堿-酶聯合脫毛法對牛皮營養成分與品質的影響

甜 甜,張松山,雷元華,謝 鵬,李天嬋,2,張 楊,王 煦,孫寶忠,*

(1.中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所,北京 100193 2.河北農業大學食品科技學院,河北保定 071000 3.新疆畜牧科學院畜牧研究所,新疆烏魯木齊 830000 4.伊犁職業技術學院,新疆伊犁 835000)

我國作為畜牧業大國,肉?？偭考巴涝琢课痪邮澜缜傲?。近年來,隨著肉牛屠宰量的增加,產生大量的牛副產物——牛皮。我國牛皮質量不穩定、皮張小、牛皮天然性質較差與生成、加工技術的不成熟,導致牛皮制革產品質量差、經濟效率低,開發利用率低[1]。但牛皮中仍含有大量蛋白質和膠原蛋白等營養物質,因此國內大多數學者將牛皮研究轉向生產高營養、具有功能性成分的食用產品[2]。

牛皮產品生產過程脫毛是必不可少的步驟。目前牛皮脫毛方法有燙毛燎毛、蒸汽脫毛、灰堿法和酶法脫毛等[3],但這些方法存在毛根易殘留、設備耗能較高、污染環境與酶法脫毛的控制條件要求較高等問題[4]。近兩年較為新穎的堿-酶聯合脫毛法具有高脫毛率、低耗能,操作簡便、清潔無毒等優點。王藝倫等[5]研究了堿酶脫牛皮、牛蹄毛的方法,得到了最佳脫毛工藝參數,牛蹄脫毛率為92.51%,牛皮脫毛率為94.01%。李勝利等[6]通過堿酶結合脫毛的實驗得到了牦牛皮脫毛液的最適配方,此方法脫毛干凈,粒面層完好,無殘留毛根。

盡管目前對此法進行了較多研究,但堿-酶聯合脫毛法對牛皮營養成分和品質影響仍不十分清楚。因此,本實驗對實驗室已優化的堿-酶聯合脫毛工藝進行牛皮脫毛并分析其營養成分及食用品質,以期為牛皮加工企業開發一項安全衛生及高效率的脫毛工藝,為牛皮產品深加工提供理論基礎,提高牛皮附加值。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮牛皮 河北省定興縣燕園畜禽屠宰加工有限公司;氫氧化鈉(食品級) 烏拉特前旗津?；び邢薰?中性蛋白酶(20000U/g) 南寧龐博生物工程有限公司。

JR-1針式溫度計 廣州樂亭電子有限公司;TA.XT Plus型質構儀 英國Stable Micro System公司;BS214D型電子天平 北京賽多利斯儀器系統有限公司;HH-4型可調恒溫數顯水浴鍋 江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司;CR-400型色差計 北京柯美潤達儀器有限公司;HI199163型pH酸度計 美國哈納沃德儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 牛皮前處理 選取正常、健康的西門塔爾成年牛牛皮,清洗、休整、分割,于-20 ℃保存,備用。用于牛皮的營養成分及品質分析。

1.2.2 堿-酶聯合脫毛方法 牛皮經解凍、洗凈,在濃度為2%食品級氫氧化鈉中常溫浸泡2～3 h,用刮毛器刮掉表面長毛,剩下殘余毛根部分。刮毛后的牛皮經水洗,pH調至中性。選取酶液濃度為2000～3000 U/mL的中性蛋白酶,常溫作用10～12 h后,刮掉殘留毛根,得到脫毛牛皮[7]。

1.2.3 營養成分分析 水分測定;采用直接干燥法,具體參照GB/T 5009.3-2016《食品中水分的測定》[8];

蛋白質測定:采用凱氏定氮法,具體參照GB/T 5009.5-2016《食品中蛋白質的測定》[9];

脂肪測定:采用酸水解法,具體參照GB/T 5009.6-2016第二法《食品中脂肪的測定》[10];

脂肪酸測定:采用歸一化法,具體參照GB/T 5009.168-2016《食品中脂肪酸的測定》[11];

氨基酸組成分析:參照GB/T 5009.124-2016《食品中氨基酸的測定》對牛皮中氨基酸組成和含量測定[12]。

氨基酸評分(Amino Acid Score,AAS),食物蛋白質中的必需氨基酸和理想模式中相應的必需氨基酸比例,理想氨基酸模式采用FAO(Food and Agriculture Organization,FAO)提出的模式。

AAS=樣品蛋白質中氨基酸含量(mg/g)/WHO/FAO評分標準模式中相應必需氨基酸含量(mg/g)

式(1)

微量元素:鎂、錳、鋅、銅、硒、鐵、鈉、鉀、鈣參照GB/T 5009.268-2016《食品中多元素的測定》測定[13];

重金屬含量:總砷、總汞、鉛、鉻,分別參照GB/T 5009.11-2014第一篇 第二法《食品中總砷及無機砷的測定》[14]、GB/T 5009.17-2014第一篇 第一法《食品中總汞及有機汞的測定》[15]、GB/T 5009.12-2017第一法《食品中鉛的測定》[16]、GB/T 5009.123-2014《食品中鉻的測定》[17]測定。

1.2.4 食用品質分析

1.2.4.1 pH 采用便攜式pH計測定鮮肉的pH,探頭插入深度為2 cm,每個樣品連續測定3次,取平均值。

1.2.4.2 色差 采用色差儀分別測定牛皮亮度值(L*)、紅度值(a*)和黃度值(b*),連續測定3次不同切面,重復三次,取平均值。

1.2.4.3 剪切力 參照我國農業行業標準《肉嫩度的測定——剪切力測定法》(NY/T 1180-2006)稍作修改,切取長寬厚約3 cm×1 cm×1 cm的牛皮測定剪切力(代表嫩度)[18]。

1.2.4.4 質構分析 使用質構儀測量四組樣品的質構,以T型探頭(P/5)壓縮肉干高度的50%時所感應的受力測定肉的硬度、咀嚼性、內聚性和粘聚性,重復3次,取各自平均值,進行顯著性分析。測試相關參數為:測前速度2.0 mm/s,測中速度1.0 mm/s,測后速度1.0 mm/s,兩次下壓間隔時間5.0 s。

1.2.4.5 蒸煮損失率 截取長寬厚度約為6 cm×3 cm×1 cm的牛皮樣品,將稱量好的牛皮(m1)裝入蒸煮袋,放入80 ℃的恒溫水浴鍋中,用熱電偶測溫儀測量肉樣中心溫度,待牛皮中心溫度達到70 ℃時,將肉樣取出冷卻至中心溫度為0～4 ℃,測量蒸煮后的肉樣(m2)[19]。蒸煮損失按式(2)計算:

蒸煮損失=(m1-m2)/m1×100

式(2)

1.3 數據處理

2 結果與分析

2.1 堿-酶聯合脫毛對牛皮營養成分影響

表1為堿-酶聯合脫毛對牛皮主要營養成分-蛋白質、脂肪以及水分含量的影響。由表1可知,牛皮的營養成分除水分以外,主要為蛋白質。牛皮和脫毛后的牛皮中蛋白質含量高達35.81%和30.92%,屬于含量較高的蛋白質類食品[2,20]。經堿-酶聯合脫毛,牛皮中脂肪含量變化不明顯;蛋白質含量降低4.89%,說明蛋白酶作用于牛皮中蛋白質,促使蛋白質發生降解,從而含量有所降低;水分含量增加2.3%,蛋白酶能在一定程度上使蛋白結構發生變化,吸附水分使含水量增加,這與肖夏等[21]的研究相符。

表1 牛皮中水分、蛋白質、脂肪含量(%)Table 1 Moisture,protein and fat content of cowhide(%)

2.2 堿-酶聯合脫毛對牛皮氨基酸組成影響

氨基酸是組成蛋白質的基本單元。從氨基酸種類和含量,可判斷出該原料蛋白質是否屬于優質蛋白質以及其他相關性質和功能[22]。表2為牛皮中氨基酸在堿-酶聯合脫毛作用下的變化。

由表2可知,牛皮和脫毛牛皮中氨基酸含量豐富,均檢出16種氨基酸,其中谷氨酸、丙氨酸、脯氨酸、甘氨酸、精氨酸為主要氨基酸組成。經堿-酶聯合脫毛牛皮中所有氨基酸含量,包括人體必需氨基酸(*)含量、藥用氨基酸(#)含量均有不同程度的降低。說明堿和酶作用于牛皮,分解皮中蛋白質,導致蛋白質含量降低,且部分氨基酸溶于堿水中,氨基酸含量隨之降低,這與李敬等[23]的研究相一致。

表2 牛皮中氨基酸組成(g/100 g)Table 2 Amino acid composition of cowhide(g/100 g)

氨基酸除一般的營養功能外,還具有呈味作用。風味氨基酸可分為鮮味氨基酸(Asp、Glu、Lys)、甜味氨基酸(Thr、Ser、Ala、His、Pro)和苦味氨基酸(Val、Met、Ile、Leu、Arg)和芳香族氨基酸(Cys、Tyr、Phe)四類[24]。表3為不同風味氨基酸在堿-酶聯合脫毛作用下的變化,可以看出,牛皮中甜味氨基酸含量最高,占TAA的29.33%,其次分別為鮮味氨基酸、苦味氨基酸和芳香族氨基酸,分別占TAA的22.14%、17.42%和2.49%。其中甜味氨基酸和鮮味氨基酸之和占比高達51.47%,這與牛皮的風味有直接關系[25]。經堿-酶聯合脫毛,牛皮中除了芳香族氨基酸以外的其它3種風味氨基酸占TAA的比例均不同程度降低。

表3 牛皮中功能性氨基酸的含量Table 3 Contents of functional amino acids of cowhide

各氨基酸之間的比例是衡量食物營養價值的重要指標[26]。將牛皮中必需氨基酸與FAO/WHO模式氨基酸譜進行對比,從而得出氨基酸評分。表4為牛皮中必需氨基酸評分(AAS)在堿-酶聯合脫毛作用下的變化,可以看出,經堿-酶聯合脫毛牛皮氨基酸評分均有所下降。牛皮中必需氨基酸的AAS均低于FAO/WHO標準,與李敬等[23]研究的燙毛燎毛和酶法脫毛牛皮中AAS分析結果一致。因此,可根據蛋白質互補理論,將經堿-酶聯合法脫毛后的牛皮食品與其他蛋白質互補,提高各種食品的營養價值。

表4 牛皮中必需氨基酸評分(AAS)Table 4 Essential amino acid scores(AAS)of cowhide

2.3 堿-酶聯合脫毛對牛皮脂肪酸組成的影響

脂肪酸是機體主要能量來源之一[27]。表5為牛皮中脂肪酸在堿-酶聯合脫毛作用下的變化。由表5可知,牛皮和脫毛牛皮中分別檢出19和18種脂肪酸,多于李敬等[23]測定的8種(燙毛燎毛的牛皮)和5種(酶法脫毛的牛皮)脂肪酸。脫毛前后牛皮總脂肪酸含量差異不顯著。牛皮中主要以油酸(C18∶1n9c)和棕櫚酸(C16∶0)為主,含量分別為24.16和21.26 g/100 g,這與胡晶紅等[28]的研究結果相似。

表5 牛皮中脂肪酸含量(g/100 g)Table 5 Fatty acid contents of cowhide(g/100 g)

脫毛前后牛皮中飽和脂肪酸均以豆蔻(C14∶0)、棕櫚酸(C16∶0)和硬脂酸(C18∶0)為主,含量分別為11.28、21.26、11.41和2.63、26.38、12.12 g/100 g,其中兩種皮棕櫚酸(C16∶0)的含量均為最高,分別占總脂肪酸含量的21.26%和26.38%。經脫毛,牛皮中除了C16∶0、C17∶0、C18∶0三種飽和脂肪酸含量升高之外其他6種飽和脂肪酸含量均降低。

牛皮中不飽和脂肪酸主要由油酸(C18∶1n9c)、亞油酸(C18∶2n6c)、棕櫚油酸(C16∶1n7c)為主。油酸是一種安全的脂肪酸,容易被人體消化吸收還有助于人體對膽固醇和脂肪的攝入量。未脫毛牛皮中油酸含量為24.16 g/100 g,經脫毛后升高至35.58 g/100 g,高于金樽魚皮(32.44 g/100 g)[29]。經堿-酶聯合脫毛牛皮中除了豆蔻油酸和棕櫚油酸以外其它不飽和脂肪酸的含量均有所降低,單不飽和脂肪酸含量顯著升高12.89%,而多不飽和脂肪酸含量則顯著降低7.53%。經堿-酶聯合脫毛牛皮中亞油酸含量顯著降低,而α-亞麻酸完全消失。說明堿和酶促進部分脂肪酸的合成,同時對大部分脂肪酸有分解作用。

2.4 堿-酶聯合脫毛對牛皮礦質元素組成影響

含有多種微量元素的食物是人體礦物質營養的主要來源[30-31]。微量元素可根據其對人體健康的作用分為三類:必需元素、非必需元素和有害元素。表6為牛皮礦質元素在堿-酶聯合脫毛作用下的變化?？梢钥闯?牛皮中人體必需營養素有鈣、鎂、鉀、鈉、硒、鐵、錳和鉻等,其中鈣、鎂、鉀和鈉等常量元素含量較高,分別為10.87、5.62、33.92、83.44 mg/100 g。經堿-酶聯合脫毛,鈉和鉀含量分別降低48.42%和90.04%,這是由于Na+和K+與水中OH-結合溶于水中而導致。鈣和鎂的含量分別增加1倍和0.31倍,鐵含量增加0.2 mg/100 g,說明堿和酶作用于蛋白質,其中氨基酸分子鏈被打破,與水中鈣鎂鐵發生螯合作用,導致牛皮中鈣鎂鐵含量增加。經脫毛牛皮中硒的含量從3.68 μg/100 g降至1.72 μg/100 g。牛皮中錳和鉻含量甚微,脫毛后含量未發生變化。牛皮中未檢測出總鉛、總汞及總汞三種有害元素。

表6 牛皮中礦質元素Table 6 Mineral elements of cowhide

2.5 堿-酶聯合脫毛對牛皮食用品質影響

由表7可以看出,堿-酶聯合脫毛方法脫毛前后的牛皮亮度值沒有顯著性差異,紅度值和黃度值均存在顯著性差異,由于堿作用于牛皮而導致脫毛后牛皮pH略有升高。

表7 牛皮色差值和pHTable 7 CIELAB and pH of cowhide

經堿-酶聯合脫毛牛皮蒸煮損失由5%升至30%,說明堿和酶對牛皮中膠原蛋白具有破壞作用,有大量水溶性蛋白溶出,導致對其造成一定的收縮和損失,從而引起較高的蒸煮損失,這與何龍等[32]的研究相符。

表8 脫毛處理對牛皮質構變化影響Table 8 Effect of dehairing on texture of cowhide

圖1 脫毛對牛皮蒸煮損失的影響Fig.1 Effect of dehairing on cooking loss of cowhide

持水力作為肉品的重要品質指標之一,與肉品的質量密切相關。由圖2可以看出,經堿-酶聯合脫毛牛皮持水力顯著下降25%(P<0.05)。蛋白酶能在一定程度上使蛋白結構發生變化,吸附水分使含水量增加,但也會因為酶解導致肌纖維間空隙增大而不能保持水分,這與明建等[33]的研究相符。

圖2 脫毛對牛皮持水力的影響Fig.2 Effect of dehairing on water hold capacity of cowhide

嫩度是最重要的適口性指標之一,而剪切力可以直接反映肉品嫩度客觀評定指標。經過堿-酶聯合脫毛牛皮剪切力值降低42%,大大提高了牛皮的嫩度,蛋白酶可以分解膠原蛋白和彈性蛋白,從而達到使肌纖維斷裂、松軟,不僅提高嫩度還有利于人體消化吸收[34]。

圖3 脫毛對牛皮剪切力的影響Fig.3 Effect of dehairing on shear force of cowhide

質構反映了食品的物理特性和組織結構,經堿-酶聯合脫毛處理后牛皮硬度、膠著度、咀嚼性顯著降低(P<0.05),彈性、粘聚性有所減低,蛋白酶使肉品肌纖維間空隙加大,間接導致彈性、內聚性降低,這與劉興余等[35]的研究相符;在堿和酶作用下牛皮水分、彈性蛋白和膠原蛋白等物質自身結構狀態發生改變,同時相互間的作用也發生變化,因而造成彈性變化[33],進而可以改善牛皮嫩度。

3 結論

牛皮中營養成分除了水分,主要以蛋白質為主,脫毛過程中堿和酶的化學、電離(—OH—O—)和酶解作用會水解部分蛋白質。牛皮中含有16種氨基酸,經堿-酶聯合脫毛,牛皮中16種氨基酸含量均有所降低,且必需氨基酸的AAS均低于FAO/WHO標準。堿和酶會促進部分脂肪酸的合成,同時對大部分脂肪酸有分解作用。牛皮中含有較高含量的鈣、鎂、鉀和鈉等常量元素,經堿-酶聯合脫毛,鈉和鉀含量分別降低48.42%和90.04%,鈣和鎂的含量分別增加1倍和0.31倍。針對食用品質而言,堿和酶對牛皮中膠原蛋白質具有破壞作用,致其一定程度的收縮和損失,提高蒸煮損失。除此之外,堿作用于牛皮,使牛皮細胞破壁,破壞蛋白質形成的網狀結構,導致大量水分和有機物質溶出,使其保水性降低。通過堿-酶聯合脫毛方法可降低牛皮剪切力值,降低硬度、膠著度、咀嚼性,可有效改善牛皮的嫩度。