不同烘干時間對豬肉脯水分分布與品質相關性的研究

姜秀麗,孔保華,夏秀芳,劉 騫,*,呂 虹

(1.東北農業大學食品學院,黑龍江哈爾濱 150030;2.哈爾濱輕工業學校,黑龍江哈爾濱 150076)

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不同烘干時間對豬肉脯水分分布與品質相關性的研究

姜秀麗1,孔保華1,夏秀芳1,劉 騫1,*,呂 虹2

(1.東北農業大學食品學院,黑龍江哈爾濱 150030;2.哈爾濱輕工業學校,黑龍江哈爾濱 150076)

本研究主要探討了60 ℃烘干條件下,不同烘干時間(2、3、4、5 h)對豬肉脯水分分布及品質變化的影響。分別測定了豬肉脯的出品率、剪切力、水分活度、水分含量、顏色、T2弛豫時間和感官評分,并結合主成分分析(PCA)探討了它們之間的相關性。研究結果表明,烘干使豬肉脯的出品率、水分活度、水分含量、b*顯著降低(p<0.05);L*、a*和剪切力顯著增加(p<0.05),并在烘干時間4 h時,感官評分最高(p<0.05)。PCA結果表明,T21、T23的變化與豬肉脯水分活度、水分含量和出品率之間存在正相關的線性關系,與剪切力呈負相關性。結論:不同烘干時間對豬肉脯品質的影響主要是由于肉中水分的遷移引起的。

豬肉脯,烘干時間,低場核磁共振,品質,主成分分析

豬肉脯因其味道鮮美、風味獨特、便于攜帶等特點而深受消費者的喜愛。近幾年,對于豬肉脯的研究已經相繼展開,并逐漸開發出一些新型豬肉脯制品,營養豐富且色、香、味俱全,迎合消費者口感,滿足不同年齡段消費群體的需要[1]。水分作為豬肉脯中重要的組成成分,其含量和遷移動態都會影響豬肉脯的風味及品質。豬肉經高溫烘烤會產生肌纖維收縮、重量減輕、持水能力下降等變化[2],而這些變化都與水分的損失密切相關。

低場核磁共振(Low Field Nuclear Magnetic Resonance,LF-NMR)是基于氫質子的自旋吸收射頻能量,測定不同結合(固定)水(氫)和其他組分的流動性和分布特性,具有精準、方便、非侵入性和非破壞性的特點[3-4]。目前,利用LF-NMR能夠測定食品中的水分、判定大分子如蛋白質的凝膠結構、分析檢測脂肪的狀態變化情況[5-7]等。而在肉品科學研究中,主要測定肉中水分與肉品質之間的關系,包括尸僵成熟、加工儲藏等各個環節。Li等[8]應用LF-NMR弛豫時間評估了雞胸肉在干燥過程中水分的遷移情況,并結合相關性分析發現核磁共振參數T21、A2和A與總水分含量和剪切力相關性極顯著。Gudjónsdóttir等[9]利用LF-NMR研究了鱈魚在儲藏過程中物理特性與核磁共振參數的相關性,表明:T21、T22、A21等參數可有效反映冷凍引起的鱈魚肉蛋白結構變化及相應水分遷移,并通過建?？深A測鱈魚貨架期。近年來,雖然國內外有很多關于豬肉脯物性特性的研究報道,但大多集中在品質和感官評定方面[10-11],而結合低場核磁共振技術探討豬肉脯在不同的烘干時間下水分分布狀態及品質特性的研究甚少。本研究利用LF-NMR探討了不同烘干時間對豬肉脯水分分布及品質特性的影響,分別測定了豬肉脯的出品率、水分含量、水分活度、剪切力、T2弛豫時間、色差和感官質量等相關指標,進而篩選出適合豬肉脯制品生產的最佳加工工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮豬后腿肉、食鹽、醬油、小蘇打、白糖、高粱酒、味精、大豆油 均購于哈爾濱市大潤發超市,亞硝酸鈉為食品級添加劑。

JD500-2電子天平 沈陽龍騰電子稱量儀器有限公司;AL-104 精密電子天平 上海梅特勒-托利多儀器設備有限公司;美的SK2105 電磁爐 廣東美的電器股份有限公司;DH-9070A電熱恒溫鼓風干燥箱 上海精宏設備有限公司;電烤箱 無錫市華達電子電器廠;ZE-6000 電子色差儀 日本電色工業株式會社;Aqua Lab 水分活度測定儀 美國 Decagon 公司;C-LM3型數顯式肌肉嫩度儀 東北農業大學工程學院研制;Mq-20低場核磁共振分析儀 德國布魯克公司;DZ-260PD真空包裝機 溫州市大江真空包裝機械有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 豬肉脯加工工藝及操作要點

1.2.1.1 加工工藝流程 原料的選擇與預處理→冷凍→切片→腌制→烘干→高溫烘烤→壓平成型→冷卻真空包裝→成品

1.2.1.2 操作要點 原料的選擇與預處理:選取新鮮豬后腿肉,修整后進行清洗,洗去血污等雜質。

冷凍:-20～-10 ℃冷凍使肉塊中心溫度在-5～-3 ℃為宜。

切片:將肉塊取出順肌原纖維方向切成厚度為2 mm左右的薄片。

腌制:以1 kg豬肉計算:食鹽25 g,亞硝酸鈉0.1 g,醬油10 g,小蘇打0.1 g,白糖10 g,高粱酒25 g,味精3 g。調配好后與豬肉混合均勻,4 ℃冷藏2 h入味。

烘干:將腌制好的肉片平鋪于已鋪好烘烤紙(抹一層油)的烤盤上,放入恒溫干燥箱內,烘箱溫度控制在60 ℃,烘干時間分別為2、3、4、5 h,在每個烘干時間的中途將樣品取出翻面。

高溫烘烤:烤箱預熱5 min,將烘干后肉片放入烤箱內進行熟制,參數設定為200 ℃ 2 min。

包裝:烘烤結束后,冷卻,真空包裝,即為豬肉脯成品。

1.2.2 出品率測定 參考Jeffrey等[12]的方法并略作改動,烘干后的樣品待冷卻后進行稱重,出品率按照烘干之前和烘干之后的重量差異進行計算,公式如下:

1.2.3 水分含量和水分活度測定 直接干燥法(GB5009.3-2010)測定樣品水分含量,用智能型水分活度儀測定水分活度,每組樣品重復3次。

1.2.4 結合LF-NMR測定水分的動態分布(T2的測定) 參考Aursand等[13]的方法。豬肉脯沿著肌原纖維方向切成長2 cm、寬0.5 cm的肉條,放入圓筒狀的玻璃試管中(直徑1.8 cm,高度18 cm),在LF-NMR分析儀中進行橫向馳豫時間(T2)的測定,質子共振頻率為20 MHz,磁場強度為0.47 T。用Carr-Purcell-Meiboom-Gill(CPMG)脈沖序列測定豬肉脯中的T2,每個樣品自動掃描16次,間隔時間為2 s。通過CONTIN軟件對T2進行反演,得出每個樣品的弛豫時間(T2b、T21、T22和T23)及相對應的振幅(A2b、A21、A22和A23)。

1.2.5 剪切力測定 參考André等[14]的方法并略作改動,將豬肉脯沿肌原纖維方向修整成長3 cm、寬0.7 cm的樣品,放置在數顯式肌肉嫩度儀上,并保證肌原纖維方向垂直于剪切刀片,測量時采用10 mm/min的速度和剪切刀片的厚度為1.5 mm。測定時每組樣品重復10次。

1.2.6 顏色測定 參考Yang等[15]的方法并略作改動,用ZE-6000色差計測定豬肉脯樣品的表面顏色。用白色標準版進行測量校準,分別獲得L*(亮度),a*(紅色度)和b*(黃度)三種反射顏色參數,每組樣品重復3次。

1.2.7 感官評價 參考G?k等[16]的方法并略作改動,邀請食品學院具有豐富經驗的10名同學,感官評價前先使小組成員了解本次實驗的評分標準和注意事項,掌握本次實驗的目的和意義。根據圖1分別評價豬肉脯的色澤、風味、組織狀態、口感和總體可接受性。

1.2.8 數據分析 每組實驗重復3次,結果表示為平均數±SD。用Statistix 8.1(分析軟件,St Paul,MN)進行數據統計分析,差異顯著性(p<0.05)用Tukey HSD程序進行分析比較。用sigmaplot12.0軟件作圖。用SPSS 20.0 分析軟件進行主成分和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 烘干時間對成品物化品質的影響

表1 不同烘干時間對豬肉脯出品率、剪切力、水分活度以及水分含量的影響
Table 1 Influences of different drying time on yield,shear force,water activity and water content of dried pork slices

組別出品率(%)剪切力(N)水分活度水分含量(%)對照-2063±104e0954±0012a6707±098a2h4938±129a4626±085d0812±0009b4002±094b3h4341±040b6240±075c0745±0013c3684±160c4h3792±056c8396±100b0622±0019d2893±045d5h3364±108d9720±149a0582±0008e2072±093e

圖1 感官評分標準Fig.1 The standard of marking

注:數據表示為平均值±標準差(n=3)。a-e在同一列字母中,相同表示差異不顯著(p>0.05),不同則表示差異顯著(p<0.05),表2同。

脫水或干燥包括熱的瞬態傳熱和質量傳遞并伴有物理、化學和相變的轉換,但是,這些轉換也許會引起產品質量、傳熱機制和質量傳遞的變化[17]。目前,熱風干燥是最廣泛的使用方法,然而高溫和長時間加熱會使肉的外觀和物理特性發生一些變化,如細胞膜的破壞、肉纖維收縮、肌纖維蛋白和肌漿蛋白的聚集和形成凝膠、結締組織的收縮和增容[18]等,對產品的出品率影響較大。由表1可以看出,烘干使豬肉脯的出品率逐漸下降,干燥時間為2 h時,豬肉脯的出品率顯著高于其他三組(p<0.05)。這是因為加熱使肌原纖維對水的束縛能力減弱,肌肉持水性變差,導致豬肉脯表面的水分快速蒸發,隨著干燥時間的延長,肌動蛋白和肌球蛋白的聚集程度不斷加深,蛋白持水能力逐漸下降[19],導致出品率越來越低。Destefanis等[20]的研究也表明出品率下降的直接原因是水分的丟失。

剪切力是指剪切刀片通過樣品時所獲得的最大的力,是衡量豬肉脯嫩度的重要指標[21]。由表1可知,隨著烘干時間的增加,豬肉脯的剪切力值顯著變大(p<0.05),烘干時間為2 h時,剪切力值最小,此時肉質較嫩。結合下面水分含量的測定結果,肉脯的剪切力值可能與水分含量的高低有關。另一方面,加熱會誘導肌原纖維蛋白失去高級結構并且溶解,使纖維之間黏結在一起形成較硬的質體,引起肉質變硬,剪切力變大。李超等[19]也認為加熱會使蛋白質水解、變性以及凝膠化,這些因素都會影響肉嫩度的變化。此外,郝紅濤等的研究還表明,食品中的鹽濃度和脂肪含量也會影響產品的硬度[22]。

脫水是肉制品降低水分活度、延長貨架期最常見的一種方式。不同的水分活度可以使肉制品表現出不同的感官品質,水分活度過高容易使產品發霉而導致腐敗變質,水分活度過低則使產品過硬從而影響口感。由表1可知,與對照組相比,烘干處理導致豬肉脯中的水分活度顯著降低(p<0.05),這可能是因為在長期烘干過程中,肌纖維縱向收縮,導致水分大量損失,并迅速擴散到空氣中,使水分活度下降[23]。另外,隨著烘干時間的延長,水分含量也顯著降低(p<0.05),這種現象與隨著時間的延長出品率下降的結果相一致,主要是因為加熱造成肌動球蛋白凝聚使肌原纖維蛋白變性,肌纖維收縮和失水,空隙變大,肌束膜被破壞,持水能力減弱,大量水分從肉脯表面流失,隨著干燥時間的增加,蛋白持水能力越弱,進而水分含量越低[24]。

2.2 烘干時間對顏色的影響

烘干處理能夠促進肉脯顏色的變化,適當的烘干溫度和時間能使肉脯產生激發人食欲的亮紅色[25]。肌紅蛋白是負責肉顏色的主要蛋白,烹調過程中也有其他種類蛋白質促進顏色變化(包括去氧肌紅蛋白、氧合肌紅蛋白和變性肌紅蛋白)。由圖2可知,未經烘干處理的豬肉其L*、a*、b*分別為49.44、13.57、17.93。烘干處理使得L*下降,隨著烘干時間的延長L*呈上升趨勢,因為豬肉在烘干過程中還原糖類與氨基化合物間發生美拉德反應,賦予肉脯特有的顏色,呈現出誘人的光澤。烘干處理使豬肉脯表面的紅度值下降,隨著烘干時間的延長呈上升趨勢,這是因為三種形式的肌紅蛋白相互轉化,并通過氧合、氧化和還原反應被降解,最終影響肉脯的表面顏色[26]。同時,脂肪、碳水化合物和其他方式相關蛋白的氧化聚合作用也會影響肉脯的最后色澤[27]。

圖2 不同烘干時間對豬肉脯顏色的影響Fig.2 Influences of different drying time on color of dried pork slices注:數據表示為平均值±標準差(n=3);a～d在同一列字母中,相同表示差異不顯著(p>0.05),不同則表示差異顯著(p<0.05)，表2同。

表2 不同烘干時間對豬肉脯T2弛豫時間的影響
Table 2 Influences of different drying time on T2relaxation times of dried pork slices

項目Control2h3h4h5h弛豫時間(ms)T2b200±060a500±200a---T214740±020a1420±040b699±006c568±004d407±004eT22-52±6a47±3a49±2a49±3aT23170±10a150±10ab141±9b137±8b147±8ab振幅A2b3±0a350±070a---A2110900±964a3766±513b2466±321bc2133±152c1800±100cA22-566±208a566±057a533±057a533±152aA23866±115a433±152b466±057b466±057b433±152b

2.3 烘干時間對T2弛豫時間的影響

豬肉脯在不同烘干條件下擬合后的T2弛豫圖譜主要分布3～4個峰,根據出峰時間、各自所占的比例及有關文獻報道,認為不同的峰群體分別對應著不同狀態的水,T2b(1～10 ms)代表著與大分子緊密結合的水即結合水;T21和T22(10～100 ms)代表著肌原纖維和網狀組織中的水即不易流動水;T23(100～1000 ms)代表著肌原纖維網格外部的水即自由水[9]。由于第二個大峰和第三個小峰對應的弛豫時間接近,所以將其解釋為不易流動水。不同處理組豬肉脯樣品的T2弛豫時間分布如圖3,計算出來的弛豫時間見表2。

圖3 不同烘干時間對豬肉脯T2弛豫時間分布的影響Fig.3 Representative distributions of T2relaxation times for different drying time

結合圖3和表2可知,從烘干時間3 h開始,在弛豫時間0～10 ms范圍內T2b消失,振幅降為0,這可能是因為長時間高溫加熱破壞了該部分水與蛋白質及其它大分子表面極性基團的結合,致使水分子與氨基和羰基相結合的氫鍵斷裂而導致的[28]。第二個峰和第三個峰合并后稱為不易流動水,從圖3可以看出在對照組樣品中并沒有出現第三個峰,而加熱處理后又新分裂出一個峰,將不易流動水分為兩個弛豫組分。朱曉紅等人用LF-NMR研究醬牛肉水分分布時也發現了這種情況[29]。而且第三個峰即使存在,它的弛豫時間和振幅變化并不顯著(表2),與水分的狀態變化關系不明顯。由表2可以看出,烘干處理后T21明顯向短的弛豫方向遷移,從烘干時間2 h的14.20 ms下降到烘干時間為5 h的4.07 ms,振幅A21也在顯著降低(p<0.05),從37.66降低到18,說明該部分水的流動性減弱,即不易流動水減少。原因可能是在長時間烘干過程中,肌纖維蛋白變性、蛋白凝膠網絡結構被破壞而導致蛋白的持水能力減弱。同時,Li等[30]在研究牛肉粒時還觀察到部分具有較高自由度的不易流動水容易從蛋白質的凝膠網狀組織中脫離出來轉化為自由水,進而蒸發散失掉。另外,由表2可以看出,自由水弛豫時間T23主要分布在137～150 ms,在烘干過程中呈下降趨勢,振幅A23也在顯著降低(p<0.05),這是因為長期加熱使肌纖維結構收縮,自由水與肉蛋白的結合程度降低,進而導致一部分自由水流出。

2.4 烘干時間對感官質量的影響

由圖4可知,隨著干燥時間的延長,豬肉脯的感官評分呈先增高后降低的趨勢,時間達到5 h時,由于水分大量流失,造成豬肉脯質地堅硬,無彈性,并且四周發生卷曲、表面有少許焦斑出現,使得各項得分均低于其他組。感官評分圖可以看出,在烘干時間為4 h時,豬肉脯的總體可接受度最高。結合各項評分指標可知,適當的加熱溫度和時間可以提高肉脯質量,增強風味。

2.5 烘干時間豬肉脯品質變化的主成分分析

主成分分析是研究多個變量間相關性的一種多元統計方法,可以用幾個較少的綜合變量來反映原始變量的信息。因此對相關指標進行了主成分分析,首先對原始數據進行標準化和降維處理。由于T2b和A2b變化不顯著,所以只對主要弛豫參數T21、A21、T23和A23進行了主成分分析。由表3可知,主成分1和主成分2可解釋總體方差的98.32%,包括了樣品原始變量的98.32%的信息,說明進行主成分分析的9個指標成功降為2個主成分,而這2個主成分可以反映豬肉脯品質變化的整體信息。

表3 主成分的方差分析
Table 3 Analysis of variance for PCA(principal component analysis)

主成分特征值解釋方差(%)累計解釋方差(%)18.3292.5392.5320.525.7898.32

圖5描述了各指標與PC1和PC2的相關性,T21、T23、水分活度、水分含量和出品率與第一主成分呈正相關,烘干時間和剪切力與第一主成分呈負相關;T21、T23、烘干時間、剪切力和出品率與第二主成分呈正相關,水分活度和水分含量與第二主成分呈負相關。根據各變量在得分圖的位置發現,水分活度、水分含量和出品率三個變量距離相近,呈正相關,T21與水分活度、水分含量和出品率也有較強的正相關性,但T21與烘干時間和剪切力呈負相關,M?ller等[31]也觀察發現加熱會影響T2弛豫參數在PCA得分圖上的聚類。主成分分析結果說明,隨著烘干時間的延長,豬肉脯的弛豫時間T21和T23逐漸減少,水分活度、水分含量、出品率不斷降低,剪切力增大。因此,結合LF-NMR技術能夠更直觀的分析豬肉脯的品質變化。

圖5 各變量第1、2主成分得分圖Fig.5 Factor cores in principal components 1 and 2

3 結論

豬肉脯的出品率、水分含量、水分活度、b*隨著烘干時間的增加而降低,而剪切力、L*和a*逐漸增大,烘干時間4 h時,感官評分值最高。低場NMR結果顯示,在烘干過程中主要的弛豫時間T21、T23向短的弛豫方向移動,同時對應的振幅A21和A23顯著降低。PCA結果表明:T21與水分活度、水分含量和出品率之間存在正相關的線性關系,與剪切力呈負相關性。因此,結合LF-NMR和PCA技術可以預測豬肉脯的品質特性。

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Effect of different drying time on the relationship between water distribution and quality of dried pork slices

JIANG Xiu-li1,KONG Bao-hua1,XIA Xiu-fang1,LIU Qian1,*,LV Hong2

(1.College of Food Science,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China 2.Harbin Light Industry School,Harbin 150076,China)

The effect of different drying time(2,3,4,5 h)on water distribution and the quality of dried pork slices at 60 ℃ were mainly investigated in this paper. The yield,shear force,water activity,moisture content,color,T2relaxation time and sensory properties were measured respectively,and the principal component analysis(PCA)was used to estimate their correlations. The results showed that with the increasing the drying time,the yield,water activity,moisture content,b*-value were decreased significantly(p<0.05),while theL*-value,a*-value and shear force were significantly increased(p<0.05),the best sensory valuation was acquired at 4 h(p<0.05). The PCA results suggested the positive linear correlations were obtained among the variation of T21,T23,water activity,water content and yield of dried pork slices,and negatively correlated with shear force. The results indicated that the influence of different drying time on dried pork slices quality mainly related to water migrating in meat.

dried pork slices;drying time;LF-NMR;quality;principal component analysis

2016-06-23

姜秀麗(1991-)，女，碩士研究生，研究方向：食品科學與工程，E-mail:Jjiangxiuli@163.com。

*通訊作者:劉騫(1981-)，男，博士，副教授，研究方向：肉品科學，E-mail:liuqian_neau@hotmail.com。

黑龍江省重大應用技術研究與開發計劃項目(GA15B302)。

TS251.5+2

A

1002-0306(2016)23-0067-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.23.004