郭戰(zhàn)陽(yáng)，鄭召君，劉元法

(江南大學(xué)食品學(xué)院，食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫214122)

脂肪含量對(duì)牛肉的品質(zhì)有重要的影響，脂肪含量高的牛肉具有良好的適口性、風(fēng)味和多汁性，脂肪含量低的牛肉硬度大、適口性差，具有較低的食用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1]。雖然關(guān)于飽和脂肪酸對(duì)人體健康的影響存在爭(zhēng)議，但是減少飽和脂肪酸的攝入逐漸成為人們的共識(shí)[2]。因此，開(kāi)發(fā)脂質(zhì)替代品以部分或者全部替代肉制品中的脂肪是當(dāng)前食品行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。研究者在特定的食品體系中加入脂肪替代物，在保證食物口感的基礎(chǔ)上降低脂肪含量，但這些替代物無(wú)法從形態(tài)上模擬脂肪，特別是連續(xù)肉制品和含脂肪粒外觀的肉制品中，不具有脂肪組織的固態(tài)特征[3-4]。

通過(guò)加熱蛋白變性、酶作用、添加凝膠或化學(xué)方法使乳液的連續(xù)相凝膠化或聚集乳液液滴形成的凝膠乳具有固態(tài)特征，可以替代固體脂肪加入肉制品中[5]。其中通過(guò)添加凝膠的方式制備凝膠乳的工藝較簡(jiǎn)單，外觀上接近脂肪組織，比較適合用來(lái)替代脂肪組織加入肉制品中。但是目前國(guó)外對(duì)此方面的研究主要集中在利用凝膠替代動(dòng)物脂肪對(duì)肉制品性質(zhì)的影響和在凝膠乳中添加生物活性物質(zhì)制備健康的脂肪替代品上[6]，關(guān)于凝膠類(lèi)型對(duì)凝膠乳性質(zhì)影響的研究較為匱乏，特別是在冷凍肉制品中使用時(shí)，冷凍條件對(duì)凝膠乳性質(zhì)的影響未見(jiàn)報(bào)道。

瓊脂、結(jié)冷膠和明膠都是食品行業(yè)中常用的膠體，能在較低的濃度下形成凝膠，三者形成的凝膠性質(zhì)具有較大差異。瓊脂是由d-半乳糖和l-半乳糖組成的膠凝聚合物的混合物，是從海洋藻類(lèi)中提取的多糖體膠體[7]。瓊脂形成的凝膠結(jié)構(gòu)較硬、脆、透明性差，凝膠強(qiáng)度在pH 4～10之間時(shí)變化不大[8]。結(jié)冷膠是一種微生物胞外多糖，在低用量下就能形成具有高透明性、高熱穩(wěn)定性的凝膠，其形成的凝膠受金屬陽(yáng)離子影響，不同價(jià)態(tài)金屬陽(yáng)離子誘導(dǎo)形成的凝膠機(jī)制和性質(zhì)不同，0.5%的膠體在約150 mmol/L Na+中能產(chǎn)生最大模量的凝膠，相當(dāng)于約0.5 mmol/L Ca2+的作用[9- 11]。明膠主要來(lái)源于動(dòng)物的皮、骨骼或結(jié)締組織中的膠原蛋白經(jīng)過(guò)部分水解得到高分子聚合物，屬于蛋白類(lèi)膠體[12]，易于人體消化吸收。明膠形成凝膠的過(guò)程為分子由無(wú)規(guī)則卷曲狀態(tài)恢復(fù)成有序的三螺旋結(jié)構(gòu)的過(guò)程，形成的凝膠中氫鍵起主導(dǎo)作用[13-14]。明膠凝膠具有熔點(diǎn)低、可逆性等優(yōu)點(diǎn)，不同明膠的性質(zhì)因原料來(lái)源、制備方法不同有所差異。

研究表明，食物中的水在冷凍過(guò)程中會(huì)結(jié)冰形成大小不一的冰晶，形成的冰晶會(huì)破壞細(xì)胞膜、細(xì)胞組織和膠體網(wǎng)絡(luò)等組織結(jié)構(gòu)，造成食品品質(zhì)下降，并且形成的冰晶越大對(duì)食品的破壞越大[15-16]。冰晶的大小受到降溫速率、水分含量、組織結(jié)構(gòu)、導(dǎo)熱介質(zhì)、反復(fù)凍融等因素影響。此外對(duì)于凝膠乳體系，凝固點(diǎn)較高的油脂，如用牛油、豬油、棕櫚油、椰子油等作為分散相時(shí)在降溫過(guò)程中油脂會(huì)結(jié)晶刺破乳滴的界面層，冷凍時(shí)油脂晶體和冰晶共同作用會(huì)加重對(duì)乳液結(jié)構(gòu)的破壞，凍-融穩(wěn)定性變差[17-18]。

綜上所述，膠體的類(lèi)型影響凝膠乳的形成和結(jié)構(gòu)，而冷凍會(huì)對(duì)凝膠乳的結(jié)構(gòu)造成破壞，影響凝膠乳的凍-融穩(wěn)定性?？疾炷z體類(lèi)型和冷凍對(duì)凝膠乳品質(zhì)的影響對(duì)利用凝膠乳替代脂肪在食品中使用具有指導(dǎo)意義。因此，本實(shí)驗(yàn)采用高熔點(diǎn)的牛脂肪制備乳液，和不同的膠體結(jié)合制備凝膠乳，研究膠體的種類(lèi)和含量對(duì)制備的凝膠乳的理化性質(zhì)的影響以及凝膠乳的凍-融穩(wěn)定性，為凝膠乳作為脂肪替代物應(yīng)用于肉制品提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

乳清分離蛋白(9410 美國(guó)Hilmar)、精煉牛油(張家港統(tǒng)清食品有限公司)、牛骨明膠(凍力220 河北潤(rùn)贏生物科技有限公司)、食鹽(江蘇省瑞豐鹽業(yè)有限公司)、瓊脂粉(石獅市高新瓊脂食品有限公司)、結(jié)冷膠粉(內(nèi)蒙古阜豐生物科技有限公司)、去離子水、硅油。

RW20低速剪切機(jī)、T25高速剪切機(jī)，德國(guó)IKA；AH-2010高壓均質(zhì)機(jī)，加拿大ATS；DHR-3流變儀,美國(guó)TA；TA·XT2i物性分析儀,英國(guó)SMS；UltraScan Pro1166高精度分光測(cè)色儀，美國(guó)Hunterlab；SORVALL LYNX4000離心機(jī)，美國(guó)Thermo；4℃恒溫箱，德國(guó)BINDER；BCD-526WD11HY-20℃冷凍冰箱；水浴鍋;分析天平。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 凝膠乳的制備

凝膠乳的制備過(guò)程如圖1所示，不同類(lèi)型凝膠乳中各種物質(zhì)的含量見(jiàn)表1。具體制備時(shí)略有修改。

圖1 凝膠乳的制備過(guò)程

(1)乳液的制備(以制備100 g凝膠乳為例)

把食鹽溶入水中制備成濃度為150 mmol/L Na+的鹽水，用鹽水制備膠體溶液和乳液(金屬鹽離子影響結(jié)冷膠的凝膠形成，實(shí)驗(yàn)中保持一致)。3 g乳清分離蛋白和27 g 150 mmol/L Na+濃度的鹽水室溫下攪拌2 h使蛋白充分吸水膨脹，加熱至70℃恒溫30 min后和70℃熔化的精煉牛油攪拌混合(明膠長(zhǎng)時(shí)間在70℃以上加熱會(huì)分解，明膠型凝膠乳在70℃恒溫30 min后降溫至55℃進(jìn)行以下步驟)，10 000 r/min高速剪切2 min(每剪切30 s間隔30 s，剪切4次)。高壓均質(zhì)機(jī)中10 MPa下均質(zhì)2次，制得乳液。

(2)膠體溶液的制備和混合制備凝膠乳液

瓊脂溶液的制備：按照表1中的比例稱(chēng)取瓊脂粉加入150 mmol/L Na+濃度的鹽水至40 g，室溫?cái)嚢? h膠體充分吸水溶脹，加熱至沸騰狀態(tài)并保持10 min，然后降溫到70℃和乳液按比例混合。

結(jié)冷膠溶液的制備：按照表1中的比例稱(chēng)取結(jié)冷膠粉加入150 mmol/L Na+濃度的鹽水至40 g，室溫?cái)嚢? h膠體充分吸水溶脹，加熱至85℃使結(jié)冷膠完全溶解，保持10 min后降溫至70℃和乳液按比例混合。

明膠溶液的制備：按照表1中的比例稱(chēng)取明膠顆粒加入150 mmol/L Na+濃度的鹽水至40 g，室溫?cái)嚢? h膠體充分吸水溶脹，加熱至70℃使明膠完全溶解，保持30 min后降溫到55℃和乳液按比例混合。

表1 凝膠乳中各種物質(zhì)的含量 g/100 g

1.2.2 流變性質(zhì)

表觀黏度：利用DHR-3流變儀測(cè)定凝膠乳乳液的表觀黏度隨剪切速率的變化。測(cè)試條件： 40 mm平板，間距1 000 μm，剪切速率0.1～100 s-1，溫度70℃(明膠型凝膠乳為55℃)。

降溫振蕩掃描：新制備的凝膠乳乳液在流變儀上測(cè)定其降溫過(guò)程中的彈性模量變化。測(cè)試條件：40 mm平板，間距1 000 μm，應(yīng)力1%(在線(xiàn)性黏彈區(qū)范圍內(nèi))，70℃(明膠型凝膠乳為55℃)下保溫60 s后，以2℃/min的速度降溫至4℃。

升溫振蕩掃描：將4℃儲(chǔ)藏24 h以上的樣品用流變儀測(cè)定彈性模量隨溫度的變化。測(cè)試條件：40 mm平板，間距1 000 μm，應(yīng)力1%(在線(xiàn)性黏彈區(qū)范圍內(nèi))，4℃下保溫60 s后，以5℃/min的速度升溫至90℃(明膠型凝膠乳60℃)。

流變性質(zhì)測(cè)試過(guò)程中表面涂一層硅油防止水分蒸發(fā)。

1.2.3 質(zhì)構(gòu)特性

樣品處理：采用亞克力模板澆注成直徑為22 mm，高度為18 mm的圓柱體。將模板在4℃恒溫箱內(nèi)儲(chǔ)藏24 h以上，制備好的凝膠乳乳液注入模板，蓋上蓋子后迅速放入4℃的恒溫箱中24 h，使得凝膠充分交聯(lián)。樣品測(cè)試前在室溫下(20℃)穩(wěn)定2 h，然后進(jìn)行物性分析測(cè)試，結(jié)果以硬度和彈性表示。

使用英國(guó)SMS公司生產(chǎn)的單臂機(jī)型物性分析儀測(cè)定凝膠乳的硬度和彈性。測(cè)試條件為P35探頭，TPA模式，測(cè)試前速度1.00 mm/s，測(cè)試速度1.00 mm/s，測(cè)試后速度1.00 mm/s，測(cè)試形變30%，觸發(fā)力5.0 g。以第一次下壓的最大壓力值為硬度，兩次下壓的壓力值比為彈性。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

1.2.4 顏色

把4℃恒溫箱中儲(chǔ)藏24 h的凝膠乳放在室溫下(20℃)均衡2 h后用高精度分光測(cè)色儀進(jìn)行測(cè)試，顏色的測(cè)試結(jié)果用L、a、b值表示，實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

1.2.5 凍-融性質(zhì)變化

把4℃恒溫箱中儲(chǔ)藏24 h以上的凝膠乳放在-20℃冰箱中進(jìn)行冷凍，24 h后取出在4℃恒溫箱中解凍24 h以上，測(cè)試前在室溫(20℃)條件下均衡2 h。

質(zhì)構(gòu)和顏色的測(cè)試方法和測(cè)試條件同1.2.3和1.2.4，實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

1.2.6 持水力

參照文獻(xiàn)[19]的測(cè)定方法。準(zhǔn)確稱(chēng)取5 g(M1)解凍后的樣品置于50 mL的離心管中，4℃條件下10 000 r/min離心15 min，用濾紙小心把水分吸出，然后倒置15 min后用分析天平稱(chēng)重，失水后凝膠乳的質(zhì)量M2為失水后樣品和離心管的總質(zhì)量減去離心管質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。持水力按下式計(jì)算。

持水力=M2/M1

1.2.7 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)分析采用IBM SPSS Statistics 19軟件，繪圖采用Orgin8.5軟件。

2 結(jié)果與討論

2.1 流變性質(zhì)

2.1.1 黏度(見(jiàn)圖2)

凝膠乳乳液的黏度受膠體之間的相互作用和膠體與乳滴之間的相互作用共同影響。由圖2可以看出：瓊脂型凝膠乳的黏度較高，制備的凝膠乳乳液的黏度隨膠體含量增加而升高，剪切速率增大凝膠乳乳液的黏度降低，即剪切變稀屬于假塑性流體；結(jié)冷膠制備的凝膠乳乳液黏度較低，也屬于假塑性流體，膠體含量增加會(huì)增加乳液的黏度；明膠型凝膠乳乳液的黏度隨膠體含量增加而升高，也屬于假塑性流體。

圖2 凝膠乳乳液的黏度

2.1.2 降溫掃描(見(jiàn)圖3)

不同膠體制備的凝膠乳降溫過(guò)程中性質(zhì)有很大的差異。由圖3可以看出：瓊脂型凝膠乳彈性模量隨著溫度降低而升高，溫度在45～25℃時(shí)彈性模量上升過(guò)程較快，凝膠乳由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，形成固態(tài)凝膠乳。膠體含量對(duì)凝膠乳由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的溫度范圍沒(méi)有影響，但整個(gè)過(guò)程中的彈性模量隨膠體含量升高而增加；結(jié)冷膠型凝膠乳的彈性模量隨溫度降低而升高，但過(guò)程與瓊脂型凝膠乳有明顯的不同，55～45℃時(shí)彈性模量急劇升高，這說(shuō)明結(jié)冷膠型凝膠乳凝固溫度比瓊脂的高，并且凝固速率較大，在溫度低于凝膠乳的凝固點(diǎn)時(shí)能快速形成固態(tài)凝膠乳[11]；明膠型凝膠乳的彈性模量增加比較緩慢，在溫度低于20℃時(shí)開(kāi)始有較大的變化，說(shuō)明明膠型凝膠乳的凝固溫度較低，形成固態(tài)凝膠乳的過(guò)程比較緩慢。

圖3 凝膠乳的降溫掃描

2.1.3 升溫掃描(見(jiàn)圖4)

圖4 凝膠乳的升溫掃描

受凝膠乳中脂滴和膠體的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)影響，凝膠乳在加熱過(guò)程中狀態(tài)也會(huì)發(fā)生變化，牛脂肪的熔點(diǎn)在44.5～49℃之間，加熱過(guò)程中牛脂肪隨溫度升高逐漸變軟，直至變成液態(tài)[20]。由圖4可以看出：瓊脂型凝膠乳在4～90℃的加熱過(guò)程中彈性模量先下降后逐漸保持穩(wěn)定，但彈性模量值較大，表明瓊脂型凝膠乳在加熱過(guò)程中結(jié)構(gòu)逐漸變軟，凝膠乳在被加熱到90℃時(shí)結(jié)構(gòu)依然保持固態(tài)，相比4℃時(shí)狀態(tài)較軟；結(jié)冷膠型凝膠乳變化特性與瓊脂型凝膠乳相似，加熱到90℃的過(guò)程中凝膠乳結(jié)構(gòu)變軟，依舊保持固態(tài)；明膠型凝膠乳的彈性模量值在4～25℃基本保持不變，25～35℃時(shí)彈性模量急劇下降，溫度大于35℃時(shí)具有較低的彈性模量，由彈性模量和黏性模量的比值(圖中未顯示)可知，在25～35℃的加熱過(guò)程中凝膠乳的狀態(tài)由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)。利用明膠型凝膠乳作為脂肪替代品應(yīng)用在肉制品中時(shí)，加熱過(guò)程中凝膠乳熔化成液態(tài)能形成多汁的口感，增加產(chǎn)品的適口性和多汁性。

2.2 質(zhì)構(gòu)特性(見(jiàn)圖5、圖6)

圖5 凝膠乳的硬度

食品的質(zhì)構(gòu)是影響食品口感的重要因素，凝膠乳的質(zhì)構(gòu)由硬度和彈性表示。由圖5、圖6可以看出：瓊脂型凝膠乳具有較高的硬度，且隨膠體含量增加而升高，瓊脂型凝膠乳彈性較差，且膠體含量對(duì)彈性沒(méi)有影響；結(jié)冷膠型凝膠乳硬度較低，彈性較小，膠體含量增加時(shí)凝膠乳的硬度增加，彈性沒(méi)有明顯變化；明膠型凝膠乳的硬度較小，但具有較好的彈性，膠體含量增加時(shí)硬度增加，彈性略微下降。

冷凍過(guò)程中水結(jié)晶形成冰，降低了水和膠體、蛋白之間的相互作用，并且能破壞膠體形成的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并和油脂結(jié)晶共同作用破壞界面層，這對(duì)凝膠乳的內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成了極大的破壞[21]。

由圖5、圖6可以看出，凍-融前后凝膠乳的硬度和彈性都有較大的差異。瓊脂型凝膠乳凍-融后硬度降低，彈性變差，這是因?yàn)榄傊湍z乳冷凍后形成海綿狀，凝膠乳結(jié)構(gòu)被破壞；結(jié)冷膠型凝膠乳凍-融后硬度增大，彈性降低，這是因?yàn)榕Ｓ驮诮禍剡^(guò)程中結(jié)晶形成固態(tài)，這些晶體和冰晶的共同作用會(huì)破壞乳滴的界面層，并且水結(jié)冰過(guò)程體積增大破壞膠體之間的作用力，還會(huì)擠壓乳滴造成乳滴聚集，使得膠體空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的作用減弱，乳滴聚集形成的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，造成凝膠乳的硬度增加，彈性降低。明膠型凝膠乳經(jīng)凍-融后硬度增加，彈性降低，其原因與結(jié)冷膠型凝膠乳相同。但明膠型凝膠乳的膠體含量對(duì)凍-融前后硬度和彈性的差值有很大的影響，膠體含量越大差值越小，這說(shuō)明明膠含量增加有利于保持凝膠乳結(jié)構(gòu)的凍-融穩(wěn)定性。

圖6 凝膠乳的彈性

2.3 顏色(見(jiàn)表2)

顏色影響食品的感官性質(zhì)，擁有好的色澤能增加人們對(duì)食品的喜愛(ài)，健康的動(dòng)物脂肪具有亮麗的雪白色或淡黃色[22]。由表2可以看出，L值可以看出3種膠體制備的凝膠乳都具有亮麗的白色，能夠在外觀上較好地模擬動(dòng)物脂肪，也符合國(guó)標(biāo)中對(duì)肉制品中脂肪顏色的分級(jí)。瓊脂形成的凝膠呈不透明的淺白色，其制備的凝膠乳的L值隨膠體含量增加而降低，a、b值變化不大。膠體含量對(duì)結(jié)冷膠型凝膠乳的L值沒(méi)有明顯影響。明膠呈淡黃色，用明膠制備的凝膠乳隨膠體含量增加L值降低，b值增加。

凝膠乳的顏色受膠體的性質(zhì)、乳液的粒徑、濃度、折射率的影響[23]。冷凍過(guò)程中凝膠乳中的油脂結(jié)晶和水結(jié)冰會(huì)破壞界面層和膠體的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，造成乳滴的聚集，改變凝膠乳的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使外觀顏色發(fā)生改變。

表2 凝膠乳凍-融前后的顏色值

由表2可以看出，經(jīng)凍-融后凝膠乳顏色L值降低、b值增加，外觀表現(xiàn)為顏色變暗、黃色加深。并且瓊脂和結(jié)冷膠含量增加對(duì)其制備的凝膠乳凍-融前后顏色差值沒(méi)有明顯影響，明膠型凝膠乳隨明膠含量增加凍-融前后顏色差值降低，這說(shuō)明瓊脂和結(jié)冷膠含量對(duì)凝膠乳凍-融前后顏色的穩(wěn)定性沒(méi)有明顯影響，明膠含量增加有利于保持凝膠乳的顏色穩(wěn)定。

2.4 持水力(見(jiàn)圖7)

凝膠乳的持水力受膠體形成的空間網(wǎng)絡(luò)對(duì)水的截留和蛋白、膠體與水分子的結(jié)合作用共同影響，對(duì)未冷凍的凝膠乳在同樣條件下離心并沒(méi)有水分流出(結(jié)果未顯示)。冷凍過(guò)程中凝膠乳中膠體空間網(wǎng)絡(luò)截留的水會(huì)結(jié)晶破壞凝膠乳中的膠體空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，融化后膠體不能完全恢復(fù)對(duì)水分的限制能力，水分會(huì)流出，凝膠乳的持水力變差。

由圖7可以看出:瓊脂型凝膠乳凍-融后持水力較差，并且膠體含量的增加對(duì)凝膠乳的持水力沒(méi)有明顯影響；結(jié)冷膠型凝膠乳的持水力性質(zhì)和瓊脂型凝膠乳相似，膠體含量對(duì)持水力沒(méi)有影響；明膠型凝膠乳的持水力隨膠體含量增加而增加，膠體含量為5%時(shí)，持水力達(dá)到0.983，表明膠體含量較高的明膠型凝膠乳具有較好的凍-融穩(wěn)定性。

圖7 凍-融后凝膠乳的持水力

3 結(jié) 論

研究表明，不同膠體制備的凝膠乳在室溫狀態(tài)下都能呈現(xiàn)固態(tài)、白色的外觀性質(zhì)。膠體種類(lèi)和含量對(duì)凝膠乳的性質(zhì)有很大的影響，瓊脂和結(jié)冷膠制備的凝膠乳彈性較差，凝固溫度較高，加熱過(guò)程中保持固態(tài)，結(jié)構(gòu)變軟。 明膠制備的凝膠乳具有較低的凝固溫度，凝膠乳硬度較低，彈性較高，加熱過(guò)程中變?yōu)橐簯B(tài)。冷凍過(guò)程中水結(jié)冰和油脂結(jié)晶會(huì)對(duì)凝膠乳的結(jié)構(gòu)造成破壞，凝膠乳的顏色變暗，彈性降低，持水力變差；使得凝膠乳作為動(dòng)物脂肪的替代物使用在冷凍食品中時(shí)受到很大的限制，需要通過(guò)降低冷凍對(duì)凝膠乳的破壞程度提高凝膠乳的凍-融穩(wěn)定性，再使用在冷凍食品中。