冰温结合真空包装处理对牛肉组织
结构变化的影响

孙天利1,张秀梅1,张 平2,李江阔2,岳喜庆1,*

(1.沈阳农业大学食品学院,辽宁 沈阳 110866;2.国家农产品保鲜工程技术研究中心(天津),天津 300384)

 

要:在冰温结合真空包装(Cv)、0℃结合真空包装(Zv)、4℃结合真空包装(Fv)3个条件下,对宰后牛肉进行贮藏处理,每隔96h对牛肉的质地剖面分析(TPA)指标(硬度、弹性、凝聚性、胶性、咀嚼性)、肌节长度、肌原纤维小片化指数(MFI)进行测定。结果表明:除弹性外,其他质地剖面分析指标在Cv条件比在Zv、Fv条件下变化缓慢;Cv条件下,牛肉的肌节长度在第8天降到测定的最低值,而Zv、Fv条件下第1天就达到了测定的最低值;MFI随着贮藏时间的延长而逐渐增大,Cv条件下的MFI从第4天开始就与Zv、Fv条件下的MFI差异显著。冰温结合真空包装有效延迟了牛肉的僵直、解僵过程。该条件下贮藏,牛肉的组织结构性质变化缓慢,能较长时间使牛肉保持在较好的品质范围内。冰温结合真空包装处理对于宰后牛肉组织结构的改善,远远优于其他温度与真空包装结合的处理。

关键词:冰温;真空;质地剖面分析;肌节长度;肌原纤维小片化指数;牛肉

 

Effect of Controlled Freezing Point Storage Combined with Vacuum Packaging on Texture and
Histological Structure of Beef

 

SUN Tian-li 1,ZHANG Xiu-mei1,ZHANG Ping2,LI Jiang-kuo2,YUE Xi-qing1,*

(1. College of Food Science, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China;

2. National Engineering Technology Research Center for Preservation of Agricultural Products, Tianjin 300384, China)

 

Abstract:This study investigated the effect of storage at controlled freezing point temperature (Cv), 0 ℃ (Zv) or 4 ℃ (Fv) combined with vacuum packaging on texture profile analysis (TPA) parameters (hardness, springiness, cohesiveness, gumminess and chewiness) and sarcomere length and myofibrillar fragmentation index (MFI) of beef. The results showed that all other TPA parameters except springiness varied more slowly under Cv conditions than under Zv and Fv conditions. Sarcomere length reached its minimum level on the 8th day of storage under Cv conditions but on the 1st day under Zv and Fv conditions. MFI increased gradually with prolonged storage time, and showed a significant difference between Cv and either Zv or Fv from the 4th day. The Cv treatment was effective for delaying the processes of beef stiffening and destiffening and the texture and histological structure changed slowly during Cv storage, resulting in quality preservation of beef for a long time. However, the other two storage temperatures (Zv and Fv) individually combined with vacuum packaging were much less effective in improving the structure of beef.

Key words:controlled freezing point;vacuum;texture profile analysis (TPA);sarcomere length;myofibrillar fragmentation index (MFI);beef

中图分类号:TS205 文献标志码:A 文章编号:1002-6630(2013)22-0327-05

doi:10.7506/spkx1002-6630-201322066

牛肉在国内具有较大消费量,其销量仅次于猪肉。牛肉具有高蛋白、低脂肪、味道鲜美等特点,现代市场对其需求量稳中有升,有较好行业前景。但是国内对牛肉的贮藏技术还不尽完善,单纯的冷藏技术只能短时间保持牛肉的新鲜度,经常造成市场的供不应求或供过于求的现象,给销售者和消费者带来了一定的经济损失和需求障碍。冷冻技术在对牛肉风味保持方面也存在弊端。冰温技术的出现为贮藏打开了新的窗口。冰温贮藏是将生鲜食品置于0℃以下,冰点以上的温度范围内进行贮藏,既使生鲜食品生理活性维持在最低程度,又能维持其正常的新陈代谢,抑制微生物的生长,不会产生冻害,从而达到长期保鲜的效果[1-2]。

冰温技术以其贮藏优越性,在美、日、韩等国得到了长足的发展和应用。近年来,国内对冰温的研究也逐渐增多,在冰温条件下贮藏蓝莓、菠菜、梨、南美白对虾、鸡肉等的研究都取得了一定的成效[3-7]。张瑞宇[8]、李建雄[9]等对冷鲜猪肉进行冰温贮藏,发现冰温对能够显著延长猪肉的货架期。但目前冰温贮藏技术的研究主要还是针对果品蔬菜和水产品,对肉制品,特别的牛肉的研究的相对较少。

本研究将真空包装结合冰温、0、4℃条件贮藏冷鲜牛肉,并每隔96h对牛肉的组织结构性质(硬度、弹性、凝聚性、胶性、咀嚼性、肌节长度、肌原纤维小片化指数(myofibrillar fragmentation index,MFI)进行测定,研究真空与温度的结合对牛肉组织结构的影响,比较几种贮藏方式之间的差异,以期选出更优的牛肉贮藏条件,并为进一步的贮藏研究提供一些依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

牛肉样品均取自于天津武清屠宰场,选取公肉牛(黄花牛),平均年龄2岁,平均体质量450kg。

1.2 仪器与设备

BW-120冰温保鲜库、普通冷库 国家农产品保鲜工程技术研究中心(天津);TA.XT PLUS-质构仪 英国Stable Micro Systems公司;Zeiss LSM 510型共聚焦显微镜 卡尔蔡司股份公司; CM1850型冷冻切片机 德国徕卡公司;Spectronic GENESYS 5分光光度计 美国Milton Roy公司;FS-1型可调高速匀浆机 金坛市精达仪器制造厂。

1.3 方法

1.3.1 牛肉分组处理

黄花牛统一屠宰后,选取牛酮体上位于12和13脊椎之间的背最长肌共约10kg,根据实验安排平均分割成50份,真空包装后分别在4、0℃以及冰点温度条件下贮藏,即分为冰温结合真空包装(controlled freezing point combined with vacuum,Cv)、0℃结合真空包装(0℃ combined with vacuum,Zv)、4℃结合真空包装(4℃ combined with vacuum,Fv)3组。每96h分别对牛肉的TPA、肌纤维直径、MFI进行测定。第0天的测定是在宰后4h进行的。每次测定设定3个重复,取其平均值。

1.3.2 冰点测定

将数显温度计将插入5cm×5cm×5cm牛肉块的体积中心,置于-18℃冰箱中,当温度下降至0℃时开始进行数据采集。记录每下降0.1℃时的时间,并作牛肉中心温度随时间变化的曲线。当温度下降到0℃以下的某温度值并出现轻微回升,然后又缓慢下降,则以此拐点的温度为牛肉的冰点温度[9-10]。

1.3.3 质地剖面分析(TPA)测定

取真空包装中肉样,大小在中心部位为2.5cm×2.5cm×2.5cm的肉块,放入蒸煮袋中,尽量排净内部气体,在恒温水浴锅中80℃条件下加热,用热点耦测温仪测定肉样的中心温度,待其温度达到70℃时,取出肉样流水冷却至常温。打开袋,将肉样修正成大小2cm×2cm×2cm的肉块,在质构仪上垂直肌纤维方向进行测定。每组测定5次,取其平均值[11-12]。

测定参数:探头:SMS P/75;测试模式与选择:TPA;测前速率:2.00mm/s;测试速率:2.00mm/s;测后速率:2.00mm/s;2次下压间隔:5.00s[13]。

1.3.4 肌节长度的测定

取样后将样品用冷冻切片机切片,切成10nm厚的薄片,在蒸馏水、70%、80%、90%乙醇中梯度固定(蒸馏水中重复3次),每级5min。曙红溶液染色15~20min,95%、100%、100%乙醇中梯度脱水,每级5min。二甲苯(重复2次)透明5min后,中性树脂封片,在阴暗通风处晾片12~24h。 Zeiss510型激光扫描共聚焦显微镜观察,获取图像。LSM 5 Image Examiner软件处理图像。

1.3.5 肌纤维小片化指数(MFI)[14]的测定

打开真空包装,除去肉样的结缔组织和可视脂肪等,将4g经修整后的样品放入匀浆器,加入40mL预冷的MFI缓冲液,在冰浴条件下以10000r/min匀浆3次,每次20s,每次间隔1min。匀浆后进行冷冻离心(1000×g、15min、4℃),弃上清液,用40mL预冷后的MFI缓冲液悬浮沉淀,继续冷冻离心(1000×g、15min、4℃),弃上清液。沉淀加入10mL预冷的MFI缓冲液,使其充分悬浮,然后用150目滤布过滤悬浮液,除去结缔组织。用10mL预冷的MFI缓冲液冲洗离心管,再次过滤。

用双缩脲法测滤液中蛋白质量浓度,然后用MFI缓冲液将蛋白滤液质量浓度调整为0.5mg/mL,在波长540nm处测定吸光度,所得结果乘以200即为MFI值。

1.4 数据处理

数据用Excel整理,数据间显著差异比较通过统计软件SPSS 12.0.1分析。

2 结果与分析

2.1 牛背最长肌的冰点温度

424768.jpg 

图 1 牛背最长肌冻结曲线

Fig.1 Freezing curve of beef Longissimus dorsi

由图1可见,在牛肉的冻结过程中,温度达到
-2.0℃时出现了微小的回升,波动至-1.9℃,并在
-1.9℃条件下长时间停留,而后才持续下降。由此确定所选取的牛背最长肌的冰点温度为-1.9℃。

2.2 不同温度结合真空包装对牛肉TPA的影响

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图 2 不同贮藏条件下硬度的变化

Fig.2 Evolution of beef hardness during storage under different conditions

由图2可知,在0~24d的贮藏时间内,随着贮藏时间的延长,牛肉的硬度逐渐下降。这说明肌肉中蛋白质分解越来越严重。显著性分析显示,3种贮藏条件下的硬度之间存在极显著性差异(p<0.01),下降速率Fv>Zv>Cv。

424795.jpg 

图 3 不同贮藏条件下凝聚性的变化

Fig.3 Evolution of beef cohesiveness during storage under
different conditions

凝聚性是咀嚼牛肉时,肉纤维抵抗受损且紧密连接,使肉保持完整的一种性质,它反映了细胞间结合力的大小。如图3所示,凝聚性随时间的延长呈先上升后下降的趋势,这可能是由于牛肉胴体僵直和解僵使细胞间结合力发生了变化所致。

424808.jpg 

图 4 不同贮藏条件下回弹性的变化

Fig.4 Evolution of beef springiness during storage under
different conditions

如图4所示,在牛肉贮藏期间,3种贮藏温度均随着贮藏时间的延长,牛肉的弹性减小。肉的弹性与其含水量密切相关。本实验中牛肉在贮藏过程中不断失水,外加真空包装加快牛肉组织间的压力,导致失水率的增加,使得牛肉的保水性发生变化,影响肉的弹性。

424822.jpg 

图 5 不同贮藏条件下胶性的变化

Fig.5 Evolution of beef gumminess during storage under
different conditions

由图5可知,牛肉胶性随贮藏时间的延长而下降。这可能是因为随着贮藏时间延长,微生物对胶原蛋白的腐败分解作用逐渐加强。

424835.jpg 

图 6 不同贮藏条件下咀嚼性的变化

Fig.6 Evolution of beef chewiness during storage under
different conditions

如图6所示,随着贮藏时间的延长,牛肉的咀嚼性逐渐减小。有学者对猪肉的研究表明,肌钙蛋白、酶解肌球蛋白、酶水解蛋白、原肌球蛋白水解导致非蛋白氮的堆积[15]。并且对其肌肉微观结构的观察验证了化学的变化。咀嚼性的变化有可能是由化学变化所引起的。咀嚼性的变化趋势与硬度的变化趋势相近。

2.3 不同温度结合真空包装对肌节长度的影响

表 1 不同贮藏条件下肌节长度的变化

Table 1 Evolution of sarcomere length during storage under
different conditions

μm

贮藏时间/d

Cv

Zv

Fv

0

2.09

2.09

2.09

1

1.68

1.48

1.42

8

1.60

1.70

1.71

16

1.71

1.73

1.72

24

1.72

1.73

1.75

 

 

由表1所示,宰后牛肉肌节长度在不同温度条件下均呈现先下降再上升的趋势。肌节长度的初始值是2.09μm(宰后4h),在Cv、Zv、Fv条件下贮藏1d后,肌节长度明显缩短,Cv贮藏条件下的肌节长度明显高于其他2组。然后3者都呈现一个快速上升的趋势。第8天之后,同一贮藏条件下肌节长度变化幅度小,而且Zv和Fv条件下的肌节长度非常接近。此时Cv条件下的肌节长度低于其他2种贮藏情况,随后继续上升,直至与Zv和Fv条件下肌节长度接近,然后呈较平稳状态。

stl-t7a.tif

a

stl-t7b.tif

b

 

stl-t7c.tif

c

stl-t7d.tif

d

 

图 7 贮藏0d(a)、Cv条件下贮藏24d(b)、Zv条件下贮藏24d(c)和
Fv条件下贮藏24d(d)肌纤维共聚焦图像(×40)

Fig.7 Confocal micrographs of beef muscle fiber after 24 d storage under different conditions (×40)

2.4 不同温度结合真空包装对MFI的影响

425110.jpg 

图 8 不同贮藏条件下MFI的变化

Fig.8 Evolution of beef MFI during storage under different conditions

由图8可见,3个贮藏条件下,MFI随着贮藏时间的延长而逐渐增大。 Zv和Fv条件下MFI的变化比较大,而冰温条件下的MFI变化幅度比较小。显著性分析发现,第4天时,Cv与Zv条件下MFI差异显著(p<0.05),从第8天开始往后,差异性极显著(p<0.01);Cv与Fv从第4天起一直存在极显著差异(p<0.01);Zv与Fv在第8、12、20天时差异性显著,其他时间均无差异性,这可能是因为牛肉成熟完成以及腐败加大引起的变化。

3 讨论与结论

研究表明肌肉组织的腐败过程也就是蛋白质受微生物作用的分解过程。胶原蛋白是影响组织质地的主要蛋白,其具有各种不同含量的共价健的交叉链,这些交叉链是影响肉质地的重要因素,随着蛋白质的分解这些交叉链逐渐被水解,因而硬度随时间的延长逐渐下降。同时,胶原蛋白的分解也使得牛肉的结构遭到破坏,感官上表现为牛肉切面的疏散[16-17],牛肉嚼碎到可吞咽时需做的功减少,胶性降低。宰后牛胴体很快进入僵直期,僵直期间胴体因缺氧而导致ATP无法继续生成,但肌浆中的ATP酶的作用还在继续,导致ATP含量大量下降,继而导致在肌肉收缩时所生成的僵直复合物和肌球蛋白与肌动蛋白的交叉链无法分解,进而引起肌肉纤维的紧张性[18],使肉的凝聚性增加。进入成熟期后伴随肌原纤维的降解[19],细胞间结合力减小,凝聚性降低。牛肉在贮藏过程中不断失水,真空包装又加大了牛肉组织间的压力,导致失水率的上升,使得牛肉的保水性发生变化,影响了肉的弹性。

对3种贮藏条件下的TPA指标进行显著性分析发现,除了Cv与Zv条件下的回弹性不存在显著性差异,其他各项在各贮藏条件间均存在极显著性差异,可见在组织结构稳定性方面,Cv显著优于Zv,Zv显著优于Fv。哺乳动物活体的肌节长度一般为2.5μm。宰后动物失血导致供氧不足,只有通过糖酵解的无氧呼吸途径来补充能量,乳酸得到不断地积累,pH值不断下降,使一些蛋白发生变性,促使了肌动蛋白和肌球蛋白的结合形成了肌动球蛋白,这导致了肌节的缩短以及尸僵的发生[20-21]。尸僵最大化时肌节长度达到最短。僵直过程中肌原纤维产生收缩的张力,Z线在持续张力作用下发生断裂,肌球蛋白和肌动蛋白之间的结合减弱了,从而导致肌节长度的增加,肌肉成熟开始 。

本实验中第1天3个贮藏条件下,肌节长度均达到曲线的最低点,Zv和Fv条件下肌节长度值接近,而Cv条件下肌节长度到达1.68μm,显著高于Zv和Fv条件。研究表明,冷藏温度条件下牛肉在24h达到尸僵最大化,刘慧燕[22]对冰温条件下牛肉的僵直研究得出牛肉在宰后13.5h开始僵直化,而在接近48h才能达到僵直的最大化。所以,24h左右Zv和Fv条件下肌节长度收缩至最低点,而Cv条件下肌肉未达到僵直最大化,肌节长度将继续下降。第8天时,3个温度条件下肌节长度都有所增加,Zv和Fv比Cv条件下肌节长度的增加幅度大,但在随后的时间中几乎没有变化,而Cv条件下的肌节长度有1个缓慢的增加过程,第16天后也基本趋于不变。这是因为冷藏条件下牛肉的成熟时间短,一般7~10d成熟完成。Cv条件下,肌肉的成熟时间缓慢,肌节长度也会随着成熟而缓慢增加。但是不管在哪种条件下,肌节长度都会在达到一定长度后保持平稳,这也正与Wheeler[20]、Kooharaie[21]等的研究相符。很多研究都表明,肌节的长度与肌肉的嫩度显著相关,肌节长度越长肌肉的嫩度越嫩,越早进入成熟解僵状态的肌肉越早进入嫩化进程,也可以说越早进入蛋白质的降解进程中。虽然冰温贮藏不能使牛肉迅速达到理想的嫩度,但是这个缓慢达到理想嫩度的过程却延缓了肌肉纤维结构的断裂时间,蛋白的组织结构破坏程度小,保护了离体肌肉组织结构,延缓了肌肉组织理化性质的改变,从而延长了牛肉的贮藏时间。

MFI可以反映肌原纤维及其骨架蛋白的完整程度。MFI越大,肌原纤维蛋白质被分解的就越多,也就是说肌原纤维内部结构的完整性所遭到破坏程度就越大[23]。Kolczak等[24]研究发现,成熟过程中肌原纤维的小片化是由于Z线结构的裂解所致。成熟过程中,Z线降解,僵直期间形成的肌动球蛋白重新断裂成肌动蛋白与肌球蛋白,蛋白质发生降解,肌原纤维断裂成由肌节组成的小片。Wheeler等[20]研究表明小片化的原因还可能是肌肉中的一些起着稳固肌原纤维作用的蛋白质在宰后被肌肉中释放的酶类水解,从而促使了肌原纤维的断裂。成熟过程中,随着肌原纤维小片化程度的加剧,肉的嫩度得到提高。大量研究[25-26]证明,MFI与肉的嫩度之间相关性显著,从而可将MFI值作为肉嫩度的衡量指标。

本实验中肌肉中的蛋白质的降解速率为Fv>Zv>Cv。相对高的温度加速了肌肉的僵直,僵直过程中肌原纤维产生收缩的张力,Z线在持续张力作用下发生断裂。后期贮藏中Zv条件下的MFI与Fv条件下的MFI的差距减小。这是可能是因为后期这2个温度条件下的牛肉均腐败变质,MFI均接近无外力贮藏情况下的最大值。研究发现,Cv条件下MFI缓慢增大,增幅很小,说明冰温条件下牛肉的僵直、成熟过程得到延缓,Z线断裂减缓,蛋白质降解速率下降,稳定了组织的理化性质,从而达到延长贮藏时间的目的。Culler等[14]报道中以MFI对牛腰肉的嫩度进行了分级,其中当MFI>60时肉非常嫩。以此标准,本实验中,Zv和Fv贮藏条件下,第4天之后,牛肉就达到非常嫩的级别,而Cv条件下在第12天才达到非常嫩的级别,但在非常嫩的级别上停留的时间较长。这样就在很大时间范围内保证了牛肉品质。

通过对Cv、Zv、Fv贮藏条件下牛肉的组织结构的分析比较得出,随贮藏时间的延长,牛肉的硬度、凝聚性、回弹性、胶性、咀嚼性指标降低,除了Cv与Zv条件下的回弹性不存在显著性差异,其他各TPA指标在各贮藏条件间均存在极显著性差异;僵直和解僵过程使得肌节长度呈现先下降再升高的趋势,Zv和Fv条件下第1天肌节长度就降至测定最低值,而Cv条件下这个情况第8天才出现,变化缓慢;MFI呈逐渐升高趋势,但是同样在Cv条件下MFI升高缓慢,与Zv、Fv条件下测定值存在显著性差异。随着贮藏时间的延长,蛋白质分解加剧,牛肉质地变得软烂。Cv条件下指标变化幅度或速率总是小于Zv、Fv条件下,Zv条件下变化幅度基本是小于Fv条件下,个别数据2者比较接近。可见,Cv条件确实对微生物起到了良好的抑制作用,有效地控制了蛋白质的降解速率,在维持牛肉组织结构稳定性方面远优于Zv、Fv条件。

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收稿日期:2012-10-30

作者简介:孙天利(1983—),女,博士研究生,研究方向为动物性食品科学。E-mail:suntianli007@163.com

*通信作者:岳喜庆(1966—),男,教授,博士,研究方向为动物性食品科学。E-mail:yxqsyau@126.com