干燥方式对半干型小麦拉丝蛋白素牛肉质构的影响及机理分析

胡盼盼 朱科学 郭晓娜 陈 援 陈小沛 周惠明

(江南大学食品学院1，无锡 214112)(江苏三零面粉海安有限公司2，海安 226600)

随着人口的持续增长，人们对富含蛋白质食物的需求越来越大，据统计到2050年我国的蛋白质消费预计每年将以3%～4%的速度增长[1]。近年来由于糖尿病、“三高”、肥胖等疾病的发病率不断升高，人们开始追求健康的素食饮食概念，植物组织肉作为理想的肉类替代品，受到人们越来越多的关注[2-3]。小麦拉丝蛋白是一种具有明显纤维结构的植物组织蛋白，它是由小麦面筋蛋白在双螺杆挤压机的高温、高压、高剪切作用下挤压形成的。TWP具有紧密的丝状纤维结构，咀嚼感与动物肉相似，并且脂肪含量低、蛋白含量高，氨基酸组成丰富，零胆固醇，是一种理想的肉类替代品[4-5]。半干型食品(20%≤水分≤50%，0.65≤Aw≤0.90)具有软硬适中，咀嚼不费力、口感好的优点[6]。将TWP加工成老少皆宜的半干型植物肉，将会有非常广阔的市场前景。

如何进一步改善TWP的质构，缩小与真正肉类的口感差距，关键在于复水后的后处理加工[7]。TWP复水后水分含量高，干燥脱水是关键，不同的加工干燥方式会赋予产品不同的质构特性[8-10]。样品在干燥的过程中，水分的散失与其质构、水分分布、内部结构等有很大的关系[11]。目前工厂常用的烘烤、油炸等干燥方式，易造成样品干硬、边缘焦化等问题。Arnau J等[12]认为，物料干燥时表面干结的形成与其表面水分含量与有直接关系，表面水分含量越低越易发生干结。低温蒸烤是近年来新兴的一种相对柔和的热处理方式，在对食物进行烘烤的同时给予一定湿度的蒸汽以此来提高食物周围的湿度，缩小食物外表面和内部失水速率的差别，可在一定程度上减轻产品的边缘焦化、结痂、干结等现象。曹仲文等[13]研究了万能蒸烤箱预熟鸡肉丁的工艺，发现随着湿度的增大鸡肉丁的感官品质越来越好。本实验以TWP为原料，通过对比低温蒸烤与高温烘烤、微波加热、油炸3种常用的加工方式对小麦拉丝蛋白素牛肉质构品质的影响，为半干型小麦拉丝蛋白素牛肉的加工提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

谷朊粉：蛋白质质量分数(77.92±0.16)%；小麦淀粉：食品级；三聚磷酸钠、碳酸氢钠：食品级；香辛料、调料、大豆油、某品牌素牛肉(对照组)均购于当地超市。

1.2 仪器与设备

FMHE36-24型双螺杆挤压机；HY-901型电炸炉；M3-L233B型微波炉；AOSIIOECA2 万能蒸烤箱；TA. XTPlus 物性分析仪；MesoMR23-060V-I型低场核磁共振成像分析仪；SU8100型冷场发射电子扫描显微镜。

1.3 实验方法

1.3.1 小麦拉丝蛋白的制备

参考Li等[4]的方法并稍作改进，具体方法如下：将谷朊粉和小麦淀粉按照9∶1的质量比用和面机混合，同时加入0.5%三聚磷酸钠和0.3%碳酸氢钠，使用前密封保存。本实验使用同向啮合型双螺杆挤压机，其螺杆长径比L∶D = 24∶1，模头大小为33 mm×3 mm的矩形。挤压参数设置为：喂料量19 kg/h，加水量37%，螺杆转速270 r/min，Ⅱ区至Ⅵ区温度依次为:60、90、135、170、140 ℃，模头温度 135～140 ℃。挤压成型的TWP采用热风空气干燥，温度45 ℃，时间4 h。

1.3.2 半干型小麦拉丝蛋白素牛肉的制作工艺

TWP→蒸汽预热→卤制复水(45 ℃)→静置沥水→剪切成型(3 cm×4 cm×1 cm)→干燥→冷却→真空包装

青辰抬头一望，见唐玉烟正将蹬在树干上的腿收回，那根吊住自己的绳索，已被她卡在了身前松树的枝杈上，这让她能够腾出一只手来射出竹叶镖。

主要工艺要点：

1)蒸汽预热：由于干燥后的TWP比较干硬，为减轻表面软烂现象，缩短复水时间，本实验在复水前对TWP进行蒸汽预热，方法是置于蒸锅内沸水蒸制5 min。

2)卤制复水：卤水的制备参考黄治国等[14]的配方，具体步骤为：按照每1 kg水，0.4%八角、0.3%辣椒、0.4%茴香、0.3%花椒、0.05%香叶、0.05%桂皮、2.5%料酒、2.0%生抽、2.0%老抽、1.0%食用盐、1.0%白砂糖的配方，大火煮沸后小火加热30 min，冷却至45 ℃备用。按照1∶4的料液比，将蒸汽预热后的TWP放入其中复水30 min。

3)干燥：用4种不同的干燥加方式进行脱水，使得素牛肉含水量达到(37±2%)。具体参数设置如下：高温烘烤，温度210 ℃，时间610 s; 微波加热，700 W，150 s; 低温蒸烤，温度120 ℃，湿度70%，时间45 min; 油炸，温度(150±1)℃，时间450 s。

1.3.3 质构的测定

参考Fang等[15]的方法并稍加修改，具体操作如下：将样品真空包装后于常温条件下放置4 h，随机挑选10个，在相同位置处取1.5 cm×1.5 cm×1.0 cm的大小的样品。利用质构仪分别测量样品的硬度、弹性、咀嚼度3个指标。全质构strian模式下，选用P/36 r探头。参数设定：测试前、中、后速率依次为1.0、1.0、2.0 mm/s，形变量60%，触发力20 g。每个样品重复8～10次，取平均值。

1.3.4 组织化度的测定

参考 Zhang 等[16]方法并稍加修改，具体操作如下：将样品真空包装后于常温条件下放置4 h，随机挑选10个，在相同位置处取1.5 cm×1.5 cm×1.0 cm的样品，置于样品台上进行测试。选用A-CKB探头，分别测试其横、纵向剪切力大小。参数设定：前中后测试速率依次为2.0、1.0、2.0 mm/s，切割强度90%。组织化度用横、纵剪切力的比值表示。

水分含量的测定参考GB/T5009.3—2010。

1.3.6 核磁成像(MRI) 的测定

参考代晓冬等[9]的方法并稍加修改，具体操作如下：将样品真空包装后于常温条件下放置12 h，随机挑选6个，用生料带包裹严密后放入直径60 mm的测试管中，然后置于低场核磁共振测试腔体中进行成像。重复时间500 ms，重复次数4次，自旋回波时间为18.60 ms。

1.3.7 TWP微观结构的测定

参考刘兵等[17]的方法并稍加改正，将加工后冷却至室温的素牛肉，按照1∶4料液比浸泡于正己烷溶液中脱脂，时间24 h，每8 h更换一次溶液，结束后在通风橱内挥发12 h。在不破坏截面的情况下，沿着TWP的纤维方向,将样品切割成0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm的方块。用2.5%戊二醛溶液在室温下固定4 h，然后用0.1 mol/L的磷酸盐缓冲溶液淋洗5次，再依次分别用30%、50%、70%、90%、100%乙醇溶液对样品进行梯度洗脱，每次洗脱时间为5 min，结束后进行冷冻干燥；喷金处理后用扫描电镜观察，拍照。

1.3.8 感官评价

感官评价小组由20名经过专业培训的食品专业的学生组成，分别对TWP素牛肉的外观、色泽、硬度、口感、组织状态五个指标进行评定。具体标准见表1。

表1 小麦拉丝蛋白素牛肉感官评定标准

1.3.9 数据分析

使用Excel和Origin8.5对数据进行整理和绘图。使用SPSS16.0软件对数据进行方差和显著性析，方差采用Duncan测试，在P<0.05检验水平下对数据进行统计学分析。

2 结果与分析

2.1 干燥方式对TWP素牛肉质构的影响

小麦拉丝蛋白在后处理加工过程，其质构与干燥脱水的方式紧密相关[18]。图1是四种干燥方式对TWP素牛肉质构的影响结果。硬度、弹性、咀嚼度是评定素牛肉质构好坏的3个重要指标[19]。品质好的肉类替代品，其咀嚼度在一定范围内越大越好，过大或过小都会导致其口感变差[20]。从图1可以看出，微波处理后的素牛肉弹性优于对照组，但硬度、咀嚼度都过高，这是由于微波处理强度大导致TWP内部出现“硬芯”所致；HB处理组虽然咀嚼度优于对照组，但存在弹性小、硬度过大，有“渣滓感”的缺点。DF处理组与HB处理组结果相反。油炸后的素牛肉硬度适中，弹性也略高于空白组，但其咀嚼度过小，这可能是因为油炸温度高，表面迅速失水并发生干结现象，阻碍了内部水分的进一步逸出，从而导致外硬内软。综合比较，LSB处理的TWP弹性最大，并且硬度、咀嚼度适中，总体质构优于另外3种处理。

注：HB，高温烘烤210 ℃； MH，微波加热700 W； LSB，低温蒸烤120 ℃ 70%；DF，油炸150 ℃；空白为市场上的某品牌TWP素牛肉。

2.2 干燥方式对TWP素牛肉组织化度的影响

干燥方式对TWP素牛肉组织化度的影响结果如图2。组织化度是评价TWP拉丝效果的直接指标，一般用横、纵向剪切力的比值来表示，在一定范围内其值越大产品的组织状态越好[19]。从图2可以看出，在保证产品最终水分相似的前提下，4种干燥处理的TWP的组织化度均大于市场上购买的空白组，其中LSB组的素牛肉组织化度最高，达到2.13±0.23。而MH组的素牛肉组织化度最低，这可能是由于微波处理使TWP整体迅速升温，失水速度较快，蛋白质结构遭到破坏，内部出现 “硬芯”而致。而高温烘烤由于温度较高，表面失水速度大于内部，蛋白变性严重，表面极易发生干结并形成硬壳，这对其组织状态有一定的负面影响。由于油炸处理反应剧烈，素牛肉表面结构破坏严重并出现不平整皱缩的现象，影响了其剪切力。而低温蒸烤有水蒸气的补充，作用较温和，TWP失水较缓慢，不会削弱对丝状纤维的结合，组织化度相对较高。

图2 干燥方式对TWP素牛肉组织化度的影响

2.3 干燥方式对TWP素牛肉水分变化的影响

一般来说，干燥过程越剧烈，水分散失得越快，样品的质构受到影响就越大[21-22]。图3为4种干燥方式下小麦拉丝蛋白的水分变化规律图，从图3可以看出，随着加热时间的延长，TWP素牛肉的水分含量逐渐降低。其中，微波加热的干燥速率最快，失水最快，所需干燥时间最短，这是由于微波干燥是利用物料内部极性分子发生共振的原理，使物料整体迅速升温，水分急剧蒸发，导致素牛肉 出现“硬芯”，硬度过大。在干燥初期，由于油温高，表面失水速度较快，随着油炸的进行，表面的蛋白和淀粉反应剧烈并形成硬壳，阻碍内部水分的散失。高温烘烤的失水速度介于油炸和低温蒸烤之间，这可能是由于高温蒸烤作用剧烈，物料整体温度高，内部温度差缩小快，从而导致内外水分散失速度差小于油炸处理。低温蒸烤由于处理温度低、湿度高，作用温和，干燥过程中，素牛肉整体水分下降趋势平缓，散失均匀，这是导致其质构特性区别于其他处理组的重要原因。

图3 干燥方式对TWP素牛肉水分变化的影响

2.4 干燥方式对TWP素牛肉水分分布的影响

在干燥过程中，小麦拉丝蛋白的水分不断的迁移，产品质构与其水分分布有很大关系，其水分分布越均匀，相应地，质地也会越均匀[23-24]。MRI技术能清晰的将物料内部的H质子分布情况以图像的形式呈现，其亮度越大，水分就越多，能直观的表示物料的整体水分分布情况[25-26]。图4为4种干燥处理后的素牛肉的H质子密度图像。从图4可以明显的看出，HB、MH、DF三种干燥脱水的素牛肉均出现边缘不同程度的边缘焦化，水分分布较不均的现象，并且体积发生一定的收缩，其中，HB组和DF组尤为明显，这是因为HB温度高，表面失水速度大于内部，致表面形成硬壳，阻碍内部水分向表面的迁移；而DF油炸温度高，反应剧烈，表面淀粉和蛋白质的结构被破坏，整体失水速度不均匀。相比，低温蒸烤处理的素牛肉内外水分分布均匀，且体积收缩程度较轻，能减轻外硬内软的现象，符合半干食品软硬适中，质地均匀的特点。

注：彩带表示H质子密度，值越大表示含水率越高

2.5 干燥方式对TWP素牛肉内部微观结构的影响

水分在散失和迁移的过程中会对内部结构会产生一定的影响，扫描电子显微镜可以很好表征其内部结构[9]。图5为不同干燥方式对素牛肉内部微观结构的影响结果。从图5中可以看出，对照组样品无明显的丝状纤维结构，内部结构不平整，这可能是由于样品纤维呈层状分布并且结合不紧密，本身组织化度低造成的；MH组的TWP蛋白变性最严重，失去原有的结构，纤维状态被破坏，这是由于微波加热时TWP内部的水分子、淀粉、蛋白发生强烈的共振作用致其内部产生“硬芯”造成的。 HB处理的素牛肉虽结构相对平整，丝状纤维有轻微收缩，但纤维呈层状分布并有大的孔隙出现；油炸后的素牛肉，内部纤维不平整呈褶皱状，并发生一定的收缩；而LSB加工的样品丝状纤维明显且平整，结合紧密，这与低温蒸烤处理时温度低湿度高，水分子、淀粉、蛋白三者相互作用温和，素牛肉失水速度均匀有很大关系[27]。

图5 不同干燥方式对TWP素牛肉内部微观结构的影响

2.6 干燥方式对TWP素牛肉感官评价的影响

感官评价可以反映消费者对一款食品的整体喜好和可接受程度。不同干燥方式对TWP素牛肉的感官评价的影响结果见图6。从中可以看出，低温蒸烤处理过的素牛肉在外观、色泽、口感、组织状态等方面的评价均最高，整体接受度最好，这与前面的研究结果相一致。其中，高温烘烤处理的素牛肉在色泽和外观上的接受度较低，这是因为高温烘烤作用强烈，TWP表面褐变严重并形成硬壳，不易被消费者接受；而微波处理的素牛肉由于内部形成 “硬芯”导致其在组织状态和口感方面接受度均最低。

图6 不同干燥方式对TWP素牛肉感官评价的影响

3 结论

本研究通过对比4种不同干燥方式对半干型小麦拉丝蛋白素牛肉质构品质的影响，发现低温蒸烤后的小麦拉丝蛋白硬度、咀嚼度适中，组织化度达到2.13±0.23，质构品质最好。在微观品质上，通过MRI成像和扫描电镜观察发现，低温蒸烤处理后的TWP水分内外分布较均匀，未出现边缘焦化、外硬内软的现象，并且纤维状态明显，结合紧密，内部结构平整无褶皱。总体而言，作为一种比较温和的干燥脱水方式，低温蒸烤处理后的素牛肉在宏观和微观品质上都得到了明显的改善，是一种比较适合半干型小麦拉丝蛋白素牛肉的干燥方式。