理論與實踐：TG和大豆分離蛋白對豬PSE肉丸保水性和硬度的影響
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作者：鄭曉敏
PSE肉是指豬屠宰后肌肉蒼白(Pale)，質(zhì)地松軟( Soft)，肌肉表面有汁液(Exudative)滲出，有人稱其為“水豬肉”或“水煮樣肉”。PSE肉組織脆弱，保水性差，不被消費者喜歡。目前，普遍將其應(yīng)用在重組肉制品的加工。以PSE肉加工的重組制品，其凝膠強度低、加工蒸煮損失大。如何改善PSE肉的品質(zhì)缺陷，提高其商品價值，是目前肉類加工的一個重要研究方向。
谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶（Transglutaminase，簡稱TG）即�；D(zhuǎn)移酶，是一種催化蛋白質(zhì)分子交聯(lián)的蛋白酶。在生產(chǎn)加工過程中沒有副產(chǎn)物生成，具有專一性、反應(yīng)條件溫和、營養(yǎng)物質(zhì)損失少的特點。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，重組肉在使用TG后，具有良好的質(zhì)構(gòu)、滋味和貨架期。將TG添加到豬肉肉糜中可以提高成品的出品率和持水力，從而提高原料的利用率。大豆分離蛋白（Soybean Protein Isolated，簡稱SPI）具有良好的氨基酸組成，蛋白質(zhì)含量高達90%以上。大豆分離蛋白在肉制品中的作用主要表現(xiàn)在大豆分離蛋白與添加物之間的相互作用，通過相互作用可以使肉制品具有較好的保水性、保油性。顯然，TG和SPI在重組肉加工過程中具有良好的交互作用，兩者結(jié)合用于PSE肉的重組加工值得深入研究。
試驗選擇輕度PSE肉作原料，采用響應(yīng)面法( Response Surface Methoclology，RSM)，結(jié)合單因素試驗結(jié)果，按照BBD法優(yōu)化試驗設(shè)計，考察TG添加量、SPI添加量、處理時間、處理溫度對PSE肉丸硬度和保水性的影響，以期為PSE肉的綜合利用提供技術(shù)支持。
1 材料和方法
1.1原料與試劑
1.1.1原料
參照PSE肉鑒別方法進行判定，選取經(jīng)禁飼供水24 h后屠宰分割的生豬背最長肌為試驗樣本，由新疆天康食品有限責(zé)任公司提供。品種：杜長大，育齡：160—170 d，體重100—110 kg。
1.1.2試劑
TG（食品級，酶活力100 u/g）：南寧龐博生物工程有限公司；SPI（食品級）：新疆西部牧業(yè)股份有限公司；NaCI( AR)；去離子水：實驗室自制。
1.2儀器與設(shè)備
TA-XT Plus型質(zhì)構(gòu)儀：英國Stable Micro System公司；離心機：美國Beckman公司；BCD-219D冰箱：青島海爾股份有限公司；TEST0 205便攜式pH計：德國德圖（深圳）有限公司，ZDS-200肉類水分快速測定儀：杭州澤大儀器有限公司；電熱恒溫水浴鍋：北京市永光明醫(yī)療儀器廠。
其他器材：臺秤、聚乙烯食品袋、玻璃器皿、定性濾紙等。
1.3方法
1.3.1試驗肉樣準(zhǔn)備
選取豬背最長肌，結(jié)合pH和水分含量隨機選取，pH在5.8—6.2，水分含量在76%～80%的輕度PSE肉；除去可見脂肪和結(jié)締組織，切成片狀，質(zhì)量約10 g，絞碎糜狀、成丸；再用保鮮袋包裝（每袋3塊），放到冰箱冷凍室（-22℃）備用（凍藏時間≤1個月）。
1.3.2試驗肉丸的制備工藝
原料肉清洗→切碎→加鹽(2%)→加水(5%)
→靜腌(4CC 2h)→加酶、加蛋白→成型→保溫→蒸
煮→冷卻→硬度測定 ↓
失水率測定
1.3.3 肉樣基本成分測定
參考方紅美的方法進行測定。原料PSE肉的水分70.92%±0.21%、粗蛋白26.74%±0.14%、粗脂肪6.98%±0.34%、灰分29.20%±0.79%。
1.3.4硬度測定
選用質(zhì)構(gòu)儀的TPA模型分析其硬度，被測試的肉丸切成1.5 cm厚的平整肉丸片。測定參數(shù)：觸發(fā)類型Auto( Force)、觸發(fā)力5.0 g、測試速率1.00 mm．s-1、返回速率5.00 mm．s-1、下壓距離5.00 mm，壓縮探頭為P/36R。重復(fù)檢測3次。
1.3.5保水性測定
精確稱取5g左右肉樣于離心管中，4 000 r/min，30 min；取出肉樣用定性分析濾紙吸去表面滲出的多余水分，稱重，測定失水率。每個樣品做三個平行，取平均值。
失水率=(離心前樣質(zhì)量(g) -離心后樣質(zhì)量(g))／離心前樣質(zhì)量(g)×100% (1)
1.3.6單因素試驗
(1) TG添加量確定：采用的TG添加量分別為0，0.2%，0.4%，0.60/0和0.8%，SPI添加量0.5%，添加后的處理溫度為45℃，處理時間40 min固定不變，測定肉丸硬度和失水率。
( 2) SPI添加量確定：采用的SPI添加量分別為0，0.50/0，1.0%，1.5%和2.0%．TG添加量0.4%，添加后處理溫度45℃，處理時間40 min固定不變，測定肉丸硬度和失水率。
(3)處理時間確定：TG添加量0.4%，SPI添加量為1%，處理時間分別為對照項（不保溫），20，40，60和80 min，處理溫度45℃，測定肉丸硬度和失水率。
(4)處理溫度確定：TG添加量0.4%，SPI添加量為1%，處理時間40 min，處理溫度分別為對照項（不保溫），35℃．45℃，55 oC和65℃，測定肉丸硬度和失水率。
1.3.7響應(yīng)面設(shè)計
使用Design Expert 8.0軟件進行響應(yīng)面設(shè)計。試驗以TG添加量，SPI添加量，處理時間，處理溫度為因素，對PSE肉丸硬度和保水性進行考察，采用響應(yīng)面設(shè)計法中的BBD試驗方法。根據(jù)單因素，析因試驗結(jié)果及有關(guān)文獻，試驗設(shè)計取值見表1。
2結(jié)果與分析
2.1單因素試驗結(jié)果
2.1.1 TG添加量對PSE肉丸硬度和保水性的影響
由圖1可知，隨著TC添加量的增加，PSE肉丸的硬度呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢；在添加量0~0.4%范圍內(nèi)，隨著添加量的增加，失水率呈現(xiàn)下降趨勢；添加量為0.4%時，失水率達到最小值為9.83%，這可能是因為TG和SPI兩者具有保水性、保油性，TG可以利用SPI引導(dǎo)蛋白質(zhì)之間的交聯(lián)作用，故TG的添加量以0.4%為宜。
2.1.2 SPI添加量對PSE肉丸硬度和保水性的影響
由圖2可知，隨著SPI添加量的增加，PSE肉丸的硬度呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，添加量在0—1%范圍內(nèi)，肉丸硬度折線斜率最大，硬度上升最快，當(dāng)添加量為1%時硬度達到最大值；添加量在1%~2%范圍內(nèi)肉丸的硬度略微增加，這可能是因為TC可以以SPI作為底物作用于肉制品中，使蛋白質(zhì)分子或多肽鏈之間發(fā)生共價交聯(lián)。隨著SPI添加量的增加，TG耗盡，會使肉丸的硬度略微下降。而肉丸的失水率呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，添加量為10_10時失水率達到最小值，因此SPI的添加量選用1%最好。
2.1.3處理時間對PSE肉丸硬度和保水性的影響
由圖3可知，肉丸的硬度和失水率分別在處理時間60和40 min時達到最大值和最小值。處理時間在0—40 min的范圍內(nèi)，隨著處理時間的延長，肉丸硬度出現(xiàn)上升趨勢，而失水率有所下降，之后兩者的變化趨勢都趨于平緩，因此處理時間選擇40 min較好。
2.1.4處理溫度對PSE肉丸硬度和保水性的影響
溫度可以影響酶的處理速度和酶的活性。由圖4可知，隨著處理溫度的增加PSE肉丸的硬度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，而肉丸的失水率呈現(xiàn)先下降后上升相反的趨勢，在溫度為45℃時肉丸的硬度和失水率分別達到最大值和最小值，這可能是因為隨著處理溫度的升高，TG和SPI的活性受到抑制或失活，使肉丸硬度的下降和失水率的上升，因此處理溫度的選擇45℃較為合適。
2.2 PSE肉丸硬度和保水性的響應(yīng)面試驗設(shè)計結(jié)果
在單因素試驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)Box-Behnken相應(yīng)曲面法的要求，進行29組試驗，PSE肉丸硬度和保水性的響應(yīng)面試驗設(shè)計結(jié)果見表2。
利用Design Expert軟件，以TG添加量，SPI添加量，處理時間，處理溫度，為響應(yīng)變量，以PSE肉丸的硬度和失水率為響應(yīng)值對表2經(jīng)行回歸分析，得到預(yù)測模型如下：
對PSE肉丸硬度的回歸方程進行方差分析和顯著性檢驗，結(jié)果見表3；對PSE肉丸保水性的回歸方程進行方差分析和顯著性檢驗，結(jié)果見表4。
由表3和表4可知，回歸方程Yi Y2都為極顯著(p<0.001)，且失擬檢驗不顯著，說明回歸模型擬合度良好，可以用回歸方程代替真實試驗。
由表3可知，SPI添加量和處理溫度對PSE肉丸硬度的影響極顯著( p<0.001)，TG添加量對硬度的影響高度顯著(p<0.01)；各因素對于硬度的影響次序是處理溫度>SPI添加量>TG添加量>處理時間。SP1添加量（x1）、TG添加量（X2）、處理時間（X3）和處理溫度五）4個因素的二次項X22、X32和X42對PSE肉丸的硬度的影響極顯著( p<0.001)，X12對肉丸硬度的影響顯著(P<0.05)，在交互作用項中交互因素X 1X3和X1X4對PSE肉丸硬度的影響為高度顯著(p<
0.05)，其余交互項為不顯著。通過軟件分析，PSE肉丸最佳硬度工藝條件是：TG添加量0.46%，SPI添加量0.94%，處理時間35 min，處理溫度36.82℃，在此條件下PSE肉丸硬度為1701.73 g。
由表4可知，Y2回歸方程中SPI添加量（X1）、TG添加量（X2）、處理時間（X3）和處理溫度（X4）4個因素的二次項X12、X22、X32和X42對PSE肉丸的保水性影響極顯著( p<0.001)，一次項X1，X2對PSE肉丸保水性的影響顯著( p<0.001)，交互項對PSE肉丸保水性的影響在顯著以上，而一次項X3和X4對PSE肉丸保水性的影響不顯著。通過軟件分析，PSE肉丸最佳硬度保水工藝條件是：TG添加量0.42%，SPI添加量1.06%，處理時間38.91 min，處理溫度45.64℃，在此條件下PSE肉丸失水率為6.3 8%。
考慮到PSE肉的綜合食用品質(zhì)，結(jié)合硬度和失水率兩個指標(biāo)，通過響應(yīng)面軟件分析得到最優(yōu)處理條件為：TG添加量0.42%，SPI添加量1.09%，處理時間37.34 min，處理溫度43.65℃，在此條件下PSE肉丸硬度為1 700 g，PSE肉丸失水率為6.43%。經(jīng)試驗驗證，在此條件下PSE肉丸的硬度為1 685.46 g，失水率為6.87%，與預(yù)測值基本吻合，證明利用響應(yīng)面分析法得到的PSE肉丸的處理條件是可靠的，說明在實踐中應(yīng)用該模型進行預(yù)測是具有一定價值的。響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果見圖5。
3討論
3.1 TG添加量對PSE肉丸硬度和保水性的影響
在試驗中，以0.5%的SPI作為底物，處理PSE肉丸，肉丸的硬度隨著TG添加量的增加呈上升趨勢，與聶興龍等研究TG對低脂牛肉凝膠硬度的影響結(jié)果相似。TG的添加使蛋白質(zhì)分子內(nèi)的的谷氨酰胺殘基與賴氨酸殘基發(fā)生交聯(lián)，同時與伯胺發(fā)生縮合連接，提高了氨基酸的穩(wěn)定性，使肉丸形成了一個牢固的質(zhì)構(gòu)。由于發(fā)生了交聯(lián)作用使蛋白質(zhì)分子間形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此可以較好的保持大量水分，降低失水率。
3.2 SPI添加量對PSE肉丸硬度和保水性的影響
試驗發(fā)現(xiàn)，SPI的添加，直接表現(xiàn)為硬度的增加，由于TG可以催化SPI，使SPI改性形成空間網(wǎng)狀的凝膠，隨著SPI添加量的增加，硬度會有所增加，但當(dāng)TG耗盡時，肉丸的硬度略微下降，這可能是因為TG的增加，會在一定程度上降低肉丸的失水率，從而降低了肉丸的硬度。
3.3處理時間、處理溫度對PSE肉丸硬度和保水性的影響
已有研究報道加工處理方式，如處理時間過長、處理溫度過高，會嚴(yán)重破壞TG和SPI的功能特性。溫度可以影響酶的處理速度和酶的活性，處理時間也是酶促反應(yīng)的重要因素。因此處理時間、處理溫度對PSE肉丸硬度和保水性必然會產(chǎn)生較大的影響。
4結(jié)論
1)經(jīng)優(yōu)化得到的最佳工藝條件為：TG添加量0.42%．SPI添加量1.09%，處理時間37.34 min，處理溫度43.65℃。在此條件下PSE肉丸的硬度為1 700 g，相比較未經(jīng)行處理的PSE肉丸，得到的肉丸硬度提高5.2%；而PSE肉丸失水率為6.43%，相比較未經(jīng)行處理的PSE肉丸，得到的肉丸失水率下降4.23%，可見TG和SPI的添加可以增強PSE肉丸的保水性和硬度。
2)由于PSE肉本身具有缺陷性，從PSE肉加工品質(zhì)的角度，將TG和SPI添加到肉丸中不僅可以把植物蛋白和動物蛋白更好的結(jié)合，豐富肉丸的營養(yǎng)，還可以改善PSE肉的食用品質(zhì)，提高PSE肉的綜合利用率，為企業(yè)帶來了更大的經(jīng)濟利益。
5摘要
旨在研究谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶(TG)和大豆分離蛋白(SPI)對PSE肉丸硬度和保水性的影響。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面法研究TG添加量、SPI添加量、處理時間和處理溫度，對PSE肉丸硬度、保水性的影響。結(jié)果表明，最優(yōu)處理條件為：TG添加量0.42%，SPI添加量1.09%，處理時間37.34 min，處理溫度43.65℃，在此條件下PSE肉丸硬度為1 700g失水率為6.43%。經(jīng)試驗驗證，在此條件下PSE肉丸的硬度為1 685.46 g，失水率為6.87%，與預(yù)測值基本一致。相比較未經(jīng)處理的PSE肉丸，得到的肉丸硬度提高5.2%，失水率下降4.23%，可見TG和SPI的添加可以增強PSE肉丸的硬度和保水性。
