戴 妍,盧 憶,喻倩倩,劉 毅,李興民,戴瑞彤

(北京海淀區(qū)清華東路17號中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院,北京 100083)

歐姆加熱過程對豬肉氧化和體外消化率動態(tài)變化的研究

戴 妍,盧 憶+,喻倩倩,劉 毅,李興民,戴瑞彤*

(北京海淀區(qū)清華東路17號中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院,北京 100083)

本文研究了歐姆加熱與水浴加熱肉塊到一定的終點溫度(20～100 ℃)時,脂肪和蛋白質(zhì)氧化、蛋白質(zhì)表面疏水活性和聚合度、胃蛋白酶、胰蛋白酶和α-凝乳蛋白酶體外消化率的動態(tài)變化。結(jié)果顯示:隨著肉塊終點溫度的升高,蛋白質(zhì)羰基呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢,而胰、α-凝乳蛋白酶體外消化率呈現(xiàn)一定的下降趨勢。當(dāng)肉塊溫度為40 ℃時,歐姆加熱組的蛋白質(zhì)表面疏水活性顯著低于(p<0.05)水浴加熱處理組。當(dāng)肉塊溫度為20 ℃時，歐姆加熱組的胰、α-凝乳蛋白酶消化率顯著高于水溶加熱處理組(p<0.05)。當(dāng)肉塊溫度為60 ℃時,歐姆加熱組的羰基值和胃蛋白酶體外消化率顯著低于(p<0.05)水浴加熱處理組,而胰、α-凝乳蛋白酶體外消化率顯著高于(p<0.05)水浴加熱處理組。當(dāng)肉塊溫度為80 ℃時,歐姆加熱組的硫代巴比妥酸值顯著低于(p<0.05)水浴加熱處理組。其余各指標(biāo)各處理組無顯著差異(p>0.05)。蛋白質(zhì)聚合度、蛋白質(zhì)疏水活度與胃蛋白酶體外消化率呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(p<0.05),因此歐姆加熱肉品節(jié)約了總加熱時間的1/2～5/6,氧化、體外消化率各指標(biāo)與水浴加熱處理組整體上無明顯區(qū)別。

歐姆加熱,水浴加熱,體外消化率,肉塊,氧化,相關(guān)性

肉中蛋白質(zhì)是為人體提供必需氨基酸的主要營養(yǎng)來源,蛋白質(zhì)體外消化率對于間接評估肉的營養(yǎng)價值具有非常重要的意義[1-2]。加熱可以保證肉品的安全特性和適口性,但它會顯著影響肉品的營養(yǎng)價值[3],因為加熱過程可能會促使肉中蛋白質(zhì)降解和氧化,從而影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特性和氨基酸的生物利用率[3]。雖然美國USDA建議肉的終點溫度要達(dá)到71.1 ℃才能保證肉品的安全特性,但是消費者仍然會以嫩度、風(fēng)味強度、顏色與多汁性來評價肉質(zhì)的可接受性[4-5]。氧化和熱降解的協(xié)同作用可以減少蛋白質(zhì)游離巰基含量,增加羰基、蛋白質(zhì)聚合物以及表面疏水基團(tuán)的數(shù)量,引起蛋白質(zhì)體外消化率的下降,最終影響肉品營養(yǎng)和加工特性。同時肉中游離氨基酸還會與脂肪氧化產(chǎn)生的醛類或還原性糖發(fā)生反應(yīng)形成Schiff堿,同樣會誘發(fā)蛋白質(zhì)交聯(lián)、聚合以及營養(yǎng)價值的變化[1,4]。

歐姆加熱是一種新型加熱技術(shù),它主要通過在食物兩端介入電極,通過使食物自身導(dǎo)電而達(dá)到加熱的目的,歐姆加熱的食品比傳統(tǒng)加熱模式的食品有很多優(yōu)點,比如用它加熱食物的時間更短,產(chǎn)品外觀更為均一,產(chǎn)品有更高的蒸煮得率和更好的食用品質(zhì)等[6-9],歐姆加熱技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用到肉糜、牛肉和水果等食品的加熱[1,7,9-10]。目前國內(nèi)外有關(guān)歐姆加熱對肉品氧化和營養(yǎng)品質(zhì)變化的相關(guān)研究仍然是空白,因此本次實驗比較了歐姆加熱與水浴加熱肉塊到相同終點溫度(20～100 ℃)時的脂肪氧化、蛋白質(zhì)氧化、蛋白質(zhì)的聚合度,蛋白質(zhì)的表面疏水性以及體外消化率的差異性,找出這些指標(biāo)的相關(guān)性,為進(jìn)一步探明歐姆加熱肉品氧化及體外消化的機(jī)理提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

豬背最長肌 購自北京市順義鵬程食品有限公司；三氯乙酸(分析純)、硫代巴比妥酸(分析純)、鹽酸(分析純)、EDTANa2(分析純)、DNPH(分析純)、乙醇(分析純)、乙酸乙酯(分析純)、鹽酸胍(分析純)、β-巰基乙醇(分析純)、溴酚藍(lán)(分析純)、尼羅紅(分析純)、甘氨酸(分析純) 均購于北京索萊寶公司。

自制歐姆加熱設(shè)備(主要由交流電源、支架箱及加熱單元3部分共同組成)[9];電流傳感器、DHC8P電壓表、DPH8P電流表 溫州大華儀器儀表有限公司;熱電偶溫度計 北京工業(yè)溫度傳感器有限公司制;TS22型絞肉機(jī);BS210S百分之一天平 上海天平儀器廠;DK-8B電熱恒溫水槽 上海精密實驗設(shè)備有限公司;FA-25超細(xì)勻漿器 上海FLUKO流體機(jī)械制造有限公司;GL-20G冷凍離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠;Evolution60紫外可見分光光度計 美國熱電公司;Hitachi F-2500熒光分光光度計 日本Hitachi公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 豬肉處理 4頭6月齡、110 kg重的長白雜交豬宰殺后,胴體經(jīng)24 h冷卻后,分割出8塊背最長肌,貯藏于-25 ℃冰箱中,用時置于4 ℃環(huán)境下解凍10 h。解凍后肉塊的終點溫度大約為4 ℃±2 ℃。取豬背最長肌(約300 g),分別進(jìn)行水浴和歐姆加熱處理,對照組(不經(jīng)過任何處理),每種處理做4個重復(fù)。

1.2.2 加熱處理方式 歐姆加熱:交流電源(50 Hz,3.5 kW);將肉塊夾在2個電極之間,采用電壓梯度(9 V/cm)進(jìn)行加熱,使肉塊的中心溫度達(dá)到20、40、60、80、100 ℃[8],然后關(guān)閉電源,將肉塊取出,進(jìn)行指標(biāo)分析。水浴加熱:將肉塊(直徑4.2 cm;長度10 cm)用細(xì)線捆好,放在水浴槽中,再把水浴槽放到水浴鍋中,水浴鍋溫度設(shè)為100 ℃,同樣使肉塊的中心溫度加熱到20、40、60、80、100 ℃,然后關(guān)閉電源,取出肉塊分析指標(biāo)。

1.2.3 硫代巴比妥酸值(Thiobarbituric acid,TBARS) 測定歐姆和水浴加熱的肉塊TBARS含量的測試方法根據(jù)文獻(xiàn)方法[11-12]進(jìn)行測試。提取碎肉(1.50 g),加入10 mL去離子水,然后取1 mL樣品液,加入2 mL緩沖液(15%三氯乙酸,0.375%硫代巴比妥酸,0.25 mol/L鹽酸),再加入3 mL 2% BHT溶液,將樣液振蕩,然后用100 ℃水浴加熱15 min發(fā)色,冷卻后將樣品離心(轉(zhuǎn)速為3000×g,離心10 min),溶液的吸光度用紫外可見分光光度儀測定(532 nm),TBARS值可以表示為mg MDA/kg(吸光系數(shù)折算為1.56×105mol/L cm-1)。

1.2.4 肌原纖維蛋白質(zhì)的提取 肌原纖維蛋白質(zhì)提取采用溶解離心法[7,13],2.50 g切碎的肉樣加入到pH6.5的20 mL肌纖維提取緩沖液(150 mmol/L 氯化鈉、25 mmol/L氯化鉀、3 mmol/L氯化鎂,4 mmol/L EDTANa2和1 mmol/L PMSF)中進(jìn)行勻漿(10000×g,10 s)。然后將樣液置于4 ℃離心(5000×g,30 min),將含有肌原纖維蛋白沉淀物的樣液用緩沖液(50 mmol/L氯化鉀,5 mmol/Lβ-巰基乙醇)沖洗3遍,再用此溶液提取沉淀、勻漿,最終得到的懸濁液為樣品液肌原纖維蛋白的提取液。此懸濁液的濃度用雙縮脲法(biuret method)測定[14]。

1.2.5 蛋白氧化測定 蛋白羰基(carbonyl)和游離巰基(free thiol)含量的測定是蛋白質(zhì)氧化最為重要的指標(biāo),總蛋白羰基含量測定采用分光光度計法[15]略有改動。準(zhǔn)備2份500 μL肌原纖維蛋白溶液,1份加入2 mL 2 mol/L鹽酸溶液作為對照組,另1份加入2 mL 10 mmol/L DNPH溶液,室溫下放置1 h后,往兩份肌原纖維蛋白溶液中加入2 mL 20% 三氯乙酸溶液。然后將樣液用1 mL緩沖液(1∶1的乙醇/乙酸乙酯)沖洗,最后將沉淀物溶于2 mL pH6.5的緩沖液(6 mol/L 鹽酸胍,20 mmol/L磷酸鉀)中,樣品液的吸光度用紫外可見分光光度儀比色(370 nm)測定,羰基含量表示為μmol DNPH/mg。蛋白腙的吸光系數(shù)為2.2×104mol/L-1cm-1。

1.2.6 蛋白質(zhì)表面疏水性測定 蛋白質(zhì)表面疏水性(protein surface hydrophobicity)的測定采用溴酚藍(lán)法[16],略有改動。肌纖維蛋白液用磷酸鹽緩沖溶液(20 mmol/L PBS,pH6)稀釋至濃度為2 mg/mL。取肌纖維蛋白液(1 mL)加入40 μL溴酚蘭(BPB)溶液(1 mg/mL)。將樣液置于室溫充分混合振蕩10 min,然后離心(9000×g,8 min),最后將樣液置于比色皿中采用紫外可見分光光度儀比色(595 nm)測定。蛋白質(zhì)表面疏水性含量計算公式為:溴酚藍(lán)BPB含量(μg)=40 μg×(對照組吸光值-樣品組吸光值)/對照組吸光值。

1.2.7 蛋白質(zhì)聚合度測定 蛋白質(zhì)聚合度(protein aggregation)用尼羅紅熒光比色法測定[17]。肌纖維蛋白液用磷酸鹽緩沖液(20 mmol/L PBS,pH6)稀釋至濃度為1mg/mL。取2 mL樣品液加入40 μL 0.32 mg/mL尼羅紅熒光染色液。當(dāng)樣品混合均勻后,直接用熒光分光光度計測定。熒光分光光度計參數(shù)設(shè)定為:激發(fā)波長λex(560 nm),發(fā)射波長λem(620 nm)和狹縫寬度(10 nm)。樣品的熒光強度表示為(arbitrary units,au)。

表1 歐姆加熱與水浴加熱豬肉到不同終點溫度(20～100 ℃)時脂肪和蛋白質(zhì)氧化分析

注：同行均值有不同上標(biāo)字母者(a～e)表示在0.05水平差異顯著;同列均值有不同上標(biāo)字母者(x、y)表示在0.05水平差異顯著;OH:歐姆加熱;WB:水浴加熱;NT:對照組,表2、表3同。1.2.8 蛋白質(zhì)體外消化率測定 蛋白質(zhì)體外消化率(protein digestioninvitro)采用酶解法[18],略有改動。肌原纖維蛋白液用33 mmol/L甘氨酸緩沖液(pH1.8)稀釋至0.8 mg/mL。然后蛋白液先用胃蛋白酶(gastric pepsin,5 U/mg)進(jìn)行酶解,37 ℃消化0、10、20、30、40,60 min后用15%三氯乙酸溶液終止酶解,然后離心(9000×g,7 min)。樣品液的吸光度用紫外可見分光光度儀比色(280 nm)測定,最后算出酶解速率(ΔOD/h)為胃蛋白酶體外消化率。然后將剩余不溶物用33 mmol/L甘氨酸緩沖液(pH8)沖洗2遍,最后溶解于此溶液中,用胰蛋白酶(trypsin,6.6 U/mg protein)和凝乳蛋白酶(α-chymotrypsin,0.33 U/mg protein)進(jìn)行酶解,酶解時間為(0、10、20,30 min)后用15%三氯乙酸溶液終止酶解,按上述步驟離心,樣品液的吸光度用紫外可見分光光度儀比色(280 nm)測定,最后算出酶解速率(ΔOD/h)為胰、α-凝乳蛋白酶體外消化率。

1.3 統(tǒng)計方法

用SPSS16.0數(shù)據(jù)分析軟件對各指標(biāo)進(jìn)行分析,Unpaired Student T-test 用于分析歐姆和水浴處理組的各指標(biāo)顯著性差異(p<0.05);而ANOVA以及Duncan 檢測法用于分析同一種處理組不同終點溫度條件下(20、40、60、80、100 ℃)各指標(biāo)的顯著性差異(p<0.05)。判斷歐姆加熱肉塊各個指標(biāo)的相關(guān)性,則用Pearson correlation coefficients分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 歐姆加熱和水浴加熱對于豬肉塊加熱時間的影響

圖1 歐姆加熱與水浴加熱豬肉加熱到 不同終點溫度的時間-溫度圖Fig.1 Time-temperature plots for ohmically(OH) and waterbath(WB)cooked pork meat at endpoint temperatures

2.2 脂肪氧化和蛋白質(zhì)氧化分析

歐姆加熱處理組TBARS值呈現(xiàn)了上升的趨勢,水浴加熱處理組TBARS值則呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢,當(dāng)終點溫度達(dá)到80 ℃以上,TBARS值呈現(xiàn)顯著上升的趨勢。Bax等[1]也發(fā)現(xiàn)隨著肉塊中心溫度高于70 ℃時,TBARS值呈現(xiàn)上升的趨勢。當(dāng)肉塊的終點溫度達(dá)到80 ℃時,歐姆加熱組肉塊TBARS值(0.14 mg MDA/kg)顯著低于(p<0.05)水浴加熱處理組(0.25 mg MDA/kg)(表1)。隨著終點溫度的提高,歐姆加熱處理組和水浴加熱處理組肉塊蛋白質(zhì)游離巰基呈現(xiàn)了一定的波動,但兩個處理組之間蛋白質(zhì)游離巰基含量無顯著性差異(p>0.05)。歐姆加熱和水浴加熱處理組肉塊蛋白羰基含量呈現(xiàn)了先下降后上升的趨勢(p<0.05),肉塊中肌原纖維蛋白質(zhì)在加熱過程中易發(fā)生蛋白氧化反應(yīng)[17-18]。當(dāng)肉塊終點溫度為60 ℃時,歐姆加熱處理組羰基含量(0.15 μmol DNPH/mg)顯著低于(p<0.05)水浴加熱處理組(0.34 μmol DNPH/mg)(表1)。水浴加熱處理組肉塊的加熱時間比較歐姆加熱時間長,可能更容易誘發(fā)肉塊TBARS和蛋白羰基含量的升高。

2.3 蛋白表面疏水性和聚合度分析

表2 歐姆加熱與水浴加熱豬肉到不同終點溫度(20～100 ℃)的蛋白質(zhì)疏水活度和聚合度的變化分析

表3 歐姆加熱與水浴加熱豬肉到不同終點溫度(20～100 ℃)的蛋白質(zhì)體外消化率分析

表4 歐姆加熱豬肉的氧化和營養(yǎng)各指標(biāo)相關(guān)性分析

注：數(shù)值中的數(shù)值帶*表示指標(biāo)間有顯著相關(guān)性,**表示指標(biāo)間極顯著相關(guān)性,*p<0.05;**p<0.01。隨著終點溫度的升高,歐姆加熱處理組蛋白質(zhì)表面疏水性和聚合度呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢,而水浴加熱處理組呈現(xiàn)上升的趨勢。在加熱過程中,肉中蛋白質(zhì)氧化可能會誘發(fā)蛋白質(zhì)聚合度的升高[19]。當(dāng)肉塊終點溫度為40 ℃時,水浴加熱豬肉塊的表面疏水性(30.91 μg)顯著高于(p<0.05)歐姆加熱處理組(11.26 μg)(表2),前人研究的結(jié)論表明,肉塊中蛋白質(zhì)疏水活性越高,肌原纖維蛋白的展開程度以及蛋白表面非極性氨基酸暴露程度越高[17,20]。水浴加熱方式可能會引起肉塊蛋白質(zhì)劇烈變性和降解,從而引起表面疏水性的提高[7]。歐姆加熱處理組肉塊的蛋白質(zhì)聚合度與水浴加熱處理組之間無明顯差異(p>0.05)。

2.4 蛋白質(zhì)體外消化率分析

隨著肉品終點溫度的提高,歐姆加熱處理組肉塊胃蛋白酶體外消化率呈現(xiàn)了下降的趨勢,而水浴加熱處理組肉塊胃蛋白酶體外消化率兩組均呈現(xiàn)了一種先升高后下降的趨勢(表3),而胰蛋白酶和α-凝乳蛋白酶體外消化率兩組均呈現(xiàn)了先下降后緩慢上升的趨勢,Santé-Lhoutellier等也認(rèn)為隨著對肉塊進(jìn)行加熱處理,胃蛋白酶、胰蛋白酶以及α-凝乳蛋白酶活力均出現(xiàn)了下降,這樣導(dǎo)致了整體蛋白酶體外消化率的下降[17]。肉在加熱過程中伴隨蛋白質(zhì)的解聚、氧化可能最終影響人體蛋白酶的消化吸收率[21]。

當(dāng)肉塊的終點溫度為60 ℃時,歐姆加熱處理組肉塊的胃蛋白體外消化率(0.05)顯著低于(p<0.05)水浴加熱處理組肉塊(0.14)。當(dāng)肉塊的終點溫度為20 ℃ 和60 ℃ 時,歐姆加熱處理組肉塊的胰、α-凝乳蛋白酶體外消化率(0.17,0.08)顯著高于(p<0.05)水浴加熱處理組(表3)。當(dāng)肉塊的終點溫度高于60 ℃時,歐姆加熱處理組和水浴加熱處理組肉塊蛋白酶體外消化率整體差異不大。

2.5 相關(guān)性分析

TBARS、羰基、巰基、蛋白質(zhì)疏水相互作用,蛋白質(zhì)聚合度以及蛋白酶體外消化率的相關(guān)性見表4所示。

蛋白羰基含量,蛋白質(zhì)疏水活性以及蛋白質(zhì)聚合度呈現(xiàn)顯著相關(guān)性(p<0.05),蛋白質(zhì)聚合度顯著影響(p<0.05)胃蛋白酶體外消化率,TBARS顯著影響(p<0.05)蛋白質(zhì)羰基含量,可能TBARS通過影響蛋白質(zhì)羰基含量,間接地影響其他指標(biāo)的變化,以上結(jié)果與參考文獻(xiàn)[16]研究結(jié)論相似。因為參考文獻(xiàn)[16]也發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)聚合度與胃蛋白酶體外消化率呈現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系,蛋白質(zhì)氧化與胰蛋白酶消化率沒有必然聯(lián)系,可能由于蛋白羰基氧化引起蛋白聚合和疏水活性的增加,干擾了胃蛋白酶的識別蛋白和消化蛋白的作用,因此引起胃蛋白酶體外消化作用的減弱。

3 結(jié)論

加熱生肉塊到一定終點溫度(20、40、60、80、100 ℃)時,歐姆加熱處理組肉塊的加熱時間大約為水浴加熱處理組時間的1/6～1/2,當(dāng)肉塊的終點溫度達(dá)到80 ℃時,歐姆加熱處理組肉塊的TBARS值顯著低于(p<0.05)水浴加熱處理組,當(dāng)溫度為60 ℃時,歐姆加熱處理組的羰基值和胃蛋白酶體外消化率顯著低于(p<0.05)水浴加熱處理組,當(dāng)溫度為20 ℃和60 ℃時,胰、α-凝乳蛋白酶體外消化率顯著高于(p<0.05)水浴加熱處理組。當(dāng)溫度為40 ℃時,歐姆加熱處理組肉塊的蛋白疏水活性顯著低于(p<0.05)水浴加熱處理組。因此,與傳統(tǒng)水浴加熱方式相比,歐姆加熱處理組肉塊在顯著縮短加熱時間的前提下,各種指標(biāo)除個別溫度有差異外,整體無明顯區(qū)別。蛋白質(zhì)聚合度、蛋白質(zhì)疏水活度與胃蛋白酶體外消化率呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系(p<0.05)。

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The dynamic changes of ohmic cooking on pork meat oxidation and digestioninvitro

DAI Yan,LU Yi+,YU Qian-qian,LIU Yi,LI Xing-min,DAI Rui-tong*

(College of Food Science and Nutritional Engineering,China Agricultural University and Beijing Higher Institution Engineering Research Center of Animal Product,17 Qinghua East Road,Beijing 100083,China)

In order to investigate the effects of ohmic(OH)and waterbath(WB)cooking on lipid and protein oxidation,protein surface hydrophobicity,aggregation and the changes of pepsin,trpsin andα-chymotrypsin digestion rateinvitroof cooked meat samples at the same endpoint temperatures(EPTs,range,20～100 ℃)were evaluated. The results indicated that as the EPTs was increased,the values of protein carbonyl of cooked meat samples was decreased previously and then increased,whereas the values of trpsin andα-chymotrypsininvitrowas decreased. The OH-cooked samples had significant(p<0.05)lower protein surface hydrophobicity than that of the WB-cooked ones at 40 ℃.The OH-cooked samples had significant(p<0.05)higher trpsin andα-chymotrypsin digestion rateinvitrothan WB-cooked ones at 20 ℃. The OH-cooked meat samples had significant(p<0.05)lower carbonyl,pepsin digestion rateinvitroand higher trpsin andα-chymotrypsin digestion rateinvitrothan WB-cooked ones at 60 ℃. The OH-cooked meat samples had significantly(p<0.05)lower TBARS values than WB-cooked ones at 80 ℃,and no significant difference(p>0.05)was detected between OH and WB-cooked samples on other parameters. The significant negative correlation was observed in protein aggregation,surface hydrophobicity and pepsin digestion rateinvitro(p<0.05). Therefore,the ohmic cooking could save 1/2～5/6 total cooking time,and there was no obvious difference in all detected parameters of oxidation and protein digestioninvitrobetween OH and WB-cooked samples.

ohmic cooking;waterbath cooking;digestioninvitro;meat;oxidation;correlation

2016-08-26+并列第一作者。

戴妍(1986-)，女，博士，研究方向：肉品加工技術(shù)，E-mail：458754990@qq.com。 盧憶(1990-)，女，碩士，研究方向：肉品加工技術(shù)，E-mail：1216453232@qq.com。

*通訊作者:戴瑞彤(1966-)，女，博士，副教授，從事肉品質(zhì)量控制方面的研究，E-mail：dairuitong@gmail.com。

國家自然科學(xué)基金項目(31271894)。

TS201.3

A

1002-0306(2017)05-0103-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.05.011