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2024 Volume 46 Issue 7
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CHENG Chengpeng, HE Zhifei, LI Hongjun. Changes in the Quality Characteristics of Porcine Large Intestine Smooth Muscle during Combined Enzyme-alkaline Tenderization[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2024, 46(7): 20-28. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2024.07.003
Citation: CHENG Chengpeng, HE Zhifei, LI Hongjun. Changes in the Quality Characteristics of Porcine Large Intestine Smooth Muscle during Combined Enzyme-alkaline Tenderization[J]. Journal of Southwest University Natural Science Edition, 2024, 46(7): 20-28. doi: 10.13718/j.cnki.xdzk.2024.07.003
shu

Changes in the Quality Characteristics of Porcine Large Intestine Smooth Muscle during Combined Enzyme-alkaline Tenderization

  • 1.

    College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China

  • 2.

    Chongqing Key Laboratory of Special Food Co-built by Sichuan and Chongqing, Chongqing 400715, China

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  • Corresponding author: LI Hongjun
  • Received Date: 15/06/2023
    Available Online: 20/07/2024

  • MSC: S879.5;TS251.51

  • The combined enzyme-alkali tenderization process was used to treat porcine large intestine smooth muscle samples, and the changes in nutrients composition were analyzed by determining moisture, fat, amino acids, protein and ash, and the changes of edible quality were analyzed and evaluated by measuring pH, colour difference and moisture distribution. The results are intended to provide a theoretical basis for the rational application of the combined enzyme-alkali tenderization process in practical production. The results showed that the amino acid score of porcine large intestine smooth muscle was high, with the highest sweet amino acid content, accounting for about 31.00% of the total amino acid content. The combined enzyme-alkali tenderisation process can significantly improve the colour, water content, tenderness and textural properties of porcine large intestine smooth muscle, and cause changes in the nutritional composition of porcine large intestine smooth muscle. The different tenderisation processes all resulted in an increase in bound and immobile water and a decrease in free water in porcine large intestine smooth muscle, resulting in tighter binding of water molecules to the substrate.

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通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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Changes in the Quality Characteristics of Porcine Large Intestine Smooth Muscle during Combined Enzyme-alkaline Tenderization

    Corresponding author: LI Hongjun
  • Received Date: 15/06/2023
  • Available Online: 20/07/2024

Abstract: 

The combined enzyme-alkali tenderization process was used to treat porcine large intestine smooth muscle samples, and the changes in nutrients composition were analyzed by determining moisture, fat, amino acids, protein and ash, and the changes of edible quality were analyzed and evaluated by measuring pH, colour difference and moisture distribution. The results are intended to provide a theoretical basis for the rational application of the combined enzyme-alkali tenderization process in practical production. The results showed that the amino acid score of porcine large intestine smooth muscle was high, with the highest sweet amino acid content, accounting for about 31.00% of the total amino acid content. The combined enzyme-alkali tenderisation process can significantly improve the colour, water content, tenderness and textural properties of porcine large intestine smooth muscle, and cause changes in the nutritional composition of porcine large intestine smooth muscle. The different tenderisation processes all resulted in an increase in bound and immobile water and a decrease in free water in porcine large intestine smooth muscle, resulting in tighter binding of water molecules to the substrate.

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  • 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

  • 猪大肠在我国食用历史悠久，因其独特的风味和口感深受消费者的喜爱，是中国饮食文化中不可缺少的特色食品原料，因此研究其加工工艺以及在加工过程中的品质变化十分重要[1]. 我国作为猪肉生产大国，以猪大肠为代表的含平滑肌内脏副产品的综合利用还存在诸多问题，如生产的产品质量参差不齐、对猪大肠加工工艺参数的优化以及加工前后的理化指标研究较少、缺乏数据支撑等，因此，有必要针对性地深入研究猪大肠等含平滑肌内脏副产物的嫩化工艺对于品质的影响.

    肉品的营养、色泽和质构等品质特性与肉的可消费性息息相关. 目前关于猪大肠平滑肌的嫩化工艺的研究以及嫩化工艺对猪大肠平滑肌品质的影响研究鲜有报道. 本课题组前期筛选出了酶-碱联合嫩化的最佳工艺参数，证明该方法能有效提高猪大肠平滑肌的嫩度和保水性，而研究猪大肠平滑肌酶-碱联合嫩化过程中的品质变化规律对于其合理应用更具现实意义. 本研究利用酶-碱联合嫩化工艺处理猪大肠平滑肌样品，通过测定水分、脂肪、氨基酸、蛋白质和灰分等指标分析评价其营养成分变化，测定pH值、色差和水分分布等指标分析评价其食用品质变化，以期为酶-碱联合嫩化工艺在实际生产中的合理应用提供一定的理论依据.

1.   材料与方法

    1.1.   试验材料

    1.1.1.   试验原料

  • 三元猪的猪大肠由四川高金实业集团股份有限公司提供，置于-18 ℃的环境下贮藏. 试验时将猪大肠置于4 ℃恒温恒湿试验箱中解冻12 h，去除表面可见脂肪，清洗干净即可获得猪大肠平滑肌，将其切分为质量约3.5 g的肉块.

    • 1.1.2.   试验药品与试剂

  • 试验主要药品与试剂见表 1.

    • 1.1.3.   试验仪器与设备

  • 试验所用主要仪器与设备见表 2.

    • 1.2.   试验方法

    1.2.1.   样品嫩化方法

  • 将清洗干净的猪大肠切分均匀，每块质量约3.5 g，每10 g猪大肠为1组；之后按照1∶10(g/mL)的料液比先放入盛有2%的木瓜蛋白酶(50 000 u/g)的烧杯中，36 ℃恒温水浴55 min，随后在质量浓度为1.4 g/L的食品级NaOH中41 ℃恒温水浴26 min[1].

    • 1.2.2.   水分含量的测定

  • 按《食品安全国家标准食品中水分的测定：GB 5009.3—2016》[2]方法测定.

    • 1.2.3.   灰分含量的测定

  • 按《食品安全国家标准食品中灰分的测定：GB5009.4—2016》[3]方法测定.

    • 1.2.4.   蛋白质含量的测定

  • 按《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定：GB5009.5—2016》[4]方法测定.

    • 1.2.5.   脂肪含量的测定

  • 按《食品安全国家标准食品中脂肪的测定：GB5009.6—2016》[5]方法测定.

    • 1.2.6.   胆固醇含量的测定

  • 称取4.0 g组织样本，加入40 mL无水乙醇进行冰浴匀浆，再在10 000 r/min，4 ℃条件下离心15 min，取上清液用总胆固醇含量试剂盒和酶标仪测定猪大肠中总胆固醇含量.

    • 1.2.7.   氨基酸含量的测定

  • 按《食品安全国家标准食品中氨基酸的测定：GB5009.124—2016》[6]方法测定.

    • 1.2.8.   氨基酸评分(Amino Acid Score，用SAA表示)

  • 氨基酸评分是指样品中蛋白质的必需氨基酸质量分数与理想模式中相应必需氨基酸质量分数的比例，其中理想氨基酸模式参考FAO(Food and Agriculture Organization)模式.

    式中：C样品为样品中蛋白质的必需氨基酸质量分数(mg/g)；C模式为FAO/WHO评分标准模式中相应必需氨基酸质量分数(mg/g).

    • 1.2.9.   色泽的测定

  • 采用测色仪测定色泽，测色仪需先用校正板校正，再将猪大肠样品紧扣在镜口，测定样品的亮度值(L*)、红度值(a*)、黄度值(b*)，每个样品选择3个位置测定，每个位置重复测定3次，取平均值.

    • 1.2.10.   pH值的测定

  • 准确称取2 g样品剪碎，再加入20 mL 7.5%氯化钾溶液，在10 000 r/min的条件下均质处理，之后将pH计电极插入，稳定后读数. 每个肉样重复测定3次，取平均值[7].

    • 1.2.11.   水分分布分析

  • 猪大肠平滑肌水分状态的测定参考Zheng等[8]的处理方法并稍作修改，用LF-NMR分析仪测定不同嫩化工艺处理的猪大肠平滑肌样品的水分状态. 磁体强度、磁体温度和质子共振频率分别为0.5 T，32 ℃和22.4 MHz，其余NMR参数包括：SF为21 MHz，RG1为10.0 db，P2为12.48 uS，SW为100 KHz，P1为6.00 μs，RFD为0.020 ms，DRG1为4，PRG-2，TW为3 000.000 ms，NECH为2 000，NS为8，TE为1.500 ms，TD为300 048，测量猪大肠平滑肌水分的横向弛豫时间T2与峰面积.

    • 1.3.   数据处理

  • 采用SPSS 19.0软件进行单因素方差分析，采用Origin 2018绘图，采用Excel 2016绘制表格.

2.   结果与分析

    2.1.   酶-碱联合嫩化工艺对猪大肠平滑肌营养成分的影响

  • 表 3显示，新鲜猪大肠平滑肌中水分量为72.48%. 本研究中，酶-碱联合处理组的猪大肠平滑肌中的水分量显著高于酶处理组或碱处理组(p＜0.05)，其中酶处理组的猪大肠平滑肌平均水分量为71.74%，碱处理组的猪大肠平滑肌平均水分量为80.19%；新鲜猪大肠平滑肌中脂肪量为14.26%，酶-碱联合处理组中脂肪量为9.60%，这与Metzger等[9]的研究结果类似. Hoffman等[10]研究表明肉中的脂肪量和水分量一般存在着一定程度的负相关. 蛋白质作为平滑肌和骨骼肌的主要组成成分，其含量和存在方式与肉的品质密切相关，在宰后老化过程中影响肉的嫩度和持水性[11]，从而影响消费者对肉制品的接受度[12]. 从表 3中可以看出，酶-碱联合处理组的猪大肠平滑肌中蛋白质量显著低于其余组(p＜0.05)，这可能是不同嫩化工艺处理组中水分量的差异造成的，水分在总营养成分中所占比例的变化会间接影响其营养成分的比例[9]. 不同嫩化处理工艺也会对猪大肠平滑肌中的灰分量产生影响，酶-碱联合处理组猪大肠平滑肌中的灰分量为0.50%，与碱处理组比较，差异无统计学意义，与酶处理组和空白组比较显著降低(p＜0.05). 酶处理组灰分变化与空白组比较差异无统计学意义. 胆固醇是食物中最常见的甾醇，这种类固醇由于B环不饱和，容易氧化. 食物中的胆固醇主要以游离或酯化的形式存在，在热处理和储存过程中，胆固醇和其他甾醇会发生降解、氧化和聚合等变化[13]. 胆固醇的氧化产物已被证明对人体有不良影响，例如具有细胞毒性、凋亡和促炎作用. 一些研究还表明，胆固醇参与了动脉粥样硬化和神经退行性病变过程[14]. 从表 3中可以看出，与空白组对比，酶处理组、碱处理组以及酶-碱联合处理组均能显著降低总胆固醇量(p＜0.05)，但碱处理组和酶-碱联合处理组降总胆固醇能力差异无统计学意义，其中酶-碱联合处理组降总胆固醇能力最强，可使猪大肠平滑肌中胆固醇量从0.28%降低到0.14%.

    • 2.2.   酶-碱联合嫩化过程中猪大肠平滑肌氨基酸组成的变化

  • 作为构成蛋白质分子的基本单位，氨基酸是人体内最基本的物质之一. 根据氨基酸的含量和种类，可判断该蛋白质是否优质，或者营养健康以及口感方面的品质[15-17]. 表 4显示，酶处理、碱处理、酶-碱联合处理对猪大肠平滑肌中大部分氨基酸的含量都有显著影响(p＜0.05). 与空白组相比，酶处理组的猪大肠平滑肌中含有较高的Asp(天门冬氨酸)、Thr(苏氨酸)、Ser(丝氨酸)、Glu(谷氨酸)、Gly(甘氨酸)、Ala(丙氨酸)、Val(缬氨酸)、Ile(异亮氨酸)、Leu(亮氨酸)、Tyr(酪氨酸)、Phe(苯丙氨酸)、Lys(赖氨酸)、His(组氨酸)和Arg(精氨酸)，较低的Cys(半胱氨酸)和Met(甲硫氨酸). 碱处理组和酶-碱联合处理组的猪大肠平滑肌中的所有氨基酸含量都降低. 猪大肠平滑肌中氨基酸含量较为丰富，不同样品中均检出了16种氨基酸，其中Asp，Glu，Gly，Leu为主要的氨基酸. 经过碱处理和酶-碱联合处理的猪大肠平滑肌中的人体必需氨基酸(*)含量、药用氨基酸(#)含量均有不同程度的降低，而酶处理的氨基酸含量大都上升. 导致这种变化的原因一方面是因为碱处理和酶-碱联合处理会较大程度地增加猪大肠平滑肌的水分含量，从而间接地导致其他组分含量降低；另一方面说明相较与酶处理，碱处理可以分解猪大肠平滑肌中的蛋白质，氨基酸溶于碱中，导致氨基酸含量降低，这与李敬等[17]的研究结果一致.

    蛋白质中产生的各种肽类和游离氨基酸是肉类产生特色风味的前体物质，同时这些物质还具有呈味作用. 风味氨基酸可分为鲜味氨基酸(Glu，Asp，Lys)、苦味氨基酸(Val，Ile，Met，Leu，Arg)、芳香族氨基酸(Tyr，Cys，Phe)和甜味氨基酸(Thr，Ala，Ser，His，Pro) 4类[18]. 表 5为酶-碱联合嫩化过程中猪大肠平滑肌不同风味氨基酸的变化. 经过酶处理、碱处理和酶-碱联合处理后，猪大肠平滑肌中除了甜味氨基酸以外的其余3种风味氨基酸占总氨基酸的比例大都呈降低趋势. 空白组猪大肠平滑肌中甜味氨基酸量最高，占总氨基酸量的31.00%，其次为苦味氨基酸、鲜味氨基酸和芳香族氨基酸，分别占总氨基酸量的29.31%，20.23%和9.34%. 甜味氨基酸和苦味氨基酸量约占总氨基酸量的60%，这与猪大肠平滑肌的风味直接相关[19].

    作为生物体的必需物质，必需氨基酸经常被用来评价食物蛋白质的营养价值[20]. 本研究中，将样品中蛋白质的必需氨基酸含量与理想模式中相应必需氨基酸含量进行对比，从而得出氨基酸的评分. 表 6显示，猪大肠平滑肌中的必须氨基酸评分较高，在空白组中，亮氨酸(Leu)评分最高，达到113.47. 经过酶-碱联合处理之后，氨基酸评分有所下降. 这与甜甜等[15]的研究结果类似. 基于此，可根据蛋白质的互补理论，将经碱-酶联合处理后的猪大肠食品与其他肉类的蛋白质进行相互补充，从而提高各种食品的营养价值.

    • 2.3.   酶-碱联合嫩化过程中猪大肠平滑肌色差的变化

  • 由表 7可以看出，酶-碱联合嫩化前后的猪大肠平滑肌亮度值(L*)、红度值(a*)、黄度值(b*)差异均有统计学意义(p＜0.05)，说明酶、碱以及酶-碱联合嫩化工艺对猪大肠平滑肌的色泽都有较大的影响. 李洪军等[21]研究发现，猪大肠平滑肌在加工和贮藏过程由于不当操作经常会引起猪大肠发生红变和黄变. 常见的引起猪大肠平滑肌发生红变或黄变的原因有：贮藏时脂肪氧化发黄、肌肉组织内毛细血管中的肌红蛋白和血红蛋白使肠衣变红、微生物粪便胆汁污染等. 酶-碱联合嫩化过程中，猪大肠平滑肌的L*值呈显著增高，a*，b*值均呈显著下降趋势(p＜0.05)，说明猪大肠平滑肌在处理过程中亮度增加，色泽逐渐变淡，红度和黄度减弱. 由此可见，酶-碱联合嫩化可有效改善猪大肠平滑肌的色泽.

    • 2.4.   酶-碱联合嫩化过程中猪大肠平滑肌pH值的变化

  • pH值可以反映猪大肠平滑肌的酸碱度，是猪大肠平滑肌在加工及贮藏过程中变化较为明显的指标之一，它与肉的色泽、嫩度以及风味都有密切的关系. 由图 1可知，单独用酶嫩化，对猪大肠pH值变化影响不明显，碱处理组和酶-碱联合处理组中，猪大肠平滑肌pH值均有升高(p＜0.05). 嫩化之后，猪大肠平滑肌pH值的升高主要是由食品级NaOH引起的. pH值的变化会导致肌肉和结缔组织肿胀，这种肿胀与胶原蛋白的溶解有关[22]，因此可以通过提高肉的pH值，协助胶原蛋白溶解或通过提高肉的保水性来改善其嫩度[23].

    • 2.5.   酶-碱联合嫩化过程中猪大肠平滑肌水分分布的变化

  • 由图 2可知，经不同嫩化工艺处理后的猪大肠平滑肌在1~1 000 ms的横向弛豫时间上共有3个峰，其中T21(0~10 ms)，T22(10~100 ms)和T23(100~1 000 ms)分别代表结合水、不易流动水和自由水(图 2). 研究表明，横向弛豫时间(T2)可以反映食品中水分的自由度，T2越短则底物与水结合越紧密[24-25]. 此外，Pearce等[26]研究了肌肉中肌原纤维水分的分布和迁移特征，结果表明横向弛豫时间不仅可以反应肌肉的持水性，还与肉的嫩度密切相关. 由表 8可知，与空白组相比，酶处理组、碱处理组和酶-碱联合处理组的T21和T22值均显著增加(p＜0.05)，而T23值均显著降低(p＜0.05). 酶处理组、碱处理组和酶-碱联合处理组的T21由空白组的1.12%分别增加到5.97%，4.55%和2.27%；T22由空白组的84.25%分别增加到91.76%，93.94%和93.56%；T23由空白组的14.63%分别降低到2.27%，1.51%和4.18%.

    不同嫩化工艺均会使猪大肠平滑肌中结合水和不易流动水增加，自由水减少. 这可能是由于猪大肠平滑肌中自由水转移以及蛋白质与水之间的相互作用发生改变造成的. 不同嫩化工艺均可不同程度地破坏蛋白质的结构，亲水基暴露，使得自由水转化为不易流动水，以此增加肌肉的吸水性[27]. 这种现象反过来也会影响猪大肠平滑肌中的水分状态，并最终影响肉的嫩度以及L*，a*和b*值[28].

3.   结论

  • 通过测定水分、脂肪、蛋白质、氨基酸组成、灰分的变化分析猪大肠平滑肌营养成分变化，通过pH值、色差分析法和水分分布的测定分析猪大肠平滑肌食用品质的变化. 猪大肠平滑肌中含有丰富的蛋白质，氨基酸评分较高，是人体必需氨基酸的优质来源. 猪大肠平滑肌中的甜味氨基酸含量最高，占总氨基酸量的31.00%，其次为苦味氨基酸、鲜味氨基酸，分别占总氨基酸量的29.31%和20.23%.

    经酶-碱联合嫩化处理的猪大肠平滑肌，其亮度值增加，红度值和黄度值下降. 水分为81.43%，蛋白质为4.85%，脂肪为9.60%，灰分为0.50%，总胆固醇为0.14%，表明酶-碱联合嫩化工艺可以显著改善猪大肠平滑肌的食用品质(p＜0.05)，具体表现为：改善了猪大肠平滑肌的色泽、提高了水分含量、改善了猪大肠平滑肌嫩度和质构特性，引起猪大肠平滑肌营养成分发生变化. 酶处理组、碱处理组和酶-碱联合处理组的T21，T22值增加，T23值降低，说明不同嫩化工艺均会使猪大肠平滑肌中结合水和不易流动水增加，自由水减少，从而使水分子与底物结合更加紧密.

Figure (2)  Table (8) Reference (28)

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