卡拉膠凝膠質構特性的研究

卡拉粘合劑、脂肪膠和棕褐色粘合劑是目前世界上應用最廣泛的三大海藻凝膠?？ɡz因具有良好的保水性、增稠性、乳化性、膠凝性和安全無毒等特點而廣泛應用于食品工業中。它應用在布丁、冰淇淋、奶酪等中主要作穩定劑,在調味汁醬、番茄醬等中主要作增稠劑,在果凍和肉制品等中主要作膠凝劑?？ɡz凝膠還具部分模擬脂肪的功能,是低脂食品中脂肪替代品的組成成分之一。在添加卡拉膠的食品中,卡拉膠的功能特性與產品的質量緊密相關。例如,在火腿腸等肉制品中,卡拉膠能起到膠凝、乳化、保水等作用,直接影響肉制品的硬度、彈性、切片性、多汁性、外觀和產量[3~7]。因此,研究卡拉膠的功能特性對其在食品中的應用具有指導意義?？ɡz的凝膠特性取決于卡拉膠的類型,κ-型和ι-型卡拉膠能形成熱可逆凝膠,λ-型卡拉膠則不能膠凝。在商品卡拉膠中,往往三種成分共存,所占比例差別較大,因此不同廠家生產的卡拉膠凝膠特性差別很大。卡拉膠的凝膠特性受環境因素的影響也很大。這些因素包括卡拉膠的濃度、離子強度、電荷性質、溫度、pH和共存物(多糖和蛋白質)等。例如,Morris等認為卡拉膠在K+、Rb+、Cs+和高濃度Na+存在時都發生膠凝。κ-卡拉膠對K+敏感,ι-型卡拉膠對Na+敏感。MacArtain等研究了卡拉膠的微觀結構和流變性。筆者也曾采用流變儀研究了κ-卡拉膠及其與肌球蛋白混合時凝膠的流變性。羅亮等采用多功能激光散射儀研究了κ-卡拉膠凝膠的熱變性溫度。而包括肉制品等食品的硬度、彈性、切片性(粘性)等特性均屬于凝膠類食品的質構特性。因此,筆者在本文中以商品卡拉膠為原料著重研究卡拉膠凝膠的質構特性,并初步研究了卡拉膠對雞肉肌原纖維蛋白凝膠質構特性和保水性的影響,為卡拉膠在食品中的應用提供參考。1材料和方法1.1試劑與儀器卡拉膠廣東番禺全統食品工業有限公司;雞胸肉市售;牛血清蛋白BSA上海Promeag公司;KCl等所用試劑均為分析純。TA.XT.Plus.TextureAnalyserStableMicroSydtems;PHS-25型pH計上海精科雷磁;AnkeGL-20B型高速冷凍離心機上海安亭科學儀器廠;DS-1高速組織搗碎機上海標本模型廠;722光柵分光光度計上海精密科學儀器有限公司。1.2實驗方法1.2.1從肌肉原磷脂酸中提取蛋白質1.2.2蛋白濃度的測量1.2.3質構特性檢測按各實驗設計制備不同濃度、pH和離子強度的卡拉膠凝膠。制作過程為:將所需量的卡拉膠及肌原纖維蛋白和緩沖液置于7mL塑料離心管中,混勻,水浴加熱到75℃,保溫20min,取出,冷卻至室溫,放入冰箱在4℃下過夜,形成凝膠使用質構儀測量,每個樣品重復三次。1.2.4.1.單因素試驗設計1.2.4.2正交試驗設計1.2.5質構特性檢測制備肌原纖維蛋白樣品(20mg/mL),肌纖維蛋白與卡拉膠(20∶10mg/mL)混合樣品和純卡拉膠樣品(10mg/mL),測定三個樣品的質構特性,每個樣品重復三次。1.2.6保水性及離心管/離心穩定性用TA.XT.Plus.TextureAnalyser質構儀進行測定,測定條件為:探頭:P/6,測試前速度:5.00mm/s;測試速度:1.00mm/s,測試后速度:5.00mm/s;測試距離:5.00mm。將制備好的混合凝膠以3000r/min的速度離心3min,去除水分,稱重。然后按下式計算凝膠的保水性。保水性(WHC)=(W1-W)/(W2-W)×100%W1:離心管+離心后的凝膠重(g);W2:離心管+離心前的凝膠重(g);W:離心管重。正交實驗數據經SAS9.0軟件ANOVA方差分析。2結果與分析2.1成膠特性及濃度從圖1可見,卡拉膠的凝膠硬度隨著其濃度的增加而明顯增強,在其濃度小于5時形成的凝膠很弱,幾乎感覺不到硬度。Mangione等也認為卡拉膠的成膠特性與卡拉膠濃度和溫度有關。凝膠的彈性在濃度小于5時也很小,卡拉膠濃度在5~10mg/mL范圍內隨濃度增加而顯著增大;在10~20mg/mL范圍內隨濃度增加而略有增加;在濃度為20mg/mL時彈性為0.99,幾乎達到最大值1。因此,可以預見:當卡拉膠濃度在20mg/mL的基礎上再增加時,僅改變凝膠的硬度,而對凝膠的彈性幾乎沒有影響。2.2ph對卡拉膠凝膠硬度的影響從圖2可見,當pH為4時,卡拉膠凝膠硬度最大;隨著pH繼續升高,卡拉膠凝膠硬度有下降趨勢。研究還發現,pH對卡拉膠凝膠彈性影響很小,在pH3~8范圍內,卡拉膠凝膠呈現出很好的彈性,數值均在0.95以上。2.3離子強度的影響從圖3可見,卡拉膠凝膠硬度受離子強度的影響,在離子強度為0.3時,凝膠的硬度達到最大,而其彈性受離子強度影響較小,在0.2~0.7范圍內表現出優良的彈性,均達到0.99。2.4凝膠硬度和彈性采用L8(2)7正交表進行正交實驗,研究各因素對卡拉膠凝膠質構特性的影響。凝膠硬度和彈性的實驗結果分別見表3和表5。由表3可知,第4號實驗所得的凝膠硬度最大,其條件為:卡拉膠濃度20mg/mL,pH5,離子強度0.3,[K+]0.05mol/L,[Ca2+]0.025mol/L,[Mg2+]0.025mol/L。根據各種因素兩水平極差R的大小可判斷出各種不同因素對卡拉膠凝膠硬度影響程度由大到小為:[K+]、離子強度、[Ca2+]、卡拉膠濃度、pH和[Mg2+]。比較各個因素的k1和k2值發現,各因素在下列水平下凝膠硬度較大:卡拉膠濃度20mg/mL、pH5、離子強度0.3、[K+]0.1mol/L、[Ca2+]0.05mol/L、[Mg2+]0.05mol/L。從表4可見,[K+]對卡拉膠凝膠硬度的影響最大,[Mg2+]對卡拉膠凝膠硬度的影響最小,六個因素對卡拉膠凝膠硬度的影響程度從強到弱的順序為:[K+]、離子強度、[Ca2+]、卡拉膠濃度、pH、[Mg2+],這與正交實驗的極差分析的結果符合。國外關于卡拉膠的凝膠特性影響因素的報道不少,Mangione等研究了K+和Na+對卡拉膠凝膠特性的影響,認為卡拉膠的凝膠性質依賴于電解質的類型,在K+存在比Na+存在時形成的凝膠更有序、強度更大。Lai等研究認為,在Ca2+為0.1~0.5mol/L時,卡拉膠(15g/L)凝膠強度降低。HermanssonandRochas認為,κ-卡拉膠的膠凝性質受到溶液中陽離子本質和濃度的強烈影響,也受卡拉膠濃度的強烈影響。Drohan和OuldEleya等都認為,pH不是影響κ-卡拉膠膠凝的重要因素。上述研究結果與本實驗結果相似。對表5的凝膠彈性結果進行極差分析,得表6。由表6可知,影響卡拉膠凝膠彈性的因素從強到弱依次為:[K+]、離子強度、卡拉膠濃度、[Ca2+]、pH和[Mg2+]。形成卡拉膠較好彈性的因素條件為:卡拉膠濃度10mg/mL,pH5,離子強度0.3,[K+]0.05mol/L,[Ca2+]0.05mol/L,[Mg2+]0.05mol/L。2.5卡拉膠和-乳從蛋白凝膠強度表7說明,在肌原纖維蛋白中加入一定量的卡拉膠,能有效改善凝膠的硬度、彈性和保水性。OuldEleya報道了在經加熱和降溫后,卡拉膠和β-乳球蛋白混合凝膠的強度比單純的β-乳球蛋白凝膠強度大,Mleko在研究卡拉膠和乳清蛋白混合凝膠時也得出相似結論。肌原纖維蛋白是穈類肉制品和重組肉制品中最重要的成膠物質,其膠凝特性決定著肉制品的質量。本實驗結果說明,在肉制品中添加卡拉膠能提高肉制品的品質。3凝膠的制備條件影響卡拉膠凝膠質構的主要因素為[K+]和離子強度,其次是卡拉膠濃度和[Ca2+],pH和[Mg2+的影響較小。形成較好凝膠的條件為:卡拉膠濃度10~20mg/mL,pH