糖醇部分替代蔗糖對豬肉脯水分分布變化及質構相關性分析

曹葉萍,南家蓮,高 靜,郇延軍,*

(1.江南大學食品學院,江蘇無錫 214122;2.淮坊工程職業學院，山東青州 262500)

豬肉脯是豬肉經腌制、烘烤的片狀肉制品,因其風味獨特、口感細膩、營養豐富、攜帶和食用方便等特點倍受消費者青睞[1]。但目前豬肉脯普遍存在口感堅韌、彈性不夠、硬度大等問題,其市場銷售因此受到一定影響。影響肉脯質構的因素很多,從微觀角度講,膠原蛋白含量、蛋白質的水解度和凝膠結構、結合水所占比例等都對其有很大影響[2];從宏觀角度講,原料肉的組織形態、肥瘦比、水分含量則是重點考察因素。Li等[3]探討了牛肉顆粒在干燥過程中的水分遷移和分布情況,發現隨著溫度升高,部分自由水轉化為結合水,導致其硬度、內聚性和彈性增大。Ferrini等[4]研究發現在影響干肉制品質構的因素中,水分含量及水分存在形式的影響最為突出。馬紀兵等[5]在研究風干牦牛肉加工過程中水分狀態變化及質構相關性分析中發現,含水率的變化與質構各指標表現出極顯著相關關系。因而改善肉脯質構最簡單有效的方法是提高水分含量,但與此同時水分活度也會相應提高,影響產品的保質期。

糖醇是含有兩個或兩個以上羥基的多元醇,既可以提供甜味又不會顯著增加熱量的一類低熱甜味劑[6]。大量研究表明一些糖醇具有很強的吸水性,可以作為水分調節劑用于食品中,既能在不影響產品水分活度的基礎上增加含水量,使得產品質地柔軟,又能延長保藏期。祝婕等[7]探討了木糖醇部分替代蔗糖對蜜汁叉燒肉品質的影響,研究發現木糖醇顯著降低了蜜汁叉燒肉的水分活度,增大了其硬度、彈性、膠黏性和咀嚼性。郇延軍等[8]研究了山梨糖醇在發酵香腸中的應用,山梨糖醇不僅能夠降低香腸的水分活度,同時也能改善香腸的口感硬、難咀嚼、不易儲藏等問題。

本研究將木糖醇、麥芽糖醇及赤蘚糖醇分別部分替代蔗糖應用于豬肉脯中,以期可以在不影響水分活度的基礎上提高肉脯的含水量,改善肉脯質構。通過肉脯出品率、含水量、剪切力、水分活度、水分存在形式、質構及各指標相關性等研究糖醇對豬肉脯質構的影響,為傳統豬肉脯質構改良提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

豬后腿肉、蔗糖、白胡椒粉、特級醬油、魚露、雞精、味精 當地超市;焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉 分析純,國藥集團化學試劑有限公司;乙基麥芽酚、紅曲紅 食品級,耕道貿易有限公司。

TA-XT plus型質構分析儀 Stable Micro Systems公司(英國);LabMASTER-Aw水分活度儀 NOVASIN公司(瑞士);MesoMR23-060V-I型低場核磁共振成像分析儀 瑞士布魯克公司;其他為實驗室常規儀器。

1.2 實驗方法

1.2.1 豬肉脯基本配方 修整切片后的原料肉100 g,蔗糖20 g,復合磷酸鹽(焦磷酸鈉∶三聚磷酸鈉∶六偏磷酸鈉=2∶1∶1,質量比)0.6 g,白胡椒粉0.348 g,特級醬油2 g,魚露2 g,雞精0.581 g,味精0.767 g,乙基麥芽酚0.1 g,紅曲紅0.023 g。

1.2.2 豬肉脯加工工藝 原料修整(去除可見脂肪、結締組織)→切片(厚度約4 mm)→蔗糖取代物→混料→腌制(4 ℃,0.5 h)→攤篩→烘干(65 ℃,5 h)→烤制(上下火均220 ℃,1 min)→冷卻,真空包裝。

關鍵控制點:切片:利用切片機順著豬肉肌纖維的方向將原料肉切成厚度約4 mm的肉片,注重肉片的完整性,以防肉片被撕裂;烘干:將腌制好的肉片平整的鋪在竹篩上,送入65 ℃恒溫干燥箱烘烤5 h,竹篩上要事先刷好植物油,而且烘烤時要對肉片進行翻面,避免肉片與竹篩粘連。

1.2.3 糖醇部分替代蔗糖生產豬肉脯的單因素實驗 每組取修整切片后的原料肉100 g,在混料過程中分別加入不同替代比的糖醇,即木糖醇(25%、50%、75%),麥芽糖醇(25%、50%、75%)及赤蘚糖醇(15%、25%、35%),以不含糖醇樣品對照組,各組蔗糖與糖醇添加量如表1所示,每個處理組設置3個重復。

表1 各實驗組蔗糖和糖醇替代量Table 1 Sucrose and sugar alcohol substitutions of each experimental group

1.2.4 出品率的測定 參考Sindelar等[9]的方法,保證每個實驗組的樣品質量、厚度一致,稱量樣品加熱前后的重量。出品率按下式進行計算:

1.2.5 豬肉脯中水分含量測定 采用GB 5009.3-2016中的恒溫干燥法[10]測量。

1.2.6 豬肉脯水分活度的測定 采用FA-ST水分活度儀測定,選擇厚薄相同的樣品剪碎,平鋪于測量皿內,以完全覆蓋底部為標準,待示數穩定后記錄樣品水分活度。

1.2.7 剪切力測定 依據Zhao等[11]的方法加以改進。將豬肉脯切割成長3 cm,寬2 cm,高0.4 cm的小肉條,用于剪切力的測定。探頭使用A/CKB,測試前速度1 mm/s,測試速度1 mm/s,測試后速度10 mm/s,壓縮比90%,觸發力5 g,測試模式壓縮。

1.2.8 感官評價 感官評價標準與方法參照Martínez等[12]的方法并加以改進。由10位有食品感官評定經驗的專業人士組成,鑒評小組對肉脯的色澤、形態、香氣、滋味、口感和總體可接受性六個因素進行評分,滿分為10分,結果取平均值,肉脯的感官品質評分標準見表2。

表2 豬肉脯的感官品質評分標準Table 2 The sensory evaluation standard of pork jerky

1.2.9 豬肉脯水分存在形式的測定 參照Shao等[13]的方法并稍作改動。將烤制好的肉脯放置室溫25 ℃后稱取2 g肉脯樣品放入核磁管內進行核磁共振測定。實驗參數:磁場強度為(0.5±0.08) T,共振頻率為20 MHz,采樣頻率SW=100 kHz,采樣點數TD=179996,重復等待時間TW=3500 ms,重復累加次數NS=32,回波時間TE=0.6 ms。

1.2.10 豬肉脯全質構的測定 根據Jeltema等[14]的方法稍作調整。將烤制完成的豬肉脯剪成長2 cm,寬1 cm,高0.4 cm的小肉條,探頭使用P/35R,測試前速度1 mm/s,測試速度3 mm/s,測試后速度3 mm/s,壓縮比60%,觸發力5 g。

1.3 數據處理

本實驗中繪圖采用Excel 97-2003及Origin 2016軟件,對數據進行相關性及顯著性的分析采用SPSS Statistics 19.0軟件,每個實驗重復三次。

2 結果與分析

2.1 糖醇部分替代蔗糖對豬肉脯出品率、含水量、剪切力、水分活度和感官的影響

不同糖醇部分替代蔗糖對豬肉脯出品率的影響如表3所示,隨著糖醇的替代比例的增加,出品率顯著提高(p<0.05),且均高于對照組。當木糖醇和麥芽糖醇替代比例為75%時,出品率分別達到最高,比對照組分別高出4.04%、4.44%,赤蘚糖醇替代比例為35%時出品率最高,比對照組高出5.04%。

表3 糖醇部分替代組對豬肉脯出品率、含水量、水分活度以及剪切力的影響Table 3 Effects of partial replacement of sugar alcohol on pork chop production rate,water content,water activity and shearing force

水分是影響肉脯品質的重要組成成分,由表3可知,隨著糖醇替代比例的增加，其水分含量均有所提高,與出品率變化相符,這是因為糖醇分子中存在大量羥基,這些羥基能夠與水分子以氫鍵的形式結合,達到一定的保水作用,因而實驗組的含水量高于對照組,其中赤蘚糖醇替代比35%時含水量最高。

三種糖醇部分替代蔗糖對豬肉脯水分活度的影響如表3所示,雖然各組的水分含量顯著增加(p<0.05),但各組之間的水分活度并沒有顯著性差異(p>0.05),水分含量與水分活度不是成嚴格的正相關關系[15],可能存在本研究中水分含量升高而水分活度維持穩定的實驗現象。因此可以得出結論,這三種糖醇均可以使肉脯在提高水分含量的同時不增加水分活度。

由表3可知,豬肉脯的剪切力維持在2540～3540 g之間,隨著糖醇的替代比例的增加,剪切力顯著降低(p<0.05),這是因為隨著糖醇的替代,水分含量不斷增加,且糖醇的添加可以改善肉糜的凝膠結構[16],因而剪切力逐漸減小。當木糖醇和麥芽糖醇替代比例為75%時,剪切力分別達到最低,比對照組分別降低了17.81%、24.32%,且替代比例為50%組與75%組之間差異不顯著(p>0.05)。赤蘚糖醇替代比例為35%時剪切力最低,比對照組降低了27.93%。

隨著糖醇替代比例的增加,感官總得分顯著提高(p<0.05),且均高于對照組。木糖醇替代比50%時得分最高,出品率和含水量較高,剪切力較低;麥芽糖醇替代比50%時得分最高,出品率和含水量較高,剪切力較低;赤蘚糖醇替代比35%時得分最高,出品率和含水量最高,剪切力最低。綜上所述,三種糖醇的最佳替代比分別為:木糖醇50%或麥芽糖醇50%或赤蘚糖醇35%。

2.2 三種糖醇最佳替代比對豬肉脯水分存在形式的影響

選擇2.1中三種糖醇最佳替代組進行核磁共振分析,以替代比0為對照組。圖1為不同糖醇部分替代組豬肉脯的核磁共振圖譜,揭示了其水分分布及組成特點[17],發現樣品一般會出現3個峰,可以把豬肉脯的橫向弛豫時間分為三個部分:結合水(1～10 ms)、不易流動水(11～100 ms)和自由水(100～1000 ms)[18]。

圖1 三種糖醇最佳替代組豬肉脯T2弛豫時間分布

由表4可知,T21的弛豫時間集中時在2～7 ms,T22的弛豫時間集中在30～90 ms,T23的弛豫時間集中在114～440 ms,三種不同糖醇部分替代蔗糖,都使得弛豫時間T21、T22和T23顯著降低(p<0.05),即結合水、不易流動水及自由水的自由度顯著降低,說明糖醇的多羥基結構能減弱水分運動性。T21減小一方面可能是因為糖醇可以改變豬肉脯的乳化凝膠結構，使得水分子與肉蛋白結合的更加緊密,從而降低水分子的移動性,另一方面也是因為糖醇的多羥基結構使其能與水分子以氫鍵的形式結合,使體系內水的流動性降低,活性也降低。T22代表的是肉中的不易流動水,而不易流動水主要影響肉制品的保水性,弛豫時間越短說明肉脯的保水性越好[19],表明糖醇可以改善豬肉脯的保水性,因而實驗組的含水量高于對照組。T23減小可能是因為自由水在烘烤時揮發,含水量越高,揮發掉的自由水越多。與對照組相比，三種不同糖醇替代組的A21、A22及A23均顯著增加(p<0.05),這與含水量結果相符。

表4 三種糖醇最佳替代組對豬肉脯弛豫時間(T2)的影響Table 4 Effects of three sugar alcohol optimal substitution groups on pork jerky relaxation time(T2)

相對面積是指每部分水的峰面積與總峰面積的比值。由圖2可知,與對照組相比,糖醇替代組結合水相對面積和不易流動水相對面積均明顯增加,而自由水相對面積明顯降低,這可能是因為糖醇分子中存在大量羥基,其能夠與肉中蛋白質分子發生結合[20],還能夠有效束縛小分子水,促進肌肉中自由水轉變為結合水和不易流動水,因而表現為結合水與不易流動水相對面積增加,自由水相對面積減少。

圖2 三種糖醇最佳替代組對肉脯相對面積比例的變化

2.3 三種糖醇最佳替代比對豬肉脯全質構的影響

通過質地多面剖析法(texture profile analysis,TPA)測量豬肉脯在三種糖醇最佳替代比下質構特性的變化,硬度表示物體變形所需要的力,硬度越小,肉質越軟[21]。由表5可知,三種不同糖醇的替代,硬度均顯著低于對照組(p<0.05),這是因為糖醇的加入能夠提高豬肉脯的水分含量,且糖醇可以改善肉糜的凝膠結構,因而硬度逐漸減小。咀嚼性=硬度×凝聚力×彈性,反映了從開始咀嚼肉脯到下咽的整個過程中消耗的熱值,它的數值越小說明肉脯質地越柔軟[22]。添加糖醇能夠顯著降低豬肉脯的咀嚼性(p<0.05),使得豬肉脯更易咀嚼,本研究豬肉脯在糖醇替代蔗糖的過程中咀嚼性最低，降到了6356.229 g左右,降低了約5486.169 g,李真[23]研究熏馬肉干發現,含水率越高,咀嚼性越低,其變化趨勢與本研究一致。同時,糖醇的加入能夠改善豬肉脯的彈性、內聚性和回復性。

表5 三種糖醇最佳替代比對豬肉脯質構特性的影響Table 5 Effects of the best substitution ratio of three sugar alcohols on the texture characteristics of pork mash

2.4 各指標間相關性分析

由表6得知,第一,三種不同糖醇最佳替代組制作的肉脯含水量的變化與硬度、內聚性、咀嚼性的變化呈極顯著負相關關系(p<0.01),與彈性、回復性的變化則呈極顯著正相關關系(p<0.01),與賈艷華等[24]在探討軟烤扇貝質構與水分含量的相關性分析時得到的結果一致,水分含量越低,硬度、內聚性、回復性反而越大,而彈性、膠黏性及咀嚼性越小。第二,自由水和結合水的弛豫時間、峰面積的變化與質構各指標間相關性不顯著(p>0.05)。第三,不易流動水的弛豫時間和峰面積與質構各指標呈極顯著相關(p<0.01),這是因為糖醇的替代,肉乳化體系的凝膠結構得到改善,使得水分的移動性減弱,且部分自由水轉變為不易流動水,導致硬度和咀嚼性下降,而彈性、內聚性及回復力上升。崔宏博等[25]也認為蝦蒸制過程中不易流動水的變化與硬度變化有顯著相關性,且與回復性呈顯著負相關關系。

表6 各指標間的Pearson相關系數Table 6 Results of Pearson correlation coefficient among each index

3 結論

隨著糖醇替代比例的增加,豬肉脯含水量均顯著提高(p<0.05),而水分活度變化均不顯著(p>0.05),三種糖醇的替代均能在提高肉脯含水量的同時不增加水分活度。綜合出品率、剪切力和感官數據分析,三種糖醇的最佳替代比分別為:木糖醇50%、麥芽糖醇50%、赤蘚糖醇35%。

三種糖醇最佳替代組的T2弛豫時間均顯著降低(p<0.05),結合水和不易流動水相對含量明顯增加,自由水相對含量明顯減少,說明糖醇分子中存在大量羥基,能夠與肉中蛋白質分子發生結合,還能夠有效束縛小分子水,促進肌肉中自由水轉變為結合水和不易流動水。

三種糖醇最佳替代組的豬肉脯硬度和咀嚼性顯著減小(p<0.05),彈性、內聚性及回復力顯著提高(p<0.05),說明糖醇可以有效改善豬肉脯的質構。

在三種不同糖醇最佳替代組中,豬肉脯不易流動水的變化與質構特性均表現出極顯著相關(p<0.01),隨著糖醇的替代,肉乳化體系的凝膠結構得到改善,使得水分的移動性減弱,且部分自由水轉變為不易流動水,水分分布狀態的變化引起質構特性的變化。