低場核磁共振技術研究淀粉添加量對肉糜保水性和質構特性的影響

張駿龍,周 紛,邵俊花，*,董 博,賈 娜,劉登勇

(1.渤海大學食品科學與工程學院,遼寧省食品安全重點實驗室,生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心,遼寧錦州 121013;2.錦州市動物衛(wèi)生監(jiān)測預警中心,遼寧錦州 121013)

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低場核磁共振技術研究淀粉添加量對肉糜保水性和質構特性的影響

張駿龍1,周 紛1,邵俊花1，*,董 博2,賈 娜1,劉登勇1

(1.渤海大學食品科學與工程學院,遼寧省食品安全重點實驗室,生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心,遼寧錦州 121013;2.錦州市動物衛(wèi)生監(jiān)測預警中心,遼寧錦州 121013)

本文利用低場核磁共振技術(Low-Field NMR)研究淀粉添加量對肉糜體系中1H分布狀態(tài)及遷移規(guī)律,并結合測定肉糜蒸煮損失、色澤以及質構特性,研究不同淀粉添加量(0%、6%、12%、18%)對于肉糜制品凝膠保水性和質構特性的影響。結果表明,添加淀粉組與對照組(淀粉添加量0%)的色差、保水性以及質構方面均存在顯著差異(p<0.05)。隨著淀粉添加量的增加,肉糜的蒸煮損失逐漸減少,弛豫時間T21和T22均明顯縮短。此外,弛豫時間T22的峰比例面積P22隨著淀粉含量的增加而逐漸降低。說明隨著淀粉含量的增加,肉糜系統(tǒng)對水分的束縛逐漸增強,部分不易流動水轉化成結合水,肉糜的凝膠保水性增強。同時,伴隨著淀粉含量的增加,肉糜的亮度值也逐漸升高。此外,肉糜硬度、彈性、膠著性、咀嚼性以及紅度(a*)值均在淀粉含量6%時取得最大值。說明6%是淀粉的較優(yōu)添加量。

淀粉含量,肉糜,保水性,質構特性

淀粉是肉制品中常用的品質改良劑,尤其在各類肉糜制品中,淀粉作為傳統(tǒng)使用的增稠劑和乳化劑,其使用面之廣、用量之大是其他任何一種輔料所不能比擬的[1]。淀粉應用于肉糜制品,有其獨特的優(yōu)越性。首先,淀粉有非常好的膨脹性,少量添加可以保水保油,并起到增強肉糜凝膠強度的作用;同時,淀粉作為填充劑使用,價格低廉且能有效改善產品品質[2]。因此,在我國現階段,研究淀粉在乳化型肉制品中的作用,具有相當的現實意義。而且在很長一段時間內,淀粉作為肉糜制品的品質改良劑,都將有較好的應用價值[3-4]。但是,在目前的工業(yè)生產中,一直存在著淀粉添加過量的問題。研究發(fā)現,當淀粉添加量達到一定限度時,尤其是在低溫條件下,容易導致產品發(fā)生反生及析水現象,降低產品保水性并影響產品的品質[5-6]。因此,研究淀粉添加量對低溫乳化型肉制品的保水性及質構特性的影響,具有十分重要的意義。

低場核磁共振技術(Low-field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)是因原子核發(fā)生躍遷并與電磁波發(fā)生能量交換從而產生核磁共振信號的一種檢測技術,因其有著無損、簡便快速的特點而被廣泛用于肉及肉制品水分分布和存在狀態(tài)的研究。近幾年來,國內外利用LF-NMR研究肉和肉制品中的水分含量、保水性以及肌原纖維蛋白凝膠性和變性等方面均有較多的報道[7-8]。LF-NMR可以通過觀察水分中1H質子的流動和分布,進而得到肉制品保水性的相關信息[9-10],是目前國際上用于研究肌肉中水分分布及確定水分組分的最有效手段之一。

因此,本文結合低場核磁弛豫時間T2研究淀粉添加量對肉糜制品水分分布及遷移的影響,并結合質構、色差、保水性等指標,得出肉糜制品中淀粉的最適添加量,以期為淀粉在低溫乳化型肉制品的生產中應用提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

豬背長肌、豬背膘 購買于華聯超市;食鹽、食用淀粉 市售;以上材料均為食品級。

UTP-313電子天平 上?；ǔ彪娖饔邢薰?PL203電子天平 梅特勒托利多儀器上海有限公司;TJ12-絞肉機 廣東恒聯食品機械制有限公司;Stephan-M5低溫真空斬拌機 德國Stephan機械有限公司;D-37520溫控離心機 德國Sigma公司;SY-1230恒溫水浴槽 上海滬粵明科學儀器有限公司;CR-400色彩色差儀 柯尼卡美能達控股公司;TA-XT2i質構分析儀 英國Stable Micro Systems公司;PQ001低場核磁共振分析儀 上海紐邁電子科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 肉糜配方 肉糜基本配方見表1:豬瘦肉與豬背膘的質量比為4∶1,冰水添加量為總肉重的70%,食鹽添加量為總肉重的2.5%,淀粉添加量分別為總肉重的0%、6%、12%和18%。

表1 肉糜配方Table 1 Formulation of meat batters

1.2.2 肉糜制備 剔除豬背脊中多余組織,切成小塊,用絞肉機絞碎,將背膘切成大小約10 mm左右的肉丁。每組碎肉(200 g)分別加4 g食鹽混合均勻,腌制1 h備用。分別配制不同濃度的淀粉液,攪拌均勻備用。將腌制好的碎肉放入真空斬拌機中斬拌2 min,再加入淀粉溶液繼續(xù)斬拌1 min(斬拌過程肉糜中心溫度不超過10 ℃),制成不同的肉糜樣品,將制備好的肉糜置于4 ℃貯藏備用。

1.2.3 肉糜蒸煮損失率的測定 肉糜蒸煮損失率的測定方法根據S Cofrades等[11]的方法略作修改。從斬拌好的肉餡中稱取質量大約35 g的肉糜,置于50 mL帶螺旋蓋的離心管中密封,在分析天平上稱重記為Wb。4 ℃條件下低速(500 g)離心3 min,驅除肉糜中氣泡,加蓋密封,70 ℃恒溫水浴30 min。取出離心管,倒置于培養(yǎng)皿上,靜置1 h后,除去離心管中的水分,稱質量記為Wa。每組設5個平行,并重復3次。

1.2.4 肉糜NMR自旋-自旋馳豫時間的測定(T2) 肉糜NMR馳豫時間的測定方法根據Shao Jun-Hua等[12]的方法略作修改。測試條件為:質子共振頻率為22 MHz,測量溫度為32 ℃。將大約2 g肉糜樣品放入直徑為15 mm的核磁管中,然后將核磁管放入儀器中。自旋-自旋弛豫時間T2用CPMG 序列進行測量。所使用參數為:η～值(90°脈沖和180°脈沖之間的時間)為150 μs。重復掃描32次,重復間隔時間為6.5 s,回波個數2500。每組設5個平行,重復3次。

1.2.5 肉糜色差的測定 將肉糜壓實、抹平,保證測定表面無氣泡。用保鮮膜包裹后室溫曝光20 min,用色差儀(D65,直徑8 mm)測量肉樣的顏色和光澤。測量結果用亮度(L*)值、紅度(a*)值和黃度(b*)值表示。色差儀使用前經校正板校準化,每組設5個平行測定,重復3次。

1.2.6 質構測定 從斬拌好的肉餡中稱取質量大約35 g的肉糜,置于事先稱好質量的50 mL帶螺旋蓋的離心管中,低速(500×g)4 ℃離心5 min,驅除肉糜中氣泡,加蓋密封,70 ℃恒溫水浴30 min,取出離心管內加熱后的肉糜冷卻至室溫,將樣品處理成直徑16 mm,高10 mm,待測。樣品規(guī)格:25 mm×20 mm;

采用質構儀質構剖面分析(Texture Profile Analysis,TPA)程序模塊測定乳化凝膠的質構特性。參數設定參照邵俊花[13]。測定指標有硬度(Hardness)、彈性(Springiness)、凝聚性(Cohesiveness)、咀嚼性(Chewiness)、回彈性(Resilience)。具體測定參數如下:探頭P5;測前速度2 mm/s,測中速度1 mm/s,測后速度1 mm/s,間隔時間5 s,數據收集率200點/s,壓縮比50%,觸發(fā)力5.0 kg,觸發(fā)類型auto,每組6個平行,重復3次。測試完后,用儀器自帶的軟件Texture Expert Exceed 2.64a內部宏TPA.MAC對測試結果進行處理。

1.3 數據處理

數據統(tǒng)計采用SPSS19.0,結果以平均值±標準差(X±SD)的形式表示。方差分析采用ANOVA分析,數據進行正態(tài)分布檢驗,符合正態(tài)分布的多重比較采用Duncan法,不符合正態(tài)分布的用Kruskal-Wallis檢驗,差異顯著性為p<0.05。作圖采用ORIGIN8.6軟件。

2 結果與分析

2.1 不同淀粉添加量對肉糜蒸煮損失率的影響

不同淀粉添加量的肉糜的蒸煮損失率結果見圖1所示?？梢钥闯?不同淀粉含量的肉糜之間的蒸煮損失率均存在著顯著差異(p<0.05)。并且隨著淀粉含量的增加,肉糜的蒸煮損失率顯著降低(p<0.05)。這一結果與S·Baón等[14]的研究結果一致,說明淀粉的添加增強了肉糜的保水性。肉糜的保水性主要依靠蛋白質分子,因蛋白質分子所帶靜電荷與水分子極化基團靜電荷相互吸引的結果,從而使得水分子被納入蛋白質高分子網狀立體結構的空間中[15]。而淀粉添加到肉糜體系中,會發(fā)生“吸水、膨潤、崩壞、分散”的糊化過程[16],由于淀粉的糊化溫度比蛋白質變性溫度高,其糊化時,肌肉蛋白已完成膠凝過程,形成網絡結構。此時淀粉會吸收存在于網眼中不夠緊密的水分,并將其固定,糊化的淀粉與形成的蛋白質網絡狀結構相互融合、滲透,形成更加龐大的融合混合體,從而提高了肉糜體系的保水性[17]。

圖1 淀粉添加量對蒸煮損失率的影響Fig.1 Effect of starch content on the rate of cooking loss注:標注不同字母表示差異顯著(p<0.05),圖2、圖3同。

2.2 不同淀粉添加量對肉糜低場核磁弛豫時間(T2)的影響

淀粉添加量對原料肉糜T2弛豫時間的影響見表2。擬合后的T2分布按弛豫時間呈現三個峰:0～2 ms和4～12 ms各有一個小峰,70～120 ms有一個大峰。根據出峰時間及各自面積所占總面積的百分比,認為三個峰分別對應于水的三個組分,即結合水(T20)、中度結合水(T21)、不易流動水(T22)[18]。橫向弛豫時間可以反應水分的自由度,弛豫時間分布的變化表征不同含量的肉糜中存在的多種狀態(tài)水分群的分布情況,即各狀態(tài)下水分的結合狀態(tài)和自由移動程度。而圖2中的P20、P21、P22分別表示弛豫時間T20、T21、T22的弛豫峰面積百分比?？梢杂脕砉浪愀鞣N狀態(tài)水分群的含量,其變化可以表征經不同淀粉添加量的肉糜中各種狀態(tài)水分子的含量變化情況,即各種狀態(tài)水分群的流動轉移情況[19]。

表2 淀粉含量對肉糜弛豫時間(T2)的影響Table 2 Effect of starch content on transverse relaxation times(T2)

注:同一列肩標不同者差異顯著(p<0.05),表3同。

圖2 淀粉含量對肉糜T2弛豫時間峰面積的影響Fig.2 Effect of starch content on proportion of various peak areas

從表2中可以看出,隨著淀粉含量的增加,弛豫時間T21、T22呈逐漸下降的趨勢。說明隨著淀粉含量的增加,肉糜體系中的中度結合水和不易流動水都與蛋白質結合能力增強,水分自由度下降。這可能是由于淀粉其自身的凝膠性造成的。淀粉添加到肉糜體系中,與肉糜中一部分水分結合,使肉糜體系變得更為緊密牢固[20]。

從圖2可以看出,與不添加淀粉相比,添加淀粉后肉糜體系中不易流動水所占總水分比例P22呈下降趨勢。說明隨著淀粉含量增加,肉糜體系中的部分不易流動水與淀粉結合,轉化形成了結合水及中度結合水,從而導致肉糜體系中不易流動水組分的降低。

2.3 不同淀粉添加量對肉糜顏色的影響

不同淀粉添加量的肉糜顏色結果見圖3?？梢钥闯?隨著淀粉含量的增加,肉糜的亮度(L*)值逐漸升高。說明淀粉的添加增加了肉糜的光散射密度,引起了亮度(L*)值的升高[21]。而肉糜紅度(a*)值和黃度(b*)值隨著淀粉含量增加呈現先增高后降低的趨勢,且在淀粉添加量為6%時達到最大。研究發(fā)現[22],在肉糜體系中添加少量淀粉,可顯著增強肉糜的保水性,使得肉糜體系中的水分被固定在凝膠網絡內部或與淀粉結合,而使得肉糜表面的水分減少。而水分對于紅光的吸收能力比藍光強,肉糜表面水分減少可能會導致肉糜紅度(a*)值增大。但是淀粉添加量過大,便會降低肉糜總體系中肌紅蛋白的含量比,從而導致紅度(a*)值降低[23]。肉糜的黃度(b*)值的變化主要受到肉糜體系中水分含量變化、蛋白質的氧化狀況以及體系結構變化的影響[24-26]。淀粉添加量不同可能會導致肉糜的結構間隙發(fā)生改變,影響反射的光線,導致黃度(b*)值出現起伏[27]。

表3 淀粉含量對肉糜質構特性的影響Table 3 Effect of starch content on TPA in heated meat batters

圖3 淀粉添加量對肉糜顏色的影響Fig.3 Effect of starch content on color in meat batters

2.4 不同淀粉添加量對肉糜質構特性的影響

由表3可以看出,隨著淀粉含量的增加,肉糜的回復性呈逐漸下降的趨勢。硬度、彈性、膠著性、咀嚼性等指標均在淀粉含量6%達到最大。這一結果與S Baón等[14]的研究結果一致。研究發(fā)現,蛋白質凝膠結構的增強或減弱主要受其填充物的分子結構影響。而Hughes等[28]也發(fā)現,在法蘭克福香腸的加工過程中加入適量淀粉能增強其凝膠強度。在加熱過程中,淀粉吸收水分膨脹,膨脹后的淀粉對蛋白質凝膠網絡施加壓力,致使了肉糜的蛋白質凝膠網絡更加緊湊,更加牢固[29]。但淀粉含量過大時,由于淀粉其本身的物性影響了肉糜的固有物性的表現[30],導致肉糜的凝膠強度降低,硬度、彈性、膠著性、咀嚼性等指標顯著下降(p<0.05)。綜上所述,在肉糜制品中,添加6%的淀粉為最適加入量。此時淀粉糊化效果最佳,肉糜的彈性、膠著性最好,硬度會顯著增加,且不影響肉糜回復性和咀嚼性,口感較為適宜。

3 結論

淀粉添加量不同對肉糜的保水性、色差、質構等各項指標都有不同程度的影響。淀粉添加到肉糜體系中,能夠與體系中的部分不易流動水結合,降低水分的自由度,使得肉糜體系對水分的束縛能力增強,提高肉糜的凝膠保水性。同時,適量淀粉的添加(6%),能夠提高肉糜的亮度(L*)和紅度(a*)值,增加消費者的消費欲望。此外,肉糜凝膠的回復性隨著淀粉含量的增加而降低,硬度、彈性、膠著度、咀嚼性等指標均在淀粉添加量為6%時達到最大,此時淀粉的糊化效果最佳。因此,綜合考慮肉糜的保水性、質構和亮度等各項指標,添加6%淀粉的配方生產出的肉糜制品品質較好。

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LF-NMR analysis of the effect of starch content on water holding capacity and texture properties of meat batters

ZHANG Jun-long1,ZHOU Fen1,SHAO Jun-hua1，*,DONG Bo2,JIA Na1,LIU Deng-yong1

(1.College of Food Science and Technology,Bohai University;Food Safety Key Lab of Liaoning Province;National & Local Joint Engineering Research Center of Storage,Processing and Safety Control Technology for Fresh Agricultural and Aquatic Products,Jinzhou 121013,China;2.Animal Health Monitoring and Early Warning Center of Jinzhou,Jinzhou 121013,China)

Low-fieldnuclearmagneticresonance(LF-NMR)wasappliedtoinvestigatethe1Hdistributionandmigrationinmeatbatters.Theeffectofstarchcontent(0%,6%,12%and18%)onwaterholdingcapacityandtexturepropertiesofmeatbatterswasinvestigatedbymeasuringthecookingloss,colorandtextureproperties.Theresultsshowedthat,significantdifferences(p<0.05)existedincolorparameters,water-holdingcapacityandtexturebetweenthepresenceandabsenceofstarch.Cookinglosswasgraduallydecreasedwiththeincreasingofstarchcontent,andthepositionofthecomponentT21andT22wereclearlyshortedrelaxationtimes.Moreover,theproportionofpeakareaofT22wassignificantlydecreased(p<0.05),whichindicatedthatthewatermoleculescombinedwithproteinmoretightlyandpartsofimmobilizedwaterturnedintofreewaterwiththeincreasingofstarchcontent.Simultaneously,thewaterholdingcapacityofmeatbatterswasdecreasedandtheL*valuewasincreased.Inaddition,thehardness,resilience,colloidality,chewinessandtheredness(a*)weremaximumwhenthestarchcontentwas6%.Therefore,thestarchoptimalamountofaddedinmeatbatterswas6%undertheexperimentalconditionsinthisstudy.

starchcontent;meatbatters;waterholdingcapacity;textureproperties

2016-04-21

張駿龍(1990-)，男，碩士研究生，研究方向：肉品加工與質量安全控制，E-mail：18765905274@163.com。

*通訊作者:邵俊花(1980-)，女，博士，副教授，研究方向：肉品加工與質量安全控制，E-mail：shaojh024@163.com。

國家自然科學基金面上項目(31571860)。

TS251.5

A

1002-0306(2016)21-0066-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.21.004