不同冷冻处理对KGM-ADSP复合乳液凝胶质构、流变和热特性的影响.pdf

2023 年 8 月 第 38 卷 第 4 期JOURNAL OF LIGHT INDUSTRY Vol.38 No.4 Aug.2023收稿日期:2023-02-20;修回日期 2023-04-26;出版日期:2023-08-15基金项目:国家自然科学基金青年科学基金项目(32102045);河南省科技攻关项目(202102110294)作者简介:赵电波(1975),男,山东省东明县人,郑州轻工业大学副教授,主要研究方向为肉品加工与质量安全控制。E-mail:zhaodb212 赵电波,闫曙亮,栗俊广,等.不同冷冻处理对 KGM-ADSP 复合乳液凝胶质构、流变和热特性的影响J.轻工学报,2023,38(4):20-26.ZHAO D B,YAN S L,LI J G,et al.Effect of different freezing treatments on the texture,rheology and thermal properties of KGM-ADSP composite emulsion gelsJ.Journal of Light Industry,2023,38(4):20-26.DOI:10.12187/2023.04.003不同冷冻处理对 KGM-ADSP 复合乳液凝胶质构、流变和热特性的影响 赵电波1,2,闫曙亮1,2,栗俊广1,2,何向丽1,2,赵建生3,白艳红1,21.郑州轻工业大学 食品与生物工程学院,河南 郑州 450001;2.郑州轻工业大学 中原食品实验室,河南 漯河 462300;3.河南双汇投资发展股份有限公司,河南 漯河 462300摘要:以魔芋葡甘聚糖(KGM)、木薯乙酰化二淀粉磷酸酯(ADSP)为原料,甲基纤维素为乳化剂,大豆植物油为油相,制备 KGM-ADSP 复合乳液凝胶,通过测定不同冷冻处理 KGM-ADSP 复合乳液凝胶和猪背脂(对照组)的色泽、白度、离心损失等,研究不同冷冻处理对 KGM-ADSP 复合乳液凝胶质构、流变和热特性的影响。结果表明:冷冻处理可显著提高 KGM-ADSP 复合乳液凝胶的白度、硬度、弹性和离心损失,降低其蒸煮损失、储能模量和损失模量,且 KGM-ADSP 复合乳液凝胶在升温时均不会发生油脂融化现象;经 300 W 超声波辅助冷冻处理后的 KGM-ADSP 复合乳液凝胶,其白度、质构、硬度、内聚性、咀嚼性和流变特性均与猪背脂最接近,且在一定热环境下与猪背脂的储能模量和损失模量差异较小,可作为热加工肉制品的脂肪替代物。关键词:KGM-ADSP 复合乳液凝胶;超声波辅助冷冻;质构特性;流变特性;热特性中图分类号:TS251.1 文献标识码:A 文章编号:2096-1553(2023)04-0020-070 引言脂肪是肉制品重要的组成部分,对维持肉制品质构特性和风味起着重要作用1-2。然而,长期过量摄入脂肪不仅会导致肥胖,还会引发心血管疾病,产生健康隐患3。近年来,消费者对肉制品的偏好逐渐向低脂方向转变,但直接降低肉制品中脂肪的添加量会影响产品口感和风味4。因此,用脂肪替代物生产的低脂模拟肉制品逐渐受到消费者青睐5。近年来,科研工作者开展了利用蛋白质、淀粉、多糖等植物基成分制备凝胶以代替块状脂肪的研究6,利用植物蛋白质、多糖等作为凝胶网络主体7,同时充当乳化剂,将植物油和水乳化,最终形成乳液凝胶,以达到类似脂肪的滑腻口感,同时又具有与脂肪类似的疏水特性8,可减少脂肪的摄入9。马兰雪10将魔芋葡甘聚糖(Konjac Gluco-mannan,KGM)与海藻酸钠复配制备的块状脂肪代替物应用于红肠制作中,减少了红肠的脂肪含量。余依敏等11将由 KGM 与可得然胶复配制备的块状凝胶代替动物脂肪,并应用于香肠制作中,提高了香02 赵电波,等:不同冷冻处理对 KGM-ADSP 复合乳液凝胶质构、流变和热特性的影响肠的脂肪抗氧化活性。M.C.Baune 等12从大豆、豌豆和土豆中鉴定出一种商业分离蛋白,并用于制备呈中性(pH 值为 6.5)且耐热(72)的乳状凝胶,该凝胶可用作固体动物脂肪的替代物。低脂肉制品加工已成为研究热点,但如何制备更贴近原有块状脂肪的乳液凝胶依旧是困扰产品创新的瓶颈问题。冷冻是调节 KGM 凝胶特性的重要手段,可显著提高 KGM 的凝胶强度。相较于传统的空气冷冻(Air Freezing,AF),浸渍冷冻(Immersion Freezing,IF)使用导热系数更高的低温冷冻液,可有效改善产品的冷冻品质。而超声波辅助冷冻(Ultrasonic-assisted Freezing,UF)技术是指产品在浸渍冷冻的同时施加一定功率的超声波,可进一步改善产品的冷冻品质13。木薯乙酰化二淀粉磷酸酯(Acetylated Distarch Phosphate,ADSP)对冻融 KGM 凝胶解冻时的脱水收缩现象有较好的抑制效果,可作为冻融KGM 凝胶的品质改良剂14。基于此,本研究拟以 KGM、ADSP 为原料,甲基纤维素为乳化剂,大豆植物油为油相,制备 KGM-ADSP 复合乳液凝胶,分别采用空气冷冻、浸渍冷冻和超声波(300 W)辅助冷冻对该复合乳液凝胶进行冻融处理,测定其色泽、质构、保水保油性、流变、热特性等的变化,并与对照组块状脂肪猪背脂进行对比分析,以期为块状脂肪替代物在肉制品加工中的应用提供理论指导和参考。1 材料与方法1.1 主要材料与试剂KGM(型号 S30903,纯度80%,试剂级)、甲基纤维素(纯度 BR,黏度 25 mPa s),上海源叶生物科技有限公司;无水 Na2CO3(分析纯),天津市大茂化学试剂有限公司;ADSP(纯度 99%,食品级),青州北联淀粉有限公司;大豆植物油、猪背脂,郑州丹尼斯百货有限公司。1.2 主要仪器与设备T25 型数显高速匀浆机,德国 IKA 公司;BPHJ-500C 型高低温交变箱,上海一恒科学仪器有限公司;JK-8U 型温度巡检仪,常州金艾联电子科技有限公司;SZ-22A 型绞肉机,广州旭众食品机械有限公司;CR-GIII 型高速冷冻离心机,日本日立公司;NR10QC 型色差仪,深圳三恩时有限公司;GM200 型斩拌机,德国莱驰公司;SJT-1-10 L 型超声波辅助速冻设备,无锡上佳生物科技有限公司;TA-XT Plus 型质构分析仪,英国 Stable Micro System 公司;Discovery 型旋转流变仪、Q20 型差示扫描量热仪,美国 TA 仪器公司。1.3 实验方法1.3.1 甲基纤维素乳液制备将 1 g 甲基纤维素溶解于 40 g 去离子水中,加入 15 g 大豆植物油,在高速匀浆机中以 10 000 r/min 的转速匀浆 2 min,即获得甲基纤维素乳液。将该乳液于 04 冰箱中储存,备用。1.3.2未冷冻处理 KGM-ADSP 复合乳液凝胶制备 将 2.5 g KGM 和 1.5 g ADSP 充分溶解于 90 g去离子水中,加入 6.48 g 碱液(0.48 g 无水 Na2CO3完全溶解于 6 g 去离子水中)和 1.3.1 制备的全部甲基纤维素乳液,以 2000 r/min 的转速搅拌 2 min 后,封口溶胀 2 h;然后于 90 隔水加热 1 h 形成凝胶,待凝胶冷却至室温(25)后,于 4 冰箱中静置 12 h,即制得未经冷冻处理的 KGM-ADSP 复合乳液凝胶,记为 NO-FREEZE。1.3.3 不同冷冻处理 KGM-ADSP 复合乳液凝胶制备 分别采用空气冷冻、浸渍冷冻和超声波辅助冷冻处理 KGM-ADSP 复合乳液凝胶。空气冷冻在-20 高低温交变箱中进行,所制备样品记为 AF。浸渍冷冻在浸渍冷冻池中进行,复合乳液凝胶样品浸没于-20 冷冻液中,所制备样品记为 IF。超声波辅助冷冻同样在浸渍冷冻池中进行,同步施加功率为 300 W 的超声波,超声波工作 5 s,暂停 5 s,所制备样品记为 UF-300 W。所有样品在中心温度达到-18 时转移至-18 冰箱中静置 12 h,再在室温下解冻 6 h,即制得经不同冷冻处理的 KGM-ADSP 复合乳液凝胶。将猪背脂作为对照,不经冻融处理,记为 FAT。1.3.4色泽和白度测定将复合乳液凝胶样品和猪背脂均切成 2 cm3小块,用滤纸轻轻吸去表面水分后,使用色差仪测定其 L、a和 b,其中,L代表亮度,a代表偏红或偏蓝,b代表偏黄或偏绿。12 2023 年 8 月 第 38 卷 第 4 期白度计算公式如下:白度=100-(100-L)2+a2+b21.3.5离心损失和蒸煮损失测定测定离心损失时,用滤纸轻轻吸去复合乳液凝胶样品和猪背脂表面水分,于 4、10 000 r/min 条件下离心 20 min后,再次吸去表面水分,称量离心前后样品的质量。测定蒸煮损失时,将复合乳液凝胶样品和猪背脂均切成1 cm3小块,分别称取6 g 样品于10 mL 离心管中,经 90 水浴加热 1 h 后,用滤纸吸去水分和油脂,称量蒸煮前后样品的质量。离心损失(%)和蒸煮损失(%)的计算公式如下:离心损失=(b-a)/b 100%蒸煮损失=(c-d)/c 100%式中:a 为离心后样品质量/g,b 为离心前样品质量/g;c 为蒸煮前样品质量/g;d 为蒸煮后样品质量/g。1.3.6质构参数测定将复合乳液凝胶样品和猪背脂均切成直径约 25 mm,高约 10 mm 的圆柱体,在室温下使用质构分析仪测定其质构参数,程序设定如下:使用 P/36R 探头,压缩形变量 50%,触发力5 g,测前速度 2 mm/s,测中、测后速度 1 mm/s,间隔时间 5 s。1.3.7流变特性测定将复合乳液凝胶样品和猪背脂分别在绞肉机中经 4 mm 孔板绞制后,在斩拌机中斩拌 2 min 形成泥状样品,将其充分覆盖在平板底座上,使用 40 mm 夹具下压,切边后进行流变频率扫描和温度扫描。预先进行应变扫描以确保形变时的应变值在线性黏弹区内,测定指标为储能模量和损失模量。频率扫描测定参数如下:夹具缝隙0.5 mm,频率范围 0.1 500 rad/s,应变 1%,温度25。温度扫描时为防止水分蒸发,切片后应在样品与夹具的缝隙处涂抹高密度硅油,测定参数如下:温度 25,以 1 /min 的速率加热到 90,应变1%,频率 0.1 Hz。1.3.8热特性测定将复合乳液凝胶样品和猪背脂分别称重后密封于铝盘中,平衡24 h,使用差示扫描量热仪测定其于 4 60 温度范围内的热流变化,升温速率设定为 1 /min,并绘制热流曲线。1.4 数据分析以上所有实验均重复 3 次,通过 Origin 2018 软件绘制图表,使用 IBM SPSS 22.0 软件进行显著性分析,P0.05 为差异显著。2 结果与分析2.1 对 KGM-ADSP 复合乳液凝胶色泽的影响 不同冷冻处理 KGM-ADSP 复合乳液凝胶和猪背脂的色泽见表 1。由表 1 可知,猪背脂的 L显著高于 KGM-ADSP 复合乳液凝胶(P0.05),a和 b均显著低于 KGM-ADSP 复合乳液凝胶(P0.05)。KGM-ADSP 复合乳液凝胶的色泽也有差异,其中,未经冷冻处理的 KGM-ADSP 复合乳液凝胶的 L显著低于经冷冻处理的 KGM-ADSP 复合乳液凝胶(P0.05),这可能是由于经冷冻处理后,复合乳液凝胶内部水分向表面迁移,致使亮度提高。不同冷冻处理 KGM-ADSP 复合乳液凝胶和猪背脂的白度如图 1 所示,其中,不同小写字母表示组间差异显著(P0.05),下同。由图 1 可知,猪背脂的白度最高,未经冷冻处理的 KGM-ADSP 复合乳液 表 1 不同冷冻处理 KGM-ADSP 复合乳液凝胶和猪背脂的色泽Table 1 Color of KGM-ADSP composite emulsion gels with different freezing treatments and porcine back fat样品LabFAT81.610.23a1.750.09c4.