（农产品加工及贮藏工程专业论文）黄原胶与木瓜蛋白酶对牛肉品质的影响研究.pdf

黄原胶与木瓜蛋白酶对牛肉品质的影响研究 摘要 肉品的改性加工是肉类工业重要的研究课题之一，目的在于改善肉品的保 水、质构与外观特性等。本课题利用天然的多糖与植物蛋白酶，采用单因素与 多因素综合试验方法，侧重开展黄原胶( x g ) 与木瓜蛋白酶( p a p ) 对牛肉色泽、p h 值、保水性及嫩度等品质特性的影响研究。试验研究结果表明： 1 0 5 的黄原胶可显著提高牛肉的p h 值和保水性，降低牛肉的蒸煮损失 率和最大剪切力，改善了牛肉的嫩度，但也导致牛肉色泽的明显劣变。 2 添加0 0 2 的p a p 就可显著降低牛肉的p h 值和最大剪切力，改善牛肉 的嫩度，但也会引起牛肉色泽的劣变和保水性的降低。而且p a p 对牛肉品质的 影响效果受其添加浓度和反应温度的影响：牛肉的最大剪切力随p a p 浓度的提 高而显著降低，但p a p 浓度对牛肉p h 值和保水性的影响，以及p a p 反应温度对 牛肉色泽、p h 值、保水性和最大剪切力的影响均不显著。 3 x g 与p a p 复合对牛肉p h 值的影响不显著。 4 x g 与p a p 复合处理的牛肉，在冷藏四天后，影响其色泽、保水性和嫩 度的主次因素顺序分别为：p a p 浓度 反应温度 x g 浓度，x g 浓度 p a p 浓度 反应温度，p a p 浓度 x g 浓度 反应温度；对应的较优因素水平组合分别为： p a p 浓度0 0 2 、反应温度6 、x g 浓度0 5 ，x g 浓度1 o 、p a p 浓度0 0 2 、 反应温度l o ，p a p 浓度0 0 8 、x g 浓度0 5 、反应温度1 0 。 5 多指标综合评价的结果表明，x g 与p a p 复合对冷藏四天后牛肉的品质 影响的主次因素顺序为：a ( p a p 浓度) b ( x g 浓度) c ( 反应温度) ；最优因素 水平组合为a l b 3 c 2 ，即p a p 浓度0 0 2 、x g 浓度1 o 、反应温度6 。 关键词：黄原胶、木瓜蛋白酶、保水性、嫩度 e f f e c to fx a n t h a ng u ma n d p a p a i no nt h ep r o p e r t i e s o fb e e f sm u s c l e s a b s t r a c t m o d i f i e dp r o c e s s i n go fm e a tp r o d u c t si so n eo fg r e a ti m p o r t a n c es b b j e c ti n m e a ti n d u s t r y , t h ep u r p o s eo fw h i c hi st op r o m o t ew a t e r - h o l d i n gc a p a c i t y , t e x t u r e a n da p p e a r a n c ee t c t h ei n v e s t i g a t i o na d o p t e ds i n g l ef a c t o ra n dm u l t if a c t o r s e x p e r i m e n t ，f o c u s e do nt h ee f f e c to fx g p a p o i lt h ep r o p e r t i e so fb e e fc o l o r , p h ， w a t e r - h o l d i n gc a p a c i t ya n dt e n d e r n e s s t h er e s u l t ss h o w ： 1 o 5 x gi m p r o v e dp ha n dw a t e r h o l d i n gc a p a c i t yr e m a r k a b l y 1 0 w e dd o w n t h ec o o kl o s sa n ds h e a rf o r c e ，b o o s t e dt h et e n d e r n e s s ，b u ti n d u c e dw o r s e n i n go f b e e fc o l o r 2 c o m p a r e dw i t hc o n t r o l l e de x p e r i m e n t a d d i n g0 0 2 p a pc o u l dd e c r e a s e p ha n ds h e a rf o r c e ，i m p r o v e dt e n d e r n e s s ，b u ti n d u c e dw o r s e n i n go fb e e fc o l o ra n d l o w i n gd o w no fw a t e r - h o l d i n gc a p a c i t y t h ee f f e c t o fp a po nt e n d e r i z a t i o n i n f l u e n c e db yi t sc o n c e n t r a t i o na n dr e a c t i o nt e m p e r a t u r e ：i n c r e a s e dw i t hp a p c o n c e n t r a t i o n ，s h e a rf o r c el o w e dd o w n ；p a pc o n c e n t r a t i o nd i d n ti n f l u e n c ep ha n d w a t e r - h o l d i n gc a p a c i t yn o t a b l y ；p a pr e a c t i o nt e m p e r a t u r ed i d n ti n f l u e n c ep h ， w a t e r h o l d i n gc a p a c i t y ，s h e a rf o r c em a r k e d l ye i t h e r , b u tc o u l di n d u c ew o r s e n i n go f b e e fc o l o re v i d e n t l y 。 3 e f f e c to ft h ec o m p l e xo fx ga n dp a po nb e e fp hv a l u ei sn o ts i g n i f i c a n t 4 a f t e rr e f r i g e r a t i n gf o r4d a y s t h ef a c t o ro r d e ro ft h ec o m p l e xo fx p & p a p o nb e e fc o l o r w a t e r h o l d i n gc a p a c i t ya n dt e n d e r n e s s ：p a pd e n s i t y r e a c t i o n t e m p e r a t u r e x gd e n s i t y , x gd e n s i t y p a pd e n s i t y r e a c t i o nt e m p e r a t u r e p a pd e n s i t y x gd e n s i t y r e a c t i o nt e m p e r a t u r e ；o p t i m u mf a c t o rh o r i z o n t a l c o m b i n a t i o na r e ：p a pd e n s i t y0 0 2 r e a c t i o nt e m p e r a t u r e6 ca n dx gd e n s i t y 0 5 ；x gd e n s i t y1 0 ，p a pd e n s i t yo 0 2 a n dr e a c t i o nt e m p e r a t u r e1 0 ；p a p d e n s i t y0 0 8 x gd e n s i t y0 5 a n dr e a c t i o nt e m p e r a t u r ei o c 5 a f t e rr e f r i g e r a t i n gf o r4d a y s 。t h ef a c t o ro r d e ro ft h ec o m p l e xo fx p & p a p o np h i sn o t m a r k e d a f t e rr e f r i g e r a t i n gf o r4d a y s ，t h ef a c t o ro r d e ro ft h ec o m p l e xo fx p & p a po n q u a l i t y ：x gd e n s i t y r e a c t i o nt e m p e r a t u r e p a pd e n s i t y ；o p t i m u mf a c t o r h o r i z o n t a lc o m b i n a t i o ni sx o d e n s i t y1 0 a n dr e a c t i o nt e m p e r a t u r e1 0 * c p a p d e n s i t y0 0 5 k e y w o r d ：x a n t h a ng u m ；p a p a i n ；w a t e rh o l d i n gc a p a t i t y ；t e n d e r n e s s u 插图清单 图1 0 l 黄原胶的分子式”8 图3 1 黄原胶对牛肉色泽的影响“ 图3 2 黄原胶对牛肉p h 的影响 1 5 1 6 图3 3 黄原胶对牛肉保水性的影响1 7 图3 4 黄原胶对牛肉蒸煮损失的影响1 8 图3 - 5 黄原胶对牛肉嫩度的影响 1 9 图3 6p a j p 添加浓度对牛肉色泽的影响2 1 图3 7p a p 添加浓度对牛肉p h 的影响”2 3 图3 - 8p a p 添加浓度对牛肉保水性的影响 2 4 图3 9p a p 添加浓度对牛肉嫩度的影响一2 6 图3 1 0 p a p 反应温度对牛肉色泽的影响2 8 图3 1 lp ：a p 反应温度对牛肉p h 的影响” 2 9 图3 1 2p a p 反应温度对牛肉保水性的影响：3 0 图3 1 3p a p 反应温度对牛肉嫩度的影响3 l 表格清单 表2 - 1 原料牛肉的基本组成 表2 2 牛肉品质的正交水平表一1 3 表3 - 1 x g 对牛肉色泽的影响” 1 5 表3 - 2x g 对牛肉p h 的影响1 6 表3 - 3x g 对牛肉保水性的影响”1 7 表3 4x g 对牛肉蒸煮损失的影响 表3 - 5x g 对牛肉嫩度的影响1 9 表3 - 6 p a p 对牛肉色泽的影响”2 0 表3 7 p a p 对牛肉p h 的影响 表3 8p a p 对牛肉保水性的影响2 5 表3 - 9p a p 对牛肉嫩度的影响2 5 表4 1 x g 与p a p 复合对牛肉色泽的影响 表4 2 牛肉色泽的方差分析表3 4 表4 3x g 与p a l 复合对牛肉p h 的影响3 5 表4 4 牛肉d h 的方差分析表3 6 表4 5x g 与p a p 复合对牛肉保水性的影响3 7 表4 6 牛肉保水性的方差分析表3 8 表4 7x g 与p a p 复合对牛肉嫩度的影响3 9 表4 8 牛肉嫩度的方差分析表4 0 v h 独创性声明 一虢气n 一期：姗如日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金b b 王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权金a i 王些太 ! l 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名 似 签字日期：2 0 0 7 年e 月日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位 通讯地址： 聊魏丁叫 签字日期：2 0 c r 7 年月 电话： 邮编： 日 致谢 本文是在导师陈从贵教授的悉心指导下完成的，从课题的选定，试验方案 的制定，小论文的刊出，甚至论文的排版都倾注了导师无数的心血。在此致以 诚挚的谢意。 感谢姜绍通院长和生物与食品工程学院的全体领导，是你们给了我这次在 职学习的机会。 感谢生物与食品工程实验室的全体同仁，是你们在我学习期间替我承担了 教学和管理工作。 感谢升华楼5 1 4 室与我一起学习的同学，你们的青春和活力是激发我不断 前进的动力。 感谢我的父母和爱人，是你们替我承担了太多的家庭责任。 i n 作者：方红美 2 0 0 7 5 1 5 第一章绪论 1 1 牛肉及其产业现状 1 1 1 牛肉的营养价值 牛肉是我国主要的畜产品之一，富含蛋白质、铁、钙、维生素a 、维生素 b 。、维生素b 2 、肉碱等，是一种脂肪含量低、蛋白含量高的畜产食品原料。 牛肉中蛋自质含量高达2 2 左右，且为全价蛋白质，含有八种必需氨基酸， 其氨基酸结构模式与人体组成相近，优于植物蛋白，特别是牛肉来源的肽类能 被小肠壁直接吸收，并促迸人体对铁、钙离子的吸收，显示出较高的生物价。 值得一提的是，牛肉中还富含肉碱成分，研究发现肉碱具有多种生理功能， 如：( 1 ) 调节能量代谢，加速脂肪b 一氧化，避免代谢酸、酮中毒：( 2 ) 可降 低血液、组织中甘油三酯的浓度，防止心肌缺血，提高a t p 水平，预防心脑血 管疾病等；( 3 ) 可充分发挥运动员运动时的体能，增强极限运动的表现，提升 精力，耐力，抗疲劳；( 4 ) 有效转化体内积累的脂肪，预防和治疗肥胖症。 1 1 2 牛肉的产业现状 改革开放以来，我国肉牛业有了突飞猛进的发展。1 9 8 0 年我国牛肉产量仅 2 6 9 万吨，1 9 9 0 年增加到1 2 5 6 万吨，2 0 0 0 年达到5 3 5 万吨，仅2 0 0 6 年上半 年其产量就达到3 7 3 9 万吨；在国内肉类总产量中所占的比重由1 9 9 0 年的4 4 上升到2 0 0 5 年的1 0 1 ，在世界牛肉生产量中所占的比重由1 9 9 1 年的2 7 增 加到2 0 0 5 年的1 0 4 ，成为世界上仅次于美国和巴西的第3 大牛肉生产国。牛 肉是西方发达国家主要的消费肉类，价格远高于猪肉和鸡肉。在中国，随着人 们生活水平的提高，牛肉消费量快速增长，2 0 0 6 年全国人均牛肉消费量达到5 6 妇，比改革开放初期提高了近2 2 倍。与此同时消费者对牛肉品质的要求也越来 越高，如何评价与提高牛肉品质已成为重要的研究课题。 1 1 3 牛肉的品质指标 牛肉品质通常是指鲜牛肉及其制品所具有的外观、风味、营养、卫生等各 种与加工和食用有关的物理、化学性状。衡量牛肉品质的指标很多，主要是牛 肉的颜色、p h 值、保水性及嫩度等。 肉的色泽在正常的变化范围内，并不影响肉的营养价值，但肉的色泽是人 们选购肉制品的第一印象，甚至是消费者决定购买与否的关键因素，也是衡量 牛肉品质的最重要指标之一。牛肉色泽是牛肉发生生理与生化变化后所呈现的 表象，变化的程度主要取决于肉中肌红蛋白、血红蛋白的含量和肌红蛋白的化 学状态。牛肉中的肌红蛋白有3 种存在形式：肌红蛋白、氧合肌红蛋白和正铁 肌红蛋白。这3 种存在形式的相互转化导致牛肉色泽的变化。新鲜牛肉最初呈 现肌红蛋白的紫红色，暴露于空气时，肌红蛋白与空气中的氧迅速结合，转化 为氧合肌红蛋白，使肉呈现出鲜艳的、消费者所喜爱的樱桃红色。但是，氧 合肌红蛋白不稳定，暴露于空气中几小时至几天后，就会进一步氧化成正铁肌 红蛋白，肉色也随之转变成暗褐色。肉色可利用色度仪测定，国际上通常采用 h u n t e r 值来反映，以l ( 亮度) 、a ，( 红色) 和b ( 黄色) 值表示，有时也可直接用 色差值e 来反映。 p h 值是衡量牛肉品质的一个重要参数，不仅影响牛肉的适口性、嫩度、烹 煮损失和货架时间，还与牛肉的系水力、肉色和风味等显著相关【2 1 。肌肉p h 接近蛋白质等电点( 5 0 。5 5 ) 时，肉的机械强度最大，嫩度较差，系水力也较 低。生产上通常要求肉品的p h 值偏离其等电点。 牛肉的保水性也称系水力或系水性，指牛肉受到外力作用( 如压力、切碎、 加热、冷冻、融化等) 时，保持其原有水分的能力，它是衡量牛肉品质的重要 指标，不仅影响加工肉的色泽、质地、嫩度、营养和风味，还影响产品的产量 及贮运特性等，有着重要的社会与经济价值。肉的保水性依据不同的加工过程， 有不同的考察指标，例如：蒸煮损失( c l ) 反映肉品受到加热处理时的失水性， 与产品产量关系密切；持水性( w h c ) 则反映熟肉制品( 肉凝胶) 在外力作用 下( 如：离心力、压力等) 保持其内部水分的能力，对产品的运输特性有影响。 肉的嫩度是指肉入口咀嚼( 或切割) 时对破碎的抵抗力，常指熬肉制品柔 软、多汁和易于被嚼烂的程度。而在牛肉的品质特征中，嫩度被消费者认为是 最重要的。它不仅是评价肉品质量的标准，而且直接影响着肉的食用价值和商 品价值，决定着肉的烹调和加工产品的最终感官质量，反映着肉中各种蛋白质 的结构特性。在国际市场竞争日益激烈的今天，特别是目前我国己经加入世界 贸易组织，若能生产出嫩度高、口感好的肉制品，就会获得更多的市场占有率， 有利于与国际市场接轨，从而给企业带来更大的经济效益和社会效益。 1 2 牛肉的嫩化方式 嫩度是影响肉类口感的最重要因素之一，是评定肉类品质的一个关键指标。 消费者都喜欢柔嫩多汁的肉。近几十年来，肉类科技工作者直致力于改善肉 类嫩度的研究，在嫩化技术和肉类嫩度的影响因素方面取得了很大进展，提出 了多种嫩化肌肉的方法。 1 2 1 机械与物理嫩化法 1 2 1 1 机械嫩化法 机械嫩化法即利用机械力的作用使肉嫩化，按机械力对肉的作用可分为拉 伸嫩化法、绞碎嫩化法、滚揉嫩化法、重组嫩化法等。 肌纤维的肌小节连结状态对嫩度有影响，一般来说，肌小节越长或发生断 裂，则肉就越嫩。拉伸嫩化既将屠宰后的胴体吊挂起来，利用其本身重力的作 用，根据不同吊挂方式使相应部位的肌节拉长。使肉得到嫩化。传统的吊挂方 式为后腿吊挂可使背最长肌、半腱肌和半膜肌的肌节拉长，腰大肌的肌节缩短。 2 实验表明骨盆吊挂嫩化效果更好，但并不是肌节越大嫩度越大，当各种肌肉组 织的肌节拉长超过一定限度后，嫩化作用反而减小p j 。肉体悬挂需在冷藏条件 下进行。这一过程需要时间长，肉的失重多。而且还易受到嗜冷微生物的侵扰， 再加上冷库费用高，会带来一定的经济损失。 滚揉嫩化是把经过特殊混合液腌制的肉块，用机械方式进行翻滚、揉擦使 肌肉组织的特性发生改变，加速腌制液在肉块内的渗透和扩散，同时使肉中蛋 白质在肉块表面形成秸膜，从而增加了肉块之间的粘着性和保水性，防止肉汁 渗出，增加了肉的嫩度。重组嫩化法是将嫩度低的肉经切片后再与食盐及磷酸 盐混合，直到抽提的肌肉蛋白能使肉片粘在一起。然后再真空填充入适当大小 的塑料袋中，经冻结、升温、加压成型，使之交成理想的结构，并达到改善嫩 度的目的。绞碎嫩化仅用于灌肠、香肠类制品。 1 2 。l 2 电刺激嫩化 电刺激嫩化是将电极与屠体头尾相接进行电刺激，使引起肌肉收缩的能量 从肌肉中耗尽，肌肉纤维处于松弛状态雨使口感细嫩；同时电流加快了肌肉中 糖原的降解及三磷酸腺苷( a t p ) 的分解，产生各种有机酸，使胴体的p h 值很 快下降到极限p h 值，此时进行冷加工可以防止冷收缩导致的肉交硬。除防止收 缩外，电刺激在其它方面也有改善嫩度的作用。有人认为，电刺激诱导了肌原 纤维的小片化【4 4 】。另外，一些研究者认为电刺激加速了宰后蛋白水解作用f 6 - 引。 1 2 1 3 超声波嫩化法 超声波嫩化法是与其它嫩化原理不同的全新的嫩化技术。超声波嫩化法的 优点是：( 1 ) 节省人力物力，减少空间占用，从而节省贮藏费用，降低生产成 本；( 2 ) 超声处理不用直接接触任何物体，可以真空包装进行试验，所以是卫 生安全的。( 3 ) 缩短了嫩化时间，只是几分钟的处理，而不用几个小时长时间 的处理。 肌肉超声嫩化的原理是：超声波可破坏溶酶体，同时破坏肌原纤维蛋白和 结缔组织，从而起到嫩化作用。特别是溶酶体的破坏使内源性组织蛋白酶和钙 蛋白酶体系释放而发挥嫩化作用。s o l o m o n i ”j 通过显微镜观察，发现超声震荡 嫩化效果很明显，超声波使肌肉中的联接蛋白纤丝受到严重破坏，甚至使其断 裂，从而降低了蛋白问的联接强度，继而降低肉的硬度，起到嫩化肌肉的作用； 同时，超声波对肌细胞的完整性和亚细胞成分( 内质网) 有破坏作用，提高了牛 肉、禽肉山羊肉的酶反应速率和程度，使牛肉嫩度提高4 0 - 7 0 。 1 2 1 4 高静压嫩化法 高静压是用于肉类嫩化的新技术，它释放了溶酶体酶i “】，或加强了其它酶 系统的活性，如蛋白酶1 1 2 】。e l g a s i m 等1 和b e i l k e n 等【“j 报道高静压和热处理 可以使肉的硬度降低，但这些处理会使肉的颜色发生不良反应。j u n g 等f 1 5 】对尸 僵两天的牛股二头肌和背最长肌进行高静压处理( 5 2 0 m p a ，2 6 0 s ，1 0 ) ，结果 3 表明，高静压处理的肉在宰后两天和成熟过程中，组织蛋白酶和酸性磷酸酶的 活性比对照高，从而改善了肉的嫩度，另外从高静压处理的样品的沃布剪切力 变化曲线上可以看出，硬度的增加是由于肌原纤维成分而不是胶原纤维成分剪 切力的增加。然而m a c f a r l a n e 等【l6 j 却发现，尸僵后期对肉进行高静压处理( 1 5 0 m p a ，3h ，1 0 ) 尽管对肌原纤维结构有显著改变，但与对照相比剪切力没有 显著变化。 1 2 2 化学嫩化法 1 2 2 1 盐类嫩化法 通过注入或注射一些化学成分来改变糖酵解速率、肌肉收缩速率和状态， 酶水解速率，是控制宰后肉的嫩化过程的有效办法【1 7 。19 1 。盐类通常会影响肉制 品的功能性质【2 0 】，并且对收缩，蛋白与蛋白间的相互作用，蛋白质的溶解度， 蛋白水解酶的活性以及蛋白质晶格膨胀有影响。 钙蛋白酶的活化必须依赖一定浓度的钙离子。一些研究报告指出，用氯化 钙溶液浸渍或将其注射、或泵入胴体可以通过激活钙蛋白酶而加速宰后变化， 导致肉的嫩度得到改善【2 卜2 ”。因此一些研究者认为钙盐嫩化法就是通过外加钙 盐的方法使肉中钙离子浓度升高，激活肉中的钙蛋白酶，并且降低内源钙激活 中性蛋白酶抑制剂的活性，从而使a 一肌动蛋白的z 线消失，引起纤维的部分 降解，并且伴随激钙蛋白、肌球蛋白等的水解。但是，t a k a h a s h i 等1 2 5 】提出的钙 理论认为，肉成熟过程中嫩化主要是由于肌浆中c a 2 + 浓度达到0 1 m m 以上时， c a 2 + 直接诱导肌原纤维弱化而引起肉的嫩化。无论是由于通过激活钙蛋白酶还 是由于直接引起肌原纤维弱化，总之，c a “能够改善肉的嫩度是达成共识的。 多聚磷酸盐主要包括焦磷酸盐、六偏磷酸盐和三聚磷酸盐，是具有缓冲作 用的碱性物质，加入到肉中后，可使肉的p h 值向碱性方向偏移，肌肉中肌球 蛋白和肌动蛋白偏离其等电点( p h 5 4 ) 而发生解离，并且使肌肉吸收和保持水 份的能力提高，从而改善嫩度。 l e e 等【2 6 】报道，热剔骨的股二头肌和半膜肌，注射焦磷酸钠和氯化钠后， 可以通过提高肌肉的p h ，加强钙蛋白酶的活性，从而改善了肉的嫩度。 1 2 2 2 盐酸半胱氨酸嫩化法 盐酸半胱氨酸能将酶分子活性基团s h 基打下，使酶分子结构改变，激活 天然存在的解胱酶系统，释放出具有活性的蛋白酶，使结缔组织中的胶原蛋白 和弹性蛋白部分溶解，从而达到改善肉的嫩度的目的。 1 2 2 3 有机酸嫩化法 在酸液( 如醋酸和乳酸) 中浸渍，是传统的嫩化及增加风味的方法。但是， 由于外源酸的渗透缓慢，达到充分浸渍的时间长，使这一方法的应用受到了限 制1 2 7 - 2 8 】。注射可使酸溶液较快地扩散而快速达到改善嫩度的作用 2 9 - 3 0 l 。b e r g e 等1 3 l 】研究了宰后不同时间注射乳酸嫩化牛肉的方法，他们指出，注射乳酸可以 4 降低不溶性胶原蛋白的含量，这也就是说肌束膜中胶原蛋白的热稳定性降低； 尸僵两天后注射乳酸可明显改善肉的质购特性( 剪切力、抗张强度、感官指标) 。 a k t a s 和k a y a l 3 2 l 用差式扫描量热器( d s c ) 测定柠檬酸和乳酸溶液浸泡的牛背 最长肌肌问结缔组织的变性特征，发现其变性起始温度( t o ) 、变性峰值温度 ( t p ) 显著降低，另外还发现柠檬酸浸泡7 2h 后，s d c 测定结缔组织的变性 焓( a h ) 增加。h o r g a n 等【3 1 l 认为结缔组织t o 和t p 的降低说明醛亚安交联对 p h 制的降低很敏感，弱有机酸浸泡处理促进了那些加强胶原纤维结构的分子内 非共价交联的破坏，这就加强了膨胀作用并降低热变性温度，h 的增加说明 胶原蛋白中不溶于酸的共价交联是t o 和t p 降低的原因之一。b e r g e 等【 l 认为 分子内非共价键( 氢键、离子偶极或离子配对作用、分子内交联) 比共价交联 对胶原蛋白的热稳定性重要。 酸的作用取决于处理后p h 值的降低，p h 值的降低对肉的质地的影响与三 个机制的综合作用有关：( 1 ) 肌原纤维通过主轴膨胀而使承载物质释放【3 4 3 5 l ； ( 2 ) 肌束膜中结缔组织变弱1 3 6 - 3 7 j ；( 3 ) 适应p h 值较低的蛋白酶( 主要是组织 蛋白酶) 加速嫩化作用p 。 1 2 2 4 表面活性剂嫩化法 有一些报道说表面活性剂可以和纤维状蛋白如胶原蛋白、弹性蛋白发生相 互作用，并且已有阴离子表面活性剂与纤维状蛋白结合而使其发生构象变化和 生物化学变化的报道【3 9 l 。m o r i 等【4 0 】报道，琥珀酰单甘油酯( s g m s ) ，一种阴 离子表面活性剂，对烤牛肉片是有效的嫩化剂。他们用2 的s g m s 处理肌束 膜，发现随温度升高，溶解出的肌原蛋白并无明显变化，但却降低了其剪切力。 扫描电镜对其进行观察，用s g m s 处理的样品的结构发生了变化。这说明这种 嫩化方法不是通过使胶原蛋白溶解，而达到嫩化的目的。 1 2 3 生物学嫩化法 1 2 3 1 内源蛋白酶与肉的嫩化 随着对肉成熟嫩化机理的研究不断深化，到日前为止，研究者认为与此密 切相关的内源蛋白酶有两大类：( 1 ) 钙蛋白酶类( c a l p a i n s ) 、( 2 ) 溶酶体组织蛋 白酶类( l y s o s o m a lc a t h e p s i n s ) ，但某一个酶系统并不能完全解释宰后所有的 变化。组织蛋白酶的作用可能在宰后第一天受到限制【4 卜4 引。对钙蛋白酶已进行 了深入的研究并且它的嫩化作用也已经得到广泛证明 4 4 - 4 6 l 。 c a l p a i n s 对肌肉作用整个过程的机理可归结为：( 1 ) z 盘的弱化，该现象 可通过电镜观察发现。( 2 ) 肌间线蛋白( 又称支架蛋白，d e s m i n ) 的降解。c a l p a i n s 能降解原肌球蛋白，原肌动蛋白、肌间线蛋白、酪蛋白等，但对肌球蛋白和肌 动蛋白不起作用。肌间线蛋白位于z 线周围。通过s d s 聚丙烯酸胺凝胶电泳蛋 白质分析发现，成熟肌肉的肌间线蛋白被降解而消失。这可以说明c a l p a i n s 的 嫩化作用也体现在肌间线蛋白的降解上，同时也进一步证实了c a l p a i n s 可以导 5 致z 盘弱化。( 3 ) 肌原蛋白一t ( t o p o n i n - - t ) 的消失。肌原蛋白一t 位于l 带，它能结合肌球蛋自，在肌原纤维中起联结作用，而保持一定张力，可以推 测，由于c a l p a i n s 对原肌球蛋白作用，从而导致肌原蛋白一t 自溶，降低了肌 原纤维的强度，导致肉的嫩化。( 4 ) 伴肌动蛋白( n e b u l i n ) 的分解。n e b u l i n 的 多肽链从l 带延伸至a 带，起着联结肌动蛋白、肌球蛋白和z 盘的作用在成 熟过程中，n e b u l i n 非常容易受到蛋白水解酶作用，因而很容易降解【4 7 1 。 组织蛋白酶主要包括c a t h e p s i n sb ，d ，h ，l 四种形式，它们都位于溶酶 体内，只有当溶酶体膜破裂时，才被释放到细胞溶质中发挥降解蛋白的作用， s h i b k o s 等【“。4 9 1 对分离纯化的溶酶体的稳定性做了系统研究，认为低p h 和高温 ( 3 7 以上) 可以促进溶酶体的裂解，而低温则使溶酶体稳定。一般地，动物 被屠宰后，p h 会逐渐降低，促进溶酶体膜破裂，溶酶体释放出组织蛋白酶，降 解肌纤维结构蛋白质，从而导致肉变嫩因而它的致嫩作用更多表现在成熟后期。 1 2 3 2 外源蛋白酶与肉的嫩化 近年来，各国学者都在研究用加入外源蛋白酶的方法使肉嫩化。引入的外 源酶包括植物性蛋白酶、动物性蛋白酶和微生物蛋白酶等，其中植物蛋白酶最 为常用。通常使用的植物蛋白酶有木瓜蛋自酶( p a p a i n ，p a p ) 、菠萝蛋白酶、 无花果蛋白酶：它们不仅可以分解肌原纤维，还可以分解胶原和弹性蛋白，能 特异地水解肌肉中结缔组织纤维，使其成为无定形团块，从而达到嫩化的目 的将酶引入肉的方法主要有：在含有蛋白水解酶的溶液中浸泡法，血管泵注 法，冷冻干燥后在酶溶液中复水法。前两种方法存在不足之处，因为它们对表 面过分嫩化而使质构软烂，而且由于不能渗透到肉的内部，使内部受不到影 响冻干的肉在酶液中复水，酶的分布较好，但也不很理想，因为它需要冻干 设备。因此发展了宰前向活体注射酶的方法，并证明是将酶引入肉的最有效方 法 5 0 - 5 1 l 。但如果选择的酶不合适会引起动物的休克，导致劣等肉的产生；而且 处理活的动物需要技术熟练的操作人员；g e r e l t 等1 5 2 】( 2 0 0 0 ) 介绍了一种新的 方法，他们将渗透脱水的肉浸于蛋白水解酶溶液中，处理结果表明，肌原纤维 大量降解肌内膜蜂窝状结构明显变形，因此，这种将酶引入肉的方法是比较 可取的。但是酶的反应不易控制，有些反应会影响肉的品质，这就使酶嫩化的 应用受到了限制。 1 2 3 3 激素法 激素法是在牲畜宰前注射激素类制剂，如胰岛素、肾上腺素。注射激素可 以加速糖代谢，使动物体内大部分糖原分解，这样可使肉中糖原、乳酸处于低 水平，p h 值处于高水平，肌球蛋自的数量增加，从一定程度上抑制了僵直的发 生，使肉有较好的嫩度。 6 1 3 木瓜蛋白酶( p a p ) 及其在食品工业中的应用 1 3 1p a p 及其结构特征 木瓜蛋白酶( p a p ，e c 3 4 2 2 2 ) 广泛存在于双子叶植物番木瓜根、茎、叶 和果实中，其中以未成熟果实的乳汁中含量最为丰富，约占干重的4 0 5 3 l 。木 瓜蛋白酶在内肽酶中含量很少，约占8 左右，易于分离纯化【“l 。该酶含量高、 蛋白承解能力强，对多种蛋自质均具有很好的降解作用，被广泛应用于食品中， 作用的底物较广泛，包括各种蛋自质如明胶、酪蛋白、谷蛋白、弹性蛋白、球 蛋白和肌纤维蛋白 5 5 5 6 l 。 p a p 是一种巯基蛋白水解酶，含有总量达5 的脯氨酸，可水解蛋白质和 多肽中精氨酸和赖氨酸的羧基端。并能优先水解在肽键的n 端具有2 个羧基的 氨基酸或芳香l 氨基酸的肽键。在许多情况下，p a p 很容易失活，例如，一些 化学物质如异硫氰酸苄酯、氧化剂h 2 0 2 f 5 7 】等，以及脉冲电场【5 引、高压1 5 9 】并同 其它含巯基的蛋白酶如菠萝蛋白酶，a 淀粉酶等一样，在室温下热稳定性较差， 所以在应用方面受到一些限制。 1 3 2p a p 在食品中的应用 p a p 因其有较好的水解蛋白能力，在各种食品加工中被广泛的使用，如酿 造，肉类加工( 肉的嫩化) 、牛奶的凝固、小麦面粉和高质量饼干加工中混合面 团的改性，处理花生仁和鱼肉加工的废弃物以生产功能性的蛋白质和多肽。 1 3 3 1p a p 在饮料与焙烤食品中的应用 啤酒生产过程中的蛋白酶混浊是最常见的非生物浑浊，由于其中的多酚类 物质与蛋白质形成一种复合物，此种复合物聚合到定程度时而产生混浊沉淀。 啤酒在低温冷藏储存时经常有沉淀形成，在室温下放置一段时间也有沉淀。这 些沉淀主要是蛋白质和多酚类化合物形成的，在啤酒中加入3 0 u m l 木瓜蛋白 酶可以作为啤酒的澄清荆。同时研究也表明添加到啤酒中的蛋白质的活性与抑 制其活性的能力没有直接的联系 6 0 1 。 木瓜蛋白酶添加到饼干中，能降低面团筋度、提高饼干疏松度、成型性好、 能使饼色油润，减少次品率、提高成品率。适合各种风味的高、中、低档饼干、 糕点及面包的制造。 i 3 3 2p a p 在肉类加工中的应用 肉类的嫩度是肉类品质的一个重要指标。p a p 的添加可以使造成肉类蛋白 质肽链的断裂，能使由精氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、甘氨酸等7 种氨基酸构成 的肽键断裂水解，吸水膨胀，使肉质疏松，口感上具有一定的嫩度。吴嘉新等 【“l 进行了天然肉类嫩滑剂的研究，研究发现添加以p a p 为主要原料的嫩肉液比 不添加的饺陷作出的水饺要更鲜嫩多汁。罗爱平等1 6 2 】对牛肉采取了综合保鲜技 术，研究表明添加5 胶原蛋白、2 c a t l ：、0 0 2 5 茶多酚、0 0 3 异抗坏血酸、 0 3 植酸的保鲜剂可使冷却肉的保质期达到2 1 d 以上。 7 1 4 黄原胶( x g ) 及其在食品工业中的应用 1 4 1x g 的理化性质 黄原胶( x a n t h a ng u m ，x g ) 为浅黄至淡棕色粉末，稍带臭味，相对密度 1 6 。加热至1 6 5 褐变，至2 4 0 碳化，易溶于冷、热水中，溶液中性，是一 种稳定的亲水性粘稠胶液，其粘度随总浓度的提高而提高当溶液浓度为0 1 时，其秸度为0 1p a s 。在目前已知的各种水溶胶中，在相同浓度下，黄原胶 的粘度是较大的。 黄原胶的大分子主链由( 1 4 ) b d 葡萄糖组合而成，在每两个葡萄糖中 交错存在着两种c - - 3 位的三糖侧链，两个侧链分别为：一l ，3 一乙酰甘露糖一 l ，2 - - 葡萄糖醛酸盐一l ，4 - - 甘露糖和一1 ，3 一乙酰甘露耱l ，2 一葡萄糖醛酸盐 一1 4 一甘露糖丙酮酸盐。具体分子式【6 3 】见图1 - 1 。 丙酮陵 m e + 0 ( ) co c c h o 图卜1 黄原胶的分子式 f i g1 一lm o l e c u l a rf o r m u l ao fx g 1 4 2x g 的特殊性能 低浓度时即呈高粘度，对悬浮液和乳化料具有很高的稳定性； 呈假塑性的流变性和低剪切力，易于灌装、泵送，而静置后粘度迅速 恢复； 溶液的粘度与温度、p h 值和电解质浓度的变化关系不大，对酶也有极 好的稳定性； 8 在食品中有很好的口感和保香能力；货架期长； 与c a ”、m g ”、b a ”、c u ”、z n ”、f e ”、n i ”等盐类有相容性。 1 4 3x g 在食品中的应用 布丁、色拉调料。这是黄原胶在美国和西方各国的最主要用途，利用 其低浓度下的高粘度、悬浮性，对酸和盐类的稳定性以及良好的保水性和爽滑 口感。 冰淇淋。使配料均匀、稳定，口感滑软，便于泵送等操作，提高膨胀 率，防止粗大冰晶的形成，耐冻融性，可缩短老化时间等。 肉制品。增加持水性，使产品嫩化，易切片，并提高出品率，防止淀 粉回生，延长货架期。 蛋糕。使组织多孔而细小、均匀，成品松软而有弹性，易于注模。 饮料类。增加粘度，提高热稳定性和悬浮性，耐高温杀菌，防止乳饮 料的脂肪上浮并保护蛋白质的分散性等。 果酱、果冻、顶端料。增稠、胶凝、耐酸、口感细腻滑爽。 其他肉汁、肉汤、罐头汤汁、花色肉冻、冷冻食品、速冻甜点、焙烤 制品等均因相似的作用而被广泛使用。 1 5 本研究的意义及其主要内容 我国市场上销售的“鲜肉”，由于屠宰分散，多数是个体户随宰随卖，没有 经过肉的成熟阶段。有的肉屠宰分割后立即进行速冻，普遍存在着冷收缩和解 冻僵直收缩现象，肉汁大量流失，肉品质老化，降低其感官性状和食用价值， 使肉品品质及商品价值下降。 传统的肉品屠宰加工方式已不能满足人们对高嫩度、高营养、低胆固醇的 健康饮食的需求。规范食用肉的屠宰加工市场，引入先进的宰后处理高新技术， 促进肉的快速成熟，缩短尸僵成熟期，提高肉品嫩度和稳定性等，已成为改善 肉品质、提高食用肉商品价值的有效途径。 本课题在前人研究的基础上，选择天然的多糖与植物蛋白酶，并将两者有 机结合，以探索肌肉嫩化的新途径，为优质肉制品的生产提供技术支持。具体 研究内容包括： ( 1 ) 黄原胶对牛肉品质( 色差值，p h 值、保水性、蒸煮损失率及最大剪 切力) 的影响； ( 2 ) 木瓜蛋白酶及其工艺条件对牛肉品质的影响； ( 3 ) 黄原胶与木瓜蛋白酶复合对牛肉品质的影响。 9 第二章材料与方法 2 1 实验材料 全瘦牛肉( 后腿肉) ，由雨润集团阜阳福润食品有限公司提供，屠宰场分 切后的新鲜牛肉经一2 0 冷冻后，送至实验室冰箱冷冻室续冻，备用； 黄原胶( x g ) 与木瓜蛋白酶( p a p ) 均为市售食品级。 2 2 主要仪器设备 仪器名称仪器型号 数显恒温水浴锅 h h 一2 高剪切乳化机 f a 2 5 低温恒温槽 物性测量仪 全自动测色色差 计 p h 计 塑料薄膜封口机 冰箱 冰柜 电子分析天平 电热真空干燥箱 电热鼓风干燥箱 d c - 2 0 1 5 t a x t p l u s 型 w b 2 0 0 02 x h e 一2 0 l 一9 s f 一2 0 0 型 b c d 一2 1 2 ( l ) b d ( c ) 一6 9 a r l l 4 0 z k 一8 2 a 型 d g f 3 0 仪器生产厂家 常州国华电器有限公司 上海弗鲁克流体机械制造有限公 司 宁波新芝生物科技股份有限公司 英国s t a b l e 公司 北京康光仪器有限公司 上海理达仪器厂 温州兴业机械设备有限公司 美菱股份有限公司 青岛澳柯玛股份有限公司 奥豪斯( 上海) 公司 上海试验仪器厂有限公司 南京实验仪器厂 2 3 试验设计及检测方法 2 3 1 试验原料牛肉的预处理 从冰箱冷冻室中随机取出冷冻的原料牛肉，在冰柜( 2 ) 中解冻约2 0h ， 然后将仍含有少许冰渣的原料牛肉分切成牛肉片，切片厚度约1c n 3 ，重量约 2 0 - 3 0g ：再用保鲜袋重新包装( 每袋9 块) ，放回冰箱冷冻室备用。 2 3 2 原料牛肉基本成分的检测 随机取出原料牛肉，进行基本成分的分析检测。 2 3 2 1 水分含量测定 采用冷冻干燥与真空干燥结合法【“l 。用称量皿准确称取3 5g 牛肉，先在 冷冻干燥机内干燥2 4h 后，再放入真空干燥箱中，在温度8 0 、真空度0 0 8 m p a 条件下干燥至恒重。 水分( ) = ( w g ) w 1 0 0 1 0 g ：样品中干燥后的重量，g w ：样品重量g 2 3 2 2 蛋白质含量检测 采用凯氏定氮法【“l ，按照上述测定水分含量的干燥方法，将待测样品干燥 至恒重，得到绝于牛肉样品；然后，称取绝干牛肉样品约2g ，置于凯氏烧瓶 中，加入1 0g 无水硫酸钾、0 5g 硫酸铜和2 0 m l 浓硫酸；再放入通风橱中加热 消化，取出凯氏烧瓶，并加入2 0 0m l 蒸馏水，连接定氮球及冷凝蒸馏装置，加 热蒸溜至烧瓶内三分之一残液时，停止加热；接着用0 1n 盐酸标准溶液滴定 至灰红色为终点。以未加牛肉样品作为对照组。 总氮量( ) = n x ( v 2 v 1 ) w 0 0 1 4 1 0 0 蛋白质( ) = 总氮( ) k 式中：n 标准盐酸溶液的当量浓度 v 。空白滴定消耗的标准酸溶液的量m l v 2 样液滴定消耗标准酸溶液的量m l w 换算成湿样品牛肉重量，鐾 k 一换算系数 2 3