復合南極磷蝦糜中魚糜配比量 及外源添加劑對其凝膠特性的影響

田利利,薛長湖,尹利昂,姜曉明,李兆杰,薛 勇

(中國海洋大學食品科學與工程學院,山東青島 266003)

南極磷蝦(Euphausiasuperba)具有巨大的生物蘊藏量,據相關統計,其可捕獲量約為0.6～1.0億噸/年,在近海漁業資源日漸枯竭的今天,南極磷蝦被視為一種潛力巨大的漁業資源和新食品原料[1-2]。南極磷蝦不僅資源豐富,營養價值也較高,南極磷蝦整蝦含有77.9%～83.1%的水分、11.9%～15.4%的蛋白質、0.4%～3.6%的脂質,以及約2%的碳水化合物和甲殼質[3],其蛋白營養高于一般畜禽肉和牛乳,人體必需氨基酸的總量達到212.1 mg/g 蛋白質[4]。肌肉中氨基酸總量高達干重的57.21%[5],其賴氨酸含量高于虎紋蝦和金槍魚[6]。因此,南極磷蝦蛋白質的高值化深加工對南極磷蝦的綜合開發利用具有重要意義。

目前,已有二十多個國家致力于研究和利用南極磷蝦蛋白制做食品,相關的產品主要有磷蝦仁、磷蝦糕、磷蝦醬、磷蝦罐頭、濃縮磷蝦蛋白、磷蝦干、油炸磷蝦、磷蝦粉、磷蝦快餐品等蛋白類食品[7],而受大眾歡迎的蝦糜類凝膠產品較少,一方面是由于南極磷蝦整蝦中氟含量較高,可達536～2400 mg/kg,過多攝取氟元素可導致急性或慢性中毒,所以為確保磷蝦蛋白及其制品的安全,生產過程中氟的脫除是一個不可或缺的過程[8-10];另一方面,高比例的可溶性蛋白及較高的自溶酶活性等因素,導致制成的磷蝦糜凝膠性較差[11-12],所以制備一種低氟的南極磷蝦糜與凝膠性較強的魚糜復配,不僅能確保蝦糜產品的安全性、凝膠彈性,也能保留南極磷蝦的營養成分和特殊風味,具有一定的加工意義。

本文以新鮮的南極磷蝦為原料,通過等電點沉降-酸洗脫氟制備出低氟的南極磷蝦糜,對其營養成分進行了分析。為了使蝦糜制品的質構特征得到改善,將低氟冷凍南極磷蝦蝦糜與魚糜進行復配,并對其質構特征的改進予以評價,通過分析復配蝦糜的凝膠強度、持水力、感官評分結果,結合差示掃描量熱值的變化及動態流變學特征,來確定最佳的魚糜復配比例。在此基礎上探究外源添加劑對蝦糜-魚糜復合凝膠的影響,旨在開發出品質、口感良好的南極磷蝦調理食品。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

冷凍南極磷蝦(Euphausiasuperba) 中國水產有限公司(CNFC);冷凍阿拉斯加狹鱈魚糜(AAA級) 山東錦燦食品有限公司;大豆分離蛋白 益海嘉里(秦皇島)蛋白工業有限公司;馬鈴薯淀粉 秦皇島市豪瑞淀粉有限公司;蛋清粉 諸城市溢源食品廠;谷氨酰胺轉氨酶(TG酶) 上海青瑞食品科技有限公司;磷酸、氯仿、甲醇、氯化鈉、氫氧化鈉、無水硫酸鈉、氟化鈉、鹽酸、硫酸、檸檬酸三鈉、冰乙酸 國藥集團化學試劑有限公司。

KH-20 GMTN型微波解凍機 山東科弘微波能有限公司;016-240型魚肉分離機 中國水科院上海漁機所;UMC5型真空斬拌機 德國Stephan公司;GL-20M型高速冷凍離心機 上海盧湘儀離心機儀器廠;PHS-3C型精密酸度計 上海雷磁儀器廠;Kjeltec TM 8400型全自動凱氏定氮儀 丹麥Foss公司;PF-1型氟電極、232型甘汞參比電極 上海雷磁精密儀器有限公司;Biochrom 30 Ltd型氨基酸自動分析儀 英國Biochrom公司;TMS-PRO型質構儀 美國Food Technology公司;NETZSCH DSC 200PC型差示熱掃描儀 德國NETZSCH公司;MCR-101型流變儀 德國Anton-Par公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 低氟冷凍南極磷蝦蝦糜的制備 冷凍南極磷蝦塊經微波快速解凍至個體間離散(915 Hz),以采肉機采取蝦肉,加入3倍的4 ℃蒸餾水,充分均質,以濃度為10、2 mol/L的磷酸溶液調節均質液pH至4.5,放置30 min,間歇調整pH,以保持pH基本不變,離心(4000×g,10 min),取沉淀部分,加入3倍的4 ℃蒸餾水,經重復均質、等電點沉淀/脫氟、離心等操作,得沉淀部分(以上南極磷蝦糜制備的工藝參數由預實驗確定)。向沉淀中加入食用純堿,調節其pH至中性,將該中性物料塑形,經-20 ℃冷凍,得到低氟冷凍南極磷蝦蝦糜。

1.2.2 冷凍南極磷蝦糜的基本成分分析 水分含量:采用直接干燥法測定,參照國標GB/T 5009.3-2016[13];蛋白質含量:采用凱氏定氮法測定,參照國標GB/T 5009.5-2016[14];總脂含量:參照王建輝等人的方法[15];灰分含量:參照國標GB/T 5009.4-2016[16];氟含量:采用堿熔固定-高溫灰化-氟離子選擇電極法測定,參照李紅艷等[17]的方法。氨基酸組成:參照國標GB 5009.124-2016[18],樣品在6 mol/L HCl溶液中,于110 ℃條件下消化24 h后上機測定。

1.2.3 魚蝦蛋白物料配比的研究 將低氟冷凍南極磷蝦蝦糜和冷凍鱈魚糜于4 ℃條件下解凍4 h(蝦糜、魚糜分別約500 g)。將蝦糜和魚糜切碎,分別以1∶0(對照組)、1∶1、2∶3、3∶7和1∶4的質量比例進行混合,于4 ℃斬拌機中斬拌5 min,加入4%的食鹽,鹽斬5 min,將斬拌后的混合物料以直徑30 mm的腸衣灌裝,制備成添加不同比例蝦糜的蝦腸(蝦糜-魚糜復合凝膠)并封口,將蝦腸于90 ℃水浴加熱30 min,取出冷卻,4 ℃過夜貯藏。

1.2.3.1 蝦糜-魚糜復合凝膠的質構分析 將不同比例蝦糜-魚糜復合凝膠去掉腸衣,切成30 mm左右的圓柱體樣。用質構儀測出魚糜腸的破斷力、破斷距離,二者的乘積即為凝膠強度。測定條件:探頭直徑5 mm,穿刺速率60 mm/min[19]。

1.2.3.2 蝦糜-魚糜復合凝膠持水性能的測定 不同比例蝦糜-魚糜復合凝膠持水性能的測定參照Zhang T等[20]的方法進行。將蝦腸各切成5 mm左右的薄片并稱重W1,下面放三張濾紙,上面覆以兩張濾紙。用質量為5 kg的重物于濾紙上壓10 min,切片取出稱重W2,持水性能以公式WHC=W2/W1計算。

1.2.3.3 感官評價 請接受過感官檢驗訓練的食品專業人士10人組成評定小組,根據蝦腸的特點,規定產品評定指標為:滋味、鮮味及氣味、組織形態和彈性及脆度,每一項均以5分計,其權重分別為彈性及脆度0.3、組織形態0.3、滋味0.2、鮮味及氣味0.2;其評分越高,質量越好[21]。以評定人員的平均分為各指標的評分,評定標準見表1。

表1 感官評定標準Table 1 The standard of sensory evaluation

總評分=∑XiYi(i=1,2,3…n)

式中:X為評定指標;Y為評定權重。

1.2.4 蝦糜-魚糜復合凝膠差示掃描量熱分析 以蝦糜-魚糜復合凝膠(3∶7)為分析對象,與南極磷蝦蝦糜、去殼南極磷蝦肉進行對比,校準儀器后,分別準確稱取15 mg左右的復配前后的蝦糜及去殼蝦肉于坩堝中,并進行密封。將密封的坩堝與空白參比坩堝一起放入儀器中。在氮氣的保護下,DSC分析參數設置:溫度0～120 ℃,升溫速率5 ℃/min,保護氣流速60～70 mL/min,吹掃氣20～30 mL/min[22],記錄曲線轉折點的溫度。

1.2.5 蝦糜-魚糜復合凝膠的動態流變學分析 以蝦糜-魚糜復合凝膠(3∶7)為分析對象,與南極磷蝦蝦糜進行對比,各自斬碎后,取少量置于流變儀平臺,以直徑為50 mm的平板壓至1 mm,硅油密封。掃描升溫速率設為5 ℃/min,振蕩頻率1 Hz,應變量2%,測定5～120 ℃各溫度下兩種物料的儲能模量。

1.2.6 外源添加劑對蝦糜-魚糜復合凝膠的影響 將冷凍南極磷蝦蝦糜和冷凍鱈魚糜于4 ℃條件下解凍4 h后切碎,以蝦糜∶魚糜為3∶7的質量比例進行混合,于4 ℃冷凍斬拌機中斬拌5 min,加入4%的食鹽,鹽斬5 min,分別加入6%、9%、12%和15%的大豆分離蛋白,或5%、10%、15%和20%的馬鈴薯淀粉,或6%、9%、12%和15%的蛋清粉,或0.1%、0.2%、0.3%和0.4%的TG酶,加冰水使各混合物料的最終水分含量統一為80%,斬拌3 min,之后的混合物料以直徑30 mm的腸衣灌裝,制備成蝦腸并封口,將蝦腸于90 ℃水浴加熱30 min,取出冷卻。4 ℃過夜貯藏。測定各不同添加比例外源添加劑蝦腸的凝膠強度。

1.3 數據處理

所有測定指標重復次數為3次,試驗結果由平均值±標準差組成。使用Origin 9.0繪制圖表,采用one-way ANOVA 算法進行方差分析,多重比較分析采用Tukey’s test 算法判斷顯著性差異,顯著性水平為p<0.05。

2 結果與分析

2.1 南極磷蝦糜的基本成分

去殼磷蝦肉和南極磷蝦蝦糜的基本組成見表2。相對于去殼南極磷蝦肉,南極磷蝦蝦糜中蛋白質含量增加了20.44%,灰分減少78.10%,氟的殘留量減少了87.29%,蝦糜的平均含氟量為79.79 mg/kg干重,達到了美國FDA關于食品中氟的安全限量標準,表明本研究中的蝦糜制備方法可有效脫除磷蝦當中的氟;由表3可知,南極磷蝦蝦糜的必需氨基酸含量達到521.5 mg/g蛋白,較去殼南極磷蝦肉的必需氨基酸含量(486.8 mg/g蛋白)提高了7.13%。第一限制性氨基酸賴氮酸(Lys)含量為92.4 mg/g蛋白。由此看來,南極磷蝦蝦糜是一種主要含有蛋白質和脂質,氨基酸組成優異,氟含量相對較低的原料,可以用于食品加工產業和作為人類的膳食食用。

表2 南極磷蝦蝦糜和去殼南極磷蝦肉的基本組成Table 2 Basic composition of Antarctic krill surimi and peeled krill meat

表3 南極磷蝦蝦糜和去殼南極磷蝦肉的氨基酸組成Table 3 Amino acid composition of Antarctic krill surimi and peeled krill meat

2.2 蝦糜-魚糜物料配比的確定

2.2.1 蝦糜-魚糜復合凝膠的質構分析 凝膠強度為破斷力與凹陷距離的乘積,可用來表征肉糜類制品的凝膠特性。通常認為,凝膠強度越大的肉糜類制品其質構品質越好。由圖1可知,隨著阿拉斯加狹鱈魚糜添加比例的提高,復合物凝膠的凝膠強度呈顯著增加趨勢(p<0.05),當蝦糜與魚糜復配比例為1∶4時,混合魚糜的凝膠強度最大(416.01±4.96) g·cm,說明添加優質魚糜能夠顯著提高低質魚糜的凝膠特性(p<0.05)。在王冬妮等[23]的研究結果中,當羅非魚中添加海鱸魚的量達60%時,混合魚糜的凝膠特性最好;劉蕾等[24-25]將白姑魚與鰱魚魚糜混合后,其凝膠強度顯著增強,且改善了魚糜制品的色澤;袁莉莉等[26]研究了蝦肉和魚肉的混合比例對混合肉糜凝膠特性的影響,發現當魚糜的添加量為30%時,混合肉糜的凝膠特性顯著增強。

圖1 物料配比對凝膠強度的影響Fig.1 Effect of material ratio on gel strength注:不同字母表示兩組間具有 顯著差異(p<0.05)；圖2～圖3同。

2.2.2 蝦糜-魚糜復合凝膠的持水性能分析 不同配比的蝦糜-魚糜混合物料熱誘導凝膠的持水力結果如圖2所示。持水性是魚糜制品品質的一個重要指標,持水性越好,其內含水分越不易滲出,肉糜類制品的質量越好[27]。由圖2可以看出,復合凝膠的持水力隨著鱈魚糜復配比例的增加而呈顯著增加趨勢(p<0.05),當蝦糜與魚糜復配比例為1∶4時,混合魚糜的持水力達到最大值91.33%,而單純南極磷蝦糜的持水力只達42.31%,這與凝膠強度的變化一致,推測蝦糜中加入魚糜后,凝膠網絡的形成增加了大量的持水空間,導致持水力增大,當蝦糜比例高于30%時,復合物的凝膠強度較低,很難承受較強的壓力,持水力也在73%以下。可見,在復合物中起凝膠作用和持水力作用的主要是魚糜蛋白。

圖2 物料配比對持水力的影響Fig.2 Effect of material ratio on WHC

2.2.3 感官評價結果 從感官評價的結果來看(圖3),當蝦糜與魚糜的比例為3∶7時,感官評分最高,當蝦糜含量過高(50%)時,混合魚糜的凝膠性較差,然而當蝦糜含量過低(20%)時,所制的混合魚糜磷蝦味較淡,所以即使高比例的鱈魚糜(1∶4)能有效提高凝膠強度,但因磷蝦滋味和鮮味較淡,導致感官評分值與比例為3∶7時接近,又考慮到南極磷蝦具有較高含量的必需氨基酸,其添加比例越高,混合魚糜的營養價值就越高,故選擇3∶7為最佳的蝦糜與魚糜混合比例。

圖3 物料配比對感官評價的影響Fig.3 Effect of material ratio on sensory evaluation

2.3 蝦糜-魚糜復合凝膠差示掃描量熱分析

蝦糜-魚糜復合凝膠(3∶7)的熱相變溫度如表4所示。復合凝膠出現了兩個明顯的熱相變溫度峰(45.73、108.26 ℃),它們分別對應著肌球蛋白和肌動蛋白的變性[28]。

表4 蝦糜-魚糜復合凝膠的差示掃描量熱分析Table 4 DSC thermograms of complex gel of krill surimi and fish surimi

蝦糜-魚糜復合凝膠的熱相變溫度(45.73、108.26 ℃)與去殼南極磷蝦蝦肉(35.63、105.03 ℃)相比有所提升,尤其是與南極磷蝦糜(19.24、97.56 ℃)相比,顯著提升(p<0.05)。這可能是由于,在魚糜比例較高時,魚糜中的肌球蛋白和肌動蛋白活性補強了蝦糜在此方面的劣勢。進一步說明,蝦糜復配以具有良好凝膠能力的魚糜,能夠有效提高產品的凝膠性和熱加工性。

2.4 蝦糜-魚糜復合凝膠動態流變學分析

由圖4中2種凝膠儲能模量(G′)隨溫度的變化特征可以看出,2種凝膠的G′均呈現先降后升的曲線特點,但又有明顯差異。Yongsawatdigul等[29]認為,位于46 ℃的最低的G′是肌動球蛋白粘結和形成凝膠結構的起始點。G′在后期的上升,是肌動球蛋白交聯的表現,即彈性凝膠的生成過程[30]。圖4中復合凝膠的G′上升幅度比磷蝦糜凝膠的G′ 明顯要高,可以推測前者的凝膠形成能力更強。因此,由兩種凝膠儲能模量的變化特點可知,在與魚糜復配后,復合凝膠的彈性和質構特征得到了明顯提高。

圖4 兩種凝膠的儲能模量的變化特征Fig.4 Storage modulus changes of the two gels

2.5 外源添加劑對蝦糜-魚糜復合凝膠的影響

由圖5中不同外源添加劑及其各自添加量對復合凝膠的影響可知,在蝦糜-魚糜復合物(3∶7)具備一定凝膠性的基礎上,適量外源添加劑的加入,能夠不同程度地提升復合凝膠的凝膠強度[31]。其中,大豆分離蛋白和蛋清粉對復合凝膠凝膠強度的影響較為明顯,二者的作用原理類似,即通過與魚糜蛋白的交聯和填充,增強體系的質構特性[32-33]。隨著添加量的增加,二者對凝膠強度的提升作用逐漸增加,至添加量為15%時,提升幅度放緩,這時復配的復合凝膠強度達到最高,分別為550、530 g·cm左右,這可能是因為魚糜在蝦糜-魚糜復合物中所占比例有限,而蝦糜缺乏對質構性質的支持所致。綜合以上因素,單獨添加時,大豆分離蛋白、蛋清粉的添加比例應選擇為15%。

圖5 不同外源添加劑的蝦糜-魚糜復合凝膠的質構性質Fig.5 Textural properties of complex gel of krill surimi and fish surimi with different additives

木薯淀粉在添加量為5%～15%范圍內,凝膠強度明顯增加,這時由于木薯淀粉含有高含量的支鏈淀粉,和魚糜形成的凝膠具有很強的粘合性,使得魚糜的質構得到改善[34],然而,18%以上高含量淀粉類的加入,容易導致凝膠切面變得粗糙,因此,木薯淀粉在混合凝膠中的單獨添加比例應在15%～20%之間,考慮切面的感官效果,實際生產中建議選擇18%的木薯淀粉添加量。

復合凝膠的凝膠強度隨著TG酶添加量的增加而提高),即TG酶的添加能改進樣品的凝膠特性,其作用機制在于TG酶能促進蛋白分子之間的交聯,形成致密程度更高的空間網狀結構,從而提高蝦糜-魚糜復合凝膠的質構特性[35]。由圖5可知,0.4%的添加量可使凝膠強度達到最高,為(506±6.98) g·cm。推測隨著TG酶添加量的增多,蛋白之間的交聯可能更加致密,所以TG酶的單獨加入量選擇為0.4%。

3 結論

用等電點沉淀法制備的南極磷蝦糜蛋白含量較高,為81.01%,氟含量較低,為79.79 mg/kg,氨基酸組成優異,必需氨基酸含量達521.5 mg/g蛋白,是一種食用安全的新食品原料。確定的蝦糜與魚糜的最佳配比為3∶7,此復配比例條件下,相較于南極磷蝦糜,復合魚糜凝膠的熱相變溫度(45.73、108.26 ℃)與南極磷蝦糜(19.24、97.56 ℃)相比,顯著提升(p<0.05),儲能模量(G′)上升幅度增加,表明凝膠強度得到了明顯提升,可制得彈性良好,具有南極磷蝦風味的復合蝦糜制品。不同的功能性添加輔料,對復合蝦糜的作用機理不同,相比之下15%的大豆分離蛋白對復合凝膠質構的改進效果最明顯,其次是15%的蛋清粉,0.4%的TG酶和20%的木薯淀粉。綜上所述,低氟冷凍南極磷蝦蝦糜可以與魚糜蛋白通過科學復配,制得質構性能良好的調理食品,實現南極磷蝦蛋白資源的利用和南極磷蝦魚糜新產品的開發。