過熱蒸汽預處理對牛肉品質的影響

彭佳歡,張春江,高 原,張 泓,黃 峰,張 良,*,趙志磊

(1.河北大學質量技術監督學院,河北保定 071000; 2.中國農業科學院農產品加工研究所/農業部農產品加工綜合性重點實驗室,北京 100193; 3.保定市市場監督管理局食品執法支隊食品藥品檢驗所,河北保定 071000)

中國傳統菜肴世代相傳,延續至今,其色香味俱全,聞名中外[1]。中式菜肴的烹飪技術種類繁多,如蒸、炸、燒、烤、煎、燉等,其最大的特點是復雜多變,每一道菜都由主料、配料以及廚師精湛的烹飪和調味技術搭配而成,中國傳統菜肴標準化和工業化生產的進程任重而道遠[2]。以土豆燒牛肉為例,傳統制作方法要經過原料制備、牛肉焯水、煸炒、調味、燉煮等,工藝復雜、耗時長,有必要對加工工藝進行適宜性改造。其中焯水預煮處理過程主要實現牛肉定型,去除血水等效果,在生產上存在汁液損失大、效率低、能耗高等問題。有必要采用新的定型預處理技術,最大程度保留牛肉的原有品質,并有效減少牛肉表面的微生物,為下一步加工提供適宜性的中間產品。

過熱蒸汽是一種新型熱加工技術,水在一定壓力下受熱,達到沸點后形成飽和水蒸氣,飽和蒸汽在常壓下進一步加熱,使蒸汽溫度升高而超過飽和溫度,形成過熱蒸汽[3]。近年來,已有過熱蒸汽技術應用于肉類、蔬菜、谷物等表面瞬時殺菌以及豬肉等脫油效果的研究[4-7],團隊前期在過熱蒸汽加工方面也進行了一定的探索,Wang等[8]研究了豬通脊在過熱蒸汽加工過程中食用品質的變化,結果顯示，與傳統熱風處理相比,過熱蒸汽組的豬肉色澤和樣品整體可接受度更高,并且脂肪氧化程度顯著低于熱風處理。尹莉麗等[9]對過熱蒸汽加工紅燒肉與傳統燉煮的品質進行了研究,研究結果顯示過熱蒸汽組紅燒肉的水分含量明顯高于傳統紅燒肉,脂肪含量明顯低,蛋白質含量相對高,且口感、風味更佳。上述結果表明過熱蒸汽技術在肉類及傳統菜肴加工方面具有獨特的優勢,如傳熱效率高、加熱速度快、營養損失少、降脂減鹽等特點,在菜肴加工中具有廣闊的應用前景[10-11]。目前,過熱蒸汽技術運用在菜肴預處理環節的研究很少。

本研究以牛上腦為研究對象,研究了不同溫度和時間下過熱蒸汽預處理對牛肉品質的影響,以此來替代土豆燒牛肉菜肴中牛肉焯水的步驟,從而為過熱蒸汽在肉類加工上的應用提供數據支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

牛上腦 取自4 ℃下成熟24 h的西門塔爾雜交公牛(年齡為2歲左右,體重為(400±50) kg),北京卓宸畜牧有限公司,真空包裝后冰浴運回實驗室,儲藏于-35 ℃冰箱中;硫酸銅、硫酸鉀、硫酸、石油醚 均為分析純,國藥集團化學試劑有限公司。

臺式350蒸汽數控烤箱 日本直本工業株式會社;TA.HDplus質構儀 英國Stable Micro System公司;CR-400色差計 柯尼卡美能達(日本)公司;JSM-6700F掃描電子顯微鏡 日本電子(JEOL)公司;BS2SS型電子分析天平 北京賽多利斯計量儀器有限公司;SKP-02.200恒溫培養箱 黃石市恒豐醫療器械有限公司;DGG-9203A電熱恒溫鼓風干燥箱 上海森信實驗儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備 牛肉預先在4 ℃環境下解凍,去除表面筋膜和結締組織,清水洗凈后順著肌纖維切成2.5 cm×2.5 cm×2.5 cm的方塊,將切好的肉隨機分為處理組和2個對照組。過熱蒸汽處理組:將肉樣放在烤盤中,放入已提前預熱至設定溫度的過熱蒸汽烤箱中,處理溫度:150、200、250、300 ℃,處理時間分別為:30、60、90、120 s;對照組為焯水處理和處理時間為0 s(不經任何處理的生牛肉),焯水處理:冷水放入肉塊(水∶肉=2∶1),水開后(99±1) ℃后保持5 min;所有處理組到達預處理時間后迅速取出,裝入自封袋放在冰水中冷卻10 min以停止加熱反應。經過熱蒸汽預處理的牛肉表面微生物均低于檢出限(<300 CFU/g)。

1.2.2 色澤測定 色澤測定參照Maqsood等[12]的方法,使用便攜式色差計進行測定,色差計校正后,鏡頭垂直置于牛肉樣品上,鏡口緊扣肉面,記錄樣品的亮度值(L*)、紅度值(a*)和黃度值(b*)。

1.2.3 硬度測定 硬度的測定方法參照陳馳等[13]的方法,并略有修改。將預處理完的牛肉樣品順著肌纖維方向切成2 cm×2 cm×1 cm的小塊,用質構儀進行測定,測定條件:探頭型號為P6探頭,測試前速度為2.0 mm/s,測試中速度為1 mm/s,測試后速度為2.0 mm/s,壓縮距離為60%。

1.2.4 剪切力值測定 剪切力值的測定方法參照Segovia等[14]的方法。將牛肉塊順著肌纖維方向切成1.5 cm×2 cm×1 cm的小塊,用質構儀測定。測試條件:探頭型號為HDP/BSW探頭,測試前速度為2.0 mm/s,測試中速度為1.0 mm/s,測試后速度為2.0 mm/s,測試距離為33 mm,初始激發力為10 g。

1.2.5 蒸煮損失測定 參照Shackelford等[15]的方法。在預處理之前將肉塊稱重(精確到0.01 g),到達加熱時間后取出肉塊,用廚房紙輕吸表面水分后稱重,蒸煮損失率的計算公式為:蒸煮損失率(%)=(蒸煮前肉塊的質量-蒸煮后肉塊的質量)/蒸煮前肉塊的質量×100。

1.2.6 微觀結構 用掃描電子顯微鏡來觀察肌纖維的顯微結構,測定方法參照Palka等[16],并略有修改。將肉樣順著肌纖維方向切成(1 mm×2 mm×5 mm)的肉條,放入2.5%的戊二醛溶液中固定24 h,用0.1 mmol/L、pH7.4的磷酸鹽緩沖液沖洗3次,室溫27～28 ℃放置2 h。將樣品用蒸餾水沖洗,然后采用濃度為30%、50%、60%、70%、80%、90%和100%的乙醇進行梯度脫水,其中100%的乙醇脫水2次,每次10 min,在侵入乙酸戊二酯中置換,樣品經超臨界CO2干燥儀干燥后,用刀片切出平整的切面后粘臺,后用IB.5型離子濺射噴金儀真空噴金,最后用掃描電子顯微鏡觀察顯微結構并拍照。

1.2.7 礦物質含量測定 鈉、鉀含量測定參照GB 5009.91-2017[17]、鎂含量測定參照GB 5009.241-2017[18]、鈣含量測定參照GB 5009.92-2016[19]、鐵含量測定參照GB 5009.90-2016[20]、鋅含量測定參照GB 5009.14-2017[21]和銅含量測定參照GB 5009.13-2017[22]中的火焰原子吸收光譜法進行測定;磷含量測定參照GB 5009.87-2016[23]中的鉬藍分光光度法測定。

1.3 數據處理

每個樣品至少設3個平行。數據分析與結果繪圖分別采用SPSS 21.0、Excel 2013和Origin 9軟件,結果以平均值±標準差表示。實驗數據采用ANOVA進行Duncan’s式多重差異分析。

2 結果與分析

2.1 過熱蒸汽預處理對牛肉色澤的影響

色澤是消費者接受生肉、熟肉或肉制品的一個重要因素,肉的顏色是由肌紅蛋白色素含量和組分的變化決定的[24]。表1～表3 為不同預處理條件下牛肉的色澤變化。由表1可以看出,預處理后牛肉的L*值要高于生牛肉的值,相同溫度下,隨著加熱時間的延長,過熱蒸汽處理組L*值呈現上升的趨勢,在150 ℃、90 s時達到最高值,加熱時間為120 s時,L*值略微下降,并且過熱蒸汽處理組L*值高于焯水處理組。由表2可知,a*變化與L*不同,同一溫度處理下,隨著加熱時間的延長,a*值減小,過熱蒸汽處理組a*值高于焯水處理組,但兩者都顯著低于生牛肉的a*值(P<0.05)。這些變化與前人研究結果一致[25-26]。這可能是由于高溫會使肌紅蛋白降解,脫氧肌紅蛋白和氧合肌紅蛋白降低,珠蛋白血色素、高鐵肌紅蛋白增加,進而導致a*值降低[27-28]。隨著加熱溫度的升高和時間的延長,與生牛肉相比,預處理后b*增加,但過熱蒸汽處理組樣品差異不顯著(P>0.05)。因此,過熱蒸汽預處理后,牛肉呈現熟的感官,L*、a*和b*值都高于焯水預處理,可能是由于過熱蒸汽中處于低氧環境且快速升溫造成的[29]。

表1 不同預處理溫度和時間對牛肉L*的影響Table 1 Effect of different heating temperatures and time on L* of beef

表2 不同預處理溫度和時間對牛肉a*的影響Table 2 Effect of different heating temperatures and time on a* of beef

表3 不同預處理溫度和時間對牛肉b*的影響Table 3 Effect of different heating temperatures and time on b* of beef

2.2 過熱蒸汽預處理對牛肉硬度值的影響

硬度也可以理解為肉的嫩度,硬度值越低,則肉的嫩度越好[30]。如圖1所示為不同過熱蒸汽條件下牛肉的硬度值,由圖1可以看出與生牛肉的硬度值相比,過熱蒸汽處理和焯水處理硬度值增加。而且隨著過熱蒸汽處理溫度的增加和處理時間的延長,硬度值顯著增大(P<0.05),處理時間為30 s和60 s時硬度較低在(403.15±110.23)～(770.85±63.53) g之間。處理溫的度為250 ℃處理時間為120 s時硬度值最大,并且在300 ℃時下降。這與蒸煮損失的趨勢一致,可能是由于明膠的作用,樣品溫度較高時促使周圍結締組織膠原蛋白發生物理變化,在延長的加熱時間后,膠原蛋白進一步水解并形成明膠使硬度值降低[31]。而焯水處理組的硬度值顯著大于過熱蒸汽處理組(P<0.05),可能是由于牛肉在熱水中肌原纖維蛋白變性和膠原蛋白嚴重收縮所致,其損失也最為嚴重。

圖1 不同預處理溫度和時間對牛肉硬度的影響Fig.1 Effect of different heating temperatures and time on hardness of beef

2.3 過熱蒸汽預處理對牛肉剪切力值的影響

剪切力值也往往是評價肉質品嫩度的方法之一,加熱引起的肉嫩度變化主要時由于肉中肌原纖維蛋白和膠原蛋白的熱變性所致[32-33]。牛肉的剪切力值如圖2所示,隨著過熱蒸汽處理溫度的增加和處理時間的延長,剪切力值呈現逐漸升高的趨勢,肉中剪切力值的升高可能會引起肉質變老[34]。但在不同的處理溫度下,時間30 s時剪切力值較小,且顯著低于其他時間處理組和焯水處理(P<0.05)。處理溫度為250、300 ℃,處理時間為60和90 s時的剪切力值與生牛肉的剪切力值無顯著性差異(P>0.05),處理溫度150、250和300 ℃處理時間為120 s時剪切力值與其它處理時間相比升高，且與焯水處理組無顯著性差異(P>0.05),但低于焯水處理組。溫度為250～300 ℃,處理時間為90、120 s時牛肉的剪切力值升高，但兩者比較變化不顯著(P>0.05)。

圖2 不同預處理溫度和時間對牛肉剪切力的影響Fig.2 Effect of different heating temperatures and time on shear force of beef

2.4 過熱蒸汽預處理對牛肉蒸煮損失的影響

蒸煮損失是決定肉制品在加工過程中出品率的重要指標。不同預處理條件下牛肉的蒸煮損失率見圖3所示。從圖3可以看出,隨著過熱蒸汽溫度的升高和時間的延長,蒸煮損失率逐漸增大,這可能是熱處理后肌原纖維中的蛋白質變性所致[35]。當處理時間為30、60和90 s時,與焯水處理組相比，其蒸煮損失值較低,而不同溫度下加熱60 s差異較小,損失率在9.24%±2.29%～13.94%±1.42%之間。過熱蒸汽溫度為250 ℃,加熱時間120 s時,蒸煮損失率最大為22.40%±1.23%,在300 ℃時略有下降。焯水處理組蒸煮損失率為38.07%±0.57%,顯著大于過熱蒸汽處理組(P<0.05)。蒸煮損失是加熱過程中從樣品中損失的液體和可溶物質的組合,其與食品的多汁性呈負相關的關系,故蒸煮損失越小,成品的多汁性也相對較好、出品率高[36-37]。過熱蒸汽處理組的蒸煮損失低于焯水處理,故其水分流失少,營養保持較好。基于以上分析，從蒸煮損失和耗能角度考慮，30 s時雖然蒸煮損失小，但牛肉表面會有血水滲出，而200和300 ℃處理90 s時蒸煮損失顯著增加(P<0.05)且耗能增大，因此本實驗后續指標測定選用過熱蒸汽處理溫度為150～300 ℃，處理時間60 s。

圖3 不同過熱蒸汽溫度和時間對牛肉蒸煮損失的影響Fig.3 Effect of different heating temperatures and time on cooking loss of beef

2.5 微觀結構觀測

圖4為不同預處理條件下牛肉的微觀結構圖。由圖4可以看出生牛肉肌纖維空隙較小,肌束膜完整。過熱蒸汽溫度150和200 ℃處理60 s時,肌束膜和肌內膜結構相對清晰,肌束膜將肌纖維緊密束起,與生牛肉結構相似。隨著處理溫度的升高,肌纖維間空隙呈減小的趨勢,肌纖維間越來越緊密,可以看出焯水處理,肌束膜收縮程度變大,肌纖維空隙較大,對肉的肌纖維的破壞較大,這與前人的研究結果相似[38]。而過熱蒸汽處理在300 ℃下處理60 s肌束膜和肌纖維結構仍清晰可見。這表明,過熱蒸汽處理對牛肉結構的破壞遠低于傳統的焯水處理,能夠較好地保留牛肉的品質。

圖4 牛肉在不同預處理條件下的掃描電鏡圖(450×)Fig.4 Scanning electron micrographs of beef treated at different conditions(450×)注:a:生牛肉;b～e:150、200、250、300 ℃過熱蒸汽處理60 s;f:焯水處理。

2.6 過熱蒸汽預處理對牛肉礦物質含量的影響

鉀、鎂、鈉、磷、硫、鈣是人體必需的常量元素,不同的處理方法對肉品中礦物質的含量有重要的影響[39]。表4為預處理對牛肉礦物質含量的影響。可以看出,除鈣元素外,傳統的焯水處理會造成牛肉擴物質大量流失,過熱蒸汽處理同樣會造成礦物質的損失,且隨溫度的升高礦物質含量呈逐漸降低的趨勢,但都高于焯水處理組。在生牛肉中,鉀、鎂、鐵、鋅元素的含量分別是(17.21±0.08)、(3.92±0.00)、(0.69±0.00)、(2.04±0.03) mg/kg,經過焯水處理后,分別下降了49%、34%、23%和19%。而過熱蒸汽250 ℃處理60 s后,只下降了17%、12%、12%和16%。鄭渝川等[40]研究了水煮后牛肉中的鎂含量顯著低于生肉中鎂的含量。Oz等[41]報道了牛肉在經微波、油煎、水煮等處理后,鐵含量低于生牛肉,與本研究結果類似。因此,熱加工都會在一定程度上造成牛肉礦物質含量下降,但是過熱蒸汽的影響相對較小。

表4 不同預處理溫度對牛肉礦物質含量的影響Table 4 Effect of different heating temperatures on minerals content of beef

3 結論

不同過熱蒸汽預處理的時間和溫度對牛肉的蒸煮損失、色澤、硬度、微觀結構、礦物質含量等均有一定的影響。隨著處理時間和處理溫度的增加,牛肉亮度值L*、黃度值b*增加,紅度值a*降低,牛肉的硬度值增加,焯水處理組硬度值最高。并且過熱蒸汽處理能較好地保留牛肉的營養成分,處理時間為30、60和90 s時,蒸煮損失較低,過熱蒸汽處理溫度為150、200和300 ℃，處理時間為120 s時蒸煮損失升高,而焯水處理損失率遠大于過熱蒸汽處理組(P<0.05)。掃描電鏡顯示,過熱蒸汽組牛肉的肌纖維結構比焯水牛肉的結構更完整。且礦物質含量鉀、鎂、鐵、鈉等損失較小。總體而言,過熱蒸汽處理后牛肉的品質優于焯水處理組,過熱蒸汽150～300 ℃處理時間60 s時,能夠使色澤、質構和營養等品質保持較好,可以替代土豆燒牛肉菜肴中牛肉焯水的步驟。