L-賴氨酸對低鹽魚糜凝膠特性的影響

胡 吟,劉 涵,劉 倩,喬玉萍,王 芳,林親錄,丁玉琴,*

(1.中南林業科技大學食品科學與工程學院,稻谷及副產物深加工國家工程實驗室,湖南長沙 410004 2.長沙市科技成果轉化服務中心,湖南長沙 410013)

食鹽不僅對肉制品的色澤、持水性、風味有重要的影響,還可以降低肉制品中的水分活度,延長貨架期[1]。通常在食品中添加0.8%～1.2%的食鹽，就能使人感受到合適的咸味。在魚糜制品生產過程中,為促使魚糜中肌原纖維蛋白溶解、形成高品質的魚糜凝膠制品,通常需添加2%～3%的食鹽[2],而現代醫學研究表明,長期過量攝入食鹽會導致高血壓等心血管疾病[3]。在此背景下,低鹽產品成為研究的熱點。然而,降低鈉鹽的使用量會導致魚糜制品凝膠品質和感官品質下降,因此尋找合適的鈉鹽替代物是低鹽魚糜制品生產中亟待解決的問題。

鉀鹽、鎂鹽、鈣鹽是最常見的鈉鹽替代物,將鉀鹽、鎂鹽、鈣鹽等部分替代食鹽后應用于魚糜制品加工中,能提高低鈉魚糜制品的保水性、質構等性能[4-5]。然而,鉀鹽、鈣鹽等添加過量會產生金屬味和苦澀味[6-7],影響魚糜制品風味。研究表明賴氨酸、組氨酸和精氨酸等氨基酸也具有改善低鈉肉制品品質的作用,在低鈉肉制品的生產加工中具有潛在的應用價值[8-9]。Zhen等[10]的研究發現，精氨酸能提高雞肉肌球蛋白的保水性和凝膠強度。趙曉陽[11]研究發現，組氨酸能提高肌球蛋白的溶解度,促進肌球蛋白溶解,有利于低鈉肉制品的生產加工。

L-賴氨酸(L-Lys)是一種堿性氨基酸,不能由人體自身合成,必須從食物中獲得,對人體的健康有重要作用。L-Lys對肉制品的保水與質構也具有重要影響。Li等[12]向豬肉腸中添加L-Lys,結果表明，添加0.8% L-Lys可顯著提高豬肉腸的保水性和感官品質。Zhou等[13]研究發現,將L-Lys添加到豬肉腸中,能改善豬肉腸的色澤、提高保水性,并有利于致密網狀凝膠結構的形成。Cando等[14]研究發現，L-Lys和胱氨酸結合轉谷氨酰胺酶能提高低鹽魚糜凝膠的凝膠特性。本研究以魚糜凝膠制品加工中常規鈉鹽添加量(2.5% NaCl)為對照,研究L-Lys添加量對低鹽魚糜凝膠(1.0% NaCl)的質構、持水性、色澤及流變特性等的影響,旨在為生產低鹽魚糜凝膠制品提供理論依據。

1 材料及方法

1.1 材料與儀器

金線魚冷凍魚糜 青海佰騰國際貿易有限公司;氯化鈉、賴氨酸 國藥集團化學試劑有限公司;食品級透明塑料腸衣 哈爾濱雙匯北大荒食品有限公司。

JY6002型電子天平 上海舜宇恒平科學儀器有限公司;ME204E型電子分析天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;HWS-26型恒溫水浴鍋 上海一恒科學儀器有限公司;TJ12-H型絞肉機 廣東恒聯食品機械有限公司;Lynx6000型冷凍離心機 Germany Thermo Fisher Scientific;TA-XT Plus質構儀 超技儀器有限公司;NM120型核磁共振成像儀器 上海紐邁電子科技有限公司;EL-20型pH計 梅特勒-托利多儀器有限公司;AD200L-H型均質機 上海昂尼儀表有限公司;CR-10型色差儀 柯尼卡美能達(中國)投資有限公司;DHR-2型流變儀 沃斯特集團。

1.2 實驗方法

1.2.1 魚糜凝膠的制備 將冷凍魚糜放入4 ℃冰箱中解凍12 h,使魚糜水分含量調節至79%,低鹽魚糜組分別按質量配比加入1% NaCl和不同添加量的L-Lys(0,0.1%,0.2%,0.3%)進行擂潰,對照組只添加2.5% NaCl進行擂潰,再將鹽擂后的魚糜灌入腸衣(直徑2 cm)中,并用卡口機將兩端密封,置于40 ℃下加熱60 min后,再置于90 ℃加熱30 min。加熱后的魚糜凝膠置于流水下冷卻,然后于4 ℃冰箱中貯藏12 h后測其指標。

1.2.2 凝膠特性的測定 將凝膠切成高25 mm的圓柱體,將斷面的中心置于質構儀探頭的正下方樣品臺上,選用柱形探頭P/0.5[15],進行一次壓縮,壓縮距離為20 mm。穿刺曲線上的第一峰即為破斷強度,對應的壓縮距離為凹陷深度,凝膠強度等于破斷強度與凹陷深度的乘積[16]。每個樣品做7～8個平行。

1.2.3 持水率的測定 將凝膠切成約為3 mm厚的薄片,稱取樣品的質量,用濾紙包裹樣品,放入離心管,15 ℃,6000×g下離心10 min。離心后再稱取樣品質量,每組平行3次。持水率依式(1)計算:

式(1)

式中:w1為離心前樣品的質量,g;w2為離心后樣品的質量,g。

1.2.4 水分流動性的測定 將樣品切成高為10 mm的小正方體，放入直徑為15 mm的核磁管后，置于核磁共振分析儀中,用CPMG序列測定T2。測定參數:τ-值為10000 ms;重復掃描8次,重復間隔時間3500 ms,得到2000個回波,每組測平行3次,得到的圖形為指數衰減圖形。

1.2.5 色澤的測定 將凝膠樣品切成10 mm的薄片,每組測3次平行。L*為亮度值,其值越大則樣品的光澤越好;a*為紅度值,+a*表示偏紅,-a*表示偏綠;b*為黃度值,+b*表示偏黃,-b*表示偏藍。白度W計算公式為[17]:

W=100-[(100-L*)+a*2+b*2]1/2

1.2.6 pH的測定 稱取10 g切碎的魚糜樣品置于錐形瓶中,加入90 mL去CO2水,均質1 min后，用pH計測定樣品的上層清液的pH。每組3個平行,測量后取平均值。

1.2.7 魚糜凝膠動態流變特性的測定 將樣品置于校正好的流變儀的平臺上,石蠟密封,夾具直徑為 50 mm平行板,平行板的間距為1 mm。在動態測量模式下,在魚糜樣品上施加周期性的應力(10 Pa),溫度15～90 ℃,頻率為1Hz。得到相對應的應變,通過測定魚糜的儲能模量(G′)、損失模量(G″)、和損耗角正切值(tan δ)來表征魚糜凝膠在升溫過程(15～90 ℃)中的流變學特性。

1.3 數據處理

實驗數據采用IBM SPSS Statistics20軟件分析處理。

2 結果與分析

2.1 L-Lys對低鹽魚糜凝膠特性的影響

L-Lys對魚糜凝膠特性的影響如表1所示,當L-Lys添加量為0時,魚糜凝膠的破斷強度和凝膠強度低于對照組(p<0.05),說明食鹽含量降低會導致魚糜凝膠質構品質下降。當L-Lys添加量為0～0.3%時，隨著L-Lys添加量增大,魚糜凝膠的破斷強度和凝膠強度總體呈現先增加后減小的趨勢,而各添加量的凹陷深度沒有顯著性變化(p>0.05)。L-Lys添加量為0.1%時,魚糜凝膠的凝膠強度最大,且與對照組無顯著差異(p>0.05),說明添加0.1% L-Lys可以使低鹽魚糜凝膠達到與對照組鈉鹽添加量的魚糜凝膠相當的凝膠強度。

表1 L-Lys對低鹽魚糜凝膠的凝膠特性的影響Table 1 Effect of L-Lys on gel properties of surimi gel

隨著L-Lys添加量的增加，肌球蛋白表面疏水性和活性巰基的數量先增大后減小[18],從而使凝膠的疏水相互作用力和二硫鍵數量先增大后減小,而疏水相互作用力和二硫鍵數量與魚糜凝膠的凝膠強度均呈現正相關關系[19],導致魚糜凝膠強度也先增加后減小。

2.2 L-Lys對低鹽魚糜凝膠持水率的影響

魚糜制品的持水性可反映魚糜凝膠保持水分的能力,持水力越強,魚糜制品品質越好。L-Lys對低鹽魚糜凝膠持水率的影響如圖1所示。與對照組(添加2.5% NaCl)和L-Lys添加量為0時相比,L-Lys的添加增大了魚糜凝膠的持水率,且隨著添加量的增加,持水率也增大。pH的增大使蛋白質偏離等電點,增強蛋白質與水分之間的相互作用,使魚糜凝膠的持水率增大[12]。雷振[18]的研究也表明，L-Lys具有提高雞肉肌動球蛋白凝膠持水性的作用,但是L-Lys導致pH的改變并不是提高肌動球蛋白凝膠持水性的關鍵,其主要原因可能是添加L-Lys后凝膠網絡結構表面更均勻,孔洞減少。L-Lys與肌球蛋白結合后可能改變了肌球蛋白的二級結構,使更多活性琉基和疏水基團暴露,影響凝膠的形成和最終凝膠的性質[20]。

圖1 L-Lys對魚糜凝膠的持水率影響Fig.1 Effect of L-Lys on water holding rate of surimi gel注:圖中不同字母表示有顯著性差異(p<0.05)，圖2同。

2.3 L-Lys對魚糜凝膠水分流動性的影響

表2為L-Lys對魚糜凝膠T2弛豫時間的影響,T2在0～10000 ms的弛豫分布時間內可以分為4個峰:T21a、T21b、T22和T23。T2時間越短表明水與底物結合越緊密,流動性越差,T2時間越長表明水分越自由[21]。T21(0.01～10 ms)為結合水,結合水分為兩種:T21a(0.01～1 ms)、T21b(1～10 ms);T22(10～300 ms)為不易流動水;T23(300～5000 ms)為易流動的水。由表2可知,各處理組間的T21無顯著差異(p>0.05),說明了該部分水在添加L-Lys后能穩定存在。與對照組(添加2.5%NaCl)相比,其他各組的T21b和T23低于對照組,添加0和0.1% L-Lys的T22與對照組相同,且隨著L-Lys添加量的增加,T21b、T22和T23向弛豫時間短的方向移動,說明L-Lys的添加使這部分水的流動性減弱。

表2 L-Lys對低鹽魚糜凝膠的T2弛豫時間的影響Table 2 Effect of L-Lys on T2 relaxation time of surimi gel

T21a、T21b、T22和T23所對應的峰占總面積的比例用M21a、M21b、M22和M23表示,L-Lys對低鹽魚糜凝膠的不同狀態水分的百分比的影響如表3所示。由表3可知,各處理組間的M21b無顯著差異(p>0.05),說明了該部分水在添加L-Lys后能穩定存在。隨著L-Lys添加量的增加,T21b、T22和T23向弛豫時間短的方向移動,M22增大,M23顯著降低(p<0.05),說明L-Lys的添加使不易流動水的比例增大,易流動水比例顯著下降(p<0.05)?？赡苁且驗長-Lys的添加使pH增大,肌球蛋白表面的負電荷增加,蛋白質分子之間的排斥作用增強,為水分提供了更多的結合位點[22],導致易流動水向不易流動水的方向遷移,不易流動水比例增大,從而使魚糜凝膠的持水性增強。

表3 L-Lys對低鹽魚糜凝膠的不同狀態水分的百分比的影響Table 3 Effect of L-Lys on the percentage of different state moisture of surimi gel

2.4 L-Lys對魚糜凝膠色澤的影響

表4為L-Lys的添加量對魚糜凝膠色澤的影響,由表4可知,降低魚糜凝膠的NaCl添加量使L*和W下降,a*和b*值增加。添加0.1% L-Lys與不添加L-Lys的L*和W相同,且隨著L-Lys添加量的增加,L*和W逐漸下降,不同添加組間的L*和W無顯著差異(p>0.05)。與對照組相比，L-Lys的添加增大了魚糜凝膠的a*值和b*值。與L-Lys添加量為0的相比，添加L-Lys后魚糜凝膠的a*值減小，b*值增大，且隨著L-Lys添加量的增加,a*值和b*值不變。L-Lys添加量對魚糜凝膠色澤無顯著影響(p>0.05)。

表4 L-Lys對魚糜凝膠色澤的影響Table 4 Effect of L-Lys on the color parameters of surimi gel

2.5 L-Lys對魚糜凝膠pH的影響

L-Lys對魚糜凝膠pH的影響如圖2所示,魚糜凝膠的pH隨著L-Lys添加量的增加而增大(p<0.05),這可能是因為L-Lys是堿性氨基酸,可以提高魚糜凝膠體系的pH。Liu[23]發現鰱魚肌球蛋白在pH5.5～7.5形成凝膠,且隨著pH的增大,凝膠形成速率和凝膠強度減小。當L-Lys添加量為0.1%時,魚糜凝膠pH為7.7,此時魚糜凝膠的凝膠強度最大,隨著L-Lys添加量繼續增大,魚糜凝膠的pH偏離形成最佳凝膠的pH的程度更大,降低了魚糜凝膠的形成速率,不利于魚糜凝膠結構的形成。

圖2 L-Lys對魚糜凝膠的pH影響Fig.2 Effect of L-Lys on pH of surimi gel

2.6 L-Lys對魚糜動態流變特性的影響

儲能模量(G′)、損耗模量(G″)和損耗角正切值(tan δ)隨著溫度的變化，可以表征加熱過程中L-Lys對魚糜動態黏彈性的影響。

由圖3可知,在15～26 ℃升溫過程中,G′值隨溫度的升高逐漸增大,在26 ℃左右出現第一個峰,這是因為魚糜中肌球蛋白分子的ɑ雙螺旋會慢慢解開,分子之間通過化學鍵形成松散的網狀結構[24]。G′達到第一個峰值的溫度隨著L-Lys 添加量的增加而下降,且顯著低于對照組(p<0.05),可能是因為在魚糜中內源性的轉谷氨酰胺酶催化下,L-Lys上的ε-氨基和谷氨酰胺殘基上的γ-酰胺基結合,發生轉?；饔眯纬闪甩?(γ-谷胺酰基)賴氨酸共價結合鍵,使非二硫共價鍵的數量增加[21],從而促進了魚糜凝膠網絡結構的形成,說明L-Lys的添加能增大魚糜形成三維網狀凝膠轉化的速度。隨著溫度的繼續升高,G′大幅度下降,在51 ℃左右最低,此時內源性水解酶活性最高,使肌球蛋白和肌動蛋白的網絡結構斷裂,蛋白分子間部分化學鍵被破壞,導致蛋白質分子延伸,流動性增加,魚糜進入凝膠劣化階段[25]。G′達到最低點的溫度隨著L-Lys 添加量的增加而增大,且顯著高于對照組(p<0.05)。隨著溫度的繼續升高,對照組與L-Lys添加量為0和0.1%的G′呈現先迅速上升后緩慢下降再上升的趨勢,L-Lys添加量為0.2%和0.3%的G′先迅速增大后緩慢上升,在這個過程中肌球蛋白和肌動蛋白進行聚合、交聯形成不可逆的熱誘導凝膠[26]。最終魚糜凝膠的G′隨L-Lys的添加而降低,肌球蛋白形成凝膠的最適pH是7.0[27],隨著L-Lys添加量的增加,魚糜凝膠的pH逐漸偏離形成凝膠的最適pH,導致儲能模量G′下降。

圖3 L-Lys對魚糜凝膠升溫-降溫過程儲能模量(G′)的影響Fig.3 Effects of L-Lys on storage modulus(G′)of surimi gel

圖4顯示了 L-Lys對魚糜凝膠流變特性中tan δ的影響。Tan δ是G″與G′的比值,tan δ值以1為界限,其值小于1表明體系趨于固體特性,彈性成分占優勢;其值大于1表明體系趨于流體特性,黏性成分占優勢[28]。由圖4可知,在整個升溫過程中,各處理組的tan δ均小于1,說明彈性成分占優勢。tan δ隨溫度的升高先緩慢上升后迅速下降,最終趨于平緩。在40 ℃左右開始急劇下降,說明魚糜從溶膠狀態向凝膠狀態轉變,與對照組相比,L-Lys的添加增大了tan δ急劇下降時的溫度,L-Lys添加組間沒有顯著差異(p>0.05),說明L-Lys的添加降低了魚糜從溶膠狀態向凝膠狀態轉變的速度。當溫度在40～51 ℃之間時,對照組的tan δ低于其他處理組,在51 ℃之后的過程中,各處理組間的tan δ沒有顯著性差異(p>0.05)。

圖4 L-Lys對魚糜凝膠流變特性中tan δ的影響Fig.4 Effects of L-Lys on the tan δ of rheological properties in surimi gel

3 結論

L-Lys的添加增大了魚糜凝膠的pH和持水率,使結合水、不易流動水和自由水的流動性減弱,不易流動水的比例增大,易流動水比例顯著下降。隨著L-Lys添加量的增加,魚糜凝膠的凝膠強度呈現先上升后下降趨勢,魚糜凝膠的色澤沒有變化。通過以上研究表明,在低鹽魚糜制品中添加0.1%的L-Lys,可以提高低鹽魚糜凝膠的凝膠強度,且色澤較低鹽魚糜空白組無顯著差異,能使魚糜凝膠保持較好的凝膠特性。