可溶性褐藻膳食纤维对低盐鱼糜制品物理特性的影响

梁雯雯,龚钰桥,郭 建,汪秋宽,武 龙,何云海,丛海花,*

(1.大连海洋大学食品科学与工程学院,辽宁大连 116023;2.国家海藻加工技术研发分中心,辽宁大连 116023;3.辽宁水产品加工及综合利用重点实验室,辽宁大连 116023)

我国淡水鱼资源非常丰富,2015年淡水鱼总养殖量达3165.30万吨,其中淡水鲢鱼占422.60万吨,位居第二[1],2016年淡水养殖鱼类3179.26万吨,鲢鱼产量450.66万吨[2]。鱼糜制品是全球生产加工和消耗量最大的水产加工食品之一,将大量低值淡水鱼资源开发成鱼糜制品,能够在增强保藏性、提高附加值的同时,进一步缓解海水鱼原料资源逐年紧缺问题。传统海水鱼糜制品加工过程中,有加盐擂溃的工艺(2%～3%)以促使盐溶性蛋白溶出,但当前人们逐渐意识到减少加工食品中外源盐分对人体健康的重要性,因此,寻求新工艺、新配方来确保低盐鱼糜制品感官品质和弹性是一个新的挑战。

目前报道的方法主要包括更换鱼糜原料、添加增强离子强度的小分子、改变辅料配方、使用新的加工工艺等。袁美兰等[3]通过测定四种常见淡水鱼肉盐溶性蛋白的质构特性,发现鲢鱼和鲤鱼为加工鱼糜最适原料,青鱼和草鱼稍差。用K+、Mg2+、Ca2+替代Na+,但会带来一定的不良风味[4]。胱氨酸作为一种弱氧化剂可以最大化二硫键的形成，进而提高溶解度,L-赖氨酸与肌球蛋白之间特异性相互作用(与谷氨酰胺酰基残基的ε-氨基酸基团和g-甲酰胺基团),破坏了肌球蛋白间的静电作用,从而抑制了肌球蛋白纤丝的形成,提高溶解度[5]。Cando等[6]发现添加胱氨酸或赖氨酸的低盐鱼糜(0.3% NaCl)凝胶理化特性相当于常规含盐量对照组;添加变性淀粉为辅料的鲢鱼鱼糜制品的凝胶特性有显著提高,且持水力增强[7];葡萄糖酸钠对鱼糜制品凝胶特性也有显著提高作用[8]。近年来，植物多糖成为鱼糜制品辅料的新宠,Zeng等[9]研究发现，添加6%竹笋膳食纤维的鱼丸经过170 ℃(50 s)及190 ℃(10 s)的深油炸加工后,脂肪含量相较于对照组显著下降了7.8%。Juliana等[10]发现,将苹果膳食纤维作为脂肪替代成分添加到鸡肉饼中,鸡肉饼的水分、蛋白质和灰分含量没有影响,但脂质含量显著降低。这些研究多集中在陆生植物原料的膳食纤维对鱼糜制品的改善方面,成功进行工业化生产的包括魔芋多糖、卡拉胶、菊苣菊粉、瓜尔豆胶和黄原胶等[11-13],海洋来源膳食纤维对低盐鱼糜制品品质影响的研究较少。

我国褐藻类资源丰富,在褐藻精深加工过程中,可溶性褐藻膳食纤维(Soluble brown seaweed dietary fiber,SBF)作为主要副产物没有得到充分利用。SBF相较于燕麦膳食纤维具有更强的清除体内自由基的能力,对体内重金属Cd2+、Pb2+、Hg2+有很好的吸附效果,强化褐藻膳食纤维的功能性食品在欧美、日本等发达国家已经非常流行。SBF改善食品的营养和质地特性的同时,还可以制备低热量产品,提高产品的附加值和营养性[14]。本文考察不同浓度SBF对低盐鲢鱼鱼糜制品的蒸煮损失、凝胶持水力、质构特性(Texture profile analysis,TPA)及热物理特性的影响,旨在研发一类富含褐藻膳食纤维的低盐鱼糜制品,提高淡水来源鱼糜制品品质,进一步解决行业瓶颈问题,同时丰富褐藻资源的综合加工利用。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

SBF 国家海藻研发分中心中试生产岩藻聚糖硫酸酯时[15],最后一步取上清液加入乙醇使溶液中乙醇浓度为20%,沉淀所得;鲜活鲢鱼、鸡蛋 大连市熟食品交易中心;淀粉 怀来隆晨食品有限公司;白糖 安琪酵母有限公司;食盐 湖南盐业股份有限公司。

HR/T20MM立式高速冷冻离心机 湖南赫西仪器装备有限公司;DS-1高速组织捣碎机 上海标本模型厂制造;AL204电子天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;KD2 Pro热特性分析仪 美国METER公司;TMS-Pro质构仪 FTC仪器有限公司;HH-6数显恒温水浴锅 国华电器有限公司;YC-2型层析实验冷柜 上海谷宁仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 鱼糜制品的制备 参考Fatimah A.[16]的方法,取新鲜原料鱼,去鱼头、鱼鳞、内脏,采肉漂洗三次(先用清水漂洗两次,再用盐水漂洗一次,盐水浓度0.15%,每次3 min),沥干并冷却至4 ℃后静置60 min,绞肉(此过程分为两个阶段,一是空绞,将鱼糜放入组织搅拌机中空绞10 min;二是混合绞,加入不同浓度(0%,0.25%,0.5%,0.75%,1%,1.25%,1.5%)的SBF及配料(淀粉30%、水20%、蛋清10%、白糖3%、盐1%)继续搅拌,时间为15 min,待热处理。

1.2.2 鱼糜制品的热处理 参考朱玉安等[17]的方法,对鱼糜进行二段加热:将鱼糜平铺至食品级密封塑料盒内,避免气泡的产生,置于40 ℃水浴锅加热15 min,然后在90 ℃水浴锅加热15 min后立即放入冰水混合物中冷却10 min,取出用滤纸吸干样品表面水分,冷却后测热物理特性,将产品切成大小一致的样品(3×2×2 cm2,20±0.2 g),测凝胶持水力和进行质构特性分析。

1.3 指标的测定

1.3.1 蒸煮损失 参考Fatimah A.等[16]的方法,加热前后样品质量差与加热前样品质量之比为蒸煮损失。

1.3.2 凝胶持水力 参考涂晓琴[18]的方法,样品用双层滤纸包裹,放入100 mL离心管中,离心转速8000 r/min,时间10 min,温度4 ℃。取出离心后样品称重。离心后样品重量与离心前样品重量之比为凝胶持水力,结果为3次平行。

1.3.3 质构特性分析 参考张莉莉等[19]的方法,参数:圆柱形探头(高度为1 cm);测试速度:60 mm/s;压缩比:40%;下移位移为30 mm。结果为5次平行。

1.3.4 热物性 使用热物性分析仪,双针型探头,将探头插入待测的样品中心读数,结果为3次平行。

1.4 数据分析

使用SPSS(19.0)软件进行LSD多重比较法分析显著性,EXCEL(office 2010)软件作图,小写字母表示差异性显著(p<0.05),大写字母表示差异性极显著(p<0.01)。

2 结果与分析

2.1 SBF对鱼糜制品蒸煮损失的影响

SBF对低盐鲢鱼鱼糜制品蒸煮损失的影响如图1,随着SBF浓度的增加,蒸煮损失显著降低(p<0.05),这一结论与李来好[20]的研究结果相符。加热蒸煮时,氢键的相互作用逐渐减弱,鱼肉中水分不易被结合而损失,添加的SBF会结合一部分自由水,达到保持鱼糜组织完整性的目的。SBF浓度为1.5%时,蒸煮损失为0.94%,这一结果与涂晓琴[18]研究比较,有显著的优势,大豆膳食纤维和改性大豆膳食纤维需要添加量到8%时蒸煮损失才能降低到2%以下;对比Fatimah A.等[16]对燕麦膳食纤维降低阿拉斯加鳕鱼糜蒸煮损失的研究,在降低膳食纤维原料使用方面,也有明显优势。

图1 SBF浓度对鱼糜制品蒸煮损失率影响Fig.1 Effect of SBF concentration on cooking loss of surimi

2.2 SBF对鱼糜制品凝胶持水力的影响

凝胶持水力表示的是产品可以保持水分多少的能力,也被称为水合作用,不仅与产品风味密切相关,也影响产品的口感、颜色及其他指标[21]。如图2，随着SBF浓度的增大,除了添加量为0.25%组,低盐鲢鱼鱼糜制品的凝胶持水能力相比空白组均显著提高(p<0.05)。可以推断出,在热处理过程中,褐藻膳食纤维起到了一定的稳定蛋白的作用[22]。这一结果与Kim等[23]的研究结果相似,发现添加膳食纤维的牛肉糜凝胶持水力得到显著提高,尤其对冷冻/解冻后的牛肉饼效果显著,原因是SBF直接参与冻藏过程中冰晶的形成,影响冷冻食品内部冰晶体的形成,基于这个原因,SBF也常作为冷冻保护剂用于鱼糜制品中。鱼糜制品的持水力随着SBF添加量的增大而显著提高(p<0.05)(0.50%与0.75%相比不显著),这应该与其内部网络结构截留水的能力有关,也就是SBF的膨胀性。文献报道SBF的膨胀力可达138 mL/g,持水率达6720%[24],明显优于燕麦全谷可溶性膳食纤维[25](膨胀力可达1.8 mL/g,持水率达5.5 g/g)。

图2 SBF浓度对鱼糜制品凝胶持水力的影响Fig.2 Effect of SBF concentrationon water-holding capacity of surimi

2.3 SBF对鱼糜制品质构特性的影响

质构仪对样品检测过程中,探头第一次挤压后,产品几乎可以恢复到原有高度,这是粘弹性物质所具有的典型特征,有研究表明,多糖类物质对鱼糜制品的品质有改善作用,如壳聚糖添加到鱼糜中,产品的粘弹性、内聚性及胶粘性方面具有显著的提高[26]。不同浓度SBF对鱼糜制品TPA参数(硬度、粘附性、弹性、咀嚼性、胶黏性及内聚性)的影响结果如表1所示。随着SBF浓度的增加,低盐鲢鱼鱼糜制品的质构参数呈增大的趋势,且不同SBF添加量的鱼糜制品在硬度、弹性、咀嚼性和粘附性上表现出极显著差异(p<0.01)。

表1 SBF浓度对鱼糜制品质构特性的影响Table 1 Effects of SBF concentration on TPA of surimi

硬度是反映鱼糜制品品质的重要指标之一,描述与食品变形或穿透产品所需的力有关的机械质地特性,是食品保持形状的内部结合力,随着SBF浓度的增加,硬度指标呈现极显著增大(p<0.01)的趋势。Kim等[23]发现当添加膳食纤维使产品硬度值>60 N时,消费者可接受度变低,当SBF添加量为1%时,产品的硬度>60 N,因此选择SBF添加量要<1%。添加SBF的低盐鲢鱼鱼糜凝胶具有良好的弹性,涂晓琴[18]发现随着豆渣中可溶性膳食纤维含量的增加,鱼糜凝胶的弹性轻微增大。SBF主要成分为α-L-古洛糖醛酸和β-D-甘露糖醛酸,是一种长链线型多糖,插入到鱼肉蛋白质的三维立体结构中,与之结合形成多糖-蛋白质复合物,改变凝胶中由共价键和非共价键形成的网状结构[26],加固其网络结构,提高其稳定性,最终改善鱼糜制品的弹性和咀嚼性;SBF具有梯度黏合作用,溶于水后形成具有黏性的溶液,可以使鱼糜制品的粘附性得到显著提高。另外,SBF具有吸湿性,可与大多数多价阳离子反应形成交联,控制水分子的流动,加热可得热不可逆性的刚性结构,稳定性能好,对鱼糜凝胶的内聚性有一定的改善作用。

2.4 SBF对鱼糜制品热物性的影响

当前随着人们生活水平的不断提高及调理食品行业的日益壮大,开发即食低盐鱼糜制品是目前企业增加产品附加值、降低流通成本的需求。即食产品在灭菌过程中,需要高温热处理。食品中热量传递主要由热扩散率、热传导率、热阻、比热容几种参数决定,研究这四种热物理参数是热加工设计的要求。影响食品热物性的主要因素有含水量、组分及温度,大多数食品的热物性的计算公式主要考察含水量和温度的影响[27]。AbuDagga等[28]对太平洋鳍鱼鱼糜热传导率、比热随温度变化规律进行了研究,热扩散率在50～100 ℃范围内值大于1.3×10-7m2/s;Belibagli等[29]以银鳕鱼和鲭鱼鱼糜为研究对象,发现鱼糜制品成分的不同对热扩散率有不同程度的影响,具有高淀粉含量的样品的热扩散率随着温度的升高而增加,目前尚无SBF与鱼糜制品热物理特性相关性的研究报道。

如表2所示,添加SBF对鱼糜制品的各项热物性均有一定程度的影响。其中,当SBF浓度达到0.25%时,与空白对照组相比,热扩散率无显著性差异(p>0.05),但SBF浓度为0.5%～1.5%时,与空白组有显著性差异(p<0.05),且随着添加量的增大,热扩散率逐渐降低;SBF组热阻率与空白组均有显著性差异(p<0.05),且随着添加量的增大,热阻率逐渐降低;SBF组热传导率与空白组均有显著性差异(p<0.05),且随着添加量的增大,热传导率逐渐降低;从比热上看,仅SBF浓度为1.5%时,与空白组有显著性差异(p<0.05)。SBF填充鲢鱼鱼肉蛋白的空隙中,形成不同于原始鱼糜凝胶结构的更加致密的三维网状结构凝胶体,影响了各项热物理指标。

表2 SBF浓度对鱼糜制品热物性的影响Table 2 Effects of SBF concentration on thermal physical properties of surimi

3 结论

本论文考察了不同浓度褐藻可溶性膳食纤维(0%～1.5%)对低盐(1%)鲢鱼鱼糜制品物理特性的影响,结果表明,SBF可以有效地提高低盐鲢鱼鱼糜制品的品质。综合分析各项物理指标发现,随着SBF浓度增加,蒸煮损失显著下降(p<0.05),凝胶持水力逐渐升高,硬度、弹性、咀嚼性和粘附性极显著增大(p<0.01),当SBF浓度<1%时,消费者对硬度的接受程度较好;同时考察了SBF浓度对鱼糜制品热物性参数的影响,为进一步开发即食鱼糜制品以及高温灭菌的传热过程中热量衡算奠定基础。

本研究中的低盐(1%)相较于传统的海水鱼鱼糜加工,对鲢鱼鱼肉蛋白凝胶的形成无优势,但添加了SBF后,从宏观产品质构特性来说达到了可接受程度。因此应进一步对SBF如何从微观结构、分子层面等多尺度分析,如何改善低盐鲢鱼鱼糜制品的凝胶特性,并与其他商业化膳食纤维进行比较。