κ-卡拉膠對(duì)西門塔爾雜交牛肉糜品質(zhì)影響評(píng)價(jià)模型的建立

孟子晴，趙改名*，祝超智，田瑋，郝婉名，祝遠(yuǎn)魁，張文華，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，450002) 2(漣源綜合試驗(yàn)站，湖南 漣源，417126) 3(中衛(wèi)綜合試驗(yàn)站，寧夏，中衛(wèi)，755000)

牛肉糜類產(chǎn)品種類繁多，尤其是牛肉餅、牛肉腸、牛肉脯等產(chǎn)品備受消費(fèi)者喜愛[1]，但是，牛肉餅等牛肉糜產(chǎn)品在加工過(guò)程中易出現(xiàn)析油、結(jié)構(gòu)疏松等問(wèn)題，所以對(duì)牛肉糜類制品的品質(zhì)改良與保水保油研究非常迫切。當(dāng)加工過(guò)程中采用擂潰攪拌機(jī)處理絞碎牛肉時(shí)，效果與斬拌機(jī)斬拌、人工手動(dòng)攪拌的效果有差異，擂潰攪拌機(jī)攪拌之后的牛肉肉糜存在一定的肉粒感，口感良好，肉粒感大于斬拌后的肉糜，具有特殊的組織結(jié)構(gòu)，適宜于牛肉餅等需要有肉粒感的產(chǎn)品，但是這種方式下生產(chǎn)的肉糜產(chǎn)品會(huì)比質(zhì)地細(xì)膩的肉糜制品更易出現(xiàn)粗細(xì)不均、失水等問(wèn)題。解決好擁有肉粒感的牛肉糜產(chǎn)品的保水問(wèn)題、提升牛肉糜的品質(zhì)對(duì)牛肉糜產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)具有重大意義。

κ-卡拉膠具有與肉制品加工密切相關(guān)的性質(zhì)[2-7]，卡拉膠等膠體提升肉糜制品品質(zhì)的根本原因在于改善了肌原纖維蛋白的凝膠特性、乳化特性等。κ-卡拉膠具有極強(qiáng)地形成凝膠的能力，在肉蛋白加熱形成凝膠過(guò)程中起著顯著的保水和增強(qiáng)凝膠作用，因此在香腸、午餐肉等熟肉制品中應(yīng)用較廣。有研究表明，κ-卡拉膠可以與蝦肌球蛋白相互作用,通過(guò)與極性殘留物形成氫鍵取代蛋白質(zhì)表面周圍的部分水分子，從而導(dǎo)致冷凍儲(chǔ)存過(guò)程中的蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的改變[8]；κ-卡拉膠還能作為脂肪的替代品，增加硬度、光澤和咀嚼性[9]?？ɡz的應(yīng)用主要集中在豬肉、雞肉制品，牛羊肉、海產(chǎn)肉相對(duì)較少，不同種類肉的肌纖維排列方向、剪切力、硬度、肌纖維間分子作用力等存在差異[10]?？ɡz添加量對(duì)不同肉糜的品質(zhì)影響效果可能不同，劉廣娟等研究確定了豬肉腸中卡拉膠、TG、大豆分離蛋白的最適添加量分別為0.5%、0.2%和4%[11]；劉騫等將可得然膠分別與卡拉膠和黃原膠(1∶9、3∶7、5∶5、7∶3、9∶1，質(zhì)量比)復(fù)配，按照0.3%添加量添加到肌原纖維蛋白中,研究復(fù)合膠對(duì)肌原纖維蛋白乳化性和凝膠特性的影響[12]；袁曉龍等研究低脂香腸最優(yōu)組為：水分20%、變性淀粉2%、大豆分離蛋白3%、卡拉膠0.4%[13]；莊沛銳等研究得出卡拉膠、刺槐豆膠添加量為0.16%、0.24%,豬肉糜品質(zhì)較佳[14]；王健等以卡拉膠作為脂肪替代物生產(chǎn)低脂香腸,在不同含量(0.2%、0.4%、0.6%)的卡拉膠試驗(yàn)組中，得出卡拉膠最佳添加量為0.2%[15]；龔韻等篩選出最佳配方為大豆分離蛋白2.0%，魔芋精粉2.0%，黃原膠0.4%和卡拉膠0.3%[16]。研究卡拉膠在低水平添加時(shí)對(duì)牛肉糜品質(zhì)的影響，為牛肉餅等牛肉糜產(chǎn)品的品質(zhì)改良提供參考。

本文利用相關(guān)性分析、主成分分析法、歸一化處理等對(duì)κ-卡拉膠添加量對(duì)牛肉糜結(jié)合水的能力、質(zhì)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行研究，通過(guò)水分含量、蒸煮損失、色澤、質(zhì)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立κ-卡拉膠對(duì)西門塔爾雜交牛肉糜品質(zhì)影響的評(píng)價(jià)模型，為西門塔爾雜交牛肉糜類產(chǎn)品的生產(chǎn)與品質(zhì)改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

牛肉，河南伊賽牛肉股份有限公司，同一批次西門塔爾雜交黃牛的牛霖部位肉，屠宰之前空腹24 h，屠宰后成熟24 h，肉樣儲(chǔ)存于4 ℃下真空保存運(yùn)輸。食鹽、黑胡椒粉，鄭州某超市；κ-卡拉膠，青島德惠海洋生物科技公司，其他試劑為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

CR-5型色彩色差計(jì)，日本KONICA公司；ALLEGRA-64A型高速冷凍離心機(jī)，鄭州美聲商貿(mào)有限公司；BPG-9156A型精密鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；TA-XT plus型食品質(zhì)構(gòu)儀，英國(guó)stable micro systems公司；AL104型電子天平，上海梅特勒-托利多儀器有限公司；MM12B型絞肉機(jī)，廣東省韶關(guān)市大金食品機(jī)械廠；BLKJ-20型攪拌擂潰機(jī)，中國(guó)艾博公司；PQ001MicroMR型柜式NMR成像儀，上海紐邁電子科技有限公司；S-3400N型掃描電鏡，日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 牛肉餅的制作工藝流程

原料肉解凍修整→絞肉→腌制→攪拌→成型→冷凍→成品→檢測(cè)

1.3.2 工藝操作要點(diǎn)

挑選西門塔爾雜交牛的霖肉部位，按工藝要求修整，去除筋腱部位，用清水浸泡沖洗干凈后用刀切成小塊，然后過(guò)10 mm篩孔絞肉機(jī)攪碎，稱取輔料(以牛肉質(zhì)量計(jì)為1，其他輔料以占牛肉質(zhì)量百分比計(jì)，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的食鹽，0.3%黑胡椒粉，0.3%復(fù)合磷酸鹽，0.12%抗壞血酸鈉，0.002%煙酰胺，0.08%嫩肉粉)手動(dòng)攪拌均勻后覆蓋保鮮膜，于4 ℃下冷藏腌制1 h。然后在擂潰攪拌機(jī)中100 r/min攪拌2 min(先攪拌肉糜30 s，然后加質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%冰攪拌30 s，再加卡拉膠攪拌1 min)，取出靜置1 h，制成肉糜。肉糜成型為直徑9 cm，厚1 cm的肉餅，冷凍，測(cè)感官評(píng)價(jià)時(shí)，將肉餅于200 ℃烤箱烤12 min。

1.4 指標(biāo)測(cè)定

1.4.1 水分含量的測(cè)定

參考GB 5009.3—2016 《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分含量的測(cè)定》規(guī)定的方法測(cè)定水分含量[17]。

1.4.2 蒸煮損失測(cè)定

參考MARTIN等[18]的方法，略作修改。將生肉糜放入離心管中5 000 r/min離心5 min，70 ℃水浴加熱30 min。加熱后的離心管倒置，室溫靜置2 h稱重。蒸煮損失為溢出液體質(zhì)量/生肉糜質(zhì)量。

1.4.3 色澤測(cè)定

參考張駿龍等[19]的方法，略有修改。使用儀器內(nèi)置白板與外置黑板進(jìn)行校正，樣品要覆蓋通光孔，測(cè)量得到成品的L*值、a*值和b*值，L*、a*、b*分別為亮度、紅度、黃度，每個(gè)處理測(cè)8個(gè)平行。

1.4.4 TPA測(cè)定

質(zhì)構(gòu)剖面分析方法(texture profile analysis，TPA)測(cè)定[20]，方法如下：環(huán)境溫度20 ℃，P/50型探頭，測(cè)前速度2 mm/s，測(cè)試速度1 mm/s，測(cè)后速度1 mm/s，壓縮比75%。每個(gè)處理測(cè)8個(gè)平行。

1.4.5 感官評(píng)價(jià)

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)培訓(xùn)的評(píng)分小組人員對(duì)熟制后的牛肉糜餅從色澤、滋味、口感和組織4個(gè)方面進(jìn)行打分。該實(shí)驗(yàn)主要參考王浩田等[21]的具體標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

1.4.6 掃描電鏡微觀結(jié)構(gòu)觀察

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

除特殊說(shuō)明外試驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(M±SD)表示。使用SPSS(IBM 13.0)分析、Oringin 8.0作圖，多重比較誤差使用Duncan、LSD法表示，顯著水平P<0.05、極其顯著水平P<0.01。

主成分分析進(jìn)行排序時(shí)，將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理為0～1之間的歸一值，牛肉糜及其肉糜產(chǎn)品期望蒸煮損失、b*、硬度、黏著性、咀嚼性等降低，水分含量、L*、a*、彈性、回復(fù)性等升高，對(duì)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行最大最小值法歸一化處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 κ-卡拉膠添加量對(duì)牛肉糜水分含量、蒸煮損失的影響

從圖1可以看出，隨著卡拉膠添加量的增加，牛肉糜的水分含量呈先增加再波動(dòng)然后趨于穩(wěn)定趨勢(shì)(P<0.05)，0.4%添加量下水分含量最大為74.99%。

一般來(lái)說(shuō)，蒸煮損失是反映肉糜乳化穩(wěn)定性的常用指標(biāo)之一，主要由肉糜加熱過(guò)程中的脂肪流失和水分揮發(fā)所引起，也會(huì)有部分可溶性蛋白、不溶性蛋白(如膠原蛋白)流失[23]。

由圖1可知，隨著κ-卡拉膠添加量的增多，蒸煮損失逐漸減少(P<0.01)，說(shuō)明κ-卡拉膠有效的參與了肉糜的油、水截留過(guò)程，添加量越多，效果越顯著。在加熱過(guò)程中，κ-卡拉膠與牛肉糜中鹽溶蛋白結(jié)構(gòu)充分展開，相互作用增強(qiáng)，并發(fā)生變性與聚集，使水分子運(yùn)動(dòng)受到束縛，進(jìn)而形成了強(qiáng)有力的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步將水保持在難以移動(dòng)的狀態(tài)[24]。

2.2 κ-卡拉膠添加量對(duì)牛肉糜色澤的影響

由圖2可以看出，隨著κ-卡拉膠添加量的增加，牛肉糜的L*、b*與空白對(duì)照組均存在顯著性差異(P<0.05)，添加量從0.1%增加到0.6%的過(guò)程中，L*、b*先降低后升高(P<0.05)，添加量為0.4%時(shí)L*最低為34.30，b*最低為9.70；a*基本呈持續(xù)降低趨勢(shì)(P<0.05)，一直減小到6.95，可能是由于試樣的持水力越來(lái)越強(qiáng)，蒸煮損失逐漸降低，水基數(shù)增大，使得其中肌紅蛋白濃度被稀釋，導(dǎo)致a*持續(xù)下降，本研究與于建行等研究添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0～0.8%卡拉膠的兔肉糜a*值均明顯下降結(jié)果相似[25]。

2.3 κ-卡拉膠添加量對(duì)牛肉肉糜餅質(zhì)構(gòu)的影響

如圖3所示，隨著κ-卡拉膠添加量的增加，硬度、彈性、黏著性、咀嚼性均呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢(shì)(P<0.05)，在添加量為0.4%時(shí)，肉糜的硬度、黏著性和咀嚼性最低。0.4%卡拉膠組的硬度是空白對(duì)照組的67.72%，黏著性是空白對(duì)照組的67.36%，咀嚼性是空白對(duì)照組的64.74%；彈性方面，各試驗(yàn)組與空白對(duì)照之間不存在顯著性差異。隨著κ-卡拉膠添加量的增加，單位體積內(nèi)形成凝膠的蛋白分子數(shù)量增加，促進(jìn)了與鹽溶蛋白分子間的交聯(lián)，形成凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)束縛住大量的游離水分，使得嫩度上升，硬度、咀嚼性減小，繼續(xù)增加κ-卡拉膠添加量會(huì)使得蛋白之間間隙填充過(guò)量，進(jìn)而引起凝膠強(qiáng)度增加，肉制品硬度、咀嚼性上升。與陸劍鋒研究卡拉膠對(duì)魚糜凝膠性質(zhì)影響時(shí)，變化趨勢(shì)先增高后不變的結(jié)果不一致[26]，可能是使用了不同的原料肉和處理方法的原因。有報(bào)道稱肌原纖維蛋白與κ-卡拉膠的混合凝膠的硬度受二者濃度配比、離子強(qiáng)度和pH值的影響，還受加工程序等工藝影響[27-28]。

2.4 κ-卡拉膠添加量對(duì)牛肉肉糜品質(zhì)特性影響的相關(guān)性分析

利用SPSS軟件Correlate程序?qū)εＨ饷悠焚|(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性進(jìn)行分析獲得Pearson相關(guān)系數(shù)，結(jié)果見表2。

注：“*”表示在P<0.05水平上顯著相關(guān)，“**”表示在P<0.01水平上極其顯著相關(guān)。

表2顯示，黃度值與亮度值呈極度正相關(guān)(0.686**)、與水分含量呈正相關(guān)(0.446*)，紅度值和彈性呈負(fù)相關(guān)(-0.541*)；硬度與黏著性(0.949**)、咀嚼性(0.939**)呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，黏著性與咀嚼性(0.983**)、回復(fù)性(0.458*)呈正相關(guān)，說(shuō)明質(zhì)構(gòu)特性中不同指標(biāo)之間具有關(guān)聯(lián)。蒸煮損失與水分含量呈極度負(fù)相關(guān)(-0.624**)，在試驗(yàn)組中，水分含量越大，蒸煮損失越小，結(jié)合圖1數(shù)據(jù)可知，卡拉膠有保水的作用，卡拉膠使用量越大，保水效果越好。

2.5 主成分分析法評(píng)價(jià)κ-卡拉膠添加量對(duì)牛肉肉糜品質(zhì)的影響

進(jìn)行主成分分析時(shí)，因子載荷值可以反映牛肉糜色澤、質(zhì)構(gòu)特性等指標(biāo)對(duì)主成分載荷的相對(duì)大小和影響的方向，數(shù)值反映對(duì)因子影響的大小程度，正負(fù)代表影響的方向[29]。由表3、圖4和圖5可知，前3個(gè)主成分特征值均大于1，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)84.071%，能夠反映牛肉糜品質(zhì)的大部分信息，故選取3個(gè)主成分進(jìn)行分析。表4是10個(gè)品質(zhì)指標(biāo)的載荷因子，其值高低可反映各變量在主成分中的重要程度。

從表4可以看出，第一主成分中載荷較高的有硬度(0.947)、咀嚼性(0.924)、黏著性(0.923)這類表征質(zhì)構(gòu)的指標(biāo)，且為正相關(guān)，說(shuō)明第一主成分高的時(shí)候，硬度、咀嚼性、黏著性較大，第一主成分的方差貢獻(xiàn)率為46.234%。第二主成分主要涵蓋了表征色澤的指標(biāo)，如L*(-0.885)，b*(0.929)，第二主成分的方差貢獻(xiàn)率為21.668%。第三主成分主要是a*，表征色澤，第三主成分的方差貢獻(xiàn)率為16.169%。這3個(gè)主成分是從質(zhì)構(gòu)和色澤的角度進(jìn)行了歸類，3個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)84.071%。

主成分分析進(jìn)行排序時(shí)，將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理為0～1之間的歸一值，分別對(duì)牛肉糜中蒸煮損失、b*等越小越好的指標(biāo)與水分含量、L*、a*、彈性等越高越好的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行最大最小值法歸一化處理。構(gòu)建主成分模型時(shí)，每個(gè)品質(zhì)變量的系數(shù)是各品質(zhì)變量的主成分載荷與其相對(duì)應(yīng)特征值所開的平方根相比[30]，以此為權(quán)重得到3個(gè)主成分的表達(dá)式如下：

F1=0.233X1-0.182X2+0.100X3-0.036X4-0.060X5+0.254X6-0.130X7+0.232X8+0.233X9+0.062X10

(1)

F2=-0.079X1+0.164X2-0.427X3+0.010X4+

0.432X5-0.056X6-0.005X7-0.003X8-0.007X9-

0.332X10

(2)

F3=0.122X1+0.175X2-0.060X3+0.463X4-0.010X5-0.041X6-0.339X7-0.058X8+0.002X9+0.318X10

(3)

以每個(gè)主成分對(duì)應(yīng)特征值的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重建立綜合評(píng)價(jià)模型，其表達(dá)式為:

-F=0.46234F1+0.21668F2+0.16169F3

(4)

歸一化后的數(shù)值帶入方程，計(jì)算出空白對(duì)照組與6個(gè)試驗(yàn)組品質(zhì)的綜合得分值并進(jìn)行排序，見表5。

根據(jù)綜合得分值，各試驗(yàn)組評(píng)分由高到低為：0.4%試驗(yàn)組>空白對(duì)照組>0.1%試驗(yàn)組>0.3%試驗(yàn)組>0.6%試驗(yàn)組>0.2%試驗(yàn)組>0.5%試驗(yàn)組。

2.6 感官評(píng)分驗(yàn)證主成分分析結(jié)果

從表6可以看出，感官評(píng)分中，色澤、組織、總分等均存在顯著性差異(P<0.05)，滋味不存在顯著性差異。整體色澤評(píng)分呈下降趨勢(shì)，尤其是添加量在0.5%、0.6%時(shí)，色澤評(píng)分較低，結(jié)合上文色澤指標(biāo)進(jìn)行分析，可能是因?yàn)樘砑恿繛?.5%、0.6%時(shí)改變了牛肉糜的顏色，黃度值增大，紅度值降低，吸引人的肉紅色造成的視覺吸引力減弱所致?？诟性u(píng)分上0.4%試驗(yàn)組大于其他試驗(yàn)組；組織結(jié)構(gòu)評(píng)分上依然是0.4%試驗(yàn)組大于其他試驗(yàn)組。感官總分大小依次是：0.4%試驗(yàn)組>0.3%試驗(yàn)組>0.2%試驗(yàn)組>空白對(duì)照組>0.1%試驗(yàn)組>0.6%試驗(yàn)組>0.5%試驗(yàn)組。感官評(píng)分來(lái)看，最優(yōu)添加組為卡拉膠添加量為0.4%的試驗(yàn)組，符合主成分分析結(jié)果。

注：同一行中，不同小寫字母之間表示差異顯著(P<0.05)。

2.7 κ-卡拉膠添加量對(duì)熱誘導(dǎo)凝膠牛肉糜微觀結(jié)構(gòu)的影響

由圖6可知，未添加κ-卡拉膠的肉糜凝膠內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松粗糙、孔洞較多，不均勻、不致密。隨著κ-卡拉膠添加量的增加，結(jié)構(gòu)上空洞逐漸變小且逐漸減少，質(zhì)地更加均勻、細(xì)膩，獲得更好的立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。κ-卡拉膠的添加可以使蛋白與卡拉膠之間相互作用形成致密穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以促進(jìn)牛肉鹽溶蛋白熱誘導(dǎo)凝膠更加均一、緊密、有序、富有彈性，可以具有更好的水油截留能力[21]，致密的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有助于捕獲更多的水分，這一微觀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)解釋了蒸煮損失的結(jié)果。在添加量逐漸增加至0.4%時(shí)，肉糜的微觀結(jié)構(gòu)趨于形成致密、穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以佐證κ-卡拉膠添加量到0.4%時(shí)硬度、咀嚼性越來(lái)越??；繼續(xù)增加κ-卡拉膠添加量，形成了結(jié)構(gòu)高度致密、高度有序，脂肪洗脫痕跡高度均勻的三維凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以佐證0.6%添加量時(shí)硬度、咀嚼性等指標(biāo)比0.4%添加量時(shí)高，也驗(yàn)證了主成分分析的結(jié)果。

3 結(jié)論

隨著κ-卡拉膠添加量增加，水分含量持續(xù)增大(P<0.05)，蒸煮損失持續(xù)減小(P<0.05)；L*、b*先降低后升高(P<0.05)，添加量為0.4%時(shí)最低；a*基本呈現(xiàn)持續(xù)降低趨勢(shì)(P<0.05)，一直減小到6.95；肉糜的硬度、黏著性、咀嚼性均呈現(xiàn)出先減少后增加的趨勢(shì)(P<0.05)，添加量為0.4%時(shí)最低。微觀結(jié)構(gòu)方面，空洞逐漸變小且逐漸減少，質(zhì)地更加均勻、細(xì)膩，獲得更好的立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，添加量為0.4%時(shí)已基本形成有序致密的結(jié)構(gòu)，添加量為0.6%卡拉膠時(shí)作用效果最強(qiáng)。

通過(guò)對(duì)牛肉糜水分含量、蒸煮損失、L*、硬度等10個(gè)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性和主成分分析，評(píng)價(jià)相同工藝條件下卡拉膠添加量對(duì)牛肉糜品質(zhì)的影響，從中提取了3個(gè)主成分，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)84.071%，一定程度上能全面反映牛肉糜品質(zhì)，建立了品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)模型，模型顯示，各試驗(yàn)組中綜合評(píng)價(jià)得分最高的是卡拉膠添加量0.4%的試驗(yàn)組，該模型為西門塔爾雜交牛肉糜類產(chǎn)品的生產(chǎn)與品質(zhì)改良提供參考，對(duì)西門塔爾雜交牛加工制作肉糜產(chǎn)品具有重要的指導(dǎo)意義。