L精氨酸對牛肉糜保水性的影響

尚校蘭,許洪力,楊風帆,暴彥淮,楊 月

(廊坊師范學院生命科學學院,河北廊坊 065000)

尚校蘭,許洪力,楊風帆,暴彥淮,楊 月

(廊坊師范學院生命科學學院,河北廊坊 065000)

本文研究了不同含量L-精氨酸(0、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%)處理對牛肉糜保水性的影響。掃描電鏡(SEM)圖譜表明,L-精氨酸有利于牛肉糜組織形成良好狀態的三維網狀凝膠。隨著L-精氨酸添加量的增大,牛肉糜的蒸煮損失先顯著降低(p<0.05)后升高(p>0.05),pH升高而肌漿蛋白溶解度降低;當添加0.25% L-精氨酸時,牛肉糜具有最小的蒸煮損失及最高含量的巰基及表面疏水基團,0.25% L-精氨酸處理能使巰基及表面疏水基團的含量分別增大11倍和1.5倍。

L-精氨酸,牛肉糜,保水性

牛肉在熱加工過程中會有50%甚至以上的蒸煮損失,這不僅會降低企業的利潤,還會造成營養成分的損失(如水溶蛋白流失)及食用時口感的下降(如嫩度下降)。因此,如何保持牛肉肌肉組織中的水分,是牛肉制品加工過程中首要解決的問題之一。市場上常用的保水方法是向牛肉制品中添加磷酸鹽,但磷酸鹽添加量大于0.5%時,不僅會使肉制品組織結構粗糙、產生不良風味,而且會對人體造成一定的危害,如短時間內可能會導致腹痛與腹瀉,長期則會導致機體的鈣磷比失衡,并有可能造成亞硝酸鹽殘留量的升高[1-2]。因此,越來越多的人開始對物理保水方法和無磷的化學保水方法進行研究。尚校蘭等[3]利用超高壓處理海鱸魚肌肉組織,并和磷酸鹽的保水作用進行了對比,發現使用400 MPa的壓力處理和加入1.0 g/kg磷酸三鈉、2.0 g/kg三聚磷酸鈉、1.0 g/kg焦磷酸鈉、1.5 g/kg六偏磷酸鈉處理海鱸魚肌肉組織的蒸煮損失均能達到25%左右。李雪姣等[4]制備了一種無磷保水劑:蘋果酸鈉4%、醋酸鈉1.5%、氯化鈉1.5%、水93%,能使牛肉的蒸煮損失降低14.79%。Alvarez等[5]研究了糯玉米淀粉對沙丁魚糜凝膠結構、保水性和微觀結構的影響,發現2～8 g/100 g淀粉可保持78%的水分。

精氨酸是一種堿性氨基酸[6],能提高肉制品的pH,使肉制品的pH遠離其等電點。近幾年有學者對添加精氨酸提高肉糜保水性進行了報道。李俊[7]認為添加0.6%精氨酸和0.8%賴氨酸能提高豬肉腸的保水性,改善質構;秦浩[8]研究了不同NaCl濃度下精氨酸高添加量(>0.35%)對雞肉腸保水性的影響,但兩人均未從巰基含量、表面疏水性及蛋白質溶解度方面對保水性進行深入研究。本研究擬將不同濃度(0%～0.35%)的L-精氨酸添加到牛肉糜中,通過蒸煮損失法測定牛肉糜的水分損失,通過掃描電鏡觀察肌肉組織的空間網格狀結構,通過分光光度法測定巰基含量、表面疏水性的變化,并通過研究添加L-精氨酸前后牛肉糜的pH、蛋白質溶解度的變化,分析L-精氨酸對牛肉糜保水性的影響,該研究結果將會為牛肉精深加工提供一定的理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮牛肉 購于廊坊元辰超市;L-精氨酸 鄭州升達食品添加劑有限公司;5,5′-二硫代-2-硝基苯甲酸(DTNB)、N-苯基-8-萘胺-1-磺酸(ANS) 美國Sigma公司;牛血清白蛋白、戊二醛、乙醇、醋酸異戊醋等 均為國產分析純。

ZB-40型斬拌機 沈陽吉祥食品機械有限公司;CTH2050R冷凍離心機 美國Thermo Fisher科技有限公司;RF-5301熒光分光光度計 日本島津公司;SP-2102UV紫外-可見分光光度計 上海光譜儀器有限公司;JMS-6380LV掃描電子顯微鏡 日本電子公司;PH-3CW微機型酸度計 上海理達儀器廠;高速均質機 上海世赫機電設備有限公司等。

1.2 實驗方法

1.2.1 牛肉糜生產工藝流程 新鮮牛肉(當天宰殺)→切碎(使用斬拌機斬拌3 min)→牛肉糜。

1.2.2 指標測定

1.2.2.1 蒸煮損失的測定 牛肉糜分別加入不同含量(0、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%)的L-精氨酸,混合均勻后,放入蒸煮袋后于80 ℃恒溫水浴中加熱10 min,取出后于室溫下冷卻,剪開蒸煮袋,用紙巾拭干樣品表面的水分,稱重,按照以下公式計算蒸煮損失(Cooking Loss,CL)檢測重復3次。

式中:m1為蒸煮前的質量,m2為蒸煮后的質量。

1.2.2.2 肉糜微觀結構 將牛肉糜制成灌腸[9],80 ℃下煮制30 min,切取小塊(3 mm×3 mm×1 mm),以3%戊二醛固定過夜,然后用生理鹽水漂洗和25%～100%乙醇梯度脫水,再使用50%～100%醋酸異戊醋梯度置換出乙醇后,真空干燥,噴金,掃描電子顯微鏡觀察[10]。

1.2.2.3 肌原纖維蛋白的提取及含量的測定 肌原纖維蛋白的提取參照胡永金等[10]的方法。將添加不同含量L-精氨酸(0、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%)的牛肉糜中加入5倍(m/V)0.05 mol/L KCl-20 mmol/L Tris-HCl緩沖液(pH7.0),混勻,4 ℃、9000 r/min離心10 min,棄去上清液,重復洗滌1次。沉淀加入4倍(m/V)0.6 mol/L KCl-20 mmol/L Tris-HCl緩沖液,10000 r/min勻漿90 s。過濾結締組織,靜置30 min以充分溶解蛋白,4 ℃、9000 r/min離心20 min,所得上清液即為肌原纖維蛋白溶液。肌原纖維蛋白濃度采用雙縮脲法測定,以牛血清白蛋白(BSA)作為標準蛋白。

1.2.2.4 牛肉糜肌原纖維蛋白巰基含量的測定 巰基(-SH)含量測定參考Benjakul等的方法[11]。計算公式如下:

式中:CO,巰基的摩爾濃度,mol/105g;A,412 nm處的吸光值;D,稀釋倍數;ξ,分子吸光系數,13600(mol-1·cm-1);C,蛋白質濃度,mg/mL。

1.2.2.5 牛肉糜肌原纖維蛋白溶液表面疏水性的測定 參考Benjakul等的方法[12],使用ANS作為探針。使用0.6 mol/L NaCl溶液提取牛肉糜肌原纖維蛋白,并用10 mmol/L磷酸緩沖液(pH6.0)稀釋,使肌原纖維蛋白的濃度分別達到0.1、0.2、0.3、0.4和0.5 mg/mL。向4 mL的蛋白溶液中加入20 μL濃度為8 mmol/L的ANS探針(pH7.0)。使用熒光分光光度計測定其熒光強度,激發波長380 nm,發射波長475 nm。空白用磷酸鉀緩沖液替代,按下式計算肌原纖維蛋白溶液的相對熒光值。

式中:R-相對熒光值;F-Pro-ANS的熒光值;F0-ANS的熒光值。

以肌原纖維蛋白溶液的濃度(mg/mL)為橫坐標,相對熒光值R為縱坐標作圖,初始斜率即為肌原纖維蛋白蛋白溶液的表面疏水性S0ANS。

1.2.2.6 牛肉糜pH的測定 10 g牛肉糜加入90 mL蒸餾水,12000 r/min下均質20 s,于室溫放置20 min。過濾取上清液,用pH計測定酸度。

1.2.2.7 牛肉糜蛋白溶解度的測定 參照Joo等[13]的方法測定牛肉糜總可溶蛋白、肌漿蛋白和肌原纖維蛋白的溶解度,溶解度用蛋白含量表示,采用雙縮脲法測定,表述方式為mg/g牛肉。

肌肉總可溶蛋白的提取:準確稱取1.00 g牛肉,絞碎后加入20 mL含1.1 mol/L KI的0.1 mol/L磷酸鹽緩沖液(4 ℃,pH7.2),于冰浴條件下高速均質(8000 r/min,20 s×3),然后置于4 ℃條件下振蕩混勻12 h,冷凍離心(1500×g,20 min),上清液即為總可溶蛋白溶液,溶解度用蛋白含量表示,采用雙縮脲法測定,表述方式為mg/g牛肉。

肌漿蛋白的提取:準確稱取1.00 g牛肉,絞碎后加入10 mL預冷的0.025 mol/L磷酸鉀緩沖液(pH7.2),于冰浴條件下高速均質(8000 r/min,20 s×3),然后置于4 ℃條件下振蕩混勻12 h,冷凍離心(1500×g,20 min),上清液即為肌漿蛋白溶液,溶解度用蛋白含量表示,采用雙縮脲法測定,表述方式為mg/g牛肉。

肌原纖維蛋白溶解度=肌肉總可溶蛋白溶解度-肌漿蛋白溶解度

1.3 數據處理

采用Excel和SPSS 16.0軟件進行統計學處理,n=3,p<0.05具有顯著性差異,p<0.01具有極顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 L-精氨酸含量對牛肉糜蒸煮損失的影響

圖1 不同濃度L-精氨酸處理對牛肉糜蒸煮損失的影響Fig.1 Effect on cooking loss of miced beef with different concentration L-arginine

圖1為不同濃度L-精氨酸處理對牛肉糜蒸煮損失的影響。實驗結果表明:隨著L-精氨酸添加量的升高,蒸煮損失逐漸降低,至0.25%以后蒸煮損失基本維持在8%左右;與未添加L-精氨酸的牛肉糜(空白對照組,蒸煮損失為32.9%)相比,所有添加L-精氨酸的牛肉糜的蒸煮損失均極顯著降低(p<0.01);與添加0.2% L-精氨酸的相比,添加0.25%、0.30%、0.35% L-精氨酸的牛肉糜蒸煮損失顯著降低(p<0.05);與添加0.25% L-精氨酸的牛肉糜相比,添加0.30%和0.35%的牛肉糜的蒸煮損失無顯著性變化(p>0.05)。

這和Zhou等[14]研究發現0.2% L-精氨酸不能有效地降低豬肉腸的蒸煮損失,當L-精氨酸添加量達到0.6%時,才能有效降低豬肉腸蒸煮損失的結論不一致,具體原因有待進一步研究。

2.2 掃描電鏡(SEM)下牛肉糜結構

圖2為5000倍的放大倍數下牛肉糜的SEM圖。新鮮牛肉組織為有規則的纖維狀結構,本實驗牛肉經過了斬拌、加熱處理,肌球蛋白頭部和尾部發生聚集,熱誘導促使形成凝膠網格結構[15]。由圖2可知:未添加L-精氨酸的牛肉糜組織呈現凝膠狀三維網格結構[16],孔隙較大;而0.25% L-精氨酸能促使牛肉糜組織更加緊密,孔隙明顯減小,形成更為致密的凝膠網格結構,使水分更多的鎖嵌入組織中,從而提高其保水性,這和前面蒸煮損失測定的結果一致。

圖2 掃描電鏡觀察L-精氨酸處理的牛肉糜超微結構(5000×)Fig.2 Microstructure of miced beef by SEM with L-arginine(5000×)

2.3 牛肉糜中肌原纖維蛋白含量

根據雙縮脲法測定的肌原纖維蛋白含量為(42.6±1.1) mg/g,通過凱氏定氮法測得的牛肉糜中粗蛋白含量為(200.2±3.6) mg/g,故牛肉糜肌原纖維蛋白含量占其粗蛋白含量的21.28%。

2.4 L-精氨酸含量對牛肉糜肌原纖維蛋白巰基含量的影響

巰基是蛋白質結構的重要功能基團,對其功能性質的發揮起著非常重要的作用。圖3為L-精氨酸含量對牛肉糜肌原纖維蛋白中巰基的影響。

圖3 L-精氨酸處理后牛肉糜肌原纖維蛋白巰基含量的變化Fig.3 Changes in sulfhydryl content of miced beef with different concentration L-arginine

由圖3可以看出,不同濃度L-精氨酸處理后,肌原纖維蛋白巰基含量相差很大,空白對照組的巰基含量為(1.14±0.09)mol/105g,而經過L-精氨酸處理后,巰基含量均極顯著升高(p<0.01),0.25% L-精氨酸處理時達到最大(13.9±0.07) mol/105g,與空白對照組相比,增加了11倍,隨后下降并維持穩定。這可能是因為,L-精氨酸使肌球蛋白的活性位點發生變化,隱藏于蛋白結構內部的巰基暴露于蛋白表面[17],當L-精氨酸添加量繼續增大時,蛋白質的變性程度過大,蛋白質聚集的更加堅實,使巰基暴露的面積減少,同時形成的凝膠結構不利于水分的保持[18]。

2.5 L-精氨酸含量對牛肉糜肌原纖維蛋白表面疏水性的影響

在蛋白質中具有疏水相互作用的基團為芳香族殘基,均勻地分布在肌球蛋白分子尾部,包埋于α-雙螺旋之間的界面內,主要包括酪氨酸(Tyr)、色氨酸(Trp)和苯丙氨酸(Phe),與大多數內源光吸收和熒光有關[12]。當肌原纖維蛋白分子發生變性時,內部的疏水性氨基酸暴露于表面,能與ANS(1-苯氨基萘-8-磺酸)探針結合,呈現熒光,且肌原纖維蛋白的相對熒光強度與其表面疏水性成正相關。本實驗采用ANS作為非極性熒光探針,并以肌原纖維蛋白與ANS反應產生的相對熒光強度的變化來研究L-精氨酸處理對牛肉糜肌原纖維蛋白表面疏水性的變化,結果見圖4。

圖4 不同濃度L-精氨酸處理后牛肉糜肌原纖維蛋白表面疏水性的變化Fig.4 Changes in surface hydrophobicity of miced beef with different concentration L-arginine

圖4表明經過L-精氨酸處理,肌原纖維蛋白的表面疏水性增加,且隨著L-精氨酸添加量的升高,表面疏水性上升,0.25%時達到最大(和空白對照組相比,增加了1.5倍)。但L-精氨酸添加量超過0.25%后,表面疏水性下降,且各精氨酸添加處理組肌原纖維蛋白表面疏水性均極顯著高于空白對照組(p<0.01)。這可能是因為蛋白質的過度變性使肌球蛋白分子尾部過度聚集[19],引起牛肉組織的結構過于緊密,使親水基團和疏水基團總量的下降,從而使表面疏水性降低。

2.6 牛肉糜pH變化

牛肉宰后1 h內pH為6.2,隨著宰后時間的延長,乳酸積累,pH下降。L-精氨酸為堿性氨基酸[6],加入L-精氨酸能增加牛肉糜的pH。圖5表明,隨著L-精氨酸添加量的升高,牛肉糜的pH升高;和空白對照組相比,加入L-精氨酸的牛肉糜pH均極顯著升高(p<0.01)。pH的增加能使肌原纖維蛋白偏離其等電點[20],提高其保水性,這和費英[21]的研究結果相一致。本研究中當pH為6.54時(此時L-精氨酸添加量為0.25%),牛肉糜蒸煮損失最少。

圖5 不同濃度L-精氨酸處理后牛肉糜pH的變化Fig.5 Changes in pH of miced beef with different concentration L-arginine

2.7 L-精氨酸處理對牛肉糜蛋白溶解度的影響

圖6表明,隨著L-精氨酸添加量的增加,牛肉糜總可溶性蛋白的溶解度逐漸降低,和空白對照組相比,經過L-精氨酸處理后總可溶蛋白的溶解度均極顯著降低(p<0.01)。添加0.15% L-精氨酸和0.20% L-精氨酸相比,溶解度變化不顯著(p>0.05);添加0.15%、0.20%、0.25%、0.30% L-精氨酸樣品的溶解度均極顯著(p<0.01)高于0.35% L-精氨酸處理組。

圖6 不同濃度L-精氨酸處理對牛肉糜蛋白溶解度的影響Fig.6 Changes in protein solubility of miced beef with different concentration L-arginine

對于肌漿蛋白來說,和空白對照組相比,經過L-精氨酸處理的牛肉糜肌漿蛋白溶解度均極顯著降低(p<0.01)。添加0.20%、0.25%、0.30%、0.35% L-精氨酸的肌漿蛋白相比,溶解度變化不顯著(p>0.05);與添加0.15% L-精氨酸的相比,添加0.20%、0.25%、0.30%、0.35%的肌漿蛋白溶解度均極顯著降低(p<0.01)。研究認為,肌漿蛋白溶解度和保水性呈現很強的負相關[22],因此肌漿蛋白溶解度的降低意味著保水性的提高。本實驗表明,適當的L-精氨酸含量有利于牛肉糜保水性的提高,但當L-精氨酸添加量超過0.20%后,牛肉糜保水性的提高不顯著。

對于肌原纖維蛋白來說,和空白對照組相比,經過L-精氨酸處理的牛肉糜肌原纖維蛋白均極顯著降低(p<0.01)。添加0.15%、0.30% L-精氨酸的肌原纖維蛋白相比,溶解度變化均不顯著(p>0.05)。和添加0.35%的相比,添加0.15%、0.20%、0.25%、0.30%的溶解度均極顯著升高(p<0.01)。這表明,肌原纖維蛋白的溶解度的變化和保水性并無規律的相關性。但添加L-精氨酸后肌原纖維蛋白的溶解度為何會顯著降低,有待于今后深入探討。

3 結論

添加L-精氨酸有利于牛肉糜保水性的提高,當L-精氨酸添加量為0.25%時,牛肉糜具有最小的蒸煮損失(8.5%)。掃描電鏡圖譜表明,L-精氨酸有利于牛肉組織形成良好狀態的三維網狀凝膠。這可以從以下三點解釋:L-精氨酸會引起牛肉肌原纖維蛋白巰基含量和表面疏水性含量的變化,0.25% L-精氨酸處理能使巰基及表面疏水基團的含量分別增大11倍和1.5倍。巰基暴露面積增大、表面疏水基團增多,均有利于蛋白質三維網狀結構形成,從而有利于水分鎖在牛肉組織中。L-精氨酸有利于提高牛肉糜pH,使肌原纖維蛋白偏離其等電點,從而提高其保水性。肌漿蛋白溶解度和保水性呈負相關,L-精氨酸有利于降低肌漿蛋白溶解度,從而提高牛肉糜保水性。

[1]李俊,韓卓,檀勝江,等. 磷酸鹽在肉制品加工中作用及替代物研究進展[J]. 肉類研究,2013,27(2):25-28.

[2]吳曉梅,許月季,王曉妮,等. 低磷飲食干預對維持性血液透析患者鈣磷代謝的影響[J]. 上海護理,2013,13(5):35-36.

[3]尚校蘭,劉安軍. 超高壓處理與添加復合磷酸鹽對海鱸魚保水性的比較[J]. 食品科學,2013,34(6):56-59.

[4]李雪姣,馬悅培,諶徽,等. 無磷酸鹽制劑對牛肉嫩度和保水性的影響[J]. 食品工業科技,2010,31(3):109-111.

[5]Alvarez C,Couso I,Solas M,et al. Waxy corn starch affecting texture and ultrastructure of sardine surimi gels[J]. Zeitschrift für Lebensmitteluntersuchung und-Forschung A,1997,204(2):121-128.

[6]Witte M B,Barbul A. Arginine physiology and its implication for wound healing[J]. Wound Repair and Regeneration,2003,11(6):419-423.

[7]李俊. 賴氨酸和精氨酸分別對豬肉腸品質特性影響的研究[D]. 合肥:合肥工業大學,2013:15-31.

[8]秦浩. L-精氨酸在改善雞肉腸持水與質構中的應用研究[D]. 合肥:合肥工業大學,2015:11-25.

[9]王文艷,彭增起,周光宏. 中式香腸的制作[J]. 肉類工業,2006(6):5-6.

[10]胡永金. 淡水魚糜發酵及其凝膠形成機理研究[D]. 無錫:江南大學,2007:56-68.

[11]Benjakul S,Seymour T A,Morrissey M T,et al. Physicochemical changes in Pacific whiting muscle proteins during iced storage[J]. Journal of Food Science,1997,62(4):729-733.

[12]Benjakul S,Visessanguan W,Thongkaew C,et al. Comparative study on physicochemical changes of muscle proteins from some tropical fish during frozen storage[J]. Food Research International,2003,36(8):787-795.

[13]Joo S T,Kauffman Rg,Kim Bc,et al. The relationship of sarcoplasmic and myofibrillar protein solubility to colour and water-holding capacity in porcine longissimus muscle[J]. Meat Science,1999,52(3):291-297.

[14]Zhou C L,Li J,Tan S J,et al. Effects of L-Arginine on Physicochemical and Sensory Characteristics of Pork Sausage[J]. Advance Journal of Food Science and Technology,2014,6(5):660-667.

[15]Samejima K,Lshioroshi M,Yasui T. Relative roles of the head and tail of the molecule in heat-induced gelation of myosin[J]. Journal of Food Science,1981,46(5):1412-1418.

[16]Mao R,Tang J,Swanson B G. Water holding and microstructure of capacity gellan gels[J]. Carbohydrate Polymers,2001,46(4):365-371.

[17]Hofmann K,Hamm R. Sulfhydryl and Disulfide Groups in Meats[J]. Advances in Food Research,1978,24:1-111.

[18]鄭捷,尚校蘭,劉安軍. 超高壓處理對海鱸魚魚肉凝膠形成作用[J]. 食品科學,2013,34(19):88-92.

[19]羅曉玲. 馬鮫魚魚糜超高壓凝膠化工藝研究[D]. 無錫:江南大學,2010:11-35.

[20]Puolarme E,Halonen M. Theoretical aspects of water-holding in meat[J]. Meat Science,2010,86(1):151-165.

[21]費英,韓敏義,楊凌寒,等. pH對肌原纖維蛋白二級結構及其熱誘導凝膠特性的影響[J]. 中國農業科學,2010,43(1):164-170.

[22]Lopez-Bote C,Warriss P D,Brown S N. The use of muscle protein solubility measurements to assess pig lean meat quality[J]. Meat Science,1989,26(3):167-175.

Effect of L-arginine on water holding capacity of miced beef

SHANG Xiao-lan,XU Hong-li,YANG Feng-fan,BAO Yan-huai,YANG Yue

(College of Life Science,Langfang Teachers College,Langfang 065000,China)

The effect of different content of L-arginine(0,0.15%,0.20%,0.25%,0.30%,0.35%)on water holding capacity of miced beef was investigated. Scanning electron microscopic(SEM)observations indicated that L-arginine was beneficial to the formation of good gel networks. With the increase of the amount of L-arginine,cooking loss was significantly decreased then not significant increased,pH value was increasing and sarcoplasmic protein solubility was decreasing. It had the lowest cooking loss and highest contents of sulfhydryl groups and surface hydrophobic groups while adding 0.25% L-arginine,which could induce the contents of sulfhydryl and surface hydrophobic groups increase 11 times and 1.5 times,respectively.

L-arginine;miced beef;water holding capacity

2016-08-09

尚校蘭(1985-)，女，博士研究生，講師，研究方向：肉制品和水產品加工，E-mail:iris381@163.com。

河北省教育廳青年基金項目(QN2016164)；廊坊師范學院博士基金項目(LSLB201602)。

TS251.5+<2 class="emphasis_bold">2 文獻標識碼:A2

A

:1002-0306(2017)04-0306-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.04.049