鱼糜通常是以新鲜鱼肉为原料,经漂洗、脱水、斩拌等工艺制成的鱼肉肌原纤维蛋白浓缩物[1]。漂洗作为鱼糜加工的重要环节,可以纯化肌原纤维蛋白进而提升鱼糜品质和贮藏稳定性,但也造成了鱼油等营养成分的流失[2]。然而,脂肪在维持鱼糜凝胶质地、风味等方面具有不可或缺的作用。目前,在鱼糜制品生产中,通常添加动物脂肪(猪油、鱼油等)和植物油脂(大豆油、玉米油等)来改善鱼糜制品的口感和滋味,同时强化营养特性[3-6]。其中,很多动物脂肪含有大量的饱和脂肪酸和胆固醇,经常食用会对健康产生不利影响。随着消费者对食品营养、健康需求的逐步提高,对传统鱼糜制品的营养价值提出了更高的要求。
近年来,植物来源的甘油二酯广受关注,具有降血脂、抑制体重增加等功能,又名“脂肪炸弹”,同时具有加工适性好、营养、安全等优点[7-8]。甘油二酯分为1,2-甘油二酯和1,3-甘油二酯,其中1,3-甘油二酯是天然油脂中的主要存在形式[9]。甘油二酯分子中既含有亲油的长链脂肪酸,又含亲水的羟基,其自身具有一定的乳化性能,添加到食品中可以改善产品的组织结构[9]。DIAO等[10]研究发现, 与添加猪油相比,添加猪油甘油二酯可以显著增强猪肉肌纤维蛋白凝胶的持水性,使凝胶网络结构更加有序、致密,改善凝胶品质。目前,关于甘油二酯在鱼糜制品中的应用研究还鲜见报道,虽然预乳化的甘油二酯可以提升鱼糜的凝胶特性[11],但直接添加自身就有一定乳化能力的甘油二酯能否提升鱼糜凝胶特性尚有待研究。本文以白鲢鱼糜为原料,探究大豆甘油二酯油(soybean diacylglycerol oil,SDO)和亚麻籽甘油二酯油(flaxseed diacylglycerol oil,FDO)对鱼糜凝胶特性的影响,旨在为改善鱼糜制品的营养、风味以及开发新型鱼糜制品提供一定的理论参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
冷冻白鲢鱼糜(AAA级,水分含量为75.54%),洪湖市井力水产食品有限公司;大豆甘油二酯油、亚麻籽甘油二酯油(纯度均为98%),西安泽朗生物科技有限公司;食盐,锦州大润发超市;NaH2PO4、Na2HPO4、戊二醛、乙醇等均为分析纯。
1.2 仪器与设备
UMC5真空斩拌锅,德国斯蒂芬机械有限公司;UV-25Mili Q超纯水设备,美国密理博公司;YSN立式灌肠机,广州优连食品加工机械有限公司;CR-400柯尼卡色差计,日本柯尼卡美能达控股公司;TA-XT Plus质构仪,英国Stable Micro System公司;Lab RAM HR Evolution拉曼光谱仪,堀场中国贸易有限公司;S-4800场发射扫描电镜,日本日立高新技术公司。
1.3 试验方法
1.3.1 鱼糜凝胶的制备
将冷冻鱼糜于4 ℃下静置至半解冻状态,先空斩3 min,然后按质量分数为2.5%加食用盐斩拌3 min,再分别添加质量分数为0%、1%、2%、3%、4%、5%的大豆甘油二酯油或亚麻籽甘油二酯油并调节水分含量至80%,斩拌3 min。斩拌温度始终保持在10 ℃以下。
用22.5 mm的塑料肠衣灌装处理好的鱼糜并封口,并先后在40 ℃和90 ℃的水浴中保持0.5 h,取出用冰水冷却,4 ℃冷藏过夜,备用。
1.3.2 持水性的测定
参考CHEN等[12]方法。
1.3.3 凝胶强度和质构特性的测定
将鱼糜凝胶置于室温下平衡0.5 h,然后切成圆柱体(直径22.5 mm,高度25 mm)。利用质构仪测鱼糜凝胶强度,P/5S探头下压15 mm,触发力10 g,测试速度1 mm/s。采用质构仪的TPA模式测定鱼糜凝胶的质构特性,探头P/50,测试速度1 mm/s,触发力5 g,压缩比40%。
1.3.4 白度的测定
将凝胶样品在室温下平衡0.5 h,切成圆柱体(高10 mm),使用色度仪测量L*、a*和b*。凝胶白度的计算如公式(1)所示:
白度
(1)
1.3.5 水分分布的测定
参照宋春勇等[13]的方法并略微修改。将凝胶样品切成圆柱体(直径10 mm、高20 mm),装入核磁管中,采用CPMG脉冲序列测定T2。测定温度32 ℃,SFI 22 MHz,τ-值150 μs,重复扫描8次。
1.3.6 拉曼光谱的测定
将凝胶样品切成2 mm厚度的薄片,置于载玻片上,使用拉曼光谱仪进行测定,扫描范围400～3 600 cm-1。参照ALIX等[14]的方法计算二级结构所占百分比含量。
1.3.7 微观结构的观察
参考余永名等[15]的方法,用场发射扫描电镜观察微观结构。
1.4 数据分析
每个样品做3个平行,测定结果以平均值±标准差表示。使用Origin 9.0绘图,运用SPSS 19.0进行显著性分析(P<0.05,差异显著)。
2 结果与分析
2.1 甘油二酯油对鱼糜凝胶持水性和凝胶强度的影响
持水性反映了鱼糜凝胶对水分的保持能力,与鱼糜制品的嫩度、多汁性等品质密切相关,持水性越大,表明鱼糜凝胶的网络结构越致密,对水分的束缚能力越强[16]。由图1可知,对照组的持水性和凝胶强度最大,而添加了SDO或FDO的样品组的持水性和凝胶强度均有不同程度的降低,其中3% SDO和3% FDO组的持水性和凝胶强度下降幅度最小,凝胶强度分别为1 615.71 g·mm和1 569.20 g·mm。3% SDO组持水性和凝胶强度均高于3% FDO组,但两者无显著差异(P>0.05)。可见,甘油二酯油的添加对鱼糜凝胶持水能力和凝胶强度有一定的负面影响,但有趣的是这种影响是非线性的,3%添加量时负面影响最小,说明在此浓度下凝胶网络结构相对致密和稳定,保持水分的能力更强,这与米红波等[17]的研究结果一致。
a-持水性;b-凝胶强度
图1 不同甘油二酯油对鱼糜凝胶持水性和凝胶强度的影响
Fig.1 Effect of different diglyceride oil on water holding capacity and gel strength of surimi gel
注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。
添加油脂会降低鱼糜凝胶中蛋白质的相对含量,致使形成的凝胶网络孔径增大,同时油脂会抑制蛋白质与水分子之间的相互作用,从而降低鱼糜凝胶的持水性[13]。很多研究表明[6,18-19],直接添加植物油如大豆油、玉米油等会导致鱼糜凝胶的持水性和凝胶强度降低。鱼糜凝胶的强度和蛋白质浓度呈正相关[7,20],蛋白浓度变小会使其分子间距变大,导致蛋白分子的凝胶作用减弱[21],所以植物油的添加使蛋白质的相对浓度降低可能是引起凝胶强度降低的主要原因。另据报道,油茶籽油能增强鱼糜凝胶的强度和持水性[22],这与本实验的结论不一致,因为在该研究中油脂是以等质量替代水分的方式来添加的,主要起到填充效应,油占据了蛋白质凝胶基质的空隙,抑制基质的运动,并与基质相互作用以增加凝胶强度[23-24]。LUO等[20]认为,油脂添加过量后,其不能被蛋白质充分包覆和乳化,而出现从凝胶网络中溢出的现象,使得凝胶的强度不再增大。本研究中添加甘油二酯油后可能同时产生稀释效应和填充效应,在稀释效应影响下,油脂添加量越大,凝胶强度下降越多;在填充效应影响下,油脂添加量增加,凝胶强度先增大后减小。在两种效应叠加作用下,出现了图1所示的变化趋势和3%添加量时凝胶强度和持水性降幅最小的现象。
2.2 甘油二酯油对鱼糜凝胶质构的影响
质构特性可揭示鱼糜凝胶蛋白基质的结构完整性等信息[25]。由表1可知,添加甘油二酯油后鱼糜凝胶的质构特性整体呈下降趋势。随甘油二酯油添加量的增大,FDO组凝胶的硬度显著下降,SDO组的硬度先增大后降低,其中添加3%的SDO时硬度降低幅度最小。SDO或FDO样品组的胶着性和咀嚼性总体呈下降趋势,而弹性呈现先增加后降低的趋势;与对照组相比,SDO或FDO样品组的弹性和回复性均无显著变化(P>0.05)。
表1 不同甘油二酯油对鱼糜凝胶质构的影响
Table 1 Effect of different diglyceride oil on the texture of surimi gel
甘油二酯油种类添加量/%硬度/g弹性/mm胶着度咀嚼度回复性对照组02 137.70±85.25a0.92±0.04a1 699.93±118.96a1 503.85±63.41a 0.53±0.02abSDO11 454.09±60.00d0.93±0.04a1 524.62±39.15b1 423.31±50.98ab0.54±0.02a21 606.35±102.06c0.94±0.02a1 563.27±160.86b1 465.01±139.26ab0.53±0.02ab31 730.76±57.87bc0.94±0.03a1 291.39±211.52c1 222.37±191.50cd0.55±0.02a41 550.74±99.73cd0.93±0.01a1 205.51±85.47cd1 157.54±74.67d0.54±0.01a51 043.91±74.42e0.91±0.05a979.56±112.52e887.28±127.30e0.52±0.02bFDO11 806.07±34.38b0.93±0.02a1 493.75±24.37b1 387.91±35.23b 0.51±0.01b21 776.96±56.37bc0.95±0.02a1 469.84±44.39b1 402.87±37.67b0.49±0.01b31 604.49±115.21c0.93±0.01a1 245.92±90.73cd1 168.57±72.78d0.51±0.01b41 473.97±102.02d0.92±0.02a1 279.98±82.21c1 182.05±72.96d0.51±0.01b51 428.22±35.97d0.92±0.01a1 195.67±28.44d1 119.65±25.55d0.52±0.01b
据研究报道,添加植物油通常会降低鱼糜凝胶的质构特性。宋春勇等[13]发现添加2%大豆油降低了金线鱼鱼糜凝胶的硬度、咀嚼度和胶着度。CHANG等[19]报道了鱼糜凝胶的硬度随大豆油浓度的增加而降低。PIETROWSKI等[26]的研究表明添加玉米油会降低鳕鱼鱼糜凝胶的硬度、咀嚼度。这些研究与本研究结果一致。咀嚼度是硬度值的补充参数,反映凝胶内部蛋白结构的紧密程度。鱼糜凝胶的硬度、咀嚼度与蛋白质浓度直接相关,油脂的添加会降低蛋白质的浓度,从而导致凝胶的硬度、咀嚼度降低。弹性表示物体发生形变后恢复原状的能力。GANI等[21]研究发现,初榨椰子油添加量为5%～25%时对鱼糜凝胶的弹性没有显著影响。米红波等[17]研究表明,添加1%、3%或5%的大豆油、紫苏籽油或亚麻籽油不会显著影响草鱼鱼糜凝胶的弹性,这与本研究结果一致。
2.3 甘油二酯油对鱼糜凝胶白度的影响
白度是评定鱼糜凝胶特性的重要指标,直接影响消费者对产品的接受度。由图2可知,不同添加量的SDO或FDO均能提高鱼糜凝胶的白度,除1% SDO样品组外,其他添加甘油二酯油样品组的白度均显著高于对照组 (P<0.05)。在相同添加量下,FDO组比SDO组的白度高,其中在1%和3%的相同添加量下两者之间存在显著差异(P<0.05)。此外,当甘油二酯添加量超过3%后,白度变化趋于稳定。据研究报道,植物油(如亚麻籽油、大豆油等)的添加能够提高鱼糜凝胶的白度[5-6,13,27],这对提升鱼糜制品的品质有积极作用。本研究中添加SDO或FDO均可以明显改善白鲢鱼糜凝胶的白度,主要是由于油滴增强了鱼糜凝胶的光散射效应[5,18],油滴的表面可以反射更多的光来使凝胶增白[19]。
图2 不同甘油二酯油对鱼糜凝胶白度的影响
Fig.2 Effect of different diglyceride oil on the whiteness of surimi gel
2.4 甘油二酯油对鱼糜凝胶水分分布的影响
由氢质子自由度和约束力反映的T2弛豫时间揭示了水分子在凝胶网络中的分布和流动性[24]。如图3所示,鱼糜凝胶的T2在0.1～10 000 ms的范围内一共有3个弛豫峰,分别为T21结合水(1～10 ms)、T22不易流动水(20～200 ms)和T23自由水(250～700 ms)[27]。不同添加量的SDO和FDO对鱼糜凝胶弛豫峰比例的影响如表2所示。由表可见,与对照组相比,无论SDO组还是FDO组,结合水和不易流动水总体呈下降的趋势,同时自由水整体呈上升的趋势。在SDO或FDO添加量为3%时结合水和不易流动水的总量与对照组最为接近、降幅最小(分别为0.39%和0.57%),这与持水性、凝胶强度和蛋白质二级结构的变化是一致的。GRAVELLE等[28]报道,当鱼油存在于鱼糜凝胶中时,凝胶网络中自由水增多。此外,宋春勇等[13]报道,大豆油的直接添加会降低鱼糜凝胶的持水性,增强不易移动水的移动性,部分转化为自由水。
表2 不同甘油二酯油对鱼糜凝胶水分分布的影响
Table 2 Effect of different diglyceride oil on the water distribution of surimi gel
甘油二酯油种类添加量/%T21峰面积/%T22峰面积/%T23峰面积/%对照组01.38±0.13a97.65±0.29a0.97±0.15dSDO11.24±0.29ab96.18±0.01bc2.58±0.28b21.19±0.18b96.62±0.19c2.19±0.11bc31.29±0.14ab97.35±0.11b1.36±0.17d41.25±0.13ab95.98±0.09cd2.77±0.24b51.24±0.19ab95.92±0.20d2.84±0.10abFDO11.29±0.11ab96.39±0.14c2.32±0.13b21.15±0.16b95.87±0.22d2.98±0.18ab31.24±0.10ab97.23±0.20b1.53±0.11cd41.22±0.01ab95.89±0.02d2.89±0.19ab50.98±0.29c95.79±0.31d3.23±0.23a
a-SDO;b-FDO
图3 不同甘油二酯油对鱼糜凝胶弛豫时间T2的影响
Fig.3 Effect of different diglyceride oil on the relaxation time T2 of surimi gel
蛋白质可以通过疏水基团包裹油脂,随着油脂添加量的增加,蛋白质与油脂的疏水相互作用增强[22]。同时,油脂因疏水效应会对水分产生排斥作用[3]。本研究中添加甘油二酯油后,在与蛋白质疏水结合或被蛋白质束缚在间隙中时,会排斥与其邻近的不易流动水,使之转变为自由水;但添加量为3%时,蛋白质结构变化形成了相对稳定的、含较多β-折叠结构的空间构象(图4),蛋白质对水分的束缚能力增强,可能导致部分自由水重新转化为不易流动水。
a-SDO;b-FDO
图4 不同甘油二酯油对鱼糜凝胶蛋白质二级结构的影响
Fig.4 Effect of different diglyceride oil on the protein secondary structure of surimi gel
2.5 甘油二酯油对鱼糜凝胶蛋白二级结构的影响
蛋白质二级结构的明确信息可以从拉曼光谱酰胺I带反映出来,通过计算可得到样品中α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲结构的含量[29],如图4所示,随着甘油二酯油添加量的增加,α-螺旋含量总体呈增加趋势,β-折叠、β-转角和无规卷曲含量总体呈下降趋势,且β-转角和无规卷曲含量变化不显著。当SDO或FDO添加量为3%时,蛋白质二级结构中的α-螺旋、β-折叠含量与对照组相比变化最小。
β-折叠结构比α-螺旋更为稳定,并且β-折叠含量与凝胶强度之间呈极显著正相关[30]。本研究中,随甘油二酯添加增多,蛋白质的空间构象发生明显的改变,α-螺旋增多、β-折叠含量减少,说明鱼糜凝胶强度总体呈下降趋势,三维网络结构的稳定性降低,但在3%添加量下SDO或FDO的β-折叠含量与对照组相比下降最少,说明此时其具有较为稳定的蛋白空间构象,这与上述凝胶强度和持水性的结果相符。
鱼糜凝胶是采用热诱导方式形成的,含肌球蛋白在低温下头部分子的凝聚和在高温下尾部的螺旋解旋及凝集两个阶段,α-螺旋升温后的解旋和在较高温度下β-折叠、无规则卷曲的形成都有利于肌球蛋白的胶凝作用[31]。当α-螺旋型蛋白质溶液经加热再冷却时,α-螺旋结构通常转变成β-折叠结构,进而影响凝胶网络的形成和稳定性[32]。本研究中随甘油二酯添加量的增多,凝胶中β-折叠含量减少,可能是因为油与蛋白质之间的疏水相互作用增强,削弱了蛋白质分子之间的疏水相互作用,从而改变蛋白质的结构[33];此外,油脂的稀释效应可能会增大蛋白分子间的距离,从而减弱蛋白质之间的疏水相互作用。因此,油脂的添加削弱了蛋白质再折叠的驱动力,抑制了α-螺旋向β-折叠的转变。而在3%浓度时油脂的填充效应较强,抑制蛋白质基质移动,可能对稀释效应起到一定的削弱作用。
2.6 甘油二酯油对鱼糜凝胶微观结构的影响
鱼糜凝胶微观结构的形成受到肌原纤维蛋白有序聚集状态的影响,凝胶结构的致密性和均匀性越好,其凝胶强度和持水性越好[13]。由图5和图6可知,对照组样品的微观结构均匀、致密,没有裂隙和孔洞,凝胶强度和持水性好;添加甘油二酯油后,鱼糜凝胶网络结构变得相对松散,表面更加粗糙,结构有序性降低,并有部分浓度的样品出现明显孔洞。当甘油二酯油添加量为3%时,鱼糜凝胶网络结构相对致密,表面相对光滑、均匀,没有明显的孔洞,这与前述凝胶强度、持水性的结果相符。这可能是因为添加少量(<3%)甘油二酯油时,油脂主要起稀释效应,使蛋白分子间的疏水作用减弱,导致凝胶网络结构的致密性、有序性变差,同时凝胶的持水性变差;在适宜的添加量(3%)时,油脂的填充效应增强,使凝胶网络结构变得致密、紧实,凝胶孔洞减少甚至消失;而油脂添加量过多(>3%)时,油脂的稀释效应进一步增大,不利于蛋白质的交联和凝胶网络的形成,导致凝胶网络结构疏松不均匀。现有研究表明,在鱼糜中直接添加亚麻籽油、橄榄油、大豆油等会使凝胶网络结构变差,其中在3%的添加量下鱼糜凝胶微观结构相对致密均匀[5,17],这与本研究结果一致。
a-0%;b-1%;c-2%;d-3%;e-4%;f-5%
图5 大豆甘油二酯油对鱼糜凝胶微观结构的影响(5 000×)
Fig.5 Effect of soybean diglyceride oil on the microstructure of surimi gel
a-0%;b-1%;c-2%;d-3%;e-4%;f-5%
图6 亚麻籽甘油二酯油对鱼糜凝胶微观结构的影响(5 000×)
Fig.6 Effect of flaxseed diglyceride oil on the microstructure of surimi gel
3 结论
不同添加量的SDO或FDO对白鲢鱼糜凝胶的品质有显著影响。甘油二酯油的添加可明显提高鱼糜凝胶的白度,FDO组比SDO组具有更好的白度提升效果;甘油二酯油的添加对凝胶弹性和回复性影响不大。在各实验组中,当甘油二酯油添加量为3%时鱼糜凝胶的凝胶强度、持水性、不易流动水含量、β-折叠含量等指标均达到最大值,凝胶的微观结构相对致密均匀、无明显的孔洞,且3% SDO组比3% FDO组具有更好的凝胶特性。综合考虑,在鱼糜制品中添加甘油二酯时选择3%的SDO较为适宜,既能提高鱼糜制品的营养价值,又能较好地保持鱼糜制品的凝胶特性并提升凝胶白度。未来可采用油脂预乳化等措施加以辅助,以进一步提升鱼糜的凝胶品质。
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