可溶性褐藻膳食纖維對低鹽魚糜制品物理特性的影響

梁雯雯,龔鈺橋,郭 建,汪秋寬,武 龍,何云海,叢海花,*

(1.大連海洋大學食品科學與工程學院,遼寧大連 116023;2.國家海藻加工技術研發分中心,遼寧大連 116023;3.遼寧水產品加工及綜合利用重點實驗室,遼寧大連 116023)

我國淡水魚資源非常豐富,2015年淡水魚總養殖量達3165.30萬噸,其中淡水鰱魚占422.60萬噸,位居第二[1],2016年淡水養殖魚類3179.26萬噸,鰱魚產量450.66萬噸[2]。魚糜制品是全球生產加工和消耗量最大的水產加工食品之一,將大量低值淡水魚資源開發成魚糜制品,能夠在增強保藏性、提高附加值的同時,進一步緩解海水魚原料資源逐年緊缺問題。傳統海水魚糜制品加工過程中,有加鹽擂潰的工藝(2%～3%)以促使鹽溶性蛋白溶出,但當前人們逐漸意識到減少加工食品中外源鹽分對人體健康的重要性,因此,尋求新工藝、新配方來確保低鹽魚糜制品感官品質和彈性是一個新的挑戰。

目前報道的方法主要包括更換魚糜原料、添加增強離子強度的小分子、改變輔料配方、使用新的加工工藝等。袁美蘭等[3]通過測定四種常見淡水魚肉鹽溶性蛋白的質構特性,發現鰱魚和鯉魚為加工魚糜最適原料,青魚和草魚稍差。用K+、Mg2+、Ca2+替代Na+,但會帶來一定的不良風味[4]。胱氨酸作為一種弱氧化劑可以最大化二硫鍵的形成，進而提高溶解度,L-賴氨酸與肌球蛋白之間特異性相互作用(與谷氨酰胺酰基殘基的ε-氨基酸基團和g-甲酰胺基團),破壞了肌球蛋白間的靜電作用,從而抑制了肌球蛋白纖絲的形成,提高溶解度[5]。Cando等[6]發現添加胱氨酸或賴氨酸的低鹽魚糜(0.3% NaCl)凝膠理化特性相當于常規含鹽量對照組;添加變性淀粉為輔料的鰱魚魚糜制品的凝膠特性有顯著提高,且持水力增強[7];葡萄糖酸鈉對魚糜制品凝膠特性也有顯著提高作用[8]。近年來，植物多糖成為魚糜制品輔料的新寵,Zeng等[9]研究發現，添加6%竹筍膳食纖維的魚丸經過170 ℃(50 s)及190 ℃(10 s)的深油炸加工后,脂肪含量相較于對照組顯著下降了7.8%。Juliana等[10]發現,將蘋果膳食纖維作為脂肪替代成分添加到雞肉餅中,雞肉餅的水分、蛋白質和灰分含量沒有影響,但脂質含量顯著降低。這些研究多集中在陸生植物原料的膳食纖維對魚糜制品的改善方面,成功進行工業化生產的包括魔芋多糖、卡拉膠、菊苣菊粉、瓜爾豆膠和黃原膠等[11-13],海洋來源膳食纖維對低鹽魚糜制品品質影響的研究較少。

我國褐藻類資源豐富,在褐藻精深加工過程中,可溶性褐藻膳食纖維(Soluble brown seaweed dietary fiber,SBF)作為主要副產物沒有得到充分利用。SBF相較于燕麥膳食纖維具有更強的清除體內自由基的能力,對體內重金屬Cd2+、Pb2+、Hg2+有很好的吸附效果,強化褐藻膳食纖維的功能性食品在歐美、日本等發達國家已經非常流行。SBF改善食品的營養和質地特性的同時,還可以制備低熱量產品,提高產品的附加值和營養性[14]。本文考察不同濃度SBF對低鹽鰱魚魚糜制品的蒸煮損失、凝膠持水力、質構特性(Texture profile analysis,TPA)及熱物理特性的影響,旨在研發一類富含褐藻膳食纖維的低鹽魚糜制品,提高淡水來源魚糜制品品質,進一步解決行業瓶頸問題,同時豐富褐藻資源的綜合加工利用。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

SBF 國家海藻研發分中心中試生產巖藻聚糖硫酸酯時[15],最后一步取上清液加入乙醇使溶液中乙醇濃度為20%,沉淀所得;鮮活鰱魚、雞蛋 大連市熟食品交易中心;淀粉 懷來隆晨食品有限公司;白糖 安琪酵母有限公司;食鹽 湖南鹽業股份有限公司。

HR/T20MM立式高速冷凍離心機 湖南赫西儀器裝備有限公司;DS-1高速組織搗碎機 上海標本模型廠制造;AL204電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;KD2 Pro熱特性分析儀 美國METER公司;TMS-Pro質構儀 FTC儀器有限公司;HH-6數顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司;YC-2型層析實驗冷柜 上海谷寧儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 魚糜制品的制備 參考Fatimah A.[16]的方法,取新鮮原料魚,去魚頭、魚鱗、內臟,采肉漂洗三次(先用清水漂洗兩次,再用鹽水漂洗一次,鹽水濃度0.15%,每次3 min),瀝干并冷卻至4 ℃后靜置60 min,絞肉(此過程分為兩個階段,一是空絞,將魚糜放入組織攪拌機中空絞10 min;二是混合絞,加入不同濃度(0%,0.25%,0.5%,0.75%,1%,1.25%,1.5%)的SBF及配料(淀粉30%、水20%、蛋清10%、白糖3%、鹽1%)繼續攪拌,時間為15 min,待熱處理。

1.2.2 魚糜制品的熱處理 參考朱玉安等[17]的方法,對魚糜進行二段加熱:將魚糜平鋪至食品級密封塑料盒內,避免氣泡的產生,置于40 ℃水浴鍋加熱15 min,然后在90 ℃水浴鍋加熱15 min后立即放入冰水混合物中冷卻10 min,取出用濾紙吸干樣品表面水分,冷卻后測熱物理特性,將產品切成大小一致的樣品(3×2×2 cm2,20±0.2 g),測凝膠持水力和進行質構特性分析。

1.3 指標的測定

1.3.1 蒸煮損失 參考Fatimah A.等[16]的方法,加熱前后樣品質量差與加熱前樣品質量之比為蒸煮損失。

1.3.2 凝膠持水力 參考涂曉琴[18]的方法,樣品用雙層濾紙包裹,放入100 mL離心管中,離心轉速8000 r/min,時間10 min,溫度4 ℃。取出離心后樣品稱重。離心后樣品重量與離心前樣品重量之比為凝膠持水力,結果為3次平行。

1.3.3 質構特性分析 參考張莉莉等[19]的方法,參數:圓柱形探頭(高度為1 cm);測試速度:60 mm/s;壓縮比:40%;下移位移為30 mm。結果為5次平行。

1.3.4 熱物性 使用熱物性分析儀,雙針型探頭,將探頭插入待測的樣品中心讀數,結果為3次平行。

1.4 數據分析

使用SPSS(19.0)軟件進行LSD多重比較法分析顯著性,EXCEL(office 2010)軟件作圖,小寫字母表示差異性顯著(p<0.05),大寫字母表示差異性極顯著(p<0.01)。

2 結果與分析

2.1 SBF對魚糜制品蒸煮損失的影響

SBF對低鹽鰱魚魚糜制品蒸煮損失的影響如圖1,隨著SBF濃度的增加,蒸煮損失顯著降低(p<0.05),這一結論與李來好[20]的研究結果相符。加熱蒸煮時,氫鍵的相互作用逐漸減弱,魚肉中水分不易被結合而損失,添加的SBF會結合一部分自由水,達到保持魚糜組織完整性的目的。SBF濃度為1.5%時,蒸煮損失為0.94%,這一結果與涂曉琴[18]研究比較,有顯著的優勢,大豆膳食纖維和改性大豆膳食纖維需要添加量到8%時蒸煮損失才能降低到2%以下;對比Fatimah A.等[16]對燕麥膳食纖維降低阿拉斯加鱈魚糜蒸煮損失的研究,在降低膳食纖維原料使用方面,也有明顯優勢。

圖1 SBF濃度對魚糜制品蒸煮損失率影響Fig.1 Effect of SBF concentration on cooking loss of surimi

2.2 SBF對魚糜制品凝膠持水力的影響

凝膠持水力表示的是產品可以保持水分多少的能力,也被稱為水合作用,不僅與產品風味密切相關,也影響產品的口感、顏色及其他指標[21]。如圖2，隨著SBF濃度的增大,除了添加量為0.25%組,低鹽鰱魚魚糜制品的凝膠持水能力相比空白組均顯著提高(p<0.05)。可以推斷出,在熱處理過程中,褐藻膳食纖維起到了一定的穩定蛋白的作用[22]。這一結果與Kim等[23]的研究結果相似,發現添加膳食纖維的牛肉糜凝膠持水力得到顯著提高,尤其對冷凍/解凍后的牛肉餅效果顯著,原因是SBF直接參與凍藏過程中冰晶的形成,影響冷凍食品內部冰晶體的形成,基于這個原因,SBF也常作為冷凍保護劑用于魚糜制品中。魚糜制品的持水力隨著SBF添加量的增大而顯著提高(p<0.05)(0.50%與0.75%相比不顯著),這應該與其內部網絡結構截留水的能力有關,也就是SBF的膨脹性。文獻報道SBF的膨脹力可達138 mL/g,持水率達6720%[24],明顯優于燕麥全谷可溶性膳食纖維[25](膨脹力可達1.8 mL/g,持水率達5.5 g/g)。

圖2 SBF濃度對魚糜制品凝膠持水力的影響Fig.2 Effect of SBF concentrationon water-holding capacity of surimi

2.3 SBF對魚糜制品質構特性的影響

質構儀對樣品檢測過程中,探頭第一次擠壓后,產品幾乎可以恢復到原有高度,這是粘彈性物質所具有的典型特征,有研究表明,多糖類物質對魚糜制品的品質有改善作用,如殼聚糖添加到魚糜中,產品的粘彈性、內聚性及膠粘性方面具有顯著的提高[26]。不同濃度SBF對魚糜制品TPA參數(硬度、粘附性、彈性、咀嚼性、膠黏性及內聚性)的影響結果如表1所示。隨著SBF濃度的增加,低鹽鰱魚魚糜制品的質構參數呈增大的趨勢,且不同SBF添加量的魚糜制品在硬度、彈性、咀嚼性和粘附性上表現出極顯著差異(p<0.01)。

表1 SBF濃度對魚糜制品質構特性的影響Table 1 Effects of SBF concentration on TPA of surimi

硬度是反映魚糜制品品質的重要指標之一,描述與食品變形或穿透產品所需的力有關的機械質地特性,是食品保持形狀的內部結合力,隨著SBF濃度的增加,硬度指標呈現極顯著增大(p<0.01)的趨勢。Kim等[23]發現當添加膳食纖維使產品硬度值>60 N時,消費者可接受度變低,當SBF添加量為1%時,產品的硬度>60 N,因此選擇SBF添加量要<1%。添加SBF的低鹽鰱魚魚糜凝膠具有良好的彈性,涂曉琴[18]發現隨著豆渣中可溶性膳食纖維含量的增加,魚糜凝膠的彈性輕微增大。SBF主要成分為α-L-古洛糖醛酸和β-D-甘露糖醛酸,是一種長鏈線型多糖,插入到魚肉蛋白質的三維立體結構中,與之結合形成多糖-蛋白質復合物,改變凝膠中由共價鍵和非共價鍵形成的網狀結構[26],加固其網絡結構,提高其穩定性,最終改善魚糜制品的彈性和咀嚼性;SBF具有梯度黏合作用,溶于水后形成具有黏性的溶液,可以使魚糜制品的粘附性得到顯著提高。另外,SBF具有吸濕性,可與大多數多價陽離子反應形成交聯,控制水分子的流動,加熱可得熱不可逆性的剛性結構,穩定性能好,對魚糜凝膠的內聚性有一定的改善作用。

2.4 SBF對魚糜制品熱物性的影響

當前隨著人們生活水平的不斷提高及調理食品行業的日益壯大,開發即食低鹽魚糜制品是目前企業增加產品附加值、降低流通成本的需求。即食產品在滅菌過程中,需要高溫熱處理。食品中熱量傳遞主要由熱擴散率、熱傳導率、熱阻、比熱容幾種參數決定,研究這四種熱物理參數是熱加工設計的要求。影響食品熱物性的主要因素有含水量、組分及溫度,大多數食品的熱物性的計算公式主要考察含水量和溫度的影響[27]。AbuDagga等[28]對太平洋鰭魚魚糜熱傳導率、比熱隨溫度變化規律進行了研究,熱擴散率在50～100 ℃范圍內值大于1.3×10-7m2/s;Belibagli等[29]以銀鱈魚和鯖魚魚糜為研究對象,發現魚糜制品成分的不同對熱擴散率有不同程度的影響,具有高淀粉含量的樣品的熱擴散率隨著溫度的升高而增加,目前尚無SBF與魚糜制品熱物理特性相關性的研究報道。

如表2所示,添加SBF對魚糜制品的各項熱物性均有一定程度的影響。其中,當SBF濃度達到0.25%時,與空白對照組相比,熱擴散率無顯著性差異(p>0.05),但SBF濃度為0.5%～1.5%時,與空白組有顯著性差異(p<0.05),且隨著添加量的增大,熱擴散率逐漸降低;SBF組熱阻率與空白組均有顯著性差異(p<0.05),且隨著添加量的增大,熱阻率逐漸降低;SBF組熱傳導率與空白組均有顯著性差異(p<0.05),且隨著添加量的增大,熱傳導率逐漸降低;從比熱上看,僅SBF濃度為1.5%時,與空白組有顯著性差異(p<0.05)。SBF填充鰱魚魚肉蛋白的空隙中,形成不同于原始魚糜凝膠結構的更加致密的三維網狀結構凝膠體,影響了各項熱物理指標。

表2 SBF濃度對魚糜制品熱物性的影響Table 2 Effects of SBF concentration on thermal physical properties of surimi

3 結論

本論文考察了不同濃度褐藻可溶性膳食纖維(0%～1.5%)對低鹽(1%)鰱魚魚糜制品物理特性的影響,結果表明,SBF可以有效地提高低鹽鰱魚魚糜制品的品質。綜合分析各項物理指標發現,隨著SBF濃度增加,蒸煮損失顯著下降(p<0.05),凝膠持水力逐漸升高,硬度、彈性、咀嚼性和粘附性極顯著增大(p<0.01),當SBF濃度<1%時,消費者對硬度的接受程度較好;同時考察了SBF濃度對魚糜制品熱物性參數的影響,為進一步開發即食魚糜制品以及高溫滅菌的傳熱過程中熱量衡算奠定基礎。

本研究中的低鹽(1%)相較于傳統的海水魚魚糜加工,對鰱魚魚肉蛋白凝膠的形成無優勢,但添加了SBF后,從宏觀產品質構特性來說達到了可接受程度。因此應進一步對SBF如何從微觀結構、分子層面等多尺度分析,如何改善低鹽鰱魚魚糜制品的凝膠特性,并與其他商業化膳食纖維進行比較。