甲基纖維素添加量對低鹽肉糜凝膠特性的影響

蘇婭寧，楊慧娟，陳 韜,*

（1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650000；2.中國計量大學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)院，浙江 杭州 310018）

食鹽作為加工配方中不可缺少的添加劑，不僅能增強(qiáng)肉糜風(fēng)味，還能有效促進(jìn)鹽溶性蛋白質(zhì)肌原纖維蛋白的溶解析出，進(jìn)而促使肌原纖維蛋白與脂肪、水相互作用，形成穩(wěn)定的熱誘導(dǎo)凝膠，改善肉糜的保水保油性和組織結(jié)構(gòu)等[1-3]。但過量攝入鈉鹽會導(dǎo)致高血壓和心血管疾病發(fā)病率提高[4]；在我國居民膳食指南中也建議少鹽少油，成人每日攝入量不超過6 g[5]。生產(chǎn)傳統(tǒng)乳化型肉制品的食鹽添加量一般為2%～4%，目前低于2%的鹽含量已能滿足人們鈉攝入量以及風(fēng)味需求[6]，所以降低食鹽攝入量是大勢所趨。但是減少鹽含量使離子強(qiáng)度降低，導(dǎo)致蛋白溶解性、乳化性變差，肉糜出現(xiàn)出水出油、凝膠結(jié)構(gòu)松散等問題；目前解決這類問題主要有鉀鹽及復(fù)合鹽、膳食纖維等替代食鹽添加以及非熱加工技術(shù)處理等方法[3,7-8]。其中，膳食纖維中纖維素作為資源豐富的可再生聚合物，其親水基團(tuán)與水結(jié)合后，可促進(jìn)肌原纖維蛋白分子間的交互作用，能有效提高凝膠網(wǎng)絡(luò)的聚合度，從而形成具有較好水合性和持油性的穩(wěn)定三維結(jié)構(gòu)，在低鹽低脂肉制品加工中應(yīng)用潛力巨大[9-10]，例如菊粉[11]、海藻[12-13]、魔芋[14]以及細(xì)菌纖維素[15]、再生纖維素[16]等纖維素衍生物。

本研究選擇一種具有獨特?zé)崮z性的纖維素醚——甲基 纖維素（methyl cellulose，MC）替代肉糜中的食鹽。MC為天然纖維素經(jīng)醚化反應(yīng)將表面羥基置換成甲基制得，在水中溶解后呈凝膠狀，MC作為多糖中無毒、廉價的纖維素衍生物。我國允許在食品中添加使用，可以耐受較高加熱溫度，并且在各種溫度條件下依舊能保持凝膠性能，因乳化、增稠、成膜效果好，常被用作食品增稠劑、乳化劑以及用于食品包裝等[17-20]。顏正勇等[21]利用超級熱凝膠MC模擬脂肪制備的低脂乳化腸具有良好的口感和生產(chǎn)性價比；王飛等[22]采用MC制備重組牛排，加入0.5% MC牛排的硬度和彈性達(dá)到最高，出品率也較高；同樣，陸志娟等[23]發(fā)現(xiàn)添加MC的乳化香腸相較未添加MC的乳化香腸，具有更好的硬度、彈性與感官品質(zhì)[23]。熱凝膠MC在低鹽肉制品中的應(yīng)用研究尚鮮見報道。本實驗擬通過MC等量替代食鹽，研究MC不同替代量對低鹽肉糜凝膠的蒸煮損失率、色澤、質(zhì)構(gòu)、流變性能以及水分子弛豫特性的影響，探究MC替代低鹽肉糜的凝膠特性，以期為MC在肉制品中的應(yīng)用以及低鹽乳化型肉制品多樣性開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮豬寶肋、食鹽 市售；MC（食品級） 山東味之馨生物科技有限公司；三聚磷酸鈉 優(yōu)寶嘉食品有限 公司；直徑24 mm膠原蛋白腸衣 梧州神冠蛋白質(zhì)腸衣有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

TJS12絞肉-灌腸雙用機(jī) 廣州市番禺恒聯(lián)食品機(jī)械廠；BZBJ-15斬拌機(jī) 嘉興艾博不銹鋼機(jī)械工程有限 公司；SF-8手動灌腸機(jī) 廣東恒聯(lián)食品機(jī)械有限公司；HH-8快速恒溫數(shù)顯水浴箱 常州國華電器有限公司；CR-400色彩色差儀 日本Konica公司；YP5001電子 天平 上海光正醫(yī)療儀器有限公司；ATY224萬分之一電子天平 日本Shimadzu公司；TMS-PRO質(zhì)構(gòu)儀 美國FTC公司；MCR-302流變儀 奧地利安東帕公司；NMI 20-040H-I低場核磁共振成像分析儀 蘇州紐邁分析儀器股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 乳化肉糜配方和工藝流程

設(shè)計1個對照組、4個實驗組，每組肉糜總質(zhì)量1 kg：瘦肉625 g、肥肉240 g、冰水113 g（分2 次添加，第1次斬拌添加2/3體積，第2次斬拌添加1/3體積）、三聚磷酸鈉2 g；食鹽添加量設(shè)置5個梯度，分別為20（對照）、16、12、8、4 g，采用MC等量替代食鹽時，MC添加量分別為0（0%）、4（0.4%）、8（0.8%）、12（1.2%）、16 g（1.6%）。

工藝流程：1）質(zhì)量分?jǐn)?shù)2% MC水凝膠的配制：采用冷熱水溶解法，將98 g飲用水加熱至55 ℃后用1/3溶解分散2 g MC粉末呈漿狀，再加入剩余2/3的水溶解成透明凝膠狀，放置備用。2）新鮮豬寶肋去皮、肥瘦肉分開，瘦肉剔除結(jié)締組織，切成方塊；膠原蛋白腸衣經(jīng)溫水浸泡。3）用絞肉機(jī)將肥、瘦肉分開絞碎至細(xì)小顆粒狀。4）斬拌：按照配方中各組配料添加量，先將瘦肉、食鹽和三聚磷酸鈉混勻，再加入2/3體積冰水以及相應(yīng)添加量的2% MC水凝膠，于1 500 r/min斬拌1 min后再于3 000 r/min斬拌3 min，暫停2 min，然后加入肥肉和剩余1/3冰水，于1 500 r/min斬拌1 min后再于3 000 r/min斬拌3 min，制得肉糜。

將所制肉糜分為2 份，一份肉糜經(jīng)真空包裝后于4 ℃冷藏，用于色澤、流變特性、水分子弛豫特性指標(biāo)測定；另一份灌制成乳化腸，裝入塑封袋，恒溫水浴80 ℃蒸煮20 min，用于香腸色澤、蒸煮損失、質(zhì)構(gòu)指標(biāo)測定。

1.3.2 蒸煮損失的測定

參照Pinton[24]和鄧思楊[25]等的方法，取直徑2.4 cm、高1.50 cm的乳化腸，稱質(zhì)量（m1），密封包裝于蒸煮袋中，80 ℃水浴加熱20 min。取出冷卻30 min后放于4 ℃冷藏12 h，用濾紙吸干肉樣表面水分，稱質(zhì)量（m2）。蒸煮損失率按式（1）計算：

1.3.3 色澤的測定

根據(jù)Vilar等[13]的方法加以1修改，手持便攜式色差儀經(jīng)白板（L*=97.43，a*=0.00，b*=1.70）校準(zhǔn)后，分別測定生肉糜和乳化香腸的亮度值（L*）、紅度值（a*）、黃度值（b*）。每個處理平行測定6 次。白度（W）按 式（2）計算：

1.3.4 質(zhì)構(gòu)測定

參考張玉梅等[26]的方法略作修改，將蒸煮后的乳化腸切成直徑2.5 cm、高2 cm的圓柱體，切面保持平整垂直，每批樣品取6 段。測定參數(shù)如下：P/50探頭，測前速率2 mm/s，測試速率5 mm/s，測后速率5 mm/s，壓縮比50%。

1.3.5 水分分布的測定

參考楊慧娟[27]的方法，用低場核磁共振成像分析儀分析水分分布特性。質(zhì)子共振頻率22 MHz，測試溫度32 ℃。將約2 g肉糜樣品放入直徑15 mm核磁管中，采用CPMG序列測定橫向馳豫時間（T2）：90°脈沖和180°脈沖間隔時間250 μs，重復(fù)掃描次數(shù)32，重復(fù)間隔時間6.5 s，回波個數(shù)12 000。每組3個重復(fù)。

1.3.6 流變性能測定

參考Zhao Yinyu等[28]方法，用流變儀測定樣品的動態(tài)流變學(xué)特性。采用50 mm平板測試，將樣品均勻涂布于測試平臺，排除氣泡。測試參數(shù)：頻率0.1 Hz，應(yīng)變2%，上下狹縫寬度1 mm，起始溫度20 ℃，升溫速率2 ℃/min，終止溫度80 ℃。測定過程中肉糜與空氣接觸處加一層硅油密封，防止加熱過程中水分揮發(fā)流失。每組3個重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，結(jié)果以±s表示，用IBM SPSS 25軟件進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)、相關(guān)性和主成分分析（principal component analysis，PCA），并用Origin Pro 8.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 MC添加量對低鹽肉糜凝膠蒸煮損失率的影響

由圖1可知，低鹽肉糜凝膠蒸煮損失率隨MC添加量的增加呈先降低后增加的趨勢，當(dāng)添加0.4% MC時，蒸煮損失較對照組顯著降低（P＜0.05），可能是由于鹽含量的少量降低對蛋白溶解度影響較小，加入的增稠劑MC在較高加熱溫度下仍能保持熱凝膠性能，使其在熱加工過程中具有較好的持水力[22]，在蒸煮后能夠保留較多水分。而隨著MC添加量逐漸增大，食鹽被大量替代，添加1.6% MC的肉糜蒸煮損失率顯著高于對照組 （P＜0.05），其原因可能是與高鹽添加量相比，鹽含量大幅度降低后肌原纖維蛋白析出量急劇減少，導(dǎo)致乳化后形成的三維網(wǎng)狀凝膠基質(zhì)穩(wěn)定性降低，水分流失過多。添加0.8%和1.2% MC的低鹽肉糜凝膠蒸煮損失率與對照相比無顯著差異（P＞0.05）。結(jié)果表明，0.4%的MC替代添加量能有效降低低鹽肉糜凝膠的蒸煮損失率。

圖1 MC添加量對低鹽肉糜凝膠蒸煮損失率的影響Fig. 1 Effect of MC addition on cooking loss percentage of low-salt meat gels

2.2 MC添加量對低鹽肉糜凝膠色澤的影響

肉制品色澤是消費者選擇肉類產(chǎn)品的重要評判標(biāo)準(zhǔn)之一，可通過測定L*、a*、b*和W評估添加MC對低鹽肉糜凝膠色澤的影響。由表1可知，隨著MC添加量增大，生肉糜和肉糜凝膠L*和W均表現(xiàn)為總體上升趨勢，這可能是由于在肉糜中添加MC后，水分含量和基質(zhì)發(fā)生變化，光反射增強(qiáng)。Grossi等[29]在鹽含量1.2%的豬肉腸中添加胡蘿卜纖維或者淀粉并進(jìn)行超高壓處理，發(fā)現(xiàn)隨著胡蘿卜纖維或淀粉添加量的增大，豬肉腸L*逐漸增加，與本實驗結(jié)果一致。而對于a*和b*，相較于生肉糜，蒸煮后肉糜凝膠a*和b*明顯降低，可能是蒸煮后肌紅蛋白變性導(dǎo)致。總體來說，加入MC能提高低鹽肉糜凝膠的L*且使整體表現(xiàn)為理想的粉紅色，但MC替代添加量過多也會導(dǎo)致產(chǎn)品色澤過于蒼白。

表1 MC添加量對低鹽肉糜凝膠色澤的影響Table 1 Effect of MC addition on the color of low-salt meat gels

2.3 MC添加量對低鹽肉糜凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響

由表2可知，隨著MC添加量的增大，低鹽肉糜凝膠的硬度、咀嚼性、彈性與膠黏性均顯著降低 （P＜0.05），僅MC替代添加量0.4%的低鹽肉糜硬度與對照組無顯著差異（P＞0.05），其可能原因是與高鹽對照組相比，MC的乳化增稠作用對低鹽肉糜凝膠的質(zhì)構(gòu)特性改善效果不明顯，食鹽大量減少導(dǎo)致蛋白析出變少，對質(zhì)構(gòu)特性產(chǎn)生負(fù)面影響。這與趙春波等[30]用氯化鉀部分替代食鹽對豬肉乳化腸品質(zhì)影響的研究結(jié)果相同。而陸志娟等[23]研究發(fā)現(xiàn)，在乳化香腸其他成分不受影響的情況下，MC添加量越高，乳化腸的硬度、咀嚼性、凝聚性和咀嚼性越大，質(zhì)構(gòu)特性越好。

表2 MC添加量對低鹽肉糜凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 2 Effect of MC addition on the texture characteristics of low-salt meat gels

由圖2可看出，對照組和添加0.4% MC低鹽肉糜凝膠的橫切面相對平整光滑，但隨著MC添加量由0.8%增加到1.6%，肉糜凝膠結(jié)構(gòu)越來越松散，與質(zhì)構(gòu)特性結(jié)果一致。

圖2 不同MC添加量的低鹽肉糜凝膠橫切面圖Fig. 2 Cross-sectional images of low-salt meat gels with different amounts of MC

2.4 MC添加量對低鹽肉糜凝膠T2的影響

不同狀態(tài)水分的分布比例變化反映了肉糜持水性的變化[31]。由圖3可知，擬合后T2弛豫時間呈現(xiàn)3個不同信號峰：1～3 ms的T2b1為中度結(jié)合水；5～22 ms的T2b2為輕度結(jié)合水；22～150 ms的T21為不易流動水，這與張駿龍[32]等研究結(jié)果相似。結(jié)合表3可知，隨著MC添加量的增加，中度結(jié)合水P2b1呈先增大后減小的趨勢，輕度結(jié)合水P2b2為MC替代組顯著低于對照組，而不易流動水P21為MC替代組顯著高于對照組。添加0.4% MC，中度結(jié)合水和不易流動水含量最高 （P＜0.05），持水性更好，這與蒸煮損失率結(jié)果一致，這可能是因為MC參與形成凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了凝膠基質(zhì)對水分子的截留能力[33]。

圖3 不同MC添加量的低鹽肉糜凝膠T2分布Fig. 3 T2 relaxation time distribution of low-salt meat gels with different amounts of MC

表3 不同MC添加量的低鹽肉糜凝膠中不同狀態(tài)水分相對含量的變化Table 3 Changes in relative contents of different water states in low-salt meat gels with different amounts of MC

2.5 MC添加量對低鹽肉糜凝膠流變學(xué)特性的影響

儲能模量（G′）表示流體的彈性特征，損耗模量（G′′）表示流體的黏性特征，整個過程G′始終高于G′′，說明該流體中彈性占主要部分。由圖4可知，溫度20～40 ℃，對照和0.4% MC組肉糜G′逐漸降低，這是由于加熱時蛋白發(fā)生解折疊；在40～54 ℃形成了一個熱變性峰，主要是由于肌球蛋白頭部受熱結(jié)合，51 ℃達(dá)到峰值，進(jìn)一步升溫導(dǎo)致尾部展開[34-35]，而0.8%～1.6% MC組該熱變性峰不明顯甚至消失，說明隨著MC添加量增大，肌球蛋白頭部受熱聚集的能力逐漸變?nèi)酰粶囟?0 ℃G′迅速上升，至80 ℃趨于平穩(wěn)，該過程中蛋白完全展開并交聯(lián)，肉糜從半溶膠狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢赡娴膹椥阅z[36]。 總體來看，0.4% MC組G′明顯高于其他實驗組，但低于對照組，這與彈性結(jié)果相同。G′′變化趨勢與G′大致相同，主要為20～40 ℃下降，40～55 ℃出現(xiàn)一個熱變性峰，升至80 ℃趨于平緩；對照和0.4% MC組G′′在20～40 ℃以及80 ℃時重疊，結(jié)合G′發(fā)現(xiàn)，MC添加量0.4%時，MC在低鹽肉糜凝膠中的乳化凝膠性較好，能夠一定程度穩(wěn)定低鹽導(dǎo)致蛋白溶解減少狀態(tài)下的乳液，促進(jìn)形成良好的黏彈性凝膠，但與對照仍有一定差異。

圖4 MC添加量對低鹽肉糜凝膠流變特性的影響Fig. 4 Effect of MC addition on the rheological properties of low-salt meat gels

2.6 MC添加量對低鹽肉糜凝膠特性影響的相關(guān)性分析

由表4可知，蒸煮損失率與不易流動水含量P21呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），與中度結(jié)合水含量P2b1呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），說明低鹽肉糜凝膠的蒸煮損失率越低，不易流動水和結(jié)合水含量就越多；蒸煮損失率與質(zhì)構(gòu)指標(biāo)均呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）；L*和水分含量指標(biāo)不易流動水P21和中度結(jié)合水含量P2b1均呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），與質(zhì)構(gòu)指標(biāo)也具有一定相關(guān)性。添加MC后顯著影響低鹽肉糜凝膠水分、色澤、質(zhì)構(gòu)等凝膠特性指標(biāo)，相關(guān)性分析結(jié)果表明，低鹽肉糜凝膠的色澤、質(zhì)構(gòu)、水分分布及蒸煮損失率相互之間存在顯著相關(guān)性，蒸煮水分損失率較低時，不易流動水含量升高，凝膠質(zhì)構(gòu)特性提高。

表4 低鹽肉糜凝膠性指標(biāo)間的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis between various indexes of low-salt meat gels

2.7 PCA法評價不同MC添加量對低鹽肉糜凝膠特性的影響

通過PCA結(jié)果中的因子載荷值反映蒸煮損失率、色澤、質(zhì)構(gòu)等指標(biāo)對PC載荷的影響方向和程度。首先對指標(biāo)數(shù)值進(jìn)行KMO（Kaiser-Meyer-Olkin）和Bartlett球形檢驗，如表5所示，KMO取樣適切性量數(shù)大于0.6且Bartlett球形度檢驗顯著性小于0.05，說明各因素間關(guān)聯(lián)度較高，與相關(guān)性分析結(jié)果相同，并從表6和圖5中提取出2個特征值大于1的PC，2個PC貢獻(xiàn)率累計89.906%，PC1特征值為7.413，PC2特征值為3.375，這2個PC可以反映低鹽肉糜凝膠的大部分特性。

表5 KMO 和Bartlett的檢驗結(jié)果Table 5 Results of KMO and Bartlett test

表6 總方差分解結(jié)果Table 6 Contribution of first two principal components to total variance

圖5 PC特征值碎石圖Fig. 5 Scree plot of principal component eigenvalues

由表7和圖6可知，PC1中質(zhì)構(gòu)指標(biāo)所占權(quán)重較大，說明其對凝膠性具有重要作用，方差占比61.778%，PC2中a*和不易流動水含量P21所占權(quán)重較大，方差占比28.129%。

圖6 不同MC添加量低鹽肉糜凝膠品質(zhì)指標(biāo)與PC間相關(guān)因子載荷圖Fig. 6 PCA loading plot of quality indicators of low-salt meat gels with different amounts of MC

表7 指標(biāo)成分載荷矩陣Table 7 Principal component loading matrix of PCA

將各指標(biāo)PC1載荷除以PC1初始特征值的算數(shù)平方根得到PC1表達(dá)式系數(shù)，依次計算PC2，用各PC的方差占比建立綜合評價模型，F(xiàn)1、F2和F分別代表PC1、PC2得分和綜合得分，表達(dá)式如下：

各指標(biāo)數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后代入以上表達(dá)式得出各PC得分以及綜合得分，由表8可知，0.4% MC組綜合得分較為接近高鹽對照組，0.4%可以作為合適的MC替代添加量用于制備低鹽凝膠類肉糜制品。

表8 不同MC添加量實驗組PCA評價結(jié)果Table 8 Results of evaluation by PCA of low-salt meat gels with different amounts of MC

3 結(jié) 論

通過測定肉糜凝膠的蒸煮損失率、色澤、質(zhì)構(gòu)、流變以及水分子弛豫特性，發(fā)現(xiàn)隨著MC替代添加量逐漸增加，蒸煮損失率先降低后升高；與對照組相比，低鹽肉糜凝膠L*和W顯著增加，中度結(jié)合水和不易流動水含量顯著增加，彈性、咀嚼性、膠黏性顯著減弱，G′和G′′降低。

蒸煮損失率、質(zhì)構(gòu)、色澤、水分子弛豫特性間具有相關(guān)性。MC添加量0.4%的低鹽肉糜凝膠硬度與對照無顯著差異（P＞0.05），肉眼觀察肉糜凝膠橫切面較光滑平整，PCA結(jié)果也表明添加0.4% MC的低鹽肉糜綜合評價結(jié)果接近高鹽對照組，認(rèn)為0.4%可作為生產(chǎn)低鹽肉糜凝膠合適的MC替代添加量。

加入適量MC使低鹽肉糜的凝膠性能接近高鹽對照組，但該研究僅測定凝膠宏觀特性并加以少部分物化指標(biāo)進(jìn)行分析判斷，凝膠體系中MC對蛋白的作用機(jī)理及其對低鹽肉糜凝膠中蛋白析出減少的彌補(bǔ)效果尚未闡明，在此基礎(chǔ)上如何提高低鹽肉糜凝膠的質(zhì)構(gòu)特性，或通過其他加工技術(shù)改善低鹽肉糜凝膠特性缺陷等問題還需進(jìn)一步研究。