香菇腳纖維制備與性能評價及對蛋清凝膠特性的影響

張 明,吳子男,王穩(wěn)航

(天津科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,天津 300457)

香菇(Lentinusedodes)是世界上第二大栽培藥用和食用菌之一,富含膳食纖維,對促進消化吸收,改善胃腸功能具有十分重要的意義[1]。在我國,每年生產(chǎn)香菇約50萬噸,而香菇腳占總重的25%左右[2],因其粗韌難嚼、吞咽困難、適口性差,通常被當作廢物丟棄[3]。香菇腳和香菇蓋由香菇菌絲組成,含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素、礦物元素等營養(yǎng)成分,以及香菇多糖、膳食纖維等功能性成分[4-6],而香菇腳中膳食纖維的含量則遠遠超過菇蓋[7]。雖然目前市面上常見的香菇產(chǎn)品種類豐富,如香菇餅干[8-9]、香菇肉醬[10]、香菇肉松[11]、香菇罐頭[12]等,但是以香菇腳為原料的加工食品還很少。

市面上常見的蛋清粉由鮮雞蛋清制得而成,保留了鮮雞蛋清的優(yōu)良功能特性,是蛋白質(zhì)的良好來源[13]。蛋清蛋白具有發(fā)泡性、乳化性、凝膠性和粘合性等多種功能特性[14],經(jīng)適度加工(如熱處理)可變性聚集成一個有規(guī)則的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而形成凝膠,此特性常被用于開發(fā)凝膠類食品,同時也因此使蛋清成為開發(fā)肉類代替品的重要原料。近年來,制備高強度凝膠性的蛋清蛋白已有許多研究,比如利用多糖對蛋白質(zhì)進行糖基化[15],利用射頻輔助熱處理等方法制備蛋清粉[16-17],以及使用鎂離子來增強蛋清凝膠硬度[18]。然而,不改變蛋白自身性質(zhì),直接利用不溶性膳食纖維特理調(diào)節(jié)蛋清蛋白凝膠性能尚未見報道。

本實驗以食用菌下腳料高值化利用和新型仿造肉食品的開發(fā)為出發(fā)點,采用三種處理方式制備香菇腳纖維,并對其理化性質(zhì)和食品加工特性進行分析;再在此基礎(chǔ)上,研究了不同纖維對蛋清蛋白凝膠特性的影響,旨在開發(fā)出具有實用價值的健康食品配料,同時為仿造肉食品市場提供潛在的開發(fā)途徑與制備技術(shù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

香菇腳 雷氏菇品購銷有限公司,規(guī)格1.5 cm,水分≤13%;蛋清粉 蘇州歐福蛋業(yè)股份有限公司,含量99%;乙醇、叔丁醇、丙酮、冰乙酸、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉 均為分析純,天津市江天化工技術(shù)有限公司;雙氧水 食品級,天津市惠達龍科技有限公司;蛋白酶(1100 U/g)、熱穩(wěn)定α-淀粉酶(4000 U/g)、淀粉葡萄糖苷酶(30 U/mg) 上海源葉生物技術(shù)有限公司。

ST-24型電熱恒溫水浴鍋 北京長風(fēng)儀器儀表公司;DH-101BS電熱鼓風(fēng)干燥箱 天津中環(huán)實驗電爐有限公司;TDZ5-WS離心機 湘儀離心機儀器有限公司;TCS-SP2激光共聚焦顯微鏡 日本尼康儀器公司;PH-3CW酸度計 上海理達儀器廠;MB45快速水分測定儀 美國奧豪斯有限公司;TA.XT.Plus質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro System公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 香菇纖維的制備 濕打漿:將香菇腳放入干燥箱于60 ℃烘干12 h后,再以1∶20的質(zhì)量比加入50 ℃熱水浸泡24 h。然后用膠體磨進行濕打漿,接著用機械研磨機(間隙2 mm)研磨1次,再用200目濾袋過濾除去水分,再進行冷凍干燥,得樣品1。

漂白處理:參照Tejada-Ortigoza等[19]的處理方法,將濕打漿處理得到的樣品1,以固液比40 g/100 mL添加5.0 wt% NaOH溶液,攪拌至分散均勻。加入30 wt% H2O2溶液,直到混合物中含有5 wt% H2O2,在35 ℃下攪拌1 h。最后,用熱水反復(fù)沖洗10次以除去殘余H2O2,再用200目濾袋過濾。之后進行冷凍干燥,得樣品2。

酶處理:參照Wong等[20]的處理方法。將9 g濕打漿處理好的樣品1加入50 mL 0.08 mol/L磷酸緩沖液(pH6.0)中,沸水浴30 min。冷卻到60 ℃,再調(diào)pH至5.4,加入40 μL熱穩(wěn)定α-淀粉酶攪拌30 min;然后調(diào)pH至7.5,加入230 μL蛋白酶攪拌30 min;最后調(diào)pH至4.3,再加136 μL淀粉糖苷酶攪拌30 min。期間保持溫度在60 ℃,200目濾袋過濾去除水分,再進行冷凍干燥,得樣品3。

1.2.2 顯微鏡結(jié)構(gòu)觀察(CLSM) 利用激光共聚焦顯微鏡(CLSM)觀察三種不同處理的香菇纖維的大小形態(tài)。將磨成粉末的纖維與水混合,在明場模式下,取少量液滴,滴在載玻片中央,從一端緩慢蓋上蓋玻片,盡量減少氣泡的形成,對香菇纖維進行顯微鏡觀察。

1.2.3 香菇纖維的性能評價

1.2.3.1 不溶性膳食纖維測定 參考國家標準(GB/T 5009.88-2014)[21]通過酶-重量法測定樣品中的不溶性膳食纖維含量。每個樣品做三組平行。

1.2.3.2 吸油性測定 參照Wong等[20]的方法稍做修改。取1 g樣品于10 mL 棕櫚油中浸泡30 min,隨后離心(2500 g,30 min,25 ℃)。離心后棄去上清液并稱重。單個樣品的吸油性表示為由1 g相應(yīng)膳食纖維樣品保持的油的克數(shù)。每個樣品重復(fù)三次。

1.2.3.3 吸水性測定 參照Wong等[20]的方法,取0.2 g樣品于20 mL水中,25 ℃水浴鍋內(nèi)持續(xù)振蕩24 h。然后離心(14000 g,30 min,25 ℃)。棄去上清液。120 ℃烘干2 h,稱重。每個樣品重復(fù)三次。

1.2.3.4 膨脹力測定 準確稱取1.000 g冷凍干燥后的樣品,將其置于25 mL量筒內(nèi),加入蒸餾水至量筒15 mL處,于室溫下放置4 h。讀取量筒中物料體積數(shù)。每個樣品重復(fù)三次。計算公式為:

式(1)

1.2.4 香菇纖維與蛋清復(fù)合凝膠制備 首先將蛋清粉配制成15%的溶液。再將凍干后三種的香菇纖維相對于蛋清粉溶液,分別按照含量梯度0、0.5%、1.0%、2.0%、5.0%的加入到溶液中。將混合物灌入塑料腸衣(長度1 cm)中,控制重量在25 g左右,80 ℃加熱處理55 min。取出冷卻至室溫,得到成品。

1.2.5 香菇纖維與蛋清復(fù)合凝膠指標測定

1.2.5.1 pH測定 準確稱取不同位置的樣品1 g,切碎研磨,用9 mL水混合置于離心管中,以6000 r/min離心10 min,測定上清液的pH。

1.2.5.2 水分含量測定 取恒重的稱量瓶稱重(m1)。在稱量瓶中取5 g樣品,稱其總重(m2)。在105 ℃下加熱干燥12 h,后放入干燥器內(nèi)冷卻10 min,稱重。重復(fù)干燥至恒重(m3)。計算水分含量:

式(2)

表1 香菇纖維的主要理化性質(zhì)

1.2.5.3 蒸煮損失率測定 取8 g樣品于真空袋中,抽真空,密封。放入水浴鍋中80 ℃加熱40 min,冷卻后稱重[22]。按公式計算蒸煮損失率:

蒸煮損失率(%)=(蒸煮前的樣品-蒸煮后的樣品)/蒸煮的樣品×100

式(3)

1.2.5.4 色度測定 采用色度計對香腸進行色度測量,將每個樣品切平齊,然后使用色度儀在不同部位上測定。每個梯度含量做三個平行試驗,以及一組空白試驗。測量結(jié)果用亮度(L*)、紅度(a*)和黃度(b*)表示[23]。L*越大,代表樣品越亮;a*值為正值時,表示樣品紅色增加,負值時表示樣品綠色增加;b*值為正值時,表示樣品黃色增加,為負值時,表明樣品藍色增加。

1.2.5.5 質(zhì)構(gòu)測定 取蒸煮后的樣品,切成1 cm長的圓柱體用于TPA方法測定[24]。參數(shù)如下:測前速度:2.0 mm/s;測中速度:1.0 mm/s;測后速度:1.0 mm/s;兩次下壓間隔時間:5.0 s負重:5 g;探頭類型:P/36R;數(shù)據(jù)收集率:250 pps/s。以確定樣品的硬度、彈性、粘聚性和咀嚼性參數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

每組實驗至少進行三次,實驗中的數(shù)據(jù)均采用SPSS 17.0 軟件進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計學(xué)處理,相關(guān)表格中數(shù)據(jù)均以平均數(shù)±標準差的形式表示。表格和圖表數(shù)據(jù)后標注不同字母表示其各組數(shù)據(jù)間的差異性,當P<0.05 時認為數(shù)據(jù)之間存在差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同方法制備香菇纖維

2.1.1 共聚焦顯微鏡 利用激光共聚焦顯微鏡(明場條件下),結(jié)合計算機圖像處理,觀察未處理的香菇腳干粉和三種不同處理的香菇纖維的形態(tài)大小。如圖1所示,對照組未處理的干粉圖片中纖維長度較短且聚集密集,而處理后的纖維,纖維狀明顯、長度增加,且纖維被打開呈分散狀。漂白和酶處理后的纖維長度明顯增加,而酶處理造成纖維之間的部分糖苷鍵斷裂,其長度比漂白處理的纖維更短。

圖1 香菇纖維顯微鏡圖

2.1.2 香菇纖維的性能分析 由表1可知,制備得到的三種香菇纖維都具有較高的不溶性膳食纖維,良好的吸水性和吸油性。而酶處理組和漂白組的香菇纖維與香菇干粉相比膨脹力未有顯著變化,濕打漿組則有所降低。處理后樣品的不溶性膳食纖維比例顯著(P<0.05)提高。香菇中不溶性膳食纖維主要是由以葡聚糖和甲殼素為主要成分的細胞壁組成[25]。濕打漿處理可以去除香菇纖維中水溶性部分物質(zhì),而漂白處理因為處理過程中有NaOH祛除了部分蛋白質(zhì),所以漂白處理得到的香菇纖維具有更高比例的不溶性膳食纖維。酶處理的不溶性膳食纖維比例最高,是因為經(jīng)過蛋白酶、淀粉酶和淀粉糖苷酶充分酶解后,去除了香菇腳中的蛋白質(zhì)、淀粉和多糖,從而大大提高了樣品中不溶性膳食纖維的比例。

吸水性和吸油性是膳食纖維重要的物理性質(zhì)。如表1所示,相較于未處理的香菇腳干粉的吸水性和吸油性,三種處理后的香菇纖維的吸水性和吸油性均顯著(P<0.05)增加,說明香菇纖維是一種優(yōu)良的吸水吸油材料。經(jīng)過處理后的香菇纖維的多孔結(jié)構(gòu)變得膨松,形成了較多的毛細管組織,使其表面積增加,同時使更多的極性和非極性基團暴露,從而提高了吸油性和吸水性。同時,因為漂白組和酶處理組的膳食纖維的比例的提高,纖維狀結(jié)構(gòu)充分暴露,這兩組的膨脹力都較好。而可能是因為可溶性成分減少,濕打漿組樣品的膨脹力較低。

2.2 香菇纖維與蛋清復(fù)合凝膠理化性能分析

2.2.1 pH分析 香菇纖維與蛋清復(fù)合凝膠pH隨纖維添加量的變化如表2所示。隨著纖維添加量的增加,凝膠pH都呈下降趨勢,都從弱堿性逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹行浴．斃w維添加比例達到2.0%及5.0%時,添加漂白組纖維的pH比濕打漿組和酶處理組高,可能因為漂白處理時的NaOH會提高樣品的堿性,導(dǎo)致pH較高。

表2 纖維添加量對香菇纖維-蛋清復(fù)合凝膠pH的影響

2.2.2 水分含量測定分析 由圖2可知,隨著纖維量增加,水分含量均呈現(xiàn)下降的趨勢,但都無顯著差異(P>0.05)。隨著纖維量的增加,漂白處理組呈現(xiàn)的下降趨勢最小,添加濕打漿處理的樣品下降趨勢次之,而加入酶處理的纖維的樣品的水分含量下降趨勢最明顯。這從上面的纖維表征中纖維的吸水性差異可以解釋,添加不同香菇纖維的凝膠水分含量的高低和香菇纖維的吸水性有著相同的趨勢。漂白處理的香菇纖維的吸水性最好,所以漂白組樣品的水分含量降低的最少。反之,酶處理組的水分含量最低,主要因為其纖維吸水性也是三者中最低的。

圖2 纖維添加量對香菇纖維-蛋清復(fù)合凝膠保水性的影響

2.2.3 蒸煮損失率測定分析 由圖3可知,不添加香菇纖維的對照組蒸煮損失率較大;加入纖維后,蒸煮損失率明顯降低。當纖維添加量低于2.0%,隨著纖維添加量的增加,蒸煮損失率總體呈下降趨勢,且漂白組下降的趨勢最為顯著(P<0.05)。當添加5.0%的纖維時,三組樣品的蒸煮損失率又逐漸增大,可能是因為添加量達到一定程度之后,纖維密度增加,破壞了穩(wěn)定的凝膠結(jié)構(gòu),導(dǎo)致保水能力下降,在蒸煮時造成流失。

圖3 纖維添加量對香菇纖維-蛋清復(fù)合凝膠蒸煮損失率的影響

2.2.4 色度測定分析 從表3可知,隨著香菇纖維的加入,蛋清凝膠的色度發(fā)生了明顯的變化。將三組復(fù)合凝膠進行比較,隨著纖維添加量的增加,添加濕打漿組和酶處理組的樣品亮度(L*)都呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢,而紅度(a*)呈現(xiàn)顯著(P<0.05)上升,漂白組均沒有顯著變化;而三組處理方法中黃度(b*)都呈現(xiàn)上升的趨勢,這是因為香菇本身的黃色。漂白組的亮度顯著(P<0.05)高于其他兩組,而紅度和黃度均低于其他兩組。與對照組相比,漂白組的復(fù)合凝膠的黃度有所提高且隨著添加量提高而略微增大,而其紅度變化不大,亮度增加。亮度的增加使得漂白組凝膠與對照組在色度上未有過多變化。相比較而言,濕打漿組和酶處理組的香菇纖維添加量的差異對蛋清復(fù)合凝膠的顏色的影響較大。

2.2.5 質(zhì)構(gòu)測定分析

2.2.5.1 硬度 由圖4可知,香菇纖維與蛋清復(fù)合凝膠的硬度隨著纖維添加量的增加而增加。其中添加濕打漿和酶方法處理的樣品硬度升高程度基本一致,而由漂白處理的樣品在纖維添加量為2.0%之后,硬度顯著(P<0.05)增高。與對照組15%蛋清溶液凝膠相比,因為香菇纖維中不溶性膳食纖維的存在,且復(fù)合凝膠水分含量的降低,使得樣品硬度升高。而從纖維的顯微鏡圖分析可知,漂白處理的纖維比其他兩種處理的纖維具有更長的纖維結(jié)構(gòu),所以其更容易形成結(jié)實的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使其硬度迅速上升。

2.2.5.2 彈性 如圖4所示,與對照組相比,由于不同處理的纖維的吸水性和纖維添加量的差異沒有對樣品的彈性產(chǎn)生很大影響。比較復(fù)合凝膠的彈性可以看出,隨漂白和酶處理的纖維的添加量增大,兩組復(fù)合凝膠的彈性先增大后減小,而濕打漿組的復(fù)合凝膠則是先減小后增大。纖維添加量高于2.0%以后,濕打漿處理的樣品彈性上升,因為此時樣品的蒸煮損失率增大,降低了水分含量,提高了彈性。

表3 纖維添加量對香菇纖維-蛋清復(fù)合凝膠色度的影響

2.2.5.3 粘聚性 粘聚性表示測試樣品在第一次壓縮變形對第二次壓縮的相對阻力,它表示為曲線上兩次壓縮所做正功的比率。如圖4所示,隨著纖維添加量的增加,蛋清復(fù)合凝膠的粘聚性為下降趨勢,濕打漿和酶處理的添加量高于1%時下降趨勢顯著(P<0.05)增大,而漂白組下降趨勢較為平緩且不顯著。因為其纖維吸水性高于其他兩種處理的樣品,在添加量的共同作用下,粘聚性下降較緩慢。而其它兩組中,由于吸水性較差,導(dǎo)致水分流失,使得粘聚性顯著(P<0.05)下降。

圖4 纖維添加量對香菇纖維與蛋清復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)特性變化的影響

2.2.5.4 咀嚼度 如圖4所示,隨纖維添加量的增加,咀嚼度整體表現(xiàn)為逐漸上升,且漂白組咀嚼度顯著增大(P<0.05)。咀嚼性是分析固體產(chǎn)品的彈性、硬度和粘聚性的綜合體現(xiàn)。漂白處理后的纖維長度較長,使得纖維的分布能夠更加均勻,在纖維加入量過高時,形成結(jié)實的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而顯著(P<0.05)增加了樣品的咀嚼度。而酶處理后的樣品由于除去了蛋白、淀粉等雜質(zhì),且處理后樣品中不溶性膳食纖維長鏈變短,較難形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從而使得凝膠增強效果稍稍下降,所以其咀嚼度上升較為平緩。

3 結(jié)論

香菇腳經(jīng)簡單方法處理成三種不同香菇纖維后,相較于香菇干粉,其纖維長度,膳食纖維含量,吸水性,吸油性和膨脹力都發(fā)生了變化。其中,漂白處理得到的纖維具有最佳的吸水性和最長的長度,而酶處理纖維具有最高的不溶性膳食纖維比例,最高的吸油性和膨脹力。將其按比例添加入蛋清溶液制備出凝膠,復(fù)合凝膠的含水量與蛋清凝膠相比未有顯著變化;而隨著添加量增加,其pH則由堿性逐漸降低到中性。同時,香菇纖維的加入降低了凝膠的蒸煮損失率,在添加量達到2.0%時,三種香菇纖維都使凝膠蒸煮損失率降到各組最低,其中漂白組表現(xiàn)最佳。這說明香菇纖維的加入可以有效提高樣品的出產(chǎn)率。在色度測定中,由于濕打漿和酶處理后的香菇纖維發(fā)生褐變,顏色變深變暗,因此對樣品色度的影響較顯著(P<0.05),其中紅度(a*)和黃度(b*)均迅速升高,且亮度(L*)降低。而漂白處理的纖維則顯著(P<0.05)提高了樣品的亮度,且未發(fā)生嚴重褐變。質(zhì)構(gòu)檢測結(jié)果表明香菇纖維能夠顯著地改善凝膠的質(zhì)構(gòu)特性。與對照組相比,香菇纖維提高了樣品的硬度和咀嚼度,降低了粘聚性,同時對樣品的彈性沒有顯著影響。因此,可通過調(diào)整香菇纖維的比例,提高蛋清凝膠的性能,從而得到類似肉食品的咀嚼感。

本實驗利用廢棄物香菇腳開發(fā)了一種新型復(fù)合凝膠,拓展了食用菌副產(chǎn)物資源的高值化利用,可以作為基質(zhì)材料用于肉類替代食品工業(yè)中。而復(fù)合凝膠因為富含膳食纖維和優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì),其營養(yǎng)與保健功能可以進一步深入研究。目前市場上的肉類替代食品種類較少,作為一種新型的功能食品,還有待開發(fā)研究。