孟 粉,秦求思,董 燁,毛海萍,戴志遠(yuǎn),2,3*
烹飪是將食材經(jīng)一系列的加工轉(zhuǎn)化為食物的過程,使食物富有色、香、味、形、質(zhì)等。我國自古就有很多烹飪方式,包括炒、爆、炸、烹、煎、貼、燒、燜、燉、蒸等26 種。食材經(jīng)烹飪后,不僅通過高溫殺死致病菌提高食品的安全性,而且賦予食物獨特的風(fēng)味,促進(jìn)蛋白質(zhì)變性等[1]。目前主要的加工方式是水煮、汽蒸、油炸、微波、烤制、煎制等,而不同的加工方式會影響食物的質(zhì)構(gòu)和消化特性。
魚類營養(yǎng)價值高,可為人們提供優(yōu)質(zhì)蛋白和不飽和脂肪酸[2-3]。草魚屬“四大家魚”之一,其養(yǎng)殖技術(shù)在我國已經(jīng)非常成熟,產(chǎn)量、產(chǎn)值在世界淡水養(yǎng)殖魚類中排名第一[4]。目前市場上草魚的食用方式主要有:直接烹飪、腌制魚干、魚糜類制品,這3種加工方式各有利弊。直接烹飪既可以保證魚類的新鮮度,又可以選擇自己喜歡的烹飪方式,然而需要花費(fèi)大量的時間。腌制魚干過程中會產(chǎn)生亞硝酸鹽等對人體有害物質(zhì),腌制亦會使蛋白質(zhì)變性,使魚肉制品變硬,失去魚肉原有的嫩滑[5]。魚糜類制品主要是魚丸、模擬蟹棒、魚糕等[6],為使此類產(chǎn)品凝膠強(qiáng)度更好,往往會在加工過程中加入較多的植物蛋白,而完全吃不到魚肉的質(zhì)感,也不能為人們提供優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)。
重組魚排是目前較新穎的一種加工方式[7],既能保持魚肉的質(zhì)感,又能滿足大部分人群的食用需求;重組魚排是利用谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶(glutamine transaminase,TGase) 促進(jìn)蛋白質(zhì)凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成,從而提高制品質(zhì)構(gòu)特性的新型加工方式[8]。TGase 是一種生物類催化劑,被廣泛應(yīng)用于食品加工中,其能夠催化魚肉肌球蛋白中的谷氨酸(Glu)-γ-羧基酰胺基與賴氨酸(Lys)的ε-氨基發(fā)生共價交聯(lián)作用,從而形成分子間或分子內(nèi)的非二硫共價鍵,提高制品的凝膠特性[9]。Liang 等[10]研究發(fā)現(xiàn)加入TGase 可以改善混合凝膠的性能。孟林等[11]研究發(fā)現(xiàn)鴨胸肉糜中加入一定量的TGase,可以提高重組鴨胸肉的保水性和質(zhì)構(gòu)特性。郝鳳霞等[12]研究發(fā)現(xiàn)適量添加TGase,能夠改變蛋白質(zhì)構(gòu)象,提高肉樣的保水性。張怡潔等[13]研究帶魚純魚肉重組制品蛋白質(zhì)體外模擬消化時,發(fā)現(xiàn)TGase組樣品中蛋白質(zhì)體外消化率比對照組高。焦阜欣等[14]研究魚糜凝膠體外消化時,發(fā)現(xiàn)TGase 的加入有利于胃、腸的消化。
不同烹飪方式會影響食物的硬度、彈性、咀嚼性等,且會導(dǎo)致食物中蛋白質(zhì)和脂肪發(fā)生不同程度的變性和氧化,從而影響食物的消化性。探究不同加工方式對重組草魚碎肉的質(zhì)構(gòu)特征和體外模擬消化特征是有必要的。王軍等[15]研究發(fā)現(xiàn)熱處理后豬肉中蛋白質(zhì)的消化率增加;張丹等[16]研究發(fā)現(xiàn)蒸煮后蛋白質(zhì)消化率顯著提高。路紅波等[17]研究發(fā)現(xiàn)熱塑擠壓蒸煮處理方法比傳統(tǒng)熱加工處理方法更能提高魚肉蛋白質(zhì)的消化率。本研究制備不同交聯(lián)程度的魚排,通過水煮、汽蒸、微波、油炸4 種方式進(jìn)行烹飪,再利用質(zhì)構(gòu)儀測定其質(zhì)構(gòu)特性,最后通過模擬口-胃-腸消化來研究不同烹飪方式及酶對其消化性的影響。
鮮活草魚、NaCl(食品級),購于杭州教工路物美超市;谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶(食品級),江蘇一鳴生物有限公司;黏蛋白酶、過氧化物酶等(生物試劑),美國Sigma 公司;胃蛋白酶、胰酶等(生物試劑),國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;KCl、KSCN、NaHCO3等(分析純),國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;BCA 試劑盒(生物試劑),碧云天生物技術(shù)有限公司;考馬斯亮藍(lán)R250、SDS、Tris、Acr、Bis 等(電泳級),伯樂生命醫(yī)學(xué)產(chǎn)品(上海)有限公司。
電子天平(BSA124S-CW),賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司;恒溫水浴鍋(JOANLAB),寧波市群安實驗儀器有限公司;美的多功能電磁爐,美的集團(tuán)有限公司;凱氏定氮儀(Kjeflex K-360),瑞士Buchi 公司;酶標(biāo)儀(SPECTRA MAX190),美國分子儀器有限公司;分光測色儀(CQX:3111),美國Hunter 公司;質(zhì)構(gòu)儀(TMS-Pro),美國FTC 公司;垂直電泳儀(BIO-RAD),伯樂生命醫(yī)學(xué)產(chǎn)品(上海)有限公司;高效液相色譜儀(e2695),美國Waters 公司;均質(zhì)機(jī)(FJ200-S),上海力辰科技有限公司;臺式高速冷凍離心機(jī)(ROTINA 420R),德國ILETTICH 公司。
1.3.1 魚肉前處理 將鮮活草魚宰殺后,去頭、去皮、去尾、去內(nèi)臟,然后進(jìn)行采肉。采下來的魚肉先用4 ℃冰水漂洗3 次,再用0.15%鹽水漂洗1 次,促進(jìn)魚肉脫水。經(jīng)鹽水漂洗后的魚肉放入聚乙烯包裝袋中存于-18 ℃冰箱,1 周內(nèi)使用。
1.3.2 樣品制備 對照組樣品:每100 g 草魚碎肉中加入2.0% NaCl,機(jī)器混勻,入模后40 ℃水浴凝膠3 h;試驗組樣品:每100 g 草魚碎肉中加入2.0% NaCl 和1 U/g TGase,機(jī)器混勻,入模后40 ℃水浴凝膠3 h,然后放入4 ℃冰箱過夜,并將其分成9 組:新鮮魚肉樣品、水煮無TGase 樣品、水煮有TGase 樣品、汽蒸無TGase 樣品、汽蒸有TGase樣品、微波加熱無TGase 樣品、微波加熱有TGase樣品、油炸無TGase 樣品、油炸有TGase 樣品。當(dāng)樣品中心溫度達(dá)到80~90 ℃時視為結(jié)束點,所有樣品一式三份。
1)水煮:將重組魚排樣品放入沸水中,水浴10 min 后取出,吸干表面水分。2)汽蒸:將重組魚排放在帶孔不銹鋼蒸籠上,將蒸籠放入沸騰的鍋中,蒸制10 min,結(jié)束后取出吸干表面水分。3)微波:將重組魚排放入微波爐專用盤中,再放入微波爐中加熱。檔位設(shè)置為中火,加熱2 min,取出后翻面再加熱2 min,結(jié)束后取出吸干表面水分。4)油炸:將重組魚排放入預(yù)先加熱的沸油中,油炸5 min,結(jié)束后吸干表面多余的油分。
1.3.3 體外模擬消化模型 參考Van Hecke 等[18]和胡呂霖等[19]模擬消化液配制方法,進(jìn)行一定的修改,具體如表1所示。稱取5 g 重組魚排樣品,加入10 mL 模擬唾液,均質(zhì)30 s,37 ℃水浴消化5 min;再加入15 mL 模擬胃液(含胃蛋白酶),調(diào)pH值到2.0±0.2 后37 ℃水浴1 h,每隔10 min 搖勻1次;最后加入15 mL 模擬腸液(含胰蛋白酶),調(diào)pH 值到8.0±0.2 后37 ℃水浴2 h,每隔10 min 搖勻1 次。消化結(jié)束后進(jìn)行滅酶,條件為100 ℃水浴5 min,待冷卻后加入15 mL 無水乙醇,4 ℃冰箱冷藏過夜后,8 000 r/min 離心20 min,分別留取口消化后、胃消化后及經(jīng)過整個消化過程的上清液和沉淀,存于-80 ℃超低溫冰箱待用,每個樣品重復(fù)3 次消化試驗。
表1 模擬消化液(唾液、胃液、腸液)成分Table 1 Compositions of digestive juices used for in vitro digestion of fish samples
1.3.4 基礎(chǔ)成分分析
1.3.4.1 水分含量 參考國標(biāo)GB 5009.3-2016《食品中水分的測定》中直接干燥法測定。稱取約2 g 樣品,平鋪于培養(yǎng)皿中,置于105 ℃烘箱中,烘至恒重后稱重。每個樣品重復(fù)試驗3 次,取平均值。
1.3.4.2 蛋白質(zhì)含量 參考國標(biāo)GB 5009.5-2016《食品中蛋白質(zhì)的測定》凱氏定氮法測定。精確稱取0.2000 g 樣品于消化管中,加入6 g 硫酸鉀,0.4 g 硫酸銅,10 mL 濃硫酸,放入消化爐中,先于130℃消化30 min,然后250 ℃消化1 h,待消化結(jié)束后冷卻至室溫,利用全自動凱氏定氮儀測定。每個樣品重復(fù)試驗3 次,取平均值。
1.3.4.3 脂肪含量 參考Folch 等[20]方法,稱取5 g 樣品,加入50 mL 二氯甲烷-甲醇(體積比2∶1)溶液,振蕩均勻,超聲20 min,加入10 mL 雙蒸水,4 ℃離心10 min(8 000 r/min)取底層液體進(jìn)行氮吹,吹干后稱重。每個樣品重復(fù)試驗3 次,取平均值。
1.3.4.4 灰分測定 參考國標(biāo)GB 5009.4-2016《食品中灰分的測定》中食品中總灰分的測定。每個樣品重復(fù)試驗3 次,取平均值。
1.3.5 重組魚排質(zhì)構(gòu)測定 利用質(zhì)構(gòu)儀中TPA程序進(jìn)行測定。重組魚排經(jīng)不同方式烹飪后,切成2 cm×2 cm×2 cm 的正方體,采用P5 圓柱形探頭測定凝膠強(qiáng)度,平行3 次。TPA 參數(shù)設(shè)置如下:測試速度:60 mm/min;觸發(fā)力:0.1 N;形變量:70%。分別記錄硬度、內(nèi)聚性、彈性、膠黏性和咀嚼性。
1.3.6 體外消化率
1.3.6.1 干物質(zhì)消化率 參考Fang 等[21]的方法,分別稱取1 g 消化前的樣品和1 g 消化后的樣品,置于105 ℃烘箱中,烘至恒重,稱量,干物質(zhì)消化率計算公式如下:
式中:W0——消化前的干物質(zhì)含量,g;W1——消化后的干物質(zhì)含量,g。
1.3.6.2 蛋白質(zhì)消化率 參考劉萍等[22]的方法,取消化前和消化后樣品各5 g 左右,于50 ℃烘至恒重。然后分別取消化前烘干樣品和消化后烘干樣品進(jìn)行凱氏定氮,方法參考1.3.4.2 節(jié)。蛋白質(zhì)消化率計算方程如下所示:
式中:DT——蛋白質(zhì)體外消化率,%;W0——消化后烘干沉淀物中蛋白質(zhì)的含量,g;W1——消化前肉樣中蛋白質(zhì)的含量,g。
1.3.6.3 BCA 蛋白濃度 參考李黎[23]的方法,消化后上清液中蛋白質(zhì)濃度用BCA 試劑盒測定。向96孔酶標(biāo)板中加入200 μL 的反應(yīng)液和20 μL 待測樣品或樣品稀釋液。以全蛋白提取液在562 nm 下吸光度為空白對照。每個樣品平行測定3 次。
1.3.7 消化產(chǎn)物的高效液相色譜分析 參考焦阜欣等[14]的方法,采用RP-HPLC 技術(shù)分析不同加工方式樣品的消化產(chǎn)物。根據(jù)消化后樣品極性進(jìn)行分離,極性越強(qiáng)的分子出峰保留時間越短,柱子選用C18 柱。色譜條件如下:流動相A:含0.1%三氟乙酸的水;流動相B:含0.1%三氟乙酸的乙腈;色譜柱:XBridgeC18,150 mm×4.6 mm,5 μm;進(jìn)樣量:15 μL;流速:1 mL/min;檢測波長:220 nm;洗脫程序:0~5 min 流動相B 為0%,5~30 min 流動相B從0%到40%,30~35 min 流動相B 從40%到95%,35~40 min 流動相B 從95%到0%,40 min 停止。
1.3.8 蛋白電泳分析 參考Wasson 等[24]的方法進(jìn)行蛋白質(zhì)電泳,稱取3 g 左右的重組魚排樣品及消化后樣品,加入27 mL 5%的SDS 溶液和27 μL的β-巰基還原劑,均質(zhì)2 min,在80 ℃水浴條件下作用2 h。4 ℃離心20 min(8 000 r/min)取上清液,進(jìn)行SDS-PAGE 電泳。選用10%分離膠和4%濃縮膠,上樣量為10 μL,前30 min 電壓為70 V,之后調(diào)為110 V 至電泳結(jié)束,用考馬斯亮藍(lán)R250 染色40 min,倒出染色液,加入適量脫色液,脫色40 min 后,更換脫色液,繼續(xù)脫色過夜。
作圖采用Oringin 8.0 軟件,平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和顯著性水平均采用SPSS 21.0 和Excel 2013 軟件計算,顯著性分析的置信區(qū)間為95%。
由表2可知,新鮮草魚的基礎(chǔ)成分含量與吳濤[25]、林亞楠[26]測定結(jié)果相似。加工方式和TGase對水分含量影響顯著(P<0.05);其中汽蒸樣品水分含量最高,微波加熱和油炸會使水分含量損失較多,微波加熱的機(jī)理是微波能作用于極性分子,水分子屬于極性分子,在微波能的作用下,水分子會逸出,導(dǎo)致水分含量下降,這與薛長風(fēng)等[27]研究結(jié)果一致;而油炸過程中,由于高溫環(huán)境下,水分從魚排表面迅速蒸發(fā),從而使魚排呈現(xiàn)出較低的水分含量[28]。由于各種加工方式使水分含量均減少,因此蛋白質(zhì)、脂肪、灰分含量略微有所增加;其中油炸處理的樣品脂肪含量最高,這可能是因為高溫油炸會使魚排產(chǎn)生較多孔徑,冷卻過程中內(nèi)外壓力改變較大,增加了魚排表面和內(nèi)部的壓力差,從而增加了油脂吸入驅(qū)動力[29]。
表2 基本成分含量表Table 2 Proximate composition of samples
含有TGase 的樣品經(jīng)水煮、汽蒸、微波處理后水分含量均大于不含TGase 的樣品,這可能是因為TGase 使草魚魚肉凝膠形成更好的三維結(jié)構(gòu),鎖住大量水分;無論是否含有TGase,樣品經(jīng)過不同加工方式處理后,其蛋白質(zhì)、脂肪、灰分含量相差不大。
表3列出了各樣品質(zhì)構(gòu)參數(shù)包括:硬度、內(nèi)聚性、彈性、膠黏性和咀嚼性。其中油炸樣品的硬度最高,在高溫油炸過程中,魚排的水分損失較大,且魚肉肌纖維受熱緊密,因此會使其硬度增加,這與薛冬梅等[30]研究結(jié)果一致;水煮樣品的彈性最好,可能是因為水煮樣品受熱均勻,且溫度沒有其它加熱方式高,對蛋白質(zhì)高溫變性影響較小,而高溫油炸彈性較小,可能是因為油炸過程使蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)遭到破壞。TGase 的添加使樣品的硬度、彈性、膠黏性和咀嚼性均增加,這與María 等[31]研究結(jié)果一致;加入TGase 會使蛋白質(zhì)交聯(lián)程度增加,從而使其硬度增加,且TGase 的加入可以促進(jìn)蛋白質(zhì)分子內(nèi)和分子間形成三維結(jié)構(gòu),從而提高重組魚排的彈性、膠黏性、咀嚼性[32]。
表3 不同處理方式對質(zhì)構(gòu)特性的影響Table 3 Effect of different treatment methods on the texture characteristics
不同加工方式處理的重組魚排經(jīng)過三步消化后的消化率測定結(jié)果如表4示。在三步消化過程中,干物質(zhì)消化率、蛋白質(zhì)消化率及BCA 蛋白濃度均增加,其中口腔消化率最低,其次是胃,消化率最高的是小腸。魚肉蛋白質(zhì)在人體中會先被胃消化,然后在小腸中被進(jìn)一步消化和吸收,這與沈艷奇[33]研究結(jié)果一致。其中,新鮮魚肉體外消化率較加工后高,可能是因為新鮮魚肉蛋白質(zhì)分子聚集性小,在各消化液中其蛋白質(zhì)易被分解,而重組魚排在加入NaCl(或TGase)后,其蛋白質(zhì)分子發(fā)生不同程度的聚集,被不同程度修飾[34],蛋白分子質(zhì)量越大越難被消化。不同加工方式對重組魚排體外消化率有影響,微波和油炸處理后的樣品經(jīng)過整個消化過程后,其體外消化率較低。造成這一現(xiàn)象的原因可能是加熱處理后重組魚排蛋白質(zhì)發(fā)生變性,例如蛋白質(zhì)分子內(nèi)及分子間的伸展、重組等,可能使胃蛋白酶和胰酶作用位點被隱藏[35]。不含TGase 的樣品均比含有TGase 樣品體外消化率高,這是因為TGase 可極大地促進(jìn)蛋白質(zhì)肌原纖維重鏈的交聯(lián),從而形成高分子質(zhì)量的聚集物[36],導(dǎo)致含有TGase 的重組魚排對胃蛋白酶和胰酶有一定的抗性。
表4 樣品模擬體外消化率Table 4 Simulated in vitro digestibility of the sample
2.4.1 模擬口腔消化結(jié)果 將模擬口腔消化后的上清液過0.45 μm 膜后,通過高效液相色譜柱進(jìn)行分離;由圖1可知各樣品經(jīng)過模擬口腔消化后峰形相似,但新鮮魚肉明顯比其它樣品消化率高,這與前文體外消化率測定的結(jié)果一致;各樣品在10 min 附近均有1 個小峰出現(xiàn),因保留時間相對較短,因此可能是一些極性很強(qiáng)的分子,在16~18 min 附近均有兩個小峰出現(xiàn),22 min 附近有出峰趨勢;由圖可知,烹飪方式和TGase 對重組魚排模擬口腔消化影響不大。
圖1 口腔消化后的高效液相圖譜Fig.1 The chromatogram of high performance liquid after oral digestion
2.4.2 模擬胃消化結(jié)果 將模擬胃消化后的上清液過0.45 μm 膜后,進(jìn)高效液相色譜柱進(jìn)行分離;由圖2可知各樣品經(jīng)過模擬胃消化后峰形依然相似,但新鮮魚肉消化率明顯高于其它樣品;在18~28 min 附近出現(xiàn)1 個較大的峰,由此可知經(jīng)過胃消化后產(chǎn)生了較多的極性相對較弱的分子,可能是因為胃蛋白酶主要作用于疏水性氨基酸,例如丙苯氨酸、色氨酸、酪氨酸等[37];由圖可知,水煮類樣品消化率最高,油炸類樣品消化率最低,且水煮樣品中無TGase 的消化率比添加TGase 的消化率高,這與前文研究結(jié)果一致。
2.4.3 模擬腸道消化結(jié)果 將模擬腸消化后的上清液過0.45 μm 膜后,進(jìn)高效液相色譜柱進(jìn)行分離;由圖3可知各樣品經(jīng)過腸模擬消化后峰形依舊相似,且比圖2中的峰更高,這說明胃蛋白酶和胰酶對蛋白質(zhì)作用位點的不同;14~15 min 之間存在峰形的差異,新鮮魚肉樣品峰向下,而其它樣品峰向上,且新鮮魚肉樣品最高峰的保留時間較長,這可能是因為新鮮魚肉樣品沒有加入NaCl 和TGase,蛋白質(zhì)沒有發(fā)生交聯(lián),有較多氨基酸暴露,而胰蛋白酶主要作用于賴氨酸和精氨酸,TGase主要作用于肌球蛋白中的谷氨酸-γ-羧基酰胺基與賴氨酸的ε-氨基發(fā)生共價交聯(lián),減少了胰蛋白酶作用的位點[14]。從高效液相圖譜可觀察到不同烹飪方式下整個消化過程中分子分離情況,口-胃-腸消化圖譜相比,口消化后峰最低、峰面積最小,腸消化后峰最高、峰面積最大,表明腸消化后的消化率最高,這與測定的模擬體外消化率結(jié)果相吻合。
圖2 胃消化后的高效液相圖譜Fig.2 The chromatogram of high performance liquid after pepsin digestion
圖3 模擬腸道消化后的圖譜Fig.3 The chromatogram of high performance liquid after gastrointestinal digestion
由圖4可知,在整個消化過程中,蛋白質(zhì)分子質(zhì)量逐漸變小。圖4a 是消化前各樣品SDS-PAGE電泳圖譜,由圖可知,新鮮魚肉在200 ku 的肌原纖維蛋白重鏈(MHC) 上呈現(xiàn)明顯的條帶,含有TGase 的樣品在200 ku 附近條帶減弱甚至消失,這說明大部分的TGase 反應(yīng)發(fā)生在肌球蛋白重鏈上即分子質(zhì)量為200 ku,這與Herranz 等[38]研究結(jié)果一致。圖4b 是經(jīng)過模擬口腔消化后的樣品圖譜,由圖可知44.3 ku 附近的蛋白質(zhì)分子明顯比消化前增多,44.3 ku 以下的條帶更加明顯,這說明口消化后一小部分大分子物質(zhì)會被分解。圖4c 是經(jīng)過模擬胃消化后的樣品電泳圖譜,微波和油炸處理后的樣品在44.3 ku 附近含量較高,說明其胃消化率較低,這與前文研究結(jié)果一致。圖4d 是經(jīng)過模擬腸消化后樣品電泳圖譜,由圖可知經(jīng)過模擬腸消化后,蛋白質(zhì)分子變成了多肽,汽蒸和水煮樣品仍存在一些低分子質(zhì)量的條帶,這說明烹飪方式會影響最終消化產(chǎn)生多肽的含量,這與胡呂霖等[19]研究結(jié)果一致。
圖4 SDS-PAGE 電泳圖譜Fig.4 The Tricine-SDS-PAGE pattern
本試驗研究了烹飪方式及TGase 對重組魚排基礎(chǔ)成分、質(zhì)構(gòu)及體外模擬消化的影響。其中基礎(chǔ)成分分析結(jié)果表明:含有TGase 的樣品經(jīng)水煮、汽蒸、微波處理后水分含量均大于不含有TGase 的樣品,各樣品蛋白質(zhì)、脂肪、灰分含量均比新鮮魚肉高,油炸處理后的脂肪含量最高。質(zhì)構(gòu)測定結(jié)果表明:油炸樣品硬度最高,水煮樣品彈性最好,TGase 的加入可使硬度、彈性、膠黏性和咀嚼性均增加。模擬體外消化結(jié)果表明:微波加熱和油炸樣品消化率較另外兩組偏低,高效液相結(jié)果顯示不同消化步驟的峰圖有明顯的不同,但不同烹飪方式及酶對消化產(chǎn)物峰圖影響不大,這表明加入TGase 不會明顯影響樣品的消化率;SDS-PAGE 電泳圖譜顯示了整個消化過程中分子質(zhì)量逐漸變小。