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(1.淮海工学院海洋生命与水产学院/江苏省海洋生物技术重点实验室,江苏连云港 222005; 2.连云港五岳紫菜有限公司,江苏连云港 222045)

紫菜是红藻门(Rhodophyta)、紫菜属(Porphyra)大型海藻的总称,是最重要的经济藻类之一。坛紫菜(Porphyrahaitanensis)和条斑紫菜(Porphyrayezoensis)是我国两大紫菜栽培种类。目前,市售坛紫菜几乎皆为干制品,类型单一。而且,10～12 kg鲜紫菜干制后仅能得到1 kg干紫菜,其过程还会消耗大量热能并产生下脚料。因此,开发干制品之外的坛紫菜加工品具有重要意义。

凝胶类食品,如素肉、豆腐、凉粉等,是深受我国人民喜爱的传统食品,消费市场巨大。目前,在鲜紫菜干制的基础上开发紫菜鱼素糕[1]、紫菜肉丸[2]、紫菜内酯豆腐[3]及紫菜火腿肠[4]等凝胶类食品已有报道,但是以鲜紫菜为原料且摒弃干制工序以制备凝胶类食品的研究鲜有报道。蛋白质和多糖在同一体系共存时,两者之间的热力学不兼容而导致相分离,可以形成共混凝胶[5]。坛紫菜的非水成分主要是蛋白质和多糖[6],理论上可用来制备共混凝胶。质地是凝胶类食品的重要品质,但是本实验室前期研究表明,仅以鲜坛紫菜为原料制备的凝胶具有强度低和粘弹性弱的缺陷。大豆蛋白常被用作凝胶类食品的基料或添加物,但是尚无其与紫菜复合以制备共混凝胶的报道。因此,本文以鲜坛紫菜为原料,摒弃干制处理,将其与大豆分离蛋白复合,研究所制备共混凝胶的质地,期望为利用坛紫菜开发凝胶食品提供新的技术和理论。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

鲜坛紫菜(Porphyrahaitanensis) 连云港五岳紫菜有限公司;食品级纤维素酶(酶活力为10万U/g) 和氏璧生物科技有限公司;食品级谷氨酰胺转氨酶(酶活力为100万U/g) 河南千志商贸有限公司;食品级复合型尼龙肠衣膜(罐后直径28 mm) 哈尔滨康源食品原料有限公司;食品级大豆分离蛋白(蛋白质≥90%,以干基计) 临沂山松生物制品有限公司;食品级磷脂 嘉吉投资(中国)有限公司;食品级复合磷酸盐 徐州海成食品添加剂有限公司;市售马可波罗特级火腿肠 双汇集团;金钱圆素鸡 祖名豆制品股份有限公司。

PS100型平板式离心机 张家港市乐余润捷机械厂;MTK 662型斩拌机 马多(北京)机械制造有限公司;CMD2000/4高剪切研磨分散机 切可(上海)机械设备有限公司;DDQ-A20D1搅拌机 广东小熊电器有限公司;TMS-Pro质构仪 美国FTC机械设备有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 共混凝胶的制备 连云港五岳紫菜有限公司将收割后的鲜坛紫菜运至实验室后,分拣以除去杂藻及其他杂物,然后用平板式离心机脱水后置-20 ℃下保存备用。将冻结的紫菜解冻至-5～0 ℃后用斩拌机斩拌,按1∶1(紫菜∶水)的质量比加水后，用高剪切研磨分散机进行湿法超微粉碎处理,获得紫菜匀浆液。将紫菜匀浆液与大豆分离蛋白及其他配料混合后进行配制处理,处理后的物料进行灌肠、加热、冷却处理,获得共混凝胶,基本技术路线见图1。

图1 制备共混凝胶的基本技术路线Fig.1 Basic technical route for preparing mixed gel

1.2.2 坛紫菜含量对凝胶质地品质的影响 按表1实验配方对紫菜匀浆液、水、磷脂和大豆分离蛋白进行配制处理,从而研究坛紫菜含量对凝胶质地品质的影响。将配制所需的各成分混匀后进行如图1所示的后续处理,制得共混凝胶。用质构仪分析共混凝胶的质地品质。

表1 实验配方Table 1 Formulas of experiments

1.2.3 酶和复合磷酸盐对凝胶质地品质的影响 以表1中配方3的各成分的总质量为基准,分别加入0.26%的纤维素酶、0.21%的谷氨酰胺转氨酶和0.21%的复合磷酸盐制成共混凝胶,用质构仪分析凝胶的质地品质,研究酶和复合磷酸盐对凝胶质地品质的影响。配制时,将各成分混匀后置45 ℃下反应30 min,然后进行图1所示的灌肠等后续处理。

1.2.4 共混凝胶与市售凝胶食品的质地品质差异 利用1.2.3中所述的配方3,以及该配方中加入纤维素酶的配方分别制备共混凝胶,然后将他们与某市售火腿肠和某市售素鸡产品进行质地品质比较,研究共混凝胶与市售凝胶食品的质地品质差异。用质构仪分析试样的质地品质。市售火腿肠和市售素鸡用模具取直径28 mm和高度20 mm的试样后进行分析。

1.2.5 凝胶的质地品质分析 用质构仪对样品进行质地剖面分析(texture profile analysis,TPA)实验和剪切实验,评价凝胶的质地品质。

1.2.5.1 TPA实验 由肠衣膜规格可知,通过灌肠所制备的样品直径为28 mm。美国分析化学家协会推荐采用类似1英寸(25.4 mm)规格的探头对凝胶类甜品进行TPA测试[7],因此,本文采用直径25.4 mm的圆柱型探头。参考Pons等[8]和姜松等[9]的报道,试样高度设置为20 mm,压缩变形量设置为70%。其他测试参数:触发力1 N,测定速度36 mm/min,回程速度36 mm/min,两次压缩(回程循环)的时间间隔1 s。

TPA参数定义:硬度(Hardness)指第1次压缩/回程过程中负载力的峰值;粘聚性(cohesiveness)指第2次压缩与第1次压缩的输入功(负载力对位移的积分面积)比值;弹性(Springiness)指第2次压缩过程中从触发样品压缩到压缩结束的位移;胶着性(Gumminess)指“硬度×粘聚性”;咀嚼性(Chewiness)指“硬度×粘聚性×弹性”。Cui等[10]对草本凝胶的研究表明,仪器的硬度、弹性和咀嚼性参数和感官的硬度、弹性和咀嚼性均具有显著(p<0.05)相关性,因此本文选用仪器的硬度、弹性和咀嚼性参数作为指标。

1.2.5.2 剪切实验 探头:Warner-Bratzler剪切探头(CW-1型,61 °剪切角)。测试参数:触发力3N,测试速度48 mm/min,最大距离40 mm。最大剪切硬度值(N)定义为剪切过程中负载力的峰值。

2 结果与分析

2.1 坛紫菜含量对凝胶质地品质的影响

由表2可知,在硬度和咀嚼性方面,样品3均显著(p<0.05)高于其他样品;在弹性方面,样品3显著(p<0.05)低于样品2,和样品1无显著性(p>0.05)差别,但是显著(p<0.05)高于其他样品。

表2 样品的TPA测试指标Table 2 Indicators of TPA test of samples

质地品质是评价凝胶类食品的重要指标,基于质构仪的TPA是一种快速、可定量的分析技术,被广泛应用于凝胶质构特性分析[7-15]。由表1可知,样品1依次至样品7,配方中紫菜匀浆液含量依次增加,而水分含量依次减少。因此,表2的结果说明共混凝胶中的紫菜含量过高，会导致硬度、弹性、咀嚼性均变差。但是,紫菜含量也不宜过低,只有合适的紫菜含量才能改善共混凝胶的硬度、弹性和咀嚼性。比较样品2和样品3的质地指标可知,当配方中紫菜匀浆液含量从样品2的34%(即17%的坛紫菜,指离心脱水后的坛紫菜)增加到样品3的40%(即20%的坛紫菜,指离心脱水后的坛紫菜)时,硬度和咀嚼性均显著(p<0.05)提高,而弹性显著(p<0.05)降低。感官质地属性中,硬度指使样品获得一定形变所需的力;弹性指形变力移除后,变形样品回复到形变前状态的程度;咀嚼性指咀嚼固体样品至可吞咽状态所需的能力[16]。 Meullenet等[17]对食品的感官评价研究表明,硬度和弹性负相关,和咀嚼性正相关。由表2可知,样品2和样品3的仪器TPA参数硬度、弹性和咀嚼性具有类似的变化趋势,因此一定条件下样品的TPA参数可以反映其感官品质,这与Cui等[10]的研究结果一致。样品中的主要成分是多糖、蛋白质和水,微量的磷脂可以起到乳化剂的作用。蛋白质和多糖共存时,大分子上的部分基团可以相互连接,赋予聚合物一些独特的性质,如增强其乳化性、凝胶性等[18]。食品工业中,常用多糖和蛋白质的共混体系提高产品的质地品质[19-20]。表2的研究结果表明,配方3的共混体系可以提高产品质地;样品3的质地品质最好,其配方中含有40%的紫菜匀浆液(即20%的坛紫菜,指离心脱水后的坛紫菜)和34%的大豆分离蛋白。

多糖和蛋白质共混凝胶类型主要包括互穿型、连接型和相分离型:互穿型结构中两组分分别形成独立网络结构,两种凝胶网络都是连续的,相互作用仅是拓扑作用;连接型凝胶形成前高分子间直接连接,增效相互作用;相分离凝胶由不相容的高分子形成,相分离过程和凝胶过程一般发生竞争,导致体系的复杂性增加[5]。因此,样品3的共混凝胶类型值得深入研究。多数凝胶多糖在溶液中带负电荷,而蛋白质呈两性,所以两者发生交互作用时以静电作用为主,疏水和氢键的作用次之[21]。凝胶网络越致密、越均匀,网络支架大小越均一,则凝胶强度越大[21]。因此,酸碱度和离子强度对样品凝胶强度的影响也值得深入研究。

由图2可知,样品3的最大剪切硬度值显著(p<0.05)高于其他样品,这与表2中样品3的硬度和咀嚼性的情况一致。因此,剪切实验的最大剪切硬度值和TPA实验的硬度、咀嚼性均具有正相关,这与Caine等[22]的研究结果一致。Warner-Bratzler剪切实验已成为评价肉及肉制品的硬度(嫩度)的常用客观评价方法[22]。图2的最大剪切硬度值指示样品被切断过程所受的最大力,能够反映样品的硬度或嫩度[22]。因此,以最大剪切硬度值为指标,样品3的质地品质最好,这与表2的实验结果一致。

图2 样品的剪切测试指标Fig.2 Indicators of shear test of samples注:不同字母表示具有显著性差异(p<0.05)。样品1,2,3,4,5,6分别为用表1中配方1,2,3,4,5,6制备的样品。

2.2 酶和复合磷酸盐对凝胶质地品质的影响

由表3可知,在硬度和弹性方面,样品A显著(p<0.05)高于对照,而样品B和样品C均和对照无显著性(p>0.05)差异;在咀嚼性方面,样品A显著(p<0.05)高于对照,而样品B和样品C均显著(p<0.05)低于对照。

紫菜细胞壁的主要成分是多糖,紫菜蛋白质是胞内蛋白质。利用纤维素酶水解紫菜细胞壁可显著提高紫菜蛋白的提取率[23]。表3的结果表明,添加纤维素酶的样品A的硬度、弹性和咀嚼性均高于对照,表明纤维素酶通过分解紫菜细胞壁,使体系的大分子多糖降解并释放胞内蛋白质,这种作用有助于样品质地品质的提高,原因可能在于该作用可强化凝胶形成过程中多糖和蛋白质分子的相互作用,使凝胶体形成更致密、更均匀的网络结构。此外,大分子多糖降解可产生水溶性更强的小分子产物,促进其与体系中水分子以及大分子的极性基团的相互作用,也有助于凝胶质地品质的提高。

表3 酶和复合磷酸盐对样品TPA质地指标的影响Table 3 Effects of enzymes and compound phosphates on the indicators of TPA test

谷氨酰胺转氨酶是一种催化酰基转移反应的转移酶,它能使蛋白质之间发生交联反应,形成ε-(γ-谷氨酰)赖氨酸键而改变蛋白质的结构和功能性[24]。表3的结果表明,谷氨酰胺转氨酶的作用不能够提高样品的质地品质,原因在于谷氨酰胺转氨酶不能够有效催化反应体系中各分子间发生酰基转移反应,不能够使凝胶体形成更致密、更均匀的网络结构。表3的结果表明,加入复合磷酸盐也不能够提高样品的质地品质。在肉制品加工过程中使用碱性的磷酸盐能够使pH偏离肌肉蛋白的等电点,还能够增加离子强度,有利于肌原纤维蛋白溶出,增强其与水形成胶体的作用,从而在加热过程中使溶出的蛋白质迅速凝固,形成特殊的、能够束缚水的三维格网状结构[25]。因此,复合磷酸盐常被应用于肉制品的加工以提升肌肉保水能力,改善肉制品的凝胶质地。对照样品主要包含大豆分离蛋白、紫菜蛋白等植物蛋白,还包括少量的紫菜多糖和乳化剂磷脂,其成分复杂,且所包含的蛋白质在结构和性质上均不同于肌肉蛋白。因此,实验条件下加入复合磷酸盐不能够提高样品的质地品质,这不同其在肉制品中的应用效果。

由图3可知,在最大剪切硬度值方面,样品A显著(p<0.05)高于其他样品,而样品B和样品C均和对照无显著性(p>0.05)差异。图3中样品最大剪切硬度值的变化和表3中样品硬度和弹性变化情况一致,同样表明纤维素酶的作用有助于样品质地品质的显著(p<0.05)提高,而谷氨酰胺转氨酶和复合磷酸盐的作用均不能够提高样品的质地品质。

图3 酶和复合磷酸盐对样品剪切质地指标的影响Fig.3 Effects of enzymes and compound phosphates on the indicators of shear test注:标有不同字母的结果具有显著性差异(p<0.05)。对照为用表1中配方3制备的样品。样品A、B、C分别为对照中添加纤维素酶、谷氨酰胺转氨酶、复合磷酸盐制备的样品。

2.3 共混凝胶与市售凝胶食品的质地品质比较

由表4可知,在硬度和弹性方面,火腿肠显著(p<0.05)高于对照1,而和对照2无显著性(p>0.05)差异;在咀嚼性方面,火腿肠显著(p<0.05)低于对照1,也显著(p<0.05)低于对照2;素鸡在硬度、弹性和咀嚼性三方面均显著(p<0.05)高于对照1,也显著(p<0.05)高于对照2。

表4 共混凝胶与市售凝胶食品的TPA质地指标差异Table 4 The TPA indicator differences between mixed gels and commercial gel foods

在食品质地的仪器评价中应选择参考样品,参考样品应被人们近期所熟知,具有广泛性[26]。火腿肠是深受消费者喜爱的肉类凝胶食品,可被用作评价食品硬度(嫩度)的标准参考样[26];素鸡是我国的传统豆制凝胶食品,为大众所熟知。本文研究坛紫菜与大豆分离蛋白共混凝胶的质地,旨在为将来开发凝胶食品提供基础,因此本文选择市售火腿肠和素鸡产品作为对照样品,探讨它们之间的质地差异。表4的实验结果表明,用表1中配方3制备的共混凝胶在硬度和弹性方面低于火腿肠,但是咀嚼性更高;添加纤维素酶制备的共混凝胶在硬度和弹性上和火腿肠相当,且咀嚼性更高。市售素鸡产品的硬度、弹性和咀嚼性均显著地(p<0.05)高于本研究制备的共混凝胶和市售火腿肠,原因可能在于制备工艺上存在较大差别。表4的结果表明,本研究制备的共混凝胶制备技术具有商业化的潜力,以其为基础可以开发紫菜/蛋白凝胶食品,但是其营养价值和风味丰富尚需深入研究。

3 结论

本文研究了坛紫菜与大豆蛋白共混凝胶的质地。结果表明,当配方中坛紫菜含量从17%增加20%时,共混凝胶的硬度、咀嚼性和最大剪切硬度值均显著(p<0.05)提高,而弹性显著(p<0.05)降低。当配方中含有20%的坛紫菜和34%的大豆分离蛋白时,所制备的共混凝胶在硬度、咀嚼性和最大剪切硬度值方面最优。利用该配方制备的共混凝胶在硬度和弹性上低于某市售火腿肠,但是咀嚼性更高;在该配方中应用0.26%的纤维素酶可显著(p<0.05)提高共混凝胶的硬度、弹性、咀嚼性和最大剪切硬度值,使其在硬度和弹性上和该市售火腿肠相当,且咀嚼性更高。研究结果对利用坛紫菜开发凝胶类食品具有重要指导价值。