鷹嘴豆分離蛋白對黃河鯉魚魚丸凝膠品質的影響

劉 驍,王營娟,趙電波,趙衛(wèi)東,栗俊廣,,董秀萍,白艷紅,,*(.鄭州輕工業(yè)大學食品與生物工程學院,河南省冷鏈食品質量與安全控制重點實驗室,河南省食品生產(chǎn)與安全協(xié)同創(chuàng)新中心,河南鄭州 450000;.大連工業(yè)大學食品學院,國家海洋食品工程技術研究中心,遼寧大連 6034)

魚糜制品是魚糜經(jīng)擂潰或斬拌、調味、成型、加熱等一系列工藝加工形成的具有彈性的凝膠食品[1],魚丸、魚糕、魚肉腸以及魚豆腐等常見的魚糜制品深受消費者歡迎。隨著人們生活節(jié)奏的加快和生活方式的改變,魚糜制品的需求量逐年增加,2018年我國魚糜制品總量為145.5萬噸,占水產(chǎn)品加工總量的6.75%[2]。淡水魚與海水魚相比魚糜凝膠性能較差,因此魚糜制品的生產(chǎn)原料以海水魚類為主,但近年來海洋捕撈過度,優(yōu)質海水魚產(chǎn)量逐漸下降,因此利用淡水魚原料制作魚糜制品受到越來越多的關注[3]。黃河鯉魚是河南省重要的淡水魚種,2005農(nóng)業(yè)部公告第485號審定“豫選黃河鯉魚”為適宜推廣的優(yōu)良養(yǎng)殖品種,2012年“鄭州黃河鯉魚”成為農(nóng)產(chǎn)品地理標志[4]。人工養(yǎng)殖黃河鯉魚數(shù)量逐年增加，研究發(fā)現(xiàn)由于生存環(huán)境的變化,河南養(yǎng)殖黃河鯉魚的營養(yǎng)價值、肉質口感均高于野生黃河鯉魚[5],因此,養(yǎng)殖黃河鯉魚作為生產(chǎn)原料既保證了魚糜制品營養(yǎng)價值又提升了其經(jīng)濟效益。

鈉鹽的用量對魚糜凝膠的形成起到至關重要的作用,為保證凝膠的品質,鈉鹽的用量一般為魚糜重量的2%～3%[1,6]?，F(xiàn)代醫(yī)學研究表明,長期過量的攝入鈉鹽會影響身體健康,誘發(fā)高血壓、冠心病等多種心血管疾病[7-8],2019年7月國家衛(wèi)健委發(fā)布了《健康中國行動(2019-2030年)》,提出開展“減鹽、減油、減糖”行動,因此研發(fā)健康低鹽食品不僅是食品加工領域的發(fā)展趨勢,更是廣大消費者對健康食品的需求。減少食鹽添加量會導致魚糜制品的凝膠強度、保水性等品質下降,尋求合適的鈉鹽替代物并保持產(chǎn)品質量成為魚糜制品研究的熱點和難點問題之一。鉀鹽、鈣鹽等鹽類是常用鈉鹽替代物,但研究發(fā)現(xiàn)此類鹽會導致產(chǎn)品產(chǎn)生異味[9]。已有研究表明,適量使用氨基酸、淀粉、植物分離蛋白等外源添加物可以改善低鹽魚糜制品的品質。Cando等[10]研究發(fā)現(xiàn)在鹽濃度為0.3%時,向鱈魚魚糜中分別添加0.1%胱氨酸和0.1%賴氨酸都可有效地改善其凝膠化程度。Kong等[11]研究發(fā)現(xiàn)在30 g/kg鹽含量的阿拉斯加狹鱈魚魚糜中加入10%改性木薯淀粉可以提高其凝膠強度。崔旭海等[12]研究發(fā)現(xiàn)在相同食鹽添加量(2% NaCl)的條件下,分別添加大豆分離蛋白和花生分離蛋白可有效提高鯉魚魚糜的彈性模量、凝膠強度和保水性,蛋白添加量為8%時效果最佳。

鷹嘴豆中蛋白質含量為15%～30%,接近雞蛋、牛乳、肉、魚等動物來源的優(yōu)質蛋白,作為新型的植物蛋白質資源,鷹嘴豆蛋白質的氨基酸組成均衡、生物利用率高。栗俊廣等[13]研究表明,添加鷹嘴豆分離蛋白(CPI)能夠在降低鈉鹽用量的同時提升豬肉糜的凝膠品質。目前對于通過添加CPI代替部分鈉鹽對魚糜制品凝膠品質的影響鮮有報道。因此,本文通過研究添加CPI對低鹽黃河鯉魚魚丸凝膠品質的影響,以期為低鹽淡水魚糜制品的開發(fā)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黃河鯉魚 購于當?shù)厮a(chǎn)品市場;鷹嘴豆分離蛋白(>85%,w/w) 購于陜西帕尼爾生物科技有限公司;氯化鈉(食用級)、磷酸鹽戊二醛(分析純)、無水乙醇 均購于河南正用實驗用品有限公司。

AB265-S型分析天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;JA3003N型電子天平 上海箐海儀器設備有限公司;SZ-22A型絞肉機 廣州旭眾食品機械有限公司;GM200型刀式研磨儀 德國萊馳公司;HH-42型水浴鍋 常州國華電器有限公司;肉丸成型機 山東新銳翔食品機械有限公司;Ci6x型色差計 美國愛色麗有限公司;TA-XT Plus質構分析儀 英國Stable Micro System公司;NM120型低場核磁共振成像分析儀 上海紐邁電子科技有限公司;JSM-6490LV掃描電子顯微鏡 日本電子公司;Discovery流變儀 美國TA儀器公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 魚丸的制備 將剛宰殺后的黃河鯉魚去頭、去鱗、去內臟、去皮,除去體內的殘余內臟、血污和黑膜,切除紅色肉,剔除魚刺、盡量將白肉采凈。用清水(≤10 ℃)漂洗10 min,將魚肉在4000 r/min下離心脫水2 min,再攪碎制備成魚糜。制備的魚糜中蛋白含量為16.8%。根據(jù)實驗要求分別將魚糜、冰水、NaCl和CPI(NaCl和CPI的添加量是其質量分別與魚糜和冰水質量總和的百分比,冰水與魚糜的質量比為1∶10)放入斬拌機中,以3000 r/min斬拌1 min,取出放入肉丸機中成型制成魚丸,放入開水中蒸煮熟透取出,冷涼后用于實驗指標測定。1% NaCl和2% NaCl無添加CPI為對照組,不同CPI添加量的低鹽(1% NaCl)魚丸為實驗組,具體實驗設計見表1。

表1 實驗設計Table 1 Experimental design

1.2.2 凝膠強度的測定 根據(jù)文獻中凝膠強度的測定方法并略有修改[14]。將魚丸切成圓柱體(直徑和厚度均為25 mm)。使用質構儀和P/0.5柱形鋁探針測量魚丸的凝膠強度。參數(shù)設置如下:測試前速度為2 mm/s,測試速度為1 mm/s,測試后速度為1 mm/s,下壓距離10 mm,觸發(fā)力5 g。測定后通過質構儀自帶軟件分析后得到一條凝膠受力曲線,樣品破裂點為第一個峰的頂點,將其定義為樣品的凝膠強度(g)。每個處理測定3次。

1.2.3 白度的測定 根據(jù)Debusca等[15]的方法略有修改,測定黃河鯉魚魚丸的白度,將魚丸切成1 cm左右的薄片,隨后用色差計測定樣品的白度,每次實驗重復6次,白度計算公式如下:

1.2.4 離心損失的測定 參考李可等[16]的方法,稍微修改后測定黃河鯉魚魚丸的離心損失,通過離心失水率可以反映魚丸的保水性。將各組制備好的魚丸分別放入離心管中,稱量其質量W1,隨之用離心機在8000 r/min的條件下離心10 min,用濾紙吸出水分。稱量去除水分之后的質量W2。離心損失率的計算公式如下:

式中:X表示離心損失(%),W1表示表示樣品離心前的質量,W2表示樣品離心后的質量。

1.2.5 水分分布 參照Ma等[17]的方法,采用低場核磁共振成像分析儀測定魚丸的水分分布規(guī)律,稱取大約2 g的魚丸樣品放入直徑為15 mm的圓形玻璃管內進行測量。參數(shù)設置為:采用CPMG序列,測量溫度為32.00±0.01 ℃;質子共振頻率為18 MHz;掃描次數(shù)32 次;回聲數(shù)設置為12000;重復的時間間隔為110 ms;半回波時間τ-值(90°脈沖和180°脈沖之間的時間)250 μs;得到指數(shù)衰減圖形。

1.2.6 流變特性 參照Li等[18]的方法略有修改,采用流變儀的溫度掃描模式來研究魚糜凝膠形成魚丸的過程。選擇40 mm夾具平板,在平板上加入樣品后,使用甲基硅油密封以防止水分蒸發(fā),上下板間隙設定為1500 μm;測量板間距1000 μm。魚糜在25 ℃的條件下保溫5 min,隨之樣品以1 ℃/min的升溫速度由25 ℃線性升溫至85 ℃。分析儲能模量隨溫度升高的變化規(guī)律。

1.2.7 微觀結構 參照Oujifard等[19]的方法,利用掃描電鏡測定樣品的微觀結構。將魚丸切成約1 mm×1 mm×1 mm的小塊,將其放入濃度為2.5%的戊二醛溶液中,在4 ℃條件下浸泡24 h使其固定。隨之用磷酸鹽緩沖液(0.1 mol/L、pH7.0)洗滌三次,每次15 min,去除戊二醛。分別用濃度為50%、70%、90%的乙醇溶液浸泡15 min進而去除凝膠中的水分,最后用100%乙醇脫水3次,每次10 min。將處理好的樣品冷凍干燥后噴10 nm厚的金鍍膜,在2000倍掃描電鏡下觀察并拍照。加速電壓為20 kV。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 9.0作圖,SPSS 19.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,在單因素方差分析的基礎上采用Duncan多重比較法,統(tǒng)計值為平均值±標準差,顯著性水平為P<0.05。

2 結果與分析

2.1 添加CPI對魚丸凝膠強度和白度的影響

凝膠強度是評價魚丸凝膠品質的重要指標之一。由表2可知,樣品A的凝膠強度顯著低于樣品E的凝膠強度(P<0.05),這是因為在魚糜凝膠化過程中,需要適當?shù)柠}離子促進肌原纖維蛋白的溶解,進而有利于魚丸凝膠網(wǎng)絡的形成,降低鹽添加量不利于魚丸凝膠網(wǎng)絡結構的形成。隨著CPI 的添加量增加,1% NaCl魚丸凝膠強度顯著增強(P<0.05),樣品D的凝膠強度達到最大值(574.58 g),且其與樣品E凝膠強度相比無顯著差異(P>0.05),表明添加CPI可以有效提高魚丸的凝膠強度,6% CPI低鹽魚丸與2% NaCl魚丸凝膠強度相當,可能是因為CPI添加到魚糜斬拌混合后,在加熱形成魚丸過程中與肌原纖維蛋白共價結合形成魚丸蛋白-CPI混合凝膠,魚丸凝膠更加致密均勻,從而使它的凝膠強度增大。Lee等[20]研究表明紅豆分離蛋白可以作為水和肉蛋白之間的粘合劑,向鹽濃度為0.3 mol/L的豬肉肌原纖維蛋白中添加1%紅豆分離蛋白時,與單獨的0.45 mol/L鹽濃度下的肌原纖維蛋白相比,肌原纖維蛋白凝膠的凝膠強度值相似(P>0.05)。

表2 CPI對魚丸凝膠強度和白度的影響Table 2 Effects of CPI on the gel strength and whiteness of fish balls

白度是魚糜制品品質的一個重要指標。由表2可知,隨著CPI添加量的增加,魚丸白度顯著下降(P<0.05)。本研究中的添加CPI導致魚丸白度下降的主要原因是由于CPI本身就帶有一定的黃色,從而影響魚丸制品的色澤,導致顏色偏黃,白度下降顯著。盡管CPI添加會使魚丸的白度顯著下降,但樣品的白度都保持在70以上,肉眼觀察并無明顯變化。Zhou等[21]研究發(fā)現(xiàn)在魚丸中添加由茶多酚改性的蛋清蛋白后,魚丸凝膠白度降低。Kudre等[22]研究認為魚丸中添加蛋白的固有顏色、蛋白的種類和添加量都會使魚丸的白度降低。

2.2 添加CPI對魚丸離心損失的影響

離心損失可以作為反映魚丸保水性優(yōu)劣指標,離心損失越小說明凝膠保水性越好。由圖1可知,樣品E的離心損失顯著低于樣品A(P<0.05),說明較高的鹽含量有助于提高魚丸保水性,氯化鈉可以使魚糜中蛋白質-蛋白質、蛋白質-水分子之間的相互作用增強,進而增強魚糜凝膠的保水性。各添加CPI實驗組與樣品A相比魚丸的離心損失率顯著降低(P<0.05),樣品C與E相比離心損失顯著降低(P<0.05),但樣品C與D相比離心損失無顯著差異(P>0.05),說明添加CPI能有效地增強魚丸的保水性,當CPI添加量為4%時低鹽魚丸的保水性已明顯優(yōu)于2% NaCl魚丸,繼續(xù)添加CPI不能有效地提高魚丸的保水性。這可能是因為CPI本身具有一定親水性,且CPI與魚丸蛋白相互作用將水分子鎖在魚丸凝膠網(wǎng)狀結構內,從而加強對水的吸附能力[23]。沈曉蕾等[24]研究表明4%大豆蛋白能有效增加鰱魚魚糜降低蒸煮損失,增強保水性。

圖1 CPI添加對魚丸離心損失的影響Fig.1 Effects of CPI addition on the centrifugal loss of fish balls注:不同字母代表差異顯著(P<0.05)。

2.3 CPI添加量對魚丸水分分布的影響

低場核磁共振技術可以在不破壞凝膠結構的情況下檢測凝膠體系中不同水分子的遷移率和分布比例。由圖2可知,魚丸凝膠的T2弛豫時間曲線圖中出現(xiàn)三個峰(T2a、T21、T22),且分別集中在0.01～7 ms(T2a),10～400 ms(T21),1400～2500 ms(T22)3個弛豫時間段。其中T2a代表凝膠系統(tǒng)中與大分子(蛋白質,脂肪)結合緊密的水,稱為結合水;T21代表與大分子結合較弱以及由于毛細管作用力滯留在樣品凝膠網(wǎng)狀結構中的水,稱為不易流動水;T22代表自由水[25]。CPI添加量的增大,各組水分T21、T2a減小,說明添加CPI的魚丸水分流動性變弱,與凝膠基質結合的更緊密。

圖2 CPI添加對魚丸低場核磁曲線的影響Fig.2 Effects of CPI addition on the low field NMR curve of fish balls

由表3可知,P2a、P21和P22分別代表T2b、T21、T22的峰面積,同一樣品的3個T2弛豫峰面積相對百分比中P21數(shù)值最大,說明在魚丸凝膠體系中的不易流動水占主導地位。各實驗組與樣品A相比P22峰面積顯著減少(P<0.05),表明增加鹽濃度和高CPI添加量可以使魚丸中水分的自由度降低,從而增強魚丸的保水性。樣品C的P22峰面積與樣品D相比顯著下降(P<0.05),而樣品D與E相比無顯著差異(P>0.05),說明CPI添加量為4%時魚丸中水分的自由度最低,繼續(xù)添加CPI對魚丸的保水性并無提高,這與離心損失結果基本一致。

表3 CPI對魚丸T2弛豫峰面積百分比的影響(%)Table 3 Effects CPI on T2 relaxation peak area of fish balls(%)

2.4 CPI添加量對魚丸流變特性的影響

儲能模量(G′)也稱彈性模量,反映樣品的彈性趨勢,一般而言,G′值越高說明樣品流變特性越好,凝膠特性也越好[26]。圖3顯示了魚糜熱誘導形成魚丸過程中儲能模量(G′)的變化。由圖3可知,未添加CPI的變化趨勢與添加不同量的CPI魚丸凝膠G′的變化趨勢基本保持一致。黃河鯉魚魚糜在加熱條件下的聚集可以分為4個階段:當溫度從25 ℃升高到43 ℃時,G′值呈現(xiàn)下降趨勢;G′值第一次增加出現(xiàn)在43 ℃,溫度達到50 ℃時G′值存在峰值;當溫度從50 ℃升高到54 ℃時G′值再次下降;當溫度上升到85 ℃時,G′快速增加并最終趨于平穩(wěn)。

圖3 CPI添加對魚丸儲能模量(G′)的影響Fig.3 Effects CPI addition on the storage modulus(G′)of fish balls

G′值在25～43 ℃之間呈現(xiàn)下降趨勢,可能是加熱初期魚糜中的肌球蛋白開始解螺旋,破壞了蛋白的網(wǎng)絡結構,也可能由于魚糜內源蛋白酶的作用,影響了凝膠結構的形成[27]。在43～50 ℃范圍內,G′值有小幅度的增加,這可能與重鏈肌球蛋白解旋后再經(jīng)分子間聚集交聯(lián)有關,這是凝膠網(wǎng)絡形成的初始階段。在50～54 ℃范圍內,G′值再次快速下降,這可能與肌球蛋白從螺旋到卷曲的形變有關,導致半凝膠的流動性增加,破壞已形成的網(wǎng)絡結構[28],此外加熱過程中還可能導致氫鍵斷裂或者在此溫度范圍內魚丸中內源性酶活性增高使肌球蛋白水解,導致魚丸凝膠不穩(wěn)定。當溫度高于54 ℃時,G′值快速增高并在75 ℃左右時達到最大,這一過程中魚糜蛋白發(fā)生變性,形成熱不可逆的致密凝膠網(wǎng)絡結構[29]。在加熱過程中,添加CPI實驗組樣品的G′值與樣品A相比都明顯升高,且隨著添加量的增加G′值不斷增大,這表明魚糜熱誘導形成魚丸過程中,隨著CPI添加量的升高魚丸凝膠網(wǎng)狀結構形成的更充分,這可能是加熱引起CPI的結構展開,增強了CPI與魚糜蛋白之間的交聯(lián)和變性,形成了高彈性的凝膠網(wǎng)狀結構[30];樣品E的G′值略高于樣品D的G′值,表明1% NaCl魚糜添加6% CPI與2% NaCl魚糜的彈性比較接近,這一結果與凝膠強度的結果相一致。

2.5 CPI添加量對魚丸微觀結構的影響

良好蛋白基質網(wǎng)狀結構的凝膠能夠有效地結合水和脂肪,使其質地更加光滑,而質地粗糙的凝膠易碎且具有較差的結合能力。由圖4可知,所有的樣品均呈現(xiàn)纖維狀、多孔并具有交聯(lián)鏈的三維網(wǎng)絡結構,與樣品A相比,樣品E的凝膠網(wǎng)絡結構更加致密均勻,表明較高鹽含量可以使魚丸體系中各組分緊密結合;隨著CPI添加量的逐漸增大,使魚丸凝膠網(wǎng)絡結構變得更緊湊、連續(xù)。這是由于植物蛋白和肌原纖維蛋白混合后可以將單一分離蛋白的結構交織在一起并形成一個致密而均勻的空間結構,進而增強肌原纖維蛋白凝膠的微觀結構。樣品D與其他低鹽組相比,魚丸的凝膠結構較為均勻、光滑,說明添加CPI可以更好地改善凝膠的微觀結構。Lin等[31]研究發(fā)現(xiàn)將肌原纖維蛋白與花生蛋白和大豆蛋白的混合物混合后,形成的凝膠微觀結構更加致密、均勻、光滑。

圖4 CPI添加量對魚丸微觀結構的影響Fig.4 Effects of CPI addition on the microstructure of fish balls注:a～e分別樣品A～E的微觀圖。

3 結論

添加CPI可以有效提高低鹽魚丸的凝膠特性和保水性。添加不同比例的CPI可以不同程度的增強魚丸的凝膠強度和G′值,降低離心損失和水分的自由度,使凝膠網(wǎng)絡結構變得更緊湊、連續(xù),但白度均有所下降。添加6% CPI低鹽魚丸與4% CPI相比,凝膠強度顯著(P<0.05)增強,G′增加,凝膠網(wǎng)絡結構更加均勻、光滑,但保水性并無提高;6% CPI低鹽魚丸凝膠特性與2%鈉鹽相比整體相當,但保水性更佳。因此,綜合考慮在實際生產(chǎn)1% NaCl黃河鯉魚相關的魚糜制品時,建議添加6% CPI以提高產(chǎn)品品質。