三种原淀粉及其变性淀粉对牛肉糜凝胶品质的影响

秦斐,强亚妹,王琳琳,冷坪蔚,芦慧勤,梅议文

(西南民族大学 食品科学与技术学院,四川 成都,610041)

淀粉在植物的果实、叶、根、茎中以颗粒的形式广泛存在,是天然的植物多糖化合物,也是人们摄入碳水化合物的重要方式[1]。变性淀粉是为改善天然淀粉的性能、扩大其适用邻域,以木薯淀粉、玉米淀粉等原淀粉为原料,通过生物、理化、酶法等优化方式,改变淀粉的天然特性后所获得的改性产品,在一定程度上能够弥补原淀粉的不足之处。通过在肉制品中添加适量的变性淀粉,可以在一定程度上提升肉制品的感官品质,减少产品所需添加的脂肪,降低成本,增加产量,提高肉制品的加工工艺[2]。

变性淀粉是经过物理、化学或酶法处理后得到改变天然特性的淀粉并具有适用于特定加工条件性质的淀粉。我国变性淀粉发展历程起始于20世纪80年代,国内外研究应用较多的变性淀粉一般为交联淀粉、羟丙基淀粉和乙酰化淀粉,变性淀粉可以使肉制品的组织均匀细腻、结构紧密、富有弹性、切面光滑、鲜嫩适口,增强肉制品在长期保存和低温冷藏时的保水性,近些年随着变性淀粉国家标准的推广使用,变性淀粉行业也迎来了进一步的发展[3],国内外学者对在肉制品中使用原淀粉以及变性淀粉方面做了大量研究。JIA等[4]研究发现,天然甘薯淀粉(natural sweet potato starch,NS)和具有低糊化温度和缓慢回生趋势特性的甘薯淀粉(native sweet potato starch with low pasting temperature,NSL)对鱼糜凝胶解冻后的空隙大小在NS-鱼糜凝胶中比在NSL-鱼糜凝胶中大,并且NSL-鱼糜凝胶在解冻后的结构损伤较小。邓丽等[5]研究发现,变性淀粉能够改善鸡肉糜制品的口感和组织状态,有效提高鸡肉糜的保水性和乳化性,且最适用于鸡肉糜制品。TEE等[6]研究指出,淀粉对提高鱼丸的冻融稳定性具有重要作用。CHATTERJEE等[7]通过实验发现,木薯淀粉对肉质的影响优于或与其他常用的肉类黏结添加剂相当。目前,在鱼肉糜凝胶以及鸡肉糜凝胶中加入原淀粉及变性淀粉方面研究报道较多,而将原淀粉及变性淀粉加入到牛肉制品中,探究其对牛肉糜凝胶品质影响相关研究报道较少,有必要进一步研究。

本实验以牛肉糜凝胶为研究对象,探究玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉及其对应的变性淀粉(羟丙基二淀粉磷酸酯淀粉、乙酰化二淀粉磷酸酯淀粉、醋酸酯淀粉)等对牛肉糜凝胶品质特性的影响。通过上述实验探究淀粉种类对牛肉糜凝胶各项指标影响程度,明确不同淀粉种类对牛肉糜凝胶品质的影响,并确定最适合在牛肉糜凝胶中使用的淀粉种类,以此提高牛肉糜凝胶制品加工工艺及产品品质。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

牛肉(牛后腿肉),广汉市盛大食品有限公司;食盐、玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉,新乡良润全谷物食品有限公司;玉米变性淀粉(羟丙基二淀粉磷酸酯)、木薯变性淀粉(乙酰化二淀粉磷酸酯淀粉)、马铃薯变性淀粉(醋酸酯淀粉),东莞东美食品有限公司。

1.2 仪器与设备

MATTHAUS PH-STAR便携式pH测定仪、CR-400色差仪、电烤箱、80-2台式电动离心机,北京中兴伟业仪器有限公司;TA-XT.Plus型质构分析仪,英国Stable Micro System公司。

1.3 实验方法

1.3.1 牛肉糜制备

取新鲜牛肉适量,去除可见脂肪与结缔组织,切分为小肉块(约15 mm×15 mm×15 mm),再用绞肉机绞至肉糜,绞2次混合后采用聚乙烯自封袋(12 cm×16 cm)进行分装,并于4 ℃冷藏备用。

1.3.2 凝胶制备及要点

取上述小袋肉糜,加入1 g/100 g的食盐,在4 ℃下腌制过夜(12 h)后,按照肉糜质量添加6 g/100 g淀粉。将称量制备好的样品置于水浴锅以85 ℃蒸煮20 min,将封口用水浴锅盖子压制,避免水分进入;放入冰水混合液中,使其充分冷却,最后4 ℃冷藏静置过夜(约15 h),实验时取出冷藏的凝胶样品于室温下静置约1 h待测。

1.3.3 测定指标

1.3.3.1 pH值

将便携式pH计测定仪的探头直接插入制备好的凝胶中,分别取3个不同位置进行测试,插入深度至肉样充分包裹探头,待数据稳定后读取数据并记录。

1.3.3.2 色度

用标准白板对色差仪进行校正后,每个处理组分别测定5个平行试样的亮度值L*、红度值a*(+表示样品偏红,-表示样品偏绿)以及黄度值b*(+表示样品偏黄,-表示样品偏蓝),读取并记录数据,结果取其均值。

1.3.3.3 感官评价

采用盲评计分方式,对牛肉糜凝胶产品进行感官评定,分别在组织结构、色泽、口感、咀嚼性、风味5个方面进行感官评分。评分标准参考畅阳[8]采用10分制进行评分,分数越高代表品质越好。按表1对肉糜凝胶进行评价。

表1 感官评价表Table 1 Sensory evaluation table

1.3.3.4 水分含量

水分测定参考GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》,采用直接干燥法。

1.3.3.5 蒸煮损失率(cooking loss, CL)

取适量牛肉糜试样装入聚乙烯自封袋中,放置水浴锅中(80 ℃)加热15 min后至烧杯中,于室温下冷却后用滤纸轻拭凝胶表面水分,称其质量并记录数据,失重质量占原质量的百分比计为CL。每个处理组分别测定3个平行试样,结果取均值,CL的计算如公式(1)所示:

(1)

式中:CL表示蒸煮损失率;m1表示样品处理前的质量,g;m2表示样品处理后的质量,g。

1.3.3.6 非压出水分(non-expressible water, NW)

将牛肉糜凝胶切成约20 mm×20 mm×15 mm规格,称重并记数(m3),在处理好的样品上下各放置双层滤纸。用质构仪的Hold Until Time测试模式,对其进行挤压后去除滤纸称其质量记为m4,设定参数为:探头型号P50,以5 kg压缩力按压60 s,触发力Auto-0.010 kg,测前速率及测试速率分别为2.0 mm/s、0.5 mm/s,返回速率为10.0 mm/s。每个处理组均测定3个平行试样。NW的计算如公式(2)所示:

(2)

1.3.3.7 凝胶持水性(water-holding capacity, WHC)

牛肉糜凝胶WHC用CL和压出水分表征。WHC的计算如公式(3)所示:

WHC/%=(100-CL)×NW×100

(3)

1.3.3.8 冻融损失

方法参照倪学文等[9],将制备好的牛肉糜凝胶取适量称重,每组3个平行,用保鲜膜包裹,再用聚乙烯袋将每个处理组分装标记后,放置于-18 ℃冷冻贮藏24 h,后置于4 ℃解冻约12 h,用纸巾轻轻擦拭表面水珠后进行称重计数。冻融损失的计算如公式(4)所示:

(4)

式中:m1表示处理前凝胶的质量,g;m2表示解冻后凝胶的质量,g。

1.3.3.9 乳化稳定性(emulsion stability, ES)

以溶液损失代表ES。准确称取10 g左右(准确计数m2)腌制后的肉糜,装入小烧杯中,用保鲜膜及报纸对其进行包裹,再先后进行低温加热杀菌(85 ℃,1 h)、高温加热杀菌(121.1 ℃,15 min)。从高压灭菌锅中取出后将倾出液体称重,记为m1。乳化稳定性的计算如公式(5)所示:

(5)

1.3.3.10 质构特性

取制备好的牛肉糜凝胶约30 mm×30 mm×15 mm规格的方块,用TA-XT.Plus型质构分析仪对试样进行测试,每个处理组均进行5次平行测定。测试参数:探头为P50型号(直径0.50 cm);压缩试样比例为:50%;探头运行速度:50 mm/min;最小承载力50 N;测前探头下降速度2 mm/s、测试速度1 mm/s、测后探头回升速度2 mm/s;触发力Auto-10 g。

1.4 数据处理

每个组别至少测定3个平行,所有数据采用Microsoft 2016 Excel进行整理与分析,并采用SPSS 21.0软件进行Duncan′s multipe-range test多重比较,P<0.05。

2 结果与分析

2.1 不同淀粉对牛肉糜凝胶pH值的影响

pH值是用于判定肉制品新鲜与否的重要指标之一,与肉制品的色泽、风味、嫩度及保水性等密切相关[10]。由图1可见,相较于不添加淀粉的牛肉糜凝胶空白处理组,添加原淀粉可以使牛肉糜凝胶pH值显著提高(P<0.05),换言之,原淀粉能够降低牛肉糜凝胶的酸度,并且与空白对照组凝胶pH值相比差异显著(P<0.05),而添加3种原淀粉的牛肉糜凝胶pH值之间差异不显著。添加3种变性淀粉与原淀粉肉糜的pH值有显著差异(P<0.05),MIR等[11]研究表明,肉制品的pH值较低时,其风味、腌制和货架期较好,而肉制品pH值较高时,肉的色泽及持水性较好,说明变性淀粉可能通过降低牛肉糜凝胶的pH值影响其风味及货架期等。

图1 不同淀粉对牛肉糜凝胶pH值的影响Fig.1 Effects of different starch on gel pH value of minced beef注:不同小写字母表示不同处理组之间差异显著(P<0.5)(下同)。

2.2 不同淀粉对牛肉糜凝胶色度的影响

颜色是判断肉制品品质的关键因素之一,同时也是消费者选择肉制品的主要条件。由图2可见,相较于未添加淀粉的牛肉糜凝胶,添加玉米淀粉、玉米变性淀粉及木薯变性淀粉可提高凝胶的L*值,另外添加玉米淀粉的牛肉糜凝胶L*值显著大于添加木薯淀粉和马铃薯淀粉(P<0.05)。由图3可知,添加木薯变性淀粉和马铃薯变性淀粉的凝胶a*值高于空白对照组,但无显著性差异(P>0.05);添加玉米淀粉,木薯淀粉,马铃薯淀粉及玉米变性淀粉使凝胶a*值降低。由图2可知,除玉米淀粉外,其他5种淀粉均可使牛肉糜凝胶b*值增加,其中木薯淀粉对其影响尤其显著(P<0.05);与添加原淀粉的肉糜相比较,添加变性淀粉对牛肉糜凝胶的色度会产生不同程度的影响,这可能是由于不同种类的变性淀粉与原淀粉的透明度发生了变化,使得肉糜在各自糊化膨胀过程中,吸收水分的程度不尽相同,对光线产生了不同影响,致使牛肉糜凝胶的膨胀度不同,从而影响了牛肉糜凝胶的色泽[12]。

图2 不同淀粉对牛肉糜凝胶色度的影响Fig.2 Effect of different starch on gel chroma of minced beef

图3 不同淀粉对牛肉糜凝胶水分含量的影响Fig.3 Effects of different starches on moisture content of minced beef

2.3 不同淀粉对牛肉糜凝胶感官品质的影响

由表2可知,3种原淀粉中马铃薯淀粉对牛肉糜凝胶的影响更优越,尤其在色泽、口感及风味三方面都优于其他2种变性淀粉。在6种添加了不同种类淀粉的牛肉糜凝胶中,马铃薯变性淀粉相较于其他5种淀粉,对牛肉糜凝胶的组织结构、色泽、口感、咀嚼性及风味等感官品质有显著影响(P<0.05)。相较于空白对照组,添加玉米淀粉使牛肉糜凝胶的咀嚼性显著降低(P<0.05)在口感方面也呈现一定程度降低,这可能源于玉米淀粉的添加产生了回生现象,使肉制品质变得松散且颗粒感强烈,口感粗糙[13]。通过感官评定发现,添加淀粉的牛肉糜凝胶在组织结构、咀嚼性、风味方面均优于不添加淀粉的对照组,其中添加马铃薯变性淀粉(醋酸酯淀粉)的凝胶感官综合评分最高。感官评价可以直观反映和了解消费者对肉制品品质的欢迎程度,有助于在生产过程中筛选最适添加的淀粉种类;另一方面,感官评价易受主观因素的影响,而失去对待试样判断评价的客观性,所以感官评价这一指标只能侧面体现肉制品的品质,不能成为产品品质优劣的决定性因素。

表2 不同淀粉对牛肉糜凝胶感官品质的影响Table 2 Effects of different starches on sensory quality of minced beef

2.4 不同淀粉对牛肉糜凝胶水分含量的影响

肉制品中的水分含量能够直接影响其加工、运输、贮藏以及食用。由图3可知,相较于不添加淀粉的肉糜凝胶,添加了原淀粉及变性淀粉的牛肉糜凝胶的水分含量均高于空白对照组,且差异性显著(P<0.05)。添加了变性淀粉的牛肉糜凝胶中水分含量均高于添加其他3种原淀粉的牛肉糜凝胶的水分含量,其中玉米变性淀粉和木薯变性淀粉与原淀粉之间无明显差异性,而马铃薯变性淀粉与马铃薯淀粉差异显著(P<0.05),这可能是由于淀粉变性后引入了亲水基团,这样可以更好地保留肉糜中的水分,提高水分含量。肉糜类制品的持水性主要取决于肌原纤维蛋白热诱导凝胶形成的三维凝胶网状结构[14],结构越紧密稳定,持水性越好。

2.5 不同淀粉对牛肉糜凝胶CL的影响

由图4可见,相对于不添加淀粉的空白对照组,添加淀粉可以不同程度地降低牛肉糜凝胶的CL,并且添加6种淀粉的牛肉糜凝胶CL与无添加的牛肉糜凝胶CL有显著性差异(P<0.05),而3种变性淀粉对减少牛肉糜凝胶CL的影响均优于原淀粉,玉米变性淀粉和木薯变性淀粉与其原淀粉有显著差异(P<0.05),这可能是由于玉米变性淀粉和木薯变性淀粉糊化温度较高、热稳定性好,凝胶性能强,可以更好地保留肉糜中的水分[15-16]。6种淀粉对牛肉糜凝胶CL的影响大小依次为:玉米变性淀粉>木薯变性淀粉>马铃薯变性淀粉>马铃薯淀粉>木薯淀粉>玉米淀粉,其中玉米变性淀粉对牛肉糜凝胶的CL影响最为显著(P<0.05),CL仅有5.04%,相较于空白对照组降低了约6.8倍。添加淀粉有助于肉糜形成更加稳定的凝胶结构,从而使肉制品获得更好的产量和更少的水释放[17]。添加淀粉对牛肉糜凝胶CL的减少,可能是因为添加到牛肉糜凝胶中的淀粉,在肉糜凝胶蛋白质网状结构中起到了填充作用,使得凝胶中的水和脂肪损失减少,因而提高了凝胶制品的出品量[18]。

图4 不同淀粉对牛肉糜凝胶CL的影响Fig.4 Effect of different starch on gel CL of minced beef

2.6 不同淀粉对牛肉糜凝胶NW的影响

由图5可知,所有添加淀粉的牛肉糜凝胶试样NW与不添加淀粉的牛肉糜凝胶试样存在显著性差异(P<0.05)。添加变性淀粉的牛肉糜凝胶NW显著高于添加原淀粉的牛肉糜凝胶(P<0.05),并且倪伟等[19]研究表明变性淀粉可以促进虾糜形成更加致密稳定的凝胶网状结构,显著改善虾糜凝胶性能。这可能是由于添加淀粉和变性淀粉后肉糜在加热过程中形成了更加致密的网状凝胶结构,使肉糜中的部分自由水被束缚,实验组自由水相较于空白组更少,其NW也更少。

图5 不同淀粉对牛肉糜凝胶NW的影响Fig.5 Effect of different starch on NW gel of minced beef

2.7 不同淀粉对牛肉糜凝胶WHC的影响

肉制品的WHC反映了肌肉在受外力作用下,(如加压加热、冷冻解冻、腌制等),保持原有水分和吸收水分的能力。肉制品的持水力直接影响其多汁性、嫩度、口感等品质,是肉制品的重要品质指标[20]。由图6可见,添加6种淀粉后的牛肉糜凝胶的WHC与空白处理组的WHC有着显著性差异,其中马铃薯变性淀粉最为显著(P<0.05),其WHC为92.57%,而未添加淀粉的牛肉糜凝胶WHC仅有80.93%。添加变性淀粉的牛肉糜凝胶的WHC均高于添加其对应原淀粉的牛肉糜凝胶,这与孙建清等[21]在鸡肉糜中的研究以及宋萃等[22]在兔肉糜凝胶中的研究结论一致。

图6 不同淀粉对牛肉糜凝胶WHC的影响Fig.6 Effects of different starches on WHC of minced beef

肉糜类制品的WHC主要取决于肌原纤维蛋白热诱导凝胶形成的三维凝胶网状结构[19]。蛋白质在加热过程中逐渐变性,形成网络状结构凝胶,持水能力下降,部分结合水被脱出,由于淀粉糊化温度要比蛋白质的变性温度高,随着温度不断升高,淀粉逐渐吸水溶胀,然后糊化。糊化后的淀粉汲取了蛋白质网络状结构结合的不够紧密的那部分水,这些水被淀粉颗粒所固定,所以添加了淀粉的肉糜制品WHC要优于不添加淀粉的WHC[23]。另外变性淀粉在改良过程中添加羟丙基、羧甲基等亲水基团使得淀粉亲水性进一步增强,所以变性淀粉的WHC要比原淀粉更优良。

2.8 不同淀粉对牛肉糜凝胶冻融损失的影响

牛肉糜凝胶冷冻时因水分冻结而形成冰晶,肉糜解冻后,冰晶消融,会有汁液流出,汁液流出越多,冻融损失越大,说明肉糜的稳定性和解冻后肉糜的品质越差。由图7可见,6种淀粉均可使牛肉糜凝胶的冻融损失不同程度降低,与未添加淀粉的牛肉糜凝胶相比,添加玉米变性淀粉可使牛肉糜凝胶冻融损失显著下降(P<0.05)。变性淀粉与原淀粉相比对降低牛肉糜凝胶冻融损失的效果更显著(P<0.05),且添加变性淀粉的牛肉糜凝胶的冻融损失均低于添加其相应原淀粉的牛肉糜凝胶。这可能是因为,变性淀粉经过处理后相较于原淀粉有更好的冻融稳定性,加入肉糜后变性淀粉形成的体系更稳定,在冷冻条件下更加不易破坏结构,所以冻融稳定性更好[24]。

图7 不同淀粉对牛肉糜凝胶冻融损失的影响Fig.7 Effects of different starches on freeze thaw loss of minced beef

2.9 不同淀粉对牛肉糜凝胶ES的影响

ES的值越小,牛肉糜凝胶的品质越好,在牛肉糜凝胶加热过程中,除了有牛肉糜凝胶中蛋白质之间互相作用外,淀粉和蛋白质两者之间也存在相互作用,使试样形成更加紧密而稳定的网状结构,那么牛肉糜凝胶液体、脂肪等成分的流失就会减少[22]。由图8可以看出,原淀粉与变性淀粉都可以使牛肉糜凝胶的ES降低,但这6种淀粉之间并无显著性差异(P<0.05)。与空白对照组的牛肉糜凝胶相比,本实验6种淀粉对牛肉糜凝胶ES均呈现显著性差异(P<0.05)。淀粉之间相互作用形成能够包裹脂肪微粒的体系,从而使加热后的肉制品减少脂肪和汁液的流失,可以有效改善牛肉糜的乳化[25],因此,添加适量的淀粉能够不同程度地减少加热牛肉糜凝胶时产生的汁液流失。

图8 不同淀粉对牛肉糜凝胶ES的影响Fig.8 Effect of different starch on gel ES of minced beef

2.10 不同淀粉对牛肉糜凝胶质构的影响

硬度是能够反映牛肉糜凝胶变形或是穿透牛肉糜凝胶所需力的相关质地特性。由表3可知,除马铃薯淀粉外,其他5种淀粉均可降低牛肉糜凝胶的硬度,其中玉米变性淀粉、木薯变性淀粉、马铃薯变性淀粉对降低牛肉糜凝胶硬度最为显著(P<0.05),三者之间无显著性差异;另外添加了马铃薯淀粉的牛肉糜凝胶硬度与不添加淀粉的空白对照组最为接近。淀粉和变性淀粉被用作黏合剂,可提高肉制品的品质;由于淀粉颗粒在受热过程中从周围环境中吸收水分,膨胀的淀粉颗粒对凝胶基质施加压力,使凝胶强度增加,颗粒的内部结构可能影响肉糜凝胶的质地[24]。

表3 不同淀粉对牛肉糜凝胶质构的影响Table 3 Effects of different starches on gel texture of minced beef

弹性反应牛肉糜凝胶在外部作用力下产生形变,然后撤去外力,牛肉糜凝胶恢复为初始状态的能力。由表3可知,添加木薯淀粉及3种变性淀粉玉米淀粉和马铃薯淀粉能够提高牛肉糜凝胶弹性,但作用并不显著。内聚性表示的是牛肉糜凝胶经过首次压缩变形后对第二次压缩的相对对抗力,反映的是咀嚼食物时食物抵抗受损并紧密连接,使肉制品保持完好的性质[26-27]。空白处理组内聚性表现较好,可达0.60,只有添加马铃薯淀粉与玉米淀粉的牛肉糜凝胶处理组与空白组内聚性相近,其他处理组的内聚性均低于对照组。

胶黏剂是剪切牛肉糜凝胶时最先感触到的抵抗力,硬度和内聚性的乘积表示,能够描述测试试样的黏性特性[27]。由表3可知,添加马铃薯淀粉的胶黏剂与不添加淀粉的空白组最为相近,这与内聚性的趋势相似。其他5种淀粉均不同程度降低了牛肉糜凝胶的胶黏剂,其中变性淀粉对牛肉糜凝胶的胶黏剂影响有显著性差异(P<0.05)。咀嚼性是将牛肉糜凝胶咀嚼到可吞咽时所需的功的大小,与硬度、弹性以及内聚性相关,数值上可以用硬度、弹性以及内聚性的乘积来表示[27]。换句话说,能够影响硬度、弹性、内聚性的因素都会对产牛肉糜凝胶的咀嚼性产生一定影响。添加马铃薯淀粉的牛肉糜凝胶咀嚼性最好,而木薯淀粉以及变性淀粉使牛肉糜凝胶在咀嚼时所需的功较小,这可能是因为添加以上淀粉能够使得牛肉糜凝胶变得松软。

同原淀粉相比,变性淀粉都会降低牛肉糜凝胶的质构,添加玉米变性淀粉和马铃薯变性淀粉与原淀粉有显著差异(P<0.05),可能是因为变性淀粉的添加会使更多的水分留在牛肉糜凝胶当中,降低了牛肉糜凝胶的弹性和硬度等。

3 结论

在牛肉糜凝胶中添加淀粉可以显著改善牛肉糜凝胶的CL、NW、WHC以及冻融损失等品质。对比6种淀粉,玉米淀粉、木薯淀粉、马铃薯淀粉能够明显降低牛肉糜凝胶酸度及ES,在CL、冻融损失、水分含量、感官品质以及质构特性等也有一定程度改善,但其作用效果要略低于变性淀粉。

在变性淀粉中,马铃薯变性淀粉对牛肉糜凝胶持水性的改善效果最佳,由于变性淀粉含有更多的亲水基团,能使牛肉糜凝胶获得较高水分含量、NW、WHC以及更好的ES和感官品质。且马铃薯变性淀粉(醋酸酯变性淀粉)物美价廉,添加在牛肉糜凝胶中,能够降低牛肉糜凝胶制品生产成本。综上所述,马铃薯变性淀粉最适用于牛肉糜凝胶制品中。