不同种类脂肪替代物对牦牛肉糜凝胶品质特性影响的研究

牦牛主要在青藏高原及周边地区生长，对该地区畜牧业的发展起着不可或缺的作用[1]，这些地方普遍存在海拔高、低氧、寒冷等特点，这也使牦牛肉具有不同于其他牛肉的独特风味和口感，且具有蛋白质含量高且脂肪含量低等特点[2]。牦牛肉在加工时对肉糜类牦牛肉制品而言，含有适量的脂肪类物质能够减少烹饪损失并提供风味物质的作用，从而赋予产品良好的食用品质和感官品质，并有利于提高肉的风味和多汁性[3]。

根据《中国居民营养与慢性病状况报告(2020年)》最新数据，已经有超过1/2的中国的成人超重或肥胖，分析产生的原因主要是高脂饮食所导致，而高脂饮食容易使人肥胖，患心脑血管疾病、癌症等慢性疾病增加，因此低脂食品已成为人类预防疾病的一个重要发展方向。现阶段降低肉制品中脂肪含量的方法主要有2种，一种是采用精肉，即采用一些物理化学方法或优化基因等方法来获得低脂肪畜禽品种，但这样的肉制品的感官品质和加工品质均较差；另一种则是采用脂肪替代物，可以在降低食物中脂肪含量的同时保证食物的感官和加工品质[4]。脂肪替代物主要分为蛋白质类、脂肪基类、碳水化合物类和混合类，由于脂肪基类难以被脂肪酶水解，无法被吸收代谢，对消化道有潜在威胁[4]，而混合类需要先筛选出单个优质的脂肪替代物进行复配，故本文主要对蛋白质类和碳水化合物类进行研究。碳水化合物类主要包括卡拉胶、玉米、菊粉等，可对无脂系统中的水分子起稳定作用，进而形成三维网状基质。蛋白质类主要包括大豆蛋白、乳清蛋白、玉米醇溶蛋白等，可以在物理或化学作用下形成蛋白凝胶、乳液、蛋白粉等，在降低脂肪的同时还可保证肉制品品质的效果。目前国内外均有研究证实蛋白质类和碳水化合物类脂肪替代物可在肉制品中应用。MENEGAS等[5]研究表明，与低脂香肠相比，菊粉添加量为12%时，可显著改善香肠的质构特性，提高其弹性。刘广娟等[6]发现，当香肠和肉饼中大豆蛋白添加量达到18%时，并不影响传统肉制品的风味和特征，还能给人良好的口感。EISINAITE等[7]采用新型乳化法将乳清蛋白与和植物油混合，制备形成的乳状液可使猪肉肠有较好的色泽稳定性。目前，有关使用脂肪替代物改善牦牛肉品质方面研究较少，尤其对碳水化合物类和蛋白类脂肪替代物在牦牛肉制品加工中的应用研究还尚未见报道。因此，为了更好地优化牦牛肉制品加工工艺并提高牦牛肉加工品质，有必要开展添加不同种类和添加量脂肪替代物对牦牛肉糜品质影响的相关研究。

本论文以牦牛肉糜为研究对象，探究两类脂肪替代物——碳水化合物类和蛋白质类脂肪替代物对牦牛肉糜品质特性的影响，并筛选出最佳的脂肪替代物及添加量，以期为后期开发牦牛肉糜制品以及提高产品品质提供理论依据和数据参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

牦牛后腿瘦肉，购于成都市武侯区洗面桥巷开文牛羊肉商店；亚麻籽胶、魔芋胶，河南万邦实业有限公司；菊粉、大豆蛋白，山松生物制品有限公司；胶原蛋白、乳清蛋白，永信食品配料有限公司。

1.2 仪器与设备

PL303电子天平，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；HH-6恒温水浴锅，国华(常州)仪器制造有限公司；MP511实验室pH计，上海三信仪表厂；TA.XT.Plus型质构分析仪，英国Stable Micro System公司；DHR-3 流变仪，美国TA公司；CR-400型色差仪，日本Konica Minolta公司；101型电热鼓风干燥箱，北京科伟永兴仪器有限公司；80-2台式电动离心机，北京中兴伟业仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 牦牛肉糜的制备

挑选符合国家卫生标准的牦牛肉，剔除筋膜、浸泡冲洗、切块，使用绞肉机绞碎，然后分别添加脂肪替代物，并设置空白组，充分混匀冷藏腌制1 h后放入搅拌机中，搅拌2 min，肉糜制作完成，贮藏于4 ℃。用模具将牛肉糜按压成型后制成牛肉糜饼，冷藏放置贮存。测试熟肉糜样品时，使用电烤箱烤制10 min，温度设置为200 ℃，期间5 min进行1次翻面。

参考文献[8]的方法筛选脂肪替代物添加量，研究碳水化合物类(亚麻籽胶、魔芋胶、菊粉)和蛋白质类(胶原蛋白、乳清蛋白、大豆蛋白)等种类及添加量对牦牛肉糜品质特性的影响，实验设计见表1。

1.3.3.1 水分含量

参照GB/T 5009.3—2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》测定。

使用手持pH计，将探头插入制作成熟的肉糜饼中进行测定。

先对色差仪进行校正，通过色差仪测量得L*值、a*值和b*值。其中L*值为亮度值，a*值为红度值，b*值为黄度值。

1.3.3.4 凝胶质构

采用扶庆权等[9]的方法并稍作修改。将肉糜制成高2 cm，直径5 cm的圆柱体。质构仪设置参数条件：探头型号：P/50；触发力:10 g；测试前速度：2 mm/s；测试速度：1 mm/s；测试后速度：2 mm/s；2次压缩测定间隔时间：5 s；压缩距离：50%；环境温度：25 ℃。

参照文献[10]的方法并稍作修改。采用平板直径为40 mm，夹具间隙为1 mm，应变0.05%，25 ℃保温5 min，温度梯度为25～85 ℃，升温时间为2 ℃/min。

1.3.3.6 乳化稳定性

参考ABBASI等[11]的方法。取5 g生肉样品于10 mL离心管中，以4 000 r/min离心1 min，在70 ℃的水浴中30 min并再次以4 000 r/min离心5 min。取出沉淀的样品并称重，将上清液倒入预先称重的坩埚中，于100 ℃下干燥过夜。总可表达流体(total expressible fluid，TEF)和可表达脂肪(expressible fat，EFAT)的体积计算如公式(1)、公式(2)所示：

式中：m0表示样品原始质量，g；m1表示离心管和样品初始质量，g；m2表示离心管和沉淀质量，g；m3空坩埚质量，g；m4表示干燥过夜后的坩埚质量，g。

1.3.3.7 感官评价

挑选10名经过培训的评审员进行评估，包括颜色、组织状态、风味、口感4个指标。每一项满分为10分。

1.4 数据处理

所有数据均重复测定3次，并采用Microsoft 2016 Excel进行整理，数据采用SPSS(IBM 19.0)分析，多重比较误差使用Duncan法表示，数据表达方式为平均值±标准差，P<0.01为显著水平。

2 结果与分析

2.1 不同脂肪替代物对牦牛肉糜水分含量的影响

水分含量在肉制品中具有重要作用，主要影响肉品的安全性、新鲜度、风味及食用品质等。由图1-a可知，亚麻籽胶各组的肉糜水分含量高于魔芋胶组，且显著高于菊粉组(P<0.01)。魔芋胶组各组的水分含量呈递增趋势，可能与添加量增多有关，此结果与孙泽坤等[12]类似。亚麻籽胶组肉糜的水分含量均高于60%，显著高于空白组的47.61%(P<0.01)，原因是亚麻籽胶具有的较强持水能力提高了肉糜的水分含量，且亚麻籽胶与肉糜的结合会使肉糜胶体变得更为紧密[13]。由图1-b可知，添加3种蛋白质类脂肪替代物后肉糜的水分含量均有提高，13.0%胶原蛋白组肉糜的水分含量显著高于13.0%乳清蛋白组和13.0%大豆蛋白组，其中胶原蛋白组的水分含量显著提高(P<0.01)，可能是因为胶原蛋白具有良好的保水性和乳化性。

2.2 不同脂肪替代物对牦牛肉糜pH的影响

由图2-a可知，碳水化合物组肉糜的pH与空白组无显著差异，菊粉组的pH会随着添加量的增多而降低。碳水化合物各组之间无显著差异。由图2-b可知，添加量为11.5%和13.0%时，大豆蛋白组肉糜的pH显著高于胶原蛋白组和乳清蛋白组(P<0.01)；14.5%乳清蛋白组肉糜的pH显著低于14.5%胶原蛋白组和14.5%大豆蛋白组(P<0.01)。乳清蛋白组肉糜的pH均低于空白组，可能是因为乳清蛋白的pH较低；大豆蛋白组pH显著高于空白组(P<0.01)；胶原蛋白组肉糜的pH会随着添加量的增多而降低。

2.3 不同脂肪替代物对牦牛肉糜色差的影响

肉的颜色主要由肌肉中肌红蛋白和血红蛋白的含量与变化状态所决定，受水分含量和辅料等影响。由表3可知，亚麻籽胶组肉糜L*值、a*值、b*值均显著高于同添加量魔芋胶组和菊粉组，2.0%和3.0%的魔芋胶组的肉糜色度值均低于同添加量的菊粉组。亚麻籽胶L*值、b*值显著高于空白组(P<0.01)，且随着添加量的增多L*值、a*值、b*值呈递增趋势。魔芋胶组肉糜L*值、a*值、b*值随着添加量的增多呈递减趋势，魔芋胶组肉糜L*值、a*值、b*值低于空白组，且3.0%和4.0%魔芋胶组肉糜的L*值、a*值显著降低(P<0.01)，a*值、b*值的变化与谭芦兰等[14]相似，但L*值的变化有差异，原因可能是因添加量的不同。

从L*值来看，胶原蛋白组均显著高于同添加量的大豆蛋白组(P<0.01)，且显著低于同添加量的乳清蛋白组(P<0.01)；从a*值、b*值来看，胶原蛋白组的肉糜与同添加量的大豆蛋白组均高于乳清蛋白组。蛋白质组与空白组相比，L*值、b*值均显著提高(P<0.01)，a*值显著降低(P<0.01)，原因可能是蛋白粉本身的颜色为黄色或乳白色，加入肉糜后会削弱a*值而提高其b*值，L*值提高可能是这3种蛋白粉本身的亮度就偏高[15]。胶原蛋白组肉糜的a*值和大豆蛋白组肉糜的L*值会随着添加量的增多而递减。

2.4 不同脂肪替代物对牦牛肉糜凝胶全质构分析(texture profile analysis，TPA)的影响

肉制品结构特性的差异主要取决于脂肪含量和脂肪替代物的类型及油脂掺入方式[16]。向肉糜中加入碳水化合物类脂肪替代物时，会和肌原纤维蛋白通过作用力形成复合凝胶网络结构[17]，能形成更完整的凝胶结构，改善质构特性。由表4可知，菊粉组肉糜的硬度和咀嚼性显著高于同添加量的魔芋胶组和亚麻籽胶组，此结果与MÉNDEZ-ZAMORA等[18]研究一致；亚麻籽胶组肉糜的黏结性和弹性均低于同添加量的魔芋胶组和菊粉组。与空白组相比，亚麻籽胶组肉糜的质构均显著降低(P<0.01)，且会随添加量的增多而下降；菊粉组肉糜的质构会随添加量的增多而降低，2.0%菊粉组肉糜的质构特性最好。

11.5%大豆蛋白组肉糜的硬度和咀嚼性显著高于11.5%胶原蛋白组；13.0%大豆蛋白组肉糜的硬度显著高于13.0%胶原蛋白组；添加量为14.5%时，乳清蛋白组肉糜的硬度显著高于胶原蛋白组，大豆蛋白组肉糜的弹性显著高于胶原蛋白组。蛋白质组肉糜的硬度均显著高于空白组(P<0.01)，与文献[19]的结果一致，且随着添加量的增多呈先增后减的趋势，添加量为13.0%时最大；蛋白质组肉糜的黏结性均显著低于空白组(P<0.01)，随添加量增多呈先减后增的趋势，添加量为13.0%时达到最小值；总体来看，胶原蛋白组和乳清蛋白组肉糜的弹性显著降低，随添加量的增多均呈先增后减的趋势，原因可能是加入蛋白质后会使固形物增多，并和肌原纤维竞争水分。胶原蛋白组和乳清蛋白组肉糜的弹性均低于空白组。

2.5 不同脂肪替代物对牦牛肉糜流变性的影响

肉糜的热动态流变性表明了肌肉中肌原纤维蛋白变性对凝胶结构的影响[20]，储能模量(G′)值越高表明肌原纤维蛋白形成乳化凝胶的能力越好[21]。由图3可知，添加魔芋胶、乳清蛋白、大豆蛋白的肉糜G′值均呈先下降后上升的趋势，其他组均呈现先下降后上升再下降的趋势。G′值首次下降可能是肌球蛋白超螺旋空间结构的转变引起分子流动性的增强而造成[22]；G′值的上升，是因为蛋白质分子已经全部展开，蛋白质分子互相交联形成稳定的凝胶结构；再次下降，可能是温度过高导致蛋白三维网络结构遭到破坏[23]。由图3-a可知，当添加量为2.0%，魔芋胶组肉糜的G′高于亚麻籽胶组，低于菊粉组；3.0%菊粉组肉糜的G′值高于3.0%魔芋胶组和3.0%亚麻籽胶组；4.0%魔芋胶组肉糜的G′值高于4.0%亚麻籽胶组。4.0%菊粉组肉糜的G′值低于2.0%菊粉和3.0%菊粉组和空白组，产生的原因可能是菊粉含量过高会降低肌原纤维蛋白形成乳化凝胶的能力；2.0%亚麻籽胶组肉糜的G′值低于3.0%和4.0%亚麻籽胶组，亚麻籽胶组肉糜的G″值均低于空白组；魔芋胶组肉糜的G′值均低于空白组。由图3-b可知，乳清蛋白组在65 ℃以后高于空白组，说明乳清蛋白促进了更有弹性的凝胶网络结构的形成；大豆蛋白组肉糜的G′始终高于空白组，表明它们可以增强肌原纤维蛋白的凝胶能力且随着添加量的增多肉糜的G′逐渐升高；胶原蛋白组肉糜的G′值均低于空白组。

损耗模量(G″)值反映材料的黏性大小。由图4-a可知，2.0%魔芋胶组、2.0%亚麻籽胶组和3.0%菊粉组的肉糜的G″值趋势是下降、上升、下降、上升、下降，其余各组的趋势是下降、上升、下降，出现这样差异的原因可能是其余各组的肉糜在25 ℃以前就经历了这3个组肉糜的最开始的下降后再上升的这个阶段。2.0%和3.0%菊粉组的肉糜在35～65 ℃时G″值高于空白组，表明这个阶段的肉糜黏性较强。菊粉组肉糜的G″值均高于同添加量的亚麻籽胶组，2.0%和3.0%菊粉组肉糜的G″值明显高于同添加量魔芋胶组，4.0%亚麻籽胶组肉糜的G″值高于4.0%菊粉组。4.0%菊粉组肉糜的G″值明显低于2.0%、3.0%菊粉组和空白组，产生的原因可能是菊粉含量过高会降低肌原纤维蛋白形成乳化凝胶的能力；随着添加量的增多亚麻籽胶的G″值呈递增趋势，但均低于空白组；魔芋胶组低于空白组。由图4-b可知，胶原蛋白、13.0%乳清蛋白和14.5%乳清蛋白组肉糜的G″值趋势是下降、上升、下降，其余各组呈先下降后上升的趋势，产生差异的原因是温度过高导致凝胶结构遭到破坏，导致黏性下降。总体上大豆蛋白组肉糜的G″值均明显高于同添加量的胶原蛋白组和乳清蛋白组。加入大豆蛋白的肉糜G″值始终高于空白组，且随添加量的增多肉糜的G″值呈递增趋势；乳清蛋白组肉糜的G″在70 ℃以后均高于空白组，胶原蛋白的G″值均低于空白组。

2.6 不同脂肪替代物对牦牛肉糜乳化稳定性的影响

乳化稳定性是指乳液抵抗其特性随时间变化的能力。生产乳化肉制品的主要目标是建立一个稳定的结构并保持较长的时间。如图5所示，仅有2.0%魔芋胶组和菊粉组的TEF高于空白组，其余各组均低于空白对照。如图5-a所示，2.0%亚麻籽胶组显著低于2.0%魔芋胶组和2.0%菊粉组(P<0.01)。2.0%和4.0%亚麻籽胶组肉糜的TEF显著低于空白组(P<0.01)，此结果与刘雯燕[24]的研究结果相似，说明亚麻籽胶的加入可以提高肉糜的保油性和保水性。菊粉组肉糜的TEF随添加量的增多而提高。由图5-b可知，蛋白质组及同添加量不同蛋白质组肉糜的TEF均无显著差异。

如图6-a所示，碳水化合物组肉糜的EFAT之间无明显差异。与空白组相比，亚麻籽胶组和魔芋胶组肉糜的EFAT有所提高，菊粉组肉糜的EFAT有所减少且随添加量的增多而降低，表明菊粉可以提高肉糜的保油性。如图6-b所示，蛋白质组肉糜的EFAT之间无明显差异。蛋白质组中乳清蛋白组和大豆蛋白组肉糜的EFAT相对于空白组有所提高，说明乳清蛋白可以提高乳清蛋白和大豆蛋白的保油性。

2.7 不同脂肪替代物对牦牛肉糜感官品质的影响

由图7可知，总体上添加脂肪替代物后肉糜的感官指标均在一定程度上有所下降，除了菊粉组和魔芋胶组其他各组肉糜的感官指标均有明显下降。由图7-a可知，亚麻籽胶组的组织状态和口感均显著低于同添加量的菊粉组和魔芋胶组(P<0.01)；添加量为4.0%时，菊粉组肉糜的组织状态和口感显著高于亚麻籽胶组但低于魔芋胶组(P<0.01)。亚麻籽胶组肉糜的组织状态和口感随着添加量的增多呈递减趋势，这与前面质构结果相一致。

由图7-b可知，大豆蛋白组肉糜的感官特性低于同添加量的胶原蛋白组和乳清蛋白组，14.5%胶原蛋白组肉糜的组织状态显著低于14.5%乳清蛋白组(P<0.01)。随着添加量的增多大豆蛋白组感官特性逐渐降低，可能是因为大豆蛋白是植物蛋白，不能完全与肉混合均匀，而使得肉糜的外观和口感差异显著降低，尤其风味的下降最为显著，原因可能是大豆蛋白本身含有大豆异黄酮等物质具有一定腥味，会影响肉糜的风味[25]。随着添加量的增多，胶原蛋白的口感不断提高；13.0%乳清蛋白组肉糜的感官特性均高于11.5%乳清蛋白和14.5%乳清蛋白组。综上可知，乳清蛋白组及11.5%胶原蛋白和13.0%胶原蛋白组肉糜的感官特性不会受到明显影响。

3 结论

蛋白质类脂肪替代物，可以提高牦牛肉糜的水分含量，显著提高硬度(P<0.01)，但是会显著提高牦牛肉糜的L*值、b*值，降低a*值，而且总体上还会显著降低黏结性和感官品质。其中大豆蛋白会显著提高牦牛肉糜的流变性(P<0.01)，乳清蛋白能提高流变性。因此这3种蛋白质类脂肪替代物中大豆蛋白是最优质的脂肪替代物。大豆蛋白的3种添加量中以14.5%为最优，虽然其感官特性和乳化稳定性略低于其他两组，但是其水分含量、色泽、质构特性和流变性均高于其余两组，故14.5%大豆蛋白组为最优比例的最优蛋白质类脂肪替代物。

亚麻籽胶会显著提高牦牛肉糜的L*值、b*值和a*值(P<0.01)，提高其色泽和水分含量，但总体上会显著降低牦牛肉糜的质构特性和感官特性；魔芋胶会降低牦牛肉糜的保油性，降低牦牛肉糜的流变性和质构特性；4%菊粉会显著提高牦牛肉糜的L*值、b*值和a*值，但会降低感官品质和保水性，总体上会显著降低其质构特性和流变性；2%和3%菊粉会提高牦牛肉糜流变性，提高硬度和咀嚼性，总体来看3%菊粉略优于2%菊粉。故3%菊粉为最优比例的最优碳水化合物类脂肪替代物。

添加14.5%的大豆蛋白虽然会显著提高牦牛肉糜的水分含量、硬度和流变性，但是会显著降低牦牛肉糜的色泽、感官品质和黏结性；添加3%菊粉会提高牦牛肉糜流变性、硬度和咀嚼性，且不会对牦牛肉糜的其他品质造成不良影响。所以综合来看，3%的菊粉更适合作为牦牛肉糜的脂肪替代物。

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