超聲波協同冷凍保護劑對速凍餃子餡持水性及質構的影響

張艷艷,王文濤,張中義,柴 穎,劉興麗,張 華,*

(1.鄭州輕工業大學食品與生物工程學院,食品生產與安全河南省協同創新中心,河南省冷鏈食品質量安全控制重點實驗室,河南鄭州 450002;2.鄭州科技學院食品科學與工程學院,河南鄭州 450064)

餃子是一種中國的傳統食品,主要由肉、蔬菜、調味料和小麥粉組成,其中肉餡是餃子中最重要的一種材料。速凍餃子在冷凍過程中形成的冰晶會破壞肉的亞顯微結構,使肉中溶液濃縮,在細胞水平中發生的生化反應發生改變,影響肉的物理質量參數。在實際生產銷售過程中,餃子肉餡品質下降的情況仍不容忽視,如肉餡持水性下降、脂肪氧化、蛋白質變性等問題。

研究發現,在速凍調理食品凍藏過程中添加冷凍保護劑可通過抑制冰晶生長與重結晶、改變氫鍵形成方式、改善蛋白相互作用方式而顯著提升產品品質。慕鴻雁[1]研究了兩種大豆分離蛋白對肉糜品質的影響,結果表明,肉糜蒸煮損失隨著大豆分離蛋白添加量的增加而降低,兩種大豆分離蛋白對肉糜硬度、彈性、黏聚性、咀嚼性、回復性均有有利影響。Gómez等[2]的研究表明單獨使用海藻糖或海藻糖與冰結構蛋白(Ice structuring proteins,ISPs)結合使用能夠改善精致食品如葉菜類的抗凍性能。楊園媛[3]研究了卡拉膠對豬肉脯品質的影響,結果表明卡拉膠能顯著改善豬肉脯的質構特性,降低豬肉脯的水分活度,提高豬肉脯的抗凍性能。

超聲波的空化作用能使細胞表面瞬間產生微傷,對細胞壁造成可逆性破裂,細胞質膜的通透性改變,一部分細胞外的大分子物質進入到細胞內部,超聲波作用停止時細胞膜的通透性恢復到原來的狀態[4-7]。超聲波可促進溶質傳質和快速滲透。呂璐等[8]的研究表明,超聲波處理可增加豬血漿蛋白的電導率及其起泡性、乳化性和凝膠性。賈娜等[5]的研究表明,超聲波輔助腌制有助于降低醬牛肉的蒸煮損失,提高醬牛肉的嫩度和感官品質。

目前速凍水餃研究主要集中于速凍餃子皮品質的變化與控制,而餡料研究相對較少,Li等[9]研究表明在凍藏期間的餃子餡質量會逐漸損失,尤其是風味和質地的劣化是由于持水性降低、脂肪氧化和蛋白質變性引起的。本文擬對超聲波協同抗凍蛋白復合配方、大豆分離蛋白復合配方和黃原膠復合配方冷凍保護劑對豬肉餃子餡持水性、質構和脂肪氧化的影響進行研究,以期通過超聲波協同復合配方冷凍保護劑的方法降低肉餡在凍藏過程中產生的品質劣變。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

雙匯冷鮮豬肉 豬前腿肉,鄭州世紀聯華超市;抗凍蛋白(99 g/100 g)、海藻糖(98 g/100 g)、茶多酚(98 g/100 g)、VC(99 g/100 g)、黃原膠、卡拉膠 上海源葉生物科技有限公司;大豆分離蛋白(90 g/100 g) 谷神生物科技集團有限公司;食用鹽 中鹽河南鹽業物流配送有限公司;其他試劑均為國產分析純。

UV-3200S紫外分光光度計 上海美譜達儀器有限公司;TG16-WS臺式高速離心機 湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司;TA.XT plus物性測定儀 美國 TA 公司;KQ-700DE超聲波清洗機 昆山市超聲儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理方法 將冷鮮豬前腿肉去皮,去除結締組織,肥瘦比為1∶4,絞成肉餡,絞肉機孔板直徑8 mm。肉餡中加入食用鹽1.3%,去離子水15%,分別加入不同的復合配方(經本課題組前期研究[10]優化,抗凍蛋白復合配方:0.3%抗凍蛋白、5%海藻糖、0.05%茶多酚和0.03%VC;大豆分離蛋白復合配方:6%大豆分離蛋白、0.4%卡拉膠、0.05%茶多酚和0.03%VC;黃原膠復合配方:0.2%黃原膠、0.4%卡拉膠、0.05%茶多酚和0.03%VC)的冷凍保護劑,用攪拌機攪拌10 min后,再分別進行不同處理。

對照:不添加復合配方且不經超聲波處理的肉餡。

僅添加復合配方組:僅分別添加抗凍蛋白復合配方、大豆分離蛋白復合配方和黃原膠復合配方,不經超聲波處理和自然滲透處理;分別標記為AFP、SPI和XG。

超聲波處理:分別添加抗凍蛋白復合配方、大豆分離蛋白復合配方和黃原膠復合配方后,將攪拌好的肉餡放入封口袋中,用真空包裝機封口,放入加水10 L的超聲波清洗機中,溫度保持在0～10 ℃。超聲波工作參數:頻率40 kHz,功率560 W。在此工作條件下分別處理30和60 min;分別標記為:AFP U30和AFP U60、SPI U30和SPI U60、XG U30和XG U60。

自然滲透處理:分別添加抗凍蛋白復合配方、大豆分離蛋白復合配方和黃原膠復合配方后,將攪拌好的肉餡放入不銹鋼托盤中鋪平,厚度為2 cm,蓋上保鮮膜,在0 ℃下靜置24 h;分別標記為AFP 24 h、SPI 24 h和XG 24 h。

將上述處理好的肉餡混合均勻后,分為每份(12.0±0.1) g,用餃子皮將豬肉餡包裹,-35 ℃下速凍30 min,速凍后取出樣品進行第一次測量。余下的樣品在-18 ℃下繼續凍藏90 d,每隔15 d取出一次樣品測量指標。待檢測時,迅速從凍藏柜中取出樣品、剝去餃子皮,將肉餡置于4 ℃環境中解凍3 h,中心溫度達到0 ℃時分別進行解凍損失率、蒸煮損失率、質構及TBARS值的測定。

1.2.2 指標測定

1.2.2.1 解凍損失率測定 參考張中義等[10]的方法,取每份肉餡樣品重20 g,解凍后的肉餡重量記為m0,置于空離心管中稱重,記為m1。8000 r/min離心10 min,將離心管在濾紙上倒扣2 h,待汁液控干不再有水流出時稱重,記為m2。平行試驗6次,取平均值。解凍損失率(TL)計算如下:

1.2.2.2 蒸煮損失率測定 參考Huang等[11]測定肉餡的蒸煮損失率,使用保鮮袋代替餃子皮包裹餃子肉餡樣品(12.0±0.1) g。稱取解凍前樣品重量記為m1,解凍后煮15 min,取出后冷卻到室溫。然后將保鮮袋用牙簽扎破放出汁液,等不再有汁液流出后再次稱重,記為m2。平行試驗6次,取平均值。蒸煮損失率(CL)計算如下:

1.2.2.3 質構測定 解凍后的樣品100 ℃下水浴蒸煮15 min,取出后冷卻至室溫,將餃子豬肉餡料切成20 mm×20 mm×20 mm的立方體。采用全質構TPA(Texture Profile Analysis)法,P35探頭,測試前速度2 mm/s,測試速度2 mm/s,測試后速度2 mm/s,壓縮比40%,平行試驗6次,取平均值。

1.2.2.4 硫代巴比妥酸(TBARS)值測定 參考文獻[9-10]的方法,稱取解凍后的肉餡1.5 g放入離心管中,加入7.5 mL TCA溶液,混合均勻,3600 r/min離心20 min。取3 mL上清液與3 mL TBA混勻,沸水浴30 min,取出冷卻至室溫,在532 nm處測其吸光度。平行試驗4次,取平均值。TBARS值以每升脂肪氧化樣品溶液中丙二醛的毫克數表示:

式中:A532為532 nm處的吸光度值,W為樣品重量(g),9.48為常數。

1.3 數據處理

采用SPSS 16.0對得到的數據進行方差分析及顯著性檢驗和相關分析,Orign 8.5制圖。

2 結果與分析

2.1 超聲波處理協同冷凍保護劑對速凍餃子餡解凍損失的影響

由圖1可知,超聲波處理30 min、超聲波處理60 min和自然滲透24 h均能降低各復合配方組餃子肉餡的解凍損失,提高餃子肉餡的持水性能。不同處理方式后餃子肉餡解凍損失率的順序為:超聲波處理60 min<超聲波處理30 min<自然滲透24 h<僅添加復合配方<對照,表明超聲波處理60 min效果最優。

圖1 不同處理方式對速凍餃子餡解凍損失的影響Fig.1 Effects of different treatments on thawing loss of quick-frozen dumplings stuffing注:a為超聲波協同抗凍蛋白組;b為超聲協同大豆分離蛋白組;c為超聲波協同黃原膠組;圖2～圖7同。

圖2 不同處理方式對速凍餃子餡蒸煮損失的影響Fig.2 Effects of different treatments on cooking loss of quick-frozen dumplings stuffing

由圖1a可知,凍藏90 d后,AFP U60組肉餡的解凍損失率為0.5%,比AFP組減少了58.3%,比對照減少了73.7%。肉粒表面的抗凍蛋白吸附在冰核表面的結合位點上,抑制了冰晶沿基面方向的生長,生成了六棱錐面或針狀的冰晶,抑制了較大冰晶的形成[12-14],減少了冰晶對餃子肉餡結構的破壞。超聲波的空化作用能使細胞表面瞬間產生微傷,對細胞壁造成可逆性破裂,細胞質膜的通透性改變,一部分細胞外的抗凍蛋白進入到細胞內部[7-8]。進入到細胞內部的抗凍蛋白進一步束縛了細胞內的游離水分,提高了餃子肉餡的持水性能。

由圖1b可知,凍藏90 d后,SPI U60組肉餡的解凍損失率為0.4%,比SPI組減少了63.0%,比對照減少了78.3%。7S伴球蛋白和11S球蛋白分子表面的親水氨基酸側鏈與肉粒表面的水分子結合形成氫鍵,通過水化作用增加對餃子肉餡中游離水分的約束[15-18]。通過超聲波和大豆分離蛋白復合配方的協同作用,抑制了凍結和凍藏過程中水分的遷移和重結晶現象,減輕了冰晶對肌纖維細胞膜和組織結構的破壞,降低了餃子肉餡的解凍損失。

由圖1c可知,凍藏90 d后,XG U60組肉餡的解凍損失率為0.6%,比XG組減少了52.0%,比對照減少了68.4%。超聲波的空化作用使黃原膠和卡拉膠更均勻地分散在肌纖維蛋白間隙中,提高了黃原膠和卡拉膠的水化作用,增加了黃原膠和卡拉膠對餃子肉餡中游離水分的約束能力,降低了餃子肉餡的解凍損失。

2.2 超聲波處理協同冷凍保護劑對速凍餃子餡蒸煮損失的影響

由圖2可知,超聲波處理30 min、超聲波處理60 min和自然滲透24 h均能降低各復合配方組餃子肉餡的蒸煮損失。不同處理方式后餃子肉餡蒸煮損失率的順序為:超聲波處理60 min<超聲波處理30 min<自然滲透24 h<僅添加復合配方<對照,表明超聲波處理60 min效果最優。

由圖2a可知,凍藏90 d后,AFP U60組肉餡的蒸煮損失率為22.0%,比AFP組下降了18.5%,比對照組下降了41.3%。超聲波處理使肌纖維蛋白內部疏水性基團及巰基暴露,有利于蒸煮過程餃子肉餡形成良好的凝膠網絡,更好的束縛游離水分[19]。超聲波和抗凍蛋白復合配方的協同作用,減少了冰晶對肌纖維細胞和組織結構的破壞,有利于蒸煮過程肌纖維凝膠的形成和水分保持,降低了餃子肉餡的蒸煮損失。

由圖2b可知,凍藏90 d后,SPI U60組肉餡的蒸煮損失率為5.5%,比SPI組下降了67.6%,比對照組下降了85.1%。在超聲波的作用下,大豆分離蛋白和卡拉膠的水化作用增加了對游離水分的束縛[15-18],抑制了水分遷移和重結晶,減輕了冰晶對肌纖維細胞膜和組織結構的破壞,加熱后形成更穩定的凝膠,保持了餃子肉餡中的水分不受損失。在加熱過程中,二硫鍵的11S球蛋白的空間結構發生轉換,分子內部的巰基暴露,在11S球蛋白分子之間產生二硫鍵,形成穩定的混合凝膠[19]。超聲波作用使11S球蛋白內部巰基更多的暴露于表面,強化了凝膠結構的形成,減少了水分的損失。

由圖2c可知,凍藏90 d后,XG U60組肉餡的蒸煮損失率為15.5%,比XG組下降了32.6%,比對照組下降了58.1%。黃原膠乙酰基側鏈上的羥基和卡拉膠分子鏈上的羥基、硫酸酯基團均能與肉粒表面的水分形成氫鍵[20],減少餃子肉餡中游離水分的含量,有利于蒸煮過程肌纖維凝膠的形成和水分保持。超聲波的空化效應使黃原膠和卡拉膠更均勻地分散在肌纖維蛋白間隙中,提高了黃原膠和卡拉膠對餃子肉餡中游離水分的約束能力。

2.3 超聲波處理協同冷凍保護劑對速凍餃子餡質構特性的影響

質地是肉類及其產品的特性,可能與冰晶尺寸的增加和蛋白質變性有關,蛋白質凝膠在肉及其產品的質構特性中起重要作用[21]。由圖3～圖6可知,凍藏過程中對照組肉餡的硬度下降24.1%、彈性下降14.6%、咀嚼性下降63.4%和粘聚性下降29.8%。這是由于凍藏期間,冰晶的生長和重結晶引起肌纖維蛋白變性并導致持水力下降,造成肉餡凝膠結構變差,質構特性下降[21]。但在凍藏初期由于冰晶的升華,肉餡部分脫水,所以肉餡硬度和咀嚼性有所升高。添加了抗凍蛋白復合配方或大豆分離蛋白復合配方的肉餡,凍藏90 d后餃子肉餡的質構特性顯著改善(P<0.05),超聲波處理60 min效果最優,降低了凍藏對肉餡質構的影響。蒸煮過程中肌纖維蛋白形成的凝膠網絡將卡拉膠包裹在網絡空隙中,餃子肉餡冷卻過程中,凝膠空隙中的卡拉膠形成凝膠片段,填充在肌纖維蛋白凝膠網絡中,使凝膠結構更穩定[22]。超聲波處理可以增強抗凍蛋白、大豆分離蛋白配方組對餃子肉餡質構特性的改善作用,是因為超聲波處理促進復合配方提高了肌纖維蛋白凝膠結構的穩定性,從而改善了餃子肉餡的質構特性。

圖3 不同處理方式對速凍餃子餡硬度的影響Fig.3 Effects of different treatments on hardness of quick-frozen dumplings stuffing

圖6 不同處理方式對速凍餃子餡粘聚性的影響Fig.6 Effects of different treatments on cohesiveness of quick-frozen dumplings stuffing

由圖3c、圖4c、圖5c和圖6c可知,超聲波協同黃原膠復合配方組顯著(P<0.05)降低了餃子肉餡的硬度、彈性、咀嚼性和粘聚性,這可能是肌纖維蛋白與黃原膠之間的相互作用主要為靜電作用,黃原膠的陰離子電性與肌纖維蛋白的電性相斥,降低蛋白凝膠結構的穩定性[23],從而導致肉餡質構特性變差。

圖4 不同處理方式對速凍餃子餡彈性的影響Fig.4 Effects of different treatments on elasticity of quick-frozen dumplings stuffing

圖5 不同處理方式對速凍餃子餡咀嚼性的影響Fig.5 Effects of different treatments on chewiness of quick-frozen dumplings stuffing

2.4 超聲波處理協同冷凍保護劑對速凍餃子餡脂肪氧化程度的影響

由圖7可知,添加復合配方的肉餡的TBARS值均比對照組顯著降低(P<0.05),延緩了肉餡的脂肪氧化。對比分析僅添加復合配方、添加復合配方協同超聲波處理30、60 min和自然滲透24 h對肉餡的TBARS值的影響,結果表明復合配方協同超聲波處理60 min的效果最優。由圖7a可知,凍藏90 d后,AFP U60組肉餡的TBARS值為0.24 mg/kg,比AFP組下降了17.2%,比對照組下降了84.3%。由圖7b可知,凍藏90 d后,SPI U60組肉餡的TBARS值為0.19 mg/kg,比SPI組降低了24.0%,比對照組降低了87.6%。由圖7c可知,凍藏90 d后,XG U60組肉餡的TBARS值為0.24 mg/kg,比XG組降低了33.3%,比對照組降低了84.3%。

圖7 不同處理方式對速凍餃子餡TBARS值的影響Fig.7 Effects of different treatments on TBARS value of quick-frozen dumplings stuffing

在凍結和凍藏過程中,脂肪在絞碎的過程中形成脂肪球,被肌球蛋白包裹。超聲波分別與抗凍蛋白、大豆分離蛋白和黃原膠的協同作用通過阻礙凍藏期間肉餡水分的遷移,抑制冰晶的生長和重結晶現象[10],降低了肌漿蛋白的變性,提高了脂肪的穩定性。各復合配方中茶多酚中的酚羥基易被氧化成醌類而提供的H·,與脂肪氧化產生的自由基結合,使自由基失活,切斷活潑自由基的鏈式反應,延緩了肉餡中脂肪的氧化。VC對茶多酚有增效作用,VC有很強的還原性,能夠還原被氧化的茶多酚,從而再生茶多酚的抗氧化性能,提高茶多酚的抗氧化效果[24-25]。

3 結論

本研究結果表明添加抗凍蛋白復合配方、大豆分離蛋白復合配方和黃原膠復合配方均對速凍餃子餡持水性的降低和脂肪氧化有抑制作用,添加抗凍蛋白復合配方和大豆分離蛋白復合配方均對速凍餃子餡的質構特性有改善作用。超聲波處理產生的空穴作用進一步提高了抗凍蛋白復合配方和大豆分離蛋白復合配方冷凍保護劑對速凍餃子餡持水性、質構和脂肪氧化的改善作用,也提高了黃原膠復合配方冷凍保護劑對速凍餃子餡持水性降低和脂肪氧化的抑制作用,但超聲波處理協同黃原膠復合配方組對速凍餃子餡的質構特性卻有不利影響。