超声波协同冷冻保护剂对速冻饺子馅持水性及质构的影响

张艳艳,王文涛,张中义,柴 颖,刘兴丽,张 华,*

(1.郑州轻工业大学食品与生物工程学院,食品生产与安全河南省协同创新中心,河南省冷链食品质量安全控制重点实验室,河南郑州 450002;2.郑州科技学院食品科学与工程学院,河南郑州 450064)

饺子是一种中国的传统食品,主要由肉、蔬菜、调味料和小麦粉组成,其中肉馅是饺子中最重要的一种材料。速冻饺子在冷冻过程中形成的冰晶会破坏肉的亚显微结构,使肉中溶液浓缩,在细胞水平中发生的生化反应发生改变,影响肉的物理质量参数。在实际生产销售过程中,饺子肉馅品质下降的情况仍不容忽视,如肉馅持水性下降、脂肪氧化、蛋白质变性等问题。

研究发现,在速冻调理食品冻藏过程中添加冷冻保护剂可通过抑制冰晶生长与重结晶、改变氢键形成方式、改善蛋白相互作用方式而显著提升产品品质。慕鸿雁[1]研究了两种大豆分离蛋白对肉糜品质的影响,结果表明,肉糜蒸煮损失随着大豆分离蛋白添加量的增加而降低,两种大豆分离蛋白对肉糜硬度、弹性、黏聚性、咀嚼性、回复性均有有利影响。Gómez等[2]的研究表明单独使用海藻糖或海藻糖与冰结构蛋白(Ice structuring proteins,ISPs)结合使用能够改善精致食品如叶菜类的抗冻性能。杨园媛[3]研究了卡拉胶对猪肉脯品质的影响,结果表明卡拉胶能显著改善猪肉脯的质构特性,降低猪肉脯的水分活度,提高猪肉脯的抗冻性能。

超声波的空化作用能使细胞表面瞬间产生微伤,对细胞壁造成可逆性破裂,细胞质膜的通透性改变,一部分细胞外的大分子物质进入到细胞内部,超声波作用停止时细胞膜的通透性恢复到原来的状态[4-7]。超声波可促进溶质传质和快速渗透。吕璐等[8]的研究表明,超声波处理可增加猪血浆蛋白的电导率及其起泡性、乳化性和凝胶性。贾娜等[5]的研究表明,超声波辅助腌制有助于降低酱牛肉的蒸煮损失,提高酱牛肉的嫩度和感官品质。

目前速冻水饺研究主要集中于速冻饺子皮品质的变化与控制,而馅料研究相对较少,Li等[9]研究表明在冻藏期间的饺子馅质量会逐渐损失,尤其是风味和质地的劣化是由于持水性降低、脂肪氧化和蛋白质变性引起的。本文拟对超声波协同抗冻蛋白复合配方、大豆分离蛋白复合配方和黄原胶复合配方冷冻保护剂对猪肉饺子馅持水性、质构和脂肪氧化的影响进行研究,以期通过超声波协同复合配方冷冻保护剂的方法降低肉馅在冻藏过程中产生的品质劣变。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

双汇冷鲜猪肉 猪前腿肉,郑州世纪联华超市;抗冻蛋白(99 g/100 g)、海藻糖(98 g/100 g)、茶多酚(98 g/100 g)、VC(99 g/100 g)、黄原胶、卡拉胶 上海源叶生物科技有限公司;大豆分离蛋白(90 g/100 g) 谷神生物科技集团有限公司;食用盐 中盐河南盐业物流配送有限公司;其他试剂均为国产分析纯。

UV-3200S紫外分光光度计 上海美谱达仪器有限公司;TG16-WS台式高速离心机 湖南湘仪实验室仪器开发有限公司;TA.XT plus物性测定仪 美国 TA 公司;KQ-700DE超声波清洗机 昆山市超声仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理方法 将冷鲜猪前腿肉去皮,去除结缔组织,肥瘦比为1∶4,绞成肉馅,绞肉机孔板直径8 mm。肉馅中加入食用盐1.3%,去离子水15%,分别加入不同的复合配方(经本课题组前期研究[10]优化,抗冻蛋白复合配方:0.3%抗冻蛋白、5%海藻糖、0.05%茶多酚和0.03%VC;大豆分离蛋白复合配方:6%大豆分离蛋白、0.4%卡拉胶、0.05%茶多酚和0.03%VC;黄原胶复合配方:0.2%黄原胶、0.4%卡拉胶、0.05%茶多酚和0.03%VC)的冷冻保护剂,用搅拌机搅拌10 min后,再分别进行不同处理。

对照:不添加复合配方且不经超声波处理的肉馅。

仅添加复合配方组:仅分别添加抗冻蛋白复合配方、大豆分离蛋白复合配方和黄原胶复合配方,不经超声波处理和自然渗透处理;分别标记为AFP、SPI和XG。

超声波处理:分别添加抗冻蛋白复合配方、大豆分离蛋白复合配方和黄原胶复合配方后,将搅拌好的肉馅放入封口袋中,用真空包装机封口,放入加水10 L的超声波清洗机中,温度保持在0～10 ℃。超声波工作参数:频率40 kHz,功率560 W。在此工作条件下分别处理30和60 min;分别标记为:AFP U30和AFP U60、SPI U30和SPI U60、XG U30和XG U60。

自然渗透处理:分别添加抗冻蛋白复合配方、大豆分离蛋白复合配方和黄原胶复合配方后,将搅拌好的肉馅放入不锈钢托盘中铺平,厚度为2 cm,盖上保鲜膜,在0 ℃下静置24 h;分别标记为AFP 24 h、SPI 24 h和XG 24 h。

将上述处理好的肉馅混合均匀后,分为每份(12.0±0.1) g,用饺子皮将猪肉馅包裹,-35 ℃下速冻30 min,速冻后取出样品进行第一次测量。余下的样品在-18 ℃下继续冻藏90 d,每隔15 d取出一次样品测量指标。待检测时,迅速从冻藏柜中取出样品、剥去饺子皮,将肉馅置于4 ℃环境中解冻3 h,中心温度达到0 ℃时分别进行解冻损失率、蒸煮损失率、质构及TBARS值的测定。

1.2.2 指标测定

1.2.2.1 解冻损失率测定 参考张中义等[10]的方法,取每份肉馅样品重20 g,解冻后的肉馅重量记为m0,置于空离心管中称重,记为m1。8000 r/min离心10 min,将离心管在滤纸上倒扣2 h,待汁液控干不再有水流出时称重,记为m2。平行试验6次,取平均值。解冻损失率(TL)计算如下:

1.2.2.2 蒸煮损失率测定 参考Huang等[11]测定肉馅的蒸煮损失率,使用保鲜袋代替饺子皮包裹饺子肉馅样品(12.0±0.1) g。称取解冻前样品重量记为m1,解冻后煮15 min,取出后冷却到室温。然后将保鲜袋用牙签扎破放出汁液,等不再有汁液流出后再次称重,记为m2。平行试验6次,取平均值。蒸煮损失率(CL)计算如下:

1.2.2.3 质构测定 解冻后的样品100 ℃下水浴蒸煮15 min,取出后冷却至室温,将饺子猪肉馅料切成20 mm×20 mm×20 mm的立方体。采用全质构TPA(Texture Profile Analysis)法,P35探头,测试前速度2 mm/s,测试速度2 mm/s,测试后速度2 mm/s,压缩比40%,平行试验6次,取平均值。

1.2.2.4 硫代巴比妥酸(TBARS)值测定 参考文献[9-10]的方法,称取解冻后的肉馅1.5 g放入离心管中,加入7.5 mL TCA溶液,混合均匀,3600 r/min离心20 min。取3 mL上清液与3 mL TBA混匀,沸水浴30 min,取出冷却至室温,在532 nm处测其吸光度。平行试验4次,取平均值。TBARS值以每升脂肪氧化样品溶液中丙二醛的毫克数表示:

式中:A532为532 nm处的吸光度值,W为样品重量(g),9.48为常数。

1.3 数据处理

采用SPSS 16.0对得到的数据进行方差分析及显著性检验和相关分析,Orign 8.5制图。

2 结果与分析

2.1 超声波处理协同冷冻保护剂对速冻饺子馅解冻损失的影响

由图1可知,超声波处理30 min、超声波处理60 min和自然渗透24 h均能降低各复合配方组饺子肉馅的解冻损失,提高饺子肉馅的持水性能。不同处理方式后饺子肉馅解冻损失率的顺序为:超声波处理60 min<超声波处理30 min<自然渗透24 h<仅添加复合配方<对照,表明超声波处理60 min效果最优。

图1 不同处理方式对速冻饺子馅解冻损失的影响Fig.1 Effects of different treatments on thawing loss of quick-frozen dumplings stuffing注:a为超声波协同抗冻蛋白组;b为超声协同大豆分离蛋白组;c为超声波协同黄原胶组;图2～图7同。

图2 不同处理方式对速冻饺子馅蒸煮损失的影响Fig.2 Effects of different treatments on cooking loss of quick-frozen dumplings stuffing

由图1a可知,冻藏90 d后,AFP U60组肉馅的解冻损失率为0.5%,比AFP组减少了58.3%,比对照减少了73.7%。肉粒表面的抗冻蛋白吸附在冰核表面的结合位点上,抑制了冰晶沿基面方向的生长,生成了六棱锥面或针状的冰晶,抑制了较大冰晶的形成[12-14],减少了冰晶对饺子肉馅结构的破坏。超声波的空化作用能使细胞表面瞬间产生微伤,对细胞壁造成可逆性破裂,细胞质膜的通透性改变,一部分细胞外的抗冻蛋白进入到细胞内部[7-8]。进入到细胞内部的抗冻蛋白进一步束缚了细胞内的游离水分,提高了饺子肉馅的持水性能。

由图1b可知,冻藏90 d后,SPI U60组肉馅的解冻损失率为0.4%,比SPI组减少了63.0%,比对照减少了78.3%。7S伴球蛋白和11S球蛋白分子表面的亲水氨基酸侧链与肉粒表面的水分子结合形成氢键,通过水化作用增加对饺子肉馅中游离水分的约束[15-18]。通过超声波和大豆分离蛋白复合配方的协同作用,抑制了冻结和冻藏过程中水分的迁移和重结晶现象,减轻了冰晶对肌纤维细胞膜和组织结构的破坏,降低了饺子肉馅的解冻损失。

由图1c可知,冻藏90 d后,XG U60组肉馅的解冻损失率为0.6%,比XG组减少了52.0%,比对照减少了68.4%。超声波的空化作用使黄原胶和卡拉胶更均匀地分散在肌纤维蛋白间隙中,提高了黄原胶和卡拉胶的水化作用,增加了黄原胶和卡拉胶对饺子肉馅中游离水分的约束能力,降低了饺子肉馅的解冻损失。

2.2 超声波处理协同冷冻保护剂对速冻饺子馅蒸煮损失的影响

由图2可知,超声波处理30 min、超声波处理60 min和自然渗透24 h均能降低各复合配方组饺子肉馅的蒸煮损失。不同处理方式后饺子肉馅蒸煮损失率的顺序为:超声波处理60 min<超声波处理30 min<自然渗透24 h<仅添加复合配方<对照,表明超声波处理60 min效果最优。

由图2a可知,冻藏90 d后,AFP U60组肉馅的蒸煮损失率为22.0%,比AFP组下降了18.5%,比对照组下降了41.3%。超声波处理使肌纤维蛋白内部疏水性基团及巯基暴露,有利于蒸煮过程饺子肉馅形成良好的凝胶网络,更好的束缚游离水分[19]。超声波和抗冻蛋白复合配方的协同作用,减少了冰晶对肌纤维细胞和组织结构的破坏,有利于蒸煮过程肌纤维凝胶的形成和水分保持,降低了饺子肉馅的蒸煮损失。

由图2b可知,冻藏90 d后,SPI U60组肉馅的蒸煮损失率为5.5%,比SPI组下降了67.6%,比对照组下降了85.1%。在超声波的作用下,大豆分离蛋白和卡拉胶的水化作用增加了对游离水分的束缚[15-18],抑制了水分迁移和重结晶,减轻了冰晶对肌纤维细胞膜和组织结构的破坏,加热后形成更稳定的凝胶,保持了饺子肉馅中的水分不受损失。在加热过程中,二硫键的11S球蛋白的空间结构发生转换,分子内部的巯基暴露,在11S球蛋白分子之间产生二硫键,形成稳定的混合凝胶[19]。超声波作用使11S球蛋白内部巯基更多的暴露于表面,强化了凝胶结构的形成,减少了水分的损失。

由图2c可知,冻藏90 d后,XG U60组肉馅的蒸煮损失率为15.5%,比XG组下降了32.6%,比对照组下降了58.1%。黄原胶乙酰基侧链上的羟基和卡拉胶分子链上的羟基、硫酸酯基团均能与肉粒表面的水分形成氢键[20],减少饺子肉馅中游离水分的含量,有利于蒸煮过程肌纤维凝胶的形成和水分保持。超声波的空化效应使黄原胶和卡拉胶更均匀地分散在肌纤维蛋白间隙中,提高了黄原胶和卡拉胶对饺子肉馅中游离水分的约束能力。

2.3 超声波处理协同冷冻保护剂对速冻饺子馅质构特性的影响

质地是肉类及其产品的特性,可能与冰晶尺寸的增加和蛋白质变性有关,蛋白质凝胶在肉及其产品的质构特性中起重要作用[21]。由图3～图6可知,冻藏过程中对照组肉馅的硬度下降24.1%、弹性下降14.6%、咀嚼性下降63.4%和粘聚性下降29.8%。这是由于冻藏期间,冰晶的生长和重结晶引起肌纤维蛋白变性并导致持水力下降,造成肉馅凝胶结构变差,质构特性下降[21]。但在冻藏初期由于冰晶的升华,肉馅部分脱水,所以肉馅硬度和咀嚼性有所升高。添加了抗冻蛋白复合配方或大豆分离蛋白复合配方的肉馅,冻藏90 d后饺子肉馅的质构特性显著改善(P<0.05),超声波处理60 min效果最优,降低了冻藏对肉馅质构的影响。蒸煮过程中肌纤维蛋白形成的凝胶网络将卡拉胶包裹在网络空隙中,饺子肉馅冷却过程中,凝胶空隙中的卡拉胶形成凝胶片段,填充在肌纤维蛋白凝胶网络中,使凝胶结构更稳定[22]。超声波处理可以增强抗冻蛋白、大豆分离蛋白配方组对饺子肉馅质构特性的改善作用,是因为超声波处理促进复合配方提高了肌纤维蛋白凝胶结构的稳定性,从而改善了饺子肉馅的质构特性。

图3 不同处理方式对速冻饺子馅硬度的影响Fig.3 Effects of different treatments on hardness of quick-frozen dumplings stuffing

图6 不同处理方式对速冻饺子馅粘聚性的影响Fig.6 Effects of different treatments on cohesiveness of quick-frozen dumplings stuffing

由图3c、图4c、图5c和图6c可知,超声波协同黄原胶复合配方组显著(P<0.05)降低了饺子肉馅的硬度、弹性、咀嚼性和粘聚性,这可能是肌纤维蛋白与黄原胶之间的相互作用主要为静电作用,黄原胶的阴离子电性与肌纤维蛋白的电性相斥,降低蛋白凝胶结构的稳定性[23],从而导致肉馅质构特性变差。

图4 不同处理方式对速冻饺子馅弹性的影响Fig.4 Effects of different treatments on elasticity of quick-frozen dumplings stuffing

图5 不同处理方式对速冻饺子馅咀嚼性的影响Fig.5 Effects of different treatments on chewiness of quick-frozen dumplings stuffing

2.4 超声波处理协同冷冻保护剂对速冻饺子馅脂肪氧化程度的影响

由图7可知,添加复合配方的肉馅的TBARS值均比对照组显著降低(P<0.05),延缓了肉馅的脂肪氧化。对比分析仅添加复合配方、添加复合配方协同超声波处理30、60 min和自然渗透24 h对肉馅的TBARS值的影响,结果表明复合配方协同超声波处理60 min的效果最优。由图7a可知,冻藏90 d后,AFP U60组肉馅的TBARS值为0.24 mg/kg,比AFP组下降了17.2%,比对照组下降了84.3%。由图7b可知,冻藏90 d后,SPI U60组肉馅的TBARS值为0.19 mg/kg,比SPI组降低了24.0%,比对照组降低了87.6%。由图7c可知,冻藏90 d后,XG U60组肉馅的TBARS值为0.24 mg/kg,比XG组降低了33.3%,比对照组降低了84.3%。

图7 不同处理方式对速冻饺子馅TBARS值的影响Fig.7 Effects of different treatments on TBARS value of quick-frozen dumplings stuffing

在冻结和冻藏过程中,脂肪在绞碎的过程中形成脂肪球,被肌球蛋白包裹。超声波分别与抗冻蛋白、大豆分离蛋白和黄原胶的协同作用通过阻碍冻藏期间肉馅水分的迁移,抑制冰晶的生长和重结晶现象[10],降低了肌浆蛋白的变性,提高了脂肪的稳定性。各复合配方中茶多酚中的酚羟基易被氧化成醌类而提供的H·,与脂肪氧化产生的自由基结合,使自由基失活,切断活泼自由基的链式反应,延缓了肉馅中脂肪的氧化。VC对茶多酚有增效作用,VC有很强的还原性,能够还原被氧化的茶多酚,从而再生茶多酚的抗氧化性能,提高茶多酚的抗氧化效果[24-25]。

3 结论

本研究结果表明添加抗冻蛋白复合配方、大豆分离蛋白复合配方和黄原胶复合配方均对速冻饺子馅持水性的降低和脂肪氧化有抑制作用,添加抗冻蛋白复合配方和大豆分离蛋白复合配方均对速冻饺子馅的质构特性有改善作用。超声波处理产生的空穴作用进一步提高了抗冻蛋白复合配方和大豆分离蛋白复合配方冷冻保护剂对速冻饺子馅持水性、质构和脂肪氧化的改善作用,也提高了黄原胶复合配方冷冻保护剂对速冻饺子馅持水性降低和脂肪氧化的抑制作用,但超声波处理协同黄原胶复合配方组对速冻饺子馅的质构特性却有不利影响。