碳酸鈉在嫩化型風(fēng)干牛肉中的應(yīng)用效果研究

趙改名， 郝婉名， 祝超智,*， 張繼才， 李苗云， 柳艷霞

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院， 河南 鄭州 450003;2.國(guó)家肉牛牦牛產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系綜合實(shí)驗(yàn)站(昆明站)， 云南 昆明 650212)

風(fēng)干牛肉是我國(guó)傳統(tǒng)的肉制品, 它將牛肉通過(guò)鹵制、烘干制成，風(fēng)味獨(dú)特，且風(fēng)干牛肉具有營(yíng)養(yǎng)豐富、耐儲(chǔ)藏、食用方便等優(yōu)點(diǎn), 深受廣大消費(fèi)者的青睞。采用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的風(fēng)干牛肉通常有口感堅(jiān)韌、硬度大、色澤灰暗、出品率較低的缺點(diǎn)(出品率僅為20%～25%)[1]，已經(jīng)不能滿(mǎn)足企業(yè)和消費(fèi)者的需求。改善風(fēng)干牛肉嫩度，提高出品率，研發(fā)出符合企業(yè)需要和消費(fèi)者喜愛(ài)的嫩化型風(fēng)干牛肉勢(shì)在必行。

近年來(lái), 為了改善風(fēng)干牛肉的嫩度, 許多研究者在肉干研制過(guò)程中對(duì)原料進(jìn)行了嫩化處理, 并研究了嫩化處理及其他工藝參數(shù)對(duì)風(fēng)干牛肉嫩度和品質(zhì)的影響, 取得一定效果。金惠玉等[2]發(fā)現(xiàn)木瓜蛋白酶是改善風(fēng)干牛肉嫩度的良好嫩化劑；陶瑞等[3]發(fā)現(xiàn)木瓜蛋白酶活力在9.44 U/g、復(fù)合磷酸鹽質(zhì)量濃度為18.35 mg/mL、作用時(shí)間為9.09 h，可獲得最佳的嫩化效果；Pietrasik等[4]發(fā)現(xiàn)酶可以有效改善牛肉的嫩度和降低滴水損失；高曉平等[5]發(fā)現(xiàn)姜汁加入風(fēng)干牛肉中可研制出具有姜汁風(fēng)味的嫩化型風(fēng)干牛肉；菠蘿蛋白酶與氯化鈣復(fù)合作用也可以很好地改善風(fēng)干牛肉嫩度等感官品質(zhì)[6]。目前，研究較多的嫩化方式是酶法嫩化，但是酶法嫩化條件苛刻、不易控制，主要體現(xiàn)在活化溫度、時(shí)間與pH值要求嚴(yán)格，不利于企業(yè)工業(yè)化生產(chǎn)。碳酸鈉注射嫩化法是一種安全有效的提高牛肉嫩度的方法[7]。中國(guó)傳統(tǒng)烹飪方式中有在醬鹵肉制品加工過(guò)程中加入食用堿來(lái)提高產(chǎn)品嫩度的方式，研究證明經(jīng)碳酸鈉注射處理的牛肉肉質(zhì)柔軟多汁、具有特殊的風(fēng)味[8]，且該方法操作簡(jiǎn)單、成本較低，正受到越來(lái)越多牛肉加工企業(yè)的歡迎。本實(shí)驗(yàn)研究相同注射量，不同濃度的碳酸鈉處理對(duì)半干型五香風(fēng)干牛肉嫩化效果及其他品質(zhì)的影響，并通過(guò)相關(guān)性分析得出對(duì)風(fēng)干牛肉嫩度影響最大的指標(biāo)，以期為碳酸鈉嫩化技術(shù)在風(fēng)干牛肉中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

選擇河南伊賽牛肉有限公司生產(chǎn)的18月齡西門(mén)塔爾雜交牛的牛后腿肉，原料肉經(jīng)48 h低溫冷卻成熟。

食鹽(精制鹽)，中國(guó)鹽業(yè)集團(tuán)有限公司；醬油、黃酒，佛山市海天調(diào)味食品股份有限公司；白糖，南京甘汁園糖業(yè)有限公司；味精，河南蓮花味精股份有限公司；五香粉，王守義十三香調(diào)味品集團(tuán)，以上材料均購(gòu)于鄭州市花園路丹尼斯拜特超市。

碳酸鈉(食品級(jí))，鄭州安康食品化工有限公司；氯化鈣(分析純)，天津市大茂化學(xué)試劑廠(chǎng)。

1.2 儀器與設(shè)備

C21- IH50E型電磁爐，浙江蘇泊爾股份有限公司； BPG- 9156A型鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；MODEL 2000型沃布剪切力儀，美國(guó)G- R公司；AquaLab 4TE DUO型水分活度儀，康寶貝萊科技(北京)有限公司；HI8424型酸度計(jì)，德國(guó) HANNA 公司；PQ001MicroMR型柜式NMR成像儀，上海紐邁電子科技有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1基本配方

牛肉1 kg，食鹽1.5%、白砂糖3%、生抽2%、味精0.3%、黃酒1%、五香粉0.25%、生姜1%、老抽1.5%、小茴香0.1%、大蔥1%(調(diào)味料按肉質(zhì)的百分比稱(chēng)量，為質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

本配方來(lái)源于實(shí)驗(yàn)室自主研究。

1.3.2工藝流程及操作要點(diǎn)

主要流程為：原料牛肉的選擇→修整→嫩化→預(yù)煮→復(fù)煮→烘干→包裝→成品。

選用伊賽牌牛后腿，剔除大塊的筋膜、肥膘等，切成0.5 kg的肉塊以便于注射，漂洗后瀝干水分；固定碳酸鈉注射量為10%，改變濃度為0、0.25、0.30、0.35、0.40 mol/L，使用針筒對(duì)肉塊進(jìn)行手動(dòng)注射，注射時(shí)向肉塊6面進(jìn)行均勻注射，注射肉的肉塊于0～4 ℃靜置嫩化12 h；將嫩化后的牛肉，加入沒(méi)過(guò)肉塊的清水大火燒開(kāi)，在煮制過(guò)程中及時(shí)撇去湯汁中的污物及油沫，時(shí)間為1 h左右。取部分初煮母湯(預(yù)煮湯料總量的20%～40%)，加入食鹽、白糖、醬油等配料，配方中不溶解的輔料裝入紗布袋入鍋(如小茴香、辣椒、姜片等)。將肉塊改刀切成條狀，切好的肉條放在調(diào)味湯中煮制使其進(jìn)一步熟化和入味。復(fù)煮時(shí)先用大火煮制30 min左右，隨著湯料的減少，改用文火收湯，期間要勤翻鍋，以免粘鍋。文火收汁1～2 h，待鹵汁基本收干后即可起鍋。將煮制后的肉條撈出，放入烤盤(pán)內(nèi)，50 ℃烘烤1 h；取出后冷卻至室溫，65 ℃烘烤1 h；取出后冷卻至室溫，80 ℃烘烤0.5 h 。干燥完成后，自然冷卻至室溫，用真空包裝機(jī)進(jìn)行包裝。本產(chǎn)品目前處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，因此不經(jīng)過(guò)殺菌過(guò)程。

1.4 指標(biāo)測(cè)定

1.4.1pH值測(cè)定

pH值測(cè)定參考GB 5009.237—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品pH值的測(cè)定方法》[9]，采用HI8424型酸度計(jì)測(cè)定。

1.4.2剪切力測(cè)定

參考Holman等[10]的方法并進(jìn)行修改。將不同濃度碳酸鈉嫩化處理后的風(fēng)干牛肉樣品順著肌纖維方向切成1 cm×1 cm×3 cm的小條，使用沃布- 剪切力儀進(jìn)行測(cè)定。

1.4.3水分含量測(cè)定

水分含量測(cè)定參照GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測(cè)定》[11]進(jìn)行。

1.4.4水分活度測(cè)定

水分活度根據(jù)GB 5009.238—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品水分活度的測(cè)定》[12]進(jìn)行測(cè)定。

1.4.5出品率測(cè)定

出品率參考姜秀麗等[13]的方法并進(jìn)行修改，出品率為烘干冷卻至室溫的風(fēng)干牛肉成品質(zhì)量比腌制前生牛肉質(zhì)量。計(jì)算公式如式(1)。

(1)

式(1)中，m1為腌制前生牛肉質(zhì)量，g；m2為烘干冷卻至室溫的風(fēng)干牛肉成品質(zhì)量，g。

1.4.6水分分布測(cè)定

使用配備有PQ 001-18 mm探頭的臺(tái)式SLK100TD- NMR型光譜儀記錄CPMG衰減信號(hào)。TD參數(shù)使用CPMG序列的核磁共振(NMR)與Pereira等[14]中先前優(yōu)化的相同，S的回波時(shí)間為0.249 ms，總計(jì)為10 000 E，平均掃描16次，循環(huán)時(shí)間3.6 s。每個(gè)樣品測(cè)量前先進(jìn)行修剪，去除外部脂肪。環(huán)境溫度為室溫，測(cè)定溫度為32 ℃，對(duì)3份牛肉樣品進(jìn)行3次分析，測(cè)定結(jié)果包括橫向弛豫時(shí)間(T2)與峰面積所占比例(A2)。

1.4.7感官評(píng)定

選擇10名經(jīng)培訓(xùn)后的感官評(píng)定人員分別從口感、風(fēng)味、色澤、組織狀態(tài)4個(gè)方面對(duì)風(fēng)干牛肉品質(zhì)進(jìn)行評(píng)定。評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Sensory assessment criteria

1.5 數(shù)據(jù)分析

每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次,結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(M±SD)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 13.0進(jìn)行 ANOVA單因素方差分析，與Duncan多重比較，得出數(shù)據(jù)間顯著性差異(P<0.05)。采用Origin 8.5.1軟件繪圖。使用SPSS 13.0 Pearson相關(guān)性分析不同碳酸鈉注射處理的風(fēng)干牛肉各項(xiàng)理化指標(biāo)之間的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 碳酸鈉濃度對(duì)風(fēng)干牛肉pH值與剪切力的影響

pH值不僅直接影響肉的適口性、嫩度、保水性和貨架時(shí)間, 還與牛肉感官品質(zhì)等因素顯著相關(guān), 是肉品質(zhì)最為重要的指標(biāo)之一[15]。碳酸鈉是一種弱堿鹽，其水溶液呈堿性，隨著碳酸鈉濃度的升高，風(fēng)干牛肉的pH值顯著上升(P<0.05)，見(jiàn)表2。當(dāng)碳酸鈉濃度達(dá)到0.35 mol/L時(shí)，風(fēng)干牛肉的pH值達(dá)到7.06(中性)。李劼等[16]的研究表明，利用碳酸鈉調(diào)節(jié)牛肉的pH值偏離蛋白質(zhì)等電點(diǎn)上升能有效改善醬牛肉嫩度和其他食用品質(zhì)。

表2 不同濃度碳酸鈉注射風(fēng)干牛肉的pH值與剪切力Tab.2 Results of pH and shear force of air-dried beef injected with different concentrations of sodium carbonate

肉的嫩度是指牙齒咬斷肉的難易程度[17],是風(fēng)干牛肉品質(zhì)評(píng)定中一項(xiàng)重要指標(biāo)。剪切力值是衡量肉嫩度的常用指標(biāo)，剪切力值越小，肉的嫩度越大[18]。從表2數(shù)據(jù)可以看出，隨著碳酸鈉濃度的增加，風(fēng)干牛肉的剪切力呈顯著下降趨勢(shì)(P<0.05)，碳酸鈉濃度達(dá)到0.40 mol/L時(shí)，剪切力與空白對(duì)照組相比剪切力下降33.67%。結(jié)果顯示，碳酸鈉注射腌制能有效改善風(fēng)干牛肉嫩度，增加適口性。宋翠英等[19]在肉類(lèi)嫩化的理論、方法和前景中介紹，碳酸鈉對(duì)牛肉嫩度的改善作用與其改變牛肉pH值使其偏離肌纖維蛋白質(zhì)等電點(diǎn)升高有關(guān)。正常情況下，肌肉pH值高于肌肉蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)，蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷，pH值下降使蛋白質(zhì)電荷減少，相互排斥力減弱，空間緊密，結(jié)合水的能力變?nèi)?，嫩度下降[20]。當(dāng)pH值在5左右(接近蛋白質(zhì)等電點(diǎn))時(shí)，肌肉與水結(jié)合的程度最小，此時(shí)肉的嫩度最低。當(dāng)肌肉pH值高于或低于等電點(diǎn)時(shí)，肽鍵之間的排斥力增大，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變松，結(jié)合水的能力增加，肉被嫩化。

2.2 碳酸鈉濃度對(duì)風(fēng)干牛肉水分含量、水分活度及出品率的影響

碳酸鈉注射對(duì)牛肉的物理變化和食用品質(zhì)會(huì)產(chǎn)生很大影響，蛋白質(zhì)變性、肌纖維收縮、結(jié)締組織收縮和增容[21]，都會(huì)直接影響產(chǎn)品的出品率。不同碳酸鈉注射濃度的風(fēng)干牛肉水分含量、水分活度及出品率結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同濃度碳酸鈉注射的風(fēng)干牛肉水分含量、 水分活度與出品率Tab.3 Results of water content, water activity and yield of air-dried beef injected with different concentrations of sodium carbonate

隨著碳酸鈉濃度的增大，風(fēng)干牛肉的水分含量與水分活度都顯著增加(P<0.05)，這是因?yàn)樘妓徕c注射引起風(fēng)干牛肉pH值偏離肌纖維蛋白等電點(diǎn)(5.2～5.4)升高，蛋白質(zhì)表面負(fù)電荷增加，形成了更多與水分子結(jié)合的氫鍵位點(diǎn)，肌原纖維蛋白吸水膨脹；同時(shí)隨著負(fù)電荷的增加，蛋白質(zhì)分子間的靜電斥力增加，引起肌絲的相互排斥，肌原纖維膨脹變粗，肌纖維間的間隙增大，更多的水被保留下來(lái)[22]。水分含量和水分活度都是影響風(fēng)干肉品質(zhì)的重要指標(biāo)，不僅會(huì)影響風(fēng)干肉的嫩度、色澤等食用品質(zhì)，還會(huì)影響產(chǎn)品的貨架期。過(guò)高的水分含量和水分活度會(huì)促進(jìn)微生物的繁殖[23],微生物的大量繁殖會(huì)引起風(fēng)干肉的色澤劣變和口感變化，極大地縮短產(chǎn)品貨架期[24]。因此，控制水分含量和水分活度在合理范圍內(nèi)對(duì)保持風(fēng)干肉品質(zhì)至關(guān)重要。

碳酸鈉濃度變化對(duì)風(fēng)干肉出品率變化影響顯著(P<0.05)，傳統(tǒng)風(fēng)干牛肉的出品率僅為20%～25%，本產(chǎn)品因生產(chǎn)工藝不同出品率較傳統(tǒng)風(fēng)干牛肉略高；隨著碳酸鈉濃度的增大，風(fēng)干肉的出品率顯著上升，這與隨著碳酸鈉濃度增大，風(fēng)干肉水分含量與水分活度增大的原因一致，蛋白質(zhì)表面負(fù)電荷隨著碳酸鈉濃度的升高而增多，肌纖維間靜電作用力隨之增強(qiáng)，越來(lái)越多的水被束縛在肌纖維間隙，風(fēng)干牛肉的出品率隨之增大[25]。

2.3 碳酸鈉濃度對(duì)風(fēng)干牛肉橫向弛豫時(shí)間的影響

經(jīng)碳酸鈉注射的風(fēng)干牛肉中出現(xiàn)兩個(gè)峰值(見(jiàn)表4)，分別為結(jié)合水(T2(b))和不易流動(dòng)水(T2(1))。碳酸鈉注射對(duì)風(fēng)干牛肉的T2(b)、T2(1)峰頂點(diǎn)時(shí)間與峰面積都有顯著影響(P<0.05)。隨著碳酸鈉濃度的升高，風(fēng)干牛肉T2(b)和T2(1)的峰頂點(diǎn)時(shí)間顯著延長(zhǎng)，峰值右移(P<0.05)，這說(shuō)明樣品中結(jié)合水和不易流動(dòng)水與組織的結(jié)合能力都減弱，其中結(jié)合水所占峰面積比例隨碳酸鈉濃度的增大而顯著增大，不易流動(dòng)水所占峰面積比例隨碳酸鈉濃度的增大而減小，這可能是因?yàn)殡S著碳酸鈉濃度的增大，牛肉pH值偏離等電點(diǎn)(約5.0～5.2)升高，蛋白質(zhì)表面負(fù)電荷增加，形成了更多與水分子結(jié)合的氫鍵位點(diǎn)，風(fēng)干牛肉中水分逐漸從不易流動(dòng)水向結(jié)合水遷移[26]。

表4 不同濃度碳酸鈉注射風(fēng)干牛肉的橫向弛豫時(shí)間Tab.4 Transverse relaxation time of air-dried beef injected with different concentrations of sodium carbonate

2.4 碳酸鈉濃度對(duì)風(fēng)干牛肉感官品質(zhì)的影響

感官評(píng)價(jià)是產(chǎn)品品質(zhì)好壞最直觀的指標(biāo)，它可以清晰地表示出消費(fèi)者對(duì)于產(chǎn)品的接受程度。表5為10名經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)的感官評(píng)定人員對(duì)于碳酸鈉不同注射濃度處理后的風(fēng)干牛肉從口感、風(fēng)味、色澤、組織狀態(tài)和總體可接受性5個(gè)方面的平均評(píng)價(jià)。從表5數(shù)據(jù)可以看出，不同濃度碳酸鈉注射處理的風(fēng)干牛肉口感、風(fēng)味、色澤、組織狀態(tài)和總體可接受性5個(gè)方面均有顯著差異(P<0.05)；其中口感、風(fēng)味和組織狀態(tài)3項(xiàng)指標(biāo)均隨碳酸鈉注射濃度的增加呈現(xiàn)先增加至濃度達(dá)到0.35 mol/L時(shí)降低的規(guī)律，風(fēng)味和組織狀態(tài)評(píng)分在碳酸鈉濃度超過(guò)0.35 mol/L時(shí)呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)(P<0.05)，口感評(píng)分雖然略微下降但并不顯著(P>0.05)。色澤評(píng)分隨碳酸鈉濃度的增大呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)(P<0.05)?？傮w可接受性隨碳酸鈉濃度的增大呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，碳酸鈉濃度為0.35 mol/L時(shí)，總體可接受性最好。

表5 不同濃度碳酸鈉注射風(fēng)干牛肉感官評(píng)定結(jié)果Tab.5 Sensory evaluation results of air-dried beef injected with different concentrations of sodium carbonate

2.5 品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析

在0～0.40 mol/L碳酸鈉處理過(guò)程中，風(fēng)干牛肉品質(zhì)指標(biāo)之間共有 42對(duì)相關(guān)系數(shù)達(dá)到顯著水平，其中，剪切力與口感呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，與pH值、出品率、水分含量、水分活度、T2(b)、組織狀態(tài)和色澤呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(見(jiàn)表6)。pH值與出品率、水分含量、水分活度、T2(1)、T2(b)和組織狀態(tài)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與剪切力和色澤呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。pH值主要通過(guò)對(duì)肌原纖維靜電荷的影響從而影響肌肉保水性和嫩度[27]。韓敏義等[28]利用低場(chǎng)NMR研究pH值對(duì)肌原纖維蛋白的影響，發(fā)現(xiàn)隨著肌肉pH值改變(升高或降低)，肌肉pH值逐漸偏離肌原纖維蛋白質(zhì)等電點(diǎn)(約5.0～5.2)，蛋白質(zhì)表面負(fù)電荷增加，形成了更多與水分子結(jié)合的氫鍵位點(diǎn)，肌原纖維蛋白吸水膨脹；同時(shí)隨著負(fù)電荷的增加，蛋白質(zhì)分子間的靜電斥力增加，引起肌絲的相互排斥，肌原纖維膨脹變粗，肌纖維間的間隙增大，更多的水被保留下來(lái)[29]，肉質(zhì)變嫩。

表6 不同濃度碳酸鈉注射風(fēng)干牛肉嫩度及各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析Tab.6 Correlation analysis of quality indexes of air-dried beef injected with different concentrations of sodium carbonate

** 表示極顯著相關(guān)；*表示顯著相關(guān)。

3 結(jié) 論

研究表明碳酸鈉注射能有效改善風(fēng)干牛肉嫩度，提高其保水性，增加鹵煮時(shí)汁液的吸收效果，有利于改善風(fēng)干牛肉口感和風(fēng)味等食用品質(zhì)，提高出品率；濃度為0.35 mol/L的碳酸鈉注射處理效果較好。結(jié)合相關(guān)性分析可得，pH值與風(fēng)干牛肉的嫩度、水分含量、水分活度、出品率等呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。因此，碳酸鈉注射對(duì)牛肉嫩度的影響主要與肉中pH值變化有關(guān)。研究碳酸鈉濃度對(duì)風(fēng)干牛肉嫩化效果及品質(zhì)的影響，可為碳酸鈉嫩化技術(shù)在風(fēng)干牛肉中的應(yīng)用及嫩化型風(fēng)干牛肉的研究和開(kāi)發(fā)提供參考和理論依據(jù)。