香菇腳纖維制備與性能評(píng)價(jià)及對(duì)蛋清凝膠特性的影響

張 明,吳子男,王穩(wěn)航

(天津科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,天津 300457)

香菇(Lentinusedodes)是世界上第二大栽培藥用和食用菌之一,富含膳食纖維,對(duì)促進(jìn)消化吸收,改善胃腸功能具有十分重要的意義[1]。在我國(guó),每年生產(chǎn)香菇約50萬(wàn)噸,而香菇腳占總重的25%左右[2],因其粗韌難嚼、吞咽困難、適口性差,通常被當(dāng)作廢物丟棄[3]。香菇腳和香菇蓋由香菇菌絲組成,含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素、礦物元素等營(yíng)養(yǎng)成分,以及香菇多糖、膳食纖維等功能性成分[4-6],而香菇腳中膳食纖維的含量則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)菇蓋[7]。雖然目前市面上常見(jiàn)的香菇產(chǎn)品種類(lèi)豐富,如香菇餅干[8-9]、香菇肉醬[10]、香菇肉松[11]、香菇罐頭[12]等,但是以香菇腳為原料的加工食品還很少。

市面上常見(jiàn)的蛋清粉由鮮雞蛋清制得而成,保留了鮮雞蛋清的優(yōu)良功能特性,是蛋白質(zhì)的良好來(lái)源[13]。蛋清蛋白具有發(fā)泡性、乳化性、凝膠性和粘合性等多種功能特性[14],經(jīng)適度加工(如熱處理)可變性聚集成一個(gè)有規(guī)則的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而形成凝膠,此特性常被用于開(kāi)發(fā)凝膠類(lèi)食品,同時(shí)也因此使蛋清成為開(kāi)發(fā)肉類(lèi)代替品的重要原料。近年來(lái),制備高強(qiáng)度凝膠性的蛋清蛋白已有許多研究,比如利用多糖對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行糖基化[15],利用射頻輔助熱處理等方法制備蛋清粉[16-17],以及使用鎂離子來(lái)增強(qiáng)蛋清凝膠硬度[18]。然而,不改變蛋白自身性質(zhì),直接利用不溶性膳食纖維特理調(diào)節(jié)蛋清蛋白凝膠性能尚未見(jiàn)報(bào)道。

本實(shí)驗(yàn)以食用菌下腳料高值化利用和新型仿造肉食品的開(kāi)發(fā)為出發(fā)點(diǎn),采用三種處理方式制備香菇腳纖維,并對(duì)其理化性質(zhì)和食品加工特性進(jìn)行分析;再在此基礎(chǔ)上,研究了不同纖維對(duì)蛋清蛋白凝膠特性的影響,旨在開(kāi)發(fā)出具有實(shí)用價(jià)值的健康食品配料,同時(shí)為仿造肉食品市場(chǎng)提供潛在的開(kāi)發(fā)途徑與制備技術(shù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

香菇腳 雷氏菇品購(gòu)銷(xiāo)有限公司,規(guī)格1.5 cm,水分≤13%;蛋清粉 蘇州歐福蛋業(yè)股份有限公司,含量99%;乙醇、叔丁醇、丙酮、冰乙酸、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉 均為分析純,天津市江天化工技術(shù)有限公司;雙氧水 食品級(jí),天津市惠達(dá)龍科技有限公司;蛋白酶(1100 U/g)、熱穩(wěn)定α-淀粉酶(4000 U/g)、淀粉葡萄糖苷酶(30 U/mg) 上海源葉生物技術(shù)有限公司。

ST-24型電熱恒溫水浴鍋 北京長(zhǎng)風(fēng)儀器儀表公司;DH-101BS電熱鼓風(fēng)干燥箱 天津中環(huán)實(shí)驗(yàn)電爐有限公司;TDZ5-WS離心機(jī) 湘儀離心機(jī)儀器有限公司;TCS-SP2激光共聚焦顯微鏡 日本尼康儀器公司;PH-3CW酸度計(jì) 上海理達(dá)儀器廠;MB45快速水分測(cè)定儀 美國(guó)奧豪斯有限公司;TA.XT.Plus質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)Stable Micro System公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 香菇纖維的制備 濕打漿:將香菇腳放入干燥箱于60 ℃烘干12 h后,再以1∶20的質(zhì)量比加入50 ℃熱水浸泡24 h。然后用膠體磨進(jìn)行濕打漿,接著用機(jī)械研磨機(jī)(間隙2 mm)研磨1次,再用200目濾袋過(guò)濾除去水分,再進(jìn)行冷凍干燥,得樣品1。

漂白處理:參照Tejada-Ortigoza等[19]的處理方法,將濕打漿處理得到的樣品1,以固液比40 g/100 mL添加5.0 wt% NaOH溶液,攪拌至分散均勻。加入30 wt% H2O2溶液,直到混合物中含有5 wt% H2O2,在35 ℃下攪拌1 h。最后,用熱水反復(fù)沖洗10次以除去殘余H2O2,再用200目濾袋過(guò)濾。之后進(jìn)行冷凍干燥,得樣品2。

酶處理:參照Wong等[20]的處理方法。將9 g濕打漿處理好的樣品1加入50 mL 0.08 mol/L磷酸緩沖液(pH6.0)中,沸水浴30 min。冷卻到60 ℃,再調(diào)pH至5.4,加入40 μL熱穩(wěn)定α-淀粉酶攪拌30 min;然后調(diào)pH至7.5,加入230 μL蛋白酶攪拌30 min;最后調(diào)pH至4.3,再加136 μL淀粉糖苷酶攪拌30 min。期間保持溫度在60 ℃,200目濾袋過(guò)濾去除水分,再進(jìn)行冷凍干燥,得樣品3。

1.2.2 顯微鏡結(jié)構(gòu)觀察(CLSM) 利用激光共聚焦顯微鏡(CLSM)觀察三種不同處理的香菇纖維的大小形態(tài)。將磨成粉末的纖維與水混合,在明場(chǎng)模式下,取少量液滴,滴在載玻片中央,從一端緩慢蓋上蓋玻片,盡量減少氣泡的形成,對(duì)香菇纖維進(jìn)行顯微鏡觀察。

1.2.3 香菇纖維的性能評(píng)價(jià)

1.2.3.1 不溶性膳食纖維測(cè)定 參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 5009.88-2014)[21]通過(guò)酶-重量法測(cè)定樣品中的不溶性膳食纖維含量。每個(gè)樣品做三組平行。

1.2.3.2 吸油性測(cè)定 參照Wong等[20]的方法稍做修改。取1 g樣品于10 mL 棕櫚油中浸泡30 min,隨后離心(2500 g,30 min,25 ℃)。離心后棄去上清液并稱重。單個(gè)樣品的吸油性表示為由1 g相應(yīng)膳食纖維樣品保持的油的克數(shù)。每個(gè)樣品重復(fù)三次。

1.2.3.3 吸水性測(cè)定 參照Wong等[20]的方法,取0.2 g樣品于20 mL水中,25 ℃水浴鍋內(nèi)持續(xù)振蕩24 h。然后離心(14000 g,30 min,25 ℃)。棄去上清液。120 ℃烘干2 h,稱重。每個(gè)樣品重復(fù)三次。

1.2.3.4 膨脹力測(cè)定 準(zhǔn)確稱取1.000 g冷凍干燥后的樣品,將其置于25 mL量筒內(nèi),加入蒸餾水至量筒15 mL處,于室溫下放置4 h。讀取量筒中物料體積數(shù)。每個(gè)樣品重復(fù)三次。計(jì)算公式為:

式(1)

1.2.4 香菇纖維與蛋清復(fù)合凝膠制備 首先將蛋清粉配制成15%的溶液。再將凍干后三種的香菇纖維相對(duì)于蛋清粉溶液,分別按照含量梯度0、0.5%、1.0%、2.0%、5.0%的加入到溶液中。將混合物灌入塑料腸衣(長(zhǎng)度1 cm)中,控制重量在25 g左右,80 ℃加熱處理55 min。取出冷卻至室溫,得到成品。

1.2.5 香菇纖維與蛋清復(fù)合凝膠指標(biāo)測(cè)定

1.2.5.1 pH測(cè)定 準(zhǔn)確稱取不同位置的樣品1 g,切碎研磨,用9 mL水混合置于離心管中,以6000 r/min離心10 min,測(cè)定上清液的pH。

1.2.5.2 水分含量測(cè)定 取恒重的稱量瓶稱重(m1)。在稱量瓶中取5 g樣品,稱其總重(m2)。在105 ℃下加熱干燥12 h,后放入干燥器內(nèi)冷卻10 min,稱重。重復(fù)干燥至恒重(m3)。計(jì)算水分含量:

式(2)

表1 香菇纖維的主要理化性質(zhì)

1.2.5.3 蒸煮損失率測(cè)定 取8 g樣品于真空袋中,抽真空,密封。放入水浴鍋中80 ℃加熱40 min,冷卻后稱重[22]。按公式計(jì)算蒸煮損失率:

蒸煮損失率(%)=(蒸煮前的樣品-蒸煮后的樣品)/蒸煮的樣品×100

式(3)

1.2.5.4 色度測(cè)定 采用色度計(jì)對(duì)香腸進(jìn)行色度測(cè)量,將每個(gè)樣品切平齊,然后使用色度儀在不同部位上測(cè)定。每個(gè)梯度含量做三個(gè)平行試驗(yàn),以及一組空白試驗(yàn)。測(cè)量結(jié)果用亮度(L*)、紅度(a*)和黃度(b*)表示[23]。L*越大,代表樣品越亮;a*值為正值時(shí),表示樣品紅色增加,負(fù)值時(shí)表示樣品綠色增加;b*值為正值時(shí),表示樣品黃色增加,為負(fù)值時(shí),表明樣品藍(lán)色增加。

1.2.5.5 質(zhì)構(gòu)測(cè)定 取蒸煮后的樣品,切成1 cm長(zhǎng)的圓柱體用于TPA方法測(cè)定[24]。參數(shù)如下:測(cè)前速度:2.0 mm/s;測(cè)中速度:1.0 mm/s;測(cè)后速度:1.0 mm/s;兩次下壓間隔時(shí)間:5.0 s負(fù)重:5 g;探頭類(lèi)型:P/36R;數(shù)據(jù)收集率:250 pps/s。以確定樣品的硬度、彈性、粘聚性和咀嚼性參數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

每組實(shí)驗(yàn)至少進(jìn)行三次,實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)均采用SPSS 17.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)處理,相關(guān)表格中數(shù)據(jù)均以平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示。表格和圖表數(shù)據(jù)后標(biāo)注不同字母表示其各組數(shù)據(jù)間的差異性,當(dāng)P<0.05 時(shí)認(rèn)為數(shù)據(jù)之間存在差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同方法制備香菇纖維

2.1.1 共聚焦顯微鏡 利用激光共聚焦顯微鏡(明場(chǎng)條件下),結(jié)合計(jì)算機(jī)圖像處理,觀察未處理的香菇腳干粉和三種不同處理的香菇纖維的形態(tài)大小。如圖1所示,對(duì)照組未處理的干粉圖片中纖維長(zhǎng)度較短且聚集密集,而處理后的纖維,纖維狀明顯、長(zhǎng)度增加,且纖維被打開(kāi)呈分散狀。漂白和酶處理后的纖維長(zhǎng)度明顯增加,而酶處理造成纖維之間的部分糖苷鍵斷裂,其長(zhǎng)度比漂白處理的纖維更短。

圖1 香菇纖維顯微鏡圖

2.1.2 香菇纖維的性能分析 由表1可知,制備得到的三種香菇纖維都具有較高的不溶性膳食纖維,良好的吸水性和吸油性。而酶處理組和漂白組的香菇纖維與香菇干粉相比膨脹力未有顯著變化,濕打漿組則有所降低。處理后樣品的不溶性膳食纖維比例顯著(P<0.05)提高。香菇中不溶性膳食纖維主要是由以葡聚糖和甲殼素為主要成分的細(xì)胞壁組成[25]。濕打漿處理可以去除香菇纖維中水溶性部分物質(zhì),而漂白處理因?yàn)樘幚磉^(guò)程中有NaOH祛除了部分蛋白質(zhì),所以漂白處理得到的香菇纖維具有更高比例的不溶性膳食纖維。酶處理的不溶性膳食纖維比例最高,是因?yàn)榻?jīng)過(guò)蛋白酶、淀粉酶和淀粉糖苷酶充分酶解后,去除了香菇腳中的蛋白質(zhì)、淀粉和多糖,從而大大提高了樣品中不溶性膳食纖維的比例。

吸水性和吸油性是膳食纖維重要的物理性質(zhì)。如表1所示,相較于未處理的香菇腳干粉的吸水性和吸油性,三種處理后的香菇纖維的吸水性和吸油性均顯著(P<0.05)增加,說(shuō)明香菇纖維是一種優(yōu)良的吸水吸油材料。經(jīng)過(guò)處理后的香菇纖維的多孔結(jié)構(gòu)變得膨松,形成了較多的毛細(xì)管組織,使其表面積增加,同時(shí)使更多的極性和非極性基團(tuán)暴露,從而提高了吸油性和吸水性。同時(shí),因?yàn)槠捉M和酶處理組的膳食纖維的比例的提高,纖維狀結(jié)構(gòu)充分暴露,這兩組的膨脹力都較好。而可能是因?yàn)榭扇苄猿煞譁p少,濕打漿組樣品的膨脹力較低。

2.2 香菇纖維與蛋清復(fù)合凝膠理化性能分析

2.2.1 pH分析 香菇纖維與蛋清復(fù)合凝膠pH隨纖維添加量的變化如表2所示。隨著纖維添加量的增加,凝膠pH都呈下降趨勢(shì),都從弱堿性逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹行?。?dāng)纖維添加比例達(dá)到2.0%及5.0%時(shí),添加漂白組纖維的pH比濕打漿組和酶處理組高,可能因?yàn)槠滋幚頃r(shí)的NaOH會(huì)提高樣品的堿性,導(dǎo)致pH較高。

表2 纖維添加量對(duì)香菇纖維-蛋清復(fù)合凝膠pH的影響

2.2.2 水分含量測(cè)定分析 由圖2可知,隨著纖維量增加,水分含量均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),但都無(wú)顯著差異(P>0.05)。隨著纖維量的增加,漂白處理組呈現(xiàn)的下降趨勢(shì)最小,添加濕打漿處理的樣品下降趨勢(shì)次之,而加入酶處理的纖維的樣品的水分含量下降趨勢(shì)最明顯。這從上面的纖維表征中纖維的吸水性差異可以解釋,添加不同香菇纖維的凝膠水分含量的高低和香菇纖維的吸水性有著相同的趨勢(shì)。漂白處理的香菇纖維的吸水性最好,所以漂白組樣品的水分含量降低的最少。反之,酶處理組的水分含量最低,主要因?yàn)槠淅w維吸水性也是三者中最低的。

圖2 纖維添加量對(duì)香菇纖維-蛋清復(fù)合凝膠保水性的影響

2.2.3 蒸煮損失率測(cè)定分析 由圖3可知,不添加香菇纖維的對(duì)照組蒸煮損失率較大;加入纖維后,蒸煮損失率明顯降低。當(dāng)纖維添加量低于2.0%,隨著纖維添加量的增加,蒸煮損失率總體呈下降趨勢(shì),且漂白組下降的趨勢(shì)最為顯著(P<0.05)。當(dāng)添加5.0%的纖維時(shí),三組樣品的蒸煮損失率又逐漸增大,可能是因?yàn)樘砑恿窟_(dá)到一定程度之后,纖維密度增加,破壞了穩(wěn)定的凝膠結(jié)構(gòu),導(dǎo)致保水能力下降,在蒸煮時(shí)造成流失。

圖3 纖維添加量對(duì)香菇纖維-蛋清復(fù)合凝膠蒸煮損失率的影響

2.2.4 色度測(cè)定分析 從表3可知,隨著香菇纖維的加入,蛋清凝膠的色度發(fā)生了明顯的變化。將三組復(fù)合凝膠進(jìn)行比較,隨著纖維添加量的增加,添加濕打漿組和酶處理組的樣品亮度(L*)都呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì),而紅度(a*)呈現(xiàn)顯著(P<0.05)上升,漂白組均沒(méi)有顯著變化;而三組處理方法中黃度(b*)都呈現(xiàn)上升的趨勢(shì),這是因?yàn)橄愎奖旧淼狞S色。漂白組的亮度顯著(P<0.05)高于其他兩組,而紅度和黃度均低于其他兩組。與對(duì)照組相比,漂白組的復(fù)合凝膠的黃度有所提高且隨著添加量提高而略微增大,而其紅度變化不大,亮度增加。亮度的增加使得漂白組凝膠與對(duì)照組在色度上未有過(guò)多變化。相比較而言,濕打漿組和酶處理組的香菇纖維添加量的差異對(duì)蛋清復(fù)合凝膠的顏色的影響較大。

2.2.5 質(zhì)構(gòu)測(cè)定分析

2.2.5.1 硬度 由圖4可知,香菇纖維與蛋清復(fù)合凝膠的硬度隨著纖維添加量的增加而增加。其中添加濕打漿和酶方法處理的樣品硬度升高程度基本一致,而由漂白處理的樣品在纖維添加量為2.0%之后,硬度顯著(P<0.05)增高。與對(duì)照組15%蛋清溶液凝膠相比,因?yàn)橄愎嚼w維中不溶性膳食纖維的存在,且復(fù)合凝膠水分含量的降低,使得樣品硬度升高。而從纖維的顯微鏡圖分析可知,漂白處理的纖維比其他兩種處理的纖維具有更長(zhǎng)的纖維結(jié)構(gòu),所以其更容易形成結(jié)實(shí)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使其硬度迅速上升。

2.2.5.2 彈性 如圖4所示,與對(duì)照組相比,由于不同處理的纖維的吸水性和纖維添加量的差異沒(méi)有對(duì)樣品的彈性產(chǎn)生很大影響。比較復(fù)合凝膠的彈性可以看出,隨漂白和酶處理的纖維的添加量增大,兩組復(fù)合凝膠的彈性先增大后減小,而濕打漿組的復(fù)合凝膠則是先減小后增大。纖維添加量高于2.0%以后,濕打漿處理的樣品彈性上升,因?yàn)榇藭r(shí)樣品的蒸煮損失率增大,降低了水分含量,提高了彈性。

表3 纖維添加量對(duì)香菇纖維-蛋清復(fù)合凝膠色度的影響

2.2.5.3 粘聚性 粘聚性表示測(cè)試樣品在第一次壓縮變形對(duì)第二次壓縮的相對(duì)阻力,它表示為曲線上兩次壓縮所做正功的比率。如圖4所示,隨著纖維添加量的增加,蛋清復(fù)合凝膠的粘聚性為下降趨勢(shì),濕打漿和酶處理的添加量高于1%時(shí)下降趨勢(shì)顯著(P<0.05)增大,而漂白組下降趨勢(shì)較為平緩且不顯著。因?yàn)槠淅w維吸水性高于其他兩種處理的樣品,在添加量的共同作用下,粘聚性下降較緩慢。而其它兩組中,由于吸水性較差,導(dǎo)致水分流失,使得粘聚性顯著(P<0.05)下降。

圖4 纖維添加量對(duì)香菇纖維與蛋清復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)特性變化的影響

2.2.5.4 咀嚼度 如圖4所示,隨纖維添加量的增加,咀嚼度整體表現(xiàn)為逐漸上升,且漂白組咀嚼度顯著增大(P<0.05)。咀嚼性是分析固體產(chǎn)品的彈性、硬度和粘聚性的綜合體現(xiàn)。漂白處理后的纖維長(zhǎng)度較長(zhǎng),使得纖維的分布能夠更加均勻,在纖維加入量過(guò)高時(shí),形成結(jié)實(shí)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而顯著(P<0.05)增加了樣品的咀嚼度。而酶處理后的樣品由于除去了蛋白、淀粉等雜質(zhì),且處理后樣品中不溶性膳食纖維長(zhǎng)鏈變短,較難形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從而使得凝膠增強(qiáng)效果稍稍下降,所以其咀嚼度上升較為平緩。

3 結(jié)論

香菇腳經(jīng)簡(jiǎn)單方法處理成三種不同香菇纖維后,相較于香菇干粉,其纖維長(zhǎng)度,膳食纖維含量,吸水性,吸油性和膨脹力都發(fā)生了變化。其中,漂白處理得到的纖維具有最佳的吸水性和最長(zhǎng)的長(zhǎng)度,而酶處理纖維具有最高的不溶性膳食纖維比例,最高的吸油性和膨脹力。將其按比例添加入蛋清溶液制備出凝膠,復(fù)合凝膠的含水量與蛋清凝膠相比未有顯著變化;而隨著添加量增加,其pH則由堿性逐漸降低到中性。同時(shí),香菇纖維的加入降低了凝膠的蒸煮損失率,在添加量達(dá)到2.0%時(shí),三種香菇纖維都使凝膠蒸煮損失率降到各組最低,其中漂白組表現(xiàn)最佳。這說(shuō)明香菇纖維的加入可以有效提高樣品的出產(chǎn)率。在色度測(cè)定中,由于濕打漿和酶處理后的香菇纖維發(fā)生褐變,顏色變深變暗,因此對(duì)樣品色度的影響較顯著(P<0.05),其中紅度(a*)和黃度(b*)均迅速升高,且亮度(L*)降低。而漂白處理的纖維則顯著(P<0.05)提高了樣品的亮度,且未發(fā)生嚴(yán)重褐變。質(zhì)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果表明香菇纖維能夠顯著地改善凝膠的質(zhì)構(gòu)特性。與對(duì)照組相比,香菇纖維提高了樣品的硬度和咀嚼度,降低了粘聚性,同時(shí)對(duì)樣品的彈性沒(méi)有顯著影響。因此,可通過(guò)調(diào)整香菇纖維的比例,提高蛋清凝膠的性能,從而得到類(lèi)似肉食品的咀嚼感。

本實(shí)驗(yàn)利用廢棄物香菇腳開(kāi)發(fā)了一種新型復(fù)合凝膠,拓展了食用菌副產(chǎn)物資源的高值化利用,可以作為基質(zhì)材料用于肉類(lèi)替代食品工業(yè)中。而復(fù)合凝膠因?yàn)楦缓攀忱w維和優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì),其營(yíng)養(yǎng)與保健功能可以進(jìn)一步深入研究。目前市場(chǎng)上的肉類(lèi)替代食品種類(lèi)較少,作為一種新型的功能食品,還有待開(kāi)發(fā)研究。