谷氨酰胺轉氨酶和添加物對海地瓜凝膠品質的影響

何　衎,吳光斌,陳發河

(集美大學食品與生物工程學院,福建廈門 361021)

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谷氨酰胺轉氨酶和添加物對海地瓜凝膠品質的影響

何衎,吳光斌,陳發河*

(集美大學食品與生物工程學院,福建廈門 361021)

本文以干海地瓜為原料,泡發后將其體壁打漿,在加熱條件下與谷氨酰胺轉氨酶(TGase)以及其他添加物(大豆分離蛋白(SPI)、酪蛋白酸鈉(SC)和食鹽)等物質進行復配,研究了體壁勻漿水分含量以及TGase、SPI、SC和食鹽的添加量五個因素對海地瓜凝膠的凝膠強度、硬度、彈性和咀嚼度等品質影響。實驗結果表明,SC和TGase添加量對凝膠強度影響極顯著(p<0.01),其余因素對凝膠強度影響顯著(p<0.05);咀嚼度和硬度受水分含量和TGase添加量影響顯著(p<0.05),硬度受水分含量影響顯著(p<0.05),其余因素對二者影響均不顯著(p>0.05);所有因素對彈性的影響均不顯著(p>0.05)。通過對比海地瓜復配凝膠和純海地瓜凝膠發現,添加了TGase、SPI、食鹽、SC等四種外源添加物的復配體系的凝膠強度、咀嚼度和硬度都有顯著提升(p<0.05),而彈性的變化不顯著(p>0.05)。

海地瓜,谷氨酰胺轉氨酶,添加物,凝膠品質

海地瓜[Acaudinamolpadioides(Semper)]屬于棘皮動物海參綱,芋參目,尻參科,海地瓜屬[1],因其體形和顏色都很像番薯,又被稱為海番薯、海茄子。活體呈肉紅色、紡錘形,干制后背部為棕黑色,腹部為淺棕色。海地瓜盛產于亞熱帶海域,日本、菲律賓以及我國的浙江、福建、廣東、海南沿海均有,產量豐富,估計儲量達到106t[2],通常生活于水深53～122 m的沙底,所以其體腔內泥沙含量較高。

海地瓜體壁中營養成分極其豐富,是一種高蛋白、重鐵質、低脂肪、低膽固醇的食品,其營養價值并不亞于刺參等名貴品種[3-4],醫學上認為其適宜高血壓、高血脂、冠心病、肝炎、貧血等病癥患者食用。但是,其食用口感較差、品質硬,不宜直接作為食材,所以食用率較低。由于海地瓜低劣的食用品質導致其并未得到充分的開發利用,加上其有捕獲后自溶的特點,目前在市場上的流通形式主要以其干制品為主。現階段國內外對海地瓜的研究主要集中在對其多糖和多肽等低含量成分的分析[5-8],導致原料的大量浪費,因此為提高海地瓜資源的利用率,開發新型、高值海地瓜產品成為當務之急。

海地瓜體壁勻漿可以形成不穩定的弱凝膠,為提高其凝膠品質和穩定性,可借鑒魚糜等質構重組制品的生產經驗,向勻漿中添加其他物質,如谷氨酰胺轉氨酶、大豆分離蛋白、淀粉、卡拉膠等[9-11]。本實驗以海地瓜干品為原料,泡發后將體壁洗凈打漿,通過分析體壁勻漿水分含量、谷氨酰胺轉氨酶以及大豆分離蛋白、酪蛋白酸鈉、食鹽等因素對海地瓜凝膠的凝膠強度、咀嚼度、硬度和彈性四個指標的影響規律,以期為開發食用品質良好的海地瓜新產品及海地瓜的高值化利用奠定理論基礎。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

干白肛海地瓜(Acaudinaleucoprocta)連云港綠洋食品有限公司;谷氨酰胺轉氨酶(transglutaminate,TGase,TG-B型,119.2 U/g)江蘇欣瑞食品科技發展有限公司;大豆分離蛋白(soy protein isolate,SPI)谷神生物科技集團有限公司;酪蛋白酸鈉(sodium caseinate,SC)甘南州科瑞乳品開發有限公司;食鹽市售。

DJM-5膠體磨上海順儀實驗設備有限公司;AL104分析天平梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;MA35快速水分測定儀賽多利斯科學儀器(北京)有限公司;JJ-1B電動數顯攪拌器金壇市科析儀器有限公司;KDC-1044低速離心機科大創新股份有限公司中佳分公司;DHG-9146A鼓風干燥箱上海精宏實驗設備有限公司;HH-4恒溫水浴鍋金壇市鴻科儀器廠;XB130雪花制冰機美國Grant公司;TMS-Pro質構儀美國FTC公司。

1.2實驗方法

1.2.1純海地瓜凝膠的制備隨機選擇30個干海地瓜用自來水泡發12～24 h后,去除泥沙和內臟,洗凈體壁剪碎后裝入錐形瓶中100 ℃水浴6 h。趁熱用膠體磨將體壁打漿,得到均勻無明顯顆粒的海地瓜體壁勻漿,測定并調節其水分含量,攪拌均勻后裝入50 mL離心管中2000 r/min離心10 min除去氣泡。采用二段加熱法(50 ℃水浴30 min,90 ℃水浴30 min)促進凝膠的形成,4 ℃貯藏24 h后,待測。

1.2.2海地瓜復配凝膠的制備稱取30 g海地瓜體壁勻漿于燒杯中,依次添加一定量的食鹽、SPI、SC、TGase,攪拌均勻后裝入50 mL離心管中2000 r/min離心10 min除去氣泡。采用二段加熱法(50 ℃水浴30 min,90 ℃水浴30 min)促進復配凝膠的形成,4 ℃貯藏24 h后,待測。

1.2.3不同因素對海地瓜復配凝膠品質的影響分別以海地瓜體壁勻漿水分含量、SPI添加量、食鹽添加量、SC添加量以及TGase添加量為因素,選擇凝膠強度、咀嚼度、硬度和彈性作為評價凝膠品質的依據,研究和分析不同因素對各個指標的影響。

1.2.3.1海地瓜體壁水分含量對凝膠品質的影響在食鹽添加量1%、SPI添加量5%、SC添加量1%、TGase添加量238.4 U/100 g勻漿的條件下,通過調節海地瓜體壁勻漿的水分含量,觀察海地瓜體壁勻漿水分含量的變化對凝膠品質的影響。

1.2.3.2SPI添加量對凝膠品質的影響在海地瓜體壁勻漿水分含量80%、食鹽添加量1%、SC添加量1%、TGase添加量238.4 U/100 g勻漿的條件下,分別添加不同比例的SPI進行實驗,觀察SPI添加量對復配凝膠品質的影響。

1.2.3.3食鹽添加量對凝膠品質的影響在海地瓜體壁勻漿水分含量80%、SPI添加量2%、SC添加量1%、TGase添加量238.4 U/100 g勻漿的條件下,分別添加不同比例的食鹽進行實驗,觀察食鹽添加量對復配凝膠品質的影響。

1.2.3.4SC添加量對凝膠品質的影響在海地瓜體壁勻漿水分含量80%、SPI添加量2%、食鹽添加量1%、TGase添加量238.4 U/100 g勻漿的條件下,分別添加不同比例的SC進行實驗,觀察SC添加量對復配凝膠品質的影響。

1.2.3.5TGase添加量對凝膠品質的影響在海地瓜體壁勻漿水分含量80%、SPI添加量2%、食鹽添加量1%、SC添加量0.5%的條件下,分別添加不同比例的TGase進行實驗,觀察TGase添加量對復配凝膠品質的影響。

1.2.4凝膠強度測定凝膠強度(Gel Strength,GS)是評判凝膠品質的一個重要指標,其值用TMS-Pro質構儀測定。將4 ℃貯藏后的海地瓜復配凝膠切成高30 mm、直徑20 mm的圓柱,置于TMS-Pro質構儀的樣品臺上,選取直徑5 mm的球狀探頭,測前速度30 mm/min,測中速度30 mm/min,回程速度100 mm/min,觸發力0.05 N。凝膠強度數值上等于凹陷深度與破斷強度的乘積,單位為g·mm[12]。每個樣品做三組平行,取平均值。

1.2.5質構測定(TPA測定)咀嚼度(Chewiness)表示將固體樣品咀嚼成吞咽時的穩定狀態所需的能量[13],單位為mJ。硬度(Hardness)反映的是凝膠中蛋白質分子之間相互作用力的強弱以及分子間成鍵數目的多少,單位為N。彈性(Springness)反映了凝膠結構在被下壓后所受的破壞程度的大小,彈性越大表明其破壞程度越小,單位為mm。三個指標使用TMS-Pro質構儀進行測定。質構儀測定時,模仿的是人口腔的咀嚼運動。將4 ℃貯藏后的海地瓜復配凝膠切成高30 mm、直徑20 mm的圓柱,置于TMS-Pro質構儀的樣品臺上,探頭型號為TA25(圓柱型探頭、直徑50 mm、長度 20 mm),測前速度60 mm/min,測試速度60 mm/min,測后速度60 mm/min,壓縮比30%,觸發類型自動,觸發力0.05 N。做兩次往復運動,間隔時間5 s,測定完畢可以得到咀嚼度、硬度和彈性的數值。每個樣品做三組平行,取平均值。

1.2.6數據處理實驗數據處理時使用的軟件包括Microsoft Office 2013,SPSS 17.0,Design Expert 8.0。

2　結果與討論

2.1純海地瓜凝膠品質

按1.2.1中的方法制備水分含量為80%的純海地瓜凝膠,并測定其凝膠強度、咀嚼度、硬度和彈性,不同指標的值如表1所示。

表1　純海地瓜凝膠不同指標值

在加熱作用下,海地瓜體壁勻漿中蛋白質肽鏈充分伸展,暴露出蛋白質內部的疏水基團,蛋白質通過疏水作用發生聚集。此外蛋白質分子之間還有氫鍵、二硫鍵、靜電作用等其他作用力的存在,所以海地瓜體壁勻漿自身能形成較弱的不穩定凝膠。而且,在實驗過程中發現,純海地瓜凝膠在室溫狀態下會逐漸軟化。原因是由于蛋白分子在凝膠形成過程中相互之間的作用力弱,易受溫度影響而被破壞。所以本研究通過向海地瓜體壁勻漿中添加其他物質,旨在獲得穩定性更好、凝膠品質更佳的海地瓜凝膠。

2.2海地瓜體壁勻漿水分含量對凝膠品質的影響

在1.2.3.1的條件下,研究海地瓜體壁水分含量對凝膠品質的影響,實驗結果見圖1、圖2。

圖1　水分含量對凝膠強度和咀嚼度的影響Fig.1　Effects of moisture content on gel strength and chewiness

圖2　水分含量對硬度和彈性的影響Fig.2　Effects of moisture content on hardness and springness

干海地瓜吸水泡發后,體壁中的水分含量接近80%。勻漿后調節其水分含量,由圖1和圖2可知,隨著勻漿水分含量的升高,重組制品的凝膠強度、咀嚼度和硬度都顯著(p<0.05)降低,而彈性變化不顯著(p>0.05)。水分對于熱誘導蛋白凝膠的形成是至關重要的,只有當水分含量達到某一程度時,蛋白質才能充分溶脹,在加熱條件下肽鏈充分伸展,內部基團進一步暴露出來,使蛋白質互相聚集包裹住水分形成凝膠。隨著勻漿中水分含量增加,體系中的自由水含量越來越多,蛋白質濃度降低,部分蛋白質和水分子發生結合,從而導致蛋白質之間的結合減少,蛋白質分子間的相互作用減弱,而蛋白質-水分子的結合力要小于蛋白質-蛋白質的結合力,導致形成的凝膠網絡不夠致密,所以在水分含量80%～90%的范圍內凝膠強度、咀嚼度和硬度持續降低。水分含量在80%～88%之間時彈性變化不大,說明在此變化范圍內形成的凝膠抵抗外界壓力的能力差異不大,而當水分含量>88%時,彈性有所降低,可能是由于形成的凝膠結構弱,抵抗外界壓力的能力降低,受破壞程度增大,不足以包裹住過多的水分。王衛芳[14]在對魚肉豬肉復合凝膠的研究中也發現水分含量增高會導致產品凝膠特性的降低。因此為了減少海地瓜體壁勻漿水分含量的不同帶來的實驗誤差,后續實驗中水分含量均調節至80%。

2.3SPI添加量對凝膠品質的影響

在1.2.3.2的條件下,研究SPI添加量對凝膠品質的影響,實驗結果見圖3、圖4。

圖3　SPI添加量對凝膠強度和咀嚼度的影響Fig.3　Effects of the addition of soy protein isolate on gel strength and chewiness

圖4　SPI添加量對硬度和彈性的影響Fig.4　Effects of the addition of soy protein isolate on hardness and springiness

SPI是質構重組制品中常用的功能性填充劑和營養強化物,可以填充在凝膠網絡中,通過其自身的凝膠作用或者與原料的交聯作用來改善重組制品的凝膠特性。經數據分析發現,SPI添加量對凝膠強度的影響顯著(p<0.05),對咀嚼度、硬度和彈性的影響不顯著(p>0.05)。由圖3和圖4可知,在低SPI添加量時,制品可以獲得較大的凝膠強度。當SPI添加量大于2%時,凝膠強度隨著SPI添加量的增加逐漸降低。原因可能是因為低SPI添加量可以填充至勻漿蛋白凝膠的孔隙,使凝膠結構更加緊致,而高SPI添加量反而會稀釋原有蛋白的濃度,阻滯本身凝膠的形成,Luo YongKang等[15]通過研究不同條件下SPI對阿拉斯加鱈魚魚糜以及鯉魚魚糜的影響也得出了類似的結論。此外,SPI添加量對于其余三個指標的影響較小,可能是由于整個體系中SPI所占比例小,對凝膠感官品質的影響也小。所以,本實驗中當SPI添加量為2%的較適宜,四個指標均可獲得較理想的值。

2.4食鹽添加量對凝膠品質的影響

在1.2.3.3的條件下,研究食鹽添加量對凝膠品質的影響,實驗結果見圖5、圖6。

圖5　食鹽添加量對凝膠強度和咀嚼度的影響Fig.5　Effects of the addition of salt on gel strength and chewiness

圖6　食鹽添加量對硬度和彈性的影響Fig.6　Effects of the addition of salt on hardness and springness

食鹽是質構重組制品中常用的食品添加劑,除了其調味作用外,它還可以影響重組制品的微觀結構,Satoshi Kubota等人[16]在研究食鹽濃度對明太魚魚糜時發現,添加一定量的食鹽可以改善魚糜的微觀結構。經數據分析發現,食鹽添加量對凝膠強度的影響顯著(p<0.05),對咀嚼度、硬度和彈性的影響不顯著(p>0.05)。由圖5和圖6可知,當食鹽添加量在0～1%范圍內時,凝膠強度隨食鹽添加量的增加而增大,并于1%時達到最大。當食鹽添加量大于1%時,凝膠強度逐漸降低。而食鹽添加量在0～1.5%范圍內時,咀嚼度變化較為平緩,隨著食鹽添加量的增加,咀嚼度在2%處達到最大值,添加量為2.5%時明顯降低。此結果與張怡潔等人[17]對帶魚純魚肉重組制品的結果相似。分析原因可能是添加食鹽可以促進海地瓜體壁中膠原蛋白的溶出[18],有利于體系中凝膠的形成,而過高的食鹽添加量不僅不能提高凝膠強度和咀嚼度,反而會影響凝膠制品的口感。因此,綜合考慮到硬度和彈性變化不明顯,食鹽添加量選擇1%最為適宜。

2.5SC添加量對凝膠品質的影響

在1.2.3.4的條件下,研究SC添加量對凝膠品質的影響,實驗結果見圖7、圖8。

圖7　SC添加量對凝膠強度和咀嚼度的影響Fig.7　Effects of the addition of sodium caseinate on gel strength and chewiness

圖8　SC添加量對硬度和彈性的影響Fig.8　Effects of the addition of sodium caseinate on hardness and springness

酪蛋白酸鈉是一種常用的乳化劑和增稠劑,也是一種優質廉價的蛋白源,被廣泛地應用于質構重組制品加工中,可以提升制品的持水性和持油性,使制品均勻穩定,富于彈性[19]。經數據分析發現,SC添加量對凝膠強度的影響極顯著(p<0.01),對咀嚼度、硬度和彈性的影響不顯著(p>0.05)。由圖7和圖8可知,當SC添加量在0.5%時,凝膠強度、咀嚼度和硬度均達到最大值,而添加量大于0.5%時,隨著添加量的增加,這三個指標逐漸降低,而且凝膠強度受影響程度更大。這與蘇偉[20]、張云飛[21]的研究結果一致。過量的酪蛋白酸鈉凝膠會在體系中形成小的凝膠囊泡,影響致密程度,從而降低凝膠強度、咀嚼度和硬度。彈性的變化范圍在8～9 mm之間,無明顯變化,可能是由于SC增強了凝膠的持水性,使凝膠保持了良好的彈性。故SC的適宜添加量為0.5%。

2.6TGase添加量對凝膠品質的影響

在1.2.3.5的條件下,研究TGase添加量對凝膠品質的影響,實驗結果見圖9、圖10。

圖9　TGase添加量對凝膠強度和咀嚼度的影響Fig.9　Effects of the addition of TGase on gel strength and chewiness

圖10　TGase添加量對硬度和彈性的影響Fig.10　Effects of the addition of TGase on hardness and springness

TGase由于能催化蛋白質分子間或分子內形成ε-(γ-谷氨酰基)賴氨酸共價鍵,使不同來源的蛋白質聚合或交叉鏈接,提高營養價值,增加凝膠強度[22,23],因而作為一種優良的食品粘合劑被廣泛使用。經數據分析發現,TGase添加量對凝膠強度影響極顯著(p<0.01),對咀嚼度的影響顯著(p<0.05),對硬度和彈性的影響不顯著(p>0.05)。由圖9和圖10可知,當TGase添加量在238.4 U/100 g勻漿時,凝膠強度、咀嚼度和彈性均達到最大值。當添加量大于238.4 U/100 g勻漿時,隨著添加量的增加這三個指標都逐漸減小。過量添加TGase會使體系產生過度交聯導致凝膠強度和咀嚼度降低,分析其原因,可能是由于酶量過大的情況下會導致位于蛋白質分子表面的作用位點會迅速交聯,以至蛋白質分子間進行交聯的機率降低,因而形成的分子間交聯要比加酶量小的情況下要少。而分子間的交聯對凝膠性起主要作用,分子內交聯起的作用不大[24]。而彈性在TGase添加量在238.4 U/100 g勻漿左右獲得最大值,隨著TGase添加量的增加略微減小。因此,TGase添加量以238.4 U/100 g勻漿為佳。

3　結論

本實驗通過向海地瓜體壁勻漿中添加谷氨酰胺轉氨酶(TGase)、大豆分離蛋白(SPI)、食鹽、酪蛋白酸鈉(SC)等添加物獲得海地瓜復配凝膠,并研究了水分含量以及不同添加物對海地瓜凝膠品質的影響。結果表明,SC和TGase添加量對凝膠強度影響極顯著(p<0.01),其他三個因素對凝膠強度影響顯著(p<0.05);咀嚼度受水分含量和TGase添加量影響顯著(p<0.05),硬度受水分含量影響顯著(p<0.05)，其余因素對二者影響均不顯著(p>0.05);不同因素對彈性的影響均不顯著(p>0.05)。

通過對比海地瓜復配凝膠和純海地瓜凝膠發現,添加了TGase、SPI、食鹽、SC等四種外源添加物的復配體系對凝膠強度、咀嚼度和硬度都有顯著提升(p<0.05),而對彈性的影響不顯著(p>0.05)。說明這些添加物的復配可以很好的改善海地瓜凝膠的凝膠特性和質構特性,提升其品質,通過進一步研究可以推廣到實際應用當中。目前國內外尚無海地瓜凝膠相關的研究,通過研究改善其凝膠特性和質構特性,對提高資源利用率、新產品的研發和低值水產品的高值化利用具有重要的意義。

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Effects of transglutaminase and additive agents on gel quality ofAcaudinamolpadioides(Semper)

HE Kan,WU Guang-bin,CHEN Fa-he*

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

In this paper,the body wall from driedAcaudinamolpadioides(Semper)after soaked and beating was used as raw material and compounded with transglutaminase(TGase)and other substances such as soy protein isolate(SPI),sodium caseinate(SC)and salt under heating conditions. Then the effects of moisture content of homogenate,addition of TGase,SPI,SC and salt on gel quality(gel strength,chewiness,hardness and springness)of the compounded system were studied. According to the results,the addition of SC and TGase had a very significant influence on gel strength(p<0.01),and the other three factors had significant influence on gel strength(p<0.05),chewiness was influenced significantly by moisture content and addition of TGase,and hardness was influenced significantly by moisture content(p<0.05),while other factors showed no significantly influence on them(p>0.05). All the factors did not have significant influence on springness(p>0.05).With comparison between the mixedAcaudinamolpadioidesgel and the pureAcaudinamolpadioidesgel. The resualts indicated that gel strength,chewiness and hardness of the mixed system contained TGase,SPI,salt and SC were significantly increased(p<0.05)while there was no significant influence on springiness(p>0.05).

Acaudinamolpadioides(Semper);transglutaminase;additives;gel quality

2015-11-19

何衎(1990-)，男，碩士，研究方向：水產品加工，E-mail：342512587@qq.com。

陳發河(1960-)，男，碩士，教授，研究方向：農產品貯藏與加工，E-mail：fhchen@jmu.edu.cn。

福建省科技計劃重點項目(2013N0023)；廈門南方海洋研究中心科技項目(14GZP007NF07)。

TS254.4

A

1002-0306(2016)11-0067-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.11.005