張彪,李冬梅,2*,郭璇,徐薇,張玉瑩,2,林峻鑫,孫培梓,于波
(1.大連工業(yè)大學食品學院,遼寧大連 116034)
(2.國家海洋食品工程技術研究中心,海洋食品精深加工關鍵技術省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心,遼寧大連 116034)
(3.遼漁集團有限公司,遼寧大連 116000)
南極磷蝦(Euphausia superba)資源豐富,是地球上資源量最大的單種生物之一,年生物量達到6.5×108~10×108t,生物學年捕撈量約1×108t[1,2]。它含有十分豐富的蛋白質(zhì),能為人體提供8 種必需氨基酸,是人類理想的營養(yǎng)食物,也是一個潛在動物性蛋白資源庫[3]。因此,南極磷蝦成為世界各國競爭開發(fā)的戰(zhàn)略資源之一。
我國從2009年開始對南極磷蝦進行探捕,到2020年,年捕撈量已經(jīng)超過了1×105t[4]。隨之相關的研究逐漸增多,如研究制備高F 值南極磷蝦寡肽[5]、磷蝦油的活性[6]、磷蝦油品質(zhì)提升[7]、氟含量的分布及其檢測方法[8]等。產(chǎn)品形式也逐漸豐富,包括南極磷蝦油、磷蝦干、磷蝦粉、磷蝦腸等。由于南極磷蝦殼、頭中氟含量較高,目前捕撈公司在船上將南極磷蝦捕撈后,對其進行快速去殼去頭處理,從而直接獲得低氟含量的南極磷蝦肉,對其進行充分利用對于提升南極磷蝦產(chǎn)業(yè)效益具有重要意義。
魚糜類制品開發(fā)的成功為南極磷蝦肉的開發(fā)提供了借鑒,但由于南極磷蝦組成成分的特殊性,其肌原纖維含量只占凍藏后蛋白質(zhì)的20%左右,以及具有南極磷蝦自溶酶,導致其凝膠性能較差,不能單獨用于普通蝦糜制品的生產(chǎn)[9-11]。許剛[12]將三種畜禽肉(雞肉、豬肉、牛肉)和兩種魚肉(鳙魚和白姑魚)與南極磷蝦混合,以改善復合南極磷蝦蝦糜的質(zhì)構、凝膠強度和持水率,如何改善其凝膠特性并開發(fā)出高端的南極磷蝦蝦糜類制品,具有重要的研究價值。
南美白對蝦(Litopenaeus vannamei),又稱凡納濱對蝦,是世界上產(chǎn)量最高的三大優(yōu)良養(yǎng)殖蝦種之一[13]。它含有極其豐富的蛋白質(zhì)、纖維素、礦物質(zhì)及多種人體所需的氨基酸,營養(yǎng)價值很高,具有肉質(zhì)鮮美、出肉率高的特點,深受消費者的青睞[14]。Yang 等[15]對比了南美白對蝦蝦糜和阿拉斯加鱈魚魚糜的熱誘導凝膠化,結果表明蝦糜凝膠比魚糜凝膠具有更好的硬度和彈性以及更高的交聯(lián)水平和更穩(wěn)定的結構。因此,本研究將南美白對蝦與南極磷蝦混合制作復合蝦糜,旨在為開發(fā)具有良好品質(zhì)的南極磷蝦蝦糜制品提供理論基礎。
南極磷蝦肉,大連遼漁遠洋食品有限公司;冷凍南美白對蝦蝦仁,大連美極鮮蝦食品有限公司;食鹽,大連新春多品種鹽有限公司;復合磷酸鹽,河南萬邦實業(yè)有限公司。
戊二醛、乙醇(分析純),北京寶希迪科技有限公司。
SD-JR57 型絞肉機,三的電器制造有限公司;UltraScan PRO 測色儀,美國Hunter Lab 公司;L550型離心機,湖南湘儀實驗儀器開發(fā)有限公司;HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋,常州智博瑞儀器制造有限公司;Stable Micro Systems TA.XT.plus 型質(zhì)構儀,英國SMS公司;Discovery HR-1 旋轉流變儀,美國TA 儀器有限公司;JJ200 型電子天平,常熟市雙杰測試儀器廠;Coolsafe 110-4 冷凍干燥機,丹麥Labogene 公司;JSM-7800F 掃描電鏡儀,日本東京電子株式會社。
1.3.1 復合蝦糜凝膠樣品的制備
將冷凍南美白對蝦蝦仁與南極磷蝦肉分別在4℃下解凍12 h 后,在前期預實驗以及更多利用南極磷蝦的原則,以不同質(zhì)量比(0:10、5:5、6:4、7:3、8:2 即0:1、1:1、3:2、7:3、4:1)混合,斬拌5 min,加入質(zhì)量分數(shù)為2.25%的食鹽和0.5%的復合磷酸鹽斬拌5 min,斬拌期間不斷加入冰水,最終使復合蝦糜的水分質(zhì)量分數(shù)保持在80%。將復合蝦糜裝入PC管(φ30 mm×30 mm)中,排氣密封,采用兩段式加熱方法。根據(jù)藍尉冰[16]的研究方法和前期預實驗結果,加熱條件設定為:40 ℃水浴加熱1 h,90 ℃水浴加熱30 min。在冰水中冷卻20 min 后,于4 ℃下冷藏過夜,備用。
1.3.2 復合蝦糜凝膠質(zhì)構的測定
將復合蝦糜凝膠樣品于室溫下平衡2 h,參考Yang等[15]方法并稍作修改。將樣品切成直徑為25 mm、高度為30 mm 的圓柱體,利用質(zhì)構儀測定。每組樣品至少測定6 個平行。參數(shù)設定:探頭為P/50,測試前速率為3 mm/s,測試中速率為1 mm/s,測試后速率為2 mm/s,應變?yōu)?0%,觸發(fā)力為5 g。
1.3.3 復合蝦糜凝膠強度的測定
將復合蝦糜凝膠樣品于室溫下平衡2 h,參考Liang等[17]方法并稍作修改。將樣品切成直徑為25 mm、高度為30 mm 的圓柱體,使用質(zhì)構儀進行測定,每組樣品至少測定6 個平行。參數(shù)設定:選擇球形探頭P/5 s,測試前速率為1 mm/s,測試中速率為1 mm/s,測試后速率為10 mm/s,穿透比為50%,觸發(fā)力為5 g。
1.3.4 復合蝦糜凝膠保水性的測定
1.3.4.1 復合蝦糜凝膠蒸煮損失率的測定
參考Yang 等[18]方法并稍作修改。擦干復合蝦糜樣品蒸煮前后表面的水分并進行稱重,每組樣品測定3個平行。蒸煮損失率按照公式(1)計算:
式中:
M1——蝦糜樣品的原始重量,g;
M2——蝦糜樣品蒸煮后的重量,g。
1.3.4.2 復合蝦糜凝膠持水率的測定
參考Yang 等[18]方法并稍作修改。將復合蝦糜凝膠樣品切成厚2 mm 左右的薄片,稱取樣品質(zhì)量(W1),用濾紙包裹,4000 r/min 離心20 min,離心結束后稱重(W2)。每組樣品測定3 個平行。持水率按照公式(2)計算:
式中:
W1——復合蝦糜凝膠的原始質(zhì)量,g;
W2——復合蝦糜凝膠離心后的質(zhì)量,g。
1.3.5 復合蝦糜凝膠色澤的測定
將復合蝦糜凝膠樣品于室溫下平衡2 h,參考Yang等[18]方法,使用測色儀測定樣品的L*值(透明度),a*值(+a*表示樣品的紅度,-a*表示樣品的綠度)和b*值(+b*表示樣品的黃度,-b*表示樣品的藍度),測定前用標準白板對測色儀進行校正。每組樣品測定3 個平行。白度值按式(3)計算:
1.3.6 復合蝦糜動態(tài)流變學特性的測定參照Yang 等[15]的方法并稍作修改,使用流變儀進行測定。采用40 mm 平板測試,將待測樣品均勻涂布于測試平臺,測定升溫過程中儲能模量(G')、損耗模量(G")的變化。每組樣品測定3 個平行。參數(shù)設定:采用溫度掃描模式,振蕩頻率0.1 Hz,應變1.0%,平行板的間距1 mm,升溫掃描范圍20~90 ℃,升溫速率5.0 ℃/min。
1.3.7 復合蝦糜凝膠微觀結構分析
參考Zhang 等[19]方法。將復合蝦糜凝膠樣品切成2~3 mm 厚的小塊,經(jīng)2.5%戊二醛(電鏡專用)4 ℃固定過夜,用0.1 mol/L、pH 7.0 的磷酸緩沖液漂洗3 次,每次15 min;再依次用30%、50%、70%、90%和100%(V/V)的乙醇進行脫水,脫水時間均為20 min。冷凍干燥,噴金后,用掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM)觀察復合蝦糜凝膠的微觀結構。
實驗數(shù)據(jù)處理使用IBM SPSS 26.0 軟件進行統(tǒng)計分析,結果以平均值±標準差()表示,使用origin9.0軟件進行作圖,顯著性分析采用Duncan 檢驗。
利用南美白對蝦改善南極磷蝦蝦糜凝膠的性能,當南美白對蝦與南極磷蝦的比例從0:1 逐步提升為1:1、3:2、7:3:直到4:1 時,其加熱后的樣品外觀如圖1 所示。不同比例南美白對蝦與南極磷蝦的復合蝦糜加熱后呈現(xiàn)出較為明顯的差異。純南極磷蝦蝦糜加熱后,直徑明顯小于復合蝦糜凝膠的直徑,體積縮小,質(zhì)量變輕。隨著南美白對蝦與南極磷蝦的比例由0:1提高到4:1,復合蝦糜凝膠更為緊實,蒸煮損失明顯減小。說明南美白對蝦的加入,對南極磷蝦蝦糜凝膠的改善從外觀上已看出。
蒸煮損失可以顯示肉糜制品熟化過程中的汁液減少狀況,側面反映肉糜制品凝膠特性。肉類保水的經(jīng)典假設是基于靜電力或滲透力,也可以通過水和蛋白質(zhì)相互作用進行解釋[20]。由圖2 可知,純南極磷蝦蝦糜蒸煮損失最大,為13.25%,隨著南美白對蝦比例的提高,復合蝦糜的蒸煮損失無顯著性變化(p>0.05),可能因為盡管加入了不同比例的南美白對蝦,但尚未影響復合蝦糜蛋白質(zhì)與水之間的結合,而純南極磷蝦蝦糜的蒸煮損失較大,說明南極磷蝦自身蛋白對水分的結合能力較差,這可能與南極磷蝦蛋白自身肌原纖維蛋白含量較低有關[9]。
持水率是影響肉糜制品品質(zhì)的一個重要指標。一般而言,持水率越高,表明蛋白與水的交聯(lián)能力越強,肉糜凝膠能夠形成的三維網(wǎng)絡結構就越均勻、致密,尤其是肉糜凝膠制品的彈性與口感就會更好[21]。不同比例南美白對蝦與南極磷蝦的復合蝦糜制品持水率如圖2 所示。純南極磷蝦蝦糜在熱誘導過程中凝膠蒸煮損失較大,內(nèi)部水分少,持水率較低。當南美白對蝦與南極磷蝦復合比例大于3:2 時,持水率與純南極磷蝦蝦糜的持水率存在顯著性差異(p<0.05)。復合蝦糜的持水率隨著南美白對蝦比例的提高呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢,當南美白對蝦與南極磷蝦復合比例為4:1 時持水率最大,為74.6%,四組復合蝦糜的差異不顯著(p>0.05),這可能是因為外源南美白對蝦的加入,使凝膠網(wǎng)絡結構更加均勻、規(guī)則,使得復合蝦糜束縛水的能力更強,持水率更高[22]。這與許剛[12]發(fā)現(xiàn)將畜禽肉和南極磷蝦以3:7 的比例混合可以提高復合肉糜的持水率具有一致性。
色澤是評價肉糜質(zhì)量的一個重要指標,通常認為優(yōu)質(zhì)的蝦糜具有高亮度、低紅度,感官色澤以粉白色為佳[23],粉白色的蝦糜產(chǎn)品更受消費者的喜愛。如表1所示,復合蝦糜與純南極磷蝦蝦糜在色澤上存在顯著性差異(p<0.05),隨著南美白對蝦比例的提高,L*值、a*值、b*值以及白度值呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。當南美白對蝦與南極磷蝦比例超過3:2 時,a*值和白度值變化不顯著(p>0.05),L*值和b*值存在顯著性差異(p<0.05)。許剛[12]將畜禽肉和魚肉與南極磷蝦混合后發(fā)現(xiàn)畜禽肉和鳙魚會明顯降低復合肉糜的亮度和白度,而白姑魚對復合肉糜的白度影響不大;袁莉莉[23]將魚肉和蝦肉以1:1 的比例混合后發(fā)現(xiàn)添加魚肉不會對復合蝦糜色澤產(chǎn)生顯著影響(p>0.05)。由表1 并結合圖1 感官可知,隨著南美白對蝦比例的提高,復合蝦糜的顏色由白變粉,在南美白對蝦與南極磷蝦比例為3:2 時,復合蝦糜顏色呈現(xiàn)均勻的粉白色澤,色澤最好。
表1 不同比例南美白對蝦與南極磷蝦對復合蝦糜凝膠色澤的影響Table 1 Effect of different proportions of white shrimp and Antarctic krill on the chromatic value of mixed shrimp surimi gel
質(zhì)地剖面分析(texture profile analysis,TPA)測試可以很好地模仿舌頭和牙齒對凝膠的作用,質(zhì)構特性能直觀體現(xiàn)出肉糜的感官品質(zhì),是評價肉糜制品質(zhì)量的重要指標之一[24]。如表2 所示,復合蝦糜凝膠與純南極磷蝦蝦糜凝膠在硬度、彈性、粘聚性、膠著度、咀嚼性和回復性存在一定差異。純南極磷蝦蝦糜凝膠的硬度遠高于復合磷蝦糜凝膠,主要是純南極磷蝦蝦糜在熱誘導過程中容易造成板結,從而使硬度急速增加。與之對應的,其膠著度和咀嚼度也高于復合蝦糜凝膠。而彈性、粘聚性、回復性則與復合蝦糜凝膠具有一定差異,但相差不大。
表2 不同比例南美白對蝦與南極磷蝦對復合蝦糜凝膠質(zhì)構的影響Table 2 Effect of different proportions of white shrimp and Antarctic krill on the texture of properties mixed shrimp surimi gel
在復合蝦糜凝膠中,隨著南美白對蝦比例的提高,硬度和彈性呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢,說明四組復合蝦糜凝膠的硬度和彈性與南美白對蝦的含量呈正比;復合蝦糜凝膠的粘聚性、膠著度和咀嚼性呈現(xiàn)出先升高后降低再升高的趨勢,粘聚性在南美白對蝦與南極磷蝦的比例為1:1 時,出現(xiàn)最大值0.61,膠著度和咀嚼度在4:1 時出現(xiàn)最大值678.01 和561.02;回復性呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢,且都大于純南極磷蝦蝦糜。LI 等[25]將豬肉與魚肉混合,隨著豬肉比例的提高,復合肉糜的硬度逐漸升高,彈性、膠著度和咀嚼性先升高后降低,粘聚性先降低后升高。研究結果說明,南美白對蝦的加入可以在一定程度上改善復合蝦糜的質(zhì)構特性。
凝膠強度是評價肉糜制品品質(zhì)的一項重要指標。凝膠強度是指凝膠樣品在崩裂或斷裂時,單位面積所受到的力,能夠直觀地反映出凝膠樣品內(nèi)部結構的堅實程度。一般而言,凝膠強度越高,表示肉糜的品質(zhì)越好;破斷距離能夠表征凝膠樣品的彈性,破斷距離越大,表示凝膠樣品的彈性越大;破斷力能夠表征凝膠樣品的硬度,破斷力越大,表示凝膠樣品的硬度越高[26]。圖3 顯示了不同比例的南美白對蝦與南極磷蝦對復合蝦糜凝膠強度的影響。在南美白對蝦與南極磷蝦比例為1:1 時,復合蝦糜凝膠的破斷距離、破斷力和凝膠強度均最低,分別為8.64 mm、72.95 g 和629.9 g·mm,隨著南美白對蝦比例的提高,復合蝦糜凝膠的破斷力和凝膠強度均顯著增加(p<0.05),這與田利利等[27]將魚糜與南極磷蝦混合結果一致,隨著魚糜比例的提高復合南極磷蝦蝦糜的凝膠強度顯著提高(p<0.05)。純南極磷蝦蝦糜凝膠強度高不是因為其凝膠特性好,其本身無法形成凝膠,本文利用PC 管使純南極磷蝦蝦糜成型,由于南極磷蝦加熱后出現(xiàn)板結使純南極磷蝦蝦糜硬度極大,導致純南極磷蝦蝦糜破斷力和破斷距離顯著增加(p<0.05),這與質(zhì)構測試的結果一致。
圖4 顯示了不同比例南美白對蝦與南極磷蝦對復合蝦糜儲能模量(G')、損耗模量(G")和損耗因子(Tanδ)的影響。G'與凝膠化過程中樣品彈性的變化有關,能表征在不同溫度下復合蝦糜的蛋白分子展開和凝集的過程和復合蝦糜形成具有三維網(wǎng)絡結構凝膠的過程,G'越高表示樣品形成凝膠的能力越強[28]。如圖4a 所示,純南極磷蝦蝦糜因為自身的特殊性在整個熱誘導過程中沒有明顯變化,說明其凝膠特性差,不能自身形成凝膠;四組復合蝦糜樣品G'基本相似,說明不同比例南美白對蝦與南極磷蝦對復合蝦糜蛋白變性的溫度基本沒有影響,然而比例為4:1 的復合蝦糜凝膠G'明顯高于其他三組,說明南美白對蝦比例與復合蝦糜凝膠G'呈正相關;復合蝦糜的蛋白質(zhì)變性對G'的影響變化大致可分為以下4 個階段:第一階段(20~36 ℃),隨著溫度的升高,G'急劇下降,主要是因為在復合蝦糜絞碎過程中有大量的肌原纖維蛋白發(fā)生溶解和溶脹,它們在此溫度范圍內(nèi)會發(fā)生折疊,導致G'出現(xiàn)降低的趨勢;第二階段(36~40 ℃),隨著溫度的升高,G'緩慢增加,并在40 ℃左右出現(xiàn)第一個熱變性峰,說明此時大多數(shù)肌球蛋白分子已經(jīng)展開,并相互交聯(lián)結合,蛋白質(zhì)聚集體之間交聯(lián)增多,凝膠初步形成;第三階段(40~42 ℃),隨著溫度的升高,G'緩慢降低,主要是因為蝦糜中副肌球蛋白的存在,破壞了凝膠網(wǎng)絡結構[15]。此外,南極磷蝦自溶酶會降解肌球蛋白,肌球蛋白發(fā)生的解離和肌球蛋白尾部出現(xiàn)的變性會增加蛋白質(zhì)的流動性,導致已形成的凝膠網(wǎng)絡結構在此溫度范圍內(nèi)被破壞,凝膠變成較為松散狀態(tài)[10,29];第四個階段(42~90 ℃),在進一步加熱后,隨溫度的升高,G'急劇上升,這可能是由于蛋白質(zhì)持續(xù)聚集而形成穩(wěn)定凝膠網(wǎng)絡結構造成的。當超過70 ℃后,G'隨著溫度增加最后趨于平緩,表明半溶膠在此溫度范圍內(nèi)逐漸轉化為具有彈性的固體凝膠[30],此時凝膠網(wǎng)絡結構完全形成。純南極磷蝦蝦糜在整個升溫過程中無明顯變化,一種原因可能是由于南極磷蝦肌原纖維蛋白含量過低而導致無法形成凝膠[9],另一種原因可能是南極磷蝦自溶酶的作用,導致南極磷蝦幾乎不形成凝膠,影響了南極磷蝦蝦糜凝膠網(wǎng)絡結構的形成[29]。
由圖4b 可知,四組復合蝦糜的G"與G'結果相似,比例為4:1 的復合蝦糜G"最高,7:3 和3:2 的復合蝦糜次之,1:1 的復合蝦糜G"最低。四組復合凝膠樣品G"均在40 ℃左右出現(xiàn)第一個峰值和70 ℃左右達到第二個峰值,隨后緩慢降低并趨于平穩(wěn)。Tanδ在數(shù)值上是G"與G'的比值,也能從側面表征復合蝦糜流變特性的變化。由圖4c 可知,復合蝦糜樣品的tanδ一直小于1,表示復合蝦糜樣品的黏性始終小于彈性,為溶膠或凝膠[31]。當南美白對蝦與南極磷蝦比例為4:1 時,Tanδ與其他三組不一致,可能是因為南美白對蝦比例較高,南極磷蝦自溶酶不能對復合蝦糜造成影響。在20~36℃范圍內(nèi),四種比例復合蝦糜樣品的tanδ更高,表示復合蝦糜樣品在此溫度范圍內(nèi)具有更好的黏性;在35~40 ℃溫度范圍內(nèi),復合蝦糜樣品的tanδ均有一定增加,表示黏性溶膠轉變?yōu)閺椥园牍腆w,在40 ℃左右達到第一個峰值,溫度進一步升高后復合蝦糜樣品的tanδ迅速下降,然后再升高,在70 ℃左右達到第二個峰值。隨后復合蝦糜樣品的tanδ繼續(xù)下降,最后趨于平穩(wěn),這表明蛋白質(zhì)分子構象進一步改變,形成了不可逆的固體凝膠[32]。
SEM 是觀察肉糜凝膠微觀結構的常用手段之一。如圖5 所示,不同比例南美白對蝦與南極磷蝦復合蝦糜凝膠在微觀組織結構存在一定差異,純南極磷蝦蝦糜凝膠表面不平整,結構粗糙,無規(guī)則,沒有形成均一的、有序的網(wǎng)絡結構,顯示出不緊實、不均勻、多孔和海綿狀的微觀結構。復合蝦糜孔洞較純南極磷蝦蝦糜更加均勻,隨著南美白對蝦比例的提高,大小不一、不均勻孔洞以及孔洞破裂的情況減少;南美白對蝦與南極磷蝦比例為3:2 和7:3 時,表面平整,孔洞均勻、規(guī)則,形成了較為均一、有序的網(wǎng)絡結構,當比例為4:1 時,孔洞變得更大,但依舊規(guī)則有序??赡苷沁@種規(guī)則的網(wǎng)絡結構,才使得復合蝦糜的蒸煮損失和持水率隨著南美白對蝦比例的提高而減少,也使凝膠強度逐漸增加。這與Zhang 等[33]發(fā)現(xiàn)肉糜結構的致密程度與其持水率呈正相關結果一致。余永明等[34]發(fā)現(xiàn)鰱魚和金線魚質(zhì)量比為5:1 時,混合魚糜凝膠形成的三維網(wǎng)絡結構高度均勻、有序,具有更強的空間層次感;儀淑敏等[35]發(fā)現(xiàn)雞肉與金線魚糜質(zhì)量比為5:1 時,結構較為平滑且孔洞分布較為均勻。因此,將南美白對蝦與南極磷蝦復合以3:2 質(zhì)量比混合,有利于改善南極磷蝦的微觀組織結構,且形成較好的凝膠性能。
純南極磷蝦蝦糜加熱后,硬度變大且無法形成凝膠。南美白對蝦與南極磷蝦按照不同質(zhì)量比例進行混合后,形成的復合蝦糜凝膠的質(zhì)構、蒸煮損失、持水率、色澤、流變性能和微觀結構都存在一定程度上的改善。隨著南美白對蝦比例的提高,復合蝦糜的微觀結構孔洞變得均勻、規(guī)則,形成了較為均一、有序的網(wǎng)絡結構,從而導致復合蝦糜的持水率、硬度、破斷力、破斷距離、儲能模量(G')和損耗模量(G")都逐漸升高,L*值、a*值、b*值、白度值和蒸煮損失逐漸降低,在7:3 和3:2 時差異不顯著(p>0.05),考慮到在極大限度地增加南極磷蝦使用量的同時保證復合蝦糜的品質(zhì),選擇南美白對蝦與南極磷蝦以3:2 的比例混合為最佳。本文的研究結果為開發(fā)具有較高蛋白含量的、以蝦為主要原料的蝦腸、蝦丸、蝦糕等南極磷蝦蝦糜制品提供了理論支撐,通過營養(yǎng)的均衡設計,可以開發(fā)適合于老人、兒童等個性化食品,為拓展南極磷蝦的應用領域提供參考和借鑒。