壇紫菜與大豆蛋白共混凝膠的質(zhì)地研究

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(1.淮海工學(xué)院海洋生命與水產(chǎn)學(xué)院/江蘇省海洋生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇連云港 222005; 2.連云港五岳紫菜有限公司,江蘇連云港 222045)

紫菜是紅藻門(Rhodophyta)、紫菜屬(Porphyra)大型海藻的總稱,是最重要的經(jīng)濟(jì)藻類之一。壇紫菜(Porphyrahaitanensis)和條斑紫菜(Porphyrayezoensis)是我國(guó)兩大紫菜栽培種類。目前,市售壇紫菜幾乎皆為干制品,類型單一。而且,10～12 kg鮮紫菜干制后僅能得到1 kg干紫菜,其過(guò)程還會(huì)消耗大量熱能并產(chǎn)生下腳料。因此,開發(fā)干制品之外的壇紫菜加工品具有重要意義。

凝膠類食品,如素肉、豆腐、涼粉等,是深受我國(guó)人民喜愛的傳統(tǒng)食品,消費(fèi)市場(chǎng)巨大。目前,在鮮紫菜干制的基礎(chǔ)上開發(fā)紫菜魚素糕[1]、紫菜肉丸[2]、紫菜內(nèi)酯豆腐[3]及紫菜火腿腸[4]等凝膠類食品已有報(bào)道,但是以鮮紫菜為原料且摒棄干制工序以制備凝膠類食品的研究鮮有報(bào)道。蛋白質(zhì)和多糖在同一體系共存時(shí),兩者之間的熱力學(xué)不兼容而導(dǎo)致相分離,可以形成共混凝膠[5]。壇紫菜的非水成分主要是蛋白質(zhì)和多糖[6],理論上可用來(lái)制備共混凝膠。質(zhì)地是凝膠類食品的重要品質(zhì),但是本實(shí)驗(yàn)室前期研究表明,僅以鮮壇紫菜為原料制備的凝膠具有強(qiáng)度低和粘彈性弱的缺陷。大豆蛋白常被用作凝膠類食品的基料或添加物,但是尚無(wú)其與紫菜復(fù)合以制備共混凝膠的報(bào)道。因此,本文以鮮壇紫菜為原料,摒棄干制處理,將其與大豆分離蛋白復(fù)合,研究所制備共混凝膠的質(zhì)地,期望為利用壇紫菜開發(fā)凝膠食品提供新的技術(shù)和理論。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鮮壇紫菜(Porphyrahaitanensis) 連云港五岳紫菜有限公司;食品級(jí)纖維素酶(酶活力為10萬(wàn)U/g) 和氏璧生物科技有限公司;食品級(jí)谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶(酶活力為100萬(wàn)U/g) 河南千志商貿(mào)有限公司;食品級(jí)復(fù)合型尼龍腸衣膜(罐后直徑28 mm) 哈爾濱康源食品原料有限公司;食品級(jí)大豆分離蛋白(蛋白質(zhì)≥90%,以干基計(jì)) 臨沂山松生物制品有限公司;食品級(jí)磷脂 嘉吉投資(中國(guó))有限公司;食品級(jí)復(fù)合磷酸鹽 徐州海成食品添加劑有限公司;市售馬可波羅特級(jí)火腿腸 雙匯集團(tuán);金錢圓素雞 祖名豆制品股份有限公司。

PS100型平板式離心機(jī) 張家港市樂(lè)余潤(rùn)捷機(jī)械廠;MTK 662型斬拌機(jī) 馬多(北京)機(jī)械制造有限公司;CMD2000/4高剪切研磨分散機(jī) 切可(上海)機(jī)械設(shè)備有限公司;DDQ-A20D1攪拌機(jī) 廣東小熊電器有限公司;TMS-Pro質(zhì)構(gòu)儀 美國(guó)FTC機(jī)械設(shè)備有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 共混凝膠的制備 連云港五岳紫菜有限公司將收割后的鮮壇紫菜運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室后,分揀以除去雜藻及其他雜物,然后用平板式離心機(jī)脫水后置-20 ℃下保存?zhèn)溆?。將凍結(jié)的紫菜解凍至-5～0 ℃后用斬拌機(jī)斬拌,按1∶1(紫菜∶水)的質(zhì)量比加水后，用高剪切研磨分散機(jī)進(jìn)行濕法超微粉碎處理,獲得紫菜勻漿液。將紫菜勻漿液與大豆分離蛋白及其他配料混合后進(jìn)行配制處理,處理后的物料進(jìn)行灌腸、加熱、冷卻處理,獲得共混凝膠,基本技術(shù)路線見圖1。

圖1 制備共混凝膠的基本技術(shù)路線Fig.1 Basic technical route for preparing mixed gel

1.2.2 壇紫菜含量對(duì)凝膠質(zhì)地品質(zhì)的影響 按表1實(shí)驗(yàn)配方對(duì)紫菜勻漿液、水、磷脂和大豆分離蛋白進(jìn)行配制處理,從而研究壇紫菜含量對(duì)凝膠質(zhì)地品質(zhì)的影響。將配制所需的各成分混勻后進(jìn)行如圖1所示的后續(xù)處理,制得共混凝膠。用質(zhì)構(gòu)儀分析共混凝膠的質(zhì)地品質(zhì)。

表1 實(shí)驗(yàn)配方Table 1 Formulas of experiments

1.2.3 酶和復(fù)合磷酸鹽對(duì)凝膠質(zhì)地品質(zhì)的影響 以表1中配方3的各成分的總質(zhì)量為基準(zhǔn),分別加入0.26%的纖維素酶、0.21%的谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶和0.21%的復(fù)合磷酸鹽制成共混凝膠,用質(zhì)構(gòu)儀分析凝膠的質(zhì)地品質(zhì),研究酶和復(fù)合磷酸鹽對(duì)凝膠質(zhì)地品質(zhì)的影響。配制時(shí),將各成分混勻后置45 ℃下反應(yīng)30 min,然后進(jìn)行圖1所示的灌腸等后續(xù)處理。

1.2.4 共混凝膠與市售凝膠食品的質(zhì)地品質(zhì)差異 利用1.2.3中所述的配方3,以及該配方中加入纖維素酶的配方分別制備共混凝膠,然后將他們與某市售火腿腸和某市售素雞產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)地品質(zhì)比較,研究共混凝膠與市售凝膠食品的質(zhì)地品質(zhì)差異。用質(zhì)構(gòu)儀分析試樣的質(zhì)地品質(zhì)。市售火腿腸和市售素雞用模具取直徑28 mm和高度20 mm的試樣后進(jìn)行分析。

1.2.5 凝膠的質(zhì)地品質(zhì)分析 用質(zhì)構(gòu)儀對(duì)樣品進(jìn)行質(zhì)地剖面分析(texture profile analysis,TPA)實(shí)驗(yàn)和剪切實(shí)驗(yàn),評(píng)價(jià)凝膠的質(zhì)地品質(zhì)。

1.2.5.1 TPA實(shí)驗(yàn) 由腸衣膜規(guī)格可知,通過(guò)灌腸所制備的樣品直徑為28 mm。美國(guó)分析化學(xué)家協(xié)會(huì)推薦采用類似1英寸(25.4 mm)規(guī)格的探頭對(duì)凝膠類甜品進(jìn)行TPA測(cè)試[7],因此,本文采用直徑25.4 mm的圓柱型探頭。參考Pons等[8]和姜松等[9]的報(bào)道,試樣高度設(shè)置為20 mm,壓縮變形量設(shè)置為70%。其他測(cè)試參數(shù):觸發(fā)力1 N,測(cè)定速度36 mm/min,回程速度36 mm/min,兩次壓縮(回程循環(huán))的時(shí)間間隔1 s。

TPA參數(shù)定義:硬度(Hardness)指第1次壓縮/回程過(guò)程中負(fù)載力的峰值;粘聚性(cohesiveness)指第2次壓縮與第1次壓縮的輸入功(負(fù)載力對(duì)位移的積分面積)比值;彈性(Springiness)指第2次壓縮過(guò)程中從觸發(fā)樣品壓縮到壓縮結(jié)束的位移;膠著性(Gumminess)指“硬度×粘聚性”;咀嚼性(Chewiness)指“硬度×粘聚性×彈性”。Cui等[10]對(duì)草本凝膠的研究表明,儀器的硬度、彈性和咀嚼性參數(shù)和感官的硬度、彈性和咀嚼性均具有顯著(p<0.05)相關(guān)性,因此本文選用儀器的硬度、彈性和咀嚼性參數(shù)作為指標(biāo)。

1.2.5.2 剪切實(shí)驗(yàn) 探頭:Warner-Bratzler剪切探頭(CW-1型,61 °剪切角)。測(cè)試參數(shù):觸發(fā)力3N,測(cè)試速度48 mm/min,最大距離40 mm。最大剪切硬度值(N)定義為剪切過(guò)程中負(fù)載力的峰值。

2 結(jié)果與分析

2.1 壇紫菜含量對(duì)凝膠質(zhì)地品質(zhì)的影響

由表2可知,在硬度和咀嚼性方面,樣品3均顯著(p<0.05)高于其他樣品;在彈性方面,樣品3顯著(p<0.05)低于樣品2,和樣品1無(wú)顯著性(p>0.05)差別,但是顯著(p<0.05)高于其他樣品。

表2 樣品的TPA測(cè)試指標(biāo)Table 2 Indicators of TPA test of samples

質(zhì)地品質(zhì)是評(píng)價(jià)凝膠類食品的重要指標(biāo),基于質(zhì)構(gòu)儀的TPA是一種快速、可定量的分析技術(shù),被廣泛應(yīng)用于凝膠質(zhì)構(gòu)特性分析[7-15]。由表1可知,樣品1依次至樣品7,配方中紫菜勻漿液含量依次增加,而水分含量依次減少。因此,表2的結(jié)果說(shuō)明共混凝膠中的紫菜含量過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致硬度、彈性、咀嚼性均變差。但是,紫菜含量也不宜過(guò)低,只有合適的紫菜含量才能改善共混凝膠的硬度、彈性和咀嚼性。比較樣品2和樣品3的質(zhì)地指標(biāo)可知,當(dāng)配方中紫菜勻漿液含量從樣品2的34%(即17%的壇紫菜,指離心脫水后的壇紫菜)增加到樣品3的40%(即20%的壇紫菜,指離心脫水后的壇紫菜)時(shí),硬度和咀嚼性均顯著(p<0.05)提高,而彈性顯著(p<0.05)降低。感官質(zhì)地屬性中,硬度指使樣品獲得一定形變所需的力;彈性指形變力移除后,變形樣品回復(fù)到形變前狀態(tài)的程度;咀嚼性指咀嚼固體樣品至可吞咽狀態(tài)所需的能力[16]。 Meullenet等[17]對(duì)食品的感官評(píng)價(jià)研究表明,硬度和彈性負(fù)相關(guān),和咀嚼性正相關(guān)。由表2可知,樣品2和樣品3的儀器TPA參數(shù)硬度、彈性和咀嚼性具有類似的變化趨勢(shì),因此一定條件下樣品的TPA參數(shù)可以反映其感官品質(zhì),這與Cui等[10]的研究結(jié)果一致。樣品中的主要成分是多糖、蛋白質(zhì)和水,微量的磷脂可以起到乳化劑的作用。蛋白質(zhì)和多糖共存時(shí),大分子上的部分基團(tuán)可以相互連接,賦予聚合物一些獨(dú)特的性質(zhì),如增強(qiáng)其乳化性、凝膠性等[18]。食品工業(yè)中,常用多糖和蛋白質(zhì)的共混體系提高產(chǎn)品的質(zhì)地品質(zhì)[19-20]。表2的研究結(jié)果表明,配方3的共混體系可以提高產(chǎn)品質(zhì)地;樣品3的質(zhì)地品質(zhì)最好,其配方中含有40%的紫菜勻漿液(即20%的壇紫菜,指離心脫水后的壇紫菜)和34%的大豆分離蛋白。

多糖和蛋白質(zhì)共混凝膠類型主要包括互穿型、連接型和相分離型:互穿型結(jié)構(gòu)中兩組分分別形成獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),兩種凝膠網(wǎng)絡(luò)都是連續(xù)的,相互作用僅是拓?fù)渥饔?連接型凝膠形成前高分子間直接連接,增效相互作用;相分離凝膠由不相容的高分子形成,相分離過(guò)程和凝膠過(guò)程一般發(fā)生競(jìng)爭(zhēng),導(dǎo)致體系的復(fù)雜性增加[5]。因此,樣品3的共混凝膠類型值得深入研究。多數(shù)凝膠多糖在溶液中帶負(fù)電荷,而蛋白質(zhì)呈兩性,所以兩者發(fā)生交互作用時(shí)以靜電作用為主,疏水和氫鍵的作用次之[21]。凝膠網(wǎng)絡(luò)越致密、越均勻,網(wǎng)絡(luò)支架大小越均一,則凝膠強(qiáng)度越大[21]。因此,酸堿度和離子強(qiáng)度對(duì)樣品凝膠強(qiáng)度的影響也值得深入研究。

由圖2可知,樣品3的最大剪切硬度值顯著(p<0.05)高于其他樣品,這與表2中樣品3的硬度和咀嚼性的情況一致。因此,剪切實(shí)驗(yàn)的最大剪切硬度值和TPA實(shí)驗(yàn)的硬度、咀嚼性均具有正相關(guān),這與Caine等[22]的研究結(jié)果一致。Warner-Bratzler剪切實(shí)驗(yàn)已成為評(píng)價(jià)肉及肉制品的硬度(嫩度)的常用客觀評(píng)價(jià)方法[22]。圖2的最大剪切硬度值指示樣品被切斷過(guò)程所受的最大力,能夠反映樣品的硬度或嫩度[22]。因此,以最大剪切硬度值為指標(biāo),樣品3的質(zhì)地品質(zhì)最好,這與表2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。

圖2 樣品的剪切測(cè)試指標(biāo)Fig.2 Indicators of shear test of samples注:不同字母表示具有顯著性差異(p<0.05)。樣品1,2,3,4,5,6分別為用表1中配方1,2,3,4,5,6制備的樣品。

2.2 酶和復(fù)合磷酸鹽對(duì)凝膠質(zhì)地品質(zhì)的影響

由表3可知,在硬度和彈性方面,樣品A顯著(p<0.05)高于對(duì)照,而樣品B和樣品C均和對(duì)照無(wú)顯著性(p>0.05)差異;在咀嚼性方面,樣品A顯著(p<0.05)高于對(duì)照,而樣品B和樣品C均顯著(p<0.05)低于對(duì)照。

紫菜細(xì)胞壁的主要成分是多糖,紫菜蛋白質(zhì)是胞內(nèi)蛋白質(zhì)。利用纖維素酶水解紫菜細(xì)胞壁可顯著提高紫菜蛋白的提取率[23]。表3的結(jié)果表明,添加纖維素酶的樣品A的硬度、彈性和咀嚼性均高于對(duì)照,表明纖維素酶通過(guò)分解紫菜細(xì)胞壁,使體系的大分子多糖降解并釋放胞內(nèi)蛋白質(zhì),這種作用有助于樣品質(zhì)地品質(zhì)的提高,原因可能在于該作用可強(qiáng)化凝膠形成過(guò)程中多糖和蛋白質(zhì)分子的相互作用,使凝膠體形成更致密、更均勻的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。此外,大分子多糖降解可產(chǎn)生水溶性更強(qiáng)的小分子產(chǎn)物,促進(jìn)其與體系中水分子以及大分子的極性基團(tuán)的相互作用,也有助于凝膠質(zhì)地品質(zhì)的提高。

表3 酶和復(fù)合磷酸鹽對(duì)樣品TPA質(zhì)地指標(biāo)的影響Table 3 Effects of enzymes and compound phosphates on the indicators of TPA test

谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶是一種催化?；D(zhuǎn)移反應(yīng)的轉(zhuǎn)移酶,它能使蛋白質(zhì)之間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),形成ε-(γ-谷氨酰)賴氨酸鍵而改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能性[24]。表3的結(jié)果表明,谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的作用不能夠提高樣品的質(zhì)地品質(zhì),原因在于谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶不能夠有效催化反應(yīng)體系中各分子間發(fā)生?；D(zhuǎn)移反應(yīng),不能夠使凝膠體形成更致密、更均勻的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。表3的結(jié)果表明,加入復(fù)合磷酸鹽也不能夠提高樣品的質(zhì)地品質(zhì)。在肉制品加工過(guò)程中使用堿性的磷酸鹽能夠使pH偏離肌肉蛋白的等電點(diǎn),還能夠增加離子強(qiáng)度,有利于肌原纖維蛋白溶出,增強(qiáng)其與水形成膠體的作用,從而在加熱過(guò)程中使溶出的蛋白質(zhì)迅速凝固,形成特殊的、能夠束縛水的三維格網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[25]。因此,復(fù)合磷酸鹽常被應(yīng)用于肉制品的加工以提升肌肉保水能力,改善肉制品的凝膠質(zhì)地。對(duì)照樣品主要包含大豆分離蛋白、紫菜蛋白等植物蛋白,還包括少量的紫菜多糖和乳化劑磷脂,其成分復(fù)雜,且所包含的蛋白質(zhì)在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上均不同于肌肉蛋白。因此,實(shí)驗(yàn)條件下加入復(fù)合磷酸鹽不能夠提高樣品的質(zhì)地品質(zhì),這不同其在肉制品中的應(yīng)用效果。

由圖3可知,在最大剪切硬度值方面,樣品A顯著(p<0.05)高于其他樣品,而樣品B和樣品C均和對(duì)照無(wú)顯著性(p>0.05)差異。圖3中樣品最大剪切硬度值的變化和表3中樣品硬度和彈性變化情況一致,同樣表明纖維素酶的作用有助于樣品質(zhì)地品質(zhì)的顯著(p<0.05)提高,而谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶和復(fù)合磷酸鹽的作用均不能夠提高樣品的質(zhì)地品質(zhì)。

圖3 酶和復(fù)合磷酸鹽對(duì)樣品剪切質(zhì)地指標(biāo)的影響Fig.3 Effects of enzymes and compound phosphates on the indicators of shear test注:標(biāo)有不同字母的結(jié)果具有顯著性差異(p<0.05)。對(duì)照為用表1中配方3制備的樣品。樣品A、B、C分別為對(duì)照中添加纖維素酶、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶、復(fù)合磷酸鹽制備的樣品。

2.3 共混凝膠與市售凝膠食品的質(zhì)地品質(zhì)比較

由表4可知,在硬度和彈性方面,火腿腸顯著(p<0.05)高于對(duì)照1,而和對(duì)照2無(wú)顯著性(p>0.05)差異;在咀嚼性方面,火腿腸顯著(p<0.05)低于對(duì)照1,也顯著(p<0.05)低于對(duì)照2;素雞在硬度、彈性和咀嚼性三方面均顯著(p<0.05)高于對(duì)照1,也顯著(p<0.05)高于對(duì)照2。

表4 共混凝膠與市售凝膠食品的TPA質(zhì)地指標(biāo)差異Table 4 The TPA indicator differences between mixed gels and commercial gel foods

在食品質(zhì)地的儀器評(píng)價(jià)中應(yīng)選擇參考樣品,參考樣品應(yīng)被人們近期所熟知,具有廣泛性[26]?；鹜饶c是深受消費(fèi)者喜愛的肉類凝膠食品,可被用作評(píng)價(jià)食品硬度(嫩度)的標(biāo)準(zhǔn)參考樣[26];素雞是我國(guó)的傳統(tǒng)豆制凝膠食品,為大眾所熟知。本文研究壇紫菜與大豆分離蛋白共混凝膠的質(zhì)地,旨在為將來(lái)開發(fā)凝膠食品提供基礎(chǔ),因此本文選擇市售火腿腸和素雞產(chǎn)品作為對(duì)照樣品,探討它們之間的質(zhì)地差異。表4的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,用表1中配方3制備的共混凝膠在硬度和彈性方面低于火腿腸,但是咀嚼性更高;添加纖維素酶制備的共混凝膠在硬度和彈性上和火腿腸相當(dāng),且咀嚼性更高。市售素雞產(chǎn)品的硬度、彈性和咀嚼性均顯著地(p<0.05)高于本研究制備的共混凝膠和市售火腿腸,原因可能在于制備工藝上存在較大差別。表4的結(jié)果表明,本研究制備的共混凝膠制備技術(shù)具有商業(yè)化的潛力,以其為基礎(chǔ)可以開發(fā)紫菜/蛋白凝膠食品,但是其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和風(fēng)味豐富尚需深入研究。

3 結(jié)論

本文研究了壇紫菜與大豆蛋白共混凝膠的質(zhì)地。結(jié)果表明,當(dāng)配方中壇紫菜含量從17%增加20%時(shí),共混凝膠的硬度、咀嚼性和最大剪切硬度值均顯著(p<0.05)提高,而彈性顯著(p<0.05)降低。當(dāng)配方中含有20%的壇紫菜和34%的大豆分離蛋白時(shí),所制備的共混凝膠在硬度、咀嚼性和最大剪切硬度值方面最優(yōu)。利用該配方制備的共混凝膠在硬度和彈性上低于某市售火腿腸,但是咀嚼性更高;在該配方中應(yīng)用0.26%的纖維素酶可顯著(p<0.05)提高共混凝膠的硬度、彈性、咀嚼性和最大剪切硬度值,使其在硬度和彈性上和該市售火腿腸相當(dāng),且咀嚼性更高。研究結(jié)果對(duì)利用壇紫菜開發(fā)凝膠類食品具有重要指導(dǎo)價(jià)值。