正常牛肉与DFD牛肉成熟过程中保水性和水分状态变化

2020-08-06 18:11:57 食品科学杂志

牲畜屠宰后,肌肉组织自身的纤维结构和鲜肉受到的不同冷却、包装、加工处理会对肉中水分分布产生影响,并最终影响鲜肉的保水性,低保水性会导致胴体质量降低,使生产商蒙受损失;此外,在商超出售时,肉表面渗出的汁液会降低消费者的购买欲望。因此鲜肉保水性的相关研究一直为企业和肉类科学家的关注重点。DFD(dark,firm and dry)牛肉是由于肉牛宰前受到应激导致体内肌糖原含量降低,因此产生的乳酸不能使肌肉极限pH值下降到正常范围内的一种异质肉。DFD牛肉具有良好的保水性,因此研究DFD牛肉成熟过程中水分状态的变化并阐明DFD牛肉保水性好的原因,可为改善正常肉与肉制品的保水性提供新的思路。

肉在成熟过程中,结合水、不易流动水和自由水的状态和比例会发生变化,并因此影响生鲜肉的保水性。低场核磁共振(LF-NMR)技术可以通过检测肉中氢质子的存在状态反映肉中不同状态水分的自由度和相对含量,此外核磁共振成像也可通过亮度来表征肉中氢质子密度,直观反映水分的变化。目前已有基于LF-NMR技术测定正常猪肉在成熟过程中水分状态和迁移的研究,但DFD牛肉成熟过程中的水分状态变化研究仍鲜见报道。

因此,山东农业大学食品科学与工程学院的孙文彬、罗欣和牛乐宝*等人选取不同极限pH值的牛背最长肌为研究对象,分别测定成熟3、7、14 d和21 d的保水性变化,并通过LF-NMR技术探究其水分状态和迁移规律,同时测定成熟过程中肌节长度和细胞外空间的变化,以期从水分状态和肌肉组织角度解释DFD牛肉保水性较好的原因,并为提高正常牛肉制品的保水性提供理论指导和技术参考。

1 不同极限pH值牛肉成熟过程中pH值变化

结果显示,在宰后1 d和成熟3~21 d的过程中,正常牛肉pH值保持在5.43~5.58,而DFD牛肉pH值保持在6.55~6.75,DFD组宰后及成熟过程中平均pH值显著高于正常牛肉(P<0.05)。

2 不同极限pH值牛肉成熟过程中保水性变化

评价肉的保水性的指标有很多,通常选用某个指标来衡量肉的保水性,但通过不同指标评估成熟过程中牛肉的保水性,其趋势往往有差异。因此为了模拟牛肉在吊挂、成熟和烹饪过程中完整的保水性变化,本实验通过成熟过程中牛肉的汁液损失率、贮藏损失率、蒸煮损失率之和作为总水分损失来衡量。

结果显示,pH值与成熟时间对成熟过程中正常和DFD牛肉总水分损失率变化无交互作用,pH值和成熟时间均具有主效应。随着成熟时间的延长,正常牛肉的总水分损失率从24.00%升高到29.69%,而DFD牛肉的总水分损失率则从14.69%升高到18.95%,这意味着不同极限pH值的牛肉保水性在成熟过程中呈现持续稳定的下降。且在成熟过程中,DFD牛肉的总水分损失率平均值显著低于正常牛肉(P<0.05)。

3 不同极限pH值牛肉成熟过程中横向弛豫特性变化

结果显示,T2b代表结合水的自由度,其中pH值对T2b具有主效应,在成熟过程中不同极限pH值牛肉T2b均无显著变化。但是DFD牛肉的平均T2b显著低于正常牛肉(P<0.05)。反映不易流动水自由度的T21则受pH值和成熟时间交互作用的影响,在DFD牛肉组中,T21在成熟过程中并无显著变化,但正常牛肉的T21则随着成熟时间的延长逐渐降低。反映自由水自由度的T22受pH值主效应的影响,且随着成熟的进行逐渐延长,这说明肉中自由水在成熟过程中越来越活跃,因此更容易散失。且在本实验中,随着成熟的进行,除个别时间点外,DFD牛肉的T2b、T21、T2b始终低于正常牛肉,这意味着DFD牛肉各部分水分活跃度更低,这可能是DFD牛肉保水性较好的原因。

弛豫峰面积比P2代表着不同状态水分占总水分含量的比例,本实验中pH值和成熟时间对P2b、P21、P22均具有交互作用。其中P2b代表着结合水的相对含量,由于外力条件无法改变结合水与蛋白质分子紧密结合的状态;因此,在探究肉的保水性时,通常不考虑结合水的变化对保水性的影响。但在本研究中,DFD牛肉中的结合水不但具有较低的自由度,其相对含量也显著高于正常牛肉(P<0.05)。相应地,成熟过程中DFD牛肉中不易流动水的相对含量(P21)始终略低于正常牛肉。P22则是代表自由水的相对含量,成熟过程中DFD牛肉的自由水相对含量不稳定,成熟7 d的正常牛肉中的自由水相对含量显著上升(P<0.05),随后下降。

图2是通过LF-NMR成像技术获得的正常牛肉与DFD牛肉在成熟3、7、14 d和21 d所取样品的质子密度加权图像。图像亮度越高,说明肉样中氢质子密度越高,即水分含量更高。相比正常牛肉,DFD牛肉的核磁成像亮度更高,说明DFD牛肉中有较高的水分含量。但在成熟过程中,不同pH值组的牛肉核磁图像亮度变化不大。

4 不同极限pH值牛肉成熟过程中肌节长度变化

结果显示,本研究中牛肉肌节长度的变化受pH值主效应的影响,在成熟过程中,DFD牛肉的平均肌节长度为1.47μm,显著短于正常牛肉的1.91μm(P<0.05)。

5 不同极限pH值牛肉成熟过程中细胞外空间面积比变化

本实验中,牛肉细胞外空间面积受pH值和成熟时间交互作用的影响,由图3、4可知,成熟初期的DFD牛肉与正常牛肉的细胞外空间面积比差异不显著,但在成熟14 d后,正常牛肉肌细胞发生明显的肿胀,使得细胞间隙减小;而DFD牛肉在整个成熟过程中细胞外空间无显著性差异。细胞膜的完整程度对肌肉的保水性有重要影响,DFD牛肉宰后pH值下降速度慢,宰后初期细胞膜更加完整,且较短的肌节能够降低蛋白水解的速率,因此DFD牛肉具有更好的保水性。

另外,DFD牛肉的pH值更多地偏离肌球蛋白等电点5.1,较高的静电斥力使得纤维结构疏松,并且大量水分起到“增塑剂”的作用,使肌肉结构更加稳固,因而DFD牛肉的肌细胞在成熟过程中始终保持良好的形态,减少了水分的散失,这与显微照片呈现的结果一致。

6 相关性分析结果

横向弛豫特性与传统方式测定的保水性具有良好的相关性,因此有学者通过横向弛豫特性对肉品保水性进行检测或预测。pH值与T2b、T21呈极显著负相关(P<0.01),相关系数分别为-0.469、-0.624,这可能是较高的pH值使肉中主要蛋白质偏离等电点,增强了对水分子的束缚,降低了水分自由度,提高了肉的保水性。另外,pH值与肌节长度呈极显著负相关(r=-0.699,P<0.01),通常认为肌节长度与剪切力呈负相关关系,但肌肉pH值与肌节长度的关系还缺乏相关研究。

本实验中肌节长度与总水分损失率呈现极显著正相关(r=0.671,P<0.01),肌节长度与P21、T21呈极显著正相关(P<0.01),说明虽然较短的肌节长度可能使DFD牛肉中不易流动水的相对含量降低,但同时也降低了其自由度。依据相关性分析,较短的肌节可能会加强对肌丝内部水分的束缚,降低水分的自由度,并在烹饪过程中减少肌肉的收缩,减少水分散失。细胞外空间面积比与总水分损失率呈现极显著负相关(r=-0.503,P<0.01),通常认为成熟后期随着肌细胞肿胀,细胞外空间缩小,生鲜肉的保水性提高。本实验通过显微观察发现正常牛肉肌细胞肿胀的同时确实发生了裂解。

结 论

成熟过程中DFD牛肉与正常牛肉保水性均呈逐渐下降趋势,且DFD牛肉保水性显著高于正常牛肉。相比于正常牛肉,成熟过程中DFD牛肉中结合水、不易流动水和结合水自由度较低,且DFD牛肉中的结合水相对含量更高,这可能是DFD牛肉虽然保水性好但表面干燥的原因。此外,DFD牛肉肌节较短,可能因此降低了其不易流动水的相对含量,但肌节内狭窄的储水空间降低了肉中水分的自由度,并因此提高保水性。在成熟过程中,正常牛肉肌细胞逐渐发生肿胀,细胞外空间比下降但并未提高其保水性,可能是成熟过程中正常牛肉细胞破裂严重,而DFD牛肉肌细胞则仍保持良好形态,因此产生保水性差异。

本文《正常牛肉与DFD牛肉成熟过程中保水性和水分状态变化》来源于《食品科学》2020年41卷13期14-21页,作者:孙文彬,罗欣,毛衍伟,张一敏,朱立贤,梁荣蓉,左惠心,明丹丹,牛乐宝。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190529-356。点击下 阅读原文 即可查看文章相关信息。

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修改/编辑:袁月;责任编辑:张睿梅

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