图1 牛肉丸制作工艺流程
Fig. 1 Process flow chart for beef meatball preparation
Effect of Water-Soluble Polysaccharides from Nicandra physalodes (Linn.) Gaertn.Seeds on Processing Quality of Beef Meatballs
谢宇欣, 徐乾达, 陈南, 等. 假酸浆多糖对牛肉丸加工品质的影响[J]. 肉类研究, 2024, 38(3): 18-23.DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20240304-047. http://www.rlyj.net.cn
XIE Yuxin, XU Qianda, CHEN Nan, et al. Effect of polysaccharide from Nicandra physalodes (Linn.) Gaertn. seeds on processing quality of beef meatballs[J]. Meat Research, 2024, 38(3): 18-23. (in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20240304-047. http://www.rlyj.net.cn
牛肉作为重要的优质食物资源之一，蛋白质含量在20%以上，氨基酸组成比猪肉更接近人体需求，且脂肪含量低[1]，还富含矿物质（钾、锌、镁、铁等）和B族维生素[2]。近年来，随着肉牛养殖业及肉类加工业的快速发展，以牛肉丸为代表的牛肉糜类产品深受消费者喜爱，展现出良好的市场前景[3]。目前，牛肉丸加工过程中常添加多聚磷酸盐（如三聚磷酸钠、三偏磷酸钠、焦磷酸钠等）以增强产品的持水性、改善产品品质。虽然此类化学合成类试剂能够有效提升肉制品品质，但它们的使用也给人体健康带来了一定潜在风险，故而在食品加工业中被逐渐限制或禁止使用[4]。因此，从可食用资源中寻找天然、高效的物质替代化学合成试剂在肉品加工过程中改善肉制品品质，已成为肉品及相关领域的研究热点。现有研究[5-6]已发现各类多糖（如黄原胶、卡拉胶等）具有良好的持水性能及凝胶性能，可作为改良剂应用于肉制品加工过程中，能够显著改善肉制品的色泽、持水性及质构特性等品质。
假酸浆（Nicandra physalodes（Linn.）Gaertn.，NPG）是一种茄科植物，具有消炎利尿、祛风、清热退火等功效。假酸浆籽是NPG的种子，其浸水后可大量溶出假酸浆多糖（NPG polysaccharide，NPGP）[7]。NPGP作为天然植物多糖具有良好的吸湿和保湿性能，其持水量高达胶质质量的100 倍以上[8]。同时，NPGP在我国食品工业中也具有良好的应用，是我国四川、贵州、重庆等地区夏季消暑食品冰粉的主要原料；此外，有研究[9]表明，NPGP具有较好的增稠保湿效果，可应用于肉制品加工以改良产品品质。目前关于NPGP的研究大多局限于其本身的化学结构和凝胶特性，将NPGP应用于肉类的研究较少，其中Yuan Kai等[10]研究3 种制备NPGP-鱼胶混合凝胶的方法，以提高鱼胶凝胶熔融温度和凝胶硬度。此外，NPGP还具有可再生、低成本、生产技术成熟与简单等优点[11]，具备工业化添加至肉制品中的实际应用前景。因此，本研究通过水提醇沉法制备NPGP，将NPGP添加至牛肉丸制备过程中，采用化学与仪器分析法测定牛肉丸品质指标，探究不同NPGP添加量对牛肉丸品质特性（蒸煮损失、解冻损失、持水性、颜色、硬度、咀嚼性和凝胶强度）的影响，为进一步提升牛肉丸的加工品质及NPGP在肉制品加工领域的资源化开发利用提供参考。
新鲜黄牛（Bos primigenius Bojanus）后腿肉，宰后4 ℃排酸处理24 h后使用，购于四川成都当地市场，现买现用；假酸浆籽购于成都当地市场，常温避光保存备用。
无水乙醇（分析纯） 成都金山化学试剂有限公司；实验用水为蒸馏水。
ESJ210-4A型电子天平 沈阳龙腾电子有限公司；TA.XT. Plus型质构仪 英国Stable Micro Systems公司；CR7型分光色差仪 深圳市三恩时科技有限公司；FL-2YA型远红外数显封闭电炉 上海力辰邦西仪器科技有限公司；JYL-Y912型高速破壁料理机 成都九阳股份有限公司。
1.3.1 NPGP的提取
采用热水浸提法提取NPGP[12]。称取100 g假酸浆籽，蒸馏水冲去表面浮尘后，用100 目尼龙布包裹并置于200 mL温水（40 ℃）中浸泡3 min。反复揉搓并挤压尼龙布包使NPGP充分浸出，约10 min后得到NPGP溶液。将上述操作得到的NPGP溶液缓慢倒入10 倍体积的无水乙醇中[13]，搅拌进行醇沉，过滤保留沉淀，将沉淀置于25 ℃以挥发除去乙醇，所得干物质即为NPGP（得率为11.43 g/kg假酸浆籽；总糖质量分数93.53%），4 ℃密封保存，备用。
1.3.2 NPGP牛肉丸的制备
牛肉丸制作工艺流程如图1所示。新鲜牛肉清洗后去除白色筋膜，用高速破壁料理机于4 ℃以35 000 r/min匀浆处理90 s，得到均匀、细腻的牛肉糜，平均分为4 组，每组48 g。取不同质量1.3.1节提取所得NPGP干物质溶解于蒸馏水中，分别配制为质量分数0.00%、1.25%、2.50%、3.75%的NPGP溶液。向每组牛肉糜中分别加入2 g上述NPGP溶液并斩拌均匀，使牛肉糜中NPGP添加量分别为0.00%、0.05%、0.10%、0.15%（以斩拌后牛肉糜质量计）。将斩拌后的牛肉糜在4 ℃环境中静置12 h，使牛肉糜与NPGP充分凝胶，然后取出牛肉糜搓丸成型，控制每个牛肉丸质量为（5.00±0.02）g。将牛肉丸置于沸水中煮制5 min，捞出并冷却至25 ℃，用于相关指标分析。
图1 牛肉丸制作工艺流程
Fig. 1 Process flow chart for beef meatball preparation
1.3.3 牛肉丸蒸煮损失率的测定
参考冯钰敏等[14]的方法，并略作改动。称揉搓成型且未经热处理的牛肉丸质量，后将牛肉丸置于沸水中煮制15 min，捞出冷却至25 ℃，拭去牛肉丸表面液体后再次称其质量。牛肉丸蒸煮损失率按式（1）计算：
式中：m1为牛肉丸蒸煮前质量/g；m2为牛肉丸蒸煮后质量/g。
1.3.4 牛肉丸解冻损失率的测定
参考冯钰敏等[14]的方法。取1.3.2节经揉搓成型、沸水煮制5 min、冷却至25 ℃的牛肉丸于-18 ℃冻藏12 h。取出牛肉丸，称其质量；将牛肉丸置于25 ℃自然解冻2 h，拭去牛肉丸表面液体后称质量。反复冻藏、解冻3 次。牛肉丸解冻损失率按式（2）计算：
式中：m3为牛肉丸解冻前质量/g；m4为牛肉丸解冻后质量/g。
1.3.5 牛肉丸持水性的测定
参考苏博等[15]的方法，并略作改动。取1.3.2节制得的牛肉丸，称其质量，后在牛肉丸上下均放2 张滤纸，用1 kg重物压制并保持3 min，去掉滤纸，并轻轻拭去牛肉丸表面液体后称其质量。牛肉丸持水性按式（3）计算：
式中：m5为牛肉丸压制前质量/g；m6为牛肉丸压制后质量/g。
1.3.6 牛肉丸颜色的测定
参考Xu Qianda等[16]的方法。取1.3.2节制得的牛肉丸，用滤纸轻轻拭去牛肉丸表面的液体，利用白板和黑板对色差仪进行校正后，测定牛肉丸表面颜色，记录亮度值（L*）、红度值（a*）和黄度值（b*）。样品白度值（W）按式（4）计算：
1.3.7 牛肉丸硬度和咀嚼性的测定
参考Xu Qianda等[16]的方法，并略作改动。采用质构仪的TPA模式测定1.3.2节制得的牛肉丸硬度和咀嚼性。测定参数为：P10探头，测前速率2 mm/s，测试、测后速率1 mm/s，压缩位移5 mm，触发力5.0 g。
1.3.8 牛肉丸凝胶强度的测定
参考王卫芳等[17]的方法，并略作改动。采用质构仪的压缩模式测定1.3.2节制得的牛肉丸破断强度和凹陷深度。测定参数为：P10探头，测前速率2 mm/s，测试、测后速率1 mm/s，压缩位移5 mm，触发力10.0 g，环境温度25 ℃。破断强度反映牛肉丸凝胶脆性，凹陷深度反映牛肉丸凝胶弹性，二者乘积即为牛肉丸凝胶强度，按式（5）计算：
每组实验均进行3 次重复，结果以平均值±标准差表示。数据采用SPSS 27软件进行统计学分析（ANOVA），显著差异水平取P＜0.05。采用Origin 2022软件和Illustrator 2023软件进行绘图。
在牛肉丸热加工成型过程中，不可避免会发生由蛋白质变性而引起的水分、油脂和小分子蛋白流失[18]，表现为牛肉丸蒸煮前后的质量损失，即蒸煮损失率。蒸煮损失率与产品的保水能力直接相关，蒸煮损失越大，说明牛肉丸越易析水，从而导致产品品质下降[19]。由图2可知，随着NPGP添加量的增加（0.00%～0.15%），牛肉丸蒸煮损失率逐渐降低（27.42%～22.11%），表现出良好的剂量-效应关系。这可能是因为NPGP作为亲水胶体，能通过氢键与水分子发生相互作用，加入NPGP后，可以与牛肉丸中的水分子通过氢键相互作用将水分留存在产品中，从而减少热处理过程中牛肉丸的质量损失[20]。
图2 NPGP对牛肉丸蒸煮损失的影响
Fig. 2 Effect of NPGP addition on cooking loss of beef meatballs
解冻损失是衡量肉及肉制品保水性能的重要指标之一，能直接反映肉及肉制品保水性能的高低[14]。肉制品冻藏保存时，水分凝结转化为冰晶，解冻使细胞中的冰晶融化，恢复到新鲜状态[21]，但由于冰晶已对细胞产生不可逆的破坏，解冻过程中肉及肉制品会出现汁液流失、色泽劣变和质构特性改变等品质下降问题[22]。由图3可知，解冻损失率随解冻次数的增加而增加，同时，NPGP的加入有效降低了牛肉丸的解冻损失。当NPGP添加量为0.15%时，牛肉丸的3 次解冻损失率分别减少至0.50%、0.92%和 1.36%，减少了多次解冻过程中牛肉丸的汁液流失。这可能是因为NPGP与牛肉丸中的游离水通过氢键结合，减少牛肉丸中可形成冰晶的游离水，从而干扰冻藏过程中牛肉丸内冰晶的形成，进而降低冰晶形成对牛肉丸细胞结构的破坏，使其细胞液流失减少[20,23]。
图3 NPGP对牛肉丸解冻损失的影响
Fig. 3 Effect of NPGP addition on thawing loss of beef meatballs
持水性影响肉的加工性能和经济价值[24]，关系到肉及肉制品的色泽、嫩度等品质特性[25]。由图4可知，NPGP的加入使牛肉丸的持水性得到增强，随着NPGP添加量的增加（0.00%～0.15%），牛肉丸的持水性逐渐增强（8.68%～11.50%），表现出良好的剂量-效应关系。这可能是因为加入的NPGP一方面可以与牛肉丸中的肌原纤维蛋白发生分子间相互作用，从而改变肌原纤维蛋白的分子结构，增强其对牛肉丸中水分的保持能力；另一方面，NPGP还可以与牛肉丸中的水分子发生氢键相互作用，进一步阻碍牛肉丸中水分流失，从而增强牛肉丸的持水性能[26-27]。
图4 NPGP对牛肉丸持水性的影响
Fig. 4 Effect of NPGP addition on WHC of beef meatballs
食品的颜色对其市场销售及消费者接受程度有影响，是评价食品感官品质的一项主要指标[28]。由表1可知，与未添加NPGP组相比，NPGP添加量为0.15%的牛肉丸L*从62.10逐渐增大至64.60，a*和b*略微减小（分别减小0.50和0.70），W由57.97逐渐增大至60.57。一方面，由于NPGP溶液本身呈淡黄棕色，加入后会影响牛肉丸颜色；另一方面，NPGP加入后，牛肉丸的持水性显著增强，牛肉丸水分含量增大，对牛肉丸颜色有稀释作用，使其L*和W均增大，a*和b*略微减小。
表1 NPGP对牛肉丸颜色的影响
Table 1 Effect of NPGP addition on color parameters of beef meatballs
注：同列小写字母不同表示差异显著（P＜0.05）。
NPGP添加量/%L*a*b*W 0.0062.10±0.10d4.37±0.12a17.63±0.06a57.97±0.11d 0.0563.27±0.15c4.03±0.06b17.20±0.10ab59.24±0.12c 0.1064.17±0.23b3.93±0.06bc16.83±0.38b60.21±0.05b 0.1564.60±0.10a3.87±0.12c16.93±0.15b60.57±0.15a
硬度和咀嚼性常用于反映肉及肉制品的质构特性。硬度可以反映肉制品的组织状态；咀嚼性是弹性和胶着性的乘积，可以反映肉制品的食用口感[29]。由图5可知，随着NPGP添加量的增加（0.00%～0.15%），牛肉丸的硬度（1 046.61～802.53 g）和咀嚼性（687.79～523.57 g）均呈下降趋势，且呈现剂量-效应关系。表明NPGP可以一定程度改善牛肉丸的质构特性，使其更加软烂、易咀嚼。相关研究[16,30]表明，多糖与多酚相似，其对肉类产品的影响主要通过影响肉中肌原纤维蛋白的聚集并与肌原纤维蛋白形成新的凝胶网络结构，从而影响肉及肉制品的持水性、质构及凝胶强度等品质。不同种类多糖对肉制品品质的影响不尽相同[31-32]，这可能是因为多糖-蛋白质在热处理后会形成不同结构（“截留”结构与“互穿”结构）的两相分离凝胶（图6）。在“截留”结构中，多糖作为填料，并不影响肌原纤维蛋白聚集，凝胶仍以肌原纤维蛋白凝胶结构为骨架结构[33-34]，在此情况下，新的三维网络结构更加致密、均匀，从而增强肉及肉制品的硬度、咀嚼性等质构特性。在“互穿”结构中，多糖不再作为物理填料，多糖与肌原纤维蛋白凝胶结构均为主要骨架结构，多糖与蛋白质发生排斥作用，增加肌原纤维蛋白聚集的趋势，削弱蛋白质网络内部连接，从而降低新的三维网络结构强度，产品的质构特性也随之减弱。NPGP是一种带负电荷的大分子多糖[9]，可与同样带负电荷的蛋白质发生排斥作用。同时，蛋白质被加热后结构展开，变得更加松散，蛋白质交联聚集、体积增大，更容易形成这种排斥作用。故而NPGP与蛋白质在热处理后形成的两相凝胶结构可能更倾向于“互穿”结构，从而降低蛋白质网络结构强度，进而使牛肉丸的硬度和咀嚼性降低。
图5 NPGP对牛肉丸硬度和咀嚼性的影响
Fig. 5 Effect of NPGP addition on hardness and chewiness of beef meatballs
图6 “截留”与“互穿”结构示意图
Fig. 6 Schematic diagrams of “trapped” and “interpenetrated” structures
牛肉丸凝胶强度为破断强度和凹陷深度的乘积，反映牛肉丸脆性和弹性[35]。由图7可知，NPGP添加量增加（0.00%～0.15%）会使牛肉丸凝胶强度显著下降（5 608.30～3 683.36 g·mm），且呈现剂量-效应关系。这可能是因为NPGP可以吸收牛肉丸中的大量水分，并通过氢键形成连续的水凝胶，阻碍牛肉丸中肌原纤维蛋白凝胶网络结构内部的连接，降低多糖与肌原纤维蛋白形成的三维网络结构强度，从而降低牛肉丸凝胶强度[36-37]。
图7 NPGP对牛肉丸凝胶强度的影响
Fig. 7 Effect of NPGP addition on gel strength of beef meatballs
通过水提醇沉法从假酸浆籽中制备并分离纯化得到NPGP。在牛肉丸加工过程中，NPGP的添加有效降低了牛肉丸的蒸煮损失率（27.42%降至22.11%）和解冻损失率（2.45%降至1.36%），增强其持水性（8.68%增至11.50%），改善牛肉丸的硬度、咀嚼性和凝胶强度，增大其L*和W。表明NPGP可显著提升其在实际应用中的保水能力及抗加工损失能力，从而增强牛肉丸中物质的相互作用强度，改善牛肉丸品质特性。NPGP有望代替化学合成类添加剂成为一种新型天然食品添加剂。本研究为NPGP在肉及肉制品加工领域的应用提供了部分有益的实验支撑。后续还需要进一步分析NPGP与肌原纤维蛋白的分子相互作用，并探究NPGP对肌原纤维蛋白网络结构的影响机制。
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