高压和食盐对鸡肉肠品质特性的影响

郑海波,朱金鹏,李先保,吴晓伟,姜 毅

(安徽科技学院食品工程学院,安徽 凤阳 233100)

摘 要:在不同压强条件(0.1、200、400 MPa)下对不同食盐添加量(质量分数0%、1%、2%)的生鸡肉肠加热(60 ℃)处理30 min,测定处理后鸡肉肠的持水力、水分分布、质构特性和微观结构,分析高压和食盐对鸡肉肠热诱导凝胶特性的影响。结果发现:常压下,减少食盐添加量会降低鸡肉肠的保水性和质构特性,但高压处理能降低食盐对鸡肉肠的影响。相比常压组,200 MPa高压处理能显著提高产品的保水性和质构特性(P<0.05),而400 MPa的高压处理则显著降低产品的保水性和质构特性(P<0.05)。高压能促进肉糜中的肌纤维分解,使不易流动水的比例升高,自由水比例下降;200 MPa下能形成致密的凝胶网络,而400 MPa则阻碍凝胶网络的形成。高压结合加热处理可用于提高低盐鸡肉肠的品质特性。

关键词:高压加工;凝胶;蛋白变性;质构;持水力

由于长期过量摄入食盐容易引发心血管疾病等慢性疾病[1-2],世界卫生组织呼吁各国政府将本国人均食盐日摄入量降低到5 g以内[3]。目前,我国人均食盐日摄入量约为10 g,是世界卫生组织推荐量上限的2 倍[4]。在加工的食品中,肉制品是仅次于谷物制品的第二大食盐摄入来源[5]。降低肉制品的食盐添加量是控制食盐摄入量不可缺少的重要一环[6];然而,食盐是肉制品加工过程中的重要配料,具有调味、抑菌和改善加工性能等多种功能[7]。因此,如何在保障品质不受影响的情况下,降低肉制品的食盐添加量是近年来肉制品行业所遇到的一个棘手挑战[8-9]

自20世纪90年代第一个商业化的高压食品在日本问世以来,高压食品便受到广泛关注,高压加工设备数量从2001年起呈现出急速增长趋势[10]。在高静压作用下,许多生物性质都会发生变化,如蛋白变性、淀粉糊化、脂肪结晶等,因此高压加工技术在食品行业中具有广泛的应用潜力[11-12]。Iwasaki等[13]研究发现,高压具有破坏肌纤维结构和促进蛋白凝胶的作用。Sikes等[14]发现常温下对牛肉糜进行高压处理,可以提高牛肉糜的凝胶特性,并可降低牛肉糜的食盐添加量。高压辅助热处理是同时运用高压和加热两个物理条件来加工肉制品的一种新的加工方式。虽然早期有研究认为高压加热技术并不适合猪肉糜凝胶制品的加工[15],但Tintchev等[16]认为高压和加热结合的加工技术具备工业使用的潜力。Zheng Haibo等[17]通过比较单独加热处理、高压后加热处理以及同时高压加热处理对鸡肉糜的影响,发现无论是高压后加热处理还是高压同时加热处理都能显著提高鸡肉糜的凝胶保水性和质构特性。高温加热作为高压加工技术的一种特殊应用,为人们所知甚少,特别对于为何能提高保水性和质构特性方面还缺乏合理的解释。同时,由于方法和材料的差异,造成实验结果相互间难以比较[18],因此还需要对该技术进行细致深入的研究。

本研究拟采用高压加热对不同食盐添加量的肉糜进行处理,研究高压加热处理和食盐添加量对鸡肉糜(鸡肉肠)凝胶品质的影响,并对造成这一变化的原因进行分析,为低盐肉制品的加工生产提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

冰鲜鸡胸肉购于泰森食品有限公司。食盐及磷酸盐皆为食用级,其他所用试剂皆为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

BZBJ-15斩拌机 艾博不锈钢机械工程有限公司;PQ001低场核磁共振仪 上海纽迈电子科技有限公司;S-3000N扫描电子显微镜 日本日立高新技术集团;64R冷冻离心机 美国贝克曼库尔特有限公司;TA-XT Plus质构仪 英国Stable Micro Systems公司;S-FL-850超高压设备 英国Stansted Fluid Power公司。

1.3 方法

1.3.1 鸡肉肠的制备及处理

先剔除鸡胸肉表面可见的结蹄组织和脂肪组织,然后将鸡肉切成块,用绞肉机将鸡胸肉绞碎过5 mm的筛板。将搅碎的肉混合均匀后均分为3 份,然后依次进行斩拌,将搅碎的鸡肉(质量分数80%)放入斩拌机斩拌1 min,然后放入食盐(质量分数0%、1%、2%)、磷酸盐(质量分数0.03%)和碎冰(质量分数19.7%、18.7%、17.7%),继续斩拌4 min,斩拌结束时肉温低于12 ℃。将斩拌后的肉糜抽真空除去肉糜中的气泡,然后灌入直径25 mm的塑料肠衣,每20 cm一节。每节鸡肉肠用真空袋单独真空密封,放入4 ℃冷库暂存。

将高压设备的腔体预热至60 ℃并维持恒定。将待处理的鸡肉肠从4 ℃冷库中取出,并迅速转移到高压设备进行高压处理,高压加热条件:200 MPa/400 MPa、60 ℃、30 min。升压速率约为5 MPa/s,降压速率10 MPa/s。常压加热组采用水浴锅在常压60 ℃加热30 min。加热处理后的鸡肉肠用自来水冷却1 h后于4 ℃冷库暂存。

1.3.2 保水性的测定

鸡肉肠的持水能力通过蒸煮损失和离心损失来衡量,每个处理重复6 次,具体测定方法参考文献[17]。

蒸煮损失率:鸡肉肠称质量后(m/g),将肠衣剥掉晾干并称质量(m肠衣/g),用吸水纸将鸡肉肠表面的水分吸干后称质量(m/g)。蒸煮损失率的计算见式(1)。

离心损失率:切取1 cm长的肉肠并称质量(m离心前/g),用滤纸包裹放入离心管,在10 ℃下10 000×g离心10 min。离心后剥去滤纸,并称质量(m离心后/g)。离心损失率的计算见式(2)。

1.3.3 质构特性的测定

将鸡肉肠放于室温条件下恒温2 h后切取2 cm长的圆柱形肉肠。采用质构测定仪以TPA模式,用平底P/50探头垂直压缩2次,触发强度为5 g,压缩强度为40%,压缩速率为1 mm/s,两次压缩间隔时间为5 s。利用质构仪自带软件记录和计算硬度、回复性、黏聚性、咀嚼性等参数。每个处理重复6 次。

1.3.4 水分分布的测定

鸡肉肠水分状态及分布的测定采用低场核磁共振仪,依照韩敏义等[19]的方法进行。切取约2 g的鸡肉肠,放入直径约15 mm的核磁管中,将核磁管放入低场核磁共振分析仪进行测定。测定参数为:磁场中心频率22.6 MHz,磁场强度(0.50±0.08)T,重复扫描8 次,脉冲间隔200 μs。采用CMPG序列进行测定,每个处理重复12 次测定。CMPG指数衰减曲线采用仪器自带反演软件以多组分模型进行反演得到相关弛豫峰时间T2值和面积等参数。

1.3.5 微观结构的观察

微观结构的测定参照Wang Peng等[20]的方法进行。从鸡肉肠切取1 mm×1 mm×2 mm的小块,投入体积分数2.5%的戊二醛溶液(pH 7.0)固定24 h,然后依次进行乙醇梯度脱水、叔丁醇置换、冷冻干燥、喷金。最后,通过扫描电子显微镜进行观察和拍照。

1.4 数据统计与分析

所有数据指标以平均值±标准差表示。利用统计分析软件SAS 9.0进行单因素方差分析,采用新复极差法对各因素进行显著性分析(α=0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同食盐添加量对经高压加热处理后鸡肉肠质构特性的影响

图1 不同食盐添加量的鸡肉肠经高压加热处理后的质构特性
Fig.1 Textural properties of chicken sausages with different contents of salt treated by high pressure combined with heating

由图1可知,对于常压加热的鸡肉肠,食盐添加量对质构具有明显的影响。常压条件下,降低食盐添加量将显著降低其硬度、回复性、黏聚性、咀嚼性等质构特性(P<0.05),表明对于常压加热的香肠必须添加足量食盐才能获得良好的质构品质。对于高压加热的鸡肉肠而言,食盐影响会随压力变化有所不同。经200 MPa高压处理的鸡肉肠,硬度和咀嚼性随食盐添加量降低而升高,回复性随之下降,而黏聚性则基本维持不变;说明食盐的添加会一定程度上降低高压鸡肉肠的硬度,增加鸡肉肠的弹性。经400 MPa高压处理的鸡肉肠,食盐添加量降低时,各项质构指标先降低后升高;食盐添加量为1%时,硬度和咀嚼性显著下降(P<0.05)。另外值得注意的是,食盐对高压加热鸡肉肠质构的影响小于对常压加热鸡肉肠的影响。

加热时压强对鸡肉肠的质构也有明显的影响,随着压力的增加,基本呈现出先上升后降低的趋势,即200 MPa时各质构指标达到最高,而400 MPa时又明显下降,说明当压力超过某一阈值则表现出负面的效应。过高的压力可导致蛋白迅速变性,而失去形成凝胶能力[21]

2.2 不同食盐添加量对经高压加热处理后鸡肉肠保水性的影响

图2 不同食盐添加量的鸡肉肠经高压加热处理后的水分损失
Fig.2 Water loss of chicken sausages with different contents of salt treated by high pressure combined with heating

从图2A可知,当食盐添加量降低至0%时,常压加热的鸡肉肠有较高的蒸煮损失率,而高压加热的鸡肉肠保持在较低水平;当食盐添加量在1%~2%时,200 MPa下加热处理的鸡肉肠仍然比常压加热的鸡肉肠更能保持水分,而400 MPa下加热的鸡肉肠的蒸煮损失率则显著高于常压加热的鸡肉肠(P<0.05)。

由图2B可知,从离心损失率来看,高压加热的鸡肉肠水分损失小于常压加热的鸡肉肠。当高压压力为200 MPa时,蒸煮损失率最小。降低食盐添加量,常压加热鸡肉肠的离心损失率显著增加(P<0.05)。高压加热鸡肉肠的离心损失率亦随食盐添加量减小而增加,但增加幅度较常压处理组小,其中1%和2%食盐添加量的高压加热鸡肉肠并不存在显著性差异(P>0.05)。值得注意的是,不含食盐的鸡肉肠经200 MPa高压加热后其离心损失率比常压加热含盐2%的鸡肉肠还要低。

由于蒸煮损失率相比离心损失率要小得多,两者相加之后的总体水分损失变化趋势与蒸煮损失率基本一致。总体而言,高压加热能明显提高鸡肉肠的保水性,特别是200 MPa下的高压加热能显著降低鸡肉肠的蒸煮损失率和离心损失率。

2.3 不同食盐添加量对经高压加热处理后鸡肉肠水分分布特性的影响

不同食盐添加量的鸡肉肠经高压加热后,内部水分的弛豫时间和弛豫面积见图3、4。在低场核磁共振条件下,水分子的氢质子在脉冲磁场的激发下发生振动,不同状态的水所受到的激发不同。通常根据水分子在食品内部的结合状态可将分为3 种:结合水、不易流动水和自由水。其中,结合水是与食品成分紧密结合的水,占比很少;自由水为食品内部不受任何约束可以自由流动的水;不易流动水则是介于二者之间的水分,占绝大部分。结合水因为化学键的束缚,弛豫时间为1~10 ms(用T21表示);自由水则由于几乎没有约束,其弛豫时间在100~1 000 ms之间(用T23表示);不易流动水的弛豫时间介于二者之间为10~100 ms(用T22表示)[22-23]。由于不易流动水、自由水与食品的保水性关系密切,且几乎代表了食品中的所有水分,因此本研究仅讨论不易流动水和自由水的变化情况。

从水分的弛豫时间T21来看,常压、200 MPa处理组鸡肉肠的T21随食盐添加量增加而延长,但400 MPa加热后的鸡肉肠T21无明显变化;高压加热的鸡肉肠T21长于常压加热组,且200 MPa高压加热后的鸡肉肠T21长于其他相同食盐添加量的鸡肉肠。从水分的弛豫时间T22来看,除200 MPa高压加热、2%食盐添加量的鸡肉肠与常压加热2%食盐添加量的鸡肉肠有显著性差异外(P<0.05),高压和食盐添加量并未显著影响鸡肉肠的T22(P>0.05)。弛豫时间反映水分子被束缚的强度及结合力,弛豫时间越短,水分子被结合的越紧密。从T21的变化趋势来看,高压加热和增加食盐添加量均使得鸡肉肠对不易流动水的结合力减弱。除200 MPa高压加热、2%食盐添加量的鸡肉肠与常压加热2%食盐添加量的鸡肉肠有显著性差异外(P<0.05),高压和食盐添加量并未显著影响鸡肉肠的T22(P>0.05)。食品持水力并不能单从弛豫时间(束缚力)来进行判断,还要参考不同组分水分的比例,即弛豫面积[23]。因为弛豫面积表征不同性质水分比例的大小,更能反映食品的持水力变化[23]

从水分的弛豫面积A21来看,A21基本随食盐添加量增加而增加,但高压下增加不显著(P>0.05);高压加热的鸡肉肠A21高于常压加热组,且200 MPa高压加热后的鸡肉肠A21高于其他相同食盐添加量的鸡肉肠。从水分的弛豫面积A22来看,增加食盐添加量,可以显著减少A22。相比常压加热处理,高压加热处理可以显著减少A22(P<0.05),特别是200 MPa处理组的鸡肉肠相比同等食盐添加量的其他鸡肉肠,其A22最小。从A21的变化趋势来看,高压和食盐均能促使鸡肉肠中不易流动水含量增多;相应地,从A22的变化趋势可知,高压和食盐促使鸡肉肠中自由水的含量减少。A21和A22表现为此消彼长的关系(Pearson相关系数r=-0.99,P<0.000 1),A21增加或A22减少表示不易流动水含量增多而自由水含量减少;因此更多的水所受到的束缚增强,从宏观上来看,表现为食品的持水力上升。离心损失率与A22的相关系数为0.94(P=0.000 1),与A21的相关系数为-0.92(P=0.000 4),表明用A22或A21可以很好地反映鸡肉肠的保水性。

图3 不同食盐添加量的鸡肉肠经高压加热处理后的T21(A)和T22(B)
Fig.3 T21(A) and T22(B) of chicken sausages with different contents of salt treated by high pressure combined with heating

图4 不同食盐添加量的鸡肉肠经高压加热处理后的A21(A)和A22(B)
Fig.4 Proportions of A21(A) and A22(B) in chicken sausages with different contents of salt treated by high pressure combined with heating

2.4 不同食盐添加量对经高压加热处理后鸡肉肠微观结构的影响

图5 不同食盐添加量鸡肉肠经高压加热处理后的扫描电子显微镜图
Fig.5 SEM micrographs of chicken sausages with different contents of salt treated by high pressure combined with heating

由图5可知,常压加热的鸡肉肠含有明显的肌纤维片段,而经高压加热的鸡肉肠未见有肌纤维片段,说明高压能够完全破坏肌纤维。200 MPa高压促进了凝胶网络结构的形成,而400 MPa的高压明显抑制了三维网络结构的形成。食盐添加量的变化同样影响网络结构。随食盐添加量的增加,常压下加热的鸡肉肠,肌纤维片段之间的纤维交联增多;200 MPa高压下加热的鸡肉肠,凝胶的网孔增大,且凝胶网络更加均匀;400 MPa高压下加热的鸡肉肠,除0%食盐添加量的鸡肉肠有较为明显的大孔隙外,1%和2%食盐添加量的鸡肉肠未能呈现清晰的孔隙结构。

由于凝胶型肉制品的三维网络结构与产品的保水性和质构特性具有密切的关系,因此根据三维网络结构的状态可以解释保水性和质构特性[24]。常压下加热的肉肠,随食盐添加量的增加,凝胶网络逐渐增强,同时保水性和质构特性也随之增强。高压下加热的鸡肉肠,200 MPa时,由于凝胶结构增强,保水性和质构特性也增强;400 MPa时,由于没有形成良好的凝胶网络,因此保水性和质构特性也最差。

3 讨 论

3.1 高压加热对肉糜凝胶作用的影响

质构特性和保水特性都是衡量肉制品凝胶品质的两个重要指标。从保水性和质构特性可以看出,高压能明显改变鸡肉肠的凝胶品质,但作用效果受压力水平影响;200 MPa改善凝胶效果而400 MPa降低凝胶效果。高压对凝胶型肉制品的改善可能与肌纤维的分解有关[17]。从图5可以看出,常压下加热的鸡肉肠有明显的肌纤维片段存在,而在高压下却并不存在完整的肌纤维。也有报道指出,高压分解肌纤维主要发生在蛋白未完全变性时,主要是在高压加热处理的初期完成[15,17]。Sikes等[14]采用高压处理牛肉糜2 min即明显提高了肉糜的硬度和弹性,说明高压效应的发挥非常迅速,这可能与高压传递的瞬间性和均一性有关。高压还能促进三维凝胶网络的形成,改善保水性。200 MPa下形成的凝胶网络非常细腻,有密集的微孔结构,从而为提高保水性提供了很好的支持;因为微小的网孔结构可以提高毛细管力[25];因此200 MPa加热后的产品水分损失最少。通过核磁共振分析可以看出,200 MPa高压处理能提高不易流动水的含量,降低自由水的比例,这与水分损失的结果一致。400 MPa处理组并未形成良好的网孔结构,说明超过一定压力的高压会抑制蛋白凝胶的形成,导致凝胶品质下降。虽然高压会诱导蛋白变性,但是高压也会抑制蛋白的热变性,提高蛋白发生热变性所需的温度[26-27]。本研究采用的加热温度为60 ℃,略超过常压下肌球蛋白变性的温度,可能达不到400 MPa下肌球蛋白发生变性所需要的温度。

目前不同学者对高压加热对凝胶品质影响的结论尚不一致。早期的西班牙学者认为高压加热处理使产品的质构偏软[15,28],但实际上200 MPa仍显著提高了肉糜的质构特性(P<0.05),同时也提高了保水性。后来,德国学者推测认为高压300 MPa以上结合加热具备工业应用的潜力[16]。但是,显然这一推断与西班牙学者的研究和本研究结论相反,因为400 MPa的高压处理所得到的肉糜产品质地过软,并未形成良好的凝胶。

3.2 食盐添加量对肉糜凝胶作用的影响

肉制品中食盐添加量的多少直接影响产品的品质和消费者的选择[5,29]。当鸡胸肉中食盐添加量在1.6%~2.0%时,产品的质构品质和整体接受性较高[30]。肉品工业中香肠的食盐添加量在1.4%左右,当食盐添加量降低至1.3%以内时,品质有明显的下降[31]。本研究结果显示,鸡肉肠的保水性和质构特性均随食盐添加量的下降而明显下降,但高压处理的鸡肉肠下降幅度较小。

食盐是凝胶型肉制品加工不可缺少的辅料,因为凝胶型产品的保水性和质构特性都需要添加食盐才能发挥出来。食盐能促进肌球蛋白溶解和交联[8],因此食盐添加量与凝胶制品的质量关系密切。从图5中可以看出,增加食盐能使常压加热鸡肉肠的蛋白交联网络增多,并影响高压加热鸡肉肠的网孔直径。400 MPa加热的鸡肉肠,在未添加食盐时能形成明显的网络结构,而1%和2%添加量的鸡肉肠并未形成明显的网络结构,说明食盐在特定条件下会阻碍凝胶的形成。食盐在水中以离子的状态存在,分为Cl和Na+。其中Cl能与蛋白质发生较强结合,使得蛋白质的带电荷量上升,导致肽链之间形成一定的斥力,并使肽链结合水的能力上升[30]。因为高压也能促进水分与蛋白肽链的结合[32],因此食盐和高压之间存在相似的作用。

4 结 论

研究发现,高压和食盐均显著影响鸡肉肠的凝胶品质。常压加热鸡肉肠的质构品质和保水性随食盐添加量的变化而发生明显变化;而高压加热鸡肉肠的质构品质和保水性随食盐添加量变化波动较小,说明高压加热能削弱食盐的影响。高压加热对鸡肉肠品质的影响与压力水平有关,200 MPa高压处理能显著提升鸡肉肠的质构特性和保水性,而400 MPa高压处理则明显削弱了鸡肉肠的凝胶品质。高压能分解肌纤维结构,200 MPa时促进了蛋白凝胶微孔结构的形成,而400 MPa时则抑制了蛋白凝胶微孔结构的形成。高压在一定条件下能提高肉糜的凝胶特性,因此高压和加热的适当结合可用于低盐型鸡肉肠的生产。

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Effect of High Pressure and Salt on Quality Properties of Chicken Sausage

ZHENG Haibo, ZHU Jinpeng, LI Xianbao, WU Xiaowei, JIANG Yi
(College of Food Engineering, Anhui Science and Technology University, Fengyang 233100, China)

Abstract:Chicken meat sausages with different contents of salt (0%, 1%, or 2%) were heated at 60 ℃ at different pressures(0.1, 200, or 400 MPa) for 30 min, with the aim to investigate the effects of high pressure and salt on gel properties of heat-induced protein gels from chicken meat sausages including water-holding capacity, water distribution, texture and microstructure. It was found that the water-holding capacity and texture of the sausages decreased with decreasing salt addition, but high pressure could offset this effect. Compared with heating at atmospheric pressure, heating at 200 MPa pressure significantly improved the water-holding capacity and texture of heat-induced protein gels (P < 0.05), while the reverse effect was observed at 400 MPa (P < 0.05). High pressure promoted the disruption of myofibrillar structure,increased the proportion of immobilized water and decreased the proportion of free water. Heating at 200 MPa produced a dense gel network, whereas the formation of gel works was blocked at 400 MPa. Conclusively, the gel properties of salt reduced chicken sausages could be improved by using an intermediate level of high pressure combined with heating.

Keywords:high pressure processing; gelation; protein denaturation; texture; water holding capacity

ZHENG Haibo, ZHU Jinpeng, LI Xianbao, et al. Effect of high pressure and salt on quality properties of chicken sausage[J]. Food Science,2018, 39(21): 109-115. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201821016. http://www.spkx.net.cn

引文格式:郑海波, 朱金鹏, 李先保, 等. 高压和食盐对鸡肉肠品质特性的影响[J]. 食品科学, 2018, 39(21): 109-115. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201821016. http://www.spkx.net.cn

文章编号:1002-6630(2018)21-0109-07

文献标志码:A

中图分类号TS251.6+5

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201821016

第一作者简介:郑海波(1982—),男,讲师,硕士,研究方向为肉品加工与质量控制。E-mail:zhenghaibo_anhui@163.com

安徽省科技厅科技重大专项计划项目(17030701036);安徽科技学院学科建设项目(AKZDXK2015B04)

基金项目:2016年高校优秀中青年骨干人才国内外访学研修重点项目(gxfxZD2016184);

收稿日期:2017-07-25