白鲢(Hypophthalmichtys molitrix)是我国主要养殖的淡水鱼类之一,2021年养殖总产量达到了383.7万t,在淡水鱼类中排名第二,产量比2020年产量增长0.62%[1]。白鲢鱼价格便宜,营养丰富,含有丰富二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid, EPA)和二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid, DHA),其含量接近于部分海水鱼,还拥有人体所需的组氨酸和牛磺酸等营养素[2]。白鲢虽鱼肉质细嫩,但刺多,土腥味也较重,加工成鱼糜形式更容易被消费者接受。

纤维素是由β-D-吡喃葡萄糖基单位通过β-1,4-糖苷键链接而成的均一直链高分子聚合物,是地球上最丰富的高分子可再生资源,其广泛存在于棉花或木材之中,是一种重要的膳食纤维,具有可再生性、无毒、低成本、生物降解性、热和化学稳定性以及衍生性等特点[3-4]。摄入较少的蔬菜水果和大量的肉类脂肪类的饮食习惯是现代人们得结肠疾病的重要原因。纤维素有助于肠道及时将肉类脂肪产生的致癌物质排出,同时增加了胆酸的排出,有利于预防和治疗动脉粥硬化和胆石症[5]。纤维素能提高进食的饱腹感,减缓人体对糖的吸收,促进肠道运动,食用含有纤维素的食物对于糖尿病人、肥胖者和便秘人士来说无疑是非常有利的。此外,纤维素在肉制品的应用中可以起到增稠的作用,从而来提高肉类制品的凝胶强度和改善其持水能力。李可等[6]在提取的猪肉盐溶性蛋白中添加了不同比例的竹笋膳食纤维,发现能竹笋膳食纤维能显著提高其凝胶体系的凝胶特性与持水能力。

随着人们饮食观念的变化,通过添加纤维素来降低鱼糜制品脂肪含量,提高其凝胶强度和感官品质,无疑是非常符合健康食品的发展的。此外对于提高低值鱼的价值也是非常有利的。本实验探究不同粒径及比例的纤维素对白鲢鱼糜制品凝胶特性的影响,确定添加至白鲢鱼糜制品的最适粒径大小及比例,为纤维素在低脂鱼糜制品的应用中提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

AAA级鲢鱼糜(水分含量75.20%),湖北省洪湖水产有限公司;食盐,中盐上海市盐业有限公司;纤维素,上海同化益生纤生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

AM-CG108厨师机,北美电器(珠海)有限公司;HWS-24双列四孔恒温水浴锅,上海慧泰仪器制造有限公司;TA.XT Plus质构仪,英国Stable Micro System公司;CR-400色差仪,日本柯尼卡美能达公司;H2050R高速冷冻离心机,长沙湘仪有限公司;MesoMR23-060H-I低场核磁共振仪,上海纽迈电子科技有限公司

1.3 实验方法

1.3.1 原材料的处理

1.3.1.1 鱼丸的制作

将500 g鱼糜4 ℃下解冻12 h,先用空擂3 min,再加入鱼糜质量2.5%的食盐斩拌3 min,再分别加入0%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%(质量分数)的纤维素斩拌3 min。对混料均匀的鱼糜进行适量揉搓,排除内部空气,然后制成鱼丸形状,过程中应注意不让空气进入鱼糜中。锅中加入冷水加热至沸腾,放入鱼丸,煮至鱼丸上浮即可;保温4 min;熟制的鱼丸放入冷水中直至其冷却。

1.3.1.2 鱼肠的制作

4 ℃下解冻200 g鱼糜,先空擂3 min,再加入鱼糜质量2.5%的食盐斩拌3 min,再分别加入0%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%(质量分数)的纤维素及其他配料斩拌15 min,保持水分含量在80%,然后将鱼糜灌入肠衣内,将在肠衣中成型的鱼肠置于90 ℃的恒温水浴锅中30 min熟化并定型后,取出立即投入冰水中30 min使之充分冷却,然后在4 ℃冰箱中静置12～24 h平衡后备用。

1.3.1.3 鱼糕的制作

将200 g鱼糜4 ℃下解冻,先空擂3 min,再加入鱼糜质量2.5%的食盐斩拌3 min,再分别加入0%、0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%(质量分数)的纤维素及其他配料斩拌15 min。将整理成型后的鱼糜在100 ℃蒸制25 min。鱼糕冷却到室温后,进行真空包装。

1.3.2 凝胶强度的测定

将在4 ℃冰箱中放置了12 h的鱼丸、鱼糕、鱼肠取出,用直径为20 mm圆柱体模具将其形状调整为直径为20 mm、高25 mm的圆柱体。选用TA-XT Plus质构仪,将测定参数设置为:测前速率2.00 mm/s,测试速率1.00 mm/s,测后速率10.00 mm/s,下压距离15 mm,触发力10 g,然后用P/5S球形探头对鱼糜凝胶圆柱体进行穿刺实验。凝胶强度的计算如公式(1)所示:

凝胶强度/(g·cm)=破断力×破断距离

(1)

1.3.3 全质构(texture profile analysis, TPA)测定

操作如1.3.2节所示,将鱼丸、鱼糕和鱼肠的形状调整为直径20 mm高20 mm的圆柱体。选用TA-XT Plus质构仪,将测定参数设置为:测前速率1.00 mm/s,测试速率1.00 mm/s,测后速率1.00 mm/s,压缩比40%,触发力5 g,然后用P50柱形探头对鱼糜凝胶圆柱体进行2次压缩试验。

1.3.4 白度测定

在室温条件下平衡温度后,用模具将鱼丸、鱼糕和鱼肠形状调整为直径20 mm、高10 mm的圆柱体用 CR-400色差计分别测定L*(亮度)、a*(红绿度),和b*(黄蓝度)值。白度的计算如公式(2)所示:

白度

(2)

1.3.5 持水力(water holding capacity, WHC)的测定

将调整形状后的鱼丸、鱼糕和鱼肠切成厚度5 mm薄片,准确称重后(w1)后置于3层滤纸中包裹好然后放入离心管中,4 ℃、5 000 r/min条件下离心15 min,结束后对凝胶样品进行称重(w2)。持水力的计算如公式(3)所示:

(3)

1.3.6 低场核磁共振技术(low-field nuclear magnetic resonance,LF-NMR)自旋-自旋弛豫时间(T2)的测定

鱼糜制品置于室温环境下平衡温度,用模具将形状调整为直径20 mm、高20 mm的圆柱体,用保鲜膜包好放入核磁管中,测试条件设定及弛豫数据反演拟合参照姜昕等[8]的方法进行设定。

1.3.7 感官评价

由10位食品专业学生组成评价小组,分别从外观、组织状态、口感、弹性、气味5个方面去进行评定打分,满分为100分,感官评价标准见表1。

1.4 数据处理

采用IBM SPSS Statistics 25.0,基于单因素方差分析(ANOVA)进行数据统计处理,采用沃勒-邓肯方法,显著性水平设置为0.05。采用Origin 2021绘图软件作图。

2 结果与分析

2.1 白度

白度是衡量鱼糜制品品质的重要指标之一,相对来说拥有更高白度的鱼糜制品会更受消费者的青睐。如图1所示,在鱼丸制品中,添加纤维素较不添加纤维素的样品白度有显著的提高(P<0.05),3种粒径的纤维素在添加量小于2%时,各添加量的白度值并无显著差异,在添加量大于等于2%时,白度达到最高值。在鱼糕制品中,添加纤维素粒径为30 μm和60 μm时,添加量为1%的白度值最高,分别提高了1.6%和2.1%。添加粒径为200 μm的纤维素与不添加纤维素制作的出的鱼糕在白度值上并无显著差异。在鱼肠制品中,粒径为30 μm的纤维素在添加量为0.5%时白度达到了最高值,提高了2.9%,粒径为60 μm的纤维素在添加量为1%时白度达到了最高值,提高了2.8%,而添加粒径为200 μm的纤维素与不添加纤维素制作出的鱼肠在白度上并无显著差异。白度的提高与纤维素本身的颜色相关。

2.2 持水力

持水力是蛋白质结合水的能力的指标,也是用于评价鱼糜制品质量的指标之一。如图2所示,3种鱼糜制品持水力受纤维素粒径及比例的影响显著(P<0.05)。随着添加纤维素粒径的增大,3种鱼糜制品的持水力也随之增大。随着纤维素添加比例的增大,3种鱼糜制品持水力呈现出先增大后减小的趋势。在添加粒径大小为200 μm的纤维素时,添加比例在1.5%、2%和2.5%时能保持在最大值,添加比例为2%时能分别将鱼丸、鱼肠和鱼糕的持水力提高14.5%、22.1%和8.9%。当添加比例大于2.5%时,鱼糜制品的持水力开始下降,这说明了纤维素对持水力的提高有一定的局限性,过多的添加纤维素并不会将持水力一直维持在高值,反而会使其下降。纤维素对鱼糜制品持水力的影响主要是由于纤维素本身的吸水溶胀性导致的。

2.3 凝胶强度

凝胶强度是评判鱼糜凝胶特性最基本的指标,凝胶强度由破断力与破断距离乘积得到,表示为凝胶的坚实程度[9]。由图3可知,在鱼丸、鱼肠、鱼糕3种鱼糜制品中,纤维素的添加会使鱼糜制品的凝胶强度得到显著的提升(P<0.05)。鱼糜制品的凝胶强度都会随着添加纤维素粒径的增大而呈现上升趋势,添加粒径为200 μm的纤维素能更大限度地提升其凝胶强度,此现象在鱼糕中表现得更为明显。而随着纤维素添加比例的增加,3种鱼糜制品都呈现出先上升后稳定不变甚至轻微下降的趋势,鱼丸和鱼肠在纤维素添加比例为2%和2.5%时能达到最大值,鱼糕则是在添加比例为1.5%时能达到最大值。纤维素粒径为200 μm、添加比例为2%时,3种鱼糜制品的凝胶强度与其凝胶强度能达到的最大值并无显著差异,可知在纤维素粒径为200 μm时,2%的添加比例即可使3种鱼糜制品的凝胶强度都得到最大的提升。鱼丸、鱼肠和鱼糕的凝胶强度分别提升121.9%、108.7%和65.5%。这一现象与DEBUSCA等[10]研究结果相似,他们发现添加1%～6%的小麦膳食纤维会显著增加鱼糜凝胶强度,当纤维含量从6%增加到8%时,没有显著变化。这可能是因为纤维素的添加会增加蛋白质-水的相互作用,从而使其形成更强的网络结构,添加过量的纤维素时会破坏或稀释蛋白质凝胶基质,并在鱼糜蛋白的热凝胶化过程中与蛋白质争夺水分[11]。

2.4 TPA

质构特性也是评价鱼糜制品品质的指标之一。由表2～表4可知,3种鱼糜制品的硬度、内聚性和咀嚼性均会因纤维素的添加得到显著的提升(P<0.05)。在硬度方面,3种鱼糜制品的硬度均会随着添加纤维素的粒径的增大和添加比例的增大而增大。在弹性方面,3种鱼糜制品的弹性会随着纤维素的添加呈现出略微下降的趋势,而这种现象并不会因为所添加纤维素的粒径和添加比例的变化而变化。在内聚性方面,随着添加纤维素粒径的变化,添加纤维素粒径为60～200 μm鱼糜制品在内聚性提升上有着更显著的效果(P<0.05)。随着添加纤维素比例的变化,鱼糜制品内聚性的大小会呈现出先增大后减小的趋势,在添加比例为1.5%和2%时达到最高值。在咀嚼性方面,纤维素粒径大小的变化对鱼糜制品的咀嚼性也有着显著的影响(P<0.05),鱼糜制品的咀嚼性会随着纤维素添加比例的增加而呈现出先增大后趋于稳定或是减小的趋势,并在纤维素添加比例为2%～2.5%时达到最大值。在回复性方面,添加纤维素粒径为60～200 μm的鱼糜制品在回复性的提升上效果更为显著(P<0.05),且随着纤维素添加比例的增加呈现出先增大后减小的趋势。整体来说,添加粒径为200 μm的纤维素、添加比例为2%时质构的各项指标最好。在鱼丸制品中,硬度、内聚性、咀嚼性和回复性分别能提高97.5%、7.0%、84.2%和12.5%。在鱼糕制品中硬度、内聚性、咀嚼性和回复性分别能提高158.8%、2.8%、129.2%和2.5%。在鱼肠制品中硬度、内聚性、咀嚼性和回复性分别能提高107.0%、32%、65.0%和41.7%。可能是因为纤维素的吸水溶胀性,在鱼糜凝胶网络结构中纤维素吸水溶胀在其中起到了机械支撑的作用使其硬度显著提高,也因此使鱼糜凝胶的弹性略微下降[12]。

2.5 T2弛豫时间及水分分布

通过低场核磁可以对鱼糜制品中蛋白凝胶体系中的不同组分的水的迁移能力和相对比例进行量化。一般在蛋白凝胶体系中分为3种组分的水,分别为T2b结合水、T21不易流动水和T22自由水,这3种组分的水在蛋白凝胶体系中的弛豫时间分别为1～10 ms(T2b结合水)、200～400 ms(T21不易流动水)、1 500～2 500 ms(T22自由水)[13]。由表5～表7可知,3种鱼糜制品中的T2b和T21均因纤维素的添加而减小,PT2b和PT21会因纤维素的添加而增大。随着添加的纤维素粒径的增大,T2b和T21基本呈现出减小的趋势,PT2b和PT21呈现出增大的趋势。随着添加纤维素比例的增加,T2b和T21呈现出先减小后增大的趋势,PT2b和PT21呈现出先增大后减小的趋势。在添加纤维素粒径为200 μm,添加比例为2%时,鱼丸中T2b和T21会分别减少18.0%和16.0%,PT2b和PT21会分别增加172.1%和0.8%;鱼糕中T2b和T21会分别减少51.5%和20.4%,PT2b和PT21会分别增加4.1%和1.7%;鱼肠中T2b和T21会分别减少51.5%和20.4%,PT2b和PT21会分别增加4.1%和1.7%。T2b结合水的部分是通过亲水键与蛋白质分子结合,添加纤维素后T2b的减小和PT2b的增大这一表征更加验证了纤维素的添加会加强蛋白质-水的相互作用,T22的减小和PT22的增大也说明了纤维素的添加形成了更强的网络结构,留住了水分从而减小了自由水的比例,但是当纤维素添加比例过大时,T2b和T21会又开始增大,PT2b和PT21开始减小,所以要选取合适的添加比例。

2.6 感官评价

感官评价可以直接反映消费者对产品的喜好程度,对评价鱼糜制品品质具有重要意义。由表1可知,感官评价从鱼糜制品的外观、组织状态、口感、弹性和气味5个方面来评价。由图4可知,3种鱼糜制品弹性、外观和组织状态3个方面的评分均会随着添加纤维比例的增大而增大,这是因为随着纤维素添加比例的增大,鱼糜制品的组织会更加紧实致密,外观上孔洞减少也会更得消费者的喜爱。但是当添加比例超过2%时,鱼糜制品在口感方面会大打折扣,粉感不够细腻,评分下降。从气味评分来说,纤维素对鱼糜制品的气味影响不大,不会带来异味的同时也没有为其增香的作用。从图5来看,3种鱼糜制品中,添加比例为2%,粒径为200 μm的纤维素更受消费者的青睐。

3 结论

纤维素的添加虽然会导致鱼糜中蛋白质等重要营养成分的含量下降,但是它可以代替传统鱼糜制品制作工艺中淀粉、猪油或是猪肥膘的添加。传统工艺中的淀粉、猪油或是猪肥膘的添加量一般在10%左右,本文所研究的纤维素的添加量在3%以下。纤维素的添加可以减少甚至代替淀粉、猪油或是猪肥膘的使用,相较于传统的工艺制作的鱼糜制品来说,提高了其中蛋白质等重要营养成分的含量,有效降低了脂肪等成分的含量,还补充了人体所需的膳食纤维,使其营养结构更符合人们的饮食需求。本文研究了添加不同粒径及不同添加比例的纤维素对3种常见鱼糜制品品质的影响,研究结果表明,纤维素的添加可以显著提高鱼糜制品的凝胶强度、持水力和硬度等质构特性,显著降低鱼糜制品中自由水的比例,说明纤维素的添加可以加强水-蛋白质之间的相互作用,具体机理还有待研究。研究还发现,纤维素粒径的变化对鱼糜制品白度并无显著影响,在纤维素添加量为2%时达到最高值。纤维素的粒径及添加比例的改变,均会对3种鱼糜制品的持水力、凝胶强度、硬度、水分分布及部分感官评分造成影响,但过多地添加纤维素不会持续提高鱼糜制品的品质,会在到达一定高度时开始下降,还会影响鱼糜制品的口感,使其粉感过重。综合来看,纤维素粒径为200 μm,添加比例为2%时,能最大程度地提高3种常见鱼糜制品的品质。

参考文献

[1] 农业农村部渔业渔政管理局, 全国水产技术推广总站,中国水产学会.中国渔业统计年鉴—2022[M].北京:中国农业出版社, 2022.
Fishery and Fisheries Administration Bureau of the Ministry of Agriculture and Rural Affairs, National Aquatic Technology Promotion Station, China Fisheries Association.China Fisheries Statistics YearBook—2022[M].Beijing:China Agriculture Press, 2022.

[2] 金庆华, 李桂玲.中国鲢鱼营养成分的研究[J].食品科学, 1998,19(8):41-43.
JIN Q H, LI G L.Study on the nutritional composition of Chinese silver carp[J].Food Science, 1998,19(8):41-43.

[3] BROWN R M.Cellulose structure and biosynthesis:What is in store for the 21st century?[J].Journal of Polymer Science Part A:Polymer Chemistry, 2004, 42(3):487-495.

[4] WANG S, LU A, ZHANG L N.Recent advances in regenerated cellulose materials[J].Progress in Polymer Science, 2016, 53:169-206.

[5] 佚名. 纤维素对人体的作用[J].粮食加工, 2019, 44(6):48.
Anon.Effect of cellulose on human body[J].Grain Processing, 2019, 44(6):48.

[6] 李可, 刘俊雅, 扶磊, 等.竹笋膳食纤维对猪肉盐溶性蛋白热诱导凝胶特性的影响[J].食品科学, 2019, 40(4):56-61.
LI K, LIU J Y, FU L, et al.Effect of bamboo shoot dietary fiber on thermal gelling properties of pork salt-soluble proteins[J].Food Science, 2019, 40(4):56-61.

[7] GRIGELMO-MIGUEL N, ABADAS-SERS M I, MARTN-BELLOSO O.Characterisation of low-fat high-dietary fibre frankfurters[J].Meat Science, 1999, 52(3):247-256.

[8] 姜昕, 陈晴, 田志航, 等.超声时间对鲢鱼糜凝胶特性和蛋白结构的影响及相关性分析[J].水产学报, 2023(6): 163-173.
JIANG X, CHEN Q, TIAN Z H, et al.Effect and correlation analysis of ultrasonic time on gel properties and protein structure of Hypophthalmichthys molitrix surimi[J].Journal of Fisheries of China, 2023(6): 163-173.

[9] 黄洁. 低水分马铃薯淀粉对鲢鱼糜凝胶特性的影响[D].无锡:江南大学, 2015.
HUANG J.Effect of low moisture potato starch on gel properties of silver carp surimi[D].Wuxi:Jiangnan University, 2015.

[10] DEBUSCA A, TAHERGORABI R, BEAMER S K, et al.Physicochemical properties of surimi gels fortified with dietary fiber[J].Food Chemistry, 2014, 148:70-76.

[11] XU X L, HAN M Y, FEI Y, et al.Raman spectroscopic study of heat-induced gelation of pork myofibrillar proteins and its relationship with textural characteristic[J].Meat Science, 2011, 87(3):159-164.

[12] KARTHIKEYAN M, DILEEP A O, SHAMASUNDAR B A.Effect of water washing on the functional and rheological properties of proteins from threadfin bream (Nemipterus japonicus) meat[J].International Journal of Food Science &Technology, 2006, 41(9):1002-1010.

[13] ZHUANG X B, JIANG X P, HAN M Y, et al.Influence of sugarcane dietary fiber on water states and microstructure of myofibrillar protein gels[J].Food Hydrocolloids, 2016, 57:253-261.

Effect of cellulose with different particle sizes and addition ratios on gel properties of surimi products

CHENG Xiaoxuan1, ZHANG Nan2, TANG Yue2, ZHANG Zhen1, LI Wenting1, SHI Wenzheng1*, QU Yinghong1*

1(College of Food Science,Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China)2(Shanghai Tonnor DF Biotech Co.Ltd., Shanghai 200433, China)

ABSTRACT The effects of adding cellulose with different particle sizes and proportions on the gel properties of three common surimi products, namely fish balls, fish intestines, and fish cakes, were studied, and the best particle sizes and proportions were selected.This experiment determined the best particle size and proportion by studying the effects of adding different particle sizes and proportions of cellulose on the whiteness, water holding capacity, gel strength, total texture analysis, water distribution, and sensory aspects of fish balls, fish intestines, and fish cakes.The experiment found that the addition of cellulose could effectively improve the whiteness, water retention, gel strength, and texture characteristics of three common surimi products, and reduce the content of free water.The water holding capacity of fish balls, fish intestines, and fish cakes, gel strength, hardness, chewiness, and the proportion of water that was difficult to flow would increase with the increase of cellulose particle size, and first increase and then decrease with the increase of the addition proportion.It was found that the particle size of cellulose was 200 μm.When the addition ratio was 2%, the sensory evaluation would be more popular with consumers.After comprehensive consideration, the particle size of added cellulose was 200 μm.When the addition ratio was 2%, the quality of three common surimi products could be improved to the greatest extent, and the water holding capacity of fish balls, fish intestines and fish cakes can be increased by 14.5%, 22.1%, and 8.9% respectively.Gel strength increased by 121.9%, 108.7%, and 65.5%.Hardness increased by 97.5%, 107.0%, and 158.8%.The proportion of non-flowing water increased by 0.8%, 1.7%, and 1.7%.

Key words cellulose; surimi products; gel properties; low field nuclear magnetic resonance; sensory evaluation

第一作者：硕士研究生(施文正教授和曲映红副教授为共同通信作者,E-mail:wzshi@shou.edu.cn;yhqu@shou.edu.cn)

基金项目：“十三五”国家重点研发计划(2019YFD0902003)

收稿日期：2023-02-17,改回日期：2023-04-27

DOI：10.13995/j.cnki.11-1802/ts.035185

引用格式：程小璇,张楠,唐月,等.添加不同粒径及比例的纤维素对鱼糜制品凝胶特性的影响[J].食品与发酵工业,2024,50(12):63-73.CHENG Xiaoxuan,ZHANG Nan,TANG Yue, et al.Effect of cellulose with different particle sizes and addition ratio on gel properties of surimi products[J].Food and Fermentation Industries,2024,50(12):63-73.