魔芋膠與卡拉膠復配優化驢頭骨肉凍凝膠特性

孫澤坤,謝云飛,于航,楊方威,姚衛蓉

(江南大學 食品學院,江蘇 無錫,214122)

驢肉高蛋白低脂肪,不飽和脂肪酸含量豐富,滋味清淡鮮美,在我國食用歷史悠久[1-2],但目前以驢肉為原料開發的食品種類較少。典籍記載驢頭肉可做藥膳,主治消渴；驢頭骨營養豐富,氨基酸組成均衡,是優質蛋白源[3]。由于驢頭骨肉膠原蛋白含量豐富,其水解之后的多種活性肽具有良好抗氧化活性,可以保健美容,以驢頭骨肉為原料開發膠凍類產品有低脂肪、低熱量、高蛋白等特點[4],營養價值較高且方便攜帶食用,具有廣闊的開發前景。

膠凍類產品的凝膠特性對其感官品質影響很大,而單純以驢頭骨肉為原料加工制成的凍狀產品,易析水、彈性差,常溫下凝膠強度弱,影響其口感。如果將某一種食用膠添加到驢頭骨肉凍中,難以同時滿足各種指標要求[5-6]。為解決應用中存在的問題,選用常應用于肉制品中且單一添加對膠凍無不良影響的食用膠進行復配：卡拉膠是由紅藻通過熱堿分離提取的一種凝膠多糖,通過雙螺旋交聯形成熱可逆凝膠,具有優良的凝膠特性和流變特性[7],常用于肉制品中,與蛋白質絡合,起乳化、凝膠、保水作用,從而提升產品質量[8-9]；魔芋膠是天然大分子雜多糖,有增稠與持水作用,也是一種優良的膳食纖維,具有減肥、降血壓等生理功能,已廣泛應用于食品工業[10-11]。

已有研究表明卡拉膠魔芋膠復配以后可以得到更高強度的凝膠[12-13]。魏玉[14]研究表明卡拉膠/魔芋膠質量比為5.5∶4.5時,復配凝膠的硬度咀嚼性最大。但食品體系成分復雜,pH、溶劑離子強度、糖等很多因素都會對凝膠體系的微結構及流變學性質產生影響[15-17],例如K+、Ca2+等鹽離子可以發揮鹽橋的作用,有助于雜亂的分子鏈結合為雙螺旋。本文利用物性分析儀和流變儀研究不同魔芋膠/卡拉膠配比、NaCl及蔗糖添加量對驢頭骨肉凍質構、流變和持水性的影響,一方面對驢頭骨肉凍的凝膠特性進行優化,提高產品感官品質,另一方面可以減少膠體的添加量,經濟高效。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

驢頭骨、驢頭肉,華信制藥集團有限公司；卡拉膠(食品級),滕州市香凝生物工程有限公司；魔芋膠(食品級),湖北強森魔芋科技有限公司；NaCl(分析純),國藥集團化學試劑有限公司；白砂糖,中糧福臨門食品有限公司。

1.2 儀器與設備

ME204E電子分析天平,梅特勒-托利多國際有限公司；RCT basic加熱磁力攪拌器,德國IKA公司；TGL-16M臺式高速冷凍離心機,上海盧湘儀離心機儀器有限公司；TA-XT plus物性分析儀,英國SMS公司；DISCOVERY HR-3流變儀,美國TA儀器公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品制備

驢頭骨肉凍的制備：驢頭骨、驢頭肉清洗后于水中預煮2 min,稱量放入高壓鍋中,加入水熬煮90 min,過濾濃縮后按每100 g添加1.0 g復配膠并攪拌10 min,于4 ℃條件下冷卻得到驢頭骨肉凍。

1.3.2 單因素試驗設計

制備不同配比魔芋膠/卡拉膠驢頭骨肉凍：將魔芋膠、卡拉膠按質量比1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、0∶1混合,得到不同配比的復配膠,加入到濃縮的驢頭骨肉湯中,攪拌冷卻得驢頭骨肉凍。

制備不同NaCl質量分數的驢頭骨肉凍：固定復配膠中魔芋膠/卡拉膠質量比為1∶4,在濃縮的驢頭骨肉湯中每100 g添加0.1、0.2、0.3、0.4 g NaCl,攪拌冷卻得驢頭骨肉凍。

制備不同蔗糖質量分數驢頭骨肉凍：固定復配膠中魔芋膠/卡拉膠質量比為1∶4,每100 g驢頭骨肉湯中添加2.0、4.0、6.0、8.0 g白砂糖,攪拌冷卻得驢頭骨肉凍。

1.3.3 凝膠持水性測定

將約5 mL不同條件下制備的樣品加入到塑料離心管中,待其形成凝膠后,放入離心機中,5 790×g離心15 min,用濾紙吸去上層水[18],持水力(water holding capacity,WHC)計算如公式(1)所示。

(1)

式中：m0,空離心管質量,g；m1,裝有凝膠的離心管離心前質量,g；m2,離心后吸去上層水分的離心管質量,g。每組樣品平行測量3次。

1.3.4 凝膠質構測定

采用物性分析儀對制備的凝膠樣品進行質地剖面分析[18]。將大小均一,平均厚度為40 mm的樣品放置于100 mL燒杯中,室溫下平衡60 min后測定。測定條件：選擇P/0.5圓柱形探頭,測前速度2.00 mm/s和測試速度1.00 mm/s,測試探針上升速率為5.00 mm/s,下壓距離5 mm,觸發力5.0 g。每組樣品平行測定3次。

1.3.5 流變特性的測定

將制備好的凝膠樣品在25 ℃下平衡60 min,選用直徑為40 mm的平板測量[19],設定平行板間隙為1 mm,每次測試均需更換樣品,測量前將凝膠樣品放于流變儀測試平臺上靜置5 min。

穩態流變性測定：溫度25 ℃,測定剪切速率在0.1～100 s-1內樣品表觀黏度(apparent viscosity,η)的變化,采用Power-Law數學模型,對剪切應力與剪切速率關系進行擬合,用R2表示方程擬合精度。Power-Law方程如公式(2)所示：

η=kγn-1

(2)

式中：η,表觀黏度;γ,剪切速率;k,稠度指數;n,流動行為指數。

動態黏彈性測定：為保證在線性黏彈區內,掃描應變選擇1%,溫度25 ℃,測定角頻率在0.1～100 rad/s內樣品儲能模量(storage modulus,G′)和損耗模量(loss modulus,G″)的變化。

儲能模量G′代表能量貯存而可恢復的性質,能反映黏彈性物質的彈性和剛性,而損耗模量G″代表能量消散的性質,能反映黏彈性物質的黏性和流動性。在魔芋膠、卡拉膠復配的驢頭骨肉凍動態頻率掃描的線性黏彈區內,G′和G″隨角頻率變化的趨勢可按方程(3)、方程(4)進行擬合[20]。

G′=K′·ωn″

(3)

G″=K″·ωn″

(4)

式中：K′和K″為冪率常數;ω為角頻率;n′和n″為G′和G″的頻率指數,表示相關模量隨角頻率的變化程度。

1.3.6 感官評價

從驢頭骨肉凍的外觀、口感和滋味3個方面設置感官評價的指標,采用10分制,具體評價標準見表1。選取10名評價員,男女比例1∶1,經基本味道識別能力、觀察閾、識別閾培訓,明確各種感官評價指標的含義和評分標準。

表1 驢頭骨肉凍感官質量評價標準Table 1 Sensory evaluation standard of meat jelly from donkey skull

受試人員每品嘗一種樣品,依照表1中的各項指標及賦值標準進行打分,相互不接觸交流,每個樣品評定之間用清水漱口。

1.4 數據處理

實驗數據采用Excel 2010及Origin 2021軟件繪圖,采用SPSS 25軟件通過Duncan’s多重檢驗法進行多組樣本間差異顯著性分析,結果以均值±標準方差(mean±SD)表示,P<0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 魔芋膠/卡拉膠驢頭骨肉凍的持水性及質構特性

添加不同比例魔芋膠/卡拉膠復配膠及固定魔芋膠/卡拉膠質量比為1∶4,改變食鹽、蔗糖添加量的驢頭骨肉凍的持水力和質構特性如表2所示。添加了不同配比復配膠的驢頭骨肉凍呈現良好的持水力,均>85%,優于只添加卡拉膠的驢頭骨肉凍。由此可知,魔芋膠可以顯著提高復配體系的持水性能,其原因可能是魔芋膠通過氫鍵與卡拉膠相互作用,穿插在卡拉膠的網狀結構中[21],形成良好的凝膠網絡結構,改善了驢頭骨肉凍的持水性能。隨著魔芋膠比例的增加,驢頭骨肉凍的咀嚼性和硬度均有顯著性變化,彈性的變化相對平緩。在魔芋膠卡拉膠質量比為1∶4時,彈性、咀嚼性和硬度均達到最大,說明在驢頭骨肉凍中,卡拉膠、魔芋膠產生協同作用,分子間作用力大大加強[22]。

為改善驢頭骨肉凍的口味,在加工過程中要添加一定量的食鹽或白砂糖。實驗范圍內,隨著NaCl濃度提高,驢頭骨肉凍的彈性呈較為緩慢的上升趨勢,咀嚼性也有一定程度提高,硬度則有顯著增長,在m(魔芋膠)∶m(卡拉膠)為1∶4時,卡拉膠對復配膠起主導作用,而卡拉膠含有硫酸鹽陰離子,加入適量Na+同硫酸鹽陰離子間靜電作用使分子間締合加強,改善驢頭骨肉凍的持水性能[23]。

在蔗糖質量分數為2.0%～8.0%時,凝膠持水性變化較小,當每100 g樣品添加量高于2 g時,體系的咀嚼性、硬度隨著糖濃度增加而降低,彈性變化幅度相對較小,與魏玉實驗結果相似[14]。

表2 魔芋膠/卡拉膠驢頭骨肉凍的持水性及質構特性Table 2 WHC and textural characteristics of meat jelly from donkey skull with konjac gum/carrageenan mixtures

2.2 魔芋膠/卡拉膠驢頭骨肉凍的穩態流變性

各樣品黏度在剪切速率0.1～100 s-1的變化如圖1所示,在外界剪切力的作用下,分子間作用力受到破壞,直接影響到樣品的流變特性。由圖1-a可知,所有不同配比魔芋膠/卡拉膠驢頭骨肉凍的黏度均隨著剪切速率的增加而降低,具有剪切變稀的特點,呈現假塑性。卡拉膠與魔芋膠復配比例高于2∶1后,體系黏度增加,抗剪切能力優于單體卡拉膠,說明凝膠的網絡結構增強,復配膠顯示出協同作用。

魔芋膠與卡拉膠復配質量比為1∶4時,在剪切速率相同的情況下,驢頭骨肉凍的黏度隨NaCl添加量的增加而增加,表明添加適量NaCl后,凝膠體系的網絡結構加強。而添加了蔗糖的驢頭骨肉凍黏度明顯下降,說明體系中分子間作用力較弱,當受到剪切力作用時,流動阻力更容易降低,從而導致黏度下降快。

依據Power-Law方程對各曲線數據點進行擬合(表3),體系的流動行為指數n<1,表明體系為假塑性流體。稠度指數越大,流動行為指數越小,說明樣品的黏稠度越高。由表3可知,隨著復配膠中卡拉膠比例的增加,驢頭骨肉凍的稠度指數先增加后減小,流動行為指數趨勢相反,卡拉膠與魔芋膠復配比例為4∶1時,驢頭骨肉凍體系流動性最低,凝膠狀態最佳。

a-不同魔芋膠/卡拉膠配比；b-魔芋膠/卡拉膠質量比為1∶4時不同NaCl質量濃度；c-魔芋膠/卡拉膠質量比為1∶4時不同蔗糖質量濃度圖1 驢頭骨肉凍的黏度Fig.1 Shear rate dependent viscosity of different meat jelly samples with donkey skull

表3 魔芋膠/卡拉膠驢頭骨肉凍Power-Law方程擬合參數Table 3 Fitting parameters for the Power-Law models of meat jelly samples with konjac gum/carrageenan mixtures

隨著NaCl添加量的增大,復配體系的稠度指數逐漸增大,流動行為指數逐漸變小,這表明添加NaCl能使卡拉膠形成的凝膠網絡結構更加嚴密,從而提高驢頭骨肉凍的增稠性,降低流動性。而隨著蔗糖添加量的增加,驢頭骨肉凍樣品的流動性提高,凝膠強度降低。

2.3 魔芋膠/卡拉膠驢頭骨肉凍的動態黏彈性

在卡拉膠/魔芋膠質量比為2∶1時,體系的G′G″,表明體系彈性成分較大,呈凝膠狀態。卡拉膠可以獨自形成熱可逆凝膠,而魔芋膠本身不能形成凝膠,由此可見,魔芋膠與卡拉膠復配質量比在0∶1～1∶4范圍內,卡拉膠對復配凝膠起主導作用[14]；當魔芋膠的含量大于1∶4時,驢頭骨肉凍黏彈性下降,魔芋膠逐漸在復配凝膠中起主導作用。

圖2-a為改變魔芋膠與卡拉膠復配比制備的驢頭骨肉凍的儲能模量G′值隨角頻率的變化曲線,相同角頻率下,隨著魔芋膠在復配膠中占比增加,G′先增大后減小,對角頻率都有依賴性。在m(魔芋膠)∶m(卡拉膠)為1∶4時,G′明顯高于單體卡拉膠。圖2-b中,G″的變化趨勢與G′相同,同一角頻率下,改變魔芋膠/卡拉膠配比,G″變化相對平緩,說明復配比例對驢頭骨肉凍彈性特征的影響大于其黏性特征。

當角頻率從0.1～100 rad/s變化時,添加NaCl或蔗糖的驢頭骨肉凍的儲能模量均大于損耗模量,表現為典型的弱凝膠。不同NaCl質量分數的驢頭骨肉凍的儲能模量和損耗模量均呈上升趨勢,體系中NaCl添加量增加,儲能模量和損耗模量也隨之增加,體系表現出更加優越的黏彈性。而改變蔗糖添加量對體系的儲能模量影響較大,說明剛性變化較大,與質構分析的結果一致。

通過公式(3)、(4)對各樣品動態黏彈性的數據進行擬合,計算得到的參數如表4所示,隨著復配膠中魔芋膠比例減少,驢頭骨肉凍的n′從0.223 4降至0.176 9后又升至0.200 6,n″從0.195 5降至0.152 6后升至0.178 3,而K′和K″的變化與之相反。卡拉膠與魔芋膠復配比例為4∶1時,驢頭骨肉凍常溫下凝膠效果最佳,故選擇此配比進一步研究NaCl及蔗糖添加量對體系凝膠特性的影響。

隨著NaCl質量分數的增加,驢頭骨肉凍的n′和n″減小,K′及K″增大,說明體系的彈性有一定程度的增強,體系的黏度增加。說明低濃度NaCl的加入使卡拉膠的空間網狀結構更加穩定,得以與魔芋膠更好地協同,提高驢頭骨肉凍的凝膠品質,與已有研究結果一致[24]。

a、b-不同魔芋膠/卡拉膠配比；c、d-魔芋膠/卡拉膠質量比為1∶4時不同NaCl質量濃度；e、f不同蔗糖質量濃度圖2 驢頭骨肉凍動態流變曲線Fig.2 Dynamic rheological properties of different meat jelly samples

表4 不同配比魔芋膠/卡拉膠驢頭骨肉凍G′和G″隨角頻率的變化Table 4 Variation in G′ and G″ of meat jelly samples with different mass ratios as a function of angular frequency

增加蔗糖添加量后,體系n′由0.176 9增至0.197 8,K′由233.651降至81.895,與n″及K″變化趨勢相同,反映出儲能模量及損耗模量隨角頻率變化的程度升高,體系抗應變能力降低,結合已有研究,糖分子本身吸水[16],使凝膠中的自由水減少,濃度太大會阻礙凝膠分子間的交聯,導致體系的凝膠強度減弱。

2.4 感官評價結果

如表5所示,魔芋膠/卡拉膠質量比為1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、0∶1的驢頭骨肉凍樣品編號為Y1～Y5；固定魔芋膠/卡拉膠質量比1∶4后,每100 g樣品添加0.1、0.2、0.3、0.4 g NaCl的驢頭骨肉凍樣品編號為X1～X4,每100 g樣品添加2.0、4.0、6.0、8.0 g蔗糖的驢頭骨肉凍樣品編號為T1～T4,感官得分如表4。

魔芋膠/卡拉膠質量比1∶4時,產品質地、口感最佳,說明通過添加復配膠優化了驢頭骨凍常溫下的凝膠特性。與只添加卡拉膠的樣品相比,復配膠的添加明顯改善了驢頭骨肉凍的析水情況。不同魔芋膠/卡拉膠配比對樣品感官評分影響差異顯著,與質構及流變性分析結果一致。實驗范圍內,隨著NaCl添加量的增加,驢頭骨肉凍外觀狀態得到改善,感官得分升高,但添加量較高導致其質地太硬,膠質感明顯,同時產品咸度過高,口感及滋味評分下降。蔗糖的添加導致驢頭骨肉凍的凝膠特性有不同程度地減弱,組織狀態及口感得分較低,在蔗糖濃度為4%時,驢頭骨肉凍滋味得分較高,甜度合適。

表5 驢頭骨肉凍感官評價結果Table 5 Sensory evaluation result of meat jelly from donkey skull

3 結論與討論

通過改變魔芋膠/卡拉膠復配質量比、NaCl添加量制備不同的驢頭骨肉凍樣品,對其流變和質構特性進行研究,證實卡拉膠在復配膠中起主導作用時對驢頭骨肉凍的凝膠質構、持水力具有一定改善作用,m(魔芋膠)∶m(卡拉膠)為1∶4時,兩者協同效果最好,驢頭骨肉凍的彈性、咀嚼性、硬度達到最高。采用2種膠體復配的方法可改善傳統肉皮凍常溫下易析水、口感差的缺點,減少食用膠的使用量,提升產品品質。

添加適量的NaCl可以一定程度提高驢頭骨肉凍的凝膠特性,綜合考慮感官品質,每100 g樣品中添加1.0 g復配膠(魔芋膠/卡拉膠質量比1∶4),0.2 g NaCl的驢頭骨肉凍成凍完整,色澤均一,且口感較好,風味協調；蔗糖添加量在4%時甜度合適,但過量的蔗糖對驢頭骨肉凍的凝膠質地影響較大,降低了產品的感官品質。