豌豆蛋白的添加對(duì)豬肉鹽溶蛋白凝膠特性的影響

計(jì)紅芳,李莎莎,張令文,王雪菲,陳復(fù)生,馬漢軍,*

(1.河南科技學(xué)院食品學(xué)院,河南新鄉(xiāng) 453003;2.河南工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程博士后流動(dòng)站,河南鄭州 450001)

蛋白質(zhì)是肉中的主要成分,約占肉重的18%～20%。肉制品生產(chǎn)的成功與否,主要取決于肉蛋白質(zhì)的凝膠性、保水性、保脂性和乳化性等。在肉制品加工中,常采用添加外源性物質(zhì),例如添加淀粉、膳食纖維、膠體、非肉蛋白等作為增稠劑、賦形劑和填充劑來提高產(chǎn)品出品率、降低脂肪含量,改善產(chǎn)品品質(zhì)[1]。栗俊廣等[2]研究發(fā)現(xiàn),木薯淀粉可以改善豬肉鹽溶蛋白凝膠的質(zhì)構(gòu)和保水性;Choi等[3]研究表明,添加1%米糠纖維的豬肉鹽溶蛋白凝膠的水分含量、溶解性和保水能力達(dá)到最高;Gao等[4]研究發(fā)現(xiàn),0.7%的卡拉膠和5%的大豆分離蛋白混合添加可以明顯提高豬肉鹽溶蛋白凝膠的強(qiáng)度和保水性;張巍[5]研究表明,添加大豆分離蛋白可顯著提高豬肉鹽溶蛋白凝膠的硬度、彈性及保水能力。非肉蛋白和肉類鹽溶蛋白的相互作用是通過非肉蛋白添充或改變共凝膠體系的內(nèi)部構(gòu)造,從而影響肉制品的品質(zhì)。豌豆蛋白對(duì)豬鹽溶蛋白凝膠品質(zhì)的影響相關(guān)研究較少,是否有與大豆分離蛋白改善凝膠品質(zhì)相似的功效,有待進(jìn)一步研究。

豌豆蛋白占豌豆組成的23%～25%,必需氨基酸比例協(xié)調(diào),基本可稱為全價(jià)蛋白,符合FAO/WHO的推薦標(biāo)準(zhǔn),兼具調(diào)節(jié)腸胃、降低血壓及動(dòng)脈粥樣硬化、腫瘤等發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。豌豆蛋白具有良好的溶解性、起泡性、乳化性和膠凝性等,是一種優(yōu)質(zhì)的植物蛋白資源[6-7]。近年來,豌豆蛋白的應(yīng)用價(jià)值逐漸被挖掘,相關(guān)研究主要集中在豌豆蛋白的提取制備[8-9]、功能特性及改性[7,10]和酶解制備活性產(chǎn)物[11],以及在肉乳制品、水產(chǎn)品、面制品、焙烤制品等領(lǐng)域的應(yīng)用[12-13]。然而在肉制品領(lǐng)域中的應(yīng)用研究較少,豌豆蛋白添加到香腸中,可改善香腸的熱穩(wěn)定性、顏色、質(zhì)構(gòu)和感官品質(zhì)等[14-16]。本文研究了豌豆蛋白對(duì)豬肉鹽溶蛋白凝膠特性的影響,為豌豆蛋白在肉制品中的應(yīng)用提供理論依據(jù),以期提高豌豆蛋白的綜合利用價(jià)值,旨在使豌豆蛋白在食品生產(chǎn)過程中得到普遍的應(yīng)用與推廣。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

豬背最長(zhǎng)肌(日齡約180 d的三元雜交豬) 新鄉(xiāng)世紀(jì)華聯(lián)超市;豌豆蛋白(蛋白含量80%) 煙臺(tái)東方蛋白科技有限公司；氯化鈉、氫氧化鈉、戊二醛、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、乙醇、氯仿等 均為國(guó)產(chǎn)分析純。

DZKW-4型電子恒溫水浴鍋 北京中興偉業(yè)儀器有限公司;UMC-5C斬拌機(jī) 德國(guó)Stephan公司;TA-XT plus質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)Stable Micro Systems公司;絞肉機(jī) 山東嘉信食品機(jī)械有限公司;BP221S型電子天平 德國(guó)Sartorius公司;WFG7200型可見分光光度計(jì) 上海優(yōu)尼柯儀器有限公司;T25型高速分散器 德國(guó)IKA公司;CR-400色差儀 日本Konica Minolta公司;Quanta 200掃描電子顯微鏡 美國(guó)FEI公司;PQ001臺(tái)式NMR分析儀 上海紐邁電子有限公司;Haake Mars 60旋轉(zhuǎn)流變儀、臺(tái)式高速冷凍離心機(jī) 德國(guó)Thermo Fisher Scientific公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 豬肉鹽溶蛋白提取及凝膠的制備 鹽溶性蛋白的提取參考Sun等[17]和栗俊廣等[18]的方法,并進(jìn)行適當(dāng)修改。將新鮮豬背最長(zhǎng)肌剔除脂肪和結(jié)締組織,切塊,用絞肉機(jī)絞成肉糜,加入4倍質(zhì)量的提取液(0.6 mol/L NaCl),混勻均質(zhì),調(diào)pH7.0,4 ℃放置24 h,10 000 r/min離心10 min,上清液即鹽溶蛋白。

將豌豆蛋白0、0.6、1.2、1.8、2.4、3 g(質(zhì)量體積比分別為0、2%、4%、6%、8%,10%,g/mL),加入到30 mL 50 mg/mL鹽溶蛋白溶液中,充分混勻,均質(zhì),4 ℃冰箱靜置12 h,25～85 ℃水浴,85 ℃保持5 min,冷卻至室溫,4 ℃冰箱,放置12 h,制備凝膠。

1.2.2 色澤的測(cè)定 采用CR-400色差儀,以標(biāo)準(zhǔn)白板作為對(duì)照,對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)定。每組隨機(jī)取三塊平行樣品,每塊樣品在固定的某一表面隨機(jī)選取三個(gè)點(diǎn)測(cè)定,記錄L*、a*和b*值,分別為亮度指數(shù)、紅度指數(shù)和黃度指數(shù)[19]。

1.2.3 蒸煮得率的測(cè)定 參考Zhu等[20]的方法并稍作改動(dòng)。將混合蛋白樣品裝入50 mL離心管,稱重,即為蒸煮前的重量。將此樣品在25～85 ℃水浴,85 ℃保持5 min,煮制后冷卻至室溫,在4 ℃條件下放置12 h,室溫下環(huán)境回溫2 h,用濾紙吸干表面水分,稱量并記錄重量,即為蒸煮后重量。

蒸煮得率(%)=蒸煮后的重量/蒸煮前的重量×100

1.2.4 保水性的測(cè)定 參考王希希等[21]的方法并稍作改動(dòng)。將制備好的凝膠稱重,記為M1,置于離心管中,4 ℃、5000×g離心15 min,濾紙吸干表面水分,再次稱量,記為M2,離心后凝膠重量占原重的百分比,即為保水性(water holding capacity,WHC)。

WHC(%)=M2/M1×100

1.2.5 質(zhì)構(gòu)的測(cè)定 參考Zhou等[22]的方法并稍作修改。對(duì)凝膠樣品(Φ2 cm×2 cm)進(jìn)行質(zhì)構(gòu)測(cè)試,探頭類型為P/36R,參數(shù):測(cè)試前速2 mm/s,測(cè)試速度2 mm/s,測(cè)試后速2 mm/s,壓縮樣品高度為40%,時(shí)間5 s,觸發(fā)類型為自動(dòng),觸發(fā)力5 g。測(cè)定指標(biāo)為硬度、咀嚼性、彈性和恢復(fù)性。每組樣品測(cè)定6次求平均值。

1.2.6 流變特性的測(cè)定 參考Kang等[23]的方法并稍作修改。用50 mm不銹鋼圓形平板探頭,間隙為0.6 mm,將樣品均勻涂抹在2個(gè)平板間,外周涂一層薄的硅油,以防止水分蒸發(fā)。在25 ℃保溫10 min,然后從25～85 ℃升溫,加熱速率為2 ℃/min。在加熱過程中,在一個(gè)固定的頻率為0.1 Hz和一個(gè)振蕩模式下對(duì)樣品進(jìn)行連續(xù)剪切,記錄儲(chǔ)能模量G′的變化。每個(gè)處理測(cè)定3次。

1.2.7 微觀結(jié)構(gòu)的測(cè)定 將凝膠樣品切成2 mm的小條,用2.5%的戊二醛(pH6.8)浸泡24 h。先用0.1 mol/L pH6.8的磷酸緩沖液洗3次,每次為15 min,再用50%～90%的乙醇脫水,每次為15 min,無水乙醇脫水3次,每次10 min。采用氯仿進(jìn)行脫脂1 h,無水乙醇∶叔丁醇=1∶1 (v/v),以及叔丁醇各進(jìn)行一次置換,每次為15 min。真空干燥后進(jìn)行掃描觀察[24]。

1.2.8 NMR自旋-自旋馳豫時(shí)間(T2)的測(cè)定 參考邵俊花等[25]的方法并稍做修改。質(zhì)子共振頻率為22 MHz,測(cè)量溫度為32 ℃。將大約2 g樣品放入直徑為15 mm的核磁管中,并將其放入儀器。自旋-自旋弛豫時(shí)間T2用CPMG序列進(jìn)行測(cè)量。使用參數(shù)為:η～值(90°脈沖和180°脈沖之間的時(shí)間)為200 μs,重復(fù)掃描32次,重復(fù)間隔時(shí)間為110 ms,得到12000個(gè)回波。每組樣品測(cè)定6次求平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 豌豆蛋白添加量對(duì)豬鹽溶蛋白凝膠色澤的影響

色澤是評(píng)價(jià)凝膠外觀的一個(gè)較為重要的指標(biāo)。由圖1可知,凝膠的L*、a*值均隨豌豆蛋白添加量的增加而下降,L*值在添加量為10%時(shí)為77.12,與對(duì)照相比下降3.01%;添加量為8%和10%時(shí)a*值差異不顯著(p>0.05),二者與對(duì)照相比下降顯著(p<0.05);b*值隨豌豆蛋白添加量的增加而升高,未添加豌豆蛋白時(shí),凝膠b*值為-3.16,添加量為10%時(shí),達(dá)到7.83。有文獻(xiàn)表明,肌紅蛋白在加熱過程中結(jié)構(gòu)伸展變性,轉(zhuǎn)化為褐色的高鐵肌紅蛋白等復(fù)雜產(chǎn)物,致使紅度下降[26],這可能是豌豆蛋白-豬鹽溶蛋白共混凝膠a*值下降的原因之一。另外,豌豆蛋白呈淡黃色,其添加量越大,共混凝膠的顏色就越黃越暗。雷躍磊等[27]研究發(fā)現(xiàn),添加大豆蛋白可使魚肉豬肉復(fù)合凝膠的L*值下降,b*值上升,與本試驗(yàn)結(jié)果一致。

圖1 豌豆蛋白添加量對(duì)凝膠色度的影響Fig.1 Effects of pea protein addition on the color of gel注:不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05),圖2同。

2.2 豌豆蛋白添加量對(duì)豬鹽溶蛋白凝膠保水性和蒸煮得率的影響

由圖2可知,隨豌豆蛋白添加量的增加,凝膠的保水性和蒸煮得率均呈上升趨勢(shì)。添加量為4%時(shí)保水性為86.84%、蒸煮得率為88.31%,與對(duì)照相比分別上升了5.4%和3.7%(p<0.05)。添加量為4%的保水性,與6%～10%相比,差異不顯著(p>0.05);添加量為4%的蒸煮得率,與6%、8%相比,差異不顯著(p>0.05),但與10%相比,差異顯著(p<0.05)。有研究表明,在凝膠形成過程中,蛋白質(zhì)相互聚集、相互交聯(lián)形成有序三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),豌豆蛋白填充于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)間隙,可以束縛水分子的運(yùn)動(dòng),更好的把水分截留在網(wǎng)絡(luò)體系中,減少水分流失[28]。因此,隨豌豆蛋白添加量的增加,保水性升高,蒸煮得率也隨之上升。

圖2 豌豆蛋白添加量對(duì)凝膠保水性和蒸煮得率的影響Fig.2 Effects of pea protein addition on the water holding capacity and cooking yield of gel

2.3 豌豆蛋白添加量對(duì)豬鹽溶蛋白凝膠質(zhì)構(gòu)的影響

由表1可知,隨豌豆蛋白添加量的增加,凝膠的硬度、咀嚼性均呈上升趨勢(shì)。硬度、咀嚼性在豌豆蛋白添加量為10%時(shí)最大,分別為988、688 g,是對(duì)照的2.57和2.74倍;凝膠的彈性與回復(fù)性隨豌豆蛋白添加量的增加,均呈先升高后下降的趨勢(shì),但都顯著高于對(duì)照組(p<0.05),在添加量為4%時(shí)達(dá)到最大值,分別為0.961、0.405,與對(duì)照相比增加了2.67%和12.19%。

表1 豌豆蛋白添加量對(duì)豬鹽溶蛋白凝膠質(zhì)構(gòu)的影響Table 1 Effects of pea protein addition on texture of pork salt-soluble protein gel

在加熱形成共混凝膠的過程中,豌豆蛋白良好的乳化性、膠凝性和保水性,會(huì)得以更好體現(xiàn)。豌豆蛋白的添加,可對(duì)凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械充填與包埋,硬度、咀嚼性、彈性與恢復(fù)性等均增加,但豌豆蛋白過量添加,超過4%以后,由于其自身吸水性較強(qiáng),阻礙了豬肉鹽溶蛋白和水之間的相互作用[29],使體系游離的水變少,凝膠變得又韌又硬,硬度和咀嚼性升高,彈性與恢復(fù)性則下降。吳振等[30]研究發(fā)現(xiàn),在大豆分離蛋白與雞肉鹽溶蛋白共混凝膠形成過程中,由于大豆分離蛋白自身凝膠結(jié)構(gòu)的形成,促進(jìn)了與鹽溶蛋白的相互作用,增強(qiáng)了共混凝膠的質(zhì)構(gòu)特性。刁新平等[31]研究了大豆蛋白對(duì)牛肉凝膠特性的影響,結(jié)果表明,隨大豆蛋白添加量的增加,凝膠彈性大體呈先增加后下降趨勢(shì),到3%后,彈性顯著降低。大豆蛋白添加量的增加,會(huì)造成固形物的增加,可能與牛肉蛋白競(jìng)爭(zhēng)可利用的水分,從而對(duì)蛋白相產(chǎn)生濃縮效應(yīng),降低了凝膠的彈性,與本文研究結(jié)果一致。

2.4 豌豆蛋白添加量對(duì)豬鹽溶蛋白凝膠流變特性的影響

凝膠的形成主要經(jīng)歷兩個(gè)過程,首先蛋白質(zhì)受熱變性展開,然后展開的蛋白質(zhì)因?yàn)槟饔枚纬奢^大分子的凝膠體。儲(chǔ)能模量G′既反映了不同溫度下蛋白分子展開和凝集的過程[32-33],也反映了蛋白凝膠的彈性和凝膠性的強(qiáng)弱[34]。由圖3可知,在整個(gè)加熱過程中,鹽溶蛋白凝膠的儲(chǔ)能模量出現(xiàn)3個(gè)階段的變化。在26～41 ℃區(qū)間,儲(chǔ)能模量G′基本保持不變,隨著溫度從42 ℃增加到56 ℃,G′逐漸上升,并且在56 ℃達(dá)到第一個(gè)峰值,這是凝膠網(wǎng)絡(luò)形成的初始階段,此時(shí)肌球蛋白頭部通過二聚體作用開始交聯(lián),形成彈性或蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[35];繼續(xù)加熱,G′值下降,并在62 ℃左右達(dá)到最小值,這是由于肌球蛋白分子尾部發(fā)生變性,導(dǎo)致蛋白分子發(fā)生重組,破壞了先前形成的蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);隨后在63～80 ℃,G′值快速上升,此時(shí)鹽溶性蛋白由粘性溶膠轉(zhuǎn)變成一個(gè)黏彈性好的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[36]。共混凝膠G′的初始值和終值均高于對(duì)照,且隨豌豆蛋白添加量的增加而升高,總體變化趨勢(shì)與鹽溶蛋白相似,與硬度結(jié)果一致,表明豌豆蛋白能夠提高豬肉鹽溶蛋白形成凝膠的能力,可以顯著改善凝膠的質(zhì)構(gòu)特性。李可等[37]研究發(fā)現(xiàn),隨竹筍膳食纖維添加量的增加,豬肉鹽溶蛋白凝膠的G′值明顯增加;Gao等[4]研究表明,大豆分離蛋白能提高豬肉鹽溶蛋白的膠凝能力;Chang等[38]研究發(fā)現(xiàn),豆渣可以使豬肉肉糜凝膠的G′值顯著增加,添加量越大,G′值越高,均與本文的研究結(jié)果一致。

圖3 豌豆蛋白添加量對(duì)鹽溶蛋白凝膠儲(chǔ)能模量的影響Fig.3 Effects of pea protein addition on storage modulus of pork salt-soluble protein gel

2.5 豌豆蛋白添加量對(duì)豬鹽溶蛋白凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響

由圖4可知,未添加豌豆蛋白的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為粗糙松散,并且出現(xiàn)較多的孔洞。添加豌豆蛋白后,豌豆蛋白對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有支撐作用,填補(bǔ)了蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)間的空隙。添加量為4%時(shí),空洞基本消失,形成了高度致密、均一、有序的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。添加量大于4%時(shí),多余的豌豆蛋白顆粒散落在凝膠體系,不能進(jìn)行有效的填充和包埋,添加量越高,散落的豌豆蛋白顆粒越多,凝膠結(jié)構(gòu)越粗糙。可見,適量的豌豆蛋白可以有效填充凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),與本實(shí)驗(yàn)中保水性、質(zhì)構(gòu)的結(jié)果一致。與松散粗糙的凝膠結(jié)構(gòu)相比,均勻致密的凝膠體系具有較高的持水能力,小孔可以更牢固地鎖住水分[39]。Gao等[4]研究表明,大豆分離蛋白與豬肉鹽溶蛋白間的化學(xué)作用力包括二硫鍵與疏水相互作用。馮婷等[29]研究發(fā)現(xiàn),添加2.5%的花生濃縮蛋白可以使雞肉鹽溶蛋白凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加緊密、有序,蛋白質(zhì)交聯(lián)度更高。Sun等[32]研究認(rèn)為,花生蛋白可與雞肉鹽溶蛋白發(fā)生交聯(lián),使鹽溶蛋白凝膠孔洞變小,改善凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖4 豌豆蛋白添加量對(duì)凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.4 Effects of pea protein addition on the microstructure of gel

2.6 豌豆蛋白添加量對(duì)豬鹽溶蛋白共混凝膠水分遷移的影響

豌豆蛋白對(duì)豬鹽溶蛋白凝膠體系中水分分布和遷移的影響,可通過質(zhì)子NMR測(cè)量自旋-自旋弛豫時(shí)間(T2)來反映。T2弛豫時(shí)間越短,表明水與底物結(jié)合越緊密,T2越長(zhǎng),表明水分越松散[40]。結(jié)合水弛豫時(shí)間在0～10 ms之間,表征凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水,用T2b表示;T21和 T22弛豫時(shí)間分別在10～100 ms和250～400 ms之間,分別表示不易流動(dòng)水和游離水,即凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)間的水分和自由水[41]。由表2與圖5可知,本實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)3個(gè)特征峰,即T2b、T21和T22。隨豌豆蛋白添加量的增加,T2b、T21、T22均呈現(xiàn)出峰值向較短時(shí)間方向移動(dòng)的趨勢(shì),添加量為10%時(shí),T2b、T21、T22均降至最低。峰面積代表此部分水所占百分比,隨豌豆蛋白添加量的增加,P2b雖然也在增加,但最高也只有1%左右,表明結(jié)合水在凝膠體系中所占百分比極小,不是凝膠中水分主要存在形態(tài)。P21持續(xù)增加,P22持續(xù)下降,添加量為4%與10%的P21差異不顯著(p>0.05),在87.43%～90.95%之間,表明不易流動(dòng)水是凝膠中水分主要存在形態(tài),且添加量為4%的豌豆蛋白就能夠?qū)⒏嗟淖杂伤`在凝膠結(jié)構(gòu)中,限制了水分的移動(dòng),充分降低了凝膠的水分損失,提高了凝膠的保水能力。栗俊廣等[2]研究表明,木薯淀粉添加量為1.5%時(shí),可以顯著增加豬肉鹽溶蛋白凝膠不易流動(dòng)水的比例,降低自由水的比例,提高了共混凝膠的保水性。

表2 豌豆蛋白對(duì)豬鹽溶蛋白共混凝膠水分遷移的影響Table 2 Effects of pea protein on the water migration of pork salt-soluble protein blend gel

圖5 豌豆蛋白添加量對(duì)凝膠弛豫時(shí)間T2及峰面積的影響Fig.5 Effect of pea protein addition on the transverse relaxation times(T2)and peak area of gel

3 結(jié)論

豌豆蛋白可以有效改善豬肉鹽溶蛋白的凝膠品質(zhì),提高共混凝膠的形成能力。添加豌豆蛋白,可以提高共混凝膠不易流動(dòng)水的比例,降低自由水的比例,提高了凝膠保水性與蒸煮得率,改善了凝膠的質(zhì)構(gòu);豌豆蛋白添加量為4%時(shí),凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)均勻致密,高度有序。將豌豆蛋白添加到豬肉鹽溶蛋白形成共混凝膠,不僅可以增加凝膠類產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與保健功能,還可以對(duì)豌豆蛋白進(jìn)行深度的利用與挖掘,可為豌豆蛋白在肉制品中的應(yīng)用提供理論支撐。豌豆蛋白來源廣泛,價(jià)格低廉,在肉制品行業(yè)應(yīng)用前景十分廣闊。然而,在豌豆蛋白與豬肉鹽溶蛋白形成共混凝膠過程中,豬肉鹽溶蛋白構(gòu)象變化規(guī)律及豌豆蛋白-豬肉鹽溶蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成中最主要相互化學(xué)作用力,還不完全清楚,將是今后重點(diǎn)的研究方向。