和嫩度的提高，對肉質(zhì)的變化起到積極的作用[22]。由載荷圖(圖2(b))可知，對于牦牛肉的保水作用強度來說，RPA對于自由水保持的影響最大。

注：不同形狀的點分別代表不同的磷酸鹽處理對牦牛肉自由水的影響效果

圖2 主成分分析圖

以3個主成分因子得分與方差貢獻率乘積之和相加，可以得到不同加工方法樣品的綜合得分(F)。通過綜合得分對牦牛肉的保水性進行綜合性評價，綜合評價的值與保水作用強度呈正相關(guān)，根據(jù)特征向量，得到主成分線性組合表達式[18]：

F=0.52489F1+0.15409F2+0.14866F3

(2)

3種磷酸鹽不同濃度處理下牦牛肉的綜合得分及排序見表5?？梢姡?.35%的SHMP(M13)處理牦牛肉時，其綜合得分最高；以0.26%的SPD(M2)處理牦牛肉時的綜合評分最低。根據(jù)主成分分析結(jié)果可知，經(jīng)SPD處理的牦牛肉質(zhì)量均為負(fù)值，表明SPD處理的牦牛肉低于總體的平均水平；經(jīng)同種磷酸鹽不同濃度的綜合得分進行求和處理，得出F(SPD)=-0.635 6，F(xiàn)(STPP)=0.350 9，F(xiàn)(SHMP)=0.284 8。由此可以反映，在保水性方面STPP處理牛肉的效果要優(yōu)于SHMP。

表5 綜合得分及排序

注：表5與表3編號對應(yīng)

3 結(jié)論

利用低場核磁共振技術(shù)研究了3種磷酸鹽對低溫冷藏(凍)牦牛肉中水分分布狀況的影響。結(jié)果表明，牦牛肉經(jīng)過4 ℃冷藏24 h后，同時存在結(jié)合水和自由水；分別在-20 ℃和-70 ℃下冷凍24 h后，結(jié)合水完全消失，自由水分別減少19.0%和26.6%。因此。4 ℃冷藏更適合牦牛肉水分維持。在保水性試驗中發(fā)現(xiàn)，添加磷酸鹽會提高牦牛肉的保水性，但不同磷酸鹽調(diào)控效果存在顯著差異。

隨著磷酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，牦牛肉的保水作用先不斷加強，直到某一臨界點時，其保水作用隨之減弱。主成分分析結(jié)果表明：以0.35%的SHMP處理牦牛肉時，其保水作用最強；以0.26%的SPD處理牦牛肉時，其保水作用最弱。當(dāng)SPD質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.36%～0.41%，STPP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30%～0.45%，SHMP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.35%時，保水作用效果最佳。同時，STPP處理牦牛肉的保水效果要優(yōu)于SHMP，SPD的保水效果低于3種磷酸鹽的平均水平，同種磷酸鹽、不同濃度也會呈現(xiàn)顯著差異。在綜合評價牦牛肉保水性過程中，RPA、T22**和A22**起到主要貢獻。本研究結(jié)果為不同冷藏處理的牦牛肉保水提供了安全可行的技術(shù)參考，并結(jié)合水分分布情況闡明了不同磷酸鹽的作用差異，為牦牛肉冷藏保鮮加工提供了一定的科學(xué)依據(jù)。在進一步研究中，將結(jié)合牦牛肉的嫩度、解凍損失率、蒸煮損失率等關(guān)鍵品質(zhì)指標(biāo)進行相關(guān)性分析，為牦牛肉冷鏈貯運及產(chǎn)品保鮮提供更加深入多元的技術(shù)和數(shù)據(jù)支持。