蒸汽爆破对猪皮冻凝胶体系及其品质的影响

马相杰1,2,孟少华1,2,赵建生1,2,张德权3,黄现青4,宋莲军4,乔明武4,王楠4,马燕1,3,4*

1(河南双汇投资发展股份有限公司,河南省肉类智能分割与生物转化工程研究中心,河南 漯河,462005)

2(河南省肉品技术创新中心,河南 漯河,462005)

3(中国农业科学院农产品加工研究所,农业农村部农产品质量安全收贮运管控重点实验室,北京,100193)

4(河南农业大学 食品科学技术学院,河南 郑州,450002)

摘 要 该研究通过蒸汽爆破技术制作猪皮冻,考察了猪皮凝胶液的流变学特征和稳定性,并研究了猪皮冻的质构和感官特性。结果表明,与传统制作皮冻相比,蒸汽爆破极大缩短了制作时间,猪皮凝胶液表现出典型的剪切稀化行为,黏性有明显提升,其中汽爆压力1.8 MPa下得到的猪皮凝胶液具有最好的稳定性,制得的猪皮冻凝胶强度和质地适宜,感官评价最优。研究结果为皮冻的快速制作和品质提升提供了一种新途径。

关键词 猪皮冻;蒸汽爆破;凝胶体系;稳定性;品质

猪皮作为一种传统的肉制品原料,具有高蛋白、低脂肪、营养价值丰富等优点,可以被制成各种口感独特的食品,其中皮冻的加工生产是猪皮加工利用的重要途径,猪皮冻作为我国北方的传统食物,深受人们的喜爱,如今已在我国多地流行。

传统猪皮冻的制作主要是将猪皮按照一定的水料比熬煮数小时,放入食盐或其他的一些调味品,低温冷却成冻。由于猪皮冻在常温下不能成冻,其制作往往受地区和温度的限制,因此基本只在北方地区的餐桌上出现,目前市面上销售的皮冻黏度普遍偏低,室温下极易化成黏稠液体,无法满足大众的需求[1-2]。蒸汽爆破是一种绿色、高效、能耗低的创新加工技术,使原料封闭于高温高压的环境中,过热饱和水蒸汽经机器加工后强制进入原料并充满物料孔隙,经保温保压阶段后瞬间泄压,物料孔隙内液态水发生闪蒸而高压蒸气体积急剧膨胀对外做功,对物料起到物理撕裂作用从而破坏物料结构[3]。蒸汽爆破技术近年来广泛应用于废弃物资源的开发和利用,在食品加工领域亦受到广泛关注,但主要围绕植物性原料,尤其是制造纸浆和处理植物纤维方面开展研究,在动物性食品领域应用较少[4]

本实验通过蒸汽爆破对猪皮进行处理,研究了不同蒸汽爆破压力对猪皮凝胶液的流变特性、稳定性以及皮冻质构特性、色泽和感官的影响,为皮冻加工提供了一种新途径,也为改善皮冻品质提供一定理论依据。

1 材料与仪器

1.1 实验材料

猪皮,河南双汇投资发展股份有限公司;NaCl、Na2CO3,均为分析纯,天津市永大化学试剂有限公司。

1.2 实验仪器

FA2004B型电子分析天平,上海精科天美科学仪器有限公司;JJ-1型增力电动搅拌机,上海嘉定粮油仪器有限公司;DHG-9030A型电动鼓风干燥箱,上海一恒科学仪器有限公司;DHR-1型流变仪,美国TA公司;Zetasizer Nano-ZS90型纳米粒径电位分析仪,马尔文仪器有限公司;Kruss DSA25型接触角测量仪,德国克吕士公司;TA-XTplus型质构仪,英国SNS公司;QBS-80B蒸汽爆破机,鹤壁正道生物能源有限公司。

2 实验方法

2.1 猪皮冻的制备

2.1.1 猪皮前处理

将猪皮刮去皮下脂肪后,切成1 cm×1 cm方块,加入5倍质量分数为8% Na2CO3溶液浸泡搅拌1 h(0.5 h时换1次Na2CO3溶液),清洗干净,再用5倍质量分数为1% NaCl溶液浸泡6 h(3 h时换1次NaCl溶液),清水洗净,晾干表面水分,备用。

2.1.2 蒸汽爆破制备猪皮冻

蒸汽爆破压力分别设置为1.4、1.6、1.8、2.0、2.2 MPa,维压600 s。

2.1.3 传统皮冻制作

将处理好的猪皮按照水料比3∶1(mL∶g)加入蒸煮锅,待大火煮至沸腾后,调至小火保持微沸状态继续熬制,熬煮2 h后获得的猪皮胶液冷却至25 ℃后部分用于实验测定,部分于4 ℃冰箱中凝冻24 h。

2.2 测定指标

2.2.1 流变特性

流变特性参考AKRAM等[5]的方法并作适当修改。采用流变仪研究凝胶体系的流变特性,钢板直径25 mm,板间距1 mm。通过扫描频率为1 Hz的应变扫描确定凝胶液的线性黏弹性区间,根据测量结果将应变值设定为20%。稳态剪切模式被用来测量凝胶液在1~200 s-1范围内的表观黏度变化。在频率扫描模式下测量储存模量(G′)和损失模量(G″),频率扫描范围为0.1~100 rad/s。所有测量均在25 ℃下进行。

2.2.2 粒径、多分散指数(polydispersity index,PDI)、电位测定

粒径、PDI、电位测定根据AKRAM等[5]的方法并适当修改。用纳米粒度分析仪测量稀释的纳米乳液的粒度(D4.3,表征液滴大小的体积平均直径,单位为纳米)和PDI。为避免粒子间相互作用产生的多重散射对实验结果的影响,将用去离子水稀释,稀释倍数为1∶500。所有样品的平衡时间设定为120 s,并平行计算3次数值。所有测量均在25 ℃下进行。

2.2.3 界面张力

使用接触角测量仪分别测定不同蒸汽爆破压力条件下和未经蒸汽爆破处理的猪皮凝胶液的界面张力(σ)变化。取酒精和去离子水清洗注射器及针头,后用待测液润洗1~2次,吸入一定体积的猪皮凝胶液,排尽注射器管中气泡。将注射器上端卡入测量仪上方的电动控制单元槽,通过控制注射单元挤压注射器,使针尖处形成12 μL的液滴,用视频摄像系统连续采集液滴图像,由仪器自带软件对采集到的图像进行分析和计算,测定界面张力(σ)的变化,所有测量均在25 ℃进行。

2.2.4 质构特性

使用质构仪对样品进行测定,从弹性、硬度、咀嚼性3个方面考察样品的质构特性。参考HUANG等[6]的方法,并稍作修改。在25 ℃下,将凝冻24 h的皮冻切成2 cm×2 cm×2 cm正方体,选用TPA模式进行测定,设置参数为:使用P/50探头,触发力10.0 g,压缩形变量50%。测试高度50 mm,测前速度为1.5 mm/s,测试与测后速度均1 mm/s。

2.2.5 色泽

将皮冻切成2 cm×2 cm×2 cm的正方体,用色差计测定猪皮冻表面的L*值、a*值、b*值。每个试验样品重复测量5次,取平均值[7]

2.2.6 感官评定

感官评价参考文献[2,8]的方法并加以改动。评定内容包括气味、外观、色泽、组织形态和口感5个方面。感官评分最高分100分,最低分5分,具体评价指标见表1。

表1 感官评定标准
Table 1 Sensory evaluation criteria

感官指标评分标准分值/分气味腥味不明显,无异味14~20有轻微腥味或异味7~13具有强烈的腥味或其他异味1~6外观成冻完整,无杂质、无裂痕、光滑14~20有轻微裂痕,轻微杂质,轻微凹凸7~13裂痕明显,有杂质,表面粗糙1~6色泽淡黄色,有光泽,色泽均一14~20黄色,有光泽,色泽较均一7~13颜色很深,无光泽,色泽不均匀1~6组织形态结构紧密,硬度和弹性适宜,切面均匀细腻,无气孔14~20结构较为紧密,硬度和弹性适宜,切面均匀细腻,无气孔7~13结构松散,硬度和弹性适宜,切面均匀细腻,无气孔1~6口感质地适口,无黏连感14~20质地较适口,有轻微黏连感7~13质地偏硬/偏软,有黏连感或异物感1~6

2.3 数据分析

实验数据的统计使用Microsoft Office 2007 和Origin 2021软件;数据的显著性差异分析使用SPSS 16.0 软件,差异显著性水平为P<0.05。

3 结果与分析

3.1 蒸汽爆破对猪皮凝胶流变特性的影响

3.1.1 频率扫描

食品流变学主要用来研究黏弹性食品在加工过程中的流动和变形行为,也可以称为应力-应变关系的方法学。黏性是黏弹性流体最主要的流变性质,对于黏弹性固体来说,其本身具有一定的网状结构,遇到外力会产生不同程度的形变、断裂,运用流变学来研究固体的变形(弹性)行为,改变其流变性质此时就极其重要[9]G′代表能量储存并能恢复的弹性性质,G″代表能量消散的黏性性质[10]G′>G″,物质结构表现出一定的弹性、刚性;随着变形程度进一步增大,G′和G″均开始下降,G′<G″,呈现流体特征,G′和G″的变化可以为物质的应用提供数据。对于凝胶皮冻来说,动态黏弹性与其实际应用性能直接相关,蒸汽爆破的不同压力条件显著影响了猪皮胶液的流变行为。由图1可知,在角速度100 rad/s之前,猪皮胶液的G′显著高于G″,证明猪皮冻的固态性状较好。

a-G′;b-G

图1 不同蒸汽爆破压力下猪皮凝胶液对应的G′和G″的频率扫描
Fig.1 Frequency scanning of storage modulus (G′) and loss modulus (G″) corresponding to pig skin gel solution under different steam burst pressures

不同蒸汽爆破压力条件下猪皮胶液的角速度与G′和G″呈正相关性,随着角速度的增加,猪皮胶液的G′和G″都呈增加趋势,当蒸汽爆破压力增加,体系所对应的G′和G″也逐渐增加,并在压力1.8 MPa条件下达到最大值,这是因为当角速度增加时,猪皮凝胶溶液中的大分子物质随着应变幅度的增加而发生变形或解体行为,导致G′和G″达到最高[11]

3.1.2 剪切率扫描

由图2可知,不同蒸汽爆破压力条件下猪皮凝胶液的表观黏度随着剪切速率的增加而逐渐降低,并且在初始剪切速率10 s-1之后猪皮凝胶液的表观黏度都明显下降,最后在剪切速率50 s-1之后趋于平缓,呈现非牛顿流体的流动特性。这可能是因为在流变剪切过程中互相结合的聚合物网络开始断裂,其中明胶分子间的分裂程度大于重组程度,导致样品内的流动阻力降低,在宏观上表现为黏度的降低[12]。凝胶的剪切稀化行为在工业生产过程中有重要意义,通过不同的蒸汽爆破压力改变猪皮胶液的流变性能,使其更加适应高剪切速率的加工条件,可以减少能量消耗,更有利于产品的输送。

图2 不同蒸汽爆破压力下猪皮凝胶液对应的剪切速率-表观黏度
Fig.2 Shear rate-apparent viscosity of pig skin gel solution under different steam burst pressures

3.2 蒸汽爆破对猪皮凝胶粒径、PDI、zeta电位的影响

猪皮凝胶液的聚集程度可以通过动态光散射技术(dynamic light scattering,DLS)进行定性分析,DLS仪器对溶液中微/纳米颗粒的存在高度敏感,分子在溶液中做布朗运动并产生散射光,仪器接受散射光随后对其进行波段分析,溶液中颗粒的粒径越小,所产生的散射光波动范围就越大且聚集颗粒比单体颗粒的多分散性值更低[13]。不同蒸汽爆破压力处理后的猪皮凝胶液粒径如图3-a所示,与传统制作的皮冻相比,蒸汽爆破处理使得猪皮凝胶液的粒径都维持在较高水平,说明凝胶颗粒在不断地聚集,原因可能是猪皮中的肽胶原蛋白分解产物在水溶液中会随着浓度的增大而产生明显的聚集状态,导致颗粒平均粒径的增大,在分子内和分子间氢键作用加强的同时,胶原多肽链的氨基酸残基的排斥作用相对减弱[14]。较大的颗粒会导致样品溶液平均尺寸逐渐增加,溶液的PDI值对研究分散样品的平均流体动力学直径有很大贡献。由图3-a可知,PDI在蒸汽爆破压力1.4 MPa条件下达到最大值,之后随着压力的增加,PDI值逐渐减小,并于压力1.8 MPa之后保持相对平缓,其变化和粒径的变化大致趋势相同,PDI<1表示胶液具有良好的多分散性。

a-粒径、PDI;b-zeta电位

图3 不同蒸汽爆破压力对猪皮凝胶液粒径、PDI及zeta电位的影响
Fig.3 Effects of different steam bursting pressures on particle size, PDI, and zeta potential of pig skin gel solution

注:不同字母代表组间差异显著(P<0.05);相同字母代表组间差异不显著(P>0.05)(下同)。

凝胶液体系中电荷的静电作用与颗粒表面电荷有关,可以用zeta电位来表示[15]。zeta电位可以反映体系的稳定性,在相同浓度下,电位绝对值越高,分散粒子越小,体系越稳定,zeta电位绝对值越低,体系中的粒子越容易发生聚集。由图3-b可知猪皮凝胶液的zeta电位为负,主要原因是由于其中大部分为带负电荷的氨基酸残基(如天冬氨酸和谷氨酸)。LIU等[16]研究显示,胶液的zeta电位不仅受pH、离子强度、蛋白浓度以及蛋白质或小分子在蛋白质表面聚集的影响,而且还与氨基酸残基的部分离子化有关。明胶分子被覆在油滴表面时,油滴与蛋白表面疏水基团结合,导致液滴之间亲水基团相互吸引,静电排斥作用增加。在<1.6 MPa的蒸汽爆破压力时,胶液中蛋白浓度较低,少部分明胶降解为多肽和氨基酸,导致蛋白表面积增加和表面上带电基团的暴露增多,猪皮凝胶液的zeta电位绝对值呈增加趋势,随后电位绝对值下降。在蒸汽爆破压力增加的过程中,包覆在乳液液滴表面的粒子相互缠结,界面吸附的粒子与液相中粒子缠结,减少了暴露在外面的亲水基团的数量,液滴之间静电排斥作用减弱,这有助于液滴周围形成致密薄膜,进而形成更强的网络结构,使得凝胶液zeta绝对值增加且稳定性提高[17]。综合看来蒸汽爆破压力1.6、1.8 MPa条件下猪皮凝胶液稳定性最好。

3.3 蒸汽爆破对猪皮凝胶界面张力的影响

界面张力的产生主要来源于液体中分子之间的相互吸引,宏观上表现为液体表面积趋向最小化、液体趋向变圆。如图4所示,随着蒸汽爆破压力的增加,猪皮凝胶液的界面张力呈现先降低后增加趋势,与传统制作的猪皮凝胶液相比,1.4~1.8 MPa处理下界面张力显著降低,这是由于猪皮凝胶液分子快速吸附到水-油界面,导致体系的气-水界面的界面张力下降。在压力1.8 MPa时,猪皮胶液的界面张力达到最低,说明猪皮胶液能够吸附油滴表面,在油-水界面形成界面层,使体系趋于稳定。2.0~2.2 MPa处理后的猪皮凝胶液较传统制作猪皮凝胶液的界面张力有所增加。

图4 不同蒸汽爆破压力对猪皮冻凝胶体系界面张力的影响
Fig.4 Influence of different steam bursting pressures on interfacial tension of pig skin gel system

3.4 蒸汽爆破对猪皮冻质构的影响

质构特性可以很大程度上反应皮冻的适口性,猪皮冻各物质成分中最关键的影响因素是胶原蛋白的排列与交联[18]。如图5所示,与传统皮冻相比,蒸汽爆破压力为1.4 MPa时的猪皮冻硬度略有降低,随着蒸汽爆破压力的增加,猪皮冻硬度呈现先增加后降低趋势,这是因为猪皮凝胶的硬度主要受凝胶网络结构强度的影响,在一定时间内越多的胶原蛋白从猪皮中溶出,形成皮冻时凝胶网络结构越强,硬度越大[19]。另外,随着蒸汽爆破压力的增加,猪皮冻咀嚼性和弹性也呈现先增加后降低趋势,在蒸汽爆破压力1.8 MPa时的皮冻品质较优,其余压力处理下的皮冻硬度和咀嚼性几乎与传统皮冻持平,而弹性较传统皮冻相比有了明显改善。

图5 不同蒸汽爆破压力对猪皮冻质构特性的影响
Fig.5 Effects of different steam bursting pressures on the texture characteristics of pig skin jelly

3.5 蒸汽爆破对猪皮冻色泽的影响

猪皮冻的色泽受胶液浓度及其他可溶性杂质影响,虽有研究表明色泽不会影响其凝胶特性[20],但对于消费者而言,色泽是影响消费者可接受性的重要属性之一,不同制作工艺的猪皮冻颜色差异较大。如图6所示,与传统皮冻相比,蒸汽爆破压力为1.4、1.6 MPa处理下的皮冻L*值显著增加,1.8 MPa处理下的皮冻L*值无显著变化,1.4~1.8 MPa处理下的皮冻a*值和b*值无明显变化。猪皮冻表现出的颜色为多黄绿而少红蓝,并有一定的光泽,这与肉眼看到的猪皮冻颜色保持一致。较高压力处理下的皮冻L*值显著降低,b*值显著增加,这是因为温度提高会导致猪皮中的色素发生协同提取,色素溶解后颜色扩散至水中,猪皮凝胶液颜色变深[8],另外蒸汽爆破压力提高会加大猪皮中明胶的水解,产生更多游离氨基,与猪皮中的羰基化合物发生褐变反应使颜色加深[21]

图6 不同蒸汽爆破压力对猪皮冻色泽的影响
Fig.6 Influence of different steam bursting pressures on color of pig skin jelly

3.6 蒸汽爆破对猪皮冻感官的影响

如表2所示,与传统制作的皮冻相比,蒸汽爆破处理下皮冻的感官评分差别较大,其中1.6、1.8 MPa处理下的皮冻完整,无杂质,无裂痕,光滑,颜色呈淡黄色,色泽较均一,气味和外观得分较高;1.8、2.0 MPa处理下的皮冻色泽和口感得分较高;除去1.4 MPa处理,其他压力条件下猪皮冻的组织形态没有发生显著变化。综合看来,1.8 MPa处理下的猪皮冻感官评分最高,1.6、2.0 MPa处理下的皮冻得分与传统制作的皮冻无显著性差异,即1.6~2.0 MPa处理后的猪皮冻气味、外观、色泽、组织状态和口感均可接受,可以作为制作皮冻的优选条件。

表2 不同蒸汽爆破压力处理对猪皮冻感官的影响
Table 2 Effects of different steam burst pressure treatments on the sensory effects of pig skin jelly

蒸汽爆破压力/MPa气味/分外观/分色泽/分组织形态/分口感/分015.40±0.83b15.73±0.46c16.33±0.49c16.07±0.59a17.67±0.82a1.413.40±0.51c16.87±0.64bc15.33±0.49d14.73±0.70b14.87±0.64c1.616.40±0.63ab17.27±0.80ab15.60±0.51d16.07±0.59a16.07±0.59b1.817.53±0.64a18.07±0.46a18.33±0.49a16.20±0.41a18.40±0.51a2.015.67±0.98b15.40±0.63c17.33±0.49b16.27±0.70a17.93±0.26a2.215.00±0.53b15.33±0.49c14.87±0.74d16.06±0.59a15.40±0.51bc

注:平均值±标准差,不同字母代表组间差异显著(P<0.05);相同字母代表组间差异不显著(P>0.05)。

4 结论

本研究以猪皮凝胶液及皮冻为研究对象,考察不同蒸汽爆破压力对猪皮凝胶液的流变特性、稳定性以及皮冻质构特性、色泽和感官的影响,得出如下结论:

(a)与传统制作相比,蒸汽爆破压力在1.4~2.0 MPa范围内得到的猪皮凝胶液G′和G″较高;随着蒸汽爆破压力的增加,猪皮凝胶液粒径、PDI及Zeta电位呈现先增加后降低趋势,界面张力则呈相反趋势,综合看来,猪皮凝胶液在1.6、1.8 MPa条件下稳定性更好。

(b)与传统皮冻相比,蒸汽爆破压力在1.8~2.2 MPa范围内的质构特性较好,皮冻硬度和咀嚼度与传统皮冻持平,而弹性显著提高;2.0、2.2 MPa下的皮冻色泽偏暗偏黄,其余压力下变化不显著;1.6~1.8 MPa范围内的感官评分相对较高。综合考虑,蒸汽爆破压力1.8 MPa得到的皮冻品质较好。

本研究提供了一种快速制作猪皮冻的方法,为皮冻品质改善提供一定理论依据。

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Effect of steam blasting on gel system and quality of pig skin

MA Xiangjie1,2,MENG Shaohua1,2,ZHAO Jiansheng1,2,ZHANG Dequan3,HUANG Xianqing4,SONG Lianjun4,QIAO Mingwu4,WANG Nan4,MA Yan1,3,4*

1(Henan Shuanghui Investment Development Co.Ltd., Henan Intelligent Meat Segmentation and BioTransformation Engineering Research Center, Luohe 462005, China)2(Henan Meat Technology Innovation Center, Luohe 462005, China)3(Institute of Food Science and Technology, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Key Laboratory of Agro-products Quality &Safety in Harvest, Storage, Transportation, Management and Control, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100193, China)4 (College of Food Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)

ABSTRACT In this study, pig skin jelly was made by steam explosion, and the rheological characteristics and stability of pig skin gel after steam explosion were investigated, and the texture and sensory properties of pig skin jelly were studied.Results showed that compared with the traditional skin gel, the steam explosion greatly shortened the preparation time, the pig skin gel showed the typical shear thinning behavior, and the viscosity was obviously improved, the pig skin gel obtained under the pressure of 1.8 MPa had the best stability, the strength and texture of the prepared pig skin gel are suitable, and the sensory evaluation is the best.The results provide a new way for the rapid production and quality improvement of skin jelly.

Key words pig skin jelly;steam explosion;gel system;stability;quality

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.036174

引用格式:马相杰,孟少华,赵建生,等.蒸汽爆破对猪皮冻凝胶体系及其品质的影响[J].食品与发酵工业,2024,50(17):255-260.MA Xiangjie,MENG Shaohua,ZHAO Jiansheng, et al.Effect of steam blasting on gel system and quality of pig skin[J].Food and Fermentation Industries,2024,50(17):255-260.

第一作者:硕士,高级工程师(马燕副教授为通信作者,E-mail:mayan201509@163.com)

基金项目:2022年漯河市重大科技创新专项(揭榜挂帅)项目:生猪绿色屠宰与副产物高价值化综合利用关键技术研发及产业化示范;中国博士后科学基金资助项目(2022M711460);河南省研究生联合培养基地项目(YJS2022JD16);河南省高校科技创新团队项目(23IRTSTHN023)

收稿日期:2023-05-17,改回日期:2023-09-07