魔芋葡甘露聚糖對中式香腸品質及凝膠特性的影響

李曉毓，曹瑩瑩，耿雪晴，李昆，徐子豪，楊森，姚婷

1(黃山學院 生命與環境科學學院，安徽 黃山，245041)2(蘭州理工大學 生命科學與工程學院，甘肅 蘭州，730050) 3(黃山學院現代教育技術中心，安徽 黃山，245041)

脂肪是人體營養所必需的，但攝入過多可能帶來肥胖、脂肪肝、高血脂等危害[1-2]，低脂/無脂食品逐漸受到人們的喜愛。在肉制品生產中，低脂肉制品已成為一種發展趨勢。將脂肪替代品魔芋葡甘露聚糖(konjac glucomannan，KGM)應用于低脂肉制品中具有與傳統肉制品相似的感官性狀，但在人體內被消化釋放的能量又比天然油脂少或者不被消化，既降低了傳統肉制品的脂肪含量又彌補了口味的損失，同時預防了疾病的發生，有著廣闊的發展前景[3]。

KGM是一種天然、安全、營養、且具有減肥、降血脂等生理功能的食品添加劑，被認為是天然的脂肪代替物，具有很好的改善肉制品品質的作用。陳潔等[4]發現KGM的加入改善了重組火腿的物性，使其咀嚼性降低，彈性改善；倪學文等[5]在混合肉糜添加不同量KGM可明顯改善肉糜的質構特性和凝膠特性；劉虎成等[6]用復配魔芋膠部分代替肉制品中的脂肪可使其外觀、口感、持水性等各方面達到模擬高脂肉制品的要求；孫姣林等[7]用魔芋精粉-豬皮漿-淀粉制備混合凝膠50%替代肥肉丁生產中式香腸取得較好的效果；扶慶權等[8]將魔芋復配膠0.6%加入香腸類產品中，產品質構有明顯提升；CHIN等[9]利用魔芋粉-淀粉共混物作為脂肪替代品用于香腸中，香腸感官品質無不良影響，脂肪含量從30%下降到2%。目前，關于KGM的研究多集中在物性學分析、感官評價方面[4-13]，深入探討KGM與蛋白質作用機制、改變食品物性的機理等研究較少。

在肌肉與肌原纖維蛋白層面探討KGM與蛋白質作用機制的研究常受限于其復雜的體系，因此針對單體蛋白的基礎研究非常必要。占肉總重15%～22%的肌肉蛋白主要有三類：肌漿蛋白(水溶性蛋白)、肌原纖維蛋白(鹽溶性蛋白)和基質蛋白(不溶性蛋白)。肌球蛋白是肌肉中含量最高也是最重要的蛋白質，約占肌原纖維蛋白質的50%～55%，占肌肉總蛋白質的1/3，具有很好的凝膠能力，在加熱或者高壓下發生變性聚集形成凝膠，從而影響到肉制品的質構、外觀和出品率，被認為是在肉制品質構特性中起主要作用的蛋白質[14-15]。基于此，本文以KGM作為脂肪替代品應用于中式香腸中，通過比較與普通肉制品在顏色、蒸煮損失、脂肪含量、蛋白質含量、感官評價等方面的變化確定KGM最佳添加量；同時在此基礎上提取對肉糜類制品的質構特性起主要作用的肌球蛋白，將不同配比的KGM與肌球蛋白混合制成凝膠，利用紅外光譜、熒光分析、掃描電鏡等技術，從肌球蛋白分子結構/構象變化和各種化學作用力對凝膠形成貢獻的角度，探討KGM對中式香腸中肌球蛋白熱凝膠形成的具體作用，為低脂凝膠類肉制品的開發提供理論指導和技術支持。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

材料：新鮮豬肉，購于黃山市大潤發超市；KGM(食品級)，符合國家食品添加劑標準要求。

試劑：NaOH，K2HPO4，KH2PO4，KCl，乙二胺四乙酸(EDTA)，焦磷酸鈉，哌嗪-1,4-二乙磺酸(PIPES)，Na2HPO4，(NH4)2SO4，上海國藥集團，所有試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

臺式高速離心機(TG16-WS型)，上海盧湘儀離心機儀器有限公司；HH6-數顯恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；電子分析天平(AUY220型)，日本島津；掃描電鏡(S-3400N型)，日本日立公司；熒光光譜儀(F-4500型)，日本日立公司；傅立葉紅外光譜儀(Nicolet 380型)，美國Nicolet公司。

1.3 方法

1.3.1 中式香腸的制備

試驗設6個處理組，均采用相同加工工藝，流程如下：稱取新鮮豬肉十斤，瘦肉與肥肉的質量比為7∶3。 將瘦、肥肉分別切成小丁，肥肉切丁后用溫水洗凈濾干。將白酒(60°大曲酒100 g)、白砂糖(150 g)、食鹽(100 g)、生抽(100 g)等調料放入盆中，倒入肥肉丁攪拌均勻，腌制1～2h，再放入瘦肉一起攪拌均勻。最后放在絞肉機(孔徑：1～1.2 cm)內絞碎。分別加入質量分數為0%，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%和2.5%的KGM與瘦肉和肥肉丁攪拌均勻；灌腸(豬腸衣)后置于日光下曝曬，烘烤，自然風干。

1.3.2 蒸煮損失的測定

香腸經過蒸煮過后，冷卻至室溫，稱重，每組測3個平行樣。香腸蒸煮損失的計算式如公式(1)：

(1)

式中：L為香腸蒸煮損失的質量分數；N0為蒸煮之前香腸的質量,g；N1為蒸煮之后香腸的質量，g。

1.3.3 蛋白質及脂肪含量的測定

蛋白質含量的測定參照GB 5009.5—2016《食品中蛋白質的測定》方法一[16]。脂肪含量的測定參照GB 5009.6—2016 《食品中脂肪的測定》方法二[17]。

1.3.4 表征分析

采用2003年徐幸蓮[18]的方法提取豬肉糜中的肌球蛋白，將提取的肌球蛋白稀釋到20 mg/mL(溶于0.6 mol/L NaCl pH 6.5，20 mmol/L Na2HPO4/ NaH2PO4， 磷酸鹽緩沖液)。加入不同水平的KGM(0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%)混合，在65 ℃ 條件下水浴加熱，使之呈現為凝膠狀態。將其倒置在干凈的托盤中，放在真空冷凍干燥機中冷凍干燥8～12 h后成粉末狀，待用。

1.3.4.1 紅外分析

采用KBr壓片法，分辨率為4 cm-1，對混合凝膠樣品在4 000～400 cm-1范圍進行掃描。

1.3.4.2 熒光分析

激發波長463 nm，掃描范圍：300～800 nm，掃描速率：2 400 nm/min，λex為5.0 nm，λem為5.0 nm。

1.3.4.3 電鏡掃描

將樣品置于-38 ℃低溫冷凍24 h，凍干后的混合凝膠樣品經真空離子噴金，在掃描電鏡下觀察內部結構。

1.3.5 香腸的感官評定

感官評定由8位有經驗的學生組成的感官評定小組完成。隨機抽取等量的香腸樣品放入盤中，100 ℃下蒸15 min，切成均勻薄片進行評定。感官評分標準列于表1。

表1 中式香腸感官評分標準表Table 1 Criteria of sensory evaluation on Chinese-style sausage

2 結果與分析

2.1 KGM添加量的優化比較

2.1.1 KGM對香腸蒸煮損失的影響

蒸煮損失是肉制品加工中的一個重要指標，蒸煮損失越少，其肉制品的質量就越好，產品率就越高。圖1為KGM不同添加量對香腸蒸煮損失的影響，可以看出6種添加量均存在顯著差異(P<0.05)，KGM添加量為1.5%時蒸煮損失最小。表明KGM可以與水分子通過氫鍵、分子偶極、瞬時偶極等作用力聚集成龐大而難以自由運動的大分子從而將水分子固定[19]，同時，與香腸中的蛋白質形成絡合物，形成致密的網狀結構，進一步將水分子固定[20]，有效減少了蒸煮過程中帶來的損失，使得香腸具有很好的彈性和保水性，提高肉制品質量。

圖1 KGM添加對蒸煮損失的影響Fig.1 Effects of KGM on the cooking loss

2.1.2 KGM對香腸脂肪含量、蛋白質含量的影響

對添加不同量KGM制成的中式香腸其蛋白質含量進行單因素方差分析可以看出，6種添加量均存在顯著差異(P<0.05)。由圖2可知，空白組樣品中脂肪提取量為38.44 g/100 g；添加KGM的樣品中，脂肪提取量均低于空白組，其中KGM添加量為1.5%的樣品中脂肪含量減少最多，減幅為36.6%。這與已報道的文獻結果相符[12-13,21]。

圖2 KGM添加對脂肪提取量的影響Fig.2 Effects of KGM on fat extraction

對添加不同量KGM制成的中式香腸其蛋白質含量進行單因素方差分析可以看出，6種添加量均存在顯著差異(P<0.05)。由圖3可知，添加KGM的香腸樣品蛋白質提取量明顯高于空白樣品，KGM添加量增至1.5%的過程中，蛋白質的提取量逐漸增加，由7.65%增至22.84%，一定程度上反映了添加KGM對中式香腸中蛋白質的含量有影響。

圖3 KGM添加對蛋白質含量的影響Fig.3 Effects of KGM on protein extraction

2.1.3 感官評定分析

感官評定主要根據評定小組人員食用香腸后對其視覺、觸覺、味覺以及整體接受度進行評價分析。由香腸感官評定標準和結果(表1和2)可知，未添加KGM、KGM添加量為0.5%和1.0%的香腸顏色呈暗紅色，且普遍較硬；而隨著KGM的添加量由1.5%升至2.5% 時，部分香腸顏色由暗紅色轉成紅棕色，質地由較硬變為松軟，評定人員對香腸的接受程度也隨著KGM添加量的增加而增加。這可能是由于KGM本身具有甜味，加入到香腸后，和香腸中蛋白質結合形成具有彈性的凝膠，使得香腸變的松軟，從而產生獨特的咸甜風味。因此，香腸中KGM添加量為1.5%和2.5%時口味最佳，接受程度最高。

表2 中式香腸感官評定Table 2 Results of sensory evaluation on Chinese-style sausage

綜上所述，添加KGM以及添加不同量的KGM對中式香腸的蒸煮損失、蛋白質含量和脂肪含量均有影響。KGM添加量為1.5%時蒸煮損失最小，脂肪含量最少，蛋白質含量最多，綜合感官評價，接受程度也高，最終確定KGM最佳添加量為1.5%。

2.2 KGM—肌球蛋白混合凝膠的表征分析

2.2.1 紅外分析

KGM標準樣品、肌球蛋白樣品以及混合凝膠樣品的紅外光譜圖如圖4所示。添加1.0%，1.5%，2.0% KGM的混合凝膠樣品、KGM標準品以及肌球蛋白樣品相同的羥基伸縮振動峰都為3 449 cm-1，但KGM標準品的羥基伸縮振動峰峰形較寬；添加1.0%，1.5%，2.0%KGM的混合凝膠樣品、KGM標準品以及肌球蛋白相同的-COCH3伸縮振動峰都在1 651 cm-1附近，與肌球蛋白標準品伸縮振動峰相比，加入KGM的混合凝膠樣品的-COCH3伸縮振動峰有所增強；肌球蛋白標準品在1 023 cm-1附近無明顯特征峰，而在加入KGM后各混合凝膠樣品分別出現了吸收峰，屬于C-O 伸縮振動峰，且KGM添加量為1.5%的峰形最寬；776 cm-1附近屬于C-H面的彎曲振動，在添加KGM之后的樣品相對強度較KGM標準品和肌球蛋白有所增加，其中KGM添加量為1.5%時樣品的相對強度增加最大。這是由于KGM分子與肌球蛋白分子2種分子間形成了新的較強的氫鍵，KGM分子中的-COCH3基團和-OH基團與肌球蛋白分子中的羥基相互作用并產生了良好穩定性，這是多糖分子與蛋白質分子相互作用的結果，KGM的加入使香腸的結構更加緊密，穩定性和韌性等都得到明顯改善[22]。

a-1.0% KGM；b-1.5% KGM；c-2.0% KGM；d-myosin；e-KGM。圖4 不同混合凝膠樣品紅外光譜圖Fig.4 Infrared spectrum of different myosin mixed gel

2.2.2 熒光分析

圖5列出了肌球蛋白標準品和混合凝膠樣品的熒光光譜圖。由圖5-A，5-B，5-C可知，1.0%，1.5%和2.0%混合凝膠樣品的發射峰在440～650 nm，主峰峰值分別為463、463和454 nm。

A-KGM添加量為1.0%；B-KGM添加量為1.5%；C-KGM添加量為2.0%；D-肌球蛋白圖5 不同混合凝膠樣品熒光光譜圖Fig.5 Fluorescent spectrograms of different mixed gel

與肌球蛋白(圖5-D)相比，1.0%混合凝膠的熒光強度比肌球蛋白的熒光強度略強，且隨著KGM含量增加，1.5%和2.0%混合凝膠的熒光強度明顯增強，其中2.0%的混合凝膠熒光強度達1.00 A.U。推測可能是KGM與肌球蛋白結合發生相互作用，使得肌球蛋白的熒光集團的環境發生改變，熒光效應增強。這與紅外分析結果趨勢相一致。

2.2.3 微觀結構分析

圖6分別列出了肌球蛋白樣品，KGM標準品和混合凝膠樣品的顯微結構圖。由圖6可知，肌球蛋白(圖6-D)表面光滑，呈片狀，結構松散，有許多的小顆粒狀物質分布，這使得肌球蛋白本身水分保持能力較差；添加KGM 1.0%(圖6-A)、1.5%(圖6-B)、2.0%(圖6-C)的混合凝膠樣品中蛋白質與KGM相互連接，形成致密的網狀結構，網狀結構中的空隙有助于牢牢將水分子固定住，并能阻止水分及其營養物質的流失[23-28]。

A-KGM添加量為1.0%；B-KGM添加量為1.5%；C-KGM添加量為2.0%；D-肌球蛋白；E-KGM標準品圖6 不同混合凝膠樣品掃描電鏡圖Fig.6 Scanning electron micrographs of different mixed gel

其中，1.5%的混合凝膠樣品(圖6-B)中蛋白質與KGM的結構尤其緊密，蛋白質將KGM緊緊包裹住，網狀結構之間的空隙更小，使得其產生更好的持水能力，保留脂肪等營養物質的能力，與本文添加KGM對蒸煮損失、感官測定和營養物質分析的結果一致。

3 結論

將KGM添加到肉制品中對其品質及凝膠特性均有影響。添加KGM的香腸樣品蒸煮損失明顯減小，保水性增強，脂肪含量降低，蛋白質含量增加，結合感官評定綜合得出，KGM最佳添加量(質量分數)為1.5%；在此基礎上，進一步提取對肉糜類制品的質構特性起主要作用的肌球蛋白，與不同比例的KGM制成混合凝膠，紅外、熒光以及電鏡分析表明，添加不同KGM對肌球蛋白凝膠形成影響顯著，KGM與肌球蛋白間形成了新的氫鍵，從而結合形成穩定而致密的網狀結構，其中，KGM添加量(質量分數)為1.5%時結構最為致密。綜合感官評定及整體接受性得出，低脂香腸制備中KGM添加量(質量分數)為1.5% 時，香腸蒸煮損失小，蛋白質的含量增加及脂肪含量降低明顯，形成的網狀結構穩定致密，凝膠特性，持水能力、彈性、口感均較好。