淀粉和魚糜品質對魚糜凝膠性質的影響

柳麗寧,翁武銀,2，*,大迫一史

(1.集美大學食品與生物工程學院,福建廈門 361021;2.廈門市海洋功能食品重點實驗室,福建廈門 361021;3.東京海洋大學食品生產科,東京 108-8477)

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淀粉和魚糜品質對魚糜凝膠性質的影響

柳麗寧1,翁武銀1,2，*,大迫一史3

(1.集美大學食品與生物工程學院,福建廈門 361021;2.廈門市海洋功能食品重點實驗室,福建廈門 361021;3.東京海洋大學食品生產科,東京 108-8477)

本文探討了糯玉米淀粉、馬鈴薯淀粉和變性淀粉對不同品質魚糜凝膠形成能力的影響。結果發現,添加糯玉米淀粉后魚糜制品的破斷強度從266.57 g下降至175.00 g,硬度、膠黏性、咀嚼性也發生下降,而添加馬鈴薯淀粉可以使魚糜制品的破斷強度和部分質構得到顯著提高。另一方面,凍融變性魚糜制備的產品其破斷強度、硬度、膠黏性、咀嚼性出現下降,添加馬鈴薯淀粉能提高其產品的凝膠性質。不論魚糜是否發生凍融變性,添加三種淀粉后魚糜制品的持水力和蒸煮時的吸水率都顯著提高,但魚糜制品的色澤變差。根據SDS-PAGE結果,可以發現添加糯玉米淀粉、馬鈴薯淀粉和變性淀粉都不會影響魚糜蛋白之間的交聯。SEM結果表明添加馬鈴薯淀粉可以使魚糜凝膠網絡結構變得更加致密有序,從而增強魚糜制品的凝膠強度。以上結果表明,馬鈴薯淀粉比糯玉米淀粉和變性淀粉更適合作為魚糜制品的輔料和添加劑。

淀粉,凍融,魚糜制品,凝膠性質

魚糜制品因其低脂肪、易消化吸收、營養價值高等特點,越來越受消費者的喜愛,2014年中國魚糜制品的年產量已經增長到150多萬t[1]。魚糜制品是以冷凍魚糜為原料,添加食鹽、輔料等擂潰成粘稠的魚漿,然后采用不同的加工方式制成有彈性的凝膠食品。可以通過添加非肌肉蛋白、親水膠體、淀粉等外源成分改善魚糜的凝膠形成能力。其中,淀粉是魚糜制品中應用最廣泛的添加劑,它不僅能改善魚糜凝膠制品的質構,還能降低生產成本[2]。因此,淀粉對魚糜凝膠性質的影響受到國內外學者的廣泛關注。Yang等[3]研究了高抗性大米淀粉和凝膠化溫度對草魚糜凝膠性質的影響,發現添加4%的高抗性大米淀粉且凝膠化溫度25 ℃時魚糜凝膠性質最佳。Campo等[4]發現添加11%的淀粉時,阿拉斯加鱈魚魚糜的凝膠粘彈特性較好。Alvarez等[5]發現糯玉米淀粉會降低沙丁魚魚糜制品的凝膠強度。Zhang等[6]研究發現淀粉的添加可以提高魚糜-牛肉凝膠的蒸煮損失率。這些研究表明淀粉對魚糜制品的影響差異明顯。

我國冷鏈設備和技術相對發達國家還較落后,在冷鏈運輸、貯藏等過程中容易出現斷鏈現象[7],發生溫度波動導致產品可能出現反復凍融。肌原纖維蛋白發生凍融變性會使ATP酶活性、蛋白結構、巰基等發生變化,進而引起鹽溶性、凝膠性等功能性質發生變化[8]。魚糜蛋白在反復凍融過程中發生變性也會使其凝膠形成能力下降,降低魚糜制品的凝膠形成能力。然而,關于淀粉對變性魚糜凝膠制品性質的研究目前還鮮有報道。

因此,本研究利用阿拉斯加鱈魚魚糜為原料,考察了糯玉米淀粉、馬鈴薯淀粉和變性淀粉對魚糜凝膠制品性質的影響,以及魚糜發生凍融變性后添加淀粉的效果,為淀粉在鱈魚糜制品中的應用提供參考。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

冷凍魚糜(FA級)American Seafoods Company;經過油脂加工的馬鈴薯淀粉、糯玉米淀粉三和淀粉工業株式會社;變性淀粉(羥丙基二淀粉磷酸酯)杭州普羅星淀粉有限公司。

石川式攪拌擂潰機日本石川工場株式會社;UV-1800 分光光度計日本島津株式會社;質構儀 日本山電株式會社;Superma-21 高速冷凍離心機日本Tomy精工株式會社;PT10-35GT 高剪切分散乳化機瑞士Kinematica公司;CR-13 手握式色差計日本柯尼卡美能達株式會社;Samdri-PVT-3D臨界點干燥儀美國Tousimis公司;E-1010 離子濺射儀日本日立制造所;S-480 掃描電子顯微鏡日本日立制造所。

1.2實驗方法

1.2.1凍融魚糜的制備冷凍魚糜放在4 ℃冰箱中解凍24 h后再放到-30 ℃冰箱中冷凍24 h,如此反復3次得到凍融魚糜。

1.2.2魚糜制品的制備將冷凍魚糜放在4 ℃冰箱中解凍后,用攪拌擂潰機在10 ℃下空擂10 min,調節水分至80%,添加魚糜質量3%的NaCl后鹽擂10 min,添加魚糜質量10%的淀粉后擂潰10 min,擂潰過程魚糜的溫度嚴格控制在10 ℃以下。最后將擂潰好的魚糜膠體填充至不銹鋼圈(Ф30 mm×30 mm)中,于40 ℃溫水中加熱1 h、90 ℃熱水中加熱30 min,然后將制備的樣品立即置于冰水中冷卻,并放在4 ℃冰箱中過夜平衡,供以下實驗分析。

1.2.3蛋白溶解率的測定根據Weng[9]等的方法稍作修改,稱取一定質量的魚糜用0.6 mol/L KCl水溶液均質2 min,在冰浴下攪拌1 h后離心(12000 r/min)10 min,利用Lowry法測定上清液中的蛋白濃度。

1.2.4凝膠強度的測定魚糜凝膠制品在室溫下平衡30 min后用質構儀測定其凝膠強度。也就是,用直徑5 mm的球形探頭,以1 mm/s的穿刺速度穿透樣品高度的70%,記錄破斷強度(N)和破斷深度(mm)。

1.2.5TPA的測定參考黃玉平等[10]的文獻,室溫下用質構儀測定魚糜凝膠的TPA。采用直徑40 mm的圓柱形探頭,以1 mm/s的測試速度連續壓縮兩次,壓縮形變量為30%。

1.2.6水分含量的測定稱取一定質量的魚糜凝膠碎塊,采用直接干燥法測定,放在105 ℃的干燥箱中干燥至恒重后,轉移到干燥器中冷卻至室溫后稱重。

1.2.7持水性的測定參考黃玉平等[10]的方法,稱取一定質量(W1)的塊狀魚糜凝膠制品,用3層濾紙包裹,離心(1000×g、15 min、4 ℃)后,再對樣品進行稱重(W2),樣品的持水率根據下式進行計算。

持水率(%)=W2/W1×100

1.2.8吸水率的測定稱取一定質量(m1)的塊狀魚糜凝膠,放在沸水中煮5 min,迅速裝入保鮮袋并用冰水冷卻,然后用濾紙擦去凝膠表面的水分再稱重(m2)。按照下列公式計算魚糜凝膠在沸水中的吸水率:

吸水率(%)=(m2-m1)/m1×100

1.2.9色度的測定用色差計測定魚糜凝膠的色澤,測試前儀器用標準白板進行校正。白度的計算公式如下:

W=100-[(100-L*)2+a*2+b*2]1/2

式中,W為白度;L*為明度值;a*為綠-紅值;b*為藍-黃值。

1.2.10SDS-PAGESDS-PAGE參考Laemmli[11]的方法進行。魚糜制品利用可溶性液(8 mol/L尿素-2% SDS-20 mM Tris-HCl,pH8.8)溶解后制備成蛋白濃度為1 mg/mL的電泳樣品,然后用7.5%的分離膠在20 mA的電流下進行電泳,用考馬斯亮藍R-250染色后,脫色、拍照。

1.2.11魚糜凝膠微觀結構觀察(SEM)參考Weng等[9]報道的掃描電鏡樣品處理方法,將魚糜凝膠切成3 mm×3 mm×3 mm的塊狀,用2.5%的戊二醛(pH7.2)固定24 h后,0.1 mol/L(pH7.2)的磷酸緩沖液沖洗三次,再用乙醇溶液進行梯度脫水,經CO2臨界點干燥儀干燥,E-1010離子濺射儀鍍金后,用掃描電子顯微鏡進行觀察拍照,加速電壓為5 kV。

1.2.12數據統計與分析每組數據至少測定4個平行,結果取平均值。數據采用SPSS 17.0軟件和Microsoft Excel 2003進行分析,顯著性檢驗方法為鄧肯多重檢驗,檢測限為0.05。

2　結果與分析

本研究探討了木薯淀粉、小麥淀粉、馬鈴薯淀粉、糯玉米淀粉,以及3種變性淀粉(乙酰化二淀粉磷酸酯、磷酸酯雙淀粉、羥丙基二淀粉磷酸酯)等對魚糜凝膠性質的影響,結果發現添加馬鈴薯淀粉對于提高魚糜制品的凝膠強度效果最好,糯玉米淀粉會使魚糜制品的品質下降,而其它淀粉對魚糜制品的凝膠性質影響不顯著,因此代表性選擇了馬鈴薯淀粉、糯玉米淀粉和變性淀粉(羥丙基二淀粉磷酸酯)的添加結果進行分析討論。

表2　淀粉和魚糜品質對魚糜制品質構參數的影響

2.1淀粉和魚糜品質對魚糜制品凝膠強度的影響

表1顯示了淀粉對不同品質魚糜制備的魚糜制品破斷強度和破斷深度的影響。利用鱈魚魚糜制備的凝膠制品其破斷強度和破斷深度分別為266.57 g和10.44 mm。當添加糯玉米淀粉后魚糜制品的破斷強度和破斷深度都出現顯著的下降,而添加馬鈴薯淀粉后魚糜制品的破斷強度顯著提高,但破斷深度沒有明顯變化。添加變性淀粉后魚糜制品的凝膠性質沒有發生明顯變化。有文獻[6]報道支鏈淀粉含量和淀粉顆粒大小對魚糜制品凝膠強度具有一定的影響,支鏈淀粉含量越高或者淀粉顆粒越大越容易吸水溶脹,結果在凝膠內部可以產生壓力促進蛋白相互作用,進而提高魚糜制品的凝膠強度。通常,薯類淀粉的支鏈含量比玉米類淀粉高,且馬鈴薯淀粉的顆粒大于糯玉米淀粉的顆粒[12]。因此,在魚糜制品中添加馬鈴薯淀粉的效果優于糯玉米淀粉(表1)。此外,劉海梅等[13]在研究變性淀粉對魚糜制品凝膠性能影響時,發現添加羥丙基化淀粉的效果最好,其次是交聯酯化淀粉和酯化淀粉等。在本研究中添加的變性淀粉是通過醚化和交聯復合改性進行制備的,但對魚糜制品的凝膠性質沒有產生明顯的影響,這可能是與淀粉變性方式有關。

另一方面,當魚糜經過反復解凍和凍結后,其凝膠制品的破斷強度和破斷深度都出現顯著下降。添加糯玉米淀粉或變性淀粉后魚糜制品的破斷強度和破斷深度明顯降低,但添加馬鈴薯淀粉魚糜制品的破斷強度顯著提高。通常,溶解的肌原纖維蛋白在預凝膠化(Setting)過程中才能變性展開,使暴露出來的多肽片段和氨基酸通過疏水相互作用、共價鍵、離子鍵和氫鍵等形成蛋白溶膠,最后在高溫加熱下發生聚集形成牢固的三維網絡結構[14]。在魚糜中添加魚類明膠等外源添加劑時,A級阿拉斯加鱈魚魚糜制品的機械性能沒有受到明顯的影響,而FA級魚糜制品的機械性能出現了下降[15]。在本研究中,由于魚糜經過反復解凍和凍結后,蛋白在0.6 mol/L KCl中的溶解率從35.37%下降至21.74%,因此魚糜的凝膠性能出現明顯的下降(表1)。然而淀粉對不同品質魚糜凝膠性能的影響沒有出現報道的明膠對魚糜凝膠性能影響一致的趨勢,這可能是淀粉的凝膠性能與明膠存在差異的緣故。

表1　淀粉和魚糜品質對魚糜制品

注:同一列相同的小寫字母表示差異不顯著(p>0.05),解凍再凍結0次的魚糜:魚糜蛋白在0.6 mol/L KCl中溶解率為35.37%;解凍再凍結3次的魚糜:魚糜蛋白在0.6 mol/L KCl中溶解率為21.74%。表2～表4同。

2.2淀粉和魚糜品質對魚糜制品質構特性的影響

由表2可知,添加糯玉米淀粉后魚糜制品的硬度、膠黏性和咀嚼性出現一定程度的下降,但粘附性提高了15倍左右;馬鈴薯淀粉和變性淀粉都可以提高魚糜制品的硬度、膠黏性和咀嚼性,并且變性淀粉還可以提高魚糜制品的粘附性。然而,不管添加哪一種淀粉,魚糜制品的彈性、凝聚性都沒有發生明顯變化。這與Liu等[16]報道的結果類似,添加馬鈴薯淀粉及其變性淀粉增加魚糜凝膠制品的硬度、咀嚼性,但對彈性和凝聚性沒有影響。

表3　淀粉和魚糜品質對魚糜制品水分含量、持水力、吸水率的影響

表4　淀粉和魚糜品質對魚糜制品色澤的影響

另一方面,凍融變性只會在一定程度上影響魚糜制品的硬度,但對其他TPA參數沒有產生顯著的影響。與未經過反復解凍和凍結鱈魚魚糜制備的凝膠制品比較,添加糯玉米淀粉會使利用凍融變性魚糜制備的產品膠黏性和咀嚼性進一步下降,而添加馬鈴薯淀粉和變性淀粉能明顯提高魚糜制品的硬度、膠黏性和咀嚼性,使凝膠的質構接近利用未變性魚糜制備的產品。這可能是馬鈴薯淀粉的顆粒大且支鏈含量多[12],變性淀粉容易吸水膨脹[17],進而可以改善魚糜制品的質構特性。

2.3淀粉和魚糜品質對魚糜制品水分含量、持水力、吸水率的影響

魚糜制品的水分含量、持水力是魚糜制品質量檢測的重要指標,蒸煮時的吸水率能夠反映魚糜制品的產品出品率[18]。由表3可知,淀粉和魚糜品質對魚糜制品水分含量無明顯影響,均在78%左右。不論魚糜是否經過反復解凍和再凍結,添加淀粉都可以顯著提高魚糜制品的持水力,其中變性淀粉效果最好,而馬鈴薯淀粉效果最差。周蕊等[19]和陳海華等[20]也報道了添加不同淀粉均能提高魚糜凝膠制品的持水力。這主要是淀粉受熱糊化吸收水分形成的凝膠填充在魚糜蛋白網絡中,從而增強了魚糜凝膠制品的持水力[5]。另一方面,淀粉對魚糜制品蒸煮時的吸水率的影響趨勢與持水力的結果類似。

2.4淀粉和魚糜品質對魚糜制品顏色的影響

色澤是評價魚糜制品感官品質的一個重要因素,因此測定了添加淀粉的魚糜制品顏色參數,結果如表4所示。利用鱈魚魚糜制備的凝膠制品,其L*值、a*值、b*值分別為73.88、-3.07、2.98。然而,添加三種淀粉后,魚糜凝膠的L*值、a*值、b*值都出現明顯的下降。糯玉米淀粉對魚糜制品的L*值和a*值影響最顯著,而變性淀粉對魚糜制品的b*值影響最顯著。不同淀粉對魚糜制品的顏色參數影響可能與淀粉自身的性質有關。另一方面,魚糜經過反復凍融變性后,其凝膠制品色澤與未經過反復凍融魚糜無顯著差異,表明反復凍融變性對魚糜制品色澤沒有產生明顯影響。

2.5淀粉和魚糜品質對魚糜制品蛋白組分的影響

利用SDS-PAGE對添加淀粉魚糜制品的蛋白組分進行分析,結果如圖1所示。由圖1A可以看出,添加淀粉后魚糜制品的蛋白組分分布沒有發生明顯的變化,說明淀粉不會影響魚糜蛋白之間的交聯作用,可能是以填充的形式存在于魚糜制品中。與本研究的結果類似,添加抗性大米淀粉也不會影響草魚魚糜凝膠的蛋白組分分布[3]。當添加β-巰基乙醇后,部分原來未進入濃縮膠的高分子聚合物含量明顯減少,而肌球蛋白重鏈和肌動蛋白條帶明顯變深,表明魚糜制品的肌球蛋白重鏈和肌動蛋白通過二硫鍵交聯形成高分子聚合物[21]。另一方面,圖1B顯示的蛋白條帶變化趨勢與圖1A相似,說明解凍再凍結對魚糜制品蛋白組分沒有明顯影響。

圖2　淀粉和魚糜品質對魚糜制品組織結構的影響(10000×)Fig.2　Scanning electron micrograph of surimi gels from different quality surimi with or without starches(10000×)

圖1　添加淀粉魚糜制品的SDS-PAGE圖譜Fig.1　SDS-PAGE of surimi gels added with starches注:M:標準蛋白;0:對照;1:糯玉米淀粉;2:馬鈴薯淀粉;3:變性淀粉。

2.6淀粉和魚糜品質對魚糜制品微觀組織結構的影響

利用掃描電子顯微鏡觀察添加淀粉前后不同品質魚糜制備的魚糜制品的微觀組織結構,結果如圖2所示。鱈魚魚糜制品的表面光滑,結構致密有序。添加糯玉米淀粉后,魚糜制品表面凝集成塊狀,粗糙不平,結構無序,添加馬鈴薯淀粉會使魚糜制品表面光滑結構更加致密,而變性淀粉會使魚糜凝膠網絡結構表面凹凸不平。一般而言,致密均勻的三維凝膠網絡結構與魚糜蛋白分子的有序聚集有關[22],結構越致密有序,其凝膠強度越高。因此,添加馬鈴薯淀粉可以提高魚糜制品的凝膠強度、質構參數和持水力(表1～表3)。這與陳海華等[20]報道的結果類似,馬鈴薯淀粉形成的凝膠網絡結構加固了竹莢魚魚糜蛋白形成的網絡結構,進而顯著改善魚糜制品的凝膠特性。

另一方面,利用反復凍融的魚糜制備的魚糜制品其結構變得疏松多孔呈纖維狀(圖2),這可能是變性的魚糜蛋白無法形成致密有序的網絡結構,從而降低了魚糜制品的凝膠強度(表1)。添加糯玉米淀粉或變性淀粉后,雖然纖維狀的網絡結構得到改善,但表面仍呈現粗糙不平而且結構疏松不致密,因此魚糜制品的部分質構反而出現下降的趨勢。而添加馬鈴薯淀粉后,魚糜制品的結構變得致密有序,表現在魚糜制品的物性得到一定的改良(表1～表3)。

3　結論

添加糯玉米淀粉會使魚糜制品的凝膠強度和質構下降,而添加馬鈴薯淀粉可以顯著提高魚糜制品的凝膠強度和質構。另一方面,魚糜經反復凍融后制備的凝膠制品其破斷強度和部分質構都出現下降,但可以通過添加馬鈴薯淀粉進行性質改良。根據SDS-PAGE和SEM的結果,發現淀粉雖然不會影響魚糜蛋白之間的交聯作用,但添加馬鈴薯淀粉后魚糜制品的網絡結構變得更加致密,從而增強魚糜制品凝膠性質。這些結果表明馬鈴薯淀粉更適合作為魚糜制品的品質改良劑。

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Effects of starch and surimi quality on the gel properties of surimi gels

LIU Li-ning1,WENG Wu-yin1,2,*,OSAKO Kazufumi3

(1.College of Food and Biological Engineering,Jimei University,Xiamen 361021 China;2.Xiamen Key Laboratory of Marine Functional Food,Xiamen 361021 China;3.Department of Food Science and Technology,Tokyo University of Marine Science and Technology,Tokyo 108-8477,Japan)

Effects of waxy corn starch,potato starch and modified starch on the properties of surimi gels from different quality surimi were investigated. With adding corn starch,the breaking force of surimi gels was decreased from 266.57 g to 175.00 g,and the hardness,gumminess and chewiness were also decreased. But the breaking force and some texture properties of surimi gels were increased remarkably after adding potato starch. The breaking force,hardness,gumminess and chewiness of surimi gels were higher than those from freeze-thawing surimi. However,the gel properties of surimi gel from freeze-thawing surimi were improved by adding potato starch. Regardless of freeze-thawing surimi or not,the water holding capacity and cooking absorption of surimi gels were increased by adding starches,while the color was deteriorated. Based on the SDS-PAGE of surimi gels,it was found that the interaction between surimi proteins was not affected by waxy corn starch,potato starch and modified starch. The result of SEM showed the network of surimi gel became compact and orderly by adding potato starch,thus improving the gel properties. From above results,it led the conclusion that potato starch was more suitable for the excipients and food additives of surimi products than waxy corn starch and modified starch.

starch;freeze-thawing;surimi products;gel properties

2015-11-23

柳麗寧(1992-)，女，碩士研究生，主要從事水產食品加工研究，E-mail：liuli_ning@163.com。

翁武銀(1974-)，男，博士，教授，主要從事蛋白質化學和水產加工研究，E-mail：wwymail@jmu.edu.cn。

福建省杰出青年科學基金項目(2014J06013)；廈門市海洋經濟發展專項資金(13CZP003HJ05)。

TS254.1

A

1002-0306(2016)11-0080-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.11.008