烹饪熟度对牛肉肌原纤维蛋白结构特性和氧化特性的影响

牛肉具有多种烹调方式，其中煎制牛排深受肉食消费者的青睐，并逐渐成为高档餐饮产品的代表。熟度是指食物烹煮到可吃的一种程度，是形成菜肴风味的重要保障措施，同时也是影响消费者满意度和消费黏性的重要指标。烹饪界常用成熟度或成熟程度来表示菜肴的烹饪终点，与中式烹饪相比，西式烹饪对肉制品的成熟度，特别是对牛排的成熟度进行了详细的描述。为保证牛排特有的嫩度，根据熟制程度的不同，西餐通常将牛排分为一分熟、三分熟、五分熟、七分熟、全熟和过熟6 种成熟度，并对其终点温度进行了严格的规定，分别为52～55、55～60、60～65、65～69、70～80 ℃和大于90 ℃。近年来，随着我国肉牛产业的发展和东西方饮食文化交流的日益深入，欧美国家所崇尚的三分熟、五分熟牛肉逐渐被我国消费者接受，但目前我国居民对牛肉的烹调方式仍以炖煮为主。

近年来，国内外对肌原纤维蛋白在加热过程中的特性研究多集中在火腿肠、鱼糜等肉糜类产品，而在烹饪熟度对牛肉制品及其肌原纤维蛋白结构的影响研究方面鲜有报道。中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，畜产品质量安全研究室的万红兵、李海鹏、孙宝忠*等人以牛背最长肌肌原纤维蛋白为研究对象，通过研究烹饪熟度对蛋白聚集特性、氧化程度及其分子结构的影响，探究肌原纤维蛋白结构在烹饪过程中的变化规律，以期为西餐牛排煎制的烹饪工艺优化和品质控制提供参考。

1、熟度对肌原纤维蛋白聚集特性的影响

熟度对肌原纤维蛋白浊度的影响

由图1可知，熟度对肌原纤维蛋白浊度影响显著（P＜0.05），随着熟度的增加，浊度整体呈升高趋势。蛋白熟度从对照到七分熟时，溶液浊度显著增大（P＜0.05），表明蛋白发生聚集，浊度越大其聚集程度就越大；从七分熟开始，随着熟度的增加，溶液浊度显著下降（P＜0.05），表明聚集的蛋白在热作用下开始发生解聚，导致浊度下降。上述变化主要与肌原纤维蛋白的组成有关。肌原纤维蛋白主要由肌球蛋白和肌动蛋白组成，不同的蛋白质具有不同的变性温度，其中，肌球蛋白的变性温度为50～60 ℃；肌动蛋白的变性温度为70～80 ℃。在七分熟时，蛋白的终点温度为68 ℃左右，此时的肌球蛋白已完全变性，分子之间发生了充分聚集，导致浊度上升。

熟度对肌原纤维蛋白粒径的影响

由表1可知，从一分熟到全熟，随着熟度的增加，肌原纤维蛋白d0.1、d0.5、d0.9和平均粒径均总体呈现先增后减的变化趋势，并在五分熟时，各项指标达到最大；而后呈现随熟度的增加而减小的趋势，上述现象与图1蛋白浊度的变化趋势相似，进一步说明在烹饪过程中，蛋白在热的作用下首先发生了聚集；此外，在熟制后期，随着蛋白熟度的增加，蛋白聚集体发生部分解聚，从而导致粒径变小，峰分布宽度变窄。

2、熟度对肌原纤维蛋白氧化程度的影响

熟度对肌原纤维蛋白表面疏水性的影响

由图2可知，熟度对肌原纤维蛋白表面疏水性影响显著（P＜0.05），其中，一分熟与过熟，五分熟与全熟之间表面疏水性差异不显著（P＞0.05）。从对照组到过熟，随着熟度的增加，蛋白表面疏水性逐渐增大，并在七分熟时达到最大，而后又随熟度的增加而减小，这与李清正、吕彤和Promeyrat等的研究结果相一致。有研究指出，大多数表面疏水性基团位于肌球蛋白的头部，且加热过程中肌原纤维蛋白疏水性均呈上升趋势。

熟度对肌原纤维蛋白羰基含量的影响

蛋白质中羰基含量是蛋白氧化的重要指标之一，羰基的形成是蛋白质发生氧化的明显标记，反映了蛋白质氧化破坏的程度，一般来说，羰基含量越高，蛋白氧化程度越大。由图3可知，熟度对蛋白羰基含量影响显著（P＜0.05），随着熟度的增加，蛋白羰基含量呈逐渐增大趋势，其中，七分熟与全熟的蛋白羰基含量差异不显著（P＞0.05）。

熟度对肌原纤维蛋白巯基含量的影响

由图4可知，随着蛋白熟度的增加，活性巯基、总巯基含量均呈现先上升后下降的变化趋势（P＜0.05）。研究表明，加热温度显著影响肌动球蛋白的解离程度，较低的加热温度（50～60 ℃）对肌动球蛋白的解离有不同程度的促进作用，其中60 ℃是促进肌动球蛋白解离的最佳温度。本研究发现，肌原纤维蛋白从对照组到三分熟，活性巯基含量上升，表明肌动球蛋白分子发生解离，原因在于三分熟时，蛋白的终点温度为58 ℃左右，正好位于肌动球蛋白解离的最佳温度范围；随着熟度增加，肌动球蛋白构象发生改变，活性巯基被氧化成二硫键，从而导致巯基含量减少。

熟度对二酪氨酸荧光强度的影响

由图5可知，熟度对肌原纤维蛋白二酪氨酸荧光强度的影响显著（P＜0.05）。与对照组相比，随着熟度的增加，二酪氨酸荧光强度呈现先升高后降低、然后又升高的变化趋势，且在一分熟时达到最高，七分熟时达到最低，恰与前文表面疏水性、羰基含量和巯基含量的变化趋势相反，这可能与熟制过程中蛋白的聚集状态有关。熟制初期（一分熟）蛋白终点温度为54 ℃左右，此时肌动球蛋白受热发生解离，蛋白分子结构逐渐展开，使酪氨酸侧链基团的暴露程度增大，增加自由基攻击的概率，产生较多的酪氨酰自由基和酪氨酸残基，形成较多的二酪氨酸，导致二酪氨酸荧光强度较大；随着烹饪熟度的增加，七分熟时蛋白终点温度为68 ℃左右，肌原纤维蛋白在热的作用下会发生变性、聚集并形成凝胶网络，此时部分酪氨酸侧链和生成的二酪氨酸被包埋于蛋白内部，不仅降低了自由基攻击概率，而且也减弱了二酪氨酸的荧光强度，从而使检测结果降低；在熟制后期，从七分熟到过熟，此阶段蛋白终点温度较高，蛋白体系中产生较多的自由基，此外，蛋白聚集体在热的作用下发生裂解，破坏了蛋白空间结构的完整性，增加自由基攻击酪氨酸侧链的概率，从而导致二酪氨酸荧光强度上升。

综上所述，肌原纤维蛋白在熟制过程中，随着蛋白熟度的增加，羰基含量呈逐渐增大的趋势，表面疏水性、巯基含量呈现先升高后降低的变化趋势，二酪氨酸荧光强度呈现先升高后降低而后又升高的U字型变化趋势。综合分析表面疏水性、羰基含量、巯基含量和二酪氨酸荧光强度等指标在熟制过程中的变化趋势发现，熟制过程对肌原纤维蛋白的氧化程度影响显著。

3、熟度对肌原纤维蛋白结构的影响

内源荧光光谱分析结果

由图6和表2可知，熟度对肌原纤维蛋白最大吸收波长（λmax）影响明显（P＜0.05）。对照组的肌原纤维蛋白的λmax位于334 nm波长附近，当蛋白熟度达到一分熟时，λmax向长波方向红移至335 nm波长附近，最大荧光强度由1 177 AU升高至1 353 AU，说明在此阶段，蛋白分子受热伸展，色氨酸残基暴露程度增大；从一分熟到三分熟，λmax红移2 nm至337 nm附近，此时最大荧光强度下降至1 031 AU，这可能是由于肌球蛋白受热发生凝集，蛋白分子表面性质发生改变，导致蛋白荧光发射减弱，荧光强度减小；从三分熟到五分熟，荧光强度下降至840 AU，由于λmax未发生变化，故无法确定蛋白结构的变化；从五分熟到七分熟，λmax蓝移2 nm至335 nm波长处，最大荧光强度由840 AU升高至865 AU，表明蛋白分子受热发生聚集，构象发生改变，色氨酸残基逐渐暴露；从七分熟到全熟，λmax红移2 nm至337 nm波长处，最大荧光强度继续增大。

肌原纤维蛋白二级结构含量变化

上述结果表明，五分熟是肌原纤维蛋白二级结构相对含量变化的拐点。蛋白从对照到五分熟，β-折叠相对含量降低，α-螺旋相对含量保持稳定，推测此时蛋白分子主要靠分子内氢键维持；从五分熟开始，β-折叠相对含量逐渐增加，α-螺旋相对含量先增加后降低，表明蛋白分子间聚集程度逐渐增大。这可能与肌原纤维蛋白的解离及其凝胶机制有关。肌动球蛋白是肌原纤维蛋白的主要成分，肉品加热会引起肌动球蛋白发生解离，当蛋白达到五分熟时，终点温度为63 ℃左右，能够促进肌动球蛋白的解离，肌球蛋白分子此时发生变性，尾部结构全部消失，相互凝集成球状，熟度继续增加至全熟，终点温度超过了肌球蛋白的变性温度，分子结构变得松散，暴露出活性基团并使之交联。

肌原纤维蛋白组分的变化

由图7、8可知，随着蛋白熟度的增加，肌球蛋白重链和肌动蛋白的灰度均呈现先升高后下降的变化趋势，其中，从对照组到三分熟，肌球蛋白重链和肌动蛋白灰度缓慢上升，表明肌原纤维蛋白受热发生聚集，继续加热到过熟状态，蛋白分子完全变性，在热的作用下蛋白聚集体开始降解，导致灰度缓慢下降；而对于α-肌动素来说，在烹调过程中，其灰度整体呈增大趋势，具体原因未知。

结 论

本研究以牛背最长肌肌原纤维蛋白为研究对象，研究了蛋白在熟制过程中聚集特性、氧化特性和结构特性的变化规律，结果表明：烹饪过程显著影响肌原纤维蛋白的聚集特性、氧化特性和结构特性。从对照组到过熟，肌球蛋白重链、α-肌动素和肌动蛋白3 种蛋白参与了肌原纤维蛋白的热聚集行为，随着烹饪熟度的增加，肌原纤维蛋白在溶液中的状态逐渐由聚集向解聚转化；在烹饪过程中，蛋白羰基含量逐渐增大，表面疏水性、巯基含量呈现先升高后降低的变化趋势；二酪氨酸荧光强度、内源荧光强度随熟度的增加呈现先升高后降低然后又升高的U型变化趋势；五分熟是肌原纤维蛋白二级结构相对含量发生变化的拐点，蛋白从对照组到五分熟，β-折叠相对含量降低，α-螺旋相对含量保持稳定，蛋白主要以分子内聚集为主，从五分熟到过熟，β-折叠相对含量逐渐增加，α-螺旋相对含量先增加后降低，蛋白以分子间聚集为主。本研究结果可为西餐牛排煎制工艺优化和品质控制提供理论依据。

本文《烹饪熟度对牛肉肌原纤维蛋白结构特性和氧化特性的影响》来源于《食品科学》2021年42卷13期17-25页，作者：万红兵，李海鹏，雷元华，谢鹏，张松山，丰永红，刘璇，王欢，孙宝忠。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20200717-229。点击下方 阅读原文 即可查看文章相关信息。

修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅

图片来源于文章原文及摄图网

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