肌肉 Muscle (part II) 1 屠後肌肉變化對肉品品質之影響 肉的質地與保水力! 瘦肉約含 75 % 的水, 此水分的保留甚為重要 (1) 從經濟觀點來看, 水的減少等於肉重量的減少 (2) 無論新鮮或烹煮過的肉, 包裝產品中水分的流失對消費者是不具吸引力的 (3) 水溶性營養素的流失 (4) 影響肉的品質 2 1
! 肌纖維約占瘦肉的 70 % 體積, 組織中大部分的水是存在於肌纖維中! 烹煮肉的粗糙原因部分是因其水分流失, 例如在 40~50 的加熱中, 肉的粗糙增加可能是因肌原纖維蛋白的凝集, 此種凝集導致肌纖維的縐縮 (shrinkage), 但此時水仍然保留在肌內膜鞘中 ;! 到 60~70 的加熱中, 由於肌內膜與肌周膜膠原蛋白的縐縮, 使肉的粗糙再次增加, 而此時的收縮與膠原蛋白交聯的程度與性質有關 3 ph 變化的速率與程度對肉品質的影響! 屠後肌肉中 ATP 所致的 ph 下降, 其下降速率與其程度對肉品質甚為重要,acidic ph retard microbial growth and extent shelf life. But, loss of water because isoelectric point of myosin is 5.0! Protein-protein interaction increase, protein-water interaction decrease. Thereby, myofibrils shrink and loss of water holding capacity! 豬在屠後肌肉 ph 的遽降, 例如屠體一直處在高溫 ( 如 37 ) 而 ph 在 45 min 內降至夠低 ( 如 ph< 6.0), 則收縮性或肌漿蛋白會發生相當變性, 因而 loss of water holding capacity, 即產生所謂水化肉 (pale-soft-exduative, PSE) 有關, 其特點是質地軟 保水力差及肉色淡 ( 灰白 ) 4 2
! 肌肉的終極 ph 高低, 對品質甚為重要! 肌肉中肝醣含量多, 終極 ph 則低 如牛肉在達到較低終極 ph 時 5.0~5.4, 糖解系統中酵素活性停止 抗微生物生長及肉色較佳! 若屠宰前使牛運動或疲勞, 則肌肉中肝醣含量降低, 而終極 ph 則增高 (>ph 6.0), 此時肉色會較暗 硬與乾, 但有較佳的保水性, 而不耐微生物生長, 稱為 dark, Firm, and dry meat (DFD meat)! 屠宰前疲勞的肌肉, 其死後終極 ph 較高, 肉色不佳, 開始腐敗快, 保存性亦差 5! 煮熟魚肉的質地與其死後 ph 有密切相關 ; 即終極 ph 越低, 質地越韌 ( 粗糙 ),ph 能明顯影響魚肉質地係經由影響收縮成分 ( 如蛋白質 )! 魚肉的終極 ph, 一般比陸上動物或禽類高! 魚肉的低終極 ph, 尤其發生於初夏經一段期間禁食 ( 飢餓 ) 後再恢復攝食的鱈魚 ; 這種漁獲也可能導致肉片 (fillet) 的裂縫 (gaping),! 主要是為因低 ph 及 / 或高溫弱化膠原蛋白在肌節與肌點間的連接 6 3
! 肌肉的顏色受 ph 影響, 因為 ph 控制肌原纖維的物理狀態及粒線體活性! 在較高的 ph 時 (DFD 肉 ), 肌纖維膨脹, 由於光線散射使其呈現較暗, 加上粒線體與肌紅素競爭肉表面之氧, 使肉不呈鮮紅而變較暗! 在較低 ph 時 (PSE 肉 ), 肌纖維成縐縮, 光線的散射使肉呈現較淡的顏色 ( 灰白 ) 7 肌動蛋白 - 肌凝蛋白的交互作用與收縮! ATP 與 ADP 耗竭之後, 肌動蛋白與肌凝蛋白的交互作用是影響肉質地的主要現象! 當這兩種蛋白交互作用時, 亦即上述的僵直期間的肉硬而乏味, 保水性差 8 4
! 肌肉若在僵直前分切, 則易迅速收縮! 在生理高溫下, 死後收縮大 ; 僵直前分切的收縮隨溫度降低而減少, 大部分肌肉在 10~20 達最小! 但若置於低溫 0~10, 則反而會促進收縮! 這種在不凍結的低溫所發生的收縮, 稱為冷縮 (cold-shortening), 尤其是含紅色肌纖維為主的牛肉 羊肉! 因此在商業上對冷縮高度敏感的肌肉應於溫體時去骨, 經短暫儲藏 ( 約 3 小時 ), 使屠體部分冷卻至 14~20, 直至進入僵直 9 10 5
! 這種現象可能基於 :! (1) 在高溫時類似大部分的化學反應, 即隨溫度降低則收縮減少! (2) 在較低溫時 ( 如 0~10 ), 可能是額外因子的加入, 導致收縮反而增加, 例如屠後缺氧導致粒線體中釋放大量 Ca2+ 到肌漿中而誘導收縮! 加上在非凍結的低溫中, 肌漿網喪失其調節肌漿中 Ca2+ 的能力 11! 肌肉解凍收縮與滴液 (drip) 流失的關係如圖所示! 若收縮超過原長度 40 %, 滴液急劇增多, 亦即保水性變差 ; 此現象產生是因收縮超過 40 % 時肌肉纖維即發生嚴重破損 12 6
13! 屠後肌肉收縮越多, 烹調後的柔嫩度越差 為防止發生冷縮現象, 冷藏前就僵直! 在屠後利用電流刺激肌肉提前收縮, 改善肉色及柔嫩度 14! 電刺激通常於溫體去骨前進行, 嫩化的原因主要為 : (1) 顯著減少冷收縮 ; (2) 加速糖解導致 ph 急速下降, 引起溶菌體水解酶 (lysosomal hydrolase) 釋出, 肉品構造弱化 ; (3) 過度收縮, 肌原纖維受物理性破壞, 防止正常收縮的韌化 7
解凍僵直 (thaw rigor)! 肌肉在僵直前冷凍, 解凍後會發生收縮! 死後僵直前 ATP 含量高, 予以冷凍後再解凍, 會導致 ATP 迅速分解或解凍後迅速僵直! 收縮超過 40%, 其滴液流失過多, 會影響其韌度及保水性 因此, 必須在僵直中或僵直後始予冷凍 15! 魚在僵直前予以冷凍且儲於正常凍藏溫度約 2 個月可避免解僵! 牛肉 羊肉或禽肉在僵直前予以電刺激亦可避免解僵的現象, 或將凍結的肉放在 -3 一段時間亦可 蛋白分解作用所導致的變化! 僵直後的牛肉, 冷藏溫度 1~2 星期可改善柔嫩度, 稱為熟成 (aging 或 conditioning)! 主要是肌肉受蛋白酵素的分解作用所致, 例如牛肉或禽肉的嫩化是因 Z 盤受到鈣依存型蛋白酶 (calpains) 的破壞! 鈣依存型蛋白酶在屠後的嫩化反應較組織蛋白酶 (cathepsins) 重要 而長時間儲存會使鈣依存型蛋白酶失活, 而降低其嫩化效應! 屠後膠原蛋白被膠原蛋白酶的蛋白分解作用是魚肉軟化的原因 16 8
脂質變化及脂質與其他成分之相互作用! 儲藏中因脂解酶與磷脂酶作用生成脂肪酸, 導致變味 (off-flavor), 且與收縮蛋白作用而變性 是冷凍魚肉在儲藏中魚肉韌化的原因! 脂肪酸的氧化產物與蛋白質相互作用, 由於分子間的交聯而引起蛋白質的不溶化, 導致保水性降低及增加韌度! 魚在冷藏中所產生的氧化冷藏臭 (oxidized cold-store flavor) 主要是庚烯醛 (cis-4- heptenal) 化合物, 是磷脂質氧化產物 17! 寡脂魚 ( 如鱈魚 ) 若在捕獲前處於飢餓狀態, 則部分磷脂質被利用為能量, 因而減少庚烯醛的來源 ( 如 DHA) 食品加工對肉成分安定性之影響 熱處理! 熱最敏感的是 α-actinin (50 ), 而哺乳動物肌凝蛋白約 55, 肌動蛋白約 70~80, 肌纖維蛋白中最耐熱的是原肌凝蛋白及肌鈣蛋白 (80 )! 大部分酵素的變性溫度在 60~70, 因此烹調溫度是否達到, 可利用酵素活性進行評估, 如 catalase, peroxidase, lactate dehydrogenase, pyruvate kinase, GOT 及 GPT 等 ; 18 9
! 肌凝蛋白 ATPase 活性是肌凝蛋白變性指標! 溫血動物 Ca2+-ATPase 安定, 魚類棲息的水溫影響肌凝及肌動凝蛋白的熱安定性, 不影響膠原蛋白! 南極蝦的肌動凝蛋白對熱安定性差, 約比阿拉斯加鱈魚低 100 倍! 肉中的肌紅素 (Mb) 因加熱而變性, 而變性蛋白中血基質 (heme) 色素對氧化的敏感性比未變性 Mb 者高! 因此, 紅色肉在加熱中會變成棕褐色也是因氧化色素 (hemin) 的形成 19 冷藏 溫度對酵素活性的影響! 哺乳動物或鳥類的肌肉若由體溫降至 0, 可有效抑制大部分酵素的催化反應, 魚類冷藏中, 某些酵素的活性遠大於溫血動物! 低溫也會引發 Ca2+ 的釋放, 會刺激收縮, 也增加 calpains 的活性 20 10
調氣 (modified atmosphere) 或控氣 (controlled atmosphere) 儲藏! 二氧化碳 (CO2) 氣體於肉品的儲藏, 可使組織的 ph 下降, 抑制腐敗微生物生長, 而達到延長保存期限! 濃度過高, 肉色有褐化之虞,! 調氣包裝中含少量氧, 維持於低溫 ( 約 0 ), 並添加己二烯酸鉀時則可防止病原菌的潛在危險! 近年來也有利用一氧化碳 (CO) 來維持肉的粉紅色 ( 如台灣鯛 ), 但並不合法 21! 真空包裝可抑制微生物! 對冷藏的紅色黑絲鰵 ( 鱈魚 ), 氧氣具有抑制 TMAO 分解為 DMA 與甲醛的作用, 因此鱈科魚類如以減壓調氣或真空包裝對產品的品質可能有潛在的害處 22 11
輻射線照射配合冷藏! 離子化輻射線在某些國家可用於少部分食品, 若配合冷藏, 則具有延長保藏期限的潛力, 可使微生物不活化, 但對肉色也有不良影響! 大量照射於鮮肉或醃漬肉時可能導致褐色, 在空氣中照射於煮熟肉時則不致變色! 但無氧照射則卻能致粉紅色, 而再暴露於空氣則再變為原來的褐色, 煮熟肉的粉紅色源自於變性血色質 (hemochrome) 色素 23! 殺菌劑量的照射使各種蛋白質與脂肪分解, 產生不良風味, 或使肌肉嫩化! 經照射處理的牛排常有些苦味, 可能是 ATP 轉成 Hx 所致! 在 -80 以下照射能劇減不良反應而不降低對微生物的破壞力, 因為對微生物的破壞主要來自離子化輻射線的直接交互作用, 而大多數不良化學成分則源自輻射線照射時所產生的自由基引起的間接影響! 欲長時間保存, 則於輻射線處理前須經 70 加熱處理, 使肉中酵素失去活性 24 12
冷凍冷凍速率對品質的影響! 冷凍的問題是不當的凍結 ( 緩慢冷凍 ) 與長期儲藏所導致解凍的大量滴液流失! 冷凍速度應迅速, 使原料全體所析出的冰晶形狀細小而均一 冷凍速度在原料表面較快, 越向深部越慢, 而冰晶的生成主要決定在最大冰晶生成帶 個別快速冷凍法 (IQF) 為常用的凍結方式! 緩慢冷凍而凍藏的缺點在於解凍時大量滴液流失, 冰晶生成初期, 細胞外間隙形成高鹽濃度, 使蛋白質變性而喪失保水力, 而冰晶太大亦會造成細胞內機械性損傷, 兩者成為滴液發生的主因 25 冷凍對酵素活性的影響! 肌肉經冷凍 解凍後, 其細胞內 ( 粒線體 ) 某些酵素存在位置會改變, 測定麩胺酸草乙酸轉胺酶 (glutamine-oxaloactate trandaminase, GOT) 的同功酶活性而辨別牛 豬 雞肉是否冷凍過 此法對豬肉較不適用,! 水產品在凍藏中 TMAO 的酵素性催化分解產生 DMA 與甲醛, 甲醛會與肌肉蛋白質進行交聯而增加肉的粗糙! 魚的肌肉蛋白在凍藏中也會因變性導致新的雙硫鍵形成 26 13
其它冷凍的因子對肉品質的影響! 溫體動物的肌肉不宜在死後僵直前予以冷凍, 否則會發生解凍僵直, 解凍後除外觀不良外, 另有營養損失 失水等缺點, 也會有肉質韌化及滲水現象! 如同加熱, 在凍藏中一些收縮性蛋白質的安定性為 : 原肌凝蛋白 > 肌動蛋白 > 肌凝蛋白! 肌原纖維蛋白質可利用浸漬肌細胞保護劑 ( 如糖 糖醇等 ), 使其在冷凍或凍藏中安定化! 凍藏中如包裝不佳, 動物組織的表面會發生脫水的現象, 而有所謂凍燒 (freeze burn) 現象 ; 通常包冰衣 (glazing) 可以改善之 27 脫水! 保存中變化最顯著者為脂肪氧化或非酵素性褐變現象! 脂肪氧化是乾燥肉品在保存期中的一個主要限制因子, 魚與豬肉脂質的高不飽和度容易引起產品的不安定化, 可利用添加抗氧化劑或包裝改善之! 脫水影響肌肉組織以蛋白質變性為最大, 此變性程度與脫水初期 ph 有很大關係, 若在蛋白質等電點 (ph 5.5 左右 ) 進行脫水, 即使藉良好的冷凍乾燥方法, 肉的保水力仍會降低! 評估脫水肉品中變性蛋白質含量可藉測定 ATPase 活性 復水性或蛋白質的可萃取性等方法進行之 28 14
醃漬! 氯化鈉可顯著抑制微生物, 包括肉毒桿菌 (Clostridium botulinum) 而亞硝酸鹽主要也是抑制肉毒桿菌毒素之發生, 並且能抑制變味 (warmedover flavor) 產生臘味 (cured flavor) 以及產生醃漬肉紅色, 即氧化氮肌紅素 (nitric oxide myoglobin) 肉中微生物可將部分硝酸鹽還原成亞硝酸鹽! 醃漬過程中無論乾漬或濕醃, 由外液的高滲透壓, 將肉中水分與可溶性蛋白質滲出, 隨著鹽類滲入, 部分外滲蛋白質滲入肉中, 鹽類與蛋白質形成複合物使肉膨脹 因此, 一般醃漬時蛋白質的保水力增加 29! 醃漬肉品儲藏期間主要不良的變化是氧化氮肌色原質 (nitric oxide myochromogen)( 粉紅色 ) 或氧化氮肌紅素 ( 粉紅色 ) 氧化成變性肌紅素 ( 褐色 ), 氧化速率隨含氧量而增加, 故醃漬肉品需真空包裝儲藏! 食鹽中過渡金屬離子會促進醃製品中脂肪的氧化, 縮短保存期限, 添加金屬螯合劑如聚合磷酸鹽與維生素 C, 能有效防止氧化反應! 另外, 亞硝酸鹽具有顯著提升醃漬肉風味的效果, 部分由於氧化氮肌紅素與 S- 亞硝基半胱胺酸 (Snitrosocysteine) 的抗氧化作用, 後者是醃漬過程中生成的一種化合物 30 15
肉煉製品 (gelled meat product) 的製備! 肉煉製品是以肌肉為原料, 經細碎 加食鹽 調味料及補強劑等製成, 如熱狗 肉丸 魚丸 魚香腸及魚糕 (kamaboko) 甚至仿蟹肉等, 此類製品的主要特性是肌肉蛋白經特殊處理, 使具乳化性 保水性 結著性及特殊質地! 若將絞碎肉捏成丸狀, 直接投於沸水中則會鬆開 ; 但若預加食鹽而捏合, 俟黏稠生成後則易擠握成一定形狀, 且具適度彈性, 此即由食鹽所顯現的結著性! 食鹽對肌原纖維蛋白質能發揮作用, 而對其它肌漿蛋白或結締組織蛋白質則無任何影響 31! 以製造魚糕為例, 經採肉後, 於肉中常加數倍水進行水漂 ( 洗 ), 以洗去水溶性蛋白質 氨 尿素 TMAO 及一些無機鹽! 經離心後加入食鹽擂潰, 則魚肉中一些鹽溶性蛋白溶出形成黏稠糊狀! 加熱後液汁不分離而形成具有彈性的魚糕 ;! 食鹽的加入與擂潰操作為魚糕製程中不可或缺的 擂潰通常以擂潰機或無聲切肉機兩種進行之 32 16
! 維繫煉製品結著性或保水性最主要是肌原纖維蛋白質中構成粗纖絲的肌凝蛋白! 以肌原纖維製作香腸模型時, 若事先萃出肌原纖維的肌凝蛋白, 則其結著性或保水性下降! 又將肌凝蛋白完全去除時則無法製出有彈性的香腸! 肌凝蛋白因食鹽而溶解時, 原料肉即形成黏稠狀 ; 醃漬肉若經細碎而促進肌凝蛋白與肌動凝蛋白溶解與萃出時也會呈顯著的黏稠性 33! 將黏稠的煉製肉充填於腸衣加熱時, 煉製肉會依腸衣形狀而固化, 主要也是肌凝蛋白有結著肉塊的作用! 彈性製品即被認為溶解的肌凝蛋白形成結著物的膠 (gel) 現象 因此, 煉製品的結著性或保水性, 可從肌凝蛋白的膠形成能力 (gel-forming ability) 表示! 單離 純化的肌凝蛋白溶液加熱則能形成安定的膠, 加熱的膠中肌凝蛋白分子能互結成微細的網狀構造, 此種網狀構造即能緊緊地保持水分! 這種網狀構造的肌凝蛋白若有少量肌動蛋白存在時, 可形成更安定的膠 Salt Heat! 粗纖絲 肌凝蛋白分子 形成網 狀構造 34 17
35 Thank you for your attention! 36 18