低场核磁共振技术研究淀粉添加量对肉糜保水性和质构特性的影响

张骏龙,周 纷,邵俊花，*,董 博,贾 娜,刘登勇

(1.渤海大学食品科学与工程学院,辽宁省食品安全重点实验室,生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心,辽宁锦州 121013;2.锦州市动物卫生监测预警中心,辽宁锦州 121013)



低场核磁共振技术研究淀粉添加量对肉糜保水性和质构特性的影响

张骏龙1,周 纷1,邵俊花1，*,董 博2,贾 娜1,刘登勇1

(1.渤海大学食品科学与工程学院,辽宁省食品安全重点实验室,生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心,辽宁锦州 121013;2.锦州市动物卫生监测预警中心,辽宁锦州 121013)

本文利用低场核磁共振技术(Low-Field NMR)研究淀粉添加量对肉糜体系中1H分布状态及迁移规律,并结合测定肉糜蒸煮损失、色泽以及质构特性,研究不同淀粉添加量(0%、6%、12%、18%)对于肉糜制品凝胶保水性和质构特性的影响。结果表明,添加淀粉组与对照组(淀粉添加量0%)的色差、保水性以及质构方面均存在显著差异(p<0.05)。随着淀粉添加量的增加,肉糜的蒸煮损失逐渐减少,弛豫时间T21和T22均明显缩短。此外,弛豫时间T22的峰比例面积P22随着淀粉含量的增加而逐渐降低。说明随着淀粉含量的增加,肉糜系统对水分的束缚逐渐增强,部分不易流动水转化成结合水,肉糜的凝胶保水性增强。同时,伴随着淀粉含量的增加,肉糜的亮度值也逐渐升高。此外,肉糜硬度、弹性、胶着性、咀嚼性以及红度(a*)值均在淀粉含量6%时取得最大值。说明6%是淀粉的较优添加量。

淀粉含量,肉糜,保水性,质构特性

淀粉是肉制品中常用的品质改良剂,尤其在各类肉糜制品中,淀粉作为传统使用的增稠剂和乳化剂,其使用面之广、用量之大是其他任何一种辅料所不能比拟的[1]。淀粉应用于肉糜制品,有其独特的优越性。首先,淀粉有非常好的膨胀性,少量添加可以保水保油,并起到增强肉糜凝胶强度的作用;同时,淀粉作为填充剂使用,价格低廉且能有效改善产品品质[2]。因此,在我国现阶段,研究淀粉在乳化型肉制品中的作用,具有相当的现实意义。而且在很长一段时间内,淀粉作为肉糜制品的品质改良剂,都将有较好的应用价值[3-4]。但是,在目前的工业生产中,一直存在着淀粉添加过量的问题。研究发现,当淀粉添加量达到一定限度时,尤其是在低温条件下,容易导致产品发生反生及析水现象,降低产品保水性并影响产品的品质[5-6]。因此,研究淀粉添加量对低温乳化型肉制品的保水性及质构特性的影响,具有十分重要的意义。

低场核磁共振技术(Low-field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)是因原子核发生跃迁并与电磁波发生能量交换从而产生核磁共振信号的一种检测技术,因其有着无损、简便快速的特点而被广泛用于肉及肉制品水分分布和存在状态的研究。近几年来,国内外利用LF-NMR研究肉和肉制品中的水分含量、保水性以及肌原纤维蛋白凝胶性和变性等方面均有较多的报道[7-8]。LF-NMR可以通过观察水分中1H质子的流动和分布,进而得到肉制品保水性的相关信息[9-10],是目前国际上用于研究肌肉中水分分布及确定水分组分的最有效手段之一。

因此,本文结合低场核磁弛豫时间T2研究淀粉添加量对肉糜制品水分分布及迁移的影响,并结合质构、色差、保水性等指标,得出肉糜制品中淀粉的最适添加量,以期为淀粉在低温乳化型肉制品的生产中应用提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

猪背长肌、猪背膘 购买于华联超市;食盐、食用淀粉 市售;以上材料均为食品级。

UTP-313电子天平 上海花潮电器有限公司;PL203电子天平 梅特勒托利多仪器上海有限公司;TJ12-绞肉机 广东恒联食品机械制有限公司;Stephan-M5低温真空斩拌机 德国Stephan机械有限公司;D-37520温控离心机 德国Sigma公司;SY-1230恒温水浴槽 上海沪粤明科学仪器有限公司;CR-400色彩色差仪 柯尼卡美能达控股公司;TA-XT2i质构分析仪 英国Stable Micro Systems公司;PQ001低场核磁共振分析仪 上海纽迈电子科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 肉糜配方 肉糜基本配方见表1:猪瘦肉与猪背膘的质量比为4∶1,冰水添加量为总肉重的70%,食盐添加量为总肉重的2.5%,淀粉添加量分别为总肉重的0%、6%、12%和18%。

表1 肉糜配方Table 1 Formulation of meat batters

1.2.2 肉糜制备 剔除猪背脊中多余组织,切成小块,用绞肉机绞碎,将背膘切成大小约10 mm左右的肉丁。每组碎肉(200 g)分别加4 g食盐混合均匀,腌制1 h备用。分别配制不同浓度的淀粉液,搅拌均匀备用。将腌制好的碎肉放入真空斩拌机中斩拌2 min,再加入淀粉溶液继续斩拌1 min(斩拌过程肉糜中心温度不超过10 ℃),制成不同的肉糜样品,将制备好的肉糜置于4 ℃贮藏备用。

1.2.3 肉糜蒸煮损失率的测定 肉糜蒸煮损失率的测定方法根据S Cofrades等[11]的方法略作修改。从斩拌好的肉馅中称取质量大约35 g的肉糜,置于50 mL带螺旋盖的离心管中密封,在分析天平上称重记为Wb。4 ℃条件下低速(500 g)离心3 min,驱除肉糜中气泡,加盖密封,70 ℃恒温水浴30 min。取出离心管,倒置于培养皿上,静置1 h后,除去离心管中的水分,称质量记为Wa。每组设5个平行,并重复3次。

1.2.4 肉糜NMR自旋-自旋驰豫时间的测定(T2) 肉糜NMR驰豫时间的测定方法根据Shao Jun-Hua等[12]的方法略作修改。测试条件为:质子共振频率为22 MHz,测量温度为32 ℃。将大约2 g肉糜样品放入直径为15 mm的核磁管中,然后将核磁管放入仪器中。自旋-自旋弛豫时间T2用CPMG 序列进行测量。所使用参数为:η～值(90°脉冲和180°脉冲之间的时间)为150 μs。重复扫描32次,重复间隔时间为6.5 s,回波个数2500。每组设5个平行,重复3次。

1.2.5 肉糜色差的测定 将肉糜压实、抹平,保证测定表面无气泡。用保鲜膜包裹后室温曝光20 min,用色差仪(D65,直径8 mm)测量肉样的颜色和光泽。测量结果用亮度(L*)值、红度(a*)值和黄度(b*)值表示。色差仪使用前经校正板校准化,每组设5个平行测定,重复3次。

1.2.6 质构测定 从斩拌好的肉馅中称取质量大约35 g的肉糜,置于事先称好质量的50 mL带螺旋盖的离心管中,低速(500×g)4 ℃离心5 min,驱除肉糜中气泡,加盖密封,70 ℃恒温水浴30 min,取出离心管内加热后的肉糜冷却至室温,将样品处理成直径16 mm,高10 mm,待测。样品规格:25 mm×20 mm;

采用质构仪质构剖面分析(Texture Profile Analysis,TPA)程序模块测定乳化凝胶的质构特性。参数设定参照邵俊花[13]。测定指标有硬度(Hardness)、弹性(Springiness)、凝聚性(Cohesiveness)、咀嚼性(Chewiness)、回弹性(Resilience)。具体测定参数如下:探头P5;测前速度2 mm/s,测中速度1 mm/s,测后速度1 mm/s,间隔时间5 s,数据收集率200点/s,压缩比50%,触发力5.0 kg,触发类型auto,每组6个平行,重复3次。测试完后,用仪器自带的软件Texture Expert Exceed 2.64a内部宏TPA.MAC对测试结果进行处理。

1.3 数据处理

数据统计采用SPSS19.0,结果以平均值±标准差(X±SD)的形式表示。方差分析采用ANOVA分析,数据进行正态分布检验,符合正态分布的多重比较采用Duncan法,不符合正态分布的用Kruskal-Wallis检验,差异显著性为p<0.05。作图采用ORIGIN8.6软件。

2 结果与分析

2.1 不同淀粉添加量对肉糜蒸煮损失率的影响

不同淀粉添加量的肉糜的蒸煮损失率结果见图1所示。可以看出,不同淀粉含量的肉糜之间的蒸煮损失率均存在着显著差异(p<0.05)。并且随着淀粉含量的增加,肉糜的蒸煮损失率显著降低(p<0.05)。这一结果与S·Baón等[14]的研究结果一致,说明淀粉的添加增强了肉糜的保水性。肉糜的保水性主要依靠蛋白质分子,因蛋白质分子所带静电荷与水分子极化基团静电荷相互吸引的结果,从而使得水分子被纳入蛋白质高分子网状立体结构的空间中[15]。而淀粉添加到肉糜体系中,会发生“吸水、膨润、崩坏、分散”的糊化过程[16],由于淀粉的糊化温度比蛋白质变性温度高,其糊化时,肌肉蛋白已完成胶凝过程,形成网络结构。此时淀粉会吸收存在于网眼中不够紧密的水分,并将其固定,糊化的淀粉与形成的蛋白质网络状结构相互融合、渗透,形成更加庞大的融合混合体,从而提高了肉糜体系的保水性[17]。

图1 淀粉添加量对蒸煮损失率的影响Fig.1 Effect of starch content on the rate of cooking loss注:标注不同字母表示差异显著(p<0.05),图2、图3同。

2.2 不同淀粉添加量对肉糜低场核磁弛豫时间(T2)的影响

淀粉添加量对原料肉糜T2弛豫时间的影响见表2。拟合后的T2分布按弛豫时间呈现三个峰:0～2 ms和4～12 ms各有一个小峰,70～120 ms有一个大峰。根据出峰时间及各自面积所占总面积的百分比,认为三个峰分别对应于水的三个组分,即结合水(T20)、中度结合水(T21)、不易流动水(T22)[18]。横向弛豫时间可以反应水分的自由度,弛豫时间分布的变化表征不同含量的肉糜中存在的多种状态水分群的分布情况,即各状态下水分的结合状态和自由移动程度。而图2中的P20、P21、P22分别表示弛豫时间T20、T21、T22的弛豫峰面积百分比。可以用来估算各种状态水分群的含量,其变化可以表征经不同淀粉添加量的肉糜中各种状态水分子的含量变化情况,即各种状态水分群的流动转移情况[19]。

表2 淀粉含量对肉糜弛豫时间(T2)的影响Table 2 Effect of starch content on transverse relaxation times(T2)

注:同一列肩标不同者差异显著(p<0.05),表3同。

图2 淀粉含量对肉糜T2弛豫时间峰面积的影响Fig.2 Effect of starch content on proportion of various peak areas

从表2中可以看出,随着淀粉含量的增加,弛豫时间T21、T22呈逐渐下降的趋势。说明随着淀粉含量的增加,肉糜体系中的中度结合水和不易流动水都与蛋白质结合能力增强,水分自由度下降。这可能是由于淀粉其自身的凝胶性造成的。淀粉添加到肉糜体系中,与肉糜中一部分水分结合,使肉糜体系变得更为紧密牢固[20]。

从图2可以看出,与不添加淀粉相比,添加淀粉后肉糜体系中不易流动水所占总水分比例P22呈下降趋势。说明随着淀粉含量增加,肉糜体系中的部分不易流动水与淀粉结合,转化形成了结合水及中度结合水,从而导致肉糜体系中不易流动水组分的降低。

2.3 不同淀粉添加量对肉糜颜色的影响

不同淀粉添加量的肉糜颜色结果见图3。可以看出,随着淀粉含量的增加,肉糜的亮度(L*)值逐渐升高。说明淀粉的添加增加了肉糜的光散射密度,引起了亮度(L*)值的升高[21]。而肉糜红度(a*)值和黄度(b*)值随着淀粉含量增加呈现先增高后降低的趋势,且在淀粉添加量为6%时达到最大。研究发现[22],在肉糜体系中添加少量淀粉,可显著增强肉糜的保水性,使得肉糜体系中的水分被固定在凝胶网络内部或与淀粉结合,而使得肉糜表面的水分减少。而水分对于红光的吸收能力比蓝光强,肉糜表面水分减少可能会导致肉糜红度(a*)值增大。但是淀粉添加量过大,便会降低肉糜总体系中肌红蛋白的含量比,从而导致红度(a*)值降低[23]。肉糜的黄度(b*)值的变化主要受到肉糜体系中水分含量变化、蛋白质的氧化状况以及体系结构变化的影响[24-26]。淀粉添加量不同可能会导致肉糜的结构间隙发生改变,影响反射的光线,导致黄度(b*)值出现起伏[27]。

表3 淀粉含量对肉糜质构特性的影响Table 3 Effect of starch content on TPA in heated meat batters

图3 淀粉添加量对肉糜颜色的影响Fig.3 Effect of starch content on color in meat batters

2.4 不同淀粉添加量对肉糜质构特性的影响

由表3可以看出,随着淀粉含量的增加,肉糜的回复性呈逐渐下降的趋势。硬度、弹性、胶着性、咀嚼性等指标均在淀粉含量6%达到最大。这一结果与S Baón等[14]的研究结果一致。研究发现,蛋白质凝胶结构的增强或减弱主要受其填充物的分子结构影响。而Hughes等[28]也发现,在法兰克福香肠的加工过程中加入适量淀粉能增强其凝胶强度。在加热过程中,淀粉吸收水分膨胀,膨胀后的淀粉对蛋白质凝胶网络施加压力,致使了肉糜的蛋白质凝胶网络更加紧凑,更加牢固[29]。但淀粉含量过大时,由于淀粉其本身的物性影响了肉糜的固有物性的表现[30],导致肉糜的凝胶强度降低,硬度、弹性、胶着性、咀嚼性等指标显著下降(p<0.05)。综上所述,在肉糜制品中,添加6%的淀粉为最适加入量。此时淀粉糊化效果最佳,肉糜的弹性、胶着性最好,硬度会显著增加,且不影响肉糜回复性和咀嚼性,口感较为适宜。

3 结论

淀粉添加量不同对肉糜的保水性、色差、质构等各项指标都有不同程度的影响。淀粉添加到肉糜体系中,能够与体系中的部分不易流动水结合,降低水分的自由度,使得肉糜体系对水分的束缚能力增强,提高肉糜的凝胶保水性。同时,适量淀粉的添加(6%),能够提高肉糜的亮度(L*)和红度(a*)值,增加消费者的消费欲望。此外,肉糜凝胶的回复性随着淀粉含量的增加而降低,硬度、弹性、胶着度、咀嚼性等指标均在淀粉添加量为6%时达到最大,此时淀粉的糊化效果最佳。因此,综合考虑肉糜的保水性、质构和亮度等各项指标,添加6%淀粉的配方生产出的肉糜制品品质较好。

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LF-NMR analysis of the effect of starch content on water holding capacity and texture properties of meat batters

ZHANG Jun-long1,ZHOU Fen1,SHAO Jun-hua1，*,DONG Bo2,JIA Na1,LIU Deng-yong1

(1.College of Food Science and Technology,Bohai University;Food Safety Key Lab of Liaoning Province;National & Local Joint Engineering Research Center of Storage,Processing and Safety Control Technology for Fresh Agricultural and Aquatic Products,Jinzhou 121013,China;2.Animal Health Monitoring and Early Warning Center of Jinzhou,Jinzhou 121013,China)

Low-fieldnuclearmagneticresonance(LF-NMR)wasappliedtoinvestigatethe1Hdistributionandmigrationinmeatbatters.Theeffectofstarchcontent(0%,6%,12%and18%)onwaterholdingcapacityandtexturepropertiesofmeatbatterswasinvestigatedbymeasuringthecookingloss,colorandtextureproperties.Theresultsshowedthat,significantdifferences(p<0.05)existedincolorparameters,water-holdingcapacityandtexturebetweenthepresenceandabsenceofstarch.Cookinglosswasgraduallydecreasedwiththeincreasingofstarchcontent,andthepositionofthecomponentT21andT22wereclearlyshortedrelaxationtimes.Moreover,theproportionofpeakareaofT22wassignificantlydecreased(p<0.05),whichindicatedthatthewatermoleculescombinedwithproteinmoretightlyandpartsofimmobilizedwaterturnedintofreewaterwiththeincreasingofstarchcontent.Simultaneously,thewaterholdingcapacityofmeatbatterswasdecreasedandtheL*valuewasincreased.Inaddition,thehardness,resilience,colloidality,chewinessandtheredness(a*)weremaximumwhenthestarchcontentwas6%.Therefore,thestarchoptimalamountofaddedinmeatbatterswas6%undertheexperimentalconditionsinthisstudy.

starchcontent;meatbatters;waterholdingcapacity;textureproperties

2016-04-21

张骏龙(1990-)，男，硕士研究生，研究方向：肉品加工与质量安全控制，E-mail：18765905274@163.com。

*通讯作者:邵俊花(1980-)，女，博士，副教授，研究方向：肉品加工与质量安全控制，E-mail：shaojh024@163.com。

国家自然科学基金面上项目(31571860)。

TS251.5

A

1002-0306(2016)21-0066-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.21.004