混料设计法优化草鱼鱼糜凝胶低钠复合盐配方的研究

胡 吟,丁玉琴,林亲录,孙术国

(中南林业科技大学食品科学与工程学院,稻谷及副产物深加工国家工程实验室,湖南长沙 410004)



混料设计法优化草鱼鱼糜凝胶低钠复合盐配方的研究

胡 吟,丁玉琴*,林亲录,孙术国

(中南林业科技大学食品科学与工程学院,稻谷及副产物深加工国家工程实验室,湖南长沙 410004)

以草鱼鱼糜为原料,研究低钠复合盐对草鱼鱼糜凝胶特性的影响,以期找到在保证鱼糜制品良好品质条件下降低食盐含量的方法。首先通过单因素实验研究钙盐(氯化钙、乳酸钙、柠檬酸钙)、钾盐的替代比对草鱼鱼糜凝胶凝胶强度和持水性的影响,在此基础上采用混料设计法优化低钠复合盐配方,得到低钠复合盐的最佳配方为氯化钠31.9%、柠檬酸钙40.2%、氯化钾27.9%,经验证实验,优化配方的凝胶强度和持水率分别为3813.5 g·cm和80.8%,与预测值相符。该配方能有效的降低食盐含量,为开发低钠高钙鱼糜制品提供理论依据。

鱼糜凝胶,低钠复合盐,混料设计

在鱼糜制品生产中,食盐的添加量一般为2%～3%,加入适量的食盐使鱼糜中肌原纤维蛋白发生盐促溶解,是鱼糜形成高品质凝胶的重要条件[1-2]。在鱼糜凝胶制品加工过程中,食盐添加量过低不仅会使产品咸味下降,而且还会导致产品凝胶品质下降,产生凝胶强度低、持水性和口感粗糙等问题[3]。然而,现代医学研究表明,长期摄入高钠食品会导致高血压等健康问题[4],世界卫生组织设立了在全球范围内降低人类日常饮食盐类摄入的目标,呼吁人均钠盐的日摄入量要低于5 g[5]。因此,如何在减少鱼糜制品中食盐添加量的同时又能保证产品具有较好的品质,是低盐鱼糜制品生产中亟待解决的问题。

寻找氯化钠的合适替代物以加工新型的低钠盐食品,是使鱼糜凝胶制品低钠盐化的有效途径之一。采用非钠盐替代部分氯化钠后的低钠复合盐可以在保持较高离子强度的同时降低钠盐的含量。目前,钠盐替代物主要有氯盐替代物(如KCl,CaCl2,MgCl2等)、非氯盐替代物(例如乳酸钙、柠檬酸钙、磷酸盐、柠檬酸钠、海藻粉)和混合食盐替代物[6]。

混料实验设计是一种适用于多因素、多水平的设计方法,已经广泛应用食品配方的研究中,并取得了良好的效果[7-8]。本文通过单因素实验研究氯化钙、乳酸钙、柠檬酸钙、氯化钾替代比对草鱼鱼糜凝胶特性的影响,在此基础上采用D-最优混料实验设计对低钠复合盐配方进行优化,为采用低钠复合盐替代部分食盐开发低钠高钙鱼糜制品提供参考依据。

表1 氯化钙对草鱼鱼糜凝胶的凝胶强度和持水性的影响

Table 1 Effects of calcium chloride on gel strength and water hoding capacity(WHC)of surimi gel from grass carp

替代比(%)破断强度(g)凹陷深度(mm)凝胶强度(g·cm)持水率(%)030288±18104a137±075a41699±43262a798±157a2029061±18153a124±096ab35892±17886ab823±126a4027908±17445a113±069ab31717±34065bc768±082b6024682±22297b108±122b26641±44839c741±176c8022674±22102b112±184b25293±37658c744±146bc

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

草鱼 大润发超市;氯化钠、二水氯化钙、乳酸钙、氯化钾 国药集团化学试剂有限公司;柠檬酸钙四水化合物 阿拉丁化学试剂有限公司,以上试剂均为分析纯。

JY6002型电子天平 上海舜宇恒平科学仪器有限公司;ME204E型电子分析天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;HWS-26型恒温水浴锅 上海一恒科学仪器有限公司;TJ12-H型绞肉机 广东恒联食品机械有限公司;Lynx6000型冷冻离心机 Germany Thermo Fisher Scientific;TA-XT Plus质构仪 英国Stable Micro System公司;NM120型核磁共振成像仪器 纽迈电子科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 鱼糜凝胶的制备 新鲜草鱼去头、去骨、去内脏,采肉,采得的白肉用5倍蒸馏水漂洗两次,再用5倍0.5% NaCl溶液漂洗1次,每次漂洗10 min。漂洗后的肉糜沥干,压榨脱水,得到鱼糜。将鱼糜的水分含量调节到为80%,加入不同量的钠盐、钙盐或钾盐进行擂溃,然后将盐擂后的鱼糜灌入肠衣(直径2 cm)中,并用卡口机将两端密封,置于40 ℃下加热60 min后,再置于90 ℃加热30 min。加热后的鱼糜凝胶置于流水下冷却,然后于4 ℃冰箱中贮藏12 h后测其指标。

1.2.2 鱼糜凝胶的凝胶强度的测定 用TA-XTPlus质构分析仪测定凝胶的穿刺性能。将凝胶切成高20 mm的圆柱体,将断面的中心置于质构仪探头的正下方样品台上,选用柱形探头P/0.5[9],进行一次压缩,压缩距离为15 mm。穿刺曲线上的第一峰即为破断强度,对应的压缩距离为凹陷深度,凝胶强度等于破断强度与凹陷深度的乘积[10]。每个样品做5～7个平行。

1.2.3 持水性的测定 将凝胶切成约为3 mm厚的薄片,称取样品的重量,将样品用滤纸包裹好放入离心管,15 ℃下6000 g力离心10 min。再称取样品离心后的重量,每组平行3次。持水率依式(1)计算:

式(1)

式中:w1,离心前样品的质量,g;w2,离心后样品的质量,g。

1.2.4 单因素实验 在鱼糜擂溃过程中,分别添加替代比例为0、20%、40%、60%和80%的氯化钙、乳酸钙、柠檬酸钙和氯化钾,根据鱼糜凝胶强度和持水性选择较好的替代盐及其替代比例。

1.2.5 D-最优混料实验设计 实验设计借助软件Design-Expert7.0,复配配方采用D-最优混料实验设计中的(D-optimal)。在单因素实验的基础上,选取氯化钠比例(记为A)、柠檬酸钙替代比(记为B)和氯化钾替代比(记为C)为参考变量。总添加量设定为1,盐的用量限度为氯化钠(A)(0～60%),柠檬酸钙替代比(B)(20%～50%),氯化钾替代比(C)(20%～50%),以鱼糜凝胶的凝胶强度(R1)和持水率(R2)作为响应值安排实验。

1.2.6 数据统计及分析 实验数据采用IBM SPSS Statistics20软件分析处理。

2 结果及分析

2.1 氯化钙对草鱼鱼糜凝胶的凝胶强度和持水性的影响

氯化钙替代比对草鱼鱼糜凝胶的破断强度、凹陷深度、凝胶强度和持水性的影响如表1所示。由表1可知,与氯化钙替代比为0(即添加2.5%的食盐)相比,氯化钙替代比为20%时,草鱼鱼糜凝胶的凝胶强度、凹陷深度、破断强度和持水率没有显著性的差异(p>0.05),进一步提高氯化钙替代比,鱼糜凝胶的破断强度、凹陷深度、凝胶强度和持水率均下降(p<0.05)。这可能是因为高浓度的钙离子会使蛋白质构象发生改变,影响蛋白质之间的相互作用和聚集体的大小[11-12],使鱼糜凝胶网络结构粗糙,不均一,降低鱼糜凝胶的持水性[16]。氯化钙替代食盐后的鱼糜凝胶的凝胶强度均低于氯化钙替代比为0时的凝胶强度,不选择氯化钙作为食盐的替代盐。

表2 乳酸钙对草鱼鱼糜凝胶的凝胶强度和持水性的影响

Table 2 Effects of calcium lactate on gel strength and WHC of surimi gel from grass carp

替代比(%)破断强度(g)凹陷深度(mm)凝胶强度(g·cm)持水率(%)028799±187a13±055a37314±25328a795±086a2025452±25647b128±151a32431±243b716±207b4024578±17081b118±053a2905±1174b703±471b6026454±20055ab121±08a32136±35925b718±259b8024067±18102b95±056b22879±15359c698±135b

表3 柠檬酸钙对草鱼鱼糜凝胶的凝胶强度和持水性的影响

Table 3 Effects of calcium citrate on gel strength and WHC of surimi gel from grass carp

替代比(%)破断强度(g)凹陷深度(mm)凝胶强度(g·cm)持水率(%)025068±31773ab119±059a30015±51453ab804±131a2024856±43641b124±131a31242±81642ab80±188a4028944±28661a118±08a34228±48601a799±047a6022763±94b115±214a26038±43073b759±04b8015532±13677c68±067b10691±19828c70±036c

表4 氯化钾对草鱼鱼糜凝胶的凝胶强度和持水性的影响

Table 4 Effects of potassium chloride on gel strength and WHC of surimi gel from grass carp

替代比(%)破断强度(g)凹陷深度(mm)凝胶强度(g·cm)持水率(%)028299±21107ab124±03a35007±31133ab778±054a2030029±21213a128±078a38353±36943a821±561a4027019±9259b121±063a32608±12646b778±203a6026739±12693b118±15a31616±53507b819±181a8026817±26212b125±049a33544±37076b818±039a

2.2 乳酸钙对草鱼鱼糜凝胶的凝胶强度和持水性的影响

乳酸钙替代比例对草鱼鱼糜凝胶的破断强度、凹陷深度、凝胶强度和持水性的影响如表2所示。与乳酸钙替代比为0相比,乳酸钙替代比为20%时,草鱼鱼糜凝胶的破断强度、凝胶强度和持水性显著下降(p<0.05)。进一步提高乳酸钙替代比,鱼糜凝胶的破断强度和持水性没有显著变化(p>0.05)。当替代比为0～60%时,鱼糜凝胶的凹陷深度没有显著性差异,当替代比增加至80%时凹陷深度显著下降(p<0.05)。张彬[13]的研究表明当乳酸钙添加量为0.5%～1.5%时白鲢鱼糜凝胶的凝胶强度增加。本实验结果与之差异的原因可能在于鱼种和实验方法不同。乳酸钙替代食盐后降低了鱼糜凝胶的凝胶强度和持水性,因此,在混料实验中不选择乳酸钙作为食盐的替代盐。

2.3 柠檬酸钙对草鱼鱼糜凝胶的凝胶强度和持水性的影响

柠檬酸钙替代比例对草鱼鱼糜凝胶的破断强度、凹陷深度、凝胶强度和持水性的影响如表3所示,与柠檬酸钙替代比为0相比,柠檬酸钙替代比为20%、40%时,草鱼鱼糜凝胶的凝胶强度较大,但与0组没有显著性差异(p>0.05),破断强度、凹陷深度和持水性没有显著性的差异(p>0.05)。这可能是因为添加适量的钙离子可以激活鱼糜内源性转谷氨酰胺酶,促进非二硫共价键的形成,从而改善鱼糜的凝胶特性[14-16]。进一步提高柠檬酸钙替代比,鱼糜凝胶的破断强度、凹陷深度、凝胶强度和持水性均下降(p<0.05)。这可能是因为钙浓度增加到一定值可能也会促进盐溶性蛋白的溶出,不利于凝胶结构的形成[17]。因此,选择柠檬酸钙替代比为20%～50%进行混料实验设计。

2.4 氯化钾对草鱼鱼糜凝胶的凝胶强度和持水性的影响

氯化钾替代比例对草鱼鱼糜凝胶的破断强度、凹陷深度、凝胶强度和持水性的影响如表4所示,与氯化钾替代比为0相比,氯化钾替代比为20%时,草鱼鱼糜凝胶的破断强度、凹陷深度和凝胶强度较大,但与0组没有显著性的差异(p>0.05),进一步提高氯化钙替代比,鱼糜凝胶的凝胶强度和破断强度下降(p<0.05)。替代组鱼糜凝胶持水性略微升高,但是变化不显著(p>0.05),且不同替代比之间差异也不显著(p>0.05),这可能是氯化钾的性质与氯化钠极为相似造成的。而氯化钾添加过多不仅使凝胶强度下降,还会产生一定的苦涩味[18]。因此,选择氯化钾替代比为20%～50%进行混料实验设计。

2.5 混料实验

2.5.1 回归模型的建立 利用统计软件Design-Expert来进行实验设计,实验安排及结果如表5所示。

表5 混料设计实验结果

Table 5 The results of mixture design

实验号A氯化钠(%)B柠檬酸钙(%)C氯化钾(%)R1凝胶强度(g·cm)R2持水性(%)1050502781227070228502225348168023602020237552702244520353228587308536352933612473016602020183801683172934372652156852837432027769764529050502708206925101950313110286652111436502686866751122850222379006737134831212382187040143020502033627298153020501947027017164520353114437424

表6 凝胶强度回归方程的方差与显著性分析

Table 6 Square and significant analysis of regression equation of gel strength

方差来源平方和自由度均方F值p值显著性模型278827993098087688000146∗AB308007313080073684000398∗AC175208311752083389100960BC7863141786314017506906ABC4171412000009926AB(A-B)273386112733861607100489∗AC(A-C)289083912890839641900445∗BC(B-C)348727713487277774400319∗残差270194164503235失拟项100666211006662296901455纯误差169527853390557总和305847315

2.5.2 鱼糜凝胶的凝胶强度的回归性分析 通过Design-Expert7.0软件对表5中的数据进行多元回归拟合后,得到响应值R1(凝胶强度)和各因素A(氯化钠)、B(柠檬酸钙)、C(氯化钾)的多元三次回归方程:

R1=-8118.30211A-123141B+108944C+197725AB-142639AC+39473.75412BC+1968.37824ABC-195424AB(A-B)+229090AC(A-C)+394066BC(B-C)

凝胶强度回归方程分析结果如表6所示,该实验模型方程显著(p=0.0146<0.05),失拟项不显著(p=0.1455>0.05),说明回归模型与实际值拟合的较好。判定系数R2=0.9117,说明变量R1的变异中有91.17%是由变量(A、B、C)引起的,只有8.83%不能用该模型解释。因此,该回归方程可以对鱼糜凝胶强度影响的真实值加以分析和预测。

氯化钠、柠檬酸钙、氯化钾交互作用对鱼糜凝胶强度的影响如图1所示,当氯化钠、柠檬酸钙、氯化钾取适宜替代比例时,凝胶强度有极大值,该极大值存在于响应曲面的顶部。

图1 氯化钠、柠檬酸钙、氯化钾交互作用对鱼糜凝胶强度的影响Fig.1 Effects of sodium chloride,calcium citrateand potassium chloride interaction on gel strength of surimi

2.5.3 鱼糜凝胶持水性的回归性分析 通过Design-Expert7.0软件对表5中的数据进行多元回归拟合后,得到响应值(R2)和各因素(A、B、C)的多元三次回归方程:

表7 持水率回归方程分析结果

Table 7 Square and significant analysis of regression equation of WHC

方差来源平方和自由度均方F值p值显著性模型99409110466500158∗AB458145827601477AC10621106263900448∗BC195711957117800139∗ABC18921189211400149∗AB(A-B)543154332701205AC(A-C)13561135681700289∗BC(B-C)059105903505739残差9966166失拟项228122814902773纯误差7685154总和1093715

表8 优化配方及验证实验结果

Table 8 The optimized formula and the results of verification experiment

实验号氯化钠(%)柠檬酸钙(%)氯化钾(%)预测值实测值R1(g·cm)R2(%)R1(g·cm)R2(%)151320287346274762735991±16833a776±561a2319402279379392693138135±36947a808±377a31000037822±22424a834±426a

R2=-147.13076A+391.24936B+732.99033C-635.87719AB-1084.80666AC-1969.06089BC+4193.65552ABC+871.13773AB(A-B)+1568.99208AC(A-C)+511.17278BC(B-C)

持水率回归方程分析结果如表7所示,该实验方程的模型显著(p=0.0158<0.05),失拟项不显著(p=0.2773>0.05),说明回归模型与实际值拟合的较好。判定系数R2=0.9089,说明变量R2的变异中有90.89%是由变量(A、B、C)引起的,只有9.11%不能用该模型解释。因此,该回归方程可以对鱼糜持水性影响的真实值加以分析和预测。

图2 氯化钠、柠檬酸钙、氯化钾交互作用对鱼糜持水性的影响Fig.2 Effects of sodium chloride,calcium citrate and potassium chloride interaction on WHC of surimi

2.5.4 配方的优化及验证实验 利用软件Design-Expert7.0,以鱼糜凝胶的凝胶强度和持水性为响应值得到了2组最优组合,并进行了验证实验。混料实验最优组合和验证实验结果如表8所示。由表8可知,凝胶强度和持水率的预测值与实测值不存在显著性差异(p>0.05),表明实验得到的模型可靠且有效。与对照组(第3组)相比,第1组和第2组的凝胶强度和持水率没有显著性的差异(p>0.05)。考虑到第2组复合盐的氯化钠含量低于第1组,因此选择第2组为复合盐的最优配方。因此,复合盐的最佳比例为:氯化钠:31.9%,柠檬酸钙:40.2%,氯化钾27.9%。

3 结论

通过单因素实验和混料实验确定了低钠复合盐的最佳替代比为:氯化钠31.9%、柠檬酸钙40.2%、氯化钾27.9%。将低钠复合盐替代氯化钠添加到草鱼鱼糜凝胶中,其凝胶强度达到3813.5(g·cm),持水率为80.8%。与添加2.5%氯化钠的鱼糜凝胶相比,以此低钠复合盐替代氯化钠的草鱼鱼糜凝胶的凝胶强度和持水率没有显著差异,但此时鱼糜凝胶的钠盐含量较低,钙含量较高。

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Mixture design for formulation optimization of low sodium compounds of surimi gel from grass carp

HU Yin,DING Yu-qin*,LIN Qin-lu,SUN Shu-guo

(College of Food Science and Engineering,Central South University of Forestry and Technology, National Engineering Laboratory for Rice and By-product Deep Processing,Changsha 410004,China)

Inordertoreducetheamountofsaltaddedintosurimiproductwithadvancedquality,calciumsalts(calciumchloride,calciumlactate,calciumcitrate)andpotassiumchloridewereusedtopartiallysubstituteofNaClinsurimigelfromgrasscarpinthisstudy.EffectsoftheadditionconcentrationofcalciumsaltsandKCl-basedsaltsubstituteonthegelstrengthandwaterholdingcapacityofsurimigelfromgrasscarpwerestudiedviathesinglefactormethodologies,andthenthemixturedesignwascarriedouttooptimizetheformulaoflowsodiumcompoundssalt.TheresultsshowedthattheoptimalformulaoflowsodiumcompoundssaltwasNaClof31.9%,calciumlactateof40.2%,andKClof27.9%.Thegelstrengthandwaterholdingcapacityofsurimigelwere3813.5g·cmand80.8%undertheoptimizedsaltsubstitute,whichwasconsistentwiththepredictedvalues.Theformulationreducedeffectivelythecontentofsaltandprovidedatheoreticalbasisforthedevelopmentoflow-sodiumcalciumsurimi.

surimigel;lowsodiumcompoundssalt;mixturedesign

2016-04-25

胡吟(1993-)，女，硕士研究生，研究方向：农产品加工与贮藏，E-mail：huyin1210@163.com。

*通讯作者:丁玉琴(1984-)，女，博士，讲师，研究方向：水产品加工与贮藏，E-mail：rogerfour@163.com。

湖南省自然科学基金(2015JJ3173)。

TS254.4

B

1002-0306(2016)19-0201-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.19.031