车前子壳粉-秘鲁鱿鱼鱼糜复合凝胶仿制面条的品质特性

2024-05-12励建荣李学鹏仪淑敏孟玉琼

食品工业科技 2024年10期

杨菁，励建荣，李学鹏，仪淑敏，孟玉琼，马睿，密更

（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.青海大学，青海西宁 810016；3.广西民族师范学院化学与生物工程学院，广西崇左 532200）

大量研究表明，添加多糖类物质可以有效改善鱼糜的凝胶品质，最常见的添加物为水胶体，例如卡拉胶、结冷胶、可得然胶、黄原胶等[8-9]。然而，由于这类物质大多被认为是“胶”，消费者普遍对其安全性持怀疑态度，市场认可度相对较差。车前子壳粉（Psyllium husk power，PHP）是一种新兴的食品添加辅料，是一种天然的植物源多糖，具有良好的食用安全性，无添加上限[10]。另外，其含有大量的膳食纤维，从结构上来看，由不同分子量的阿拉伯木聚糖构成，且在支链上含有少量的鼠李糖、葡萄糖和半乳糖[11]。PHP 在溶于水后会快速膨胀至原体积的300%左右[12]，其冷水性组分在常温下会形成弱凝胶，而热水性组分也会在热处理后形成弱凝胶[13]。其次，PHP 在食用后具有较多的益处，据报道在治疗便秘、结肠癌、溃疡性结肠炎、糖尿病和高胆固醇血症方面都有良好的效果[14]。

有关PHP 改善鱼糜特性的研究不多，主要集中在改善淡水鱼糜的品质方面[15-16]，在改善秘鲁鱿鱼鱼糜制品品质方面鲜有报道。另一方面，常见的鱼糜制品多为鱼丸、鱼肠、鱼糕、模拟蟹棒等，依照面条制备工艺开发鱼糜模拟面条制品并开展相关研究的报道尚不多见。本研究添加不同水平的PHP 与秘鲁鱿鱼鱼糜进行混合，之后制备为蛋白基复合凝胶仿制面条，在此基础上对其特性进行初步研究，以期为新型秘鲁鱿鱼鱼糜制品以及预制蛋白基食品的开发和深入研究提供一定的理论借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

秘鲁鱿鱼冷冻去内脏、去头厚胴片购买于锦州当地水产品市场，清洗后去皮、去膜、切块分装，冷冻备用；车前子壳粉美国Now Foods 公司；实验所用试剂均为分析纯国药集团化学试剂有限公司；实验所用水均为去离子水（电阻率≈10 MΩ·cm）。

TA.XT Plus 质构仪英国Stable Micro System公司；CR-400 色差计日本Konica Minolta 公司；LYNX 4000 高速冷冻离心机美国Thermo Fisher Scientific 公司；S4800 场发射扫描电镜日本Minolta 公司。

1.2 实验方法

1.2.1 鱿鱼鱼糜的制备冷冻鱿鱼块从冷库拿出后室温解冻15 min，切为1～2 mm 的薄片，置于10 ℃的质量分数0.3% NaHCO3溶液中浸泡20 min。参考陆海霞等[17]的方法，在10 ℃的4.5 mmol/L CaCl2漂洗液中漂洗一次，捞出置于脱水机中脱水20 min。取出放入真空冷冻斩拌机，加入质量分数3%的NaCl，冷却液温度为0 ℃，750 r/min 斩拌1 min，3000 r/min 斩拌3 min。取出后置于凝胶小瓶中密封备用。双缩脲法测定蛋白浓度约为10 mg/mL。

1.2.2 凝胶仿制面条的制备车前子壳用打粉机粉碎（8000 r/min，60 s），使用孔径0.45 mm 标准筛过筛，之后以粉末状态直接添加至鱿鱼鱼糜中，添加量按鱼糜的质量分数分别为0%、1%、5%、10%、15%、20%、25%和30%（参考鱼面中淀粉的添加比例并经过前期预实验后确定，添加超过30%后面条样品粘性大且极易断裂）。初步混合后用手持式搅拌机混合5 min，之后手工擀制或流延为约5 mm 厚的面胚，置于平底蒸盘内常压下蒸制7 min（取自最佳蒸煮时间平均值），取出后自然冷却至常温，切成宽度为5 mm、长度为100 mm 左右的复合凝胶面条样品。面条样品按照车前子壳粉的添加量依次标记为MP0（对照）、MP1、MP5、MP10、MP15、MP25 和MP30。将样品分为两份，一份作为鲜湿样品在室温下平衡20 min 后测试，另一份置于保鲜膜密封的塑料盒中，4 ℃放置3 d 后进行冷藏特性测试。

1.2.3 白度测定用色差计测量，记录L*，a*，b*值。L*为明度指数，a*表示红绿度，b*表示黄蓝度。白度用W 表示，计算公式如式（1）。

(6)流程中烟气与锅炉气有各自的通道，因锅炉气的量比较小，风机选择也较小，从而风速也小，而且又从进矿端抽出，进矿端物料比较湿，几乎不会有扬尘，而锅炉气从排矿端带入进矿端的已烘干的矿粉尘因与进入端的湿矿相遇又会掉入烘干筒内，因而抽出的锅炉气几乎不带矿，所以直接用水洗涤也不会造成矿粉流失；

1.2.4 蒸煮特性的测定膨胀指数（SI）采用Ranchman 等[18]的方法并略有改动。取10 g 样品，称重（记为M1，g），在105 ℃烘箱内烘干至恒重（记为M2，g），SI 值计算公式如式（2）。

水溶解度（WS）的测定方法如下：将5 根样品（约20 g）称量（K1），放入冷水中，4 ℃冰箱中静置4 h，期间每隔1 h 轻轻搅拌样品30 s，之后取出，沥干15 min，称重（K2），WS 值计算公式如式（3）。

持水度（WHC）参考Zhou 等[19]的方法进行测定并稍作修改。将新鲜制备的样品称重约5 g 包裹于3 张滤纸中，在4 ℃下10000×g 离心10 min，离心管的重量（W），离心前离心管与包含水分复合的总重（W2），离心后离心管与去除水分复合的总重（W1），WHC 计算公式如式（4）。

1.2.5 凝胶强度及拉伸特性测定按照1.2.2 中的方法，添加车前子壳粉后将混合物置于凝胶小瓶中蒸制，取出后切成高度约25 mm 的样品。用质构仪测定凝胶强度，凝胶强度为破断力和破断距离的乘积。测定条件：P/5S 型号探头，穿刺距离15 mm，触发力5 g，测前速度1 mm/s，测试速度0.5 mm/s，测后速度1 mm/s。

拉伸强度测试参考了Chen 等[20]的方法并略有改动。切取长度5 cm 且表面无伤的一根面条样品夹在探头上（A/SPR），平衡5 min 后开始测试。测试模式为拉伸，测试参数设置：测试前速度3 mm/s，测试速度0.5 mm/s，测试后速度5 mm/s，初始距离10 mm，最终距离100 mm。

拉伸模量（E）和相对拉伸率（re）分别由公式（5）和公式（6）计算得出。

式中，F 为拉伸力（g）；A 为面条样品的平均横截面积（mm2）；ΔL 为伸长后的长度（mm）；L 为原始长度（mm）。

1.2.6 咀嚼特性测定使用质构仪的TPA（Textural profile analysis）分析程序来模拟人牙齿对样品的二次咀嚼并采集数据，使用仪器自带分析程序得出样品的硬度、弹性、黏性、咀嚼性。测试时，切取长度为4 cm 的表面平整的面条样品5 根，平行放置于样品台上在室温下（25 ℃）平衡15 min 后开始采集数据。探头型号P50。测试参数设置：测前速度1 mm/s，测试速度5 mm/s，测后速度5 mm/s，目标模式为35%应变，触发模式为自动，触发力为5 g，两次下压测试间隔时间为5 s。

1.2.7 水分分布测定参考曹涓泉等[21]的方法并略有改动。用打孔器切取直径5 mm，高度20 mm 的圆柱体样品放于核磁管内，采用低场核磁共振分析仪的Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）脉冲序列测定样品的弛豫时间（T2）。测试条件：接收机带宽100 kHz，质子共振频率22 MHz，脉冲90°，脉宽14 μs，半回波时间200 μs，采样等待时间2000 ms，回波个数12000，重复扫描次数8。面积积分采用origin 快捷RIO 分析程序，插值类型为数据点，基线模式为Y=0。

1.2.8 SEM 观察参考Cao 等[22]的方法进行测定并稍作修改，将面条样品切成约5 mm3小块，并在4 ℃下浸入2.5%戊二醛中固定12 h。然后用磷酸盐缓冲液（0.2 mol/L，pH7.0）冲洗三次，然后依次在50%、60%、70%、80%、90%和100%的梯度乙醇中脱水（每次15 min）。脱水后冻干后射镀金，之后在2.0 kV 的加速电压下用扫描电镜进行观察。二值化图片由ImageJ v1.51 进行处理。通过调整阈值将图像处理成二进制图像。分形维数值（D）通过计盒法并按照Dàvila 等[23]的方法提出的步骤进行计算。

1.3 数据处理

所有试验至少独立进行3 次，数据以平均值±标准偏差表示。数值采用SPSS 19.0 软件进行统计分析，使用Origin 8.6 软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 仿制面条的白度和蒸煮品质

对照组及添加PHP 后面条样品的实际光学照片如图1 所示，结合表1 的数据可以看出对照组的白度相对较高，实际肉眼观察的结果也发现纯秘鲁鱿鱼鱼糜本身颜色较为洁白。添加PHP 后，蒸制面条样品的白度呈现逐步下降接近褐色的趋势。这是个有趣的发现，因为高浓度的车前子壳粉溶于水后形成的凝胶为淡黄色，总体颜色很浅，和洁白的鱿鱼鱼糜混合后，其颜色从常理推测应该变浅，或变化不明显，已有相关研究也证实了这一点[24-25]。而热处理后的结果正好相反，由此可推断，面条样品在蒸制时，由于高温环境，PHP 分子结构上的还原糖与鱼糜中蛋白发生了美拉德反应，随着PHP 添加量的增多，该反应生成的黑色产物越多，颜色越深。实际上这一推测有一定的理论支持，如Karakus 等[11]对车前子中的阿拉伯木聚糖进行分子结构解析时，发现其阿拉伯木聚糖分子链上存在着的少量的鼠李糖、葡萄糖和半乳糖可在加热时参与美拉德反应。

表1 仿制面条的蒸制品质特征Table 1 Cooking quality characteristics of the imitation noodles

图1 仿制面条的实际光学照片Fig.1 Actual optical photo of the imitation noodles

膨胀指数（SI）、水溶解度（WS）、吸水指数（WAI）是常用的面条制品的品质表征指标，其测定结果如表1 所示。SI 表示的是每克面条样品可吸收水能力的大小，从微观层面上来说，应该是面条样品表面水、内部束缚水以及结合水的总和。从结果来看，添加1%的PHP 使面条样品的SI 值出现了最大值6.85，之后随着PHP 的添加量增加，SI 呈现逐渐变小的趋势。PHP 本身含有大量的多糖，这些多糖分子上存在的大量羟基会以氢键的形式束缚较多的水[26]，如果在足量水环境中，PHP 可以吸收其自重15～16 倍的水分，膨胀到原体积的300 多倍[12]。而本研究体系中是有限水环境，PHP 加入后会争夺蛋白的水分，当没有多余的水分可利用时即达到了饱和，其体积开始增加缓慢，推测部分PHP 不能完全吸水膨胀，其水溶性多糖也不会被溶解而是保持原有的状态。从结果的趋势来看，添加10%～15%，SI 的增加开始变得缓慢，这表明其吸水能力达到了临近饱和的状态，面条样品中部分的阿拉伯木聚糖未能吸水形成凝胶。

持水性（WHC）结果表明，随着PHP 的添加，WHC 值不断增高。这一研究结果和Zhu等[27]在类似体系中的研究结果一致。当PHP 添加量达到10%后，WHC 值差异不显著（P＜0.05）。由于采用离心法进行测定，在一定的离心力下，径向的向心力对面条样品有一定的挤压作用，所以该值更多的代表被束缚在凝胶网络中的水分。添加10% PHP 后该值变化不显著，可能是由于蛋白的凝胶网络在此之后被破环，其束缚能力减弱。对于面条，在实际应用于市场时，其水溶解性也是一个重要的考察指标。理想的产品经过长时间浸泡仍能保持结构不松散，不会有太多的物质溶解至水中。从结果来看，随着PHP 添加量的增加，WS 值呈现逐步升高的趋势，10%之后变化不再显著（P＜0.05）。推测复合凝胶制品在实际食用时，如果采用煮制来复热，其蒸煮损失率会较高。

2.2 仿制面条的凝胶强度及拉伸特性

凝胶强度结果如表2 所示。从结果可以看出添加PHP 后，面条样品的凝胶强度不断增高，PHP 的添加量为30%时，凝胶强度从对照组的378.51 g·mm升高至了2710.19 g·mm，提高了约7.16倍。PHP 的加入有效改善了秘鲁鱿鱼鱼糜的凝胶强度，这和已有的一些研究结果一致[15,28]。蛋白和PHP 中的阿拉伯木聚糖均是生物大分子，它们在适当的条件下可以形成不同的凝胶，如复合凝胶（complex gels）、填充凝胶（filled gels）以及混合凝胶（mixed gels），这取决于它们之间的相互作用。PHP 和蛋白的相互作用，根据蛋白的不同，目前有学者认为是简单的填充或者分子纠缠[29]，有的认为是发生了交联作用[30]。秘鲁鱿鱼肌原纤维蛋白和PHP 相互作用类型还有待于进一步深入研究，但可以肯定的是，蛋白对阿拉伯木聚糖形成的水凝胶有良好的包裹作用，因为从预实验的结果来看，单纯的PHP 是不能蒸制定型的，受热后易液化，流动性非常强。

表2 仿制面条的凝胶强度、拉伸模量（E）与相对拉伸率（re）Table 2 Gel strength,tensile modulus (E) and relative tensile rate (re) of the imitation noodles

拉伸模量（E）可用来表征样品断裂的难易程度，而相对拉伸率（re）代表了面条样品的可拉伸量。测定结果如表2 所示。从结果来看，对照组非常易断，无法进行拉伸测试，数据未获得。加入PHP 后，面条样品的拉伸模量呈现逐步上升的趋势，在添加量为30%时，达到了1167.44 g/mm2。从re值的结果来看，随着PHP 添加量的增加，该值呈现先上升后下降的趋势，在添加量为10%时，re值达到了最大值3.08，之后随添加量逐渐下降。综合来看，PHP 的添加在增加鱼糜制品强度的同时也赋予了其良好的延展性，这为制备蛋白基面条提供了一定的可行性。

2.3 仿制面条的咀嚼特性及冷藏后的变化

鲜湿面条作为产品时，其冷藏后的口感变化是消费者关心的重点问题之一，进一步进行相关测定，结果如图2 所示。整体来看，不管是否进行冷藏处理，添加PHP 后，面条样品的硬度、粘性和咀嚼性与对照组相比均显著提高（P＜0.05），而弹性变化则不明显。从变化增幅来看，面条样品的硬度、粘性和咀嚼性在PHP 5%添加量以下增幅均较小，而在5%以上则显著增加，这与Singh 等[28]的研究结果相类似。实际上，对于鲜湿面条来说，爽弹、柔软以及较低的粘性更为适合大多数消费者的口感要求，较高的硬度和粘性可能会极大的降低食用体验。推测硬度的增加可能是因为PHP 具有较强的吸水与溶胀能力，而在共混体系中，蛋白凝胶网络的包裹作用对其溶胀有较大的限制作用，从而增强结构的密度，使得硬度增加[25]。粘性的增加推测是因为PHP 分子表面有较多的亲水性羟基，结合了大量的水，从而形成黏性溶液[31]。冷藏处理后，从图2 中可以看出，面条样品的硬度，咀嚼性和粘性存在显著下降的情况（P＜0.05），其具体机理还有待于进一步探索，从现象来看，这对仿制面条的实际应用是较为有利的。

图2 鲜湿仿制面条与冷藏后仿制面条的咀嚼特性Fig.2 Chewing characteristics of fresh and and refrigerated imitation noodles

2.4 仿制面条的水分分布分析

面条样品的T2 弛豫图谱如图3 所示。根据出现时间可以简单地将氢共振峰出现的区域分为T21、T22、T23 和T24，依次代表强结合水（多为分子上的质子H，出现在1 ms 附近）、弱结合水（多为氢键结合水，出现在10 ms 附近）、不易流动水（多为凝胶网络中的束缚水，出现在100 ms 附近）和自由水（多为凝胶网络结构外的可流动水，出现在100 ms 以上）[32]。从结果来看，代表自由流动水的T24 仅在对照组和1%的样品组内出现，而其他组内则未采集到该数据。实际从样品来看，对照组和1%的样品切开后存在较多小的孔洞，推测是蒸制时蛋白聚集所形成，这些孔洞内留存了较多的流动水，这一观察结果和实际测试的低场核磁结果相符。PHP 添加超过5%后自由流动水减少，推测可能和共混物中PHP 在加热后形成一定的凝胶网络结构有关，这使原来的可流动水进一步束缚于蛋白和PHP 多糖凝胶网络中。实际上，已有研究证明了这一推测，如Farahnaky 等[33]发现PHP 中的碱溶性组分和热水溶性组分均具有良好的凝胶形成能力。当水与蛋白质紧密结合时，水的迁移率是有限的，会使得弛豫时间变短[34-35]。随着PHP 的添加，T21 向左移动（更短的弛豫时间），T2 弛豫时间反应了样品对水分子的结合力。水分子所受的力越大，弛豫时间越短[36]，因此T21 的弛豫时间更短，表明PHP 具有更强的结合水和限制水分子自由运动的能力，这有利于结合水并降低其自由度，这一结果与WHC 的结果一致。

图3 仿制面条样品的T2 弛豫图谱Fig.3 Continuous distribution of spin-spin relaxation time of the imitation noodles

为了进一步准确比较，对四个区域出现的峰进行了积分计算，结果如表3 所示。从结果来看，随着PHP 添加量的增加，代表弱结合水和不易流动水峰面积比例的P22 和P23 均随着PHP 的添加出现了先增加后降低的趋势，在5%添加量时出现了最大值，分别是3017.93 和64663.54。可能和在5%添加量时蛋白与PHP 形成的微结构有关，推测此时其内部形成了蛋白和PHP 双连续相，从而使得样品束缚水的能力得到提升。这些结果对前面质构测试以及拉伸测试的结果均有良好的支撑作用。

表3 仿制面条特征峰积分面积Table 3 Area integration result of spin-spin relaxation peaks of the imitation noodles

2.5 仿制面条的微观结构

为了对之前的推测进行验证，对面条样品进行了微观结构的观察，结果如图4 左列所示，进一步进行了二值化处理（图4 中间列）与分形维数的分析（图4 右列）。分形维数是描述几何形状复杂程度的统计量，是评价各种物理过程不规则性的定量工具。由图可以看出，对照组为纯蛋白凝胶，其内部有明显的凝胶网络结构，分形维数为1.821。这些较多较大的孔洞，推测除了凝胶化导致，还可能和蒸制时其内部形成气孔有关[37]。添加PHP 后，样品分形维数较对照组有明显的增加，推测和PHP 对蛋白凝胶网络的破坏作用有较大关系。随着PHP 继续增加，样品的表面越来越光滑，形成了较为紧密的结构和更小的孔洞，分形维数也显著降低。可能是因为PHP 水合后填充到蛋白的网络结构中，增强了网络结构的密度，从而形成光滑，连续且均匀的结构[38]。另外，PHP 本身可形成弱凝胶，具有多孔的三维结构，同时也增强了蛋白的网络结构[28]。Tóth 等[39]研究表明PHP 的粘液能够形成具有光滑和单一表面结构的薄膜。当PHP 添加量较大时，其形成的凝胶的占比逐步增大，对蛋白进行包裹，使得样品表面呈现光滑的水胶体状态。

图4 仿制面条的扫描电镜图、二值化处理图及分形维数图Fig.4 SEM diagram,binarization diagram and fractal dimension diagram of the imitation noodles

3 结论

本研究在秘鲁鱿鱼鱼糜中直接添加车前子壳粉，制备了一种蛋白基仿制面条，研究了不同PHP 添加水平下复合凝胶仿制面条的品质变化。结果表明，PHP 对秘鲁鱿鱼鱼糜有良好的品质改善作用，使鱼糜制品获得了类似普通面条的延展性和可拉伸性，且在10% PHP 的添加量下仿制面条的品质最为理想。冷藏处理后，仿制面条会变得更加柔软且粘性较鲜湿面条样品明显下降。微观结构的结果表明，PHP 添加量越多，仿制面条表面越光滑，孔洞也越小。本研究是蛋白基仿制面条的一个初步探索，只研究了表观现象，关于鱿鱼鱼糜中的蛋白特别是肌原纤维蛋白以及副肌球蛋白和PHP 中多糖的相互作用及其形成机理还有待进一步研究。此外，近些年预制食品的社会需求和经济需求不断增大，将本研究的仿制面条开发为一种预制面条，开展更深入的研究，也将是一项有意义的工作。