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(1. 江南大學(xué)食品學(xué)院 食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室,江蘇無錫 214122; 2. 福建安井食品股份有限公司，福建廈門 361022;3. 無錫華順民生食品有限公司,江蘇無錫 214218)

近年來,水產(chǎn)蛋白的精深加工已然成為魚類產(chǎn)品系列化、多樣化和高值化發(fā)展的新趨勢。魚糜制品作為一種主要的水產(chǎn)食品,深受國內(nèi)外消費者喜愛。然而,多年來我國的魚糜制品整體存在品質(zhì)不穩(wěn)定、種類單一等問題,僅以較低的價格在國際市場上占有較小份額[1]。因此,研究如何提高產(chǎn)品品質(zhì)、豐富產(chǎn)品類型是我國魚糜制品行業(yè)長足發(fā)展的根本途徑。凝膠特性是反映魚糜制品品質(zhì)優(yōu)劣的關(guān)鍵因素,直接影響了制品的組織特性、保水性、黏結(jié)性及產(chǎn)品得率[2]等。已證實的魚肉中引起凝膠劣化作用的內(nèi)源性蛋白酶為肌漿型蛋白酶類(sarcoplasmic type proteases,STP)與肌原纖維結(jié)合型蛋白酶類(myofibril - bound proteinase,MBP)。前者為水溶性蛋白酶,可經(jīng)漂洗等工藝去除,而后者不能通過漂洗有效去除,是引發(fā)魚糜凝膠劣化現(xiàn)象的重要相關(guān)酶類[3],其中,內(nèi)源性絲氨酸蛋白(myofibril - bound serine proteinase,MBSP)被證實能夠降解肌原纖維蛋白和構(gòu)成細胞支架的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[4]。因此,國內(nèi)外研究人員開始從天然物料中提取絲氨酸蛋白酶抑制劑(serine protease Inhibitors,SPI)。Maysoon Rassam等[5]在獼猴桃種皮和籽中分離純化出了一種SPI,與半胱氨酸蛋白酶具有較高同源性;廖海等[6]發(fā)現(xiàn)決明子中含有一種具有較強抗還原能力的胰凝乳蛋白酶抑制劑,是SPI的一種。但該類抑制物多用于人體抗腫瘤及結(jié)構(gòu)學(xué)方面的研究。郭強等[7]以四種常見魚籽為研究對象,采用分離純化手段獲得了SPI,并證實了其具有耐高溫、耐酸堿的特性,提出了通過外源性添加魚籽以抑制魚糜制品凝膠劣化現(xiàn)象的設(shè)想。

利用外源性添加物來改善魚糜凝膠特性的研究較多,主要集中在淀粉、非肌肉蛋白及水溶性膠等方面[8 - 10],同時也有添加外源性酶類[11 - 12]和酶抑制劑[13 - 15]的報道。但通過直接添加食源性物料,進而抑制凝膠劣化、改善魚糜凝膠特性的研究相對較少。食源性物料及其提取物在魚糜制品中的研究主要聚焦在蛋白酶的抑制物層面,涉及的物料涵蓋植物和動物來源。其中,植物來源添加物,如大豆分離蛋白,憑借較低的價格和良好的效果,被廣泛應(yīng)用到魚糜制品中[16]。動源性添加物,如乳清蛋白,雞、牛、豬血漿蛋白等曾被應(yīng)用到魚糜制品中[17 - 19],起到了抑制蛋白酶活、降低凝膠劣化程度的作用。但其成本較高、存在食用風(fēng)險且產(chǎn)品顏色和風(fēng)味易受到影響,在企業(yè)實際生產(chǎn)中受到了一定程度的限制。

本文針對上述問題,以淡水白鰱魚魚糜為研究對象,旨在篩選出食用安全、成本適宜且具有抑制肌原纖維結(jié)合型蛋白酶類(MBP)酶活作用的食源性物料。從而改善魚糜制品的質(zhì)構(gòu)特性,優(yōu)化魚糜制品的風(fēng)味及營養(yǎng),為工業(yè)化生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1材料與設(shè)備

AA級白鰱魚糜( - 20℃凍結(jié)保藏) 福建安井食品股份有限公司;精制食用鹽(氯化鈉≥99. 1g/100g:碘含量18 - 33mg/kg) 江蘇省鹽業(yè)集團有限責(zé)任公司;白糠、黃糠、大米粉 江西金農(nóng)米業(yè);胡蘿卜、番茄、鯽魚魚籽 無錫萬達華聯(lián)超市。

斬拌機、灌腸機、封口機 福建安井食品股份有限公司;TA - XTPluS質(zhì)構(gòu)儀 英國SMSTA;AL204型電子天平 梅特勒 - 托利多儀器上海有限公司;精密水浴槽 無錫旭野科技有限公司;UNIBERSAL32R冷凍離心機 眾友食品科技有限公司;恒溫雙槽循環(huán)水浴鍋 南京先歐儀器有限公司;HR2096型食品組織搗碎機 荷蘭飛利浦(Philips);2. 5L自動壓蓋式冷凍干燥機 美國LABCONCO;FD53型熱風(fēng)循環(huán)烘箱 BINDER公司。

1.2實驗方法

1. 2. 1 凝膠劣化溫度的評價方法 參照文獻[20]的方法,冷藏白鰱魚糜經(jīng)4℃過夜解凍后,取每份400g于斬拌機中進行斬拌?？諗?min后添加3%食鹽,鹽斬10min,灌腸后分別在40、50、60、70、80、90℃的恒溫水浴中加熱30min,90℃水浴中熟化20min。經(jīng)質(zhì)構(gòu)分析,凝膠強度最低值對應(yīng)的溫度即為凝膠劣化的最適溫度。

1. 2. 2 水分梯度實驗 設(shè)計水分梯度實驗,分別添加魚糜樣品質(zhì)量分數(shù)的5%、10%、15%、20%與40%的水,在鹽斬過程中分三次加入,經(jīng)排氣、灌腸、加熱、過夜冷藏后測其凝膠強度。

1. 2. 3 水分含量的測定方法 水分測定根據(jù)GB 5009. 3—2010執(zhí)行[21]。大米粉、黃糠、白糠按照固體食品水分含量測定法,稱取5g左右試樣(精確至0. 0001g);胡蘿卜、番茄沸水快煮去皮后放入攪拌機中勻漿,取10g樣品放入稱量瓶中,加入定量無水硫酸鈉用玻璃棒攪拌均勻,以增加粘稠樣品的蒸發(fā)表面積;白鰱魚糜解凍后切成2mm薄片,稱取5g左右試樣。樣品加蓋后精密稱量,記為m1。后置于101 ～105℃干燥箱中,瓶蓋斜支于瓶邊,干燥2 ～ 4h后蓋好取出,放入干燥器內(nèi)冷卻0. 5h后稱量。然后再放入101 ～ 105℃干燥箱中干燥1h左右取出,放入干燥器內(nèi)冷卻0. 5h后再稱量。重復(fù)以上操作至前后兩次質(zhì)量差不超過2mg,即為恒重。取最后一次的稱量值,記為m2。計算公式為:

x(%)=(m1-m2)/(m1-m0)×100

(1)

1. 2. 4 冷凍干燥樣品的制備 將番茄、胡蘿卜熱燙后去皮,涼水中冷卻;魚籽去脂肪層,清水沖洗;勻漿后分別平鋪于玻璃大皿中,覆蓋保鮮膜, - 20℃過夜冷藏后置于冷凍干燥機中,將凍干樣品存放于干燥器中待用。

1. 2. 5 凝膠強度的測定方法 水浴加熱處理后的魚糜腸用冰水冷卻至常溫,4℃過夜冷藏。剝?nèi)ツc衣,均切成25mm高圓柱體,質(zhì)構(gòu)儀采用球形探頭P5/S,設(shè)定參數(shù)為測前速率2. 0mm/s,測試速率1. 0mm/s,測后速率10. 0mm/s,下壓距離15mm,觸發(fā)力5g。以60. 00mm/s速度穿刺樣品至15mm處,取8 ～ 10組平行,測其破斷力、破斷距離,計算出凝膠強度,取平均值[22]。破斷力(breaking force,g):穿刺曲線上的第一個峰值;破斷距離(breaking distance,mm):與破斷力對應(yīng)的橫坐標(biāo)為破斷距離;凝膠強度(gel strength,g·cm)=破斷力×凹陷距離。

1. 2. 6 樣品持水率的測定方法 參照Hong等[23]的研究方法,將過夜冷藏的魚糜剝?nèi)ツc衣,切成約2mm薄片,稱量約5g的樣品置于兩層濾紙上,樣品重量記為m1,用濾紙包好后置于離心管中,20℃、5000r/min條件下離心20min,除去濾紙,再次稱量樣品質(zhì)量,記為m2,兩組平行實驗后取平均值。持水率計算公式為:

x(%)=m2/m1×100

(2)

1. 2. 7 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差的形式,方差分析及多重比較采用SAS 8. 0軟件。

表1 物料的水分含量、添加量及補水量Table 1 The moisture content,additive amount and additional water amount of different materials

2 結(jié)果與分析

2.1凝膠劣化最適溫度的確定

為了研究食源性物料對魚糜凝膠強度的影響,選擇在加熱過程中凝膠劣化現(xiàn)象最嚴(yán)重的溫度下進行研究。不同溫度二段式加熱后樣品的凝膠強度如圖1所示。

圖1 不同二段式溫度組合凝膠強度變化曲線Fig. 1 The curves of gel strength in different 2 - phase composite - temperature

由圖1可知,隨著第一段加熱溫度的升高,魚糜的凝膠強度大幅度減小,60℃時達到最低點,此時凝膠劣化程度最為嚴(yán)重,繼續(xù)升溫至90℃,凝膠強度有所回升,但始終低于40 ～ 90℃二段式加熱條件下魚糜樣品的凝膠強度。分析原因為40℃是魚糜內(nèi)源性TG酶的最適溫度[24],可催化蛋白交聯(lián)反應(yīng),大部分水分子截留在其催化形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中,使魚糜具有較高的彈性,樣品具有最高的凝膠強度。隨著溫度的升高熱量激活了部分可催化魚糜自溶作用的內(nèi)源性蛋白酶,如MBP等,在60℃左右達到該酶的最高活性[25],因此凝膠劣化程度升高。繼續(xù)加熱,直至超過該類蛋白酶的最適溫度,熱鈍化作用加劇,凝膠強度逐漸回升。Tanaji Kudre等[26]通過測定TCA - 可溶性肽含量研究了沙丁魚糜凝膠劣化溫度,發(fā)現(xiàn)65℃加熱30min,90℃熟化20min后蛋白水解嚴(yán)重,凝膠劣化程度最高,與研究中得出的60℃加熱30min,90℃熟化20min為白鰱魚糜的凝膠劣化最適溫度的結(jié)論相符,下文實驗均在該溫度條件下進行。

2.2水分含量對魚糜凝膠強度的影響

水分含量對于魚糜制品的凝膠強度、白度等指標(biāo)都有較大影響,但現(xiàn)有的關(guān)于添加物料以提高魚糜制品凝膠強度的研究中,多未考慮水分含量的影響因素[27 - 30]。水分梯度實驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同水分添加量魚糜凝膠強度變化曲線Fig. 2 The strength of modori gel from silver carp added with water at different levels

由圖2可見,水分含量對魚糜凝膠強度的影響較大,隨添水量的增加呈遞減趨勢;分析其原因為水分的添加使蛋白質(zhì)的相對含量減少,交聯(lián)程度降低,從而影響了其凝膠破斷強度。由于少量的水有助于食鹽的溶解,使得斬拌過程中肌原纖維蛋白鹽溶作用增強,更易形成纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),提高魚糜的持水率。而當(dāng)添水量達到15%,即總水分含量超過81%時,多余的水分將從整體上降低魚糜的粘稠度,故魚糜凝膠強度的下降趨勢隨著添水量的增多而愈加明顯。

2.3不同食源性物料等水分添加效果對比

由于不同物料的水分含量差別較大,且已證明水分是影響魚糜制品凝膠強度的重要因素,因而以最終水分含量為總質(zhì)量的80%計算,依照方法1. 2. 3對所選食源性物料的水分含量進行測定,按照公式(1)進行計算,得出樣品所需的補水量,見表1。

調(diào)水?dāng)匕韬蟮聂~糜樣品在凝膠劣化最適溫度下進行二段式加熱,4℃過夜冷藏后測其質(zhì)構(gòu)。添加效果的對比結(jié)果如圖3所示。

圖3 相同水分含量不同食源性物料添加效果對比Fig. 3 Effects of different foodborne materials added at same moisture content

由圖3可見,添加了魚籽的魚糜凝膠強度高于空白樣品,添加黃糠的樣品凝膠強度最低。稻米來源三種結(jié)構(gòu)的粉末狀物料中,黃糠的油脂含量最高,而大米粉的主要成分為淀粉、幾乎不含油脂。實驗中發(fā)現(xiàn),添加了黃糠的魚糜樣品在放置過程中有水分滲出的現(xiàn)象,分析其原因可能是油脂不能對結(jié)構(gòu)的致密性及持水能力起到促進作用,從而導(dǎo)致了水分的滲出。劉海梅[31]等人的研究證明了擂潰工藝中添加淀粉可提高凝膠體的彈性系數(shù),具有一定的“填料作用”,同時增加了干物質(zhì)的含量。這與圖3中的實驗結(jié)果相符,故添加了黃糠、白糠、大米粉的魚糜樣品凝膠強度有所不同,樣品中淀粉含量的差異可能為主導(dǎo)因素。

相比水分含量較低的固體粉末狀添加物,胡蘿卜和番茄勻漿的含水量與魚糜本身的含水量更為接近且加入勻漿物料后的樣品質(zhì)地均勻,添加胡蘿卜的樣品凝膠強度略高于添加番茄的樣品,但均未表現(xiàn)出良好的凝膠劣化抑制作用。分析原因一方面為胡蘿卜和番茄中本身不存在具有抑制內(nèi)源性蛋白酶活的物質(zhì);另一方面為具有抑制作用的物質(zhì)經(jīng)調(diào)水后相對濃度較低,未表現(xiàn)出明顯的抑制效果。

2.4凍干食源性物料對魚糜凝膠強度的影響

為了排除外源性添水對物料中有效物質(zhì)產(chǎn)生稀釋作用的可能,進一步探究番茄、胡蘿卜及魚籽中是否存在可以抑制凝膠劣化作用的物質(zhì)。依照1. 2. 4中的方法對番茄、胡蘿卜、魚籽進行凍干處理,根據(jù)1. 2. 6中的方法測定樣品的持水率并按照公式(2)計算。由于凍干后樣品的水分含量低、各樣品間差異小,且較少的添加量對魚糜樣品最終水分含量影響甚微。故不需調(diào)節(jié)水分含量,直接將凍干樣品磨成粉末后按照魚糜總量的1%添加,灌腸后測其凝膠強度及破斷力。測定結(jié)果如圖4所示,持水率如圖5所示。

圖4 凍干物料添加效果的對比圖Fig. 4 Effects of different Freeze - dried materials added

圖5 含凍干物料魚糜的持水能力柱狀圖Fig. 5 The water - holding capacity of silver carp surimi with Freeze - dried materials

由圖4可知,凍干番茄、胡蘿卜和魚籽可使魚糜凝膠強度和破斷力提高,且添加凍干物料后樣品的持水率與凝膠強度呈正相關(guān),進一步說明了持水能力可從表觀上反映凝膠強度的大小。由于番茄、胡蘿卜的凍干粉末可起到一定的“添料”作用,使得凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密,切面均勻、氣孔減少。故其凝膠強度及持水能力均有所提升。且由于胡蘿卜的纖維含量相對較高,故添加效果較番茄更為明顯。趙勇娟[32]等發(fā)現(xiàn)添加4%及6%烘干芹菜、洋蔥蔬菜粉可提高魚糜凝膠強度,改善質(zhì)構(gòu)特性。而在400g魚糜中添加4g凍干魚籽可使破斷力提高13. 17%,凝膠強度提高10. 26%,與上文中新鮮魚籽勻漿的添加效果相符。通過以上的實驗結(jié)果可進一步證實魚籽中確實存在以SPI為代表的一種或多種蛋白酶抑制物,可有效改善魚糜制品的凝膠特性。本文針對魚籽的最佳添加量及添加形式做了進一步的研究。

2.5魚籽添加量對凝膠強度的影響

2. 5. 1 新鮮魚籽的添加效果研究 考慮到添加成本,在混合斬拌過程中分別添加魚糜質(zhì)量1%以下的新鮮魚籽勻漿,進行低濃度梯度實驗。添加效果與空白樣品的對比結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同濃度新鮮魚籽的添加效果Fig. 6 Breaking force and deformation of modori gel from silver carp added with fresh fish roe at different levels

從圖6可見,添加新鮮魚籽后魚糜的凝膠強度及破斷力均有所提高。在添加量為魚糜質(zhì)量的0. 5%時達到最大值,與空白樣品相比凝膠強度提高了27. 97%。分析其原因可能為固定含量的魚糜樣品中所含的內(nèi)源性蛋白酶含量一定,當(dāng)添加的新鮮魚籽中SPI的抑制效果達到飽和后,多余的樣品并未起到繼續(xù)提高凝膠強度的作用。這與Tanaji Kudre[26]等在研究不同添加量的黑豆分離蛋白(BBPI)和綠豆分離蛋白(MBPI)對沙丁魚糜凝膠劣化作用的抑制效果實驗得出的結(jié)論相似。實驗證明添加BBPI和MBPI至1g100g-1(p<0. 05)時,凝膠化和凝膠劣化過程中TCA可溶性活性肽含量減少至最低。說明BBPI和MBPI具有抑制效果,一定添加范圍可抑制肌肉蛋白的降解,當(dāng)BBPI和MBPI的添加量大于1g100g-1(p>0. 05)時,不會降低TCA可溶性活性肽含量,所以繼續(xù)添加BBPI和MBPI不會進一步抑制凝膠劣化。

2. 5. 2 凍干魚籽的添加效果研究 由于新鮮魚籽易腐敗,不便工業(yè)化貯藏生產(chǎn)。故將新鮮魚籽冷凍干燥后研磨至粉末,進行魚糜質(zhì)量1%以下添加效果的梯度實驗。凝膠強度測定結(jié)果如圖7所示。

圖7 不同凍干魚籽添加量對魚糜凝膠強度的影響Fig. 7 Breaking force and deformation of modori gel from silver carp added with Freeze - dried fish roe at different levels

由圖7可知,不同含量凍干魚籽的添加均可使魚糜樣品的凝膠強度有所提高。圖7中添加了凍干魚籽的魚糜與圖6中添加新鮮魚籽的魚糜凝膠強度及破斷力呈現(xiàn)了相似的變化趨勢,且均在0. 5%的添加量處有最大值。由于魚籽經(jīng)凍干處理后,水分含量大大降低,相同質(zhì)量條件下凍干樣品中的抑制物濃度應(yīng)大于新鮮魚籽,但對比圖6與圖7可知,相同添加量的新鮮與凍干魚籽樣品,前者具有更好的添加效果。分析原因可能為,凍干過程使魚籽中有效成分(即蛋白酶抑制物)的結(jié)構(gòu)遭到了部分破壞,與凍干后樣品中抑制物濃度提高的作用相抵消,最終呈現(xiàn)了與新鮮魚籽相似的添加效果。

3 結(jié)論

3.1溫度梯度實驗結(jié)果表明,60℃為白鰱魚糜凝膠劣化的最適溫度,在60℃ 30min ～ 90℃ 20min的二段式加熱條件下,水分含量的變化對魚糜凝膠強度有較大影響,當(dāng)總水分含量超過81%時下降趨勢明顯增加。

3.2添加1%(w/w)凍干番茄、胡蘿卜、魚籽的樣品,凝膠強度和破斷力均有所提高,各樣品的持水率與凝膠強度呈正相關(guān)。

3.3在通過外源性添水和添加凍干物料以控制樣品總水分含量的復(fù)配實驗中,魚籽的添加均可不同程度地提高魚糜的破斷力和凝膠強度,推測魚籽中可能含有一種或多種抑制內(nèi)源性蛋白酶活的物質(zhì)。

3.4魚籽作為一種營養(yǎng)豐富的食源性物料,在添加量極少的情況下能夠明顯改善魚糜的凝膠強度,0. 5%(w/w)新鮮魚籽的添加可使魚糜制品凝膠強度提高27. 97%。冷凍干燥過程中,蛋白酶抑制物的部分結(jié)構(gòu)可能受到了影響,但有效成分仍具有較高活性,具體作用機理尚待進一步研究。

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