改良醋酸浸漬法對牛肉嫩化效果影響的研究

陳武東，杜險峰，周舟

(哈爾濱商業大學 旅游烹飪學院，哈爾濱 150028)

牛肉的優質蛋白含量高，脂肪含量較低，鐵、鈣、錳、鋅的含量高[1]，僅次于豬肉，成為中國人民消費比重第二大的肉類[2]。牛肉的肌氨酸和肉毒堿含量遠高于禽肉，可促進脂肪的代謝速度并產生支鏈氨基酸，對人體有增肌健體作用[3]。牛腱肉即牛的前、后腿肉，細分為前腱肉和后腱肉，筋膜和肉相間分布，適合燉、燒、燜、醬等[4]烹飪方式。對于我國消費者而言，消費觀念已經從吃得飽向吃得好進階，消費者在購買牛肉制品的過程中，趨向于挑選肉質柔軟適中、鮮嫩且適口性強的產品。因此，改善牛肉的基礎硬度，提升牛不同部位肉的質構和適口性，成為了國內外肉類研究科學的熱點問題之一。

國內外有許多學者對牛肉嫩化方法做了相應的基礎研究，比如趙改名等[5]研究的單一鹽類嫩化技術；楊鴻基等[6]研究的木瓜蛋白酶復合鹽類嫩化技術；孫海磊等[7]、陳一萌等[8]研究的超聲波結合外源酶或鈣鹽嫩化技術；也有學者利用有機酸發酵物改善食物的質地和風味，比如許凌志[9]利用乳酸發酵物改變牛肉干的口感；趙福建[10]對比傳統方法以及乳酸發酵工藝制作醬牛肉，加入乳酸的醬牛肉質地和風味有明顯改善；肖付才等[11]通過添加1%的檸檬酸處理泡菜，使得泡菜整體感官評分提高；但利用有機酸嫩化牛肉的研究相對較少，且大多數研究者認為有機酸浸漬處理耗時長，嫩化過程緩慢，從而選擇有機酸注射法提高嫩化效率，但是有機酸注射法的嫩化時間依舊很長，效率相對較低，王可等[12]研究發現乳酸注射法嫩化牦牛肉的最佳靜置時間是12 h；張寶珣等[13]研究不同濃度乳酸對不同年齡秦川牛肉的嫩化效果時所需靜置時間為24 h；湯高奇等[14]研究發現醋酸注射法嫩化牛通脊肉的最佳醋漬時間為6 h。本實驗運用全溫度振蕩培養箱，采用固定的振蕩頻率，以期在改良醋酸浸漬法、減少醋酸浸漬時間的同時保證牛肉的嫩化效果。研究表明，弱有機酸的使用讓蛋白質表面靜電荷發生變化，肌原纖維蛋白吸水膨脹，肌纖維間隙變大，從而保留更多的水分[15]；弱有機酸的處理會使肌束膜中結締組織變弱；通過弱有機酸調節pH值使得維系肌原纖維結構完整的蛋白質和其他相關的蛋白質發生降解[16]，在這些因素的綜合作用下改善牛肉的嫩度。肉類嫩化過程中經常使用的有機酸有醋酸[17]、檸檬酸、乳酸以及蘋果酸，有機酸嫩化法安全有效、風味獨特、操作簡單、成本相對較低。

本文以醋酸這種成本最低、風味濃厚[18]的有機酸對牛腱肉進行嫩化，通過單因素實驗比較不同醋酸添加量、浸漬時間和浸漬溫度下牛肉的含水量、剪切力、pH值和感官評價[19]等指標的變化，使用Design Expert軟件對實驗模型進行優化，以感官評價為優化目標，研究醋酸對牛腱肉嫩化的最佳條件。

1 材料與儀器

1.1 實驗材料

牛腱肉：重慶恒都農業集團有限公司；寶鼎天魚30°醋：上海寶鼎釀造有限公司。

1.2 主要儀器與設備

TMS-Touch 250 N質構儀 美國Food Technology Corporation；JD200-3電子天平 福州華志科學儀器有限公司；DGG-9000電熱恒溫鼓風干燥箱 上海森信實驗儀器有限公司；DC-12H恒溫水浴鍋 上海安譜科學儀器有限公司；Ultra-Turrax T25 Basic高速勻漿器 德國IKA-Werke公司；PHS-3C pH計 上海雷磁儀器廠；BC/BD-317HEF電冰箱 青島海爾電冰柜有限公司；HZQ-F160全溫度振蕩培養箱 常州金壇精達儀器制造有限公司。

2 實驗方法與設計

2.1 實驗方法

2.1.1 樣品處理

將牛腱肉在0～4 ℃環境下解凍后切成3 cm3的方塊狀；將表面脂肪和可見結締組織剔除，用松肉器在牛肉塊每個表面刺入1 cm后分別放入對應量的醋酸溶液中，把容器蓋上蓋子后，放入全溫度振蕩培養箱中，設定相應的溫度和時間，振蕩速度固定為100 r/min。

2.1.2 剪切力的測定

參照NY/T 1180-2006《肉嫩度的測定 剪切力測定法》，將待測肉樣放在真空蒸煮袋中，放在恒溫水浴鍋中83 ℃加熱，用熱電偶實時監測肉樣中心溫度，當肉樣中心溫度達到70 ℃時，將肉樣取出冷卻至室溫，將肉樣切成1 cm3的長條狀，用單刀剪切復合探頭測定，探頭型號為HDP/BS。參數設置為：起始力為0.3 N，測試速度為30 mm/s，回程速度為60 mm/s，回程距離為40 mm，再進行剪切力測定，樣品重復測定3次。

2.1.3 pH值的測定

參照GB 5009.237-2016《食品安全國家標準 食品pH值的測定》，精確稱取牛肉5 g用小型絞肉機將肉樣絞碎后，加入10倍于待測樣品質量的氯化鉀溶液(0.1 mol/L)，用均質儀進行均質，用PHS-3C pH計進行測定，待讀數穩定后，直接讀數，精確至0.01，重復測定3次。參考標準：一級鮮度5.8～6.2，二級鮮度6.3～6.6，變質肉>6.7。

2.1.4 水分含量的測定

參照GB 5009.3-2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》中的直接干燥法測定。

2.1.5 感官評價

把用醋酸嫩化處理后的牛腱肉烹飪加工成紅燒牛肉，為防止輔料對牛腱肉的感官評價產生影響，選擇最簡單的配方對牛腱子肉進行烹飪加工，并對空白對照組的牛肉肉樣進行相同的烹飪加工。感官評定小組由15名烹飪專業人員組成，感官評價前進行嚴格訓練，學習和確認牛肉的感官評價標準，通過對樣品的仔細觀察、品嘗和觸摸，對各指標進行評分，最后算出各項樣品的綜合得分，具體評價標準見表1。

表1 紅燒牛腱肉感官評分標準

2.2 實驗設計

2.2.1 不同醋酸添加量對牛腱肉的嫩化實驗

固定肉樣質量為15 g、浸漬溫度為20 ℃、浸漬時間為2 h、振蕩轉速為100 r/min，在容器1～6中分別加入200 mL的蒸餾水，分別加入0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的醋酸溶液，以0%的牛腱肉作為對照，初步確定適合牛腱肉嫩化的醋酸添加量，每個添加量平行實驗3次。

2.2.2 不同浸漬時間對牛腱肉的嫩化實驗

固定肉樣質量為15 g、浸漬溫度為20 ℃、醋酸添加量為1.5%、振蕩轉速為100 r/min，在容器1～6中分別加入200 mL的蒸餾水，置于全溫度振蕩培養箱中分別振蕩浸漬1，2，3，4，5 h，以不進行振蕩浸漬的牛腱肉作為對照組，初步確定適合牛腱肉嫩化的振蕩浸漬時間，每個振蕩浸漬時間點重復實驗3次。

2.2.3 不同浸漬溫度對牛腱肉的嫩化實驗

固定肉樣質量為15 g、浸漬時間為2 h、醋酸添加量為1.5%、振蕩轉速為100 r/min，在容器1～6中分別加入200 mL的蒸餾水，置于全溫度振蕩培養箱中以4，10，20，30，40，50 ℃分別振蕩浸漬處理，初步確定適合牛腱肉嫩化的振蕩浸漬溫度，每個振蕩浸漬溫度重復實驗3次。

2.2.4 BBD響應曲面優化實驗

根據單因素實驗結果，選取醋酸添加量(A)、浸漬時間(B)和浸漬溫度(C)3個因素中嫩化效果較好的范圍，以牛腱肉的感官評價得分作為響應值，采取三因素三水平的響應曲面分析法對牛腱肉的嫩化方案進行優化，得到最佳的嫩化方案，實驗因素水平見表2。

表2 響應面實驗因素水平表

2.3 數據處理

所有數據均為3次平行實驗后所得結果，以平均值±標準差表示；所有實驗數據均采用Microsoft Excel 2007進行數據收集和前期處理；采用SPSS 26.0統計分析軟件中的One -Way ANOVA進行方差分析和顯著性檢驗，P<0.05表示差異顯著；采用Design-Expert 8.0.6進行實驗設計和處理。

3 結果與分析

3.1 醋酸添加量對牛腱肉嫩化效果的影響

3.1.1 醋酸添加量對牛腱肉含水量、pH值與剪切力的影響

肉的含水量在一定程度上可以代表肌纖維蛋白吸水膨脹的程度以及肌纖維間隙的持水能力，但肉的含水量并不是越高越好，因此，我們需要結合烹飪后牛肉制品的感官評價進行綜合分析，剪切力是通過儀器模擬口腔咬合測量肉的嫩度。

由表3可知，在浸漬溫度為20 ℃、浸漬時間為2 h的條件下，隨著醋酸添加量的增加，肉樣含水量顯著提高(P<0.05)，在添加量為1.0%、1.5%和2.0%時差異并不顯著(P>0.05)，在0.5%、1.0%和2.5%時含水量顯著增加(P<0.05)；樣品的剪切力值在醋酸添加量為0.5%、1.0%和1.5%時顯著降低(P<0.05)，嫩化效果明顯。用弱有機酸處理牛肉后，隨著牛肉pH值的下降，肉的pH開始偏離肌原纖維蛋白質等電點，蛋白質表面會形成更多和水分子結合的氫鍵位點，使得肌原纖維蛋白吸水膨脹；隨著蛋白質表面負電荷的增加，蛋白質分子間的靜電斥力隨之增加，導致肌絲相互排斥，肌纖維間隙增大，保水性增加。隨著醋酸添加量的增加，肉樣的pH值顯著下降，肉樣的剪切力值也顯著減小，說明醋酸調節pH值也是牛肉嫩化的一個重要因素，這與湯高奇等的研究結果一致。

表3 醋酸添加量對牛腱肉含水量、pH值與剪切力的影響Table 3 The effect of acetic acid additive amount on the water content, pH value and shear force of beef shank

3.1.2 醋酸添加量對紅燒牛腱肉感官評價的影響

由表4可知，隨著醋酸添加量的增加，肉品的色澤、滋味和組織狀態評分逐步降低，嫩度評分呈先升高后降低的趨勢，色澤、滋味和組織狀態評分在醋酸用量為2.0%和2.5%時顯著下降(P<0.05)，與此同時，總分也顯著降低(P<0.05)，這說明隨著醋酸添加量的增加，嫩度顯著提高的同時也破壞了牛肉結締組織和蛋白結構的完整性，導致牛肉缺少了咀嚼性，入口即化的口感使得肉樣嫩度得分顯著下降；色澤和滋味評分顯著下降主要和醋酸濃度過高導致的色澤不均、褐變以及醋酸味過于濃烈有關。綜合表3和表4，1.5%的醋酸添加量在有效改善牛腱肉嫩度的同時，保持相對較好的感官狀態。

表4 不同醋酸添加量下紅燒牛腱肉的感官評分Table 4 The sensory scores of braised beef shank with different additive amount of acetic acids

3.2 浸漬時間對牛腱肉嫩化效果的影響

3.2.1 浸漬時間對牛腱肉含水量、pH值與剪切力的影響

由表5可知，在醋酸添加量為1.5%、浸漬溫度為20 ℃的條件下，隨著浸漬時間的延長，肉樣含水量在逐漸增大，pH值逐漸減小，剪切力值相應減小，這表明隨著浸漬時間的增加，嫩化效果隨之增強；而在浸漬時間為4 h和5 h時，肉樣剪切力差異并不顯著(P>0.05)，說明浸漬時間達到4 h之后，肉樣已經過度嫩化，浸漬時間對肉樣嫩度的影響程度顯著下降。

表5 浸漬時間對牛腱肉含水量、pH值與剪切力的影響Table 5 The effect of impregnation time on the water content, pH value and shear force of beef shank

3.2.2 浸漬時間對紅燒牛腱肉感官評價的影響

由表6可知，隨著浸漬時間的延長，牛肉肉樣的色澤、滋味以及組織狀態評分逐步下降，嫩度評分呈現先緩慢上升隨后快速下降的趨勢；當浸漬時間達到3 h與4 h時，肉樣的色澤、滋味、嫩度以及組織狀態評分差異顯著(P<0.05)；當浸漬時間從3 h增加到4 h時，總分顯著下降(P<0.05)，由此可見，在醋酸浸漬時間達到3 h時，肉樣嫩度已經達到相對較好的水平，再進一步增加浸漬時間，肉樣嫩化過度，組織結構被過度破壞，含水量即使相對較高，但持水性相對下降，且對牛腱肉的色澤和適口性影響較大。因此，綜合表5和表6，醋酸浸漬時間為3 h時，可有效改善牛腱肉嫩度，而且保持相對較好的感官品質。

表6 不同浸漬時間下紅燒牛腱肉的感官評分Table 6 The sensory scores of braised beef shank under different impregnation time

3.3 浸漬溫度對牛腱肉嫩化效果的影響

3.3.1 浸漬溫度對牛腱肉含水量、pH值與剪切力的影響

由表7可知，在醋酸添加量為1.5%、浸漬時間為3 h的條件下，隨著浸漬溫度的升高，肉樣含水量大體呈現先上升后下降的趨勢，剪切力呈現先緩慢下降后快速上升的整體趨勢，pH值在20 ℃后變化差異不顯著(P>0.05)，其中肉樣的含水量在20 ℃后顯著降低(P<0.05)，剪切力值在30 ℃時達到最低值，隨后顯著上升，這說明浸漬溫度在20 ℃和30 ℃之間時，醋酸的嫩化效果相對明顯，能夠達到較好的嫩化效果，隨后溫度繼續升高，肉樣的嫩度隨剪切力值的緩慢升高而顯著變小。

表7 浸漬溫度對牛腱肉含水量、pH值與剪切力的影響

3.3.2 浸漬溫度對紅燒牛腱肉感官評價的影響

由表8可知，隨著浸漬溫度的升高，肉樣的色澤與組織狀態評分逐漸降低，嫩度和滋味評分呈先上升后下降的趨勢，色澤評分在4 ℃之后顯著下降(P<0.05)，在40 ℃之后趨于一致；組織狀態評分在30 ℃之后顯著下降(P<0.05)；嫩度、滋味評分和總分在浸漬溫度為20 ℃時達到最高水平，隨后繼續升溫至30 ℃，嫩度、滋味評分和總分顯著下降(P<0.05)，在浸漬溫度為20 ℃時，醋酸擴散已經相對均勻，因此嫩化效果明顯，評分相對較高，隨著浸漬溫度繼續升高，逐漸接近肉樣的蛋白質變性溫度，綜合評分顯著降低(P<0.05)。綜合表7和表8可知，浸漬溫度為20 ℃可有效改善牛腱肉的嫩度，并保持相對更好的感官品質。

表8 不同浸漬溫度下紅燒牛腱肉的感官評分Table 8 The sensory scores of braised beef shank under different impregnation temperatures

3.4 響應面實驗方案及其結果

使用Design Expert 10.0.7軟件對表9中的數據進行多元回歸擬合，得到感官評價得分對醋酸添加量(A)、浸漬時間(B)和浸漬溫度(C)的回歸方程：Y=85.94+0.31A+0.25B+0.33C-0.34AB-0.067AC+0.32BC-1.25A2-1.44B2-1.77C2。

表9 Box-Behnken實驗設計方案及結果Table 9 Box-Behnken experiment design scheme and results

由表10可知，模型的F值=27.23，P<0.0001，說明該方程模型極顯著；失擬項的F值=0.41，P=0.7544>0.05，表明該模型失擬不顯著，二元多項回歸方程擬合效果優良。在回歸模型中，一次項C對感官評分影響為顯著水平(P<0.05)，二次項A2、B2、C2對總體感官評分影響為極顯著水平(P<0.01)。根據多元二次回歸方程的各個系數絕對值的大小可判斷3個因素對感官評分的影響順序為 C>A>B，即浸漬溫度>醋酸添加量>浸漬時間。回歸模型的決定系數R2=0.9722，說明各因素對感官評分的解釋度高達97.22%，模型擬合優度大； RPred2=0.8621，RAdj2=0.9365，說明調整后的R2和預測的R2差異小于0.2，即該模型的決定系數可信度高；模型的信噪比為12.911>4，說明模型的擬合度和可信度較高；變異系數越小，實驗可信度越高，本實驗的變異系數為0.45，說明實驗的準確性和可信度較高。使用Design Expert 10.0.7軟件對以上實驗結果進行響應曲面分析，可以得到該方程模型的響應面圖和等高線圖，結果見圖1。由回歸模型分析可知，醋酸嫩化牛腱肉的最佳工藝為：醋酸添加量1.53%、浸漬時間3.04 h和浸漬溫度20.49 ℃，感官評分為85.98。

表10 回歸方程模型方差分析及其系數顯著性檢驗Table 10 Analysis of variance of regression equation model and significance test of coefficient

4 結論

對傳統的醋酸浸漬方法[20]做了一定的改進，在實驗過程中，使用全溫度振蕩培養箱，增加固定功率和振蕩速率進行恒溫振蕩的步驟，促進了醋酸對牛腱肉的均勻滲透和嫩化效果，還大幅度減少了有機酸浸漬嫩化法所需的時間。本實驗以感官評分為評價指標，以單因素實驗為基礎，運用響應面實驗優化醋酸嫩化牛腱肉的工藝，得出醋酸嫩化牛腱肉的最佳工藝為：醋酸添加量1.53%、浸漬時間3.04 h和浸漬溫度20.49 ℃，感官評分為85.98，各因素對總體感官評分的影響程度依次為浸漬溫度>醋酸添加量>浸漬時間。