竹筍膳食纖維對豬肉鹽溶性蛋白熱誘導凝膠特性的影響

李 可，劉俊雅，扶 磊，趙穎穎，張艷艷，張 華，趙電波，白艷紅,*

（1.鄭州輕工業大學食品與生物工程學院，河南 鄭州 450001；2.食品生產與安全河南省協同創新中心，河南 鄭州 450001；3.河南省冷鏈食品質量安全控制重點實驗室，河南 鄭州 450001）

隨著健康食品的發展，低溫肉制品加工的核心目的是生產更加營養、低鹽和低脂的產品[1]。其中，低溫凝膠乳化型肉糜制品是消費者最喜愛的肉制品之一，為提高該類產品的品質同時降低能量和脂肪含量，通常采用熱量較低的植物油或水取代動物脂肪，然后添加非肉成分如膳食纖維、大豆分離蛋白、卡拉膠和魔芋粉減少肉品中的脂肪含量[2-5]。膳食纖維有預防糖尿病、肥胖癥和高血壓等疾病的作用[6]。此外，膳食纖維可以作為增稠劑提高產品的凝膠強度和質構特性，常作為功能型成分被用于肉制品，以改善其持水能力和降低熱量[7]。Choe等[8]將豬皮和小麥纖維混合物20%作為脂肪替代物加入到法蘭克福香腸中，結果發現，加入豬皮與小麥纖維混合物的香腸含有較低的熱量、較好的保水性和較高的蛋白質含量，硬度、凝聚性、黏性和咀嚼性均得到顯著提高。Zhuang Xinbo等[9]將甘蔗膳食纖維按比例（0%、1%、2%、3%）和豬背膘10%、預乳化芝麻油10%加入到肉糜產品中，結果表明，甘蔗膳食纖維的添加可以顯著提高產品的硬度、黏性、咀嚼性、流變學特性，顯著降低肉糜制品中的膽固醇和脂肪含量，并且增強了肉糜保油保水的能力，當甘蔗膳食纖維添加量為2%時整體可接受度最高。竹筍富含膳食纖維，是良好的膳食纖維來源。張華等[10]研究發現竹筍膳食纖維的持水性、持油性、膨脹性以及對亞硝酸根和膽固醇的吸附能力遠高于大豆膳食纖維和米糠膳食纖維。將竹筍膳食纖維添加到面粉和冷凍面團中，結果發現，適量的竹筍膳食纖維能夠顯著提高面團的穩定時間和黏彈性，增強面團持水能力，并且使淀粉顆粒與面筋網絡排列更加細膩，有效改善面團品質[10-12]。有研究[13-14]分別以高酯果膠和草莓果醬為原料向其中加入不同比例的竹筍膳食纖維所得的復配體系的流變及凝膠質構特性，結果發現，竹筍膳食纖維的添加能夠增加體系的黏彈性和咀嚼性，加強果醬體系的固體特征并提高穩定性。然而，竹筍膳食纖維在低溫肉制品中的應用研究還鮮有報道。

肌肉蛋白質的凝膠特性是肉品加工過程中發生的一種最重要的物理化學特性。肌肉蛋白凝膠是提取出來（可溶）的蛋白質分子解聚后交聯而形成的集聚體。當集聚體達到了一定程度，就形成了連續的三維網絡結構。鹽溶性蛋白約占總肌肉蛋白質的60%，可通過熱加工形成凝膠，對加工或重組肉制品的脂肪和水的穩定性以及肉片的凝聚性起主要作用[15]。Choi等[15]在豬肉鹽溶性蛋白中添加不同量的米糠纖維（0%、0.1%、0.5%、1%、2%），結果發現，米糠纖維能夠改善凝膠體系的保水性，然而凝膠體系的硬度、彈性、凝聚性、黏性、咀嚼性則隨著米糠纖維的增加而降低。而Zhuang Xinbo等[1]研究了甘蔗膳食纖維（0%、1%、2%、3%）對肌原纖維蛋白凝膠保水性的影響，結果發現，甘蔗膳食纖維同時改善凝膠體系的凝膠強度和保水性。Zhuang Xinbo等[16]研究發現甘蔗膳食纖維的添加可以顯著增加凝膠體系的硬度、黏性和咀嚼性。這些研究結果表明，不同種類的膳食纖維對肌肉蛋白質的凝膠特性和保水性的影響不同。竹筍膳食纖維與豬肉鹽溶性蛋白的交互作用并不清楚，目前鮮見有相關的研究報道。

因此，本研究探討不同添加量的竹筍膳食纖維對豬肉鹽溶性蛋白凝膠體系的凝膠強度、流變學特性、保水性、水分分布和微觀結構的影響，為開展竹筍膳食纖維在肉制品加工中的應用，提高低溫凝膠乳化型肉制品的品質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

竹筍膳食纖維原料 浙江耕盛堂生態農業有限公司；豬里脊肉 鄭州丹尼斯超市。

牛血清蛋白（bull serum albumin，BSA） 北京索萊寶科技有限公司；NaCl、焦磷酸鈉（Na4P2O7）、六偏磷酸鈉（(NaPO3)6）、多聚磷酸鈉（Na5P3O10）（均為分析純） 天津市風船化學試劑科技有限公司。

1.2 儀器與設備

Discovery流變儀 美國TA儀器公司；NM120低場核磁共振成像分析儀 上海紐邁電子科技有限公司；JSM-6490LV掃描電鏡 日本JEOL公司；TA-XT plus質構儀 英國Stable Micro System公司；SZ-22A絞肉機廣州旭眾食品機械有限公司；HH-42水浴鍋 常州國華電器有限公司；XHF-D高速分散器（內切式勻漿機）寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 竹筍膳食纖維的制備

竹筍膳食纖維的制備參照張華等[10]的方法，將竹筍膳食纖維真空冷凍干燥24 h后超微粉碎，然后過100 目篩備用。

1.3.2 豬肉鹽溶性蛋白的提取

鹽溶性蛋白的提取方法參考Sun Jingxin[17]和栗俊廣[18]等的方法，并進行適當修改。將豬里脊肉于0～4 ℃解凍12 h，然后用絞肉機絞碎，加入4 倍質量的提取液（含0.6 mol/L NaCl、1 g/L焦磷酸鈉、1.75 g/L多聚磷酸鈉和0.75 g/L六偏磷酸鈉），用勻漿機每次勻漿30 s，勻漿3 次，再加入HCl或NaOH溶液調節溶液pH值至6.5。將溶液于4 ℃靜置24 h，用離心機于4 ℃、10 000×g離心5 min，再過20 目濾網得上清液，加入5 倍上清液體積的去離子水，靜置2 h，離心取沉淀，即得鹽溶性蛋白。

鹽溶性蛋白質含量的測定參考Daum-Thunberg等[19]的方法并稍加修改。以BSA作為標準蛋白。蛋白質標準曲線的回歸方程為y=0.250 8x＋0.003 2，R2=0.999 7。

1.3.3 凝膠的制備

在鹽溶性蛋白溶液中加入適量的提取液（含0.6 mol/L NaCl、1 g/L焦磷酸鈉、1.75 g/L多聚磷酸鈉和0.75 g/L六偏磷酸鈉），使蛋白質量濃度調節至40 mg/mL，再分別添加不同比例的竹筍膳食纖維（0%、1%、2%、3%和4%），使用均質機1 000 r/min均質30 s使樣品混勻。處理組T0表示竹筍膳食纖維添加量為0%；T1表示竹筍膳食纖維添加量為1%；T2表示竹筍膳食纖維添加量為2%；T3表示竹筍膳食纖維添加量為3%；T4表示竹筍膳食纖維添加量為4%。

取8 g混勻后的蛋白溶液裝入10 mL離心管中，用于測定離心損失。離心管密封，并在低速下（500×g）離心5 min，以除去樣品中的空氣。再另外取8 g混勻后的蛋白溶液裝入5 mL小燒杯中，用于測定蒸煮損失和凝膠強度。將裝有蛋白溶液的離心管和小燒杯放在80 ℃的恒溫水浴鍋中水浴30 min，然后迅速從水浴鍋中取出放入冰屑中冷卻，再放入4 ℃冰箱備用。所有樣品測試前需在室溫下放置30 min。

1.3.4 凝膠保水性分析

1.3.4.1 蒸煮損失

將凝膠從4 ℃冰箱取出，室溫放置30 min，用吸水紙除去多余水分，記錄5 mL燒杯和蒸煮前后樣品的質量。每個處理進行6 個重復。計算公式如下：

式中：m0為5 mL燒杯的質量/g；m1為蒸煮前樣品質量/g；m2為蒸煮后樣品和5 mL燒杯的總質量/g。

1.3.4.2 離心損失

將制備好的凝膠在4 ℃、10 000 r/min離心10 min，用吸水紙除去多余水分，記錄離心前后離心管和樣品的質量。每個處理有6 個重復。計算公式如下：

式中：m0為離心管的質量/g；m1為離心前樣品和離心管總質量/g；m2為離心后樣品和離心管的總質量/g。

1.3.5 凝膠強度的測定

參考Chen Xing等[20]的方法并加以修改，采用質構儀的凝膠強度測試程序，使用P0.5探頭進行測定。測試前速率2 mm/s，測試速率1 mm/s，測試后速率1 mm/s，下壓距離4 mm，觸發力5 g。測定后用軟件（TA-XT Express）處理得到一條曲線，第1個峰頂點為樣品破裂點，定義為樣品的凝膠強度/g。

1.3.6 動態流變特性分析

參考Kang Zhuangli等[21]的方法測定樣品的動態流變特性。采用40 mm平板夾具，用硅油密封，防止水分蒸發。上下板間隙為0.5 mm，應變為0.5%。測定方法為：25 ℃保溫10 min，升溫過程為25～80 ℃線性升溫，升溫速率1 ℃/min。加熱過程是在振蕩模式和一個固定頻率0.1 Hz的條件下對樣品進行連續剪切。測定指標為流變儲能模量（G’）、損耗模量（G”）。

1.3.7 低場核磁共振分析

參考Han Minyi等[22]的方法并稍加改動。稱取質量約1.5 g的凝膠樣品放入直徑15 mm的核磁管中，進行低場核磁共振測定。測量溫度為32 ℃，質子共振頻率為18 MHz，采樣頻率為100 kHz，半回波時間τ值（90°脈沖和180°脈沖之間的時間）為250 μs，重復掃描8 次，重復間隔時間110 ms，掃描12 000 個回波，自旋-自旋弛豫時間T2用CPMG序列測量，得到的圖為指數衰減圖形，每個樣品測定6 個重復，結果取平均值。

1.3.8 掃描電鏡觀察

參考Han Minyi等[22]的方法并稍作改動。將凝膠樣品切成1 mm×1 mm×1 mm的小塊，放入體積分數2.5%的戊二醛溶液中4 ℃固定過夜，使用磷酸緩沖液（0.1 mol/L、pH 7.0）漂洗3 次，每次15 min。接著使用體積分數為50%、70%、90%的乙醇溶液各脫水15 min，最后用100%乙醇脫水3 次，每次10 min。冷凍干燥后噴10 nm厚的金鍍膜，在2 000 倍掃描電鏡下觀察并拍照。加速電壓為20 kV。

1.4 數據分析

實驗重復3 次。采用軟件Origin 8.5作圖，用軟件SPSS v.21.0進行統計分析，使用單因素方差分析（ANOVA）對數據進行分析，采用Duncan’s方法進行多重比較，P＜0.05，差異顯著。

2 結果與分析

2.1 凝膠強度和保水性測定結果

表1 不同竹筍膳食纖維添加量的豬肉鹽溶蛋白的凝膠強度和保水性Table 1 Gel strength and water-holding capacity of porcine salt-soluble protein with various amounts of added BSDF

由表1可知，竹筍膳食纖維顯著影響凝膠體系的凝膠強度（P＜0.05）。隨著竹筍膳食纖維添加量的增加，凝膠強度呈現先顯著增加后降低的趨勢（P＜0.05）。當竹筍膳食纖維添加量為3%時，凝膠強度達到最大。Zhuang Xinbo等[1]研究發現了類似結果，甘蔗膳食纖維可以有效增強肌原纖維蛋白的凝膠強度。這可能是因為膳食纖維中含有大量親水性的多聚糖成分[23]，在加熱過程中可以有效地與水結合，使鹽溶性蛋白的巰基含量、Ca2＋-ATPase等活性基團數目增加，導致蛋白質分子間相互作用力發生變化，促進了蛋白質-蛋白質之間發生交聯反應，從而形成更穩定的三維網絡結構，凝膠體系的凝膠強度增強[24]。然而過量地添加膳食纖維，會導致蛋白質-多糖之間過度聚集，鹽溶性蛋白的疏水基團暴露，從而破壞了蛋白基質，導致蛋白的凝膠形成能力下降，凝膠強度降低[25-26]。

與未添加竹筍膳食纖維相比（表1），竹筍膳食纖維可以顯著降低凝膠體系的蒸煮損失和離心損失（P＜0.05），并且隨著竹筍膳食纖維添加量的增加，凝膠體系的蒸煮損失和離心損失均呈現顯著下降趨勢，說明竹筍膳食纖維具有良好的持水力，可以有效地截留水分于凝膠網絡體系中，從而改善凝膠體系的保水性。Choi等[15]將米糠纖維按比例（0.1%、0.5%、1%、2%）加入到豬肉鹽溶性蛋白中，結果顯示，凝膠體系的保水性呈現先顯著增加后保持不變的趨勢，當米糠纖維添加量為1%時達到最大值。這可能是由于添加的膳食纖維種類不同。

2.2 動態流變學特性測定結果

不同添加量的竹筍膳食纖維對豬肉鹽溶性蛋白加熱過程中G’的影響結果如圖1A所示。所有實驗組都有類似的升溫曲線，主要包含4 個溫度范圍：25～38、38～48、48～56、56～80 ℃。其中，在25～38 ℃區間，G’基本保持不變，隨著溫度從38 ℃升高到48 ℃，G’急劇增加，這是凝膠網絡形成的初始階段，此時肌球蛋白頭部通過二聚作用開始交聯，形成彈性或蛋白質網絡結構[27]。第3階段是溫度從48 ℃升高到56 ℃，G’逐漸下降，這是因為熱效應致使肌球蛋白尾部變性，導致蛋白質分子發生重組，之前低溫下形成的蛋白質網絡結構可能遭到破壞[28-29]。最后，在第4階段中，溫度升高到80 ℃，G’迅速增加，此時鹽溶性蛋白由黏性溶膠轉變成一個彈性凝膠網絡[30]。

在加熱過程中，添加竹筍膳食纖維的處理組（T1、T2、T3、T4）的G’值都明顯高于空白對照組T0，并且隨著竹筍膳食纖維添加量的增加，凝膠體系的G’明顯增大。竹筍膳食纖維添加到鹽溶性蛋白體系中，作為增稠劑和填充劑，吸收了鹽溶性蛋白體系中的水分，并且隨著溫度的升高，蛋白質分子展開，蛋白質-蛋白質之間作用力增強，使得鹽溶蛋白聚集或交聯形成更強的三維網絡凝膠結構[31]，從而促使凝膠G’值增大，凝膠強度增加。

圖1 竹筍膳食纖維對豬肉鹽溶蛋白熱誘導凝膠G’（A）和G”（B）的影響Fig. 1 Effects of BSDF on storage modulus G’ (A) and loss modulus G” (B) of heat-induced gel of PSSP

圖1 B顯示了不同處理組豬肉鹽溶性蛋白質從 25～80 ℃加熱過程中G”的變化。隨著溫度從25 ℃升高至48 ℃時，G”從迅速增加到最高點。然后，隨著溫度增加，G”又迅速下降。添加竹筍膳食纖維處理組最終的G”均高于對照組，并且隨著竹筍膳食纖維量的增加，G”也持續增加。Choi等[15]在鹽溶性蛋白中加入米糠纖維，結果發現，鹽溶性蛋白溶液的表觀黏度也隨著米糠纖維的增加而顯著增強。Zhuang Xinbo 等[16]研究認為膳食纖維是多孔的，有像樹枝一樣的形狀，它的物理結構導致其在凝膠體系中產生更大的阻力，使體系的黏稠度增加。Hu Hongyan等[31]認為凝膠體系的G”增加是由于增稠劑和乳化劑添加量的增加，使凝膠體系穩定性增強導致的。

2.3 低場核磁共振分析

圖2 添加不同竹筍膳食纖維的豬肉鹽溶蛋白凝膠水分核磁共振弛豫時間T2分布規律Fig. 2 Transverse relaxation time (T2) distribution of porcine saltsoluble protein gels with different amounts of added BSDF

由圖2可以看出，凝膠體系存在4 個峰組（T2b、T21、T22、T23），分別集中在0.1～1 ms（T2b），10～40 ms（T21），100～200 ms（T22），400～1 300 ms（T23）4 個弛豫時間段。其中T2b代表凝膠系統中與蛋白質等大分子結合緊密的水組分，稱為結合水；T21代表與大分子結合程度較弱的水，稱為弱可移動水；T22代表由于毛細管作用力等因素滯留于樣品內部結構中的水，稱為中度可移動水；T21和T22均可歸結為不易流動水[32]；T23代表自由水。由表2可知，同一樣品的4 個T2弛豫峰面積相對百分比中，PT22數值最大，說明在凝膠體系中大部分的水分是中度可移動水。

表2 添加不同竹筍膳食纖維的豬肉鹽溶蛋白凝膠水分核磁共振弛豫時間T2和弛豫峰面積相對百分比Table 2 T2 and peak area fractions of three water types from porcine salt-soluble protein gels with different amounts of added BSDF

由表2可以看出，竹筍膳食纖維顯著影響凝膠的不易流動水和自由水的弛豫時間和弛豫峰面積相對百分比（P＜0.05）。隨著竹筍膳食纖維添加量的增加，弛豫時間T21、T22、T23均向快弛豫方向移動，弛豫時間顯著減小，說明凝膠體系中大分子截留水的結合程度增加。隨著竹筍膳食纖維添加量的增加，自由水的峰面積相對百分比PT23顯著降低，而不易流動水的峰面積相對百分比PT22顯著增加。說明在加熱形成凝膠的過程中，自由水向不易流動水移動。Zhuang Xinbo等[33]研究認為膳食纖維消除了互連水通道的形成，促進蛋白體系形成更緊湊的凝膠網絡，從而導致各處理組的弛豫時間T2降低。Verbeken等[34]研究報道肉制品的弛豫時間T2減小表征凝膠的保水性增強。結合保水性的分析結果發現，與對照組相比，添加竹筍膳食纖維的各處理組自由水的弛豫時間T23減小，弛豫峰面積相對百分比PT23降低，說明凝膠體系中水分的自由度下降，自由水減少，凝膠保水性增強[35]。

2.4 掃描電鏡測定結果

未添加竹筍膳食纖維的對照組微觀結構外觀粗糙，有不連續性和無序的凝膠基質（圖3A）。添加竹筍膳食纖維的凝膠網絡結構分布更均勻和致密（圖3B～E）。竹筍膳食纖維增強了凝膠的密度，消除了一些空腔，并形成了一種光滑、連續和更均勻的凝膠基質，當竹筍膳食纖維的添加量達到3%時（圖3D），凝膠體系的微觀結構最為均勻和致密。Kao等[36]認為具有均勻致密微觀結構的凝膠體系具有較高的持水力，因為與不均勻致密的結構的凝膠相比，小孔可以更牢固地保留水分子。竹筍膳食纖維的添加可以有效地吸收凝膠體系中的水分，增加凝膠體系的凝膠強度。

圖3 添加不同竹筍膳食纖維的豬肉鹽溶蛋白凝膠微觀結構Fig. 3 Microscopic appearance of porcine salt-soluble protein gels with different amounts of added BSDF

3 結 論

竹筍膳食纖維可以有效改善凝膠體系的凝膠特性和保水性。添加不同比例的竹筍膳食纖維可以顯著增加凝膠體系的凝膠強度、保水性、G’和G”。低場核磁共振分析顯示，竹筍膳食纖維改變了凝膠體系的水分分布，隨著竹筍膳食纖維添加量的增加，自由水的峰面積顯著降低而不易流動水的峰面積則顯著提高，增強了凝膠體系的持水能力。掃描電鏡分析表明，竹筍膳食纖維添加后改變了凝膠體系的微觀結構，使其形成更加均勻致密的凝膠微觀結構。本研究結果顯示竹筍膳食纖維能夠明顯改善豬肉鹽溶性蛋白的凝膠功能特性，為肉與肉制品的品質改善和竹筍膳食纖維在肉制品加工中的應用提供了一定的理論基礎。