宰后肌肉嫩度检测技术研究进展.pdf
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1、522023,Vol.37,No.7专题论述肉类研究MEAT RESEARCH中国肉类食品综合研究中心CHINA MEAT RESEARCH CENTER宰后肌肉嫩度检测技术研究进展狄雨晗,廖博群,李加慧,张雅玮*(南京农业大学食品科学技术学院,江苏 南京 210095)摘 要:嫩度作为评价肉品品质的重要指标之一,影响消费者对于肉制品的购买选择。对宰后肉品的组成结构、蛋白特性进行检测,可以准确判定肉品嫩化程度。本文就宰后成熟过程中各类肌肉蛋白质的变化及其嫩化作用、现有检测技术及相关机理进行综述,讨论目前技术存在的局限性,为研发新型嫩度检测技术提供理论参考。关键词:肌肉蛋白质;检测技术;肉的嫩度
2、;肉品质;宰后嫩化Advances in Techniques for Testing Postmortem Muscle Tenderness DI Yuhan,LIAO Boqun,LI Jiahui,ZHANG Yawei*(College of Food Science and Technology,Nanjing Agricultural University,Nanjing 210095,China)Abstract:Tenderness is one of the most important indicators of meat quality and influences c
3、onsumers choice of meat products.Meat tenderness can be determined accurately by testing the composition,structure and protein characteristics of postmortem meat.This paper presents a review of the changes in various muscle proteins during postmortem aging,their roles in meat tenderization,the exist
4、ing detection techniques for meat tenderness and the related mechanisms,and discusses the limitations of the current techniques.It is hoped that this review will provide a theoretical reference for the development of new tenderness detection techniques.Keywords:muscle proteins;detection techniques;m
5、eat tenderness;meat quality;postmortem tenderizationDOI:10.7506/rlyj1001-8123-20230509-041中图分类号:TS251.1 文献标志码:A 文章编号:1001-8123(2023)07-0052-08引文格式:狄雨晗,廖博群,李加慧,等.宰后肌肉嫩度检测技术研究进展J.肉类研究,2023,37(7):52-59.DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20230509-041.http:/DI Yuhan,LIAO Boqun,LI Jiahui,et al.Advances in techniqu
6、es for testing postmortem muscle tendernessJ.Meat Research,2023,37(7):52-59.(in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20230509-041.http:/收稿日期:2023-05-09基金项目:江苏现代农业产业单项技术开发项目(CX(22)3071)第一作者简介:狄雨晗(2002)(ORCID:0009-0003-3342-3392),女,本科生,研究方向为肉品加工与质量控制。E-mail:*通信作者简介:张雅玮(1986)(ORCID:0
7、000-0001-7353-7771),女,副教授,博士,研究方向为肉品加工与质量控制。E-mail:肉品的食用品质可以通过感官评定和客观测定的方法进行评价,通过检测肉品嫩度、风味、色泽和多汁性等指标,反映肉品食用价值1。嫩度作为评价肉质优劣及优质畜禽肉选种的重要指标,展现了肌肉组织的机械强度,包括蛋白质的结构特性、脂肪的数量及分布等2-4。研究影响嫩度的关键因子、检测技术以及提高肉品嫩度是国内外肉品加工科学的研究热点之一。肉品嫩度受到宰前因素和宰后因素的共同影响,宰前因素包括畜禽品种、年龄、性别、饲养条件及宰前状况等;动物宰后处理过程中的影响因素包括排酸时间、贮藏温度、嫩化技术及烹调方式等5
8、-8。肉品在宰后成熟的过程中会发生一系列复杂的生化反应,肉的嫩化是钙激活酶、细胞凋亡酶、过氧化物还原酶等多种内源酶共同调控的结果9-12,多种酶的共同作用使得肌原纤维蛋白发生降解,网状结构消失13。因此,深入研究宰后肌肉蛋白质的变化是理解肉品嫩化机制的关键。借助现代仪器对肌肉的物理、生化和组织结构进行检测,能够客观、定量化地评定肉品嫩度14。常见的嫩度测定方法包括剪切力法、光谱分析、质地剖面分析(texture profile analysis,TPA)等,这些传统检测方法也存在一定局限性。例如,剪切力法是最早、最常用的机械测定方法1,但也存在难以区分不同处理组间肌肉嫩532023,Vol.3
9、7,No.7专题论述肉类研究MEAT RESEARCH中国肉类食品综合研究中心CHINA MEAT RESEARCH CENTER度差异的问题15-17。关于宰后肉品嫩度的检测技术很多,综合国内外学者的相关研究,本文就有关反映肌肉蛋白质变化的嫩度检测技术及其原理等方面进行综述,为改进和开发肉品嫩度检测技术提供思路。1 宰后成熟过程中肌肉蛋白质的变化对嫩度的影响1.1 肉的嫩度畜禽宰后会发生由僵直、解僵到成熟一系列复杂的生理生化反应过程,肌肉组织的生化条件会发生较大转变。宰后早期肉品逐步进入僵直阶段,肌纤维收缩导致肌节长度明显减小,肌球蛋白和肌动蛋白交联导致硬度明显增大18-19,嫩度降低。僵直
10、持续时间受到三磷酸腺苷(ATP)、糖原储备等因素的影响20,在僵直结束时肉品达到极限pH值,肉品嫩度最小,口感最差。随着肌肉解僵进入成熟期,维持肌原纤维完整性的关键蛋白质,如肌联蛋白、伴肌动蛋白等被钙蛋白酶降解21,肌肉超微结构受到破坏,大部分Z线断裂,M线和I带消失22,H区模糊难辨,肌原纤维小片化程度增加,肉品持水能力和嫩度增加。针对肉品成熟机制,有学者提出四大成熟理论:钙蛋白酶理论、溶酶体组织蛋白酶理论、细胞凋亡酶理论和蛋白酶体理论,其中钙蛋白酶理论在大量研究中得到了更多学者的认可,钙蛋白酶也被认为在降解宰后肌肉蛋白质的过程中起到主导作用23-24。1.2 肌肉蛋白质的嫩化作用骨骼肌由肌
11、纤维、结缔组织、肌内脂肪细胞、血管和神经组织组成25,其中水约占75%,蛋白质约占19%26。肌肉中的蛋白质主要分为三大类:肌原纤维蛋白、结缔组织蛋白和肌浆蛋白。肌原纤维蛋白占总蛋白含量的一半以上,是影响肉品品质的重要因素之一;结缔组织蛋白在肌肉中起到结构支撑作用,因此对肉品嫩度也有较大影响。肌纤维作为骨骼肌结构的组成单位,是成束排列的多核条带状细胞。大量研究表明,肌纤维特性与肉品嫩度密切相关27-29,肌纤维类型(型和型)及其完整性、肌纤维蛋白的降解、肌纤维直径、肌节长度和收缩状态等均会影响嫩度。肌原纤维占肌纤维含量的65%左右,每条肌原纤维由许多平行排列的肌球蛋白粗丝和肌动蛋白细丝构成。目
12、前研究表明,在肉品成熟过程中,肌原纤维的关键蛋白质水解是肉品嫩化的主要原因,这些关键蛋白质在维持肌原纤维结构中起到重要作用,例如,肌间线蛋白参与肌原纤维间的连接,肌联蛋白和伴肌动蛋白参与肌原纤维内的连接等23,30。通过电子显微镜观察肉品的超微结构,如肌原纤维的排列情况、肌原纤维中肌节、A带、I带、Z线、H区的清晰程度,可以判断肉品成熟程度。肌肉中的结缔组织以肌外膜、肌束膜和肌内膜的结构形式存在,在维持肌肉结构完整性方面起到关键作 用31-32。结缔组织蛋白包括胶原蛋白、弹性蛋白、网状蛋白和糖蛋白,结缔组织中还含有少量起到连接作用的蛋白多糖33-34。胶原蛋白作为结缔组织的主要组成成分,其含量
13、、热溶解性、蛋白交联程度等均会对肉品嫩度产生影响35,牛肉嫩度与胶原蛋白含量和交联程度呈负相 关36-37,而与胶原蛋白热溶解性呈正相关38。宰后成熟过程中,早期肌原纤维蛋白发生降解,肌原纤维结构弱化,肉品处于快速嫩化阶段;成熟阶段后期肉品处于慢速嫩化阶段,肌束膜和肌内膜组织结构破坏,结缔组织结构发生弱化39-40。肌浆蛋白中包括大多数与糖酵解有关的酶,如丙酮酸激酶、磷酸丙糖异构酶等,这些蛋白的磷酸化水平与肌肉嫩度密切相关41,磷酸化水平越高越不利于肉的嫩化。Carlson等42研究发现,过氧化物还原酶2等应激反应蛋白在氧化应激中的含量变化也可能会对猪肉嫩度产生影响,应激反应蛋白含量升高会导致
14、肉嫩度的降低。2 肉嫩度检测技术嫩度能够反映肉的质地,以及肉在食用时的口感43,是肉品质评价的重要指标之一。肌原纤维的结构和状态会导致嫩度的差异,肌内结缔组织的含量和性质决定了肉的硬度1,因此针对肌内蛋白质对肉品的嫩化作用,可以从观察质构、持水性等肉品品质变化、组成结构以及肌肉蛋白特性的角度进行研究(图1),开发肉嫩度的检测方法。下文选取了部分具有代表性的用于嫩度测定的常用检测技术,并对其基本原理和应用进行描述。?pH?Warner-Bratzler?TPA?X?图 1 嫩度破坏性和无损检测技术Fig.1 Destructive and non-destructive techniques f
15、or tenderness testing542023,Vol.37,No.7专题论述肉类研究MEAT RESEARCH中国肉类食品综合研究中心CHINA MEAT RESEARCH CENTER2.1 测定肌肉品质变化2.1.1 pH值测定pH值常用作评价肉品质的重要指标之一,其能够直接影响肉的风味、嫩度、持水性等品质44。宰后早期肌肉细胞通过糖酵解途径产生乳酸,ATP水解产生磷酸,引起pH值下降45。pH值变化的程度和速率会影响嫩度、持水力等肉品品质46,pH值的降低会导致肌原纤维收缩,钙蛋白酶活性降低,影响蛋白质的降解程度,从而影响肉品嫩度47。在宰后成熟过程中,肉品pH值会随着贮藏时间
16、的延长先快速降低到极限pH值,再缓步上升达到稳定状态,整体仍呈现下降趋势。由于畜禽种类、测量部位、屠宰条件的不同会导致蛋白水解、能量代谢等情况的差异,因此同一宰后时间肉品的pH值也会存在一定差异,但总体趋势不会发生变化48。pH值的测定通常使用pH检测仪,在经4 校准液校准后,将电极沿肌原纤维方向插入样品内部或加入缓冲液将样品匀浆,平行重复测定,记录最终数值49-50。在测定过程中,由于宰后早期pH值下降较快,应当注意时间的把控,避免检测时间过长导致数据误差过大,以牛肉为例,一般牛肉的检测时间为0、6、12、24、48、72、120 h。近年来,研究学者通过检测宰后肉品pH值的变化,分析肌肉中
17、能量代谢过程中的关键因子。Schulte等51指出,钙蛋白酶-1自溶和肌间线蛋白降解越多,到达极限pH值的速度越快。糖酵解速率的升高将加速pH值下降速率。Wang Chengcheng等52通过动力学研究模型,发现磷酸果糖激酶将加速宰后猪肉pH值的降低速率。2.1.2 剪切力法最常用的剪切力测定仪器为Warner-Bratzler剪切仪,用于测量切割一定厚度的肉柱所需力的大小1。常见的剪切力测定方法还有切片剪切力法等。最早的肉类剪切力测定标准由美国肉类科学协会制定53。剪切仪的使用是在样品中插入热电偶温度计,水浴加热至肉样中心温度为7072 时取出,流水冷却或自然冷却至室温后平行于肌原纤维方向
18、取肉柱,再用剪切力测试仪沿肌纤维垂直方向进行剪切,记录峰值,重复测量取 均值54。切割速度及V型切割刀片的夹角大小会影响剪切力55,为了提高实验的重复性和准确性,每组至少取6 个直径相同的肉柱进行检测56。不过剪切力法仍会受到肌肉类型、烹饪方式、设备差异等干扰因素的影响,造成一定的误差57。剪切力和肉嫩度呈负相关,随着宰后时间的延长,剪切力整体上呈先增大后减小的趋势,其下降幅度大于上升幅度58。宰后成熟过程中,在内源性蛋白酶系统和微生物的作用下,肌肉中的肌原纤维蛋白发生降解,剪切力下降。肉的嫩度可直观表现为肉品在咀嚼时牙齿所用力的大小,Warner-Bratzler剪切力(Warner-Bra
19、tzler shear force,WBSF)是最常用的将肉品嫩度进行量化的检测方法59。将WBSF与感官评价方法结合是目前研究的热点,通过可量化数据与感官评分进行比较分析可以确定肉品可接受嫩度的阈值60。Silva等61研究发现,用方形横截面芯的WBSF测量方法在检测肉品嫩度中的效果较使用圆形横截面芯的Warner-Bratzler剪切仪更好,表明剪切仪的特性也会影响嫩度的检测效果,这也为进一步改进嫩度检测仪器与检测方法提供了一定的方向和思路。2.1.3 TPATPA广泛应用于各类食品的质构分析,包括果蔬制品、面制品、肉制品等。通过模仿咀嚼过程,能够客观反映食品硬度、黏性、内聚性、弹性、咀嚼
20、性和回复性等质构指标62,能够较为全面衡量肉的质地特性。实验方法参照NY/T 11802006肉嫩度的测定 剪切力测定法62,用质构仪进行测定即可。魏直升等63通过研究不同部位牛肉在宰后成熟过程中的品质特性,发现宰后成熟能够改善肉的质构,且由于测量部位、肉品成熟时间等因素的不同,肌纤维类型及肌纤维蛋白的降解模式存在差异,对质构特性结果存在一定影响。T PA 是 常 见 的 用 于 食 品 质 地 评 估 的 方 式,de Huidobro等64在研究中发现,TPA与WBSF相比,能够更好地预测感官特性中的硬度。TPA和WBSF作为2 种公认有效的食品机械评估方式,TPA能够模拟食物在口腔咀嚼时
21、的变化,WBSF能够模拟最佳的切割效果。目前越来越多的研究关注于仪器测定指标(TPA和WBSF)与感官评定测定数据间的相关性分析,TPA能够提供更全面的量化参数进行嫩度预测,且TPA的成本和耗时相较于感官评定更低。不过基于食品机械属性的食品质地评估也存在一定的局限性,由于受到主观因素的影响,TPA所测量参数不能完全代表食物在口腔中的真实口感,测量结果也会受到材料机械性能的影响65-66。2.2 测定肌肉结构特性2.2.1 光谱检测技术常用于食品分析的光谱检测技术包括近红外光谱(near infrared spectroscopy,NIRS)、拉曼光谱、高光谱成像技术、荧光光谱技术等。光谱检测技
22、术可以深入了解食品的组成结构、分子间相互作用及各向异性。NIRS分析广泛应用于肉嫩度检测中,其根据吸收峰在光谱中的位置和强度进行定性和定量分析,可以测得肌肉的基本成分,如水、蛋白质、脂肪、灰分和结缔组织含量。近年来,研究人员将NIRS在肉类研究中的应用进行扩展,不仅用于肉品成分分析,还通过建立预测模型预测肉品质量。de Nadai Bonin等67通过偏最小二乘回归模型成功预测剪切力和嫩度;Tejerina等68利用NIRS进行肉552023,Vol.37,No.7专题论述肉类研究MEAT RESEARCH中国肉类食品综合研究中心CHINA MEAT RESEARCH CENTER质分级,其设
23、计的近红外定量预测模型在肉品色度和色相角中表现出良好的预测效果;Balage等69通过可见光/NIRS(Vis/NIRS)技术预测猪肉样品的最终pH值和颜色等品质指标。一些研究报告也指出,NIRS在预测肉的质量性状方面仍存在一定的缺陷,Balage等69研究发现,Vis/NIRS在定量预测猪肉肌内脂肪方面效果较差,WBSF预测的准确性较低。目前近红外检测技术在肉品品质检测方面仍存在一定的局限性,需要进一步的研究来建立更加精准的预测模型。2.2.2 肌原纤维小片化指数(myofibril fragmentation index,MFI)MFI是评估肌肉肌原纤维超微结构变化的关键指标,可直接反映肌
24、原纤维的降解程度,并间接反映受肌原纤维蛋白降解影响的新鲜肉嫩度。通常情况下,MFI越高,表明肌原纤维结构破坏程度越高,肉品的嫩度越好。MFI的检测步骤较为复杂,耗时较长,需要精确称取样品(少量),进行2 次离心,控制实验温度,在得到肌原纤维蛋白悬浊液后采用考马斯亮蓝法或双缩脲法测定溶液的蛋白质量浓度,再经调整蛋白质量浓度后测定吸光度49。除肉样自身因素外,MFI也会受到匀浆速率、刀片类型等其他均质条件的影响67。MFI一般在540 nm波长处进行吸光度测定70-71。肉品在宰后成熟过程中,MFI持续升高,表明其Z线蛋白发生降解,肌原纤维细胞凋亡,嫩度升高。MFI是测定宰后早期肉嫩度的有效工具,
25、研究学者发现,其与WBSF之间存在显著的正相关性(P1.8)72。Aroeira等73研究发现,肌原纤维的碎裂程度还可以通过WBSF、MFI等不同方法来进行检测,目前大部分学者将MFI作为肉嫩度的检测指标之一。在未来的研究中,可以对MFI与嫩化相关的蛋白质表达量进行相关性分析,筛选出影响MFI的关键蛋白质,研究其在蛋白质降解和细胞凋亡中发挥的作用,对于几种关键蛋白间的协同作用也可进行进一步的研究。2.2.3 成像技术肉中蛋白质、脂肪的分布会直接影响肉品嫩度。宰后成熟期间,肌肉蛋白质的降解会导致肌纤维结构发生改变,成像技术能够直接观察肌肉纤维微观结构以及肌肉蛋白质的变化。目前常见的成像技术包括透
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