复合南极磷虾糜中鱼糜配比量 及外源添加剂对其凝胶特性的影响

田利利,薛长湖,尹利昂,姜晓明,李兆杰,薛 勇

(中国海洋大学食品科学与工程学院,山东青岛 266003)

南极磷虾(Euphausiasuperba)具有巨大的生物蕴藏量,据相关统计,其可捕获量约为0.6～1.0亿吨/年,在近海渔业资源日渐枯竭的今天,南极磷虾被视为一种潜力巨大的渔业资源和新食品原料[1-2]。南极磷虾不仅资源丰富,营养价值也较高,南极磷虾整虾含有77.9%～83.1%的水分、11.9%～15.4%的蛋白质、0.4%～3.6%的脂质,以及约2%的碳水化合物和甲壳质[3],其蛋白营养高于一般畜禽肉和牛乳,人体必需氨基酸的总量达到212.1 mg/g 蛋白质[4]。肌肉中氨基酸总量高达干重的57.21%[5],其赖氨酸含量高于虎纹虾和金枪鱼[6]。因此,南极磷虾蛋白质的高值化深加工对南极磷虾的综合开发利用具有重要意义。

目前,已有二十多个国家致力于研究和利用南极磷虾蛋白制做食品,相关的产品主要有磷虾仁、磷虾糕、磷虾酱、磷虾罐头、浓缩磷虾蛋白、磷虾干、油炸磷虾、磷虾粉、磷虾快餐品等蛋白类食品[7],而受大众欢迎的虾糜类凝胶产品较少,一方面是由于南极磷虾整虾中氟含量较高,可达536～2400 mg/kg,过多摄取氟元素可导致急性或慢性中毒,所以为确保磷虾蛋白及其制品的安全,生产过程中氟的脱除是一个不可或缺的过程[8-10];另一方面,高比例的可溶性蛋白及较高的自溶酶活性等因素,导致制成的磷虾糜凝胶性较差[11-12],所以制备一种低氟的南极磷虾糜与凝胶性较强的鱼糜复配,不仅能确保虾糜产品的安全性、凝胶弹性,也能保留南极磷虾的营养成分和特殊风味,具有一定的加工意义。

本文以新鲜的南极磷虾为原料,通过等电点沉降-酸洗脱氟制备出低氟的南极磷虾糜,对其营养成分进行了分析。为了使虾糜制品的质构特征得到改善,将低氟冷冻南极磷虾虾糜与鱼糜进行复配,并对其质构特征的改进予以评价,通过分析复配虾糜的凝胶强度、持水力、感官评分结果,结合差示扫描量热值的变化及动态流变学特征,来确定最佳的鱼糜复配比例。在此基础上探究外源添加剂对虾糜-鱼糜复合凝胶的影响,旨在开发出品质、口感良好的南极磷虾调理食品。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

冷冻南极磷虾(Euphausiasuperba) 中国水产有限公司(CNFC);冷冻阿拉斯加狭鳕鱼糜(AAA级) 山东锦灿食品有限公司;大豆分离蛋白 益海嘉里(秦皇岛)蛋白工业有限公司;马铃薯淀粉 秦皇岛市豪瑞淀粉有限公司;蛋清粉 诸城市溢源食品厂;谷氨酰胺转氨酶(TG酶) 上海青瑞食品科技有限公司;磷酸、氯仿、甲醇、氯化钠、氢氧化钠、无水硫酸钠、氟化钠、盐酸、硫酸、柠檬酸三钠、冰乙酸 国药集团化学试剂有限公司。

KH-20 GMTN型微波解冻机 山东科弘微波能有限公司;016-240型鱼肉分离机 中国水科院上海渔机所;UMC5型真空斩拌机 德国Stephan公司;GL-20M型高速冷冻离心机 上海卢湘仪离心机仪器厂;PHS-3C型精密酸度计 上海雷磁仪器厂;Kjeltec TM 8400型全自动凯氏定氮仪 丹麦Foss公司;PF-1型氟电极、232型甘汞参比电极 上海雷磁精密仪器有限公司;Biochrom 30 Ltd型氨基酸自动分析仪 英国Biochrom公司;TMS-PRO型质构仪 美国Food Technology公司;NETZSCH DSC 200PC型差示热扫描仪 德国NETZSCH公司;MCR-101型流变仪 德国Anton-Par公司。

1.2 实验方法

1.2.1 低氟冷冻南极磷虾虾糜的制备 冷冻南极磷虾块经微波快速解冻至个体间离散(915 Hz),以采肉机采取虾肉,加入3倍的4 ℃蒸馏水,充分均质,以浓度为10、2 mol/L的磷酸溶液调节均质液pH至4.5,放置30 min,间歇调整pH,以保持pH基本不变,离心(4000×g,10 min),取沉淀部分,加入3倍的4 ℃蒸馏水,经重复均质、等电点沉淀/脱氟、离心等操作,得沉淀部分(以上南极磷虾糜制备的工艺参数由预实验确定)。向沉淀中加入食用纯碱,调节其pH至中性,将该中性物料塑形,经-20 ℃冷冻,得到低氟冷冻南极磷虾虾糜。

1.2.2 冷冻南极磷虾糜的基本成分分析 水分含量:采用直接干燥法测定,参照国标GB/T 5009.3-2016[13];蛋白质含量:采用凯氏定氮法测定,参照国标GB/T 5009.5-2016[14];总脂含量:参照王建辉等人的方法[15];灰分含量:参照国标GB/T 5009.4-2016[16];氟含量:采用碱熔固定-高温灰化-氟离子选择电极法测定,参照李红艳等[17]的方法。氨基酸组成:参照国标GB 5009.124-2016[18],样品在6 mol/L HCl溶液中,于110 ℃条件下消化24 h后上机测定。

1.2.3 鱼虾蛋白物料配比的研究 将低氟冷冻南极磷虾虾糜和冷冻鳕鱼糜于4 ℃条件下解冻4 h(虾糜、鱼糜分别约500 g)。将虾糜和鱼糜切碎,分别以1∶0(对照组)、1∶1、2∶3、3∶7和1∶4的质量比例进行混合,于4 ℃斩拌机中斩拌5 min,加入4%的食盐,盐斩5 min,将斩拌后的混合物料以直径30 mm的肠衣灌装,制备成添加不同比例虾糜的虾肠(虾糜-鱼糜复合凝胶)并封口,将虾肠于90 ℃水浴加热30 min,取出冷却,4 ℃过夜贮藏。

1.2.3.1 虾糜-鱼糜复合凝胶的质构分析 将不同比例虾糜-鱼糜复合凝胶去掉肠衣,切成30 mm左右的圆柱体样。用质构仪测出鱼糜肠的破断力、破断距离,二者的乘积即为凝胶强度。测定条件:探头直径5 mm,穿刺速率60 mm/min[19]。

1.2.3.2 虾糜-鱼糜复合凝胶持水性能的测定 不同比例虾糜-鱼糜复合凝胶持水性能的测定参照Zhang T等[20]的方法进行。将虾肠各切成5 mm左右的薄片并称重W1,下面放三张滤纸,上面覆以两张滤纸。用质量为5 kg的重物于滤纸上压10 min,切片取出称重W2,持水性能以公式WHC=W2/W1计算。

1.2.3.3 感官评价 请接受过感官检验训练的食品专业人士10人组成评定小组,根据虾肠的特点,规定产品评定指标为:滋味、鲜味及气味、组织形态和弹性及脆度,每一项均以5分计,其权重分别为弹性及脆度0.3、组织形态0.3、滋味0.2、鲜味及气味0.2;其评分越高,质量越好[21]。以评定人员的平均分为各指标的评分,评定标准见表1。

表1 感官评定标准Table 1 The standard of sensory evaluation

总评分=∑XiYi(i=1,2,3…n)

式中:X为评定指标;Y为评定权重。

1.2.4 虾糜-鱼糜复合凝胶差示扫描量热分析 以虾糜-鱼糜复合凝胶(3∶7)为分析对象,与南极磷虾虾糜、去壳南极磷虾肉进行对比,校准仪器后,分别准确称取15 mg左右的复配前后的虾糜及去壳虾肉于坩埚中,并进行密封。将密封的坩埚与空白参比坩埚一起放入仪器中。在氮气的保护下,DSC分析参数设置:温度0～120 ℃,升温速率5 ℃/min,保护气流速60～70 mL/min,吹扫气20～30 mL/min[22],记录曲线转折点的温度。

1.2.5 虾糜-鱼糜复合凝胶的动态流变学分析 以虾糜-鱼糜复合凝胶(3∶7)为分析对象,与南极磷虾虾糜进行对比,各自斩碎后,取少量置于流变仪平台,以直径为50 mm的平板压至1 mm,硅油密封。扫描升温速率设为5 ℃/min,振荡频率1 Hz,应变量2%,测定5～120 ℃各温度下两种物料的储能模量。

1.2.6 外源添加剂对虾糜-鱼糜复合凝胶的影响 将冷冻南极磷虾虾糜和冷冻鳕鱼糜于4 ℃条件下解冻4 h后切碎,以虾糜∶鱼糜为3∶7的质量比例进行混合,于4 ℃冷冻斩拌机中斩拌5 min,加入4%的食盐,盐斩5 min,分别加入6%、9%、12%和15%的大豆分离蛋白,或5%、10%、15%和20%的马铃薯淀粉,或6%、9%、12%和15%的蛋清粉,或0.1%、0.2%、0.3%和0.4%的TG酶,加冰水使各混合物料的最终水分含量统一为80%,斩拌3 min,之后的混合物料以直径30 mm的肠衣灌装,制备成虾肠并封口,将虾肠于90 ℃水浴加热30 min,取出冷却。4 ℃过夜贮藏。测定各不同添加比例外源添加剂虾肠的凝胶强度。

1.3 数据处理

所有测定指标重复次数为3次,试验结果由平均值±标准差组成。使用Origin 9.0绘制图表,采用one-way ANOVA 算法进行方差分析,多重比较分析采用Tukey’s test 算法判断显著性差异,显著性水平为p<0.05。

2 结果与分析

2.1 南极磷虾糜的基本成分

去壳磷虾肉和南极磷虾虾糜的基本组成见表2。相对于去壳南极磷虾肉,南极磷虾虾糜中蛋白质含量增加了20.44%,灰分减少78.10%,氟的残留量减少了87.29%,虾糜的平均含氟量为79.79 mg/kg干重,达到了美国FDA关于食品中氟的安全限量标准,表明本研究中的虾糜制备方法可有效脱除磷虾当中的氟;由表3可知,南极磷虾虾糜的必需氨基酸含量达到521.5 mg/g蛋白,较去壳南极磷虾肉的必需氨基酸含量(486.8 mg/g蛋白)提高了7.13%。第一限制性氨基酸赖氮酸(Lys)含量为92.4 mg/g蛋白。由此看来,南极磷虾虾糜是一种主要含有蛋白质和脂质,氨基酸组成优异,氟含量相对较低的原料,可以用于食品加工产业和作为人类的膳食食用。

表2 南极磷虾虾糜和去壳南极磷虾肉的基本组成Table 2 Basic composition of Antarctic krill surimi and peeled krill meat

表3 南极磷虾虾糜和去壳南极磷虾肉的氨基酸组成Table 3 Amino acid composition of Antarctic krill surimi and peeled krill meat

2.2 虾糜-鱼糜物料配比的确定

2.2.1 虾糜-鱼糜复合凝胶的质构分析 凝胶强度为破断力与凹陷距离的乘积,可用来表征肉糜类制品的凝胶特性。通常认为,凝胶强度越大的肉糜类制品其质构品质越好。由图1可知,随着阿拉斯加狭鳕鱼糜添加比例的提高,复合物凝胶的凝胶强度呈显著增加趋势(p<0.05),当虾糜与鱼糜复配比例为1∶4时,混合鱼糜的凝胶强度最大(416.01±4.96) g·cm,说明添加优质鱼糜能够显著提高低质鱼糜的凝胶特性(p<0.05)。在王冬妮等[23]的研究结果中,当罗非鱼中添加海鲈鱼的量达60%时,混合鱼糜的凝胶特性最好;刘蕾等[24-25]将白姑鱼与鲢鱼鱼糜混合后,其凝胶强度显著增强,且改善了鱼糜制品的色泽;袁莉莉等[26]研究了虾肉和鱼肉的混合比例对混合肉糜凝胶特性的影响,发现当鱼糜的添加量为30%时,混合肉糜的凝胶特性显著增强。

图1 物料配比对凝胶强度的影响Fig.1 Effect of material ratio on gel strength注:不同字母表示两组间具有 显著差异(p<0.05)；图2～图3同。

2.2.2 虾糜-鱼糜复合凝胶的持水性能分析 不同配比的虾糜-鱼糜混合物料热诱导凝胶的持水力结果如图2所示。持水性是鱼糜制品品质的一个重要指标,持水性越好,其内含水分越不易渗出,肉糜类制品的质量越好[27]。由图2可以看出,复合凝胶的持水力随着鳕鱼糜复配比例的增加而呈显著增加趋势(p<0.05),当虾糜与鱼糜复配比例为1∶4时,混合鱼糜的持水力达到最大值91.33%,而单纯南极磷虾糜的持水力只达42.31%,这与凝胶强度的变化一致,推测虾糜中加入鱼糜后,凝胶网络的形成增加了大量的持水空间,导致持水力增大,当虾糜比例高于30%时,复合物的凝胶强度较低,很难承受较强的压力,持水力也在73%以下。可见,在复合物中起凝胶作用和持水力作用的主要是鱼糜蛋白。

图2 物料配比对持水力的影响Fig.2 Effect of material ratio on WHC

2.2.3 感官评价结果 从感官评价的结果来看(图3),当虾糜与鱼糜的比例为3∶7时,感官评分最高,当虾糜含量过高(50%)时,混合鱼糜的凝胶性较差,然而当虾糜含量过低(20%)时,所制的混合鱼糜磷虾味较淡,所以即使高比例的鳕鱼糜(1∶4)能有效提高凝胶强度,但因磷虾滋味和鲜味较淡,导致感官评分值与比例为3∶7时接近,又考虑到南极磷虾具有较高含量的必需氨基酸,其添加比例越高,混合鱼糜的营养价值就越高,故选择3∶7为最佳的虾糜与鱼糜混合比例。

图3 物料配比对感官评价的影响Fig.3 Effect of material ratio on sensory evaluation

2.3 虾糜-鱼糜复合凝胶差示扫描量热分析

虾糜-鱼糜复合凝胶(3∶7)的热相变温度如表4所示。复合凝胶出现了两个明显的热相变温度峰(45.73、108.26 ℃),它们分别对应着肌球蛋白和肌动蛋白的变性[28]。

表4 虾糜-鱼糜复合凝胶的差示扫描量热分析Table 4 DSC thermograms of complex gel of krill surimi and fish surimi

虾糜-鱼糜复合凝胶的热相变温度(45.73、108.26 ℃)与去壳南极磷虾虾肉(35.63、105.03 ℃)相比有所提升,尤其是与南极磷虾糜(19.24、97.56 ℃)相比,显著提升(p<0.05)。这可能是由于,在鱼糜比例较高时,鱼糜中的肌球蛋白和肌动蛋白活性补强了虾糜在此方面的劣势。进一步说明,虾糜复配以具有良好凝胶能力的鱼糜,能够有效提高产品的凝胶性和热加工性。

2.4 虾糜-鱼糜复合凝胶动态流变学分析

由图4中2种凝胶储能模量(G′)随温度的变化特征可以看出,2种凝胶的G′均呈现先降后升的曲线特点,但又有明显差异。Yongsawatdigul等[29]认为,位于46 ℃的最低的G′是肌动球蛋白粘结和形成凝胶结构的起始点。G′在后期的上升,是肌动球蛋白交联的表现,即弹性凝胶的生成过程[30]。图4中复合凝胶的G′上升幅度比磷虾糜凝胶的G′ 明显要高,可以推测前者的凝胶形成能力更强。因此,由两种凝胶储能模量的变化特点可知,在与鱼糜复配后,复合凝胶的弹性和质构特征得到了明显提高。

图4 两种凝胶的储能模量的变化特征Fig.4 Storage modulus changes of the two gels

2.5 外源添加剂对虾糜-鱼糜复合凝胶的影响

由图5中不同外源添加剂及其各自添加量对复合凝胶的影响可知,在虾糜-鱼糜复合物(3∶7)具备一定凝胶性的基础上,适量外源添加剂的加入,能够不同程度地提升复合凝胶的凝胶强度[31]。其中,大豆分离蛋白和蛋清粉对复合凝胶凝胶强度的影响较为明显,二者的作用原理类似,即通过与鱼糜蛋白的交联和填充,增强体系的质构特性[32-33]。随着添加量的增加,二者对凝胶强度的提升作用逐渐增加,至添加量为15%时,提升幅度放缓,这时复配的复合凝胶强度达到最高,分别为550、530 g·cm左右,这可能是因为鱼糜在虾糜-鱼糜复合物中所占比例有限,而虾糜缺乏对质构性质的支持所致。综合以上因素,单独添加时,大豆分离蛋白、蛋清粉的添加比例应选择为15%。

图5 不同外源添加剂的虾糜-鱼糜复合凝胶的质构性质Fig.5 Textural properties of complex gel of krill surimi and fish surimi with different additives

木薯淀粉在添加量为5%～15%范围内,凝胶强度明显增加,这时由于木薯淀粉含有高含量的支链淀粉,和鱼糜形成的凝胶具有很强的粘合性,使得鱼糜的质构得到改善[34],然而,18%以上高含量淀粉类的加入,容易导致凝胶切面变得粗糙,因此,木薯淀粉在混合凝胶中的单独添加比例应在15%～20%之间,考虑切面的感官效果,实际生产中建议选择18%的木薯淀粉添加量。

复合凝胶的凝胶强度随着TG酶添加量的增加而提高),即TG酶的添加能改进样品的凝胶特性,其作用机制在于TG酶能促进蛋白分子之间的交联,形成致密程度更高的空间网状结构,从而提高虾糜-鱼糜复合凝胶的质构特性[35]。由图5可知,0.4%的添加量可使凝胶强度达到最高,为(506±6.98) g·cm。推测随着TG酶添加量的增多,蛋白之间的交联可能更加致密,所以TG酶的单独加入量选择为0.4%。

3 结论

用等电点沉淀法制备的南极磷虾糜蛋白含量较高,为81.01%,氟含量较低,为79.79 mg/kg,氨基酸组成优异,必需氨基酸含量达521.5 mg/g蛋白,是一种食用安全的新食品原料。确定的虾糜与鱼糜的最佳配比为3∶7,此复配比例条件下,相较于南极磷虾糜,复合鱼糜凝胶的热相变温度(45.73、108.26 ℃)与南极磷虾糜(19.24、97.56 ℃)相比,显著提升(p<0.05),储能模量(G′)上升幅度增加,表明凝胶强度得到了明显提升,可制得弹性良好,具有南极磷虾风味的复合虾糜制品。不同的功能性添加辅料,对复合虾糜的作用机理不同,相比之下15%的大豆分离蛋白对复合凝胶质构的改进效果最明显,其次是15%的蛋清粉,0.4%的TG酶和20%的木薯淀粉。综上所述,低氟冷冻南极磷虾虾糜可以与鱼糜蛋白通过科学复配,制得质构性能良好的调理食品,实现南极磷虾蛋白资源的利用和南极磷虾鱼糜新产品的开发。