热处理对肉类蛋白特性及有害物质的产生研究
肌原纤维蛋白是肌肉中肌纤维组成的重要蛋白质之一,占肉类中蛋白总含量的50%~60%。肉类经热处理后肌原纤维蛋白的变性在两种不同的温度范围内会导致0.5%(m:V)凝胶形成。反应的第一部分发生在30~50°C之间,第二部分发生在50°C以上。有文献指出,在电子显微镜下观察到反应的第一阶段涉及肌球蛋白球状头部的聚集,肌球蛋白分子在30℃加热30min后,外观没有变化。当温度升高到35°C时,天然肌球蛋白分子仍然是完整的,但两个肌球蛋白分子通过其头部的二聚化开始聚集。肌球蛋白的天然结构在40°C时完全改变,仅出现结合的头部,但在50°C以上,很难识别单个尾部,聚集进一步延长。在50~60°C,形成大的球状聚集体,尾部消失。在第二阶段,肌球蛋白尾部的螺旋结构通过疏水基团的相互作用形成网络结构。
蛋白质的变性和聚集。肉类在热处理蛋白质中发生的构象变化通常被称为蛋白质变性。在这个过程中,由于一些外部压力,主要是热处理,蛋白质失去了它们的三级结构,变性的蛋白质表现出从溶解性丧失到群体变化的广泛特性。目前,肌浆蛋白和肌原纤维蛋白的变性始于40~50°C,进一步的蛋白变性和凝固发生在55~60°C,这会导致肌纤维的收缩和质地的变硬;大多数肌原纤维蛋白和肌浆蛋白在55℃凝固,这会导致肌肉中的水分流失,而胶原蛋白的收缩和变性发生在60~70°C。另一方面,肉类在热处理过程中会产生大量的自由基,而碱性氨基酸、芳香族氨基酸和半胱氨酸在肉类热处理过程中特别容易与自由基发生反应。大多数情况下,氨基酸的氧化是蛋白质聚集的主要原因,由于碱性氨基酸的氧化而形成羰基,与游离氨基酸发生反应,在蛋白质中诱发交联,促成蛋白质的聚集。半胱氨酸和酪氨酸的氧化也可以分别通过形成分子间的二硫化物和二酪氨酸来诱导蛋白质交联。
蛋白质的氧化。热处理诱导肉类蛋白质氧化的形成主要与活性氧有关,通常可以通过羰基含量的增加和席夫碱的形成来评估。目前,根据已有文献观察到的结果显示,肉类经热加工后蛋白质氧化主要是通过以下几种途径产生:(1)通过氢键的损失和随后暴露的疏水氨基酸,由蛋白质折叠引起的表面疏水性增加;(2)由二硫键和二酪氨酸形成,导致共价修饰引起肉蛋白聚集,从而巯基损失和酪氨酸的氧化;(3)羰基化的增加,这主要是由碱性氨基酸(如赖氨酸、组氨酸和精氨酸)通过活性氧的攻击转化为羰基衍生物,以及羧化和席夫碱形成引起的。另一方面,氧化可能导致蛋白质消化率下降,而加热温度是影响蛋白质消化率的决定性因素。在较低温度(70°C)下,由于蛋白质折叠使酶能够进入活性部位,增加了胃蛋白酶的消化速度,而较高的温度(>100°C)会使蛋白质聚集,减缓胃蛋白酶的活性。蛋白质消化性的降低可能导致氨基酸生物利用率的降低,主要是一些必需氨基酸,这对肉制品的营养价值会产生负面影响。
热处理对杂环胺形成的影响。在热源方面,与烤箱烧烤相比,巴西烧烤是一种利用木炭直接辐射热的熟制方法,由于热源接触的距离较近且加热时间更长,木炭在燃烧过程中会产生较多的有害物质杂环胺(HAAs),这也是导致巴西烧烤鸡肉和鲑鱼肉中HAAs高于烘烤或其他种类烧烤的原因之一。据报道,通过烤来熟制食物会导致食物中存在几乎全部类型的HAAs和PAHs化合物,其中喹喔类和β-咔啉类是含量最多的,而在烤鱼类中,只存在IQ型杂环胺、吡啶类和吲哚类。在传热介质上,通过油炸熟制食物,通常需要添加食用油或固体脂肪,这反而影响了HAAs的形成。但重复使用油进行炸制可能增加草鱼中HAAs的生成量,这可能由于热煎炸过程中,脂类在氧化过程中产生的自由基,催化造成了HAAs所需的缩合反应,鸡肉和鱼肉表皮的存在也会影响HAAs的形成。除热处理方式外,熟肉中HAAs形成程度也取决于一些肉的前体因素,如:肉的种类(红肉、白肉或鱼类)、肉的年龄(宰后时间)、脂肪和水分含量、酸度、HAAs前体化合物(游离氨基酸)含量等。
热处理对多环芳烃形成的影响。在肉的种类和热处理方式上,烟熏和火烤最容易造成多环芳烃（PAHs）的形成;虽然在油炸、微波和水煮肉类中也发现了这些化合物,但在多种肉类(除鱼类)食物中均检出16种PAHs,其中4种致癌性PAHs指标(BaP、CH、BAA和BBF)在除水煮的加热方式中均被发现;而鱼类样品,这些指标仅在熏制、油炸和烤制中发现。在传热介质上,采用火烤熟制的肉类,会使脂肪在火上滴落,导致PAHs的形成和随后在介质空气中与食物表面黏附,而采用沸煮烹饪就能很好避免;与烤箱烘烤相比,木炭烧烤由于不完全燃烧会产生更多的PAHs。因此,如果避免热源直接接触食物,则可降低PAHs的生成量。在热源类型上,加热过程中使用的木材类型是控制和减少食品中污染的关键因素。
