随着生活水平的提高,人们对肉类食品的需求持续增长,肉类已经成为日常膳食中重要的组成部分。然而有证据表明,大量食用肉类会增加某些慢性病的患病风险,对人体健康造成不利影响[1]。与此同时,畜牧业的大规模扩张加剧了土地资源的过度利用、温室气体排放以及能源消耗等一系列问题。基于此,开发以植物蛋白为基础的肉类替代品,不仅能够有效缓解上述问题,也为全球的素食主义者提供一个全新的选择。大豆组织蛋白(textured soybean protein, TSP)是一种以大豆蛋白为主要成分而制成的素食产品,有着蛋白含量高、脂肪含量低、可以降低心血管和中风等疾病的患病风险等一系列优点,同时也具有与动物肉相似的纤维结构以及口感,被视为一种有潜力的绿色肉类替代品[2]。TSP的加工技术主要为螺杆挤压法和纺丝法[3]。使用双螺杆挤压机进行的螺杆挤压技术相对成熟,有着可连续生产、低成本和能效低等优势,是目前国内外厂商生产最主要的生产方式。在生产过程中,大豆蛋白受双螺杆挤压机内高温、高压和高剪切力的联合作用而变性、展开,转变为可塑化的熔融体,从挤压机出料口挤出的瞬间,蛋白物料发生膨化作用,形成大量新的交链和纤维状结构[4]。TSP的品质是影响消费者接受度的关键因素。然而,目前市面上的组织蛋白制品在质构与口感方面与动物肉仍有明显差别,不利于素食产业的持续扩张与发展。已有大量研究报道,往TSP中添加外源性多糖类胶体,可以促进组织蛋白纤维化结构的形成,改善质构特性。ZHANG等[5]报道,多糖类物质具有大量亲水基团,在挤压过程中能与蛋白质形成大量氢键与疏水相互作用等,有利于维持大分子空间结构的稳定,形成更明显的纤维。WANG等[6]发现海藻酸钠(sodium alginate, SA)、黄原胶(xanthan gum, XG)和麦芽糊精(maltodextrin, MD)都具有良好的凝胶特性,能够有效增加蛋白之间的相互作用,促进高分子蛋白相互聚集,低分子亚基相互交联,使植物组织蛋白形成更多的纤维结构。
燕麦β-葡聚糖 (oat β-glucan, OG)是一种天然的线性多糖,大量存在于燕麦糊粉层,因其出色的保水性和增稠效果被广泛应用于面包、酸奶等食品的制作中[7]。但不同分子质量的燕麦β-葡聚糖的流变行为差异较大,在溶解性、黏度以及凝胶形成能力等方面存在差异,会对产物产生不同的影响[8]。目前,国内外有关燕麦β-葡聚糖在改善面包的质构特性与植物基酸奶的流变特性方面已有较多报道,但关于不同分子质量燕麦β-葡聚糖对TSP的质构与感官特性的改善效果缺乏系统的研究。本实验选取低、中、高3种分子质量的燕麦β-葡聚糖(100、200、600 kDa)添加到大豆组织蛋白中,通过质构剖面分析(texture profile analysis, TPA)和感官评价2种方式评价不同分子质量的燕麦β-葡聚糖对大豆组织蛋白综合品质的改善效果,并对TPA测试所得6个关键指标进行主成分分析(principal component analysis,PCA),建立TSP质构综合评价模型,以便更准确、便捷地评估TSP的质构特性,为改善大豆组织蛋白的品质提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
大豆分离蛋白,食品级,蛋白含量≥90 %(质量分数),山东万得福生物科技有限公司;大豆浓缩蛋白、食品级、蛋白含量≥67%(质量分数)、低温脱脂大豆蛋白,食品级,蛋白含量≥52%(质量分数),秦皇岛金海食品工业有限公司;谷脘粉,封丘县博源制粉有限公司;特精小麦粉,五得利面粉集团有限公司;食用玉米淀粉,秦皇岛骊骅淀粉股份有限公司;3种分子质量燕麦β-葡聚糖(100、200、600 kDa),食品级,葡聚糖含量≥70%(质量分数),广州中康食品有限公司。
1.2 仪器与设备
TVP25双螺杆挤压机,台湾泽机工业有限公司;TA.XTC-18质构仪,上海保圣实业发展有限公司;MCR-301旋转流变仪,安东帕(上海)商贸有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 复合组织蛋白的制备
挤压实验在中试规模的TVP25双螺杆挤压机上进行,该设备结构如图1所示。双螺杆挤压机中的2条螺杆由输送模组、剪切模组、啮合模组组成,螺杆直径为58 mm,长径比L/D为20;模头为直径8 mm,长度为30 mm的圆柱形。经过预实验得到的挤压参数为:螺杆转速350 r/min,喂水速度21 kg/h,喂料速度30 kg/h,沿挤压方向6个区域的加热温度分别设置为 70、100、170、170、170、165 ℃。进行挤压前,先将大豆组织蛋白的原辅料等按一定比例混合(表1),再往混料中分别添加混料质量一定占比的燕麦β-葡聚糖,混合均匀后定量加入双螺杆挤压机中进行挤压,得到组织蛋白。
表1 组织蛋白原辅料配方
Table 1 Formulation of textured soybean protein
配料占比/%大豆分离蛋白25大豆浓缩蛋白15脱脂大豆蛋白15谷脘粉 12高筋面粉 13玉米淀粉 20
图1 TVP25双螺杆挤压机结构简图
Fig.1 Schematic diagram of TVP25 twin-screw extruder
在前期预实验中发现,当燕麦β-葡聚糖添加量为5 g/L时,物料黏度变化不大,TSP的改善效果不明显;添加量为30、50 g/L时,物料的黏度过大,原辅料难以搅拌均匀,TSP的组织化程度明显变差。因此TSP中3种分子质量的燕麦β-葡聚糖(100、200、600 kDa)的添加量选择为10 g/L和20 g/L,并分别记为TSP-OG10-1,TSP-OG10-2、TSP-OG20-1、TSP-OG20-2、TSP-OG60-1、TSP-OG60-2,未添加燕麦β-葡聚糖的空白组记为TSP。
此外,添加量为20 g/L的100 kDa燕麦β-葡聚糖组(TSP-OG10-2)经复水后过于软烂,难以顺利进行TPA测试和感官测试。因此本研究选取空白组与其余5组实验组(TSP、TSP-OG10-1、TSP-OG20-1、TSP-OG20-2、TSP-OG60-1、TSP-OG60-2)进行后续测试及分析。
1.3.2 剪切流变分析
参照黄培文等[9]报道的方法,略作修改。采用安东帕MCR-301旋转流变仪的双间隙测量系统,分别测定不同浓度的燕麦β-葡聚糖(Mw=100、200、600 kDa)的表观黏度随剪切速率的变化。将一定量燕麦β-葡聚糖溶解在去离子水(50 ℃)中,使溶液质量浓度分别达到5、10、20、30、50 g/L,磁力搅拌60 min后备用。测试条件为25 ℃,使用的夹具为DG26.7,测定模式为旋转模式,剪切速率为1～1 000 s-1,每个样品重复3次实验。溶液的表观黏度(ηa)与剪切速率
通过幂律模型(power-law model)进行分析:
式中:K,稠度系数,Pa·sn;n,流动特性系数。
1.3.3 质构剖面分析(texture profile analysis, TPA)
TPA测试参照陈林等[10]方法,稍作修改。将各组样品充分浸泡于100 ℃开水中,复水20 min,并每隔10 min翻动转面。复水完成后,取组织蛋白样品的中心部分,切割成1 cm×1 cm×1 cm的正方体,放置在TA-XTC-18质构仪测试台中央,使用TA/36柱形探头对其进行挤压,并得到相关指标。参数设定为:质构测试,测试前速度:2.0 mm/s,测试中和后的速度为1.0 mm/s,下压形变为50%,触发力0.05 N,2次压缩间隔为5 s,平行测定5次。
此外,由于TPA的8个指标中,脆性仅适用于描述压缩过程中产生了明显破裂的食品,黏性与胶着性适用于有一定黏度的凝胶或半固体,而复水后的TSP为有一定弹性的固体,在测试中也并未出现破裂,因此不选取上述指标作为评价指标,仅选取剩下的硬度、弹性、咀嚼性、黏聚性和回复性共5个参数进行后续分析。
1.3.4 感官评价
对组织蛋白的感官评价参考本课题组之前的方法[10-11],将描述法和偏好评分法相结合,设计出针对组织蛋白的专用感官评价表,如表2所示。邀请广东工业大学农产品加工教研室师生共20名,经统一感官评价专业培训后,对TSP的外观形态、气味滋味、咀嚼感、纤维形成度和整体可接受性进行评分。每组TSP样品(约30 g)在品鉴前在100 ℃蒸馏水中复水20 min。评价每组样品之前,每位感官评价人员需用清水漱口,品鉴完每组样品后需间隔一段时间后再进行下组样品的品鉴。
表2 TSP感官评价表
Table 2 Sensory evaluation for TSP
指标定义描述(9分)偏好评分外观与组织状态表征不同素肉的外观和颜色;从样品中间用手顺纹路方向撕开,观察、评价纤维状结构色泽正常,结构紧密,容易拉丝,纤维明显,7^9分色泽正常,结构较紧密,少处断裂,较易拉丝,纤维较明显,4^6分有糊化产生的异常焦褐色,结构松散,不易拉丝或易断,无纤维结构,1^3分滋气味通过吃和闻对样品的滋味和气味进行表征描述豆香浓郁,特征风味明显,无其他不良风味,7^9分香味较淡,有可以接受的豆腥味,4^6分豆腥味浓,有苦味、涩味等异味,1^3分嫩度入口咀嚼组织状态时所感觉的印象①入口开始咀嚼时,是否容易咬开,越易分越高, 0^3分②是否容易被咀嚼碎,越易分越高,0^3分③咀嚼后留在口中的残渣量,越多分越高,0^3分<5分不喜欢;=5分没有偏好;>5分喜欢肉质咀嚼感肉入口咀嚼组织状态时的感觉有咬劲、弹性,汁液感强,肉的咀嚼感明显,7^9分咬劲较差,弹性不足,汁液感较弱,有肉的咀嚼感,4^6分咬劲差,无弹性,肉质干硬,无肉的咀嚼感,1^3分总体接受度根据产品的感官特性,是否愿意消费该产品的整体评价可以接受,7^9分;一般接受,4^6分;难以接受,1^3分
1.4 数据处理
采用IBM SPSS Statistics 26对结果进行主成分分析和Pearson相关性分析,显著性水平P<0.05代表有统计学意义。主成分分析中提取的主成分特征值大于1,并使用无旋转的成分矩阵以及成分得分系数矩阵进行分析。采用Origin 2025软件作图。所有实验均重复3次,测定结果用“平均值±标准差”表示。
2 结果与分析
2.1 不同燕麦β-葡聚糖的表观黏度
3种分子质量燕麦β-葡聚糖(100、200、600 kDa)的表观黏度随剪切速率的变化如图2所示,随着剪切速率增加,3种分子质量的燕麦β-葡聚糖的黏度均逐渐下降,显现出剪切变稀行为,且200 kDa和600 kDa 2组分子质量更大的葡聚糖溶液在剪切时黏度下降更快,与以往的研究结果相符合[8,12]。
a-100 kDa OG溶液剪切速率;b-200 kDa OG溶液剪切速率;c-600 kDa OG溶液剪切速率
图2 不同浓度的100、200、600 kDa OG溶液的表观黏度-剪切速率曲线
Fig.2 The apparent viscosity-shear rate curves of OG of 100, 200, and 600 kDa at various concentrations.
使用幂律模型对流变特性曲线进行计算,结果如表3所示。燕麦β-葡聚糖的浓度和分子质量均会影响溶液的K与n,其中燕麦β-葡聚糖浓度提高和分子质量变大均会导致K值增加,使葡聚糖溶液体系拥有更高的黏度。葡聚糖良好的增稠和黏合作用,在螺杆挤压中可有效提升植物蛋白的组织化[13];另一方面,葡聚糖浓度过高,会导致物料体系黏度过高使原辅料难以搅拌均匀,反而会使蛋白组织化程度变差。所有葡聚糖样品溶液的n都在0～1范围内,说明3种分子质量燕麦β-葡聚糖形成的溶液或体系均表现为典型的剪切稀化型非牛顿流体,其表观黏度会随着流变仪探头或挤压机螺杆的剪切速率增加而降低,然而无论剪切速率的高低,分子质量高、浓度大的燕麦β-葡聚糖的表观黏度总是大于分子质量低、浓度小的葡聚糖(图2)。
表3 不同分子质量燕麦β-葡聚糖的幂律模型参数表
Table 3 Parameters of power-law equation of oat β-glucan of different molecular weights
注:同列不同字母上标表示数据间的显著性差异(P<0.05)(下同)。
分子质量/ kDa质量浓度/(g/L)K/(Pa·sn)n50.022 3c0.405f100.026 3c0.404f100200.026 3c0.492e300.030 4c0.524d500.035 3c0.596c50.029 2c0.373fg100.017 6c0.570c200200.086 1c0.537d300.183 8c0.360g5023.352 0b0.299h50.005 6c0.884b100.021 0c0.985a600200.099 4c0.955a301.279 2c0.873b5059.375 0a0.412f
2.2 TPA质构特性分析
分子质量为100、200、600 kDa的燕麦β-葡聚糖对TSP质构特性的影响如表4所示。随着葡聚糖的加入,各组样品的硬度、弹性和咀嚼性均产生了显著变化(P<0.05),但黏聚性、回复性的变化并不明显。TSP-OG60-1、TSP-OG60-2、TSP-OG20-1组的硬度、弹性、咀嚼性以及回复性均显著高于TSP组,其中TSP-OG60-2组的硬度由4.20 N提升至6.77 N(提高了61%),咀嚼性由1.85 N提升至3.56 N(提高了92%),提升幅度最大,弹性和回复性亦有所提升,显示出600 kDa燕麦β-葡聚糖在改善TSP质构方面的潜力。
表4 添加不同分子质量燕麦β-葡聚糖的TSP的TPA指标描述性统计表
Table 4 TPA descriptive statistics of TSP with oat β-glucan of different molecular weights
样品名称硬度/ N弹性咀嚼性/ N黏聚性回复性TSP4.20±0.22d0.66±0.02b1.85±0.51b0.72±0.06a0.12±0.01bTSP-OG10-12.39±0.39e0.54±0.04c0.77±0.08c0.73±0.04a0.12±0.03bTSP-OG20-14.83±0.33c0.72±0.04a2.18±0.26b0.73±0.03a0.13±0.01abTSP-OG20-24.41±0.30cd0.57±0.05c1.97±0.20b0.66±0.06b0.12±0.02bTSP-OG60-15.92±0.53b0.66±0.03b3.63±0.42a0.68±0.04ab0.15±0.02aTSP-OG60-26.77±0.40a0.72±0.04a3.56±0.40a0.71±0.03ab0.15±0.01a
目前添加到植物组织蛋白中的多糖主要有海藻酸钠、卡拉胶、黄原胶、瓜尔豆胶以及魔芋胶等,这些亲水胶体可以形成凝胶网络结构或增加蛋白体系黏度,从而改善组织蛋白的质构特性[14]。本实验的结果显示600 kDa燕麦β-葡聚糖可以大幅提高TSP的硬度与咀嚼性,与前人报道的海藻酸钠与卡拉胶对TSP质构的改善结果相近[15]。但就效果而言,添加20 g/L的600 kDa燕麦β-葡聚糖呈现出更为显著的提升幅度,改善效果更为突出。
燕麦β-葡聚糖可以改善TSP质构特性,一方面是因为大豆蛋白在双螺杆挤压机内受双螺杆的持续剪切挤压以及机腔的高温加热而充分变性,蛋白高级结构充分展开并暴露出大量的游离氨基,与燕麦β-葡聚糖的还原性羰基末端发生美拉德反应,形成大分子蛋白质-多糖偶联物,同时生成大量分子间氢键及二硫键等化学键,显著增强了物料内氢键-疏水相互作用-二硫键的相互作用,促进植物蛋白纤维和蛋白网络结构的形成,改善TSP的质构特性[16];另一方面,由上述剪切流变分析可知,600 kDa和200 kDa燕麦β-葡聚糖能提高物料的黏度,这使得物料在机腔内停留时间延长,螺杆剪切应力增加,有利于大豆蛋白二级结构的转化以及分子间二硫键的形成,导致更高的硬度与咀嚼性[17]。同时更高的黏度也降低了物料的膨化程度,使内部纤维取向更集中,整体结构更紧实。值得注意的是,TSP-OG10-1与TSP-OG20-2组的硬度、弹性与咀嚼性显著降低,这可能是由于100 kDa 和200 kDa燕麦β-葡聚糖的黏度相对较低,分子流动性更强,且含有更多的还原性羰基末端,更容易与变性展开后的大豆蛋白相结合,增强蛋白质与水的相互作用,蛋白质之间的相互作用被削弱,进而使蛋白纤维的强度降低,组织蛋白整体结构松散[18]。
2.3 相关性分析
相关性分析可用于衡量变量之间的相关密切程度,多个相关性强的变量可以用同一个主成分指标表示。相关性矩阵如表5所示。结果表明,TPA各指标间存在不同程度的相关关系:其中硬度(X1)与弹性(X2)、咀嚼性(X3)、回复性(X5)呈极显著正相关关系(P<0.01);弹性(X2)与硬度(X1)、咀嚼性(X3)呈极显著正相关关系(P<0.01),与回复性(X5)呈显著正相关(P<0.05);咀嚼性(X3)与硬度(X1)、弹性(X2)、回复性(X5)呈极显著正相关关系(P<0.01);回复性(X5)与硬度(X1)、咀嚼性(X3)呈极显著正相关(P<0.01),与弹性(X2)呈显著相关(P<0.05);黏聚性(X5)则不与其他指标呈相关关系。该结果与万红兵等[19]对牛肉质构建立的主成分分析结果有所差异,原因可能是低水分大豆组织蛋白素肉的纤维结构分布不完全均匀,整体呈现为内部紧实、外层疏松多孔的海绵状结构,与作为动物肉的牛肉不同。相关性分析反映出TPA测试所得5个参数之间重叠程度大,相关度高。因此,需要对以上5个指标使用主成分分析进行降维,得到2～3个既互无关联、又能表达原TPA绝大部分数据的综合指标,从而简化评价指标,便于筛选质构优良的组织蛋白产品。
表5 TPA各指标间的相关性矩阵
Table 5 Correlation matrix of TPA indexes
注:**表示在0.01水平上显著相关(P<0.01),*在0.05水平上显著相关(P<0.05)(下同)。
指标硬度X1弹性X2咀嚼性 X3黏聚性 X4回复性X5硬度X11.000弹性X20.696∗∗1.000咀嚼性X30.923∗∗0.634∗∗1.000黏聚性X4-0.1150.200-0.1921.000回复性X50.501∗∗0.309∗0.569∗∗0.1421.000
2.4 主成分分析
KMO和Bartlett球状检验结果显示,取样适切性量数大于0.6,且显著性检验显示数据间存在极显著差异(P<0.01),表明TPA测试的5个参数适合进行主成分分析。
对添加了不同分子质量燕麦β-葡聚糖的大豆组织蛋白的TPA测试数据进行的主成分分析结果如表6、表7所示。主成分1、主成分2特征值均大于1,方差贡献率分别为57.201%、22.807%,累积的方差贡献率达到80.008%,表明以上2个主成分能保留原数据的绝大部分信息。如表7所示,主成分矩阵中载荷值的大小反映了各指标对主成分的影响程度的成分矩阵,第一个主成分主要受硬度(X1)、咀嚼性(X3)、弹性(X2)和回复性(X5)的正向影响,其中影响最大的是硬度(X1),载荷值达到了0.946,其次是咀嚼性(X3),载荷值分别为0.945。根据上述高载荷值指标的定义,可将主成分1命名为TSP的咀嚼特性。第二个主成分主要由黏聚性(X4)构成,载荷值达到了0.982,由于黏聚性的定义为测试样品经过第一次压缩变形后所表现出来的第二次压缩的相对抵抗能力,在曲线上表现为2次压缩所做正功之比,因此可将主成分2定义为TSP的抗压特性。根据主成分中各变量的占比大小,参考林海明等[20]计算方法,分别建立各变量与主成分(F1、F2)、主成分与大豆组织蛋白质构得分(F)之间的线性关系表达式,计算公式(1)、公式(2)、公式(3)如下:
F1=0.559X1+0.465X2+0.559X3-0.012X4+0.398X5
(1)
F2=-0.129X1+0.238X2-0.196X3-0.920X4+0.205X5
(2)
F=0.714F1+0.285F2
(3)
表6 主成分载荷矩阵方差解释
Table 6 Principal component load matrix variance interpretation
主成分数特征值方差贡献率/%累积方差贡献率/%12.86057.20157.20121.14022.80780.008
表7 主成分的成分矩阵
Table 7 Component matrix of principal components
指标 主成分1主成分2硬度X1 0.946-0.138弹性X2 0.7860.254咀嚼性 X30.945-0.209黏聚性X4-0.0200.982回复性X50.6730.219
式中:F1,主成分1质构得分;F2,主成分2质构得分;X1～6代表经标准化处理后对应的质构指标数值。其中X1,硬度;X2,弹性;X3,咀嚼性;X4黏聚性;X5,回复性。
2.5 质构综合得分
质构综合得分(F)是由TPA结果根据公式(1)、公式(2)、公式(3)计算后得到的最终得分,可以客观、较为准确地评价样品质构的好坏。如表8所示,添加不同分子质量的燕麦β-葡聚糖对TSP的影响不一。TSP-OG60-1、TSP-OG60-2和TSP-OG20-1组综合得分(F)较TSP组有所提高,而TSP-OG10-1和TSP-OG20-2组得分却低于TSP组,表明添加适量200 kDa和600 kDa燕麦β-葡聚糖能有效提高TSP的咀嚼特性,改善质构品质;添加100 kDa和过量200 kDa燕麦β-葡聚糖会损害TSP的质构,这也与上述TPA测定结果相一致。TSP-OG60-2组的咀嚼特性得分(F1)以及综合得分(F)最高,说明600 kDa燕麦β-葡聚糖在添加量为20 g/L时改善效果最明显,这与窦薇等[21]研究结果一致。600 kDa燕麦β-葡聚糖的添加量为20 g/L时具有很高的表观黏度(表3),能在大豆蛋白受螺杆挤压而变性展开时起增稠和黏合作用,改善蛋白物料的凝胶化性质,从而改善TSP的纤维结构,提高质构特性。此外,尽管TSP-OG60-1和TSP-OG60-2组的咀嚼特性得分(F1)相近,然而TSP-OG60-1组的抗压特性得分(F2)却明显更低,这可能是因为10 g/L的600 kDa燕麦β-葡聚糖使大豆组织蛋白内部的纤维更明显、分明,经挤压后纤维簇变形,难以重新恢复到原来的形状;TSP-OG60-2组由于高浓度600 kDa燕麦β-葡聚糖的黏度更高,组织蛋白内部纤维的黏聚性得到改善,因而抗压特性得分更高。
表8 TPA综合得分及排名表
Table 8 Comprehensive score and ranking of TPA
样品主成分1得分F1F1排名主成分2得分F2F2排名综合得分F综合排名TSP-0.88840.2753-0.5544TSP-OG10-1-2.72860.4622-1.7976TSP-OG20-1-0.07630.59110.2223TSP-OG20-2-1.2125-0.8316-1.1025TSP-OG60-11.3122-0.38850.8262TSP-OG60-21.96410.13741.4411
2.6 感官评价
目前针对TSP的感官评价大多沿袭肉类的评价标准[22]。本研究通过模拟口腔对TSP的咀嚼体验,开发了一套适用于评价TSP感官品质的方法,以便筛选出更受消费者喜爱的素食产品。如图3-a所示,添加分子质量为200 kDa和600 kDa燕麦β-葡聚糖的TSP总体接受度、外观与组织形态、肉质咀嚼感等项目得分都较空白TSP组有所提高,说明中、高分子质量的燕麦β-葡聚糖能有效改善大豆组织蛋白的品质。图3-b中TSP-OG60-1和TSP-OG60-2组的内部纤维结构相较空白组更饱满、分明,容易拉丝且能稳定存在,因此外观与组织形态项得分较高,肉质咀嚼感也更佳,这与TPA测试所得结果一致;而TSP-OG10-1、TSP-OG20-2的纤维都更松散、软烂,其咀嚼得分也均低于空白组TSP,表明中、低分子质量的燕麦β-葡聚糖在适量质量浓度下才能改善组织蛋白的质构,过量添加会在大豆蛋白分子结构中引入大量亲水基团,影响蛋白网络结构的形成,导致纤维结构松散,咀嚼时渗出大量水分,咀嚼口感差,因此上述项目得分低。
a-添加不同分子质量OG的TSP感官评价得分图; b-添加不同分子质量OG(100、200、600 kDa)的TSP的复水前外观(A),复水后外观(B),内部纤维结构(C)
图3 添加不同分子质量OG的TSP的感官得分和外观形状图
Fig.3 Sensory evaluation graph and the appearance of TSP with OG of 100、200 and 600 kDa
嫩度是评价肉品质最重要的指标之一。图3-a的感官评价结果显示,嫩度评分较高的组别,其总体接受度得分反而较低,这与以往的发现有所不同[23]。传统观念认为动物肉制品的嫩度高会带来更好的品质,然而本研究中嫩度得分最高的空白组,其总体接受度得分反而低,仅为6.51;嫩度得分最低的是TSP-OG60-2组,但其总体接受度和咀嚼感得分最高,这反映出TSP素肉的感官嫩度得分并不是越高越好,较高的嫩度往往意味着TSP的纤维强度低以及咀嚼感软烂,口感较差,此时TSP的总体可接受度更低。
在滋气味项中,不同分子质量燕麦β-葡聚糖的添加均使得TSP该项得分较空白TSP组有所提高,其中TSP-OG10-1得分最高,其余各组得分之间得分接近,这是因为燕麦β-葡聚糖在挤压时能与大豆蛋白发生美拉德反应,赋予挤出产物美拉德反应特征的焦香味,起到改善滋气味的效果[24]。而TSP-OG10-1组添加的燕麦β-葡聚糖分子质量最小,发生美拉德反应的程度更高,产生的焦香味能在一定程度上掩盖TSP的豆腥味,因此改善效果更好,该项得分最高。
2.7 主成分与感官评价之间的相关性分析
TSP的主成分指标与感官评价指标之间的相关性分析如表9所示。通过分析两者得分间的关系,可以探究基于主成分分析建立的TPA质构评价模型是否与感官评价高度相关,能够准确反映TSP的质构品质。主成分1(咀嚼特性)和综合得分(F)与感官评价的外观与组织状态、肉质咀嚼感和总体可接受度都呈极显著正相关关系(P<0.01),与嫩度呈显著负相关关系(P<0.05),表明基于主成分分析法建立的TPA质构评价模型能很好地体现感官评价中的外观与组织状态、肉质咀嚼感,反映消费者对TSP的总体可接受度。此外,主成分2(抗压特性)和所有的感官评价指标都无明显的相关关系(P>0.05),这可能是因为感官评价的指标设计更接近消费者食用时的感受,偏重对素肉在多次咀嚼后的口感进行评价,而对相邻2次咀嚼中素肉的口感变化并未有明确的评价指标,表明主成分指标与感官指标对于TSP质构的评价并非完全重合。
表9 TSP感官评价指标和主成分指标间的相关性
Table 9 Correlation between sensory evaluation and principal component index of TSP
指标主成分1主成分2综合得分F外观与组织状态0.935∗∗-0.3030.904∗∗滋气味-0.020-0.027-0.018嫩度-0.890∗0.237-0.868∗肉质咀嚼感0.981∗∗-0.0270.987∗∗总体可接受度0.950∗∗-0.1640.937∗∗
3 结论
本研究采用TPA和感官评价2种方法,综合对添加了100、200、600 kDa 3种分子质量燕麦β-葡聚糖的大豆组织蛋白的品质进行分析,并对结果进行主成分分析,建立了质构评价模型,优化评价流程。结果如下:
a)基于主成分分析,从TPA所得5个指标中提取出2个特征值大于1的主成分,分别代表TSP的咀嚼特性(F1)、抗压特性(F2),累积方差贡献率为80.008%。同时根据各变量在主成分中占比以及不同主成分的方差贡献,得到TPA的5个指标与综合得分(F)之间的线性关系表达式,构建出质构评价模型。
b)质构评价模型显示,添加600 kDa和适量的200 kDa OG可显著改善TSP的质构特性,且添加20 g/L的600 kDa OG的改善效果最明显;但添加100 kDa OG和过量200 kDa OG则会降低TSP的质构品质。
c)感官评价显示,200 kDa和600 kDa燕麦β-葡聚糖可以使TSP的内部纤维更饱满、分明,因而拥有更好的肉质咀嚼感,质构特性更佳;100 kDa燕麦β-葡聚糖使纤维结构变得松散、软烂,带来不良的咀嚼口感,质构特性变差,与TPA测定结果相符。感官评价中的外观与组织状态项、肉质咀嚼感项和总体可接受度项与质构评价模型的综合得分F呈极显著正相关关系(P<0.01)。以上结果表明,质构评价模型对TSP质构特性的评价与感官评价结果基本一致,能很好地体现消费者对TSP的喜好程度。
综上,本研究为改善大豆组织蛋白的品质、便捷化评估TSP的口感品质提供了参考。后续工作应结合燕麦β-葡聚糖对TSP的功能特性、蛋白二级结构的影响进行,进一步探究燕麦β-葡聚糖改善TSP质构品质的机制。
[1] SALTER A M.The effects of meat consumption on global health[J].Revue Scientifique et Technique (International Office of Epizootics), 2018, 37(1):47-55.
[2] CHATTERJEE C, GLEDDIE S, XIAO C W.Soybean bioactive peptides and their functional properties[J].Nutrients, 2018, 10(9):1211.
[3] DEKKERS B L, BOOM R M, VAN DER GOOT A J.Structuring processes for meat analogues[J].Trends in Food Science &Technology, 2018, 81:25-36.
[4] 陈林, 余林, ETTELAIE R, 等.仿生素肉糜制品加工中原辅料的应用研究进展[J].中国食品学报, 2023, 23(2):410-421.CHEN L, YU L, ETTELAIE R, et al.Progress on the application of raw materials and ingredients in the processing of comminuted meat-analog products[J].Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2023, 23(2):410-421.
[5] ZHANG J C, CHEN Q L, KAPLAN D L, et al.High-moisture extruded protein fiber formation toward plant-based meat substitutes applications:Science, technology, and prospect[J].Trends In Food Science &Technology, 2022, 128:202-216.
[6] WANG F, LIAN W T, GU X L, et al.Effect of polysaccharides on the rheological behaviour of soy-wheat protein aggregation and conformational changes during high-moisture extrusion[J].Journal of the Science of Food and Agriculture, 2023, 103(12):5992-6004.
[7] WOOD P J.Oat β-glucan:structure, location and properties.[J].Oats:Chemistry and technology, 1986:121-152.
[8] SUN T, LI J R, QIN Y Y, et al.Rheological and functional properties of oat β-glucan with different molecular weight[J].Journal of Molecular Structure, 2020, 1209:127944.
[9] 黄培文,陈林,丁婷,等.高压均质对油脂预乳化大豆拉丝蛋白素食香肠质构特性的影响[J].农业工程学报,2022,38(19):269-276.HUANG P W, CHEN L, DING T, et al.Effects of pre-emulsification of oil treated by high pressure homogenization on the texture properties of textured fibril soy protein vegetarian sausages[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2022, 38(19):269-276.
[10] 陈林,陈维, ETTELAIE R,等.油脂预乳化提高大豆拉丝蛋白素食香肠品质[J].农业工程学报,2021,37(13):291-298.CHEN L, CHEN W, ETTELAIE R, et al.Improving the quality of vegetarian sausage prepared with textured fibril soy protein using oil pre-emulsification[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021,37(13):291-298.
[11] 叶思源,陈林,陈琪华.原辅料对素食香肠品质的影响及对素食香肠嫩度的主成分分析[J].食品与发酵工业,2022,48(23):201-208.YE S Y, CHEN L, CHEN Q H.Effect of raw materials on the quality of vegetarian sausages and principal component analysis on the tenderness of vegetarian sausages[J].Food and Fermentation Industries, 2022, 48(23):201-208.
[12] RYU J H, LEE S, YOU S G, et al.Effects of barley and oat β-glucan structures on their rheological and thermal characteristics[J].Carbohydrate Polymers, 2012, 89(4):1238-1243.
[13] RAMOS DIAZ J M, KANTANEN K, EDELMANN J M, et al.Fibrous meat analogues containing oat fiber concentrate and pea protein isolate:Mechanical and physicochemical characterization[J].Innovative Food Science &Emerging Technologies, 2022, 77:102954.
[14] 安红周, 任静文, 郭益廷, 等. 阴离子多糖的结构特性及其在高水分组织化植物蛋白中应用的研究进展[J]. 中国油脂, 2025, 50(4):33-39.AN H Z, REN J W, GUO Y T, et al. Research progress on the structural characteristics of anionic polysaccharides and their application in high-moisture textured vegetable protein[J]. China Oils and Fats, 2025, 50(4):33-39.
[15] ZHANG J C, LIU L, JIANG Y R, et al.High-moisture extrusion of peanut protein-/carrageenan/sodium alginate/wheat starch mixtures:Effect of different exogenous polysaccharides on the process forming a fibrous structure[J].Food Hydrocolloids, 2020, 99:105311.
[16] CHEN F L, WEI Y M, ZHANG B.Chemical cross-linking and molecular aggregation of soybean protein during extrusion cooking at low and high moisture content[J].LWT-Food Science and Technology, 2011, 44(4):957-962.
[17] ZHANG X, ZHAO Y, ZHANG T Y, et al.High moisture extrusion of soy protein and wheat gluten blend:An underlying mechanism for the formation of fibrous structures[J].LWT, 2022, 163:113561.
[18] DU B, MEENU M, LIU H Z, et al.A concise review on the molecular structure and function relationship of β-glucan[J].International Journal of Molecular Sciences, 2019, 20(16):4032.
[19] 万红兵,祁兴磊,李海鹏,等.加热温度和时间对牛肉嫩度影响的主成分分析评价[J].农业工程学报,2018,34(13):303-310. WAN H B, QI X L, LI H P, et al.Evaluation of effects of heating temperature and time on tenderness of beef based on principal component analysis[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(13):303-310.
[20] 林海明,张文霖.主成分分析与因子分析的异同和SPSS软件——兼与刘玉玫、卢纹岱等同志商榷[J].统计研究,2005,22(3):65-69.LIN H M, ZHANG W L.The relationship between principal component analysis and factor analysis and SPSS software:To discuss with comrade Liu Yumei, Lu Wendai etc[J].Statistical Research, 2005,22(3):65-69.
[21] 窦薇,张鑫,赵煜,等.海藻酸钠添加对大豆浓缩蛋白植物肉特性的影响[J].食品科学,2022,43(12):147-152.DOU W, ZHANG X, ZHAO Y, et al.Effect of sodium alginate addition on the extrusion characteristics of soy protein concentrate[J].Food Science, 2022, 43(12):147-152.
[22] FU J L, SUN C X, CHANG Y Y, et al.Structure analysis and quality evaluation of plant-based meat analogs[J].Journal of Texture Studies, 2023, 54(3):383-393.
[23] 罗唐君,马娜,刘鑫,等.菠萝蛋白酶嫩化牦牛肉的工艺研究[J].食品科技,2024,49(8):116-121.LUO T J, MA N, LIU X, et al.Tenderizing process of yak meat by bromelain[J].FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY, 2024,49(8):116-121.
[24] SUN T, QIN Y Y, XIE J, et al.Effect of Maillard reaction on rheological, physicochemical and functional properties of oat β-glucan[J].Food Hydrocolloids, 2019, 89:90-94.