添加親水膠體制備低強度的魚糜制品及其特性的研究

張瑞婷,張其標,郝更新,翁武銀

(集美大學食品與生物工程學院,福建廈門 361021)

添加親水膠體制備低強度的魚糜制品及其特性的研究

張瑞婷,張其標,郝更新,翁武銀*

(集美大學食品與生物工程學院,福建廈門 361021)

添加瓜爾豆膠、大豆蛋白、蛋清蛋白等親水膠體制備低強度魚糜制品,通過正交實驗篩選最佳配比。結果表明:最佳配比為0.3%瓜爾豆膠、0.5%大豆蛋白、1.0%蛋清蛋白。在該條件下制備的魚糜制品,其凝膠強度從155.17 g·cm降至125.19 g·cm,硬度從14.20 N降至9.61 N,咀嚼性從82.79 mJ降至60.86 mJ,蒸煮吸水率從3.85%提高至15.40%。SDS-PAGE和微觀組織結構的結果表明親水膠體會阻礙魚糜肌球蛋白重鏈和肌動蛋白之間的相互交聯,結果形成疏松多孔的低強度魚糜制品。

瓜爾豆膠,大豆蛋白,蛋清蛋白,魚糜制品,凝膠特性

近年來,魚糜制品市場需求量不斷擴大,2013年產量已經超過133萬t[1]。另一方面,我國已經進入老齡化階段,2010年60歲及以上的老年人已經有1.2億,預計2050年全國老年系數將達到31%[2]。因此,基于魚糜制品的高蛋白、低脂肪、易消化等特點,研發低凝膠強度的魚糜制品,將迎合老年食品的市場需求。

Kong等[3]研究了淀粉對魚糜凝膠彈性的影響,發現原淀粉顆?？梢蕴岣唪~糜凝膠的彈性模量。Barrera等[4]發現添加?；牡图籽趸z可以顯著提高鰱魚魚糜凝膠的機械性能和持水性能。Rawdkuen等[5]發現添加雞血漿蛋白、豬血漿蛋白、卵蛋白、大豆分離蛋白等可以抑制魚糜蛋白的水解,從而提高魚糜凝膠的機械性能。Herranz等[6]通過添加MTGase結合高壓處理促進了飛魚魚糜中肌球蛋白重鏈共價交聯。大多數研究學者意在添加多糖、非肌肉蛋白、酶等提高魚糜制品的凝膠強度[7]。老年人因牙齒松動等生理功能的衰退,這些高凝膠強度魚糜制品相對老年人不易咀嚼、難以吞咽。然而,關于制備適合老年人食用的低強度魚糜制品的研究鮮有報道。

Pérez-Mateos[8]等考察親水膠體對魚糜凝膠性質影響時,發現瓜爾豆膠、卡拉膠、羧甲基纖維素、藻朊酸鹽的添加會降低藍鱈魚糜凝膠強度。因此本研究研究了淀粉、瓜爾豆膠、大豆蛋白、蛋清蛋白對鰱魚魚糜制品性質的影響,通過正交實驗篩選出制備低凝膠強度魚糜制品的最佳配比,研究結果將為開發適合老年人食用的魚糜制品提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮白鰱 購買于廈門集美菜市場;瓜爾豆膠、蛋清蛋白、大豆蛋白 食品級,鄭州德瑞生物科技有限公司;淀粉 食品級,杭州普羅星淀粉有限公司。

TMS-PRO質構儀 美國Food Technology公司;UV-8000A 型紫外分光光度計 上海元析儀器有限公司;Avanti J-25高速冷凍離心機 美國Beckman公司;FA25 高剪切分散乳化機 上海弗魯克流體機械制造有限公司;徠卡RM2235組織切片機 德國徠卡儀器有限公司;尼康55i光學顯微鏡 尼康儀器(上海)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 魚糜的制備 參考Weng等[9]方法在低于10 ℃條件下制備。鰱魚經去頭、去內臟后,用冰水清洗血污,利用采肉機采肉后,以1∶3(w/v)的比例用冰水漂洗3次,經過脫水后,加入4%山梨醇、4%蔗糖、0.2%多聚磷酸鈉和0.2%焦磷酸鈉等抗凍劑,利用斬拌機混合均勻后,利用塑料袋分裝后放在-37 ℃冰箱備用。經檢測,制備的冷凍魚糜水分含量為77.00%±0.06%,蛋白含量為13.59%±0.04%,灰分含量為0.51%±0.02%。

1.2.2 魚糜制品的制備 參考Weng等[10]制備魚糜凝膠的方法,冷凍魚糜在4 ℃冰箱解凍后,將溶于水的親水膠體加入魚糜,并將水分含量調整為80%,空擂10 min,加入魚漿質量3%的NaCl后再鹽擂15 min,然后將擂潰好的樣品裝入不銹鋼圈(Ф30×30 mm)中,兩端密封后,采用二段加熱方式(40 ℃ 1 h,90 ℃ 15 min)進行加熱,然后用將制備的魚糜制品用碎冰快速冷卻后放在4 ℃冰箱平衡24 h,供以下實驗使用。

1.2.3 凝膠強度的測定 參考鄭溫翔等[11]方法,在室溫下利用TMS-PRO質構儀測定魚糜凝膠強度。采用直徑5 mm的球形探頭,以30 mm/min穿透速度穿刺20 mm進行破斷實驗。穿刺曲線的第一個峰值是破斷力,其對應位移為破斷深度。

1.2.4 質構(TPA)的測定 參考黃玉平等[12]方法,采用直徑38 mm的圓柱形探頭,用TMS-PRO質構儀室溫測定魚糜凝膠TPA,以60 mm/min的測試速度對魚糜凝膠進行連續兩次壓縮,壓縮程度為30%,停留時間5 s,由測試曲線得到的參數有硬度1(Hardness 1)、硬度2(Hardness 2)、聚集性(cohesiveness)、粘結性(gumminess)、彈性(springiness)、咀嚼性(chewiness)。

1.2.5 水分含量的測定 按GB/T9596.15-2008直接干燥法測水分含量,精確稱取5 g左右切碎的魚糜凝膠,放在105 ℃的干燥箱中干燥至恒重,放在干燥器中冷卻至室溫后稱重。

展覽展出了張偉民創作的近40幅工筆花鳥畫精品。這些作品，以其唯美夢幻的意境謀劃，實入虛出的繪畫語言，工筆意寫的“營造法式”，大塊的墨色渲染，挺健細筆勾勒，每一件都美得攝人心魄。無論是巨幅宏制，還是盈尺小幅，都充滿著活力，充滿著靈氣。令人產生無限的遐思。

1.2.6 持水性的測定 參考黃玉平等[12]方法,稱量2 g左右的塊狀魚糜凝膠,用3層濾紙將其包裹起來放入離心管離心(4 ℃,1000×g,15 min),稱取離心后樣品質量,魚糜凝膠持水率的計算公式如下:

式中,W1-離心前魚糜凝膠的質量(g);W2-離心后魚糜凝膠的質量(g)。

1.2.7 蒸煮損失率的測定 參考Chang等[13]方法,精確稱量5 g左右塊狀魚糜凝膠,放在沸水中煮5 min后,用碎冰迅速冷卻后用紙擦去魚糜凝膠表面水分并進行稱重,蒸煮損失率計算公式如下:

式中,M1-蒸煮前魚糜凝膠的質量(g);M2-蒸煮后魚糜凝膠的質量(g)。

1.2.8 SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE) 魚糜制品經可溶性液均質溶解后制備電泳樣品,采用Laemmli的方法[14]進行SDS-PAGE。電泳樣品用8%的分離膠在8 mA的電流下進行電泳,用考馬斯亮藍R-250染色,染色完全后用脫色液脫色至背景透明。

1.2.10 正交實驗設計 以瓜爾豆膠、蛋清蛋白、大豆蛋白添加量為因子進行L9(34)正交實驗,其中瓜爾豆膠的水平添加量分別為0.10%、0.20%、0.30%,蛋清蛋白水平添加量分別為0.50%、0.75%、1.00%,大豆蛋白水平添加量分別為0.50%、0.75%、1.00%,因素水平表見表1。

表1 正交實驗因素水平表

1.2.11 數據統計與分析 每組數據至少測定3個平行,結果取平均值。正交實驗數據采用V3.1正交設計助手軟件分析。其他數據采用SPSS 17.0軟件和Microsoft Excel 2003進行分析,顯著性檢驗方法為Duncan多重檢驗,α為0.05。

2 結果與分析

2.1 親水膠體對魚糜制品凝膠強度的影響

親水膠體對魚糜制品凝膠強度的影響正交實驗結果如表2所示。根據表2的直觀分析,發現按照實驗組7的配比(A3B1C3)添加親水膠體制備的魚糜制品凝膠強度最低。通過極差分析,發現親水膠體的最佳配比也是A3B1C3,即瓜爾豆膠、大豆蛋白、蛋清蛋白的添加量分別為0.3%、0.5%、1.0%;各因素對魚糜凝膠強度影響順序為:蛋清蛋白>瓜爾豆膠>大豆蛋白。直觀分析和極差分析的最佳組合一致,因此制備低強度魚糜制品的親水膠體最佳配比為A3B1C3。在該條件下制備的凝膠強度接近日本厚生省介護食品的強度要求(100 g·cm)[15]。

表2 正交實驗結果

表3 親水膠體對魚糜制品質構的影響

注:0:對照組;同一列相同小寫字母表示差異不顯著(p>0.05),數據為平均值±標準偏差,表4同。

2.2 親水膠體對魚糜制品質構的影響

表3顯示了親水膠體對魚糜制品質構參數的影響。由表可知,不管添加何種組合的親水膠體,魚糜制品的硬度、粘結性都出現一定程度的下降,咀嚼性除了實驗組1以外也都出現下降,其中實驗組7下降程度最顯著。這個現象類似于凝膠強度的變化趨勢(表2),說明了添加的蛋清蛋白、瓜爾豆膠、大豆蛋白不僅可以使魚糜制品的凝膠強度下降,還可以降低魚糜制品的硬度、粘結性、咀嚼性。Pérez-Mateos等[8]研究結果表明添加瓜爾豆膠可能破壞了魚糜凝膠網絡結構,從而降低藍鱈魚糜凝膠的硬度,而且隨著瓜爾豆膠濃度的增加魚糜凝膠硬度逐漸下降。Yang等[16]研究表明添加大量淀粉會由于淀粉自身較弱的凝膠特性降低魚糜凝膠的剪切應力。Tabilo-Munizaga等[17]也報道了添加蛋清蛋白可以降低阿拉斯加鱈魚和太平洋鱈魚魚糜凝膠的硬度、咀嚼性和粘結性。在本研究正交實驗中,瓜爾豆膠對魚糜制品硬度的影響最大(極差分析結果未顯示)。然而,在瓜爾豆膠濃度相同的條件下,實驗7組的硬度等質構參數明顯低于實驗組8和實驗組9,表明瓜爾豆膠、大豆蛋白和蛋清蛋白的協同作用可能阻礙了魚糜凝膠網絡結構的形成,有效的降低魚糜凝膠的質構。

2.3 親水膠體對魚糜制品水分含量、持水性、蒸煮吸水率的影響

親水膠體對魚糜制品水分含量、持水性、蒸煮吸水率的影響如表4所示。由表可知,添加瓜爾豆膠、蛋清蛋白、大豆蛋白后,魚糜制品的水分含量呈現一定程度下降的趨勢,均大于78%。另一方面,這些親水膠體對魚糜制品的持水性能沒有顯著影響。通常,持水性可以反映魚糜凝膠中水分子與蛋白分子的結合狀況,是魚糜凝膠特性的一個重要檢測指標[18]。有報道表明當魚糜凝膠的持水性已經達到最佳值時,添加卵清蛋白、大豆蛋白等對凝膠的持水性不會產生明顯的影響[19]。此外,蒸煮吸水率也是衡量添加劑保水效果的重要指標,可以反映產品的出產率[20]。由表4可知,添加親水膠體組合,魚糜制品的蒸煮吸水率均顯著高于對照組,其中第7組達到最高。在第7組中瓜爾豆膠和蛋清蛋白添加量都是最大,然而當減少瓜爾豆膠添加量(1～3組)時魚糜制品的蒸煮吸水率明顯下降,推測瓜爾豆膠對提高魚糜凝膠結合水的能力可能起到主導作用。有研究表明通過添加抗性大米淀粉或小麥膳食纖維等可以促進魚糜制品中的蛋白與水分子的結合,進而提高產品的蒸煮吸水率[21-22]。

2.4 親水膠體對魚糜制品蛋白組分的影響

利用SDS-PAGE對魚糜制品的蛋白組分進行分析(圖1)。在未添加β-巰基乙醇(βME)條件下(圖1A),魚糜制品中不僅含有肌球蛋白重鏈(MHC)和肌動蛋白(Actin),還可以發現未能進入濃縮膠的高分子聚合物(HMWF)。當添加瓜爾豆膠、蛋清蛋白、大豆蛋白后,魚糜制品的HMWF含量出現一定程度的下降,MHC和Actin的條帶變深。有研究表明添加明膠蛋白會阻礙魚糜蛋白MHC和Actin間的相互作用,減少凝膠結構作用點,進而降低魚糜制品的彈性[12]。這與本研究觀察到的現象類似(圖1A)。另一方面,添加βME后(圖1B),HMWF含量明顯減少,MHC和Actin條帶明顯加深,表明魚糜制品中的MHC和Actin通過二硫鍵發生交聯形成高聚物。添加βME后依然有部分HMWF殘留,推測這些高分子聚合物是通過非二硫共價鍵結合形成的。這主要是魚糜中存在內源性TGase,催化MHC交聯形成[23]。此外,添加瓜爾豆膠、大豆蛋白、蛋清蛋白等親水膠體對魚糜制品的蛋白條帶均無影響,進一步說明親水膠體并不與MHC發生交聯反應,可能是以填充劑形式存在于魚糜制品中。

表4 親水膠體對魚糜制品水分含量、持水性和蒸煮吸水率的影響

圖1 添加親水膠體魚糜制品的SDS-PAGE圖譜Fig.1 SDS-PAGE of surimi gels added with hydrocolloids注:M:標準蛋白，A：未添加β-巰基乙醇，B：添加β-巰基乙醇。

2.5 親水膠體對魚糜制品微觀組織結構的影響

為了探究親水膠體在魚糜制品中的填充效果,用HE染色法觀察魚糜制品的光學顯微結構,結果如圖2所示。Montero等[24]研究表明魚糜凝膠主要由均勻致密的微孔構成連續凝膠網絡。在本研究中,在對照組魚糜制品的網絡結構中卻發現大量的小孔和少量的大孔,這可能是因為制備魚糜制品時添加的淀粉吸水膨脹,擠壓魚糜蛋白形成含大量小孔的不連續凝膠結構。這種現象與黃金發[24]添加馬鈴薯淀粉形成多孔的羅非魚糜凝膠結構類似。與對照組相比,添加瓜爾豆膠、大豆蛋白、蛋清蛋白的魚糜制品中大孔明顯增加,結構變得更為疏松,表明添加的親水膠體穿插在魚糜凝膠網絡結構中,阻礙了魚糜蛋白連續網絡結構的形成,結果降低了魚糜制品的凝膠強度、硬度(表2,表3),但對蛋白組分沒有顯著影響(圖1)。Luo等[25]研究表明添加大豆蛋白使阿拉斯加鱈魚凝膠網絡魚糜蛋白不規則分布,降低了凝膠強度。也有研究表明添加的瓜爾豆膠像刺槐豆膠一樣穿插于魚糜凝膠網絡孔洞內使魚糜凝膠凝膠強度、硬度降低[26]。另一方面,隨著孔洞的增加,魚糜制品在蒸煮時變得更容易吸水,結果導致蒸煮吸水率得到顯著提高(表4)。以上結果表明微觀組織結構在一定程度上也可以反映魚糜制品的凝膠強度、質構以及蒸煮吸水率等特性。

圖2 魚糜制品的光學顯微組織結構圖(×100)Fig.2 Light microscopy images of surimi gels(×100)

3 結論

本文通過添加復合親水膠體制備低強度魚糜制品并對其部分性質進行研究。利用正交實驗篩選出的親水膠體復配組合可以有效降低魚糜制品的凝膠強度、硬度、咀嚼性,但提高了魚糜制品的蒸煮吸水率。根據SDS-PAGE和微觀組織結構的結果,表明親水膠體主要是以填充劑形式穿插于魚糜制品中,形成疏松多孔的不連續凝膠結構,但阻礙魚糜蛋白分子間的交聯。其中,添加最佳組合親水膠體的魚糜制品凝膠強度已經接近日本厚生省介護食品的標準,將為開發老年人食用的魚糜制品提供參考。

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Preparation and characterization of low strength surimi gels by adding hydrocolloids

ZHANG Rui-ting,ZHANG Qi-biao,HAO Geng-xin,WENG Wu-yin*

(College of Food and Biological Engineering,Jimei University,Xiamen 361021,China)

Low strength surimi gels were prepared by adding hydrocolloids including guar gum,soy protein and egg white proteins,and the orthogonal tests were used to optimize hydrocolloids adding conditions. As a result,the optimum ratios were 0.3% guar gum,0.5% soy protein and 1.0% egg white proteins. Under the optimum conditions,the gel strength,hardness and chewiness of surimi gels were decreased from 155.17 g·cm to 125.19 g·cm,14.20 N to 9.61 N,82.79 mJ to 60.86 mJ,respectively. However,the cooking absorption of surimi gels was increased from 3.85% to 15.40%. Based on the results of SDS-PAGE and gel microstructure,it was revealed that the interaction between myosin heavy chain and actin was hindered by adding hydrocolloids,resulting in the formed low strength surimi gels with porous matrix.

guar gum;soy protein;egg white proteins;surimi products;gel properties

2014-12-26

張瑞婷(1989-),女,碩士研究生,主要從事水產食品加工研究,E-mail:1056933727@qq.com。

*通訊作者:翁武銀(1974-)，男，博士，教授，主要從事蛋白質化學和水產加工研究，E-mail：wwymail@jmu.edu.cn。

福建省杰出青年科學基金項目(2014J06013);廈門市海洋經濟發展專項資金(13CZP003HJ05)。

TS254.4

A

1002-0306(2015)21-0088-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.21.009