海藻酸钠分子质量对低脂乳化肠凝胶特性的影响

王伟 王昱 陈日新 李沛军 陈从贵

摘 要：以低脂（10%）乳化肠为研究对象，在0%～0.75%添加水平下，研究3 种分子质量（2 660、3 890、4 640 kDa）海藻酸钠（sodium alginate，SA）对其凝胶特性（持水与质构）的影响及机理。结果表明：3 种分子质量的SA均显著改善了低脂乳化肠的持水性（P<0.05），且SA分子质量越大，凝胶持水性越强;但对低脂乳化肠质构的改善作用不显著（P>0.05）;随着SA分子质量的增大，静电排斥和空间位阻作用增强，降低了肉蛋白的表面疏水性，形成了具有更大孔隙的微结构，可截留更多的水分，进而显著改善了凝胶的持水性。

关键词：海藻酸钠;分子质量;低脂乳化肠;凝胶特性

Abstract： The effect of adding 0%–0.75% （m/m） sodium alginate （SA） with three different molecular masses （2 660， 3 890 and 4 640 kDa） to low-fat （10%） emulsified pork sausage on its gel properties （water-binding capacity （WBC） and texture） was investigated， and its underlying mechanism was explored. The results showed that all three kinds of SA increased significantly the WBC in a molecular mass-dependent manner （P < 0.05）. However， no significant improvement （P > 0.05） was found in texture profile parameters， such as hardness， springiness， cohesiveness and chewiness. As the molecular mass of SA increased， the enhanced electrostatic interactions and steric hindrance， and the reduced surface hydrophobicity of meat proteins contributed to a microstructure with larger porosity to trap more water， thus improving the WBC of the gel.

Keywords： sodium alginate; molecular mass; low-fat emulsified pork sausage; gel properties

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20190325-069

中图分类号：TS251.5                                         文献标志码：A 文章编号：1001-8123（2019）06-0001-06

引文格式：

王伟， 王昱， 陈日新， 等. 海藻酸钠分子质量对低脂乳化肠凝胶特性的影响[J]. 肉类研究， 2019， 33（6）： 1-6. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20190325-069.    http：//www.rlyj.net.cnWANG Wei， WANG Yu， CHEN Rixin， et al. Effects of molecular mass of sodium alginate on gel properties of low-fat emulsified pork sausage[J]. Meat Research， 2019， 33（6）： 1-6. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20190325-069.    http：//www.rlyj.net.cn

法兰克福香肠、午餐肉等乳化型肉制品的脂肪含量通常高达20%～30%，且胆固醇和饱和脂肪酸占比也较高[1]。人類摄入过量的动物脂肪会增加肥胖、高血压、心血管疾病及冠心病等的患病风险[2-3]。另一方面，动物脂肪可以通过稳定肉糜的乳液状态，在乳化肉制品加工中起到关键作用[4-5]。直接减少乳化肉制品中的脂肪含量，会导致较高的蒸煮损失率（cooking loss，CL）和劣变的质构，例如，与添加30%脂肪的实验组相比，低脂（10%）肉糜组样品的拉伸强度降低、CL增大[6]。因此，如何促进健康饮食、为消费者提供优质的低脂肉制品，已成为肉类加工业的一个研究课题。海藻酸钠（sodium alginate，SA）是由糖苷键聚合的水溶性膳食纤维，在胃中能够与Ca2+形成离子型酸性凝胶，提供饱腹感，降低血糖和胰岛素，减少脂肪消化和减轻体质量[7-8];将SA加入肉制品中，具有稳定、乳化、增稠等作用。Yao Jing等[9]报道，不同分子质量的SA可以显著提高肌球蛋白的保水性（water holding capacity，WHC），且随着分子质量的增加，WHC提高。范素琴[10]、罗阳[11]等发现，高黏度（500、800 mPa·s）SA与钙盐的同时添加可以显著提高低温肉肠的持水性（water-binding capacity，WBC）。但不同分子质量SA及其添加量对低脂乳化肠凝胶持水与质构特性的影响如何，尚未见文献报道。本研究分析2 660、3 890、4 640 kDa 3 种分子质量SA（分别以L-SA、M-SA和H-SA表示）对低脂乳化肠WBC和质构的影响规律，并从肉蛋白表面疏水性、肉糜流变特性和凝胶微结构角度探究影响机制，以期为低脂乳化肉制品加工中多糖的选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

原料：新鲜猪后腿肉、黑猪背膘 合肥永辉超市;辅料：3 种不同黏度SA（L-SA：80～120 cP，M-SA：300～400 cP和H-SA：500～600 cP，对应的平均分子质量分别为2 660、3 890、4 640 kDa[9]）（分析纯）日本和光纯药工业株式会社。氯化钠、溴酚蓝、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、无水乙醇、戊二醛、锇酸等（均为分析纯） 国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

BD（C）-69冷藏柜 青岛澳柯玛股份有限公司;BC/BD-241GS冰柜 青岛海尔股份有限公司;JYL-F901手持式搅拌绞肉机 九阳股份有限公司;SCX-8/2A绞肉机 上海双蝶厨具有限公司大溪分公司;TA-XT Plus质构仪 英国Stable Micro System公司;HH-2数显水浴锅 江苏省金坛市环宇科学仪器厂;HR-3流变仪 美国TA公司;Hitachi S U8020场发射扫描电镜 日立高新技术公司;CT l4RD高速冷冻离心机 上海天美有限公司。

1.3 方法

1.3.1 低脂乳化肠的加工工艺

参照何静等[12]的工艺，制定的低脂乳化肠加工工艺为：原料肉准备→分装→冷冻贮藏→解冻→斩拌→腌制→灌装→蒸煮→冷却，其工艺参数如表1所示。

原料肉的准备：4 ℃条件下剔除冷鲜猪后腿的肉皮、可见脂肪及结缔组织，将猪后腿精瘦肉与猪背膘分割成20 mm×15 mm×15 mm大小的肉块，分别充分混匀，分装于真空包装袋中，每袋300 g，在-20 ℃条件下冻藏，备用。参照国家标准GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》、GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》、GB/T 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》和GB/T 5009.4—2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》，分别测得原料肉基本成分为水分含量（74.58±0.35）%、总蛋白含量（19.35±0.06）%、粗脂肪含（3.68±0.08）%、灰分含量（0.95±0.09）%。随机取出后腿精瘦肉塊、黑猪背膘，4 ℃条件下解冻24 h，分别用绞肉机绞制2 次，按表1的比例进行料，斩拌10 min，4 ℃条件下腌制12 h;将腌制好的肉糜灌肠（肠衣折径22 mm，尼龙），在4 ℃、500×g条件下离心4 min，充分排除肉糜内部气泡，然后打扣并称其质量，水浴锅中由20 ℃加热至80 ℃（升温速率约为2 ℃/min），在80 ℃保持30 min后取出，用流动的冰水冷却10 min，4 ℃静置保藏12 h后，检测。

1.3.2 WBC测定

包括CL与WHC的测定，均参照陈从贵等[14]的方法。

1.3.3 质构测定

参照邵俊花[15]的方法，精确切取高度为10 mm的低脂乳化肠样品，质构仪（TA-XT plus）测定其质构。选用P/36R探头与质地剖面分析（texture profile analysis，TPA）检测模式;测定参数：测前速率1.00 mm/s，测中速率1.00 mm/s，测后速率2.00 mm/s，压缩比例40%，触发力5 g。检测得到的TPA参数包括硬度、弹性、凝聚力和咀嚼性，重复测定6 次。

1.3.4 表面疏水性测定

参照Ilham等[16]的方法，取0.6 g肉糜样品，悬浮溶解于20 mL磷酸盐缓冲溶液（20 mmol/L，pH 6.0），均质1 min，使肉糜均匀分散于溶液中，取1 mL溶液加入200 μL 1 mg/mL溴酚蓝（bromophenol blue，BPB）溶液，以1 mL磷酸缓冲溶液加入200 μL BPB溶液作为参比;剧烈振荡20 min，在4 ℃、3 500×g条件下离心15 min，吸取上清液0.5 mL，稀释10 倍后，在595 nm波长处测其吸光度。表面疏水性以样品对BPB的结合量（μg）表示。

1.3.5 流变学检测

参考Chen Xing等[17]的方法，使用TA DHR-3型流变仪的振荡模式，检测参数为：平板直径40 mm，间距1 000 μm，应变2%，频率0.1 Hz;测试过程包括升温和降温2 个阶段，以升温速率2 ℃/min从20 ℃升至80 ℃，然后以10 ℃/min的速率从80 ℃降至20 ℃;使用硅油密封，防止加热过程中水分挥发流失。以受热过程的储能模量（G）和相位角正切值（tanδ）反映流变学特性。检测样品为分别添加0.25% L-SA、M-SA、H-SA的乳化肠肉糜，每个样品重复测定3 次。

1.3.6 微观结构观察

参照Hong[18]、Hu[19]等的方法。切取低脂乳化肠凝胶样品（2 mm×2 mm×2 mm），4 ℃条件下，在含质量分数2.5%戊二醛的磷酸盐缓冲液A（0.1 mol/L，pH 7.0）中固定5 h;然后，用含质量分数1%锇酸（OsO4）的磷酸盐缓冲液B（0.1 mol/L，pH 7.0）洗涤固定的样品，随后在磷酸盐缓冲液B中再次固定3 h，之后用磷酸盐缓冲液B洗涤3 次，每次10 min，然后依次在体积分数50%、60%、70%、80%、90%、95%的乙醇中脱水10 min，再用无水乙醇脱水3 次;将凝胶样品冷冻干燥，用10 nm金进行溅射涂覆，使用扫描电镜在5 kV的加速电压下观察。

1.4 数据处理

采用SPSS 19.0软件（美国IBM公司）进行数据处理，采用单因素方差分析中的邓肯检验进行均值的差异显著性分析（P<0.05），采用Origin 9.0软件（美国OriginLab公司）绘图。

2 结果与分析

2.1 SA分子质量对低脂乳化肠WBC的影响

小写字母不同，表示差异显著（P<0.05）。下同。由图1～2可知，3 种分子质量SA对低脂乳化肠WBC的影响结果趋势一致，SA添加量的增加均会显著降低CL和提高WHC（P<0.05）。在0.25%～0.75%添加水平下，H-SA组的CL极显著低于L-SA组（P<0.01），WHC则显著较高（P<0.05）;但在0.25%添加水平下，低分子质量的L-SA对低脂乳化肠WHC的改善作用不显著（P>0.05），而高分子质量的M-SA和H-SA对WHC的提高作用显著（P<0.05）。由此说明，随着SA分子质量及添加水平提高，其对低脂乳化肠WBC的改善作用显著增强。

乳化肠的保水能力取决于肉糜中蛋白质网络的强度和内部水胶体的捕水能力[20-21]。SA具有良好的亲水性，分子中的游离羟基与水相互作用，可改善低脂乳化肠的WBC[22-23]。本研究中，高分子质量SA更能改善低脂乳化肠WBC的原因可能在于：1）高分子质量SA与肉蛋白相互作用，促使肉蛋白形成具有微孔状的三维网状结构，进而截留更多的水分[24];2）高分子质量SA具有更高的黏度，抑制了肉糜内部油滴之间的聚集，提高了肉糜的乳化稳定性[25];3）高分子质量SA的溶胀与凝胶化也可截留更多的水分。

2.2 SA分子质量对低脂乳化肠质构的影响

蛋白质凝胶结构的增强或减弱主要受其填充物分子结构的影响，多糖等水胶体可以结合大量的水，在肉糜系统中能够保持脂肪状的质地[26-27]。同时，膳食纤维等多糖可能会破坏蛋白质-蛋白质或蛋白质-脂肪之间形成的凝胶网络，进而降低肉糜制品的凝胶强度[12，28]。

由图3～6可知，在0.25%～0.50%添加水平下，L-SA和M-SA均可以显著提高低脂乳化肠的硬度（P<0.05），但在0.75%添加水平下，二者对凝胶硬度的影响不显著（P>0.05）;而H-SA对凝胶硬度的影响不显著，甚至在0.75%添加水平下，导致乳化肠的硬度显著降低（P<0.05）。3 种分子质量SA对低脂乳化肠的弹性、凝聚力和咀嚼性总体上无显著影响（P>0.05）。

2.3 SA分子质量对肉蛋白表面疏水性的影响

蛋白质的表面疏水性对稳定蛋白质的三级结构、蛋白质在溶胶體系中的分布至关重要，被认为是蛋白质聚集的首要条件[29-30]。由图7可知，在0.25%和0.50%添加水平下，3 种分子质量的SA均能显著降低（P<0.05）肉糜中肌原纤维蛋白的表面疏水性，而且随着SA分子质量和添加量的提高，蛋白质表面疏水性的降低程度均依次显著增强（P<0.05）。这种降低可能是SA与肉蛋白之间的静电排斥导致蛋白质分子的聚集，包埋部分表面疏水性残基[31];且随着SA分子质量的增加，空间位阻增大及静电排斥增加，致使肉蛋白聚集加剧，从而包埋更多的表面疏水基团，表现为蛋白表面疏水性的显著减小。

储能模量（G）可反映凝胶的强度，而tanδ值代表了黏弹性特征，可反映肉蛋白从溶胶的黏性向凝胶弹性的转变。由图8可知，尽管添加的SA对低脂猪肉糜G值的变化影响显著，但添加3 种分子质量SA低脂猪肉糜的流变曲线较为相似。肉蛋白变性对G值的影响可分为3 个部分：20～45 ℃部分，随着温度升高，G缓慢下降，这主要归因于斩拌过程中大量的肌原纤维蛋白发生溶解及溶胀，加热过程中肉蛋白发生折叠，导致G的下降[32];45～56 ℃部分，温度的升高加快了蛋白质的变性速率，肌球蛋白的尾部变性使其流动性升高，破坏了低温条件下形成的凝胶网络，加速了G的下降[33]，而添加3 种分子质量的SA均减缓了G的下降，这可能是由于SA与肉蛋白之间发生相互作用;56～75 ℃部分，G值随温度的升高迅速增加，反映半溶胶状态的肉糜在受热过程中转换为弹性凝胶[34]。降温过程的实质是肉糜体系中肉蛋白重新有序化排列的过程[22]。伴随着温度的降低，G迅速升高。温度快速降低过程中，肌球蛋白分子通过疏水相互作用、二硫键、氢键等方式结合，使凝胶网络结构逐渐稳定，并且越来越稳固[35]，使G值升高。终点时，L-SA组和M-SA组的G值相近，且均显著高于H-SA组（P<0.05），这可能是由于高分子质量H-SA的静电排斥加强及空间位阻增大，导致蛋白质分子聚集加剧，最终导致G值和乳化肠硬度的下降。

由图9可知，各实验组的tanδ值均小于1，表明肉糜的弹性大于黏性，且在20～52 ℃范围内，SA的分子质量越高，肉糜的tanδ值越大，表明加入的高分子质量SA可增大肉糜溶胶体系的黏度。尽管SA与肉蛋白之间存在着相互作用，但3 种分子质量SA肉糜的tanδ曲线相似，说明SA可能仅以某种物理方式影响肉凝胶网络的黏弹性，并无化学结合作用。

2.5 SA分子质量对低脂乳化肠微观结构的影响

A、B、C、D分别代表CK组、L-SA组、M-SA组和H-SA组，SA添加量均为0.25%;下脚标1、2表示放大500 、1 000 倍;FG表示脂肪聚集体;MC表示蛋白质基质中的微孔。蛋白质-多糖体系中，二者的相互作用可直接导致乳化肠质构、WBC和微结构的变化[36]。观察界面蛋白膜、蛋白质、脂肪聚集体的结构[37]，可解析凝胶保水、质构等特性的机制。一般而言，连续、均匀的蛋白质凝胶结构可有效结合水和脂肪，形成良好的质构;相反，粗糙的凝胶结构质地较差[4，19]。

由图10可知，3 种分子质量多糖L-SA、M-SA和H-SA均能促使蛋白质凝胶形成连续的微结构，减少脂肪聚集体（FG），且随着分子质量的增大，静电排斥和空间位阻增大，对肉蛋白的干扰作用增强，使蛋白质凝胶微结构的微孔（MC）变大[9]，利于截留更多的水分;同时，高分子质量SA也提高了体系黏度，增强了稳定肉糜乳液的能力，抑制了油滴之间的聚集速率，提高了乳化稳定性，减少了FG和脂肪流失，也同样利于改善CL与WHC。与L-SA组相比，M-SA组的凝胶结构更加均匀、致密、连续;但相对于L-SA组和M-SA组，H-SA组的凝胶结构变得粗糙，这可能是由于添加的H-SA产生了更大的空间位阻和静电排斥，使蛋白质的聚集加剧，从而降低了低脂乳化肠的硬度。

3 结 论

添加3 种分子质量的SA可显著改善低脂乳化肠的WBC（P<0.05），且分子质量越大，改善效果越显著（P<0.01）;SA的分子质量及其添加量对低脂乳化肠的质构特性影响不显著（P>0.05）。高分子质量的H-SA分子中含有丰富的亲水性基团，可束缚大量水分，并可促使肉蛋白的聚集，降低表面疏水性，进而显著提高低脂乳化肠的WBC;同时，H-SA的空间位阻及在凝胶结构中产生的静电排斥促进了疏松多孔凝胶微结构的生成，降低了低脂乳化肠的硬度。本研究结果可为乳化肉制品的低脂化加工提供理论支持。

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收稿日期：2019-03-25