魔芋胶不同添加量与猪皮胶交互作用的研究

苏 伟,文 飞,王 瑜,母应春,邱树毅

(1.贵州大学酿酒与食品工程学院,贵州贵阳 550025;2.贵州大学南区分析测试中心,贵州贵阳 550025)

魔芋胶不同添加量与猪皮胶交互作用的研究

苏 伟1,2,文 飞1,王 瑜1,母应春1,邱树毅1

(1.贵州大学酿酒与食品工程学院,贵州贵阳 550025;2.贵州大学南区分析测试中心,贵州贵阳 550025)

以魔芋胶与猪皮胶为实验原料,采用低场核磁共振(NMR)、质构仪和扫描电子显微镜(SEM)等分析魔芋胶不同添加量分别对猪皮胶内水分分布与迁移、凝胶强度和微观结构的变化探究其交互作用。实验结果表明:当魔芋胶添加量为0.5%～0.7%时,使猪皮胶内的水分分布的横向驰豫峰向左移动,一部分自由水向结合水转化,三种水分的分布情况与新鲜肉制品相似,具有良好的质感,组织状态紧密,质构仪测的凝胶强度最大,即两者此时的交互作用最强,通过扫描电镜观察猪皮胶表面的微观结构中的孔状结构也随着魔芋胶的添加逐渐变小,在添加量为0.5%时魔芋胶对猪皮胶表面的孔达到完整的填充。

魔芋胶,猪皮胶,添加量,交互作用

魔芋胶,又称魔芋葡甘聚糖,是来源于天南星科魔芋属多年生草本植物块茎中的一种水溶性天然多糖[1],它是由葡萄糖和甘露糖主要以β-1,4糖甙键连接起来的高分子多糖,两者的摩尔比为1∶1.6[2-3],其分子结构中,在甘露糖C3的位置上存在一些支链结构,主链上存在着5%～10%以酯键结合的乙酰基[4],乙酰基团与魔芋胶有着密切联系,在碱性条件下KGM会发生脱乙酰反应,利于分子间氢键的形成,使KGM部分结晶,形成具有三维结构的凝胶。魔芋胶由于具有凝胶和乳化性,在欧洲和美国常作为食品添加剂而广泛应用于食品加工领域[5]。猪皮胶,是利用猪皮为原料经酶解后而得到的一种胶原蛋白,具有低脂肪、低热量和高蛋白的特性,广泛应用于食品、医药和化妆品等行业[6]。

魔芋胶属于多糖类物质,猪皮胶则属于蛋白质,两者都是生物大分子,蛋白质和多糖都具有增稠性、胶凝性以及一些表面性质[4],两者应用到食品中,决定食品质构和稳定性[7],其决定因素与蛋白质和多糖之间的离子键结合和结构相关,同时也与蛋白质和多糖相互作用相关。目前,对魔芋胶与其他胶体的协同交互作用的研究有相关报道,如魔芋胶与卡拉胶[8]、黄原胶[9]、马铃薯淀粉[10]及乳清蛋白[11]等。但对魔芋胶与猪皮胶之间的相互作用的研究报道较少,因此本实验通过采用低场核磁共振技术(NMR)及扫描电子显微镜(SEM)[12]分析添加不同含量的魔芋胶对猪皮胶内水分分布与迁移的影响,及观察两者表面微观结构的变化,同时采用质构仪分析其凝胶强度的变化,为更好的了解两者的最优配比,使其交互作用最大化,为进一步开发和利用魔芋胶与猪皮胶复合凝胶在食品工业中的应用提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

猪皮 购于贵阳市花溪区农贸市场;米醋 购于贵阳市花溪区佳宇超市;胃蛋白酶 北京索莱宝生物科技有限公司;猪皮胶粉末(冷冻干燥处理) 实验室自制;魔芋胶粉末(食品级) 河北百味生物科技有限公司。

FW135型粉碎机 天津市泰斯特仪器有限公司;SX-4-10型箱式电阻炉 天津市泰斯特仪器有限公司;BSA-CW型电子分析天平 赛多利斯科学仪器有限公司;DK-98-IIA型电热恒温水浴锅 天津市泰斯特仪器有限公司;TDL8M台式低速冷冻离心机 长沙湘仪贝克仪器仪表有限公司;NMI20-Analyst核磁共振成像分析仪 上海纽迈电子科技有限公司;TA.XT plus质构仪 英国Stable Micro Systems公司;S3400电子显微镜 日本日立电子有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 原料处理 将新鲜猪皮用刀刮去猪皮表面脂肪,置于沸水中预煮3～5 min后取出,待其稍微冷却后,用刀再次将表面脂肪彻底去除。然后将其切成长宽为1 cm左右的小方块,用高速粉碎机将其打碎成颗粒状,冷冻备用。

1.2.2 30%米醋水溶液配制 实验采用30%的米醋可以满足胃蛋白酶的酶解pH,且口感适合,因此本实验采用米醋与水的比例为3/7的比例作为酶解的液体。

1.2.3 猪皮胶冻的制备工艺流程

将预煮后冷冻备用的猪皮与30%米醋水溶液混合,搅拌均匀,加入胃蛋白酶,在恒温水浴(40 ℃)中进行酶解90 min,之后进行加热灭酶,待冷却后置于4000 r/min离心机中离心10 min,取上清液,冷却,即得猪皮胶冻。然后经过真空冷冻干燥可得猪皮胶粉末。

1.2.4 低场核磁共振分析不同魔芋胶添加量对猪皮胶水分分布的测定 取100 mL的猪皮胶冻,魔芋胶按照0%,0.3%,0.5%,0.7%,1.0%的梯度比例加入到猪皮胶冻中,熬煮10 min,待魔芋胶完全溶解到猪皮胶后取2 mL加入到核磁管中采用低场核磁共振分析仪开始分析。LF-NMR参数:仪器工作温度32 ℃;频率SF(MHz)=19.O1(Hz);硬脉冲CPMG 序列设置参数:SW=200kHz,TD=2056086,RFD(ms)=0.08;TW(ms)=10000,P1(us)=15.00,RG1(db)=20.0,TD=2056086,DRG1=3,DR=1,NS=2,P2(us)=29.00,NECH=10000,开始检测;检测结束保存数据,进入反演软件反演出横向弛豫时间T2的分布情况。

1.2.5 质构仪测定凝胶强度 取量与1.2.4操作一样,待魔芋胶完全溶解到猪皮胶后将其倒入到直径为60 mm的平皿中,等其冷却凝固后采用质构仪测定其凝胶强度。每个平皿中的样品十字分4等份,测4个平行后取平均值,采用Excle2010以及origin8.5处理数据。质构仪测试条件[13]:采用P/0.5圆柱形探头,测试模式:压缩,测前速度:1.0 mm/sec,测试速度:2.0 mm/sec,测后速度:10.0 mm/sec,目标模式:距离,触发力:100.0 g,应变位移:10%,引发模式:自动(力),引发力:5.0 g。

1.2.6 扫描电子显微镜测定微观结构 取量与1.2.4操作一样,待熬煮10 min,预冷后冷冻干燥得猪皮胶粉末。将所得到干燥猪皮胶粉末用导电胶黏在样品座上,将粉末均匀铺开,再用带导电胶样品台粘粉,略略压紧,多余的用吸耳球吹掉,用棉签擦拭样品台,去除未黏住的粉末。然后采用离子溅射镀金,把样品座置于离子溅射仪中镀金5～8 min,在不同放大倍数下进行电镜扫描观察样品微观结构并拍摄图片。

2 结果与分析

2.1 添加魔芋胶对猪皮胶水分分布结果分析

通过分析弛豫时间T2在0～10 ms,10～100 ms,100～1000 ms之间水分迁移分布情况,来确定最佳的魔芋胶添加量对猪皮胶冻保水性的影响。猪皮胶NMR T2驰横向豫测时间测定结果,出峰时间如图1所示,驰豫图上有3个峰。说明在猪皮胶中有3种组分的水存在。第1、2、3峰分别用T21、T22、T23表示,依次代表结合水、不易流动水和自由水。从图1中可知,猪皮胶中水分主要是以自由水为主,占98.16%,有少量的不易流动水和结合水,其中不易流动水占1.79%,结合水占0.05%。

图1 猪皮胶横向弛豫时间T2分布图Fig.1 Pigskin glue transverse relaxation time T2 maps

由图2可知,随着魔芋胶的添加,猪皮胶NMR T2横向驰豫时间图上的3个峰也随着变化,在没有添加魔芋胶的情况下,猪皮胶内存在三个峰,1～10 ms内为与水紧密结合的结合水,10～100 ms内为不易流动水,在100～1000 ms内为自由水。随着魔芋胶添加量的增加,结合水(T21)弛豫时间整体变化不显著(p>0.05),因为其含量较少,变化趋势基本稳定,在0.5%时达到峰顶点,之后横向弛豫时间逐渐变小,弛豫峰向左移动;而不易流动水(T22)在魔芋胶量为0%～0.5%,弛豫时间略微增加,在0.5%达到最大,到0.7%的时,弛豫时间变小,说明魔芋胶的添加有助于不易流动水渗出,在1%时,弛豫时间增加,说明不易流动水开始向自由水转化,使弛豫峰向右移动;自由水(T23)随着魔芋胶量的增加,在0至0.3%内弛豫时间变小,到0.5%时,变化不大,到0.7%时弛豫时间减小到最低值,此时峰值整体向左移动,之后弛豫时间开始增大,峰值向右移动,可能是因为一部分不易流动水已转化为自由水致弛豫时间增加。因此,由图2可知,魔芋胶的添加对猪皮胶的保水性有一定的影响,在一定范围内添加魔芋胶可以增加猪皮胶的保水性。由实验结果分析可知,最合适的添加量范围为0.5%～0.7%,这与魔芋胶较高的凝胶性质及它能大量嵌入猪皮胶蛋白网络结构内有关。Liu[12]等对魔芋胶与蛋清白蛋白之间的凝胶性质及水分状态的研究结果也表明了魔芋胶的添加有助于增加共混凝胶的持水性。

图2 魔芋胶添加量对猪皮胶横向弛豫时间T2的影响Fig.2 Effect of konjac gum addition on pigskin glue transverse relaxation time T2

由图3可知,猪皮胶冻内添加了魔芋胶之后,在100～1000 ms直接的峰明显向左移动,魔芋胶含量小于0.7%,猪皮胶的自由水(T23)弛豫峰逐渐向左移动,当含量为1%时,峰值相对于0.5%,0.7%向右偏移,但是1%时信号强度要高于其他添加量。由图4可知,在无魔芋胶添加的情况下,在10～100 ms之间信号强度比1～10 ms之间较强,说明同时存在结合水和不易流动水,这与Liu[12]部分分析结果一致,随着魔芋胶含量的增加,不易流动水含量先增加后减小,当添加量为1%时,含量最大,但其横向弛豫时间也随着增大,峰向右移动,由此可预见,魔芋胶添加量继续增加,会使猪皮胶内的一部分不易流动水向自由水转化。而结合水,即在1～10 ms之间的水,添加魔芋胶之后峰值整体向左移动,说明魔芋胶可以改变猪皮胶内的网状结构,使水分与蛋白质结合的更加紧密,当含量为0.3%～0.5%之间时,结合水所占的比例较少,0.5%之后弛豫时间减小,信号强度增加,说明峰向左移动,一部分不易流动水转化为结合水。因此,通过以上分析可知,在猪皮胶中添加适量的魔芋胶可以改变其内部水分的分布与迁移,在一定的范围内,增加魔芋胶的含量,猪皮胶内水分的弛豫峰向左移动,即可以增加水分与蛋白质的结合度。当魔芋胶的添加量为0.5%～0.7%时,猪皮胶内的水分分布与一般新鲜肉制品中水分的弛豫时间接近,具有很好的质感,同时组织状态紧密,没有析水现象,这与Bertram[14]等利用LF-NMR对肉的结构、水分流动性及分布之间的关系研究结果大体是接近的,在弛豫时间1～10 ms内为结合水,在40～60 ms为不易流动水,而在150～400 ms范围为自由水。

图3 猪皮胶肽自由水迁移变化峰值图Fig.3 Pigskin glue peptide movement of free water peak change chart

图4 猪皮胶肽结合水、不易流动水迁移变化峰值图Fig.4 The change of migration peak chart of pigskin glue peptide bound and immobile water

2.2 添加魔芋胶对猪皮胶凝胶结构的影响分析

凝胶性是猪皮胶的功能性质,而凝胶强度是评价猪皮胶品质的重要指标,也是评价猪皮胶商业价值的主要依据。由图5可知,不同的魔芋胶添加量添加到猪皮胶中后,通过质构仪对猪皮胶的凝胶强度的分析变化如下:在没有添加魔芋胶的情况下,猪皮胶的凝胶强度最弱,随着魔芋胶含量的增加,猪皮的凝胶强度也随着增加,当含量为0.5%时,达到最大值,继续增加到0.7%时,凝胶强度又减弱,可能的原因是魔芋胶改变了猪皮胶的蛋白质网状结构,弛豫峰往左移动,使猪皮胶内一部分不易流动水转化结合水,其表面的孔径逐渐因离子型多糖魔芋胶与蛋白质类猪皮胶之间的静电相互吸引作用促使胶体结合而使水分减少,由此可见,在一定的范围内,猪皮胶的凝胶强度随着魔芋胶含量的增加而增强,达到一定值以后,随之减弱,因此,猪皮胶凝胶强度的增强,不仅仅是魔芋胶凝胶强度与猪皮胶凝胶强度的数值简单叠加,这与两者之间的交互作用力有一定的关系,魔芋胶属于多糖类植物胶体,而猪皮胶属于蛋白质类的动物胶体,两者的交互作用在宏观结构的体现就是凝胶强度的变化,这可能是因为魔芋葡甘聚糖与猪皮胶原蛋白分子之间氢键作用,氢键的形成,有助于改善蛋白质的凝胶结构,从而改善凝胶的特性,提高凝胶的持水性[15]。从图中可知,当魔芋胶的添加量为0.5%时,凝胶强度最大,即两者的交互作用最强。其结果与郭洪娜[16]等在亲水胶体对葛根淀粉冻融前后凝胶强度的影响研究结果一致。

图5 魔芋胶对猪皮胶肽凝胶强度的影响Fig.5 Effect of konjac gum on the gel strength of pigskin gelatin peptide

2.3 魔芋胶不同添加量对猪皮微观结构的影响分析

由图6A-1,图6A-2可知,猪皮胶的微观结构[12]是多孔状的网络结构,在其表面分布着大小不一的孔状结构,图6F-1,图6F-2是魔芋胶的扫描电镜图,由图中可知,魔芋胶的结构为不规则的颗粒状,表面不平整光滑,图6B-1～图6E-2依次是魔芋胶添加量为0.3%,0.5%,0.7%,1%的扫描电镜(SEM)图片,由图中凝胶强度及微光结构可知,随着魔芋胶含量的增加,猪皮胶表面的孔状结构逐渐变小及紧凑,与魔芋胶的量之间呈现相关性,魔芋胶对猪皮胶表面的孔有填充作用,当添加量为0.5%时,使猪皮胶表面不均匀凝胶结构显著增强,并使空隙变小,同时增强了凝胶的持水性,进而当魔芋胶的添加量达到1%时,猪皮胶表面的孔状结构逐渐消失,与Liu[12]的研究结果大体一致。由此可见魔芋胶与猪皮胶的交互作用,体现在微观结构上就是魔芋胶颗粒对猪皮胶表面孔状的填充,通过共价键或非共价键结合及疏水作用,两者能够很好的互补,改变产品的微观结构,进而影响产品宏观上特性,这种填充作用是对魔芋胶改变猪皮胶凝胶强度很好的解释。吴满刚[17]等通过不同淀粉对肌纤维蛋白凝胶强度及微观结构的研究结果也表明,淀粉的添加对肌纤维蛋白-淀粉的复合凝胶有充填效应。

图6 魔芋胶对猪皮胶微观结构的影响Fig.6 Effects of konjac gum on pigskin glue microstructure注:其中A-1,A-2是猪皮胶的扫描电镜图;F-1,F-2是魔芋胶的扫描电镜图;B-1,B-2;C-1,C-2;D-1,D-2;E-1,E-2依次是魔芋胶添加量为0.3%,0.5%,0.7%,1%的扫描电镜图片。

3 结论

猪皮胶中添加不同含量的魔芋胶,通过分析其内部水分的分布与迁移,凝胶强度的变化,以及微观结构的变化,来分析两者的交互作用,得出以下结论:在一定的范围内,即猪皮胶中添加0.5%～0.7%的魔芋胶可以使猪皮胶内水分的弛豫峰向左移动,增加水分与蛋白质的结合度,从而促使猪皮胶内蛋白质网络结构发生改变,不易流动水转化为自由水,使凝胶强度增强,此时的猪皮胶内三种水分分布与一般新鲜肉制品中水分的弛豫时间接近,具有很好的质感,同时组织状态紧密,没有析水现象。在魔芋胶添加量为0.5%时,蛋白质内水分较多,使得猪皮胶的凝胶强度增强,进一步在微观结构上由于魔芋胶的添加有利于猪皮胶表面的孔状结构因吸收水分而变得紧凑,使孔径逐渐变小,这进一步解释了魔芋胶的添加对猪皮胶的表面的孔状结构有很好的填充作用,并在添加量为0.5%时,魔芋胶与猪皮胶之间的交互作用达到最强。

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Research of interaction between Konjac Gum added in different amount and pigskin glue

SU Wei1,2,WEN Fei1,WANG Yu1,MU Ying-chun1,QIU Shu-yi1

(1.School of liquor and food,Guizhou University,Guiyang 550025,China;2.Southern Analysis and Test Center of Guizhou University,Guiyang 550025,China)

Using Konjac Glucomannan and pigskin glue as experimental materials,when the different amount of Konjac gum added on pigskin glue that the changes of the moisture distribution and migration,the gel strength and microstructure were analyzed by using low field nuclear magnetic resonance(NMR),texture analyzer and scanning electron microscopy(SEM)to explore the interaction.The experimental results showed that when the Konjac gum addition was 0.5%～0.7%,the transverse relaxation peak of the water distribution of the pigskin glue moves to the left,transforming part of free water to bound water,moreover,three distribution of water were similar with fresh meat on good texture and tissue state. And the gel strength was maximum by measuring texture,which was the strongest interaction at this time. By scanning electron microscopes,the pigskin glue surface microstructure of porous structure was decreased gradually with the addition of Konjac gum. It was completely filled to the hole of pigskin glue surfaces when added amount of Konjac gum was 0.5%.

KGM;pigskin glue;addition;interaction

2015-04-09

苏伟(1974-)，男，博士，副教授，研究方向：食品加工与安全，E-mail:suwei1886@163.com。

贵州特色杂粮红稗食品开发(黔科合NY[2013]3052号)，毕节实验区可乐猪及乌骨鸡加工特性及其产品开发；毕节实验区科技项目毕循专合字(2010)2K010。

TS201.1

A

1002-0306(2015)23-0130-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.23.018