魔芋膠不同添加量與豬皮膠交互作用的研究

蘇 偉,文 飛,王 瑜,母應(yīng)春,邱樹毅

(1.貴州大學(xué)釀酒與食品工程學(xué)院,貴州貴陽 550025;2.貴州大學(xué)南區(qū)分析測試中心,貴州貴陽 550025)

魔芋膠不同添加量與豬皮膠交互作用的研究

蘇 偉1,2,文 飛1,王 瑜1,母應(yīng)春1,邱樹毅1

(1.貴州大學(xué)釀酒與食品工程學(xué)院,貴州貴陽 550025;2.貴州大學(xué)南區(qū)分析測試中心,貴州貴陽 550025)

以魔芋膠與豬皮膠為實驗原料,采用低場核磁共振(NMR)、質(zhì)構(gòu)儀和掃描電子顯微鏡(SEM)等分析魔芋膠不同添加量分別對豬皮膠內(nèi)水分分布與遷移、凝膠強度和微觀結(jié)構(gòu)的變化探究其交互作用。實驗結(jié)果表明:當(dāng)魔芋膠添加量為0.5%～0.7%時,使豬皮膠內(nèi)的水分分布的橫向馳豫峰向左移動,一部分自由水向結(jié)合水轉(zhuǎn)化,三種水分的分布情況與新鮮肉制品相似,具有良好的質(zhì)感,組織狀態(tài)緊密,質(zhì)構(gòu)儀測的凝膠強度最大,即兩者此時的交互作用最強,通過掃描電鏡觀察豬皮膠表面的微觀結(jié)構(gòu)中的孔狀結(jié)構(gòu)也隨著魔芋膠的添加逐漸變小,在添加量為0.5%時魔芋膠對豬皮膠表面的孔達到完整的填充。

魔芋膠,豬皮膠,添加量,交互作用

魔芋膠,又稱魔芋葡甘聚糖,是來源于天南星科魔芋屬多年生草本植物塊莖中的一種水溶性天然多糖[1],它是由葡萄糖和甘露糖主要以β-1,4糖甙鍵連接起來的高分子多糖,兩者的摩爾比為1∶1.6[2-3],其分子結(jié)構(gòu)中,在甘露糖C3的位置上存在一些支鏈結(jié)構(gòu),主鏈上存在著5%～10%以酯鍵結(jié)合的乙?；鵞4],乙?；鶊F與魔芋膠有著密切聯(lián)系,在堿性條件下KGM會發(fā)生脫乙酰反應(yīng),利于分子間氫鍵的形成,使KGM部分結(jié)晶,形成具有三維結(jié)構(gòu)的凝膠。魔芋膠由于具有凝膠和乳化性,在歐洲和美國常作為食品添加劑而廣泛應(yīng)用于食品加工領(lǐng)域[5]。豬皮膠,是利用豬皮為原料經(jīng)酶解后而得到的一種膠原蛋白,具有低脂肪、低熱量和高蛋白的特性,廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥和化妝品等行業(yè)[6]。

魔芋膠屬于多糖類物質(zhì),豬皮膠則屬于蛋白質(zhì),兩者都是生物大分子,蛋白質(zhì)和多糖都具有增稠性、膠凝性以及一些表面性質(zhì)[4],兩者應(yīng)用到食品中,決定食品質(zhì)構(gòu)和穩(wěn)定性[7],其決定因素與蛋白質(zhì)和多糖之間的離子鍵結(jié)合和結(jié)構(gòu)相關(guān),同時也與蛋白質(zhì)和多糖相互作用相關(guān)。目前,對魔芋膠與其他膠體的協(xié)同交互作用的研究有相關(guān)報道,如魔芋膠與卡拉膠[8]、黃原膠[9]、馬鈴薯淀粉[10]及乳清蛋白[11]等。但對魔芋膠與豬皮膠之間的相互作用的研究報道較少,因此本實驗通過采用低場核磁共振技術(shù)(NMR)及掃描電子顯微鏡(SEM)[12]分析添加不同含量的魔芋膠對豬皮膠內(nèi)水分分布與遷移的影響,及觀察兩者表面微觀結(jié)構(gòu)的變化,同時采用質(zhì)構(gòu)儀分析其凝膠強度的變化,為更好的了解兩者的最優(yōu)配比,使其交互作用最大化,為進一步開發(fā)和利用魔芋膠與豬皮膠復(fù)合凝膠在食品工業(yè)中的應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

豬皮 購于貴陽市花溪區(qū)農(nóng)貿(mào)市場;米醋 購于貴陽市花溪區(qū)佳宇超市;胃蛋白酶 北京索萊寶生物科技有限公司;豬皮膠粉末(冷凍干燥處理) 實驗室自制;魔芋膠粉末(食品級) 河北百味生物科技有限公司。

FW135型粉碎機 天津市泰斯特儀器有限公司;SX-4-10型箱式電阻爐 天津市泰斯特儀器有限公司;BSA-CW型電子分析天平 賽多利斯科學(xué)儀器有限公司;DK-98-IIA型電熱恒溫水浴鍋 天津市泰斯特儀器有限公司;TDL8M臺式低速冷凍離心機 長沙湘儀貝克儀器儀表有限公司;NMI20-Analyst核磁共振成像分析儀 上海紐邁電子科技有限公司;TA.XT plus質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro Systems公司;S3400電子顯微鏡 日本日立電子有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料處理 將新鮮豬皮用刀刮去豬皮表面脂肪,置于沸水中預(yù)煮3～5 min后取出,待其稍微冷卻后,用刀再次將表面脂肪徹底去除。然后將其切成長寬為1 cm左右的小方塊,用高速粉碎機將其打碎成顆粒狀,冷凍備用。

1.2.2 30%米醋水溶液配制 實驗采用30%的米醋可以滿足胃蛋白酶的酶解pH,且口感適合,因此本實驗采用米醋與水的比例為3/7的比例作為酶解的液體。

1.2.3 豬皮膠凍的制備工藝流程

將預(yù)煮后冷凍備用的豬皮與30%米醋水溶液混合,攪拌均勻,加入胃蛋白酶,在恒溫水浴(40 ℃)中進行酶解90 min,之后進行加熱滅酶,待冷卻后置于4000 r/min離心機中離心10 min,取上清液,冷卻,即得豬皮膠凍。然后經(jīng)過真空冷凍干燥可得豬皮膠粉末。

1.2.4 低場核磁共振分析不同魔芋膠添加量對豬皮膠水分分布的測定 取100 mL的豬皮膠凍,魔芋膠按照0%,0.3%,0.5%,0.7%,1.0%的梯度比例加入到豬皮膠凍中,熬煮10 min,待魔芋膠完全溶解到豬皮膠后取2 mL加入到核磁管中采用低場核磁共振分析儀開始分析。LF-NMR參數(shù):儀器工作溫度32 ℃;頻率SF(MHz)=19.O1(Hz);硬脈沖CPMG 序列設(shè)置參數(shù):SW=200kHz,TD=2056086,RFD(ms)=0.08;TW(ms)=10000,P1(us)=15.00,RG1(db)=20.0,TD=2056086,DRG1=3,DR=1,NS=2,P2(us)=29.00,NECH=10000,開始檢測;檢測結(jié)束保存數(shù)據(jù),進入反演軟件反演出橫向弛豫時間T2的分布情況。

1.2.5 質(zhì)構(gòu)儀測定凝膠強度 取量與1.2.4操作一樣,待魔芋膠完全溶解到豬皮膠后將其倒入到直徑為60 mm的平皿中,等其冷卻凝固后采用質(zhì)構(gòu)儀測定其凝膠強度。每個平皿中的樣品十字分4等份,測4個平行后取平均值,采用Excle2010以及origin8.5處理數(shù)據(jù)。質(zhì)構(gòu)儀測試條件[13]:采用P/0.5圓柱形探頭,測試模式:壓縮,測前速度:1.0 mm/sec,測試速度:2.0 mm/sec,測后速度:10.0 mm/sec,目標模式:距離,觸發(fā)力:100.0 g,應(yīng)變位移:10%,引發(fā)模式:自動(力),引發(fā)力:5.0 g。

1.2.6 掃描電子顯微鏡測定微觀結(jié)構(gòu) 取量與1.2.4操作一樣,待熬煮10 min,預(yù)冷后冷凍干燥得豬皮膠粉末。將所得到干燥豬皮膠粉末用導(dǎo)電膠黏在樣品座上,將粉末均勻鋪開,再用帶導(dǎo)電膠樣品臺粘粉,略略壓緊,多余的用吸耳球吹掉,用棉簽擦拭樣品臺,去除未黏住的粉末。然后采用離子濺射鍍金,把樣品座置于離子濺射儀中鍍金5～8 min,在不同放大倍數(shù)下進行電鏡掃描觀察樣品微觀結(jié)構(gòu)并拍攝圖片。

2 結(jié)果與分析

2.1 添加魔芋膠對豬皮膠水分分布結(jié)果分析

通過分析弛豫時間T2在0～10 ms,10～100 ms,100～1000 ms之間水分遷移分布情況,來確定最佳的魔芋膠添加量對豬皮膠凍保水性的影響。豬皮膠NMR T2馳橫向豫測時間測定結(jié)果,出峰時間如圖1所示,馳豫圖上有3個峰。說明在豬皮膠中有3種組分的水存在。第1、2、3峰分別用T21、T22、T23表示,依次代表結(jié)合水、不易流動水和自由水。從圖1中可知,豬皮膠中水分主要是以自由水為主,占98.16%,有少量的不易流動水和結(jié)合水,其中不易流動水占1.79%,結(jié)合水占0.05%。

圖1 豬皮膠橫向弛豫時間T2分布圖Fig.1 Pigskin glue transverse relaxation time T2 maps

由圖2可知,隨著魔芋膠的添加,豬皮膠NMR T2橫向馳豫時間圖上的3個峰也隨著變化,在沒有添加魔芋膠的情況下,豬皮膠內(nèi)存在三個峰,1～10 ms內(nèi)為與水緊密結(jié)合的結(jié)合水,10～100 ms內(nèi)為不易流動水,在100～1000 ms內(nèi)為自由水。隨著魔芋膠添加量的增加,結(jié)合水(T21)弛豫時間整體變化不顯著(p>0.05),因為其含量較少,變化趨勢基本穩(wěn)定,在0.5%時達到峰頂點,之后橫向弛豫時間逐漸變小,弛豫峰向左移動;而不易流動水(T22)在魔芋膠量為0%～0.5%,弛豫時間略微增加,在0.5%達到最大,到0.7%的時,弛豫時間變小,說明魔芋膠的添加有助于不易流動水滲出,在1%時,弛豫時間增加,說明不易流動水開始向自由水轉(zhuǎn)化,使弛豫峰向右移動;自由水(T23)隨著魔芋膠量的增加,在0至0.3%內(nèi)弛豫時間變小,到0.5%時,變化不大,到0.7%時弛豫時間減小到最低值,此時峰值整體向左移動,之后弛豫時間開始增大,峰值向右移動,可能是因為一部分不易流動水已轉(zhuǎn)化為自由水致弛豫時間增加。因此,由圖2可知,魔芋膠的添加對豬皮膠的保水性有一定的影響,在一定范圍內(nèi)添加魔芋膠可以增加豬皮膠的保水性。由實驗結(jié)果分析可知,最合適的添加量范圍為0.5%～0.7%,這與魔芋膠較高的凝膠性質(zhì)及它能大量嵌入豬皮膠蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)有關(guān)。Liu[12]等對魔芋膠與蛋清白蛋白之間的凝膠性質(zhì)及水分狀態(tài)的研究結(jié)果也表明了魔芋膠的添加有助于增加共混凝膠的持水性。

圖2 魔芋膠添加量對豬皮膠橫向弛豫時間T2的影響Fig.2 Effect of konjac gum addition on pigskin glue transverse relaxation time T2

由圖3可知,豬皮膠凍內(nèi)添加了魔芋膠之后,在100～1000 ms直接的峰明顯向左移動,魔芋膠含量小于0.7%,豬皮膠的自由水(T23)弛豫峰逐漸向左移動,當(dāng)含量為1%時,峰值相對于0.5%,0.7%向右偏移,但是1%時信號強度要高于其他添加量。由圖4可知,在無魔芋膠添加的情況下,在10～100 ms之間信號強度比1～10 ms之間較強,說明同時存在結(jié)合水和不易流動水,這與Liu[12]部分分析結(jié)果一致,隨著魔芋膠含量的增加,不易流動水含量先增加后減小,當(dāng)添加量為1%時,含量最大,但其橫向弛豫時間也隨著增大,峰向右移動,由此可預(yù)見,魔芋膠添加量繼續(xù)增加,會使豬皮膠內(nèi)的一部分不易流動水向自由水轉(zhuǎn)化。而結(jié)合水,即在1～10 ms之間的水,添加魔芋膠之后峰值整體向左移動,說明魔芋膠可以改變豬皮膠內(nèi)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使水分與蛋白質(zhì)結(jié)合的更加緊密,當(dāng)含量為0.3%～0.5%之間時,結(jié)合水所占的比例較少,0.5%之后弛豫時間減小,信號強度增加,說明峰向左移動,一部分不易流動水轉(zhuǎn)化為結(jié)合水。因此,通過以上分析可知,在豬皮膠中添加適量的魔芋膠可以改變其內(nèi)部水分的分布與遷移,在一定的范圍內(nèi),增加魔芋膠的含量,豬皮膠內(nèi)水分的弛豫峰向左移動,即可以增加水分與蛋白質(zhì)的結(jié)合度。當(dāng)魔芋膠的添加量為0.5%～0.7%時,豬皮膠內(nèi)的水分分布與一般新鮮肉制品中水分的弛豫時間接近,具有很好的質(zhì)感,同時組織狀態(tài)緊密,沒有析水現(xiàn)象,這與Bertram[14]等利用LF-NMR對肉的結(jié)構(gòu)、水分流動性及分布之間的關(guān)系研究結(jié)果大體是接近的,在弛豫時間1～10 ms內(nèi)為結(jié)合水,在40～60 ms為不易流動水,而在150～400 ms范圍為自由水。

圖3 豬皮膠肽自由水遷移變化峰值圖Fig.3 Pigskin glue peptide movement of free water peak change chart

圖4 豬皮膠肽結(jié)合水、不易流動水遷移變化峰值圖Fig.4 The change of migration peak chart of pigskin glue peptide bound and immobile water

2.2 添加魔芋膠對豬皮膠凝膠結(jié)構(gòu)的影響分析

凝膠性是豬皮膠的功能性質(zhì),而凝膠強度是評價豬皮膠品質(zhì)的重要指標,也是評價豬皮膠商業(yè)價值的主要依據(jù)。由圖5可知,不同的魔芋膠添加量添加到豬皮膠中后,通過質(zhì)構(gòu)儀對豬皮膠的凝膠強度的分析變化如下:在沒有添加魔芋膠的情況下,豬皮膠的凝膠強度最弱,隨著魔芋膠含量的增加,豬皮的凝膠強度也隨著增加,當(dāng)含量為0.5%時,達到最大值,繼續(xù)增加到0.7%時,凝膠強度又減弱,可能的原因是魔芋膠改變了豬皮膠的蛋白質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),弛豫峰往左移動,使豬皮膠內(nèi)一部分不易流動水轉(zhuǎn)化結(jié)合水,其表面的孔徑逐漸因離子型多糖魔芋膠與蛋白質(zhì)類豬皮膠之間的靜電相互吸引作用促使膠體結(jié)合而使水分減少,由此可見,在一定的范圍內(nèi),豬皮膠的凝膠強度隨著魔芋膠含量的增加而增強,達到一定值以后,隨之減弱,因此,豬皮膠凝膠強度的增強,不僅僅是魔芋膠凝膠強度與豬皮膠凝膠強度的數(shù)值簡單疊加,這與兩者之間的交互作用力有一定的關(guān)系,魔芋膠屬于多糖類植物膠體,而豬皮膠屬于蛋白質(zhì)類的動物膠體,兩者的交互作用在宏觀結(jié)構(gòu)的體現(xiàn)就是凝膠強度的變化,這可能是因為魔芋葡甘聚糖與豬皮膠原蛋白分子之間氫鍵作用,氫鍵的形成,有助于改善蛋白質(zhì)的凝膠結(jié)構(gòu),從而改善凝膠的特性,提高凝膠的持水性[15]。從圖中可知,當(dāng)魔芋膠的添加量為0.5%時,凝膠強度最大,即兩者的交互作用最強。其結(jié)果與郭洪娜[16]等在親水膠體對葛根淀粉凍融前后凝膠強度的影響研究結(jié)果一致。

圖5 魔芋膠對豬皮膠肽凝膠強度的影響Fig.5 Effect of konjac gum on the gel strength of pigskin gelatin peptide

2.3 魔芋膠不同添加量對豬皮微觀結(jié)構(gòu)的影響分析

由圖6A-1,圖6A-2可知,豬皮膠的微觀結(jié)構(gòu)[12]是多孔狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),在其表面分布著大小不一的孔狀結(jié)構(gòu),圖6F-1,圖6F-2是魔芋膠的掃描電鏡圖,由圖中可知,魔芋膠的結(jié)構(gòu)為不規(guī)則的顆粒狀,表面不平整光滑,圖6B-1～圖6E-2依次是魔芋膠添加量為0.3%,0.5%,0.7%,1%的掃描電鏡(SEM)圖片,由圖中凝膠強度及微光結(jié)構(gòu)可知,隨著魔芋膠含量的增加,豬皮膠表面的孔狀結(jié)構(gòu)逐漸變小及緊湊,與魔芋膠的量之間呈現(xiàn)相關(guān)性,魔芋膠對豬皮膠表面的孔有填充作用,當(dāng)添加量為0.5%時,使豬皮膠表面不均勻凝膠結(jié)構(gòu)顯著增強,并使空隙變小,同時增強了凝膠的持水性,進而當(dāng)魔芋膠的添加量達到1%時,豬皮膠表面的孔狀結(jié)構(gòu)逐漸消失,與Liu[12]的研究結(jié)果大體一致。由此可見魔芋膠與豬皮膠的交互作用,體現(xiàn)在微觀結(jié)構(gòu)上就是魔芋膠顆粒對豬皮膠表面孔狀的填充,通過共價鍵或非共價鍵結(jié)合及疏水作用,兩者能夠很好的互補,改變產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu),進而影響產(chǎn)品宏觀上特性,這種填充作用是對魔芋膠改變豬皮膠凝膠強度很好的解釋。吳滿剛[17]等通過不同淀粉對肌纖維蛋白凝膠強度及微觀結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果也表明,淀粉的添加對肌纖維蛋白-淀粉的復(fù)合凝膠有充填效應(yīng)。

圖6 魔芋膠對豬皮膠微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.6 Effects of konjac gum on pigskin glue microstructure注:其中A-1,A-2是豬皮膠的掃描電鏡圖;F-1,F-2是魔芋膠的掃描電鏡圖;B-1,B-2;C-1,C-2;D-1,D-2;E-1,E-2依次是魔芋膠添加量為0.3%,0.5%,0.7%,1%的掃描電鏡圖片。

3 結(jié)論

豬皮膠中添加不同含量的魔芋膠,通過分析其內(nèi)部水分的分布與遷移,凝膠強度的變化,以及微觀結(jié)構(gòu)的變化,來分析兩者的交互作用,得出以下結(jié)論:在一定的范圍內(nèi),即豬皮膠中添加0.5%～0.7%的魔芋膠可以使豬皮膠內(nèi)水分的弛豫峰向左移動,增加水分與蛋白質(zhì)的結(jié)合度,從而促使豬皮膠內(nèi)蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,不易流動水轉(zhuǎn)化為自由水,使凝膠強度增強,此時的豬皮膠內(nèi)三種水分分布與一般新鮮肉制品中水分的弛豫時間接近,具有很好的質(zhì)感,同時組織狀態(tài)緊密,沒有析水現(xiàn)象。在魔芋膠添加量為0.5%時,蛋白質(zhì)內(nèi)水分較多,使得豬皮膠的凝膠強度增強,進一步在微觀結(jié)構(gòu)上由于魔芋膠的添加有利于豬皮膠表面的孔狀結(jié)構(gòu)因吸收水分而變得緊湊,使孔徑逐漸變小,這進一步解釋了魔芋膠的添加對豬皮膠的表面的孔狀結(jié)構(gòu)有很好的填充作用,并在添加量為0.5%時,魔芋膠與豬皮膠之間的交互作用達到最強。

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Research of interaction between Konjac Gum added in different amount and pigskin glue

SU Wei1,2,WEN Fei1,WANG Yu1,MU Ying-chun1,QIU Shu-yi1

(1.School of liquor and food,Guizhou University,Guiyang 550025,China;2.Southern Analysis and Test Center of Guizhou University,Guiyang 550025,China)

Using Konjac Glucomannan and pigskin glue as experimental materials,when the different amount of Konjac gum added on pigskin glue that the changes of the moisture distribution and migration,the gel strength and microstructure were analyzed by using low field nuclear magnetic resonance(NMR),texture analyzer and scanning electron microscopy(SEM)to explore the interaction.The experimental results showed that when the Konjac gum addition was 0.5%～0.7%,the transverse relaxation peak of the water distribution of the pigskin glue moves to the left,transforming part of free water to bound water,moreover,three distribution of water were similar with fresh meat on good texture and tissue state. And the gel strength was maximum by measuring texture,which was the strongest interaction at this time. By scanning electron microscopes,the pigskin glue surface microstructure of porous structure was decreased gradually with the addition of Konjac gum. It was completely filled to the hole of pigskin glue surfaces when added amount of Konjac gum was 0.5%.

KGM;pigskin glue;addition;interaction

2015-04-09

蘇偉(1974-)，男，博士，副教授，研究方向：食品加工與安全，E-mail:suwei1886@163.com。

貴州特色雜糧紅稗食品開發(fā)(黔科合NY[2013]3052號)，畢節(jié)實驗區(qū)可樂豬及烏骨雞加工特性及其產(chǎn)品開發(fā)；畢節(jié)實驗區(qū)科技項目畢循專合字(2010)2K010。

TS201.1

A

1002-0306(2015)23-0130-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.23.018