不同NaCl浓度条件下亚麻籽胶对肉糜乳化凝胶特性的影响

冯美琴1,刘雯燕2,孙 健2,*,徐幸莲2,周光宏2

(1.金陵科技学院动物科学与技术学院,江苏 南京 210038;2.南京农业大学食品科学技术学院,国家肉品质量安全控制工程技术研究中心,江苏 南京 210095)

摘 要:通过对出水出油率、质构、扫描电镜、脂肪微粒表面蛋白量以及蛋白电泳的测定和观察,研究不同NaCl浓度条件下亚麻籽胶对肉糜乳化凝胶特性的影响。研究发现,NaCl浓度的降低(0.6~0 mol/L)会增加肉糜的出水出油率,质构变差,减少脂肪微粒表面蛋白含量。而亚麻籽胶的添加可以显著增强凝胶的保水、保油性(P<0.05),改善凝胶的网络结构,并且还会提高脂肪微粒表面蛋白的种类和数量,提高乳化稳定性(P<0.05)。由此可见,低NaCl浓度(0~0.4 mol/L)会造成乳化肉制品品质劣变,亚麻籽胶的加入可以改善低NaCl浓度造成的品质降低。

关键词:亚麻籽胶;肉糜;乳化;凝胶;脂肪微粒表面蛋白

亚麻籽胶又名富兰克胶,是一种来源于亚麻籽(Linum usitatissimum)的亲水胶体,其常从亚麻籽壳或亚麻籽粉中提取出来[1-2]。亚麻籽胶除具有多糖的结构和功能外,特殊之处还在于结合了10%~30%的蛋白质,赋予亚麻籽胶优于其他胶体的乳化性能,表现出优良的亲水亲油、乳化活性和乳化稳定性[3]。另外,亚麻籽胶具有类似于膳食纤维的健康功效[2],能够降低糖尿病、心脏病的发生风险,预防癌症,减少肥胖的发生率。亚麻籽胶因具有优良的胶凝性、持水性、乳化性、增稠性等功能特性在食品工业中具有广阔的应用前景[4],尤其是肉制品工业。孙健等[5]发现亚麻籽胶能够显著提高猪肉肠的保水能力。并且发现不同多糖保水及保油能力顺序为亚麻籽胶>黄原胶>卡拉胶。杨雪等[6]研究亚麻籽胶对淀粉火腿肠的影响,结果表明亚麻籽胶能够改善火腿肠的感官品质,且对防止淀粉老化具有重要作用。

糜类肉制品是将瘦肉、肥膘、食盐、亲水胶体和水等经过绞碎、斩拌、熟制、冷却等工艺加工而成的乳化肉制品。因其口感清淡,爽口鲜嫩,日益成为消费者喜爱的肉食制品之一[7]。在生产过程中,食盐的加入可以提取盐溶性蛋白,改善肉制品的品质。汪张贵[8]研究表明高浓度的NaCl可以提高肉糜中脂肪表面蛋白吸收量,提高肉糜的乳化稳定性。李可等[9]研究发现在猪肉糜加工中添加食盐能够使肉糜蛋白质的二级结构发生改变,同时会增强蛋白质的水合作用,从而有利于改善猪肉糜的加工特性。但是,钠的过量摄入会引发心脑、血压等疾病,危害身体健康。因此,可以通过添加亚麻籽胶等亲水胶体改善糜类肉制品的产品品质。目前,已经有较多研究报道了NaCl对糜类肉制品品质的影响,但有关亲水胶体在不同NaCl浓度条件下对肉糜乳化凝胶功能特性的影响却鲜有报道。

因此,本实验通过测定肉糜凝胶的出水出油率、质构(硬度、弹性、黏聚性、咀嚼性)、扫描电镜观察、脂肪微粒表面蛋白吸收量以及脂肪微粒表面蛋白膜组分研究不同NaCl浓度条件下,亚麻籽胶对肉糜乳化凝胶功能特性的影响,为亚麻籽胶在肉制品的应用提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

猪背最长肌及背膘购自南京苏果超市,为常规冷却排酸肉,分3 次采样。将背最长肌和背膘切成小块,分别用4.5 mm和7.5 mm筛孔绞肉机绞碎,真空包装,-20 ℃保存。

亚麻籽胶(纯度99.8%,含16.09%蛋白质、5.10%水、4.35%灰分) 新疆绿旗公司;宽范围蛋白质(分子质量标准11~250 kDa) 美国Promege公司;NaCl、磷酸氢二钾(均为分析纯) 南京化学试剂有限公司;盐酸(分析纯) 南京挪亚化工有限公司;2.5%戊二醛(分析纯) 上海釜诚生物科技有限公司;95%乙醇(分析纯) 广东华大公司;三羟甲基氨基甲烷(tris(hydroxymethyl)methyl aminomethane,Tris)(分析纯) 北京索莱宝科技有限公司;无水乙醇(分析纯)国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

UMC-SC型乳化混合机 德国Stephan机械有限公司;Ja2003电子天平 上海天平仪器厂;YP1201N电子天平 上海精密科学仪器公司;UV-2450紫外-可见分光光度计 日本岛津公司;Avanti J-E高速离心机 美国Beckman Coulter公司;PowerPac Basic电泳仪、Universal Hood II凝胶成像仪 美国Bio-Rad公司;TY 80S脱色摇床 南京大学南达生物技术有限公司;TA-XT2i质构仪 英国Stable Micro System公司;MM-I2型绞肉机 广东省新通力食品机械有限公司;S-3000N型扫描电镜 日本Hitachi公司。

1.3 方法

1.3.1 亚麻籽胶肉糜的制备

亚麻籽胶添加量依据已有的研究结果[10],在添加质量分数0.4%亚麻籽胶条件下,猪油乳液能够保持相对稳定,并且在低NaCl浓度(0、0.2 mol/L)条件下没有发生乳析现象。

称取100 g肉样置于Stephan乳化混合机中,分别加入0、0.2、0.4、0.6 mol/L NaCl溶液200 mL,3 000 r/min斩拌3 min,再加入50 g背膘,3 000 r/min斩拌3 min,最后根据要求加入0.4%的亚麻籽胶3 000 r/min斩拌2 min。所有过程在4 ℃条件下进行。

1.3.2 肉糜乳化稳定性的测定

根据Hughes[11]和Lurueña-Maetinez[12]等的方法并略有修改。向质量为M0,50 mL离心管中加入制备的样品(M1),500×g离心3 min后在70 ℃水浴锅中加热30 min,置于冰水中迅速冷却,3 000×g离心5 min后向表面皿(M2)中倒出游离出来的液体,称量去水后离心管(含肉糜)的质量(M3),将表面皿烘干后其质量(M4)。出水率、出油率按公式(1)、(2)计算:

1.3.3 凝胶强度的测定

采用物性测试仪TPA程序模块测定凝胶强度。将样品用双切刀切成等高的圆柱形,置于测试平台。测试参数:压缩百分比50%;触发力5.0 g;测前速率1.0 mm/s;测试速率2 mm/s;测后速率10 mm/s;停留时间5 s。测试前先将样品放在室温条件下平衡30 min后再测定。每个处理组设有3 个重复。

1.3.4 肉糜微观结构的扫描电镜观察

将肉糜凝胶切成1 cm×1 cm×1 cm的小方块,置于孔板中,再加入2.5%戊二醛溶液,然后用磷酸缓冲液漂洗数次,接着用1%四氧化锇溶液固定,用缓冲液漂洗数次,接着用乙醇脱水。用醋酸戊酯置换乙醇同时干燥。用银粉导电胶固定样品,在镀膜机内镀金属膜,最后在扫描电镜下观察和拍照。

1.3.5 脂肪微粒吸收蛋白量的测定

参照Mourtzinos等[13]的方法并略有修改。取3 g样品置于离心管中,加入30 mL pH值为6.5的磷酸缓冲液,混匀1 000×g离心10 min,出现3 层,取最上层白色的乳化脂肪层。然后再加入4 倍体积的含有1%十二烷基硫酸钠的Tris缓冲液(pH 6.8),放置-20 ℃条件下冻存12 h,在4 ℃条件下解冻,重复3 次。最后10 000×g离心10 min,取下清液,采用Lowry方法测定蛋白质含量。

1.3.6 脂肪微粒表面蛋白膜组分分析

取上述分离出来的脂肪微粒吸收蛋白质溶液,采用十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳系统进行分析。样品的上样量为10 μL,标准品的上样量为6 μL。其中采用4%浓缩胶,10%分离胶。首先采用80 V电压,待分离线进入分离胶后调节电压为120 V。电泳结束染色(0.1%考马斯亮兰R250、10%乙酸、50%甲醇)1 h后,脱色(7%乙酸、25%甲醇)2 遍,直到背景清晰。

1.4 数据统计分析

每个实验重复3 次,采用SAS 9.2统计软件计算,数据以 ±s表示。用Duncan’s multiple range test程序分析差异,并进行单因素方差分析及t检验,评估样本组之间的差异(P<0.05,差异显著)。

2 结果与分析

2.1 NaCl浓度对肉糜乳化稳定性的影响

从图1可以看出,随着NaCl浓度的增加,猪肉糜的出水出油率显著降低(P<0.05),在0.6 mol/L NaCl达到最小值。NaCl的加入可以明显改善肉糜加热后出水、出油的问题,提高肉糜的乳化稳定性。另外,在所有NaCl浓度范围内,0.4%亚麻籽胶的加入可以降低肉糜凝胶的出水出油率。例如,在NaCl浓度为0 mol/L条件下,不含亚麻籽胶肉糜的出水率为31.47%,而含有亚麻籽胶的糜类肉制品可以将出水损失降低到14.43%,大大提高了肉糜凝胶的保水性。

图1 NaCl浓度对猪肉糜出水率(A)和出油率(B)的影响
Fig. 1 Effect of different NaCl concentrations on water loss rate (A) and oil loss rate (B) of pork meat batters

乳化肉制品(即糜类肉制品)是由多种体系构成的复杂体系,其中包括游离脂肪液滴、盐溶性蛋白质的水溶液、蛋白包围住的脂肪、蛋白质胶体结构乳液等[8]。而乳化肉制品的关键是如何结合水和脂肪的技术问题。结合水主要是依靠肌肉蛋白结合肌肉本身和外加的水,结合脂肪主要是依靠蛋白质网状结构吸附脂肪。因此,评价乳化肉糜的出水出油率对评价乳化肉制品具有重要的指导意义,反映了产品的乳化稳定性和产品品质。NaCl的添加,使得更多盐溶性蛋白溶出,加热逐渐变性,形成稳定的、富有弹性的蛋白凝胶网架,束缚肉糜中的大量游离水分,从而提高了乳化肉糜的保水性。陈驰等[14]研究牦牛肉糜时,也发现随着NaCl浓度的提高,肉糜的保水性也随之提高。Shao Junhua等[15]通过低场核磁研究发现NaCl会影响水的流动性和分布性,从而改善肉制品持水能力。而盐溶性蛋白的溶出也可以促进更多的蛋白包裹住脂肪,并且蛋白网络结构也可以将脂肪微粒包围,从而提高了肉糜的保油性[9,16]。亚麻籽胶的加入降低了乳化肉糜的出水率,增加了肉糜的持水性,一方面可能是亚麻籽胶属于亲水性胶体,其高持水性发挥了一定的作用,另一方面,可能是亚麻籽胶与肌肉蛋白的相互作用增强,使肉糜的胶体结构更为致密,因此保水性大大增加[17]。周盛敏等[18]研究魔芋多糖对肉丸制品的保水性时,报道了类似的结果。并且,亚麻籽胶作为一种良好的乳化剂[19-20],可以通过包裹脂肪或者与蛋白质结合构成的网状结构吸附和稳定脂肪。

2.2 NaCl浓度对肉糜质构的影响

表1 NaCl浓度对肉糜质构的影响
Table 1 Effect of different NaCl concentrations on texture properties of pork meat batters

分组 NaCl浓度/(mol/L) 硬度/g 弹性/g 黏聚性/g 咀嚼性/g 589.6±35.0C* 0.477±0.027B0.353±0.046C92.61±3.07C**0.2 726.1±36.0B* 0.489±0.008B0.416±0.038C125.89±17.58C0.4 815.3±24.3B* 0.539±0.064B0.488±0.025B169.66±23.65B0.6 1 772.9±96.1A*0.785±0.042A* 0.693±0.032A*985.48±22.48A*0不含亚麻籽胶0含有亚麻籽胶465.6±41.5c0.479±0.018c0.409±0.034d83.41±1.91c0.2 523.9±24.9c0.564±0.056b0.468±0.035c104.43±6.82c0.4 609.2±12.8b0.594±0.004b0.526±0.014b154.75±10.69b0.6 874.3±58.3a0.680±0.015a0.587±0.017a318.41±26.78a

由表1可以看出,随着NaCl浓度的提高,含有亚麻籽胶和不含亚麻籽胶的猪肉糜凝胶的硬度、弹性、黏聚性和咀嚼性均显著提高(P<0.05)。当NaCl浓度达到0.6 mol/L时,不含亚麻籽胶肉糜凝胶的硬度和咀嚼性成倍增加。例如,0.4 mol/L NaCl条件下,肉糜的硬度为815.3 g,而在0.6 mol/L NaCl条件下硬度达到了1 772.9 g,是0.4 mol/L NaCl条件下硬度的2 倍多。而且0.6 mol/L NaCl条件下咀嚼性为0.4 mol/L NaCl的5.8 倍。除0.6 mol/L NaCl条件下,不含亚麻籽胶的肉糜凝胶的质构指标均大于含有亚麻籽胶的肉糜凝胶质构值,其他NaCl浓度条件下也展现了一定的趋势。在同一NaCl浓度条件下(除0.6 mol/L NaCl),含有亚麻籽胶凝胶的硬度和咀嚼性均小于不含亚麻籽胶的凝胶,而含有亚麻籽胶凝胶的弹性和黏聚性均大于不含亚麻籽胶的凝胶。

质构是食品组织结构的一组物理特性(主要是力学特性)[21-22],是评价食品品质的重要依据。而物性测试作为质构剖面分析的客观方法,通常其测定结果与感官评定的结果有很好的相关性[23]。并且,肉制品加工方式及贮藏条件、添加物的种类和含量、肌肉蛋白质的环境条件都会对质构品质产生影响[24]。随着NaCl浓度的提高,肌原纤维蛋白的溶解度随之增大,从而增强了蛋白质间的连接和强度,提高了样品的质构品质[25]。Benito等[26]认为离子强度对肌原纤维蛋白凝胶的硬度有较大影响。Barbut等[27]也发现高食盐含量会增加禽肉糜的硬度。而随着蛋白变性聚集,亚麻籽胶参与其中,对体系结构产生影响,从而导致凝胶质构发生变化。添加亚麻籽胶会增加凝胶保水性,体系中水分含量增加,也可能是导致凝胶强度下降的原因[28]。关于亲水胶体影响凝胶质构的类似报道也有很多。Montero等[29]发现添加黄原胶降低鱼肉肌原纤维蛋白成胶的能力,使鱼糜的脆性和弹性有所降低。Jarmoluk等[25]研究发现卡拉胶会降低凝胶的弹性。而杨玉玲等[30]发现随着卡拉胶的添加,肌原纤维蛋白凝胶的硬度显著增大,而对弹性没有显著影响。

2.3 NaCl浓度对肉糜微观结构的影响

图2 肉糜凝胶的扫描电镜图
Fig. 2 Scanning electron micrographs of meat gels without FG

从图2可以看出,不添加NaCl时,肌肉蛋白呈现纤丝状,其凝胶网络结构以细丝状态进行交联形成细铰链,没有形成良好的网络结构。随着NaCl浓度的提高,凝胶结构开始由细铰链结构转变为聚集铰链结构。在0.6 mol/L NaCl条件下形成了聚集铰链结构的三维网络结构,而脂肪球被包裹镶嵌在蛋白质网络结构中。在0.2、0.4 mol/L及0.6 mol/L NaCl条件下,亚麻籽胶的加入可以使肉糜凝胶网络结构呈现类似薄膜的片化结构,而凝胶结构更加紧致。Feng Meiqin等[31]报道了相似的实验结果。

在无NaCl条件下,由于肌原纤维蛋白处于不溶解的纤丝状态,无法形成良好的网络结构。因此,不含亚麻籽胶的肉糜凝胶保水性及质构很差,虽然含有亚麻籽胶的肉糜凝胶具有良好的保水性但是质构依然很差,可能是因为亚麻籽胶良好的亲水性使得保水性提高,但是由于蛋白质没有形成良好的网络结构,质构状态没有得到改善。随着NaCl浓度的提高,凝胶结构开始由细铰链结构转变为聚集铰链结构,保水性及质构都得到了改善。并且在0.6 mol/L NaCl条件下达到最佳。据报道,在低盐条件下,肌球蛋白以细丝状态进行交联形成细铰链,而在高离子强度条件下,肌球蛋白以单体形态进行头部聚集尾部交联呈现聚集铰链结构[32]。并且可以发现,在含NaCl条件下,亚麻籽胶的加入可以使凝胶结构更加紧致,这可能与亚麻籽胶本身还具有增稠填充的效果有关。而在0.6 mol/L NaCl条件下肉糜凝胶网络结构呈现类似薄膜的片化结构,这可能是因为亚麻籽胶促进了蛋白质的解折叠[32],造成凝胶硬度有所降低。

2.4 NaCl浓度对肉糜脂肪微粒表面蛋白含量的影响

图3 NaCl浓度对猪肉糜脂肪微粒表面蛋白含量的影响
Fig. 3 Effect of different NaCl concentrations on the amount of fat globule surface proteins in pork meat batters

如图3所示,0.6 mol/L NaCl显著提高了肉糜脂肪微粒表面蛋白的含量(P<0.05)。并且0 mol/L NaCl条件下不含亚麻籽胶的肉糜脂肪微粒表面蛋白质量浓度最低,仅为4.66 mg/mL。而0.6 mol/L NaCl条件下含有亚麻籽胶的肉糜脂肪微粒表面蛋白质量浓度最高,达44.92 mg/mL。李可等[9]报道了类似的结果。

在生肉糜及肉糜凝胶中,脂肪微粒周围表面都会被一层很薄的由脂肪和乳化剂分子(如肌肉蛋白分子)等构成的蛋白膜包裹[33-34]。虽然其占整个乳化系统的体积比例很小,但是它对乳状液及其凝胶产品的物理化学性质和稳定性等都发挥着重要作用。蛋白膜结构和组成受其表面活性物质种类、浓度以及环境因素等所影响[35]。在含有复合胶体和不含有复合胶体的肉糜制品中,盐溶性蛋白质均吸附在脂肪球表面[36]。本实验研究发现NaCl显著提高了肉糜脂肪微粒表面蛋白的含量(P<0.05)。这与乳化稳定性、质构特性相一致,说明NaCl浓度的提高可以促进蛋白溶出、增强蛋白膜,从而提高乳化肉制品的品质。并且研究发现亚麻籽胶的加入,可以提高脂肪微粒表面蛋白质的含量和种类,说明亚麻籽胶可以增加包裹脂肪微粒的蛋白质,从而提高乳化稳定性。

2.5 NaCl浓度对肉糜脂肪微粒表面蛋白膜组分的影响

从图4可以看出,随着NaCl浓度的升高,肉糜中脂肪微粒蛋白膜电泳条带数量增多,且更加清晰。并且0 mol/L NaCl条件下不含亚麻籽胶的样品电泳条带数量最少且不清晰。而0.6 mol/L NaCl条件下添加亚麻籽胶的样品电泳条带数量最多且最清晰,说明NaCl和亚麻籽胶的加入可以增加脂肪微粒表面蛋白的种类,从而提高乳化稳定性。这可能是由于盐会促进蛋白溶出,从而增加脂肪微粒表面蛋白种类,而脂肪微粒表面的亚麻籽胶可以与蛋白结合,从而促进蛋白包裹在脂肪微粒。另外,据相关文献[8]可知各种肌原纤维蛋白的分子质量,对照标准蛋白分子质量可知蛋白种类。由此可见,通过离心、分层、冻存及解冻等步骤分离提取肉糜中的脂肪微粒表面蛋白主要是由肌球蛋白重链、肌球蛋白轻链1、肌球蛋白轻链2、C-蛋白、α-肌动素、肌动蛋白、肌钙蛋白T、原肌球蛋白、肌钙蛋白1和肌钙蛋白C(钙结合亚基)多种蛋白组成。

图4 脂肪微粒表面蛋白膜组分电泳图谱
Fig. 4 SDS-PAGE patterns of protein composition of fat globule membrane in meat batters

3 结 论

本实验通过测定肉糜乳化凝胶相关指标发现,NaCl浓度的降低会造成猪肉糜出水出油现象严重,而这一现象可以通过添加0.4%亚麻籽胶进行改善。不添加NaCl时,肌肉蛋白呈现纤丝状,没有形成良好的网络结构。随着NaCl浓度的提高,凝胶结构开始形成聚集铰链结构的三维网络结构,这时凝胶的硬度、弹性、黏聚性和咀嚼性均显著提高(P<0.05)。并且NaCl可以促进蛋白溶出,显著提高肉糜脂肪微粒表面蛋白的含量(P<0.05)。而在所有NaCl浓度范围内,尤其是低NaCl浓度条件(0~0.4 mol/L),亚麻籽胶的加入可以提高肉糜的保水、保油性,改善凝胶的弹性和黏聚性。同时亚麻籽胶可以显著提高脂肪微粒表面蛋白的含量及种类(P<0.05)。这可能是由于亚麻籽胶与水的结合使得流动水减少,并且亚麻籽胶还可以与肌肉蛋白发生作用,使肉糜的乳化结构更为稳定。因此,在低NaCl浓度乳化肉糜中加入亚麻籽胶,可以有效提高凝胶的保水、保油性,增强乳化稳定性,从而促进亚麻籽胶在实际生产中的应用,为低NaCl浓度肉制品及新产品的开发提供了一定的参考价值。

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Effect of Flaxseed Gum on the Emulsifiedying and Gelling Properties of Comminuted Meat with Different NaCl Concentrations

FENG Meiqin1, LIU Wenyan2, SUN Jian2,*, XU Xinglian2, ZHOU Guanghong2
(1. College of Animal Science and Technology, Jinling Institute of Technology, Nanjing 210038, China;2. National Center of Meat Quality and Safety Control, College of Food Science and Technology,Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)

Abstract:In order to ascertain the effect of flaxseed gum (FG) on the emulsifying and gelling properties of minced meat, water loss rate, oil loss rate, texture properties, and the amount of protein load at the fat globule surface were measured and scanning electron microscopic examination was carried out as well as protein electrophoresis. It was found that salt reduction (from 0.6 to 0 mol/L) significantly increased water and oil loss rate (P < 0.05), deteriorated texture properties and reduced the amount of adsorbed proteins at the fat globule surface. On the other hand, flaxseed gum significantly enhanced the water- and oilholding capacity (P < 0.05) and improved the network structure of gels. Besides, the addition of FG could increase the kinds and amounts of fat globule surface proteins and accordingly improve the emulsion stability. Therefore, a low-salt environment (0–0.4 mol/L) could result in quality deterioration of emulsified meat products whereas this effect could be abrogated by the addition of flaxseed gum.

Keywords:flaxseed gum; minced meat; emulsification; gel; fat globule surface proteins

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引文格式:

文章编号:1002-6630(2018)24-0048-06

文献标志码:A

中图分类号:TS251.1

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201824008

*通信作者简介:孙健(1973—),男,副教授,博士,研究方向为畜产品加工与质量控制。E-mail:sunjian01@njau.edu.cn

第一作者简介:冯美琴(1975—),女,副教授,博士,研究方向为食品微生物与生物技术。E-mail:fengmeiqin@jit.edu.cn

基金项目:国家自然科学基金面上项目(31771986);国家自然科学基金青年科学基金项目(31401516);中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(KYSP201701);金陵科技学院博士基金项目(JIT-B-201301)

收稿日期:2018-06-23