大豆油預(yù)乳化液對低動物脂肪肉糜凝膠改性的影響

高雪琴，宋世佳，胡力，付麗*，孫森偉

(1.河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院，鄭州 450054；2.新疆大學(xué)，烏魯木齊 830046；3.河南伊賽牛肉股份有限公司，河南 焦作 454450)

肉制品中動物脂肪對于提高產(chǎn)品的嫩度和多汁性及提供良好風(fēng)味等方面具有重要作用[1]。傳統(tǒng)肉糜類制品通常含有15%～30%富含膽固醇和飽和脂肪酸的動物脂肪。然而，動物脂肪攝入過多會導(dǎo)致高血壓、肥胖癥以及心血管疾病發(fā)病率的上升，對消費(fèi)者的健康存在潛在威脅，因此用動物脂肪代替物來生產(chǎn)低脂肉制品愈發(fā)受到人們的青睞[2-3]，但單純地降低脂肪含量會給肉制品帶來不利影響[4]。乳液凝膠可作為脂肪替代物，有效降低飽和脂肪酸的含量，提高多不飽和脂肪酸、人體必需氨基酸、礦物質(zhì)等含量[5]。目前，應(yīng)用富含不飽和脂肪酸的植物油等代替?zhèn)鹘y(tǒng)肉糜制品中部分動物脂肪的相關(guān)報(bào)道不斷增多[6-7]，將植物油和蛋白類物質(zhì)等進(jìn)行預(yù)乳化后添加到肉制品中代替部分動物脂肪將成為近幾年的研究熱點(diǎn)[8]。

大豆是我國重要的糧食作物之一[9]，鑒于大豆油獲取方便、營養(yǎng)價(jià)值高等特點(diǎn)，本研究在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，探究不同比例的大豆分離蛋白、大豆油和水制備的預(yù)乳化物對低動物脂肪肉糜蒸煮損失率的影響，以探究各因素的最佳復(fù)配方案，確定大豆分離蛋白、大豆油和水的最優(yōu)添加量。通過對傳統(tǒng)肉糜制品的工藝改進(jìn)，添加適量的預(yù)乳化物有效降低其動物脂肪含量，改善脂肪酸的構(gòu)成，從而改善此類產(chǎn)品的品質(zhì)，為研究和開發(fā)健康的低脂肉糜產(chǎn)品提供了理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豬瘦肉、豬背膘、大豆油、大豆分離蛋白、LV-R-03卡拉膠、復(fù)合磷酸鹽。

1.2 儀器與設(shè)備

RY-8(S)自動絞肉機(jī) 正元精密機(jī)械(蘇州)有限公司；ZB-15斬拌機(jī) 北京裕達(dá)食品機(jī)械廠；HH-S恒溫水浴鍋 江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠；MX-SS40手動攪拌機(jī) 日本Panasonic(松下)公司；FA224電子分析天平 上海滬粵明科學(xué)儀器有限公司；T25 digital Ultra-Turrax高速均質(zhì)機(jī) 德國IKA公司；D-78532 Tuttlingen離心機(jī) 德國Hettich公司；Brookfield CT3質(zhì)構(gòu)儀 浙江納德科學(xué)儀器有限公司；SOX 500脂肪測定儀 上海添時科學(xué)儀器有限公司；SH220N石墨消解爐 濟(jì)南海能儀器股份有限公司；CR-400色差儀 南京柯立配電子科技有限公司；K9840自動凱氏定氮儀 上海圣科儀器設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 乳化液及肉糜凝膠制備工藝

工藝流程：原料肉處理→切塊→絞肉→斬拌→制備預(yù)乳化液→混合→裝管→離心→煮制→晾干→真空包裝。

斬拌：將絞好的瘦肉放入斬拌機(jī)中低速斬拌1 min，邊斬拌邊加入1.8%食鹽、0.3%復(fù)合磷酸鹽，先加入1/3事先準(zhǔn)備好的15%冰水，之后高速斬拌1 min，再進(jìn)行低速斬拌，并添加1/3冰水，停歇1.5 min。隨后加入絞碎的脂肪和剩下的1/3冰水，再高速斬拌2 min以得到均勻一致的肉糜。

預(yù)乳化液的制備：按照比例(按照豬瘦肉重量的百分比)稱取大豆油、大豆分離蛋白和水，稱取卡拉膠0.48%。將大豆分離蛋白和卡拉膠先后混入大豆油中，攪拌均勻，再倒入水后稍微攪拌，然后使用高速均質(zhì)機(jī)進(jìn)行均質(zhì)。均質(zhì)過程中先使用3400 r/min將物料混合，然后不斷提高轉(zhuǎn)速至4800 r/min，均質(zhì)3 min，直至乳化液呈類似動物脂肪的均勻物質(zhì)即可。

混合：將肉糜平均分成幾份，添加36%(按照豬瘦肉重量的百分比)上述均質(zhì)好的預(yù)乳化液，在小型攪拌機(jī)中進(jìn)行攪拌混合。

肉糜凝膠的制備：取適量混合好的肉糜裝到50 mL離心管內(nèi)，2500 r/min離心5 min(去氣泡)。先將水浴鍋溫度調(diào)至85 ℃，待溫度達(dá)到85 ℃后,將樣品放入水浴鍋中進(jìn)行煮制，待其中心溫度達(dá)到75 ℃后再煮制30 min，冷卻至室溫即得到肉糜凝膠。

工藝條件：預(yù)乳化液中的大豆油、大豆分離蛋白、卡拉膠和水添加量按照豬瘦肉重量的百分比進(jìn)行添加；豬肉的前處理中復(fù)合磷酸鹽、食鹽、冰水的添加量分別為豬瘦肉和豬背膘總重量的0.3%、1.8%、15%。

實(shí)驗(yàn)組：肥膘∶瘦肉為1∶7，添加36%(按照豬瘦肉重量的百分比)大豆油預(yù)乳化液。

對照組：肥膘∶瘦肉為3∶7，不添加預(yù)乳化液，其余工藝條件相同。

1.3.2 評價(jià)指標(biāo)測定

1.3.2.1 蒸煮損失率測定

對煮制之前的肉糜進(jìn)行稱重，記為M1。樣品煮制完成，冷卻至室溫后，再次進(jìn)行稱重，記為M2，計(jì)算公式如下：

1.3.2.2 色差測定

采用CR-400手持式色差儀測定熟制樣品的色差。將樣品放置在室溫下暴露20 min左右，再將樣品切成高約2.5 cm的圓柱體，然后將手持式色差儀用標(biāo)準(zhǔn)白板校準(zhǔn)后(Y=89.2，x=0.3153，y=0.3222)，進(jìn)行樣品色度的測定。每個樣品的測定重復(fù)3次，記錄下這3次樣品測定的L*值、a*值、b*值(亮度、紅度、黃度)，結(jié)果取3次測定結(jié)果的平均值。

1.3.2.3 質(zhì)構(gòu)測定

采用CT3質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行TPA質(zhì)構(gòu)分析。將樣品切成高度為2.5 cm左右的圓柱體，放置在保鮮膜上，測定其硬度(g)及彈性(mm)。測定參數(shù)：選用TA3/100探頭，測試速率為4.00 mm/s，返回速率為4.00 mm/s，目標(biāo)形變?yōu)?0%，觸發(fā)點(diǎn)負(fù)載為15 g，下壓距離為5.00 mm，循環(huán)次數(shù)為2次。試樣取3份，結(jié)果為3份樣品測定的平均值。

1.3.2.4 掃描電鏡

將樣品切成大約1 cm的圓柱體，然后放在2.5%的戊二醛緩沖液中固定12 h，從固定好的肉糜樣品中取出大約1 cm3的肉塊，使用導(dǎo)電膠帶固定，在30 kV×80 SE下進(jìn)行真空觀察，然后拍照。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理方法

每個實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果用平均值±偏差來表示。運(yùn)用Origin 2017進(jìn)行繪圖；在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，確定各因素水平，采用 Design Expert 8.0.6軟件中的Box-Behnken進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行模型擬合以及方差分析；用SPSS Statistics 25對實(shí)驗(yàn)組和對照組進(jìn)行顯著性差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 大豆油添加量對肉糜凝膠品質(zhì)的影響

固定大豆分離蛋白(SPI)的添加量為2.2%，水的添加量為20%，考察大豆油添加量對肉糜凝膠蒸煮損失、硬度、彈性的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 大豆油添加量對肉糜制品品質(zhì)的影響Fig.1 The effect of soybean oil additive amount on the quality of minced meat products

由圖1可知，隨著大豆油添加量的增加，肉糜凝膠的硬度和彈性也逐漸增大，這是因?yàn)樵诘鞍啄z網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，油滴可以作為活性填充物增強(qiáng)凝膠網(wǎng)絡(luò)，并且油相體積分?jǐn)?shù)越高，凝膠強(qiáng)度越高[10-12]；與此同時，肉糜凝膠的蒸煮損失呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，且在大豆油添加量為24%時蒸煮損失達(dá)到最低，這是因?yàn)橛偷翁畛溆谀z結(jié)構(gòu)的孔隙中，通過提高毛細(xì)管力有效降低了凝膠在形成過程中的脫水率[13]，但是由于凝膠孔隙承載能力有限，過多的油滴會在凝膠形成過程中流失，因此大豆油添加量繼續(xù)增加反而會造成蒸煮損失的提升。綜合考慮，本實(shí)驗(yàn)選取大豆油的添加水平為24%。

2.1.2 大豆分離蛋白(SPI)添加量對肉糜凝膠品質(zhì)的影響

固定大豆油的添加量為24%，水的添加量為20%，考察大豆分離蛋白添加量對肉糜凝膠蒸煮損失、硬度和彈性的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 SPI添加量對肉糜制品品質(zhì)的影響Fig.2 The effect of SPI additive amount on the quality of minced meat products

由圖2可知，隨著大豆分離蛋白添加量的增加，肉糜凝膠的硬度和彈性均有明顯增加，而蒸煮損失則明顯減少。這可能是因?yàn)榇蠖狗蛛x蛋白濃度的增加，加強(qiáng)了蛋白質(zhì)間的相互作用，從而形成較緊密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使凝膠的硬度和彈性上升；并且大豆分離蛋白良好的持水性和持油性，增強(qiáng)了肉糜凝膠的持水性和持油性能力[14]，從而降低了肉糜凝膠的蒸煮損失。綜上所述，并且考慮成本因素，本實(shí)驗(yàn)選取SPI添加水平為2.6%。

2.1.3 水添加量對肉糜凝膠品質(zhì)的影響

固定大豆分離蛋白(SPI)的添加量為2.6%，大豆油的添加量為24%，考察水的添加量對肉糜凝膠的蒸煮損失、質(zhì)構(gòu)(硬度和彈性)的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 水添加量對肉糜制品品質(zhì)的影響Fig.3 The effect of water additive amount on the quality of minced meat products

由圖3可知，水分添加量適當(dāng)?shù)卦龃罂山档腿饷幽z的蒸煮損失，但隨著水分添加量的進(jìn)一步增大，肉糜在蒸煮過程中損失增加。這可能是因?yàn)檫m量的水與蛋白質(zhì)和卡拉膠等作用在乳化過程中可使油滴更好地分散于乳液體系中，從而降低蒸煮過程中植物油的損失；肉糜中的蛋白質(zhì)、卡拉膠等物質(zhì)具有一定的保水能力[15-16]，但水分添加量超過肉糜在凝膠過程中最大的承載能力就會導(dǎo)致蒸煮損失的增加。與此同時，我們觀察到肉糜凝膠硬度隨著水分添加量的增加呈現(xiàn)降低的趨勢，但其彈性則相反。這是因?yàn)樵谒淖饔孟?，卡拉膠等與蛋白質(zhì)結(jié)合后加熱可形成質(zhì)地較硬、較脆的凝膠；但加水量進(jìn)一步增加形成的是較柔軟、富有彈性的凝膠。綜上所述，本實(shí)驗(yàn)選取水分添加量的水平為16%。

2.2 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 模型的建立及顯著性檢驗(yàn)[17-18]

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以大豆油添加量、大豆分離蛋白(SPI)添加量和水添加量為考察因素，以蒸煮損失為綜合評價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行三因素三水平的響應(yīng)面分析。Box-Behnken實(shí)驗(yàn)因素的水平編碼見表1，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見表2。

表1 肉糜配方優(yōu)化Box-Behnken實(shí)驗(yàn)因素與水平Table 1 The factors and levels of Box-Behnken test for optimization of minced meat formula

表2 肉糜配方優(yōu)化Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 2 The Box-Behnken test design and results for optimizing the formula of minced meat

續(xù) 表

運(yùn)用Design Expert V8.0.6.1軟件對表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到以蒸煮損失率(Y)為響應(yīng)值的二次多項(xiàng)回歸模型編碼方程為：

Y= 6.11-0.11A-0.076B+0.22C-0.78AB+0.85AC+0.073BC+0.57A2+1.26B2+1.17C2。

對上述回歸模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。

表3 回歸模型方差分析Table 3 The variance analysis of regression model

由表3可知，回歸模型具有顯著性(P<0.01)，失擬項(xiàng)不具有顯著性(P>0.05)，表示該模型較可靠。一次項(xiàng)中C(水添加量)對結(jié)果影響顯著(P<0.05)，A(大豆油添加量)和B(SPI添加量)對結(jié)果影響不顯著(P>0.05)；各因素的交互作用中AB(大豆油和大豆分離蛋白)、AC(大豆油和水)對肉糜凝膠蒸煮損失影響十分顯著(P<0.01)，說明大豆油添加量(A)、大豆分離蛋白添加量(B)和水添加量(C)之間的交互作用對肉糜凝膠蒸煮損失的蒸煮損失率有顯著影響。二次項(xiàng)偏回歸系數(shù)(A2、B2、C2)對結(jié)果影響極顯著(P<0.01)。這說明大豆油、水和大豆分離蛋白(SPI)的添加量對低脂肉糜制品的蒸煮損失率影響非常顯著。各因素對低脂肉糜制品的蒸煮損失率影響程度依次為C(水添加量)>A(大豆油添加量)>B(大豆分離蛋白添加量)。

2.2.2 兩因素交互作用的響應(yīng)曲面分析[19]

圖4 兩因素交互影響蒸煮損失率響應(yīng)曲面圖Fig.4 The response surface diagrams of the interaction effect of two factors on cooking loss rates

由圖4可知，(a) 、(b) 、(c)呈現(xiàn)較陡峭的曲線，說明大豆油與SPI添加量、大豆油與水添加量、SPI與水添加量對肉糜蒸煮損失率的影響較大，這與表3交互作用分析結(jié)果的趨勢是一致的。

依照響應(yīng)面分析建立的數(shù)學(xué)模型，獲得的最佳優(yōu)化條件是大豆油24.75%，大豆分離蛋白2.63%，水15.53%，在此條件下低脂肉糜制品蒸煮損失率的預(yù)測值為6.05%。

為了方便實(shí)際操作將最佳工藝參數(shù)修訂為：大豆油24.8%，大豆分離蛋白2.6%，水15.5%，在此添加比例下進(jìn)行3組平行實(shí)驗(yàn)用于檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性，得出3組實(shí)驗(yàn)的平均蒸煮損失率為5.64%。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的結(jié)果接近模型的預(yù)測值6.05%，證明響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)BBD模型的可靠性。

2.3 肉糜凝膠質(zhì)量分析

2.3.1 理化指標(biāo)測定

由表4可知，實(shí)驗(yàn)組硬度和彈性明顯高于對照組(P<0.05)，而蒸煮損失則明顯小于對照組(P<0.05)；通過色差分析發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組與對照組的L*值(亮度值)和a*值(紅綠值)均無顯著差異(P>0.05)，而與對照組相比實(shí)驗(yàn)組的b*值(黃藍(lán)值)有較明顯差異(P<0.05)；通過以上結(jié)果可知，大豆油預(yù)乳化液可明顯改善肉糜凝膠的相關(guān)性質(zhì)。

表4 理化指標(biāo)的測定Table 4 The determination of physical and chemical indexes

2.3.2 掃描電鏡[20]

由圖5可知，由于動物脂肪顆粒較大且分布不均勻，對照組A切面較粗糙，加熱凝膠后有較多空洞；由于添加了較為細(xì)膩的植物油預(yù)乳化物，實(shí)驗(yàn)組B切面較為細(xì)膩整齊，加熱凝膠后空洞較少。

圖5 實(shí)驗(yàn)組(B)與對照組(A)微觀結(jié)構(gòu)對比Fig.5 The comparison of microstructure between experimental group (B) and control group (A)

3 結(jié)論

結(jié)合單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面優(yōu)化模型可知，水的添加量對低脂肉糜制品蒸煮損失率的影響最為顯著，大豆油次之，然后是大豆分離蛋白?？纱_定預(yù)乳化液中各因素最佳添加量分別為：大豆油24.8%，大豆分離蛋白2.6%，水15.5%，在此配比下，肉糜凝膠的蒸煮損失率為5.64%，顯著低于對照組(P<0.05)；且添加了最佳配比預(yù)乳化的肉糜凝膠硬度和彈性得到提升，組織結(jié)構(gòu)緊致，富有彈性；顏色方面，預(yù)乳化液的添加對L*值、a*值沒有顯著性影響(P>0.05)，對于b*值的影響顯著(P<0.05)；通過觀察掃描電鏡結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加了預(yù)乳化液的肉糜凝膠狀態(tài)明顯優(yōu)于對照組。綜上所述，通過合理優(yōu)化大豆油預(yù)乳化液的配比可明顯提升低動物脂肪肉糜凝膠的品質(zhì)。