干燥方式對半干型小麥拉絲蛋白素牛肉質(zhì)構(gòu)的影響及機理分析

胡盼盼 朱科學(xué) 郭曉娜 陳 援 陳小沛 周惠明

(江南大學(xué)食品學(xué)院1，無錫 214112)(江蘇三零面粉海安有限公司2，海安 226600)

隨著人口的持續(xù)增長，人們對富含蛋白質(zhì)食物的需求越來越大，據(jù)統(tǒng)計到2050年我國的蛋白質(zhì)消費預(yù)計每年將以3%～4%的速度增長[1]。近年來由于糖尿病、“三高”、肥胖等疾病的發(fā)病率不斷升高，人們開始追求健康的素食飲食概念，植物組織肉作為理想的肉類替代品，受到人們越來越多的關(guān)注[2-3]。小麥拉絲蛋白是一種具有明顯纖維結(jié)構(gòu)的植物組織蛋白，它是由小麥面筋蛋白在雙螺桿擠壓機的高溫、高壓、高剪切作用下擠壓形成的。TWP具有緊密的絲狀纖維結(jié)構(gòu)，咀嚼感與動物肉相似，并且脂肪含量低、蛋白含量高，氨基酸組成豐富，零膽固醇，是一種理想的肉類替代品[4-5]。半干型食品(20%≤水分≤50%，0.65≤Aw≤0.90)具有軟硬適中，咀嚼不費力、口感好的優(yōu)點[6]。將TWP加工成老少皆宜的半干型植物肉，將會有非常廣闊的市場前景。

如何進一步改善TWP的質(zhì)構(gòu)，縮小與真正肉類的口感差距，關(guān)鍵在于復(fù)水后的后處理加工[7]。TWP復(fù)水后水分含量高，干燥脫水是關(guān)鍵，不同的加工干燥方式會賦予產(chǎn)品不同的質(zhì)構(gòu)特性[8-10]。樣品在干燥的過程中，水分的散失與其質(zhì)構(gòu)、水分分布、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等有很大的關(guān)系[11]。目前工廠常用的烘烤、油炸等干燥方式，易造成樣品干硬、邊緣焦化等問題。Arnau J等[12]認為，物料干燥時表面干結(jié)的形成與其表面水分含量與有直接關(guān)系，表面水分含量越低越易發(fā)生干結(jié)。低溫蒸烤是近年來新興的一種相對柔和的熱處理方式，在對食物進行烘烤的同時給予一定濕度的蒸汽以此來提高食物周圍的濕度，縮小食物外表面和內(nèi)部失水速率的差別，可在一定程度上減輕產(chǎn)品的邊緣焦化、結(jié)痂、干結(jié)等現(xiàn)象。曹仲文等[13]研究了萬能蒸烤箱預(yù)熟雞肉丁的工藝，發(fā)現(xiàn)隨著濕度的增大雞肉丁的感官品質(zhì)越來越好。本實驗以TWP為原料，通過對比低溫蒸烤與高溫烘烤、微波加熱、油炸3種常用的加工方式對小麥拉絲蛋白素牛肉質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的影響，為半干型小麥拉絲蛋白素牛肉的加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

谷朊粉：蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(77.92±0.16)%；小麥淀粉：食品級；三聚磷酸鈉、碳酸氫鈉：食品級；香辛料、調(diào)料、大豆油、某品牌素牛肉(對照組)均購于當(dāng)?shù)爻小?/p>

1.2 儀器與設(shè)備

FMHE36-24型雙螺桿擠壓機；HY-901型電炸爐；M3-L233B型微波爐；AOSIIOECA2 萬能蒸烤箱；TA. XTPlus 物性分析儀；MesoMR23-060V-I型低場核磁共振成像分析儀；SU8100型冷場發(fā)射電子掃描顯微鏡。

1.3 實驗方法

1.3.1 小麥拉絲蛋白的制備

參考Li等[4]的方法并稍作改進，具體方法如下：將谷朊粉和小麥淀粉按照9∶1的質(zhì)量比用和面機混合，同時加入0.5%三聚磷酸鈉和0.3%碳酸氫鈉，使用前密封保存。本實驗使用同向嚙合型雙螺桿擠壓機，其螺桿長徑比L∶D = 24∶1，模頭大小為33 mm×3 mm的矩形。擠壓參數(shù)設(shè)置為：喂料量19 kg/h，加水量37%，螺桿轉(zhuǎn)速270 r/min，Ⅱ區(qū)至Ⅵ區(qū)溫度依次為:60、90、135、170、140 ℃，模頭溫度 135～140 ℃。擠壓成型的TWP采用熱風(fēng)空氣干燥，溫度45 ℃，時間4 h。

1.3.2 半干型小麥拉絲蛋白素牛肉的制作工藝

TWP→蒸汽預(yù)熱→鹵制復(fù)水(45 ℃)→靜置瀝水→剪切成型(3 cm×4 cm×1 cm)→干燥→冷卻→真空包裝

青辰抬頭一望，見唐玉煙正將蹬在樹干上的腿收回，那根吊住自己的繩索，已被她卡在了身前松樹的枝杈上，這讓她能夠騰出一只手來射出竹葉鏢。

主要工藝要點：

1)蒸汽預(yù)熱：由于干燥后的TWP比較干硬，為減輕表面軟爛現(xiàn)象，縮短復(fù)水時間，本實驗在復(fù)水前對TWP進行蒸汽預(yù)熱，方法是置于蒸鍋內(nèi)沸水蒸制5 min。

2)鹵制復(fù)水：鹵水的制備參考黃治國等[14]的配方，具體步驟為：按照每1 kg水，0.4%八角、0.3%辣椒、0.4%茴香、0.3%花椒、0.05%香葉、0.05%桂皮、2.5%料酒、2.0%生抽、2.0%老抽、1.0%食用鹽、1.0%白砂糖的配方，大火煮沸后小火加熱30 min，冷卻至45 ℃?zhèn)溆?。按?∶4的料液比，將蒸汽預(yù)熱后的TWP放入其中復(fù)水30 min。

3)干燥：用4種不同的干燥加方式進行脫水，使得素牛肉含水量達到(37±2%)。具體參數(shù)設(shè)置如下：高溫烘烤，溫度210 ℃，時間610 s; 微波加熱，700 W，150 s; 低溫蒸烤，溫度120 ℃，濕度70%，時間45 min; 油炸，溫度(150±1)℃，時間450 s。

1.3.3 質(zhì)構(gòu)的測定

參考Fang等[15]的方法并稍加修改，具體操作如下：將樣品真空包裝后于常溫條件下放置4 h，隨機挑選10個，在相同位置處取1.5 cm×1.5 cm×1.0 cm的大小的樣品。利用質(zhì)構(gòu)儀分別測量樣品的硬度、彈性、咀嚼度3個指標(biāo)。全質(zhì)構(gòu)strian模式下，選用P/36 r探頭。參數(shù)設(shè)定：測試前、中、后速率依次為1.0、1.0、2.0 mm/s，形變量60%，觸發(fā)力20 g。每個樣品重復(fù)8～10次，取平均值。

1.3.4 組織化度的測定

參考 Zhang 等[16]方法并稍加修改，具體操作如下：將樣品真空包裝后于常溫條件下放置4 h，隨機挑選10個，在相同位置處取1.5 cm×1.5 cm×1.0 cm的樣品，置于樣品臺上進行測試。選用A-CKB探頭，分別測試其橫、縱向剪切力大小。參數(shù)設(shè)定：前中后測試速率依次為2.0、1.0、2.0 mm/s，切割強度90%。組織化度用橫、縱剪切力的比值表示。

水分含量的測定參考GB/T5009.3—2010。

1.3.6 核磁成像(MRI) 的測定

參考代曉冬等[9]的方法并稍加修改，具體操作如下：將樣品真空包裝后于常溫條件下放置12 h，隨機挑選6個，用生料帶包裹嚴(yán)密后放入直徑60 mm的測試管中，然后置于低場核磁共振測試腔體中進行成像。重復(fù)時間500 ms，重復(fù)次數(shù)4次，自旋回波時間為18.60 ms。

1.3.7 TWP微觀結(jié)構(gòu)的測定

參考劉兵等[17]的方法并稍加改正，將加工后冷卻至室溫的素牛肉，按照1∶4料液比浸泡于正己烷溶液中脫脂，時間24 h，每8 h更換一次溶液，結(jié)束后在通風(fēng)櫥內(nèi)揮發(fā)12 h。在不破壞截面的情況下，沿著TWP的纖維方向,將樣品切割成0.5 cm×0.5 cm×0.5 cm的方塊。用2.5%戊二醛溶液在室溫下固定4 h，然后用0.1 mol/L的磷酸鹽緩沖溶液淋洗5次，再依次分別用30%、50%、70%、90%、100%乙醇溶液對樣品進行梯度洗脫，每次洗脫時間為5 min，結(jié)束后進行冷凍干燥；噴金處理后用掃描電鏡觀察，拍照。

1.3.8 感官評價

感官評價小組由20名經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的食品專業(yè)的學(xué)生組成，分別對TWP素牛肉的外觀、色澤、硬度、口感、組織狀態(tài)五個指標(biāo)進行評定。具體標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 小麥拉絲蛋白素牛肉感官評定標(biāo)準(zhǔn)

1.3.9 數(shù)據(jù)分析

使用Excel和Origin8.5對數(shù)據(jù)進行整理和繪圖。使用SPSS16.0軟件對數(shù)據(jù)進行方差和顯著性析，方差采用Duncan測試，在P<0.05檢驗水平下對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學(xué)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干燥方式對TWP素牛肉質(zhì)構(gòu)的影響

小麥拉絲蛋白在后處理加工過程，其質(zhì)構(gòu)與干燥脫水的方式緊密相關(guān)[18]。圖1是四種干燥方式對TWP素牛肉質(zhì)構(gòu)的影響結(jié)果。硬度、彈性、咀嚼度是評定素牛肉質(zhì)構(gòu)好壞的3個重要指標(biāo)[19]。品質(zhì)好的肉類替代品，其咀嚼度在一定范圍內(nèi)越大越好，過大或過小都會導(dǎo)致其口感變差[20]。從圖1可以看出，微波處理后的素牛肉彈性優(yōu)于對照組，但硬度、咀嚼度都過高，這是由于微波處理強度大導(dǎo)致TWP內(nèi)部出現(xiàn)“硬芯”所致；HB處理組雖然咀嚼度優(yōu)于對照組，但存在彈性小、硬度過大，有“渣滓感”的缺點。DF處理組與HB處理組結(jié)果相反。油炸后的素牛肉硬度適中，彈性也略高于空白組，但其咀嚼度過小，這可能是因為油炸溫度高，表面迅速失水并發(fā)生干結(jié)現(xiàn)象，阻礙了內(nèi)部水分的進一步逸出，從而導(dǎo)致外硬內(nèi)軟。綜合比較，LSB處理的TWP彈性最大，并且硬度、咀嚼度適中，總體質(zhì)構(gòu)優(yōu)于另外3種處理。

注：HB，高溫烘烤210 ℃； MH，微波加熱700 W； LSB，低溫蒸烤120 ℃ 70%；DF，油炸150 ℃；空白為市場上的某品牌TWP素牛肉。

2.2 干燥方式對TWP素牛肉組織化度的影響

干燥方式對TWP素牛肉組織化度的影響結(jié)果如圖2。組織化度是評價TWP拉絲效果的直接指標(biāo)，一般用橫、縱向剪切力的比值來表示，在一定范圍內(nèi)其值越大產(chǎn)品的組織狀態(tài)越好[19]。從圖2可以看出，在保證產(chǎn)品最終水分相似的前提下，4種干燥處理的TWP的組織化度均大于市場上購買的空白組，其中LSB組的素牛肉組織化度最高，達到2.13±0.23。而MH組的素牛肉組織化度最低，這可能是由于微波處理使TWP整體迅速升溫，失水速度較快，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)遭到破壞，內(nèi)部出現(xiàn) “硬芯”而致。而高溫烘烤由于溫度較高，表面失水速度大于內(nèi)部，蛋白變性嚴(yán)重，表面極易發(fā)生干結(jié)并形成硬殼，這對其組織狀態(tài)有一定的負面影響。由于油炸處理反應(yīng)劇烈，素牛肉表面結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重并出現(xiàn)不平整皺縮的現(xiàn)象，影響了其剪切力。而低溫蒸烤有水蒸氣的補充，作用較溫和，TWP失水較緩慢，不會削弱對絲狀纖維的結(jié)合，組織化度相對較高。

圖2 干燥方式對TWP素牛肉組織化度的影響

2.3 干燥方式對TWP素牛肉水分變化的影響

一般來說，干燥過程越劇烈，水分散失得越快，樣品的質(zhì)構(gòu)受到影響就越大[21-22]。圖3為4種干燥方式下小麥拉絲蛋白的水分變化規(guī)律圖，從圖3可以看出，隨著加熱時間的延長，TWP素牛肉的水分含量逐漸降低。其中，微波加熱的干燥速率最快，失水最快，所需干燥時間最短，這是由于微波干燥是利用物料內(nèi)部極性分子發(fā)生共振的原理，使物料整體迅速升溫，水分急劇蒸發(fā)，導(dǎo)致素牛肉 出現(xiàn)“硬芯”，硬度過大。在干燥初期，由于油溫高，表面失水速度較快，隨著油炸的進行，表面的蛋白和淀粉反應(yīng)劇烈并形成硬殼，阻礙內(nèi)部水分的散失。高溫烘烤的失水速度介于油炸和低溫蒸烤之間，這可能是由于高溫蒸烤作用劇烈，物料整體溫度高，內(nèi)部溫度差縮小快，從而導(dǎo)致內(nèi)外水分散失速度差小于油炸處理。低溫蒸烤由于處理溫度低、濕度高，作用溫和，干燥過程中，素牛肉整體水分下降趨勢平緩，散失均勻，這是導(dǎo)致其質(zhì)構(gòu)特性區(qū)別于其他處理組的重要原因。

圖3 干燥方式對TWP素牛肉水分變化的影響

2.4 干燥方式對TWP素牛肉水分分布的影響

在干燥過程中，小麥拉絲蛋白的水分不斷的遷移，產(chǎn)品質(zhì)構(gòu)與其水分分布有很大關(guān)系，其水分分布越均勻，相應(yīng)地，質(zhì)地也會越均勻[23-24]。MRI技術(shù)能清晰的將物料內(nèi)部的H質(zhì)子分布情況以圖像的形式呈現(xiàn)，其亮度越大，水分就越多，能直觀的表示物料的整體水分分布情況[25-26]。圖4為4種干燥處理后的素牛肉的H質(zhì)子密度圖像。從圖4可以明顯的看出，HB、MH、DF三種干燥脫水的素牛肉均出現(xiàn)邊緣不同程度的邊緣焦化，水分分布較不均的現(xiàn)象，并且體積發(fā)生一定的收縮，其中，HB組和DF組尤為明顯，這是因為HB溫度高，表面失水速度大于內(nèi)部，致表面形成硬殼，阻礙內(nèi)部水分向表面的遷移；而DF油炸溫度高，反應(yīng)劇烈，表面淀粉和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)被破壞，整體失水速度不均勻。相比，低溫蒸烤處理的素牛肉內(nèi)外水分分布均勻，且體積收縮程度較輕，能減輕外硬內(nèi)軟的現(xiàn)象，符合半干食品軟硬適中，質(zhì)地均勻的特點。

注：彩帶表示H質(zhì)子密度，值越大表示含水率越高

2.5 干燥方式對TWP素牛肉內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的影響

水分在散失和遷移的過程中會對內(nèi)部結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生一定的影響，掃描電子顯微鏡可以很好表征其內(nèi)部結(jié)構(gòu)[9]。圖5為不同干燥方式對素牛肉內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的影響結(jié)果。從圖5中可以看出，對照組樣品無明顯的絲狀纖維結(jié)構(gòu)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不平整，這可能是由于樣品纖維呈層狀分布并且結(jié)合不緊密，本身組織化度低造成的；MH組的TWP蛋白變性最嚴(yán)重，失去原有的結(jié)構(gòu)，纖維狀態(tài)被破壞，這是由于微波加熱時TWP內(nèi)部的水分子、淀粉、蛋白發(fā)生強烈的共振作用致其內(nèi)部產(chǎn)生“硬芯”造成的。 HB處理的素牛肉雖結(jié)構(gòu)相對平整，絲狀纖維有輕微收縮，但纖維呈層狀分布并有大的孔隙出現(xiàn)；油炸后的素牛肉，內(nèi)部纖維不平整呈褶皺狀，并發(fā)生一定的收縮；而LSB加工的樣品絲狀纖維明顯且平整，結(jié)合緊密，這與低溫蒸烤處理時溫度低濕度高，水分子、淀粉、蛋白三者相互作用溫和，素牛肉失水速度均勻有很大關(guān)系[27]。

圖5 不同干燥方式對TWP素牛肉內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的影響

2.6 干燥方式對TWP素牛肉感官評價的影響

感官評價可以反映消費者對一款食品的整體喜好和可接受程度。不同干燥方式對TWP素牛肉的感官評價的影響結(jié)果見圖6。從中可以看出，低溫蒸烤處理過的素牛肉在外觀、色澤、口感、組織狀態(tài)等方面的評價均最高，整體接受度最好，這與前面的研究結(jié)果相一致。其中，高溫烘烤處理的素牛肉在色澤和外觀上的接受度較低，這是因為高溫烘烤作用強烈，TWP表面褐變嚴(yán)重并形成硬殼，不易被消費者接受；而微波處理的素牛肉由于內(nèi)部形成 “硬芯”導(dǎo)致其在組織狀態(tài)和口感方面接受度均最低。

圖6 不同干燥方式對TWP素牛肉感官評價的影響

3 結(jié)論

本研究通過對比4種不同干燥方式對半干型小麥拉絲蛋白素牛肉質(zhì)構(gòu)品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)低溫蒸烤后的小麥拉絲蛋白硬度、咀嚼度適中，組織化度達到2.13±0.23，質(zhì)構(gòu)品質(zhì)最好。在微觀品質(zhì)上，通過MRI成像和掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，低溫蒸烤處理后的TWP水分內(nèi)外分布較均勻，未出現(xiàn)邊緣焦化、外硬內(nèi)軟的現(xiàn)象，并且纖維狀態(tài)明顯，結(jié)合緊密，內(nèi)部結(jié)構(gòu)平整無褶皺?？傮w而言，作為一種比較溫和的干燥脫水方式，低溫蒸烤處理后的素牛肉在宏觀和微觀品質(zhì)上都得到了明顯的改善，是一種比較適合半干型小麥拉絲蛋白素牛肉的干燥方式。