糖醇部分替代蔗糖对猪肉脯水分分布变化及质构相关性分析

曹叶萍,南家莲,高 静,郇延军,*

(1.江南大学食品学院,江苏无锡 214122;2.淮坊工程职业学院，山东青州 262500)

猪肉脯是猪肉经腌制、烘烤的片状肉制品,因其风味独特、口感细腻、营养丰富、携带和食用方便等特点倍受消费者青睐[1]。但目前猪肉脯普遍存在口感坚韧、弹性不够、硬度大等问题,其市场销售因此受到一定影响。影响肉脯质构的因素很多,从微观角度讲,胶原蛋白含量、蛋白质的水解度和凝胶结构、结合水所占比例等都对其有很大影响[2];从宏观角度讲,原料肉的组织形态、肥瘦比、水分含量则是重点考察因素。Li等[3]探讨了牛肉颗粒在干燥过程中的水分迁移和分布情况,发现随着温度升高,部分自由水转化为结合水,导致其硬度、内聚性和弹性增大。Ferrini等[4]研究发现在影响干肉制品质构的因素中,水分含量及水分存在形式的影响最为突出。马纪兵等[5]在研究风干牦牛肉加工过程中水分状态变化及质构相关性分析中发现,含水率的变化与质构各指标表现出极显著相关关系。因而改善肉脯质构最简单有效的方法是提高水分含量,但与此同时水分活度也会相应提高,影响产品的保质期。

糖醇是含有两个或两个以上羟基的多元醇,既可以提供甜味又不会显著增加热量的一类低热甜味剂[6]。大量研究表明一些糖醇具有很强的吸水性,可以作为水分调节剂用于食品中,既能在不影响产品水分活度的基础上增加含水量,使得产品质地柔软,又能延长保藏期。祝婕等[7]探讨了木糖醇部分替代蔗糖对蜜汁叉烧肉品质的影响,研究发现木糖醇显著降低了蜜汁叉烧肉的水分活度,增大了其硬度、弹性、胶黏性和咀嚼性。郇延军等[8]研究了山梨糖醇在发酵香肠中的应用,山梨糖醇不仅能够降低香肠的水分活度,同时也能改善香肠的口感硬、难咀嚼、不易储藏等问题。

本研究将木糖醇、麦芽糖醇及赤藓糖醇分别部分替代蔗糖应用于猪肉脯中,以期可以在不影响水分活度的基础上提高肉脯的含水量,改善肉脯质构。通过肉脯出品率、含水量、剪切力、水分活度、水分存在形式、质构及各指标相关性等研究糖醇对猪肉脯质构的影响,为传统猪肉脯质构改良提供新的思路。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

猪后腿肉、蔗糖、白胡椒粉、特级酱油、鱼露、鸡精、味精 当地超市;焦磷酸钠、三聚磷酸钠和六偏磷酸钠 分析纯,国药集团化学试剂有限公司;乙基麦芽酚、红曲红 食品级,耕道贸易有限公司。

TA-XT plus型质构分析仪 Stable Micro Systems公司(英国);LabMASTER-Aw水分活度仪 NOVASIN公司(瑞士);MesoMR23-060V-I型低场核磁共振成像分析仪 瑞士布鲁克公司;其他为实验室常规仪器。

1.2 实验方法

1.2.1 猪肉脯基本配方 修整切片后的原料肉100 g,蔗糖20 g,复合磷酸盐(焦磷酸钠∶三聚磷酸钠∶六偏磷酸钠=2∶1∶1,质量比)0.6 g,白胡椒粉0.348 g,特级酱油2 g,鱼露2 g,鸡精0.581 g,味精0.767 g,乙基麦芽酚0.1 g,红曲红0.023 g。

1.2.2 猪肉脯加工工艺 原料修整(去除可见脂肪、结缔组织)→切片(厚度约4 mm)→蔗糖取代物→混料→腌制(4 ℃,0.5 h)→摊筛→烘干(65 ℃,5 h)→烤制(上下火均220 ℃,1 min)→冷却,真空包装。

关键控制点:切片:利用切片机顺着猪肉肌纤维的方向将原料肉切成厚度约4 mm的肉片,注重肉片的完整性,以防肉片被撕裂;烘干:将腌制好的肉片平整的铺在竹筛上,送入65 ℃恒温干燥箱烘烤5 h,竹筛上要事先刷好植物油,而且烘烤时要对肉片进行翻面,避免肉片与竹筛粘连。

1.2.3 糖醇部分替代蔗糖生产猪肉脯的单因素实验 每组取修整切片后的原料肉100 g,在混料过程中分别加入不同替代比的糖醇,即木糖醇(25%、50%、75%),麦芽糖醇(25%、50%、75%)及赤藓糖醇(15%、25%、35%),以不含糖醇样品对照组,各组蔗糖与糖醇添加量如表1所示,每个处理组设置3个重复。

表1 各实验组蔗糖和糖醇替代量Table 1 Sucrose and sugar alcohol substitutions of each experimental group

1.2.4 出品率的测定 参考Sindelar等[9]的方法,保证每个实验组的样品质量、厚度一致,称量样品加热前后的重量。出品率按下式进行计算:

1.2.5 猪肉脯中水分含量测定 采用GB 5009.3-2016中的恒温干燥法[10]测量。

1.2.6 猪肉脯水分活度的测定 采用FA-ST水分活度仪测定,选择厚薄相同的样品剪碎,平铺于测量皿内,以完全覆盖底部为标准,待示数稳定后记录样品水分活度。

1.2.7 剪切力测定 依据Zhao等[11]的方法加以改进。将猪肉脯切割成长3 cm,宽2 cm,高0.4 cm的小肉条,用于剪切力的测定。探头使用A/CKB,测试前速度1 mm/s,测试速度1 mm/s,测试后速度10 mm/s,压缩比90%,触发力5 g,测试模式压缩。

1.2.8 感官评价 感官评价标准与方法参照Martínez等[12]的方法并加以改进。由10位有食品感官评定经验的专业人士组成,鉴评小组对肉脯的色泽、形态、香气、滋味、口感和总体可接受性六个因素进行评分,满分为10分,结果取平均值,肉脯的感官品质评分标准见表2。

表2 猪肉脯的感官品质评分标准Table 2 The sensory evaluation standard of pork jerky

1.2.9 猪肉脯水分存在形式的测定 参照Shao等[13]的方法并稍作改动。将烤制好的肉脯放置室温25 ℃后称取2 g肉脯样品放入核磁管内进行核磁共振测定。实验参数:磁场强度为(0.5±0.08) T,共振频率为20 MHz,采样频率SW=100 kHz,采样点数TD=179996,重复等待时间TW=3500 ms,重复累加次数NS=32,回波时间TE=0.6 ms。

1.2.10 猪肉脯全质构的测定 根据Jeltema等[14]的方法稍作调整。将烤制完成的猪肉脯剪成长2 cm,宽1 cm,高0.4 cm的小肉条,探头使用P/35R,测试前速度1 mm/s,测试速度3 mm/s,测试后速度3 mm/s,压缩比60%,触发力5 g。

1.3 数据处理

本实验中绘图采用Excel 97-2003及Origin 2016软件,对数据进行相关性及显著性的分析采用SPSS Statistics 19.0软件,每个实验重复三次。

2 结果与分析

2.1 糖醇部分替代蔗糖对猪肉脯出品率、含水量、剪切力、水分活度和感官的影响

不同糖醇部分替代蔗糖对猪肉脯出品率的影响如表3所示,随着糖醇的替代比例的增加,出品率显著提高(p<0.05),且均高于对照组。当木糖醇和麦芽糖醇替代比例为75%时,出品率分别达到最高,比对照组分别高出4.04%、4.44%,赤藓糖醇替代比例为35%时出品率最高,比对照组高出5.04%。

表3 糖醇部分替代组对猪肉脯出品率、含水量、水分活度以及剪切力的影响Table 3 Effects of partial replacement of sugar alcohol on pork chop production rate,water content,water activity and shearing force

水分是影响肉脯品质的重要组成成分,由表3可知,随着糖醇替代比例的增加，其水分含量均有所提高,与出品率变化相符,这是因为糖醇分子中存在大量羟基,这些羟基能够与水分子以氢键的形式结合,达到一定的保水作用,因而实验组的含水量高于对照组,其中赤藓糖醇替代比35%时含水量最高。

三种糖醇部分替代蔗糖对猪肉脯水分活度的影响如表3所示,虽然各组的水分含量显著增加(p<0.05),但各组之间的水分活度并没有显著性差异(p>0.05),水分含量与水分活度不是成严格的正相关关系[15],可能存在本研究中水分含量升高而水分活度维持稳定的实验现象。因此可以得出结论,这三种糖醇均可以使肉脯在提高水分含量的同时不增加水分活度。

由表3可知,猪肉脯的剪切力维持在2540～3540 g之间,随着糖醇的替代比例的增加,剪切力显著降低(p<0.05),这是因为随着糖醇的替代,水分含量不断增加,且糖醇的添加可以改善肉糜的凝胶结构[16],因而剪切力逐渐减小。当木糖醇和麦芽糖醇替代比例为75%时,剪切力分别达到最低,比对照组分别降低了17.81%、24.32%,且替代比例为50%组与75%组之间差异不显著(p>0.05)。赤藓糖醇替代比例为35%时剪切力最低,比对照组降低了27.93%。

随着糖醇替代比例的增加,感官总得分显著提高(p<0.05),且均高于对照组。木糖醇替代比50%时得分最高,出品率和含水量较高,剪切力较低;麦芽糖醇替代比50%时得分最高,出品率和含水量较高,剪切力较低;赤藓糖醇替代比35%时得分最高,出品率和含水量最高,剪切力最低。综上所述,三种糖醇的最佳替代比分别为:木糖醇50%或麦芽糖醇50%或赤藓糖醇35%。

2.2 三种糖醇最佳替代比对猪肉脯水分存在形式的影响

选择2.1中三种糖醇最佳替代组进行核磁共振分析,以替代比0为对照组。图1为不同糖醇部分替代组猪肉脯的核磁共振图谱,揭示了其水分分布及组成特点[17],发现样品一般会出现3个峰,可以把猪肉脯的横向弛豫时间分为三个部分:结合水(1～10 ms)、不易流动水(11～100 ms)和自由水(100～1000 ms)[18]。

图1 三种糖醇最佳替代组猪肉脯T2弛豫时间分布

由表4可知,T21的弛豫时间集中时在2～7 ms,T22的弛豫时间集中在30～90 ms,T23的弛豫时间集中在114～440 ms,三种不同糖醇部分替代蔗糖,都使得弛豫时间T21、T22和T23显著降低(p<0.05),即结合水、不易流动水及自由水的自由度显著降低,说明糖醇的多羟基结构能减弱水分运动性。T21减小一方面可能是因为糖醇可以改变猪肉脯的乳化凝胶结构，使得水分子与肉蛋白结合的更加紧密,从而降低水分子的移动性,另一方面也是因为糖醇的多羟基结构使其能与水分子以氢键的形式结合,使体系内水的流动性降低,活性也降低。T22代表的是肉中的不易流动水,而不易流动水主要影响肉制品的保水性,弛豫时间越短说明肉脯的保水性越好[19],表明糖醇可以改善猪肉脯的保水性,因而实验组的含水量高于对照组。T23减小可能是因为自由水在烘烤时挥发,含水量越高,挥发掉的自由水越多。与对照组相比，三种不同糖醇替代组的A21、A22及A23均显著增加(p<0.05),这与含水量结果相符。

表4 三种糖醇最佳替代组对猪肉脯弛豫时间(T2)的影响Table 4 Effects of three sugar alcohol optimal substitution groups on pork jerky relaxation time(T2)

相对面积是指每部分水的峰面积与总峰面积的比值。由图2可知,与对照组相比,糖醇替代组结合水相对面积和不易流动水相对面积均明显增加,而自由水相对面积明显降低,这可能是因为糖醇分子中存在大量羟基,其能够与肉中蛋白质分子发生结合[20],还能够有效束缚小分子水,促进肌肉中自由水转变为结合水和不易流动水,因而表现为结合水与不易流动水相对面积增加,自由水相对面积减少。

图2 三种糖醇最佳替代组对肉脯相对面积比例的变化

2.3 三种糖醇最佳替代比对猪肉脯全质构的影响

通过质地多面剖析法(texture profile analysis,TPA)测量猪肉脯在三种糖醇最佳替代比下质构特性的变化,硬度表示物体变形所需要的力,硬度越小,肉质越软[21]。由表5可知,三种不同糖醇的替代,硬度均显著低于对照组(p<0.05),这是因为糖醇的加入能够提高猪肉脯的水分含量,且糖醇可以改善肉糜的凝胶结构,因而硬度逐渐减小。咀嚼性=硬度×凝聚力×弹性,反映了从开始咀嚼肉脯到下咽的整个过程中消耗的热值,它的数值越小说明肉脯质地越柔软[22]。添加糖醇能够显著降低猪肉脯的咀嚼性(p<0.05),使得猪肉脯更易咀嚼,本研究猪肉脯在糖醇替代蔗糖的过程中咀嚼性最低，降到了6356.229 g左右,降低了约5486.169 g,李真[23]研究熏马肉干发现,含水率越高,咀嚼性越低,其变化趋势与本研究一致。同时,糖醇的加入能够改善猪肉脯的弹性、内聚性和回复性。

表5 三种糖醇最佳替代比对猪肉脯质构特性的影响Table 5 Effects of the best substitution ratio of three sugar alcohols on the texture characteristics of pork mash

2.4 各指标间相关性分析

由表6得知,第一,三种不同糖醇最佳替代组制作的肉脯含水量的变化与硬度、内聚性、咀嚼性的变化呈极显著负相关关系(p<0.01),与弹性、回复性的变化则呈极显著正相关关系(p<0.01),与贾艳华等[24]在探讨软烤扇贝质构与水分含量的相关性分析时得到的结果一致,水分含量越低,硬度、内聚性、回复性反而越大,而弹性、胶黏性及咀嚼性越小。第二,自由水和结合水的弛豫时间、峰面积的变化与质构各指标间相关性不显著(p>0.05)。第三,不易流动水的弛豫时间和峰面积与质构各指标呈极显著相关(p<0.01),这是因为糖醇的替代,肉乳化体系的凝胶结构得到改善,使得水分的移动性减弱,且部分自由水转变为不易流动水,导致硬度和咀嚼性下降,而弹性、内聚性及回复力上升。崔宏博等[25]也认为虾蒸制过程中不易流动水的变化与硬度变化有显著相关性,且与回复性呈显著负相关关系。

表6 各指标间的Pearson相关系数Table 6 Results of Pearson correlation coefficient among each index

3 结论

随着糖醇替代比例的增加,猪肉脯含水量均显著提高(p<0.05),而水分活度变化均不显著(p>0.05),三种糖醇的替代均能在提高肉脯含水量的同时不增加水分活度。综合出品率、剪切力和感官数据分析,三种糖醇的最佳替代比分别为:木糖醇50%、麦芽糖醇50%、赤藓糖醇35%。

三种糖醇最佳替代组的T2弛豫时间均显著降低(p<0.05),结合水和不易流动水相对含量明显增加,自由水相对含量明显减少,说明糖醇分子中存在大量羟基,能够与肉中蛋白质分子发生结合,还能够有效束缚小分子水,促进肌肉中自由水转变为结合水和不易流动水。

三种糖醇最佳替代组的猪肉脯硬度和咀嚼性显著减小(p<0.05),弹性、内聚性及回复力显著提高(p<0.05),说明糖醇可以有效改善猪肉脯的质构。

在三种不同糖醇最佳替代组中,猪肉脯不易流动水的变化与质构特性均表现出极显著相关(p<0.01),随着糖醇的替代,肉乳化体系的凝胶结构得到改善,使得水分的移动性减弱,且部分自由水转变为不易流动水,水分分布状态的变化引起质构特性的变化。