添加亲水胶体制备低强度的鱼糜制品及其特性的研究

张瑞婷,张其标,郝更新,翁武银

(集美大学食品与生物工程学院,福建厦门 361021)

添加亲水胶体制备低强度的鱼糜制品及其特性的研究

张瑞婷,张其标,郝更新,翁武银*

(集美大学食品与生物工程学院,福建厦门 361021)

添加瓜尔豆胶、大豆蛋白、蛋清蛋白等亲水胶体制备低强度鱼糜制品,通过正交实验筛选最佳配比。结果表明:最佳配比为0.3%瓜尔豆胶、0.5%大豆蛋白、1.0%蛋清蛋白。在该条件下制备的鱼糜制品,其凝胶强度从155.17 g·cm降至125.19 g·cm,硬度从14.20 N降至9.61 N,咀嚼性从82.79 mJ降至60.86 mJ,蒸煮吸水率从3.85%提高至15.40%。SDS-PAGE和微观组织结构的结果表明亲水胶体会阻碍鱼糜肌球蛋白重链和肌动蛋白之间的相互交联,结果形成疏松多孔的低强度鱼糜制品。

瓜尔豆胶,大豆蛋白,蛋清蛋白,鱼糜制品,凝胶特性

近年来,鱼糜制品市场需求量不断扩大,2013年产量已经超过133万t[1]。另一方面,我国已经进入老龄化阶段,2010年60岁及以上的老年人已经有1.2亿,预计2050年全国老年系数将达到31%[2]。因此,基于鱼糜制品的高蛋白、低脂肪、易消化等特点,研发低凝胶强度的鱼糜制品,将迎合老年食品的市场需求。

Kong等[3]研究了淀粉对鱼糜凝胶弹性的影响,发现原淀粉颗粒可以提高鱼糜凝胶的弹性模量。Barrera等[4]发现添加酰基化的低甲氧基果胶可以显著提高鲢鱼鱼糜凝胶的机械性能和持水性能。Rawdkuen等[5]发现添加鸡血浆蛋白、猪血浆蛋白、卵蛋白、大豆分离蛋白等可以抑制鱼糜蛋白的水解,从而提高鱼糜凝胶的机械性能。Herranz等[6]通过添加MTGase结合高压处理促进了飞鱼鱼糜中肌球蛋白重链共价交联。大多数研究学者意在添加多糖、非肌肉蛋白、酶等提高鱼糜制品的凝胶强度[7]。老年人因牙齿松动等生理功能的衰退,这些高凝胶强度鱼糜制品相对老年人不易咀嚼、难以吞咽。然而,关于制备适合老年人食用的低强度鱼糜制品的研究鲜有报道。

Pérez-Mateos[8]等考察亲水胶体对鱼糜凝胶性质影响时,发现瓜尔豆胶、卡拉胶、羧甲基纤维素、藻朊酸盐的添加会降低蓝鳕鱼糜凝胶强度。因此本研究研究了淀粉、瓜尔豆胶、大豆蛋白、蛋清蛋白对鲢鱼鱼糜制品性质的影响,通过正交实验筛选出制备低凝胶强度鱼糜制品的最佳配比,研究结果将为开发适合老年人食用的鱼糜制品提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜白鲢 购买于厦门集美菜市场;瓜尔豆胶、蛋清蛋白、大豆蛋白 食品级,郑州德瑞生物科技有限公司;淀粉 食品级,杭州普罗星淀粉有限公司。

TMS-PRO质构仪 美国Food Technology公司;UV-8000A 型紫外分光光度计 上海元析仪器有限公司;Avanti J-25高速冷冻离心机 美国Beckman公司;FA25 高剪切分散乳化机 上海弗鲁克流体机械制造有限公司;徕卡RM2235组织切片机 德国徕卡仪器有限公司;尼康55i光学显微镜 尼康仪器(上海)有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 鱼糜的制备 参考Weng等[9]方法在低于10 ℃条件下制备。鲢鱼经去头、去内脏后,用冰水清洗血污,利用采肉机采肉后,以1∶3(w/v)的比例用冰水漂洗3次,经过脱水后,加入4%山梨醇、4%蔗糖、0.2%多聚磷酸钠和0.2%焦磷酸钠等抗冻剂,利用斩拌机混合均匀后,利用塑料袋分装后放在-37 ℃冰箱备用。经检测,制备的冷冻鱼糜水分含量为77.00%±0.06%,蛋白含量为13.59%±0.04%,灰分含量为0.51%±0.02%。

1.2.2 鱼糜制品的制备 参考Weng等[10]制备鱼糜凝胶的方法,冷冻鱼糜在4 ℃冰箱解冻后,将溶于水的亲水胶体加入鱼糜,并将水分含量调整为80%,空擂10 min,加入鱼浆质量3%的NaCl后再盐擂15 min,然后将擂溃好的样品装入不锈钢圈(Ф30×30 mm)中,两端密封后,采用二段加热方式(40 ℃ 1 h,90 ℃ 15 min)进行加热,然后用将制备的鱼糜制品用碎冰快速冷却后放在4 ℃冰箱平衡24 h,供以下实验使用。

1.2.3 凝胶强度的测定 参考郑温翔等[11]方法,在室温下利用TMS-PRO质构仪测定鱼糜凝胶强度。采用直径5 mm的球形探头,以30 mm/min穿透速度穿刺20 mm进行破断实验。穿刺曲线的第一个峰值是破断力,其对应位移为破断深度。

1.2.4 质构(TPA)的测定 参考黄玉平等[12]方法,采用直径38 mm的圆柱形探头,用TMS-PRO质构仪室温测定鱼糜凝胶TPA,以60 mm/min的测试速度对鱼糜凝胶进行连续两次压缩,压缩程度为30%,停留时间5 s,由测试曲线得到的参数有硬度1(Hardness 1)、硬度2(Hardness 2)、聚集性(cohesiveness)、粘结性(gumminess)、弹性(springiness)、咀嚼性(chewiness)。

1.2.5 水分含量的测定 按GB/T9596.15-2008直接干燥法测水分含量,精确称取5 g左右切碎的鱼糜凝胶,放在105 ℃的干燥箱中干燥至恒重,放在干燥器中冷却至室温后称重。

展览展出了张伟民创作的近40幅工笔花鸟画精品。这些作品，以其唯美梦幻的意境谋划，实入虚出的绘画语言，工笔意写的“营造法式”，大块的墨色渲染，挺健细笔勾勒，每一件都美得摄人心魄。无论是巨幅宏制，还是盈尺小幅，都充满着活力，充满着灵气。令人产生无限的遐思。

1.2.6 持水性的测定 参考黄玉平等[12]方法,称量2 g左右的块状鱼糜凝胶,用3层滤纸将其包裹起来放入离心管离心(4 ℃,1000×g,15 min),称取离心后样品质量,鱼糜凝胶持水率的计算公式如下:

式中,W1-离心前鱼糜凝胶的质量(g);W2-离心后鱼糜凝胶的质量(g)。

1.2.7 蒸煮损失率的测定 参考Chang等[13]方法,精确称量5 g左右块状鱼糜凝胶,放在沸水中煮5 min后,用碎冰迅速冷却后用纸擦去鱼糜凝胶表面水分并进行称重,蒸煮损失率计算公式如下:

式中,M1-蒸煮前鱼糜凝胶的质量(g);M2-蒸煮后鱼糜凝胶的质量(g)。

1.2.8 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE) 鱼糜制品经可溶性液均质溶解后制备电泳样品,采用Laemmli的方法[14]进行SDS-PAGE。电泳样品用8%的分离胶在8 mA的电流下进行电泳,用考马斯亮蓝R-250染色,染色完全后用脱色液脱色至背景透明。

1.2.10 正交实验设计 以瓜尔豆胶、蛋清蛋白、大豆蛋白添加量为因子进行L9(34)正交实验,其中瓜尔豆胶的水平添加量分别为0.10%、0.20%、0.30%,蛋清蛋白水平添加量分别为0.50%、0.75%、1.00%,大豆蛋白水平添加量分别为0.50%、0.75%、1.00%,因素水平表见表1。

表1 正交实验因素水平表

1.2.11 数据统计与分析 每组数据至少测定3个平行,结果取平均值。正交实验数据采用V3.1正交设计助手软件分析。其他数据采用SPSS 17.0软件和Microsoft Excel 2003进行分析,显著性检验方法为Duncan多重检验,α为0.05。

2 结果与分析

2.1 亲水胶体对鱼糜制品凝胶强度的影响

亲水胶体对鱼糜制品凝胶强度的影响正交实验结果如表2所示。根据表2的直观分析,发现按照实验组7的配比(A3B1C3)添加亲水胶体制备的鱼糜制品凝胶强度最低。通过极差分析,发现亲水胶体的最佳配比也是A3B1C3,即瓜尔豆胶、大豆蛋白、蛋清蛋白的添加量分别为0.3%、0.5%、1.0%;各因素对鱼糜凝胶强度影响顺序为:蛋清蛋白>瓜尔豆胶>大豆蛋白。直观分析和极差分析的最佳组合一致,因此制备低强度鱼糜制品的亲水胶体最佳配比为A3B1C3。在该条件下制备的凝胶强度接近日本厚生省介护食品的强度要求(100 g·cm)[15]。

表2 正交实验结果

表3 亲水胶体对鱼糜制品质构的影响

注:0:对照组;同一列相同小写字母表示差异不显著(p>0.05),数据为平均值±标准偏差,表4同。

2.2 亲水胶体对鱼糜制品质构的影响

表3显示了亲水胶体对鱼糜制品质构参数的影响。由表可知,不管添加何种组合的亲水胶体,鱼糜制品的硬度、粘结性都出现一定程度的下降,咀嚼性除了实验组1以外也都出现下降,其中实验组7下降程度最显著。这个现象类似于凝胶强度的变化趋势(表2),说明了添加的蛋清蛋白、瓜尔豆胶、大豆蛋白不仅可以使鱼糜制品的凝胶强度下降,还可以降低鱼糜制品的硬度、粘结性、咀嚼性。Pérez-Mateos等[8]研究结果表明添加瓜尔豆胶可能破坏了鱼糜凝胶网络结构,从而降低蓝鳕鱼糜凝胶的硬度,而且随着瓜尔豆胶浓度的增加鱼糜凝胶硬度逐渐下降。Yang等[16]研究表明添加大量淀粉会由于淀粉自身较弱的凝胶特性降低鱼糜凝胶的剪切应力。Tabilo-Munizaga等[17]也报道了添加蛋清蛋白可以降低阿拉斯加鳕鱼和太平洋鳕鱼鱼糜凝胶的硬度、咀嚼性和粘结性。在本研究正交实验中,瓜尔豆胶对鱼糜制品硬度的影响最大(极差分析结果未显示)。然而,在瓜尔豆胶浓度相同的条件下,实验7组的硬度等质构参数明显低于实验组8和实验组9,表明瓜尔豆胶、大豆蛋白和蛋清蛋白的协同作用可能阻碍了鱼糜凝胶网络结构的形成,有效的降低鱼糜凝胶的质构。

2.3 亲水胶体对鱼糜制品水分含量、持水性、蒸煮吸水率的影响

亲水胶体对鱼糜制品水分含量、持水性、蒸煮吸水率的影响如表4所示。由表可知,添加瓜尔豆胶、蛋清蛋白、大豆蛋白后,鱼糜制品的水分含量呈现一定程度下降的趋势,均大于78%。另一方面,这些亲水胶体对鱼糜制品的持水性能没有显著影响。通常,持水性可以反映鱼糜凝胶中水分子与蛋白分子的结合状况,是鱼糜凝胶特性的一个重要检测指标[18]。有报道表明当鱼糜凝胶的持水性已经达到最佳值时,添加卵清蛋白、大豆蛋白等对凝胶的持水性不会产生明显的影响[19]。此外,蒸煮吸水率也是衡量添加剂保水效果的重要指标,可以反映产品的出产率[20]。由表4可知,添加亲水胶体组合,鱼糜制品的蒸煮吸水率均显著高于对照组,其中第7组达到最高。在第7组中瓜尔豆胶和蛋清蛋白添加量都是最大,然而当减少瓜尔豆胶添加量(1～3组)时鱼糜制品的蒸煮吸水率明显下降,推测瓜尔豆胶对提高鱼糜凝胶结合水的能力可能起到主导作用。有研究表明通过添加抗性大米淀粉或小麦膳食纤维等可以促进鱼糜制品中的蛋白与水分子的结合,进而提高产品的蒸煮吸水率[21-22]。

2.4 亲水胶体对鱼糜制品蛋白组分的影响

利用SDS-PAGE对鱼糜制品的蛋白组分进行分析(图1)。在未添加β-巯基乙醇(βME)条件下(图1A),鱼糜制品中不仅含有肌球蛋白重链(MHC)和肌动蛋白(Actin),还可以发现未能进入浓缩胶的高分子聚合物(HMWF)。当添加瓜尔豆胶、蛋清蛋白、大豆蛋白后,鱼糜制品的HMWF含量出现一定程度的下降,MHC和Actin的条带变深。有研究表明添加明胶蛋白会阻碍鱼糜蛋白MHC和Actin间的相互作用,减少凝胶结构作用点,进而降低鱼糜制品的弹性[12]。这与本研究观察到的现象类似(图1A)。另一方面,添加βME后(图1B),HMWF含量明显减少,MHC和Actin条带明显加深,表明鱼糜制品中的MHC和Actin通过二硫键发生交联形成高聚物。添加βME后依然有部分HMWF残留,推测这些高分子聚合物是通过非二硫共价键结合形成的。这主要是鱼糜中存在内源性TGase,催化MHC交联形成[23]。此外,添加瓜尔豆胶、大豆蛋白、蛋清蛋白等亲水胶体对鱼糜制品的蛋白条带均无影响,进一步说明亲水胶体并不与MHC发生交联反应,可能是以填充剂形式存在于鱼糜制品中。

表4 亲水胶体对鱼糜制品水分含量、持水性和蒸煮吸水率的影响

图1 添加亲水胶体鱼糜制品的SDS-PAGE图谱Fig.1 SDS-PAGE of surimi gels added with hydrocolloids注:M:标准蛋白，A：未添加β-巯基乙醇，B：添加β-巯基乙醇。

2.5 亲水胶体对鱼糜制品微观组织结构的影响

为了探究亲水胶体在鱼糜制品中的填充效果,用HE染色法观察鱼糜制品的光学显微结构,结果如图2所示。Montero等[24]研究表明鱼糜凝胶主要由均匀致密的微孔构成连续凝胶网络。在本研究中,在对照组鱼糜制品的网络结构中却发现大量的小孔和少量的大孔,这可能是因为制备鱼糜制品时添加的淀粉吸水膨胀,挤压鱼糜蛋白形成含大量小孔的不连续凝胶结构。这种现象与黄金发[24]添加马铃薯淀粉形成多孔的罗非鱼糜凝胶结构类似。与对照组相比,添加瓜尔豆胶、大豆蛋白、蛋清蛋白的鱼糜制品中大孔明显增加,结构变得更为疏松,表明添加的亲水胶体穿插在鱼糜凝胶网络结构中,阻碍了鱼糜蛋白连续网络结构的形成,结果降低了鱼糜制品的凝胶强度、硬度(表2,表3),但对蛋白组分没有显著影响(图1)。Luo等[25]研究表明添加大豆蛋白使阿拉斯加鳕鱼凝胶网络鱼糜蛋白不规则分布,降低了凝胶强度。也有研究表明添加的瓜尔豆胶像刺槐豆胶一样穿插于鱼糜凝胶网络孔洞内使鱼糜凝胶凝胶强度、硬度降低[26]。另一方面,随着孔洞的增加,鱼糜制品在蒸煮时变得更容易吸水,结果导致蒸煮吸水率得到显著提高(表4)。以上结果表明微观组织结构在一定程度上也可以反映鱼糜制品的凝胶强度、质构以及蒸煮吸水率等特性。

图2 鱼糜制品的光学显微组织结构图(×100)Fig.2 Light microscopy images of surimi gels(×100)

3 结论

本文通过添加复合亲水胶体制备低强度鱼糜制品并对其部分性质进行研究。利用正交实验筛选出的亲水胶体复配组合可以有效降低鱼糜制品的凝胶强度、硬度、咀嚼性,但提高了鱼糜制品的蒸煮吸水率。根据SDS-PAGE和微观组织结构的结果,表明亲水胶体主要是以填充剂形式穿插于鱼糜制品中,形成疏松多孔的不连续凝胶结构,但阻碍鱼糜蛋白分子间的交联。其中,添加最佳组合亲水胶体的鱼糜制品凝胶强度已经接近日本厚生省介护食品的标准,将为开发老年人食用的鱼糜制品提供参考。

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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

张瑞婷(1989-),女,硕士研究生,主要从事水产食品加工研究,E-mail:1056933727@qq.com。

*通讯作者:翁武银(1974-)，男，博士，教授，主要从事蛋白质化学和水产加工研究，E-mail：wwymail@jmu.edu.cn。

福建省杰出青年科学基金项目(2014J06013);厦门市海洋经济发展专项资金(13CZP003HJ05)。

TS254.4

A

1002-0306(2015)21-0088-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.21.009