长沙理工大学食品与生物工程学院李向红教授等：油脂添加对冻融鱼糜凝胶结构和大变形行为的影响

2023-08-04 14:16:23

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商业鱼糜在制备时，其中绝大部分脂质在漂洗过程中被去除，组分仅为较为单一的肌原纤维蛋白浓缩物，肌原纤维蛋白营养价值高且具有较好的形成凝胶的能力，但油脂的去除对于鱼糜凝胶的质地有一定的影响。在鱼糜中添加猪油、起酥油或植物油可以起到改善鱼糜制品的风味和质地的作用，降低鱼糜凝胶的破断力、提高鱼糜凝胶的白度、改善鱼糜的弹性和颜色，增强了凝胶强度。

长沙理工大学食品与生物工程学院高华倩、张瑜、李向红*等通过研究添加了大豆油的鱼糜凝胶应力-应变关系，进一步采用一阶Ogden模型对冻融鱼糜凝胶的大变形行为进行模拟分析。研究结果有助于评估和推测油脂添加对鱼糜凝胶质构的影响，并能为鱼糜及制品的贮藏及运输的品质控制提供一定的理论指导。

结果与分析

1、大豆油添加对鱼糜凝胶强度的影响

如图1所示，对于新鲜鱼糜凝胶样品，当大豆油质量分数加到1%以上时其鱼糜凝胶表现出较低的凝胶强度，随着大豆油含量的增加，凝胶强度显著降低（从765.43 g·cm下降至673.08 g·cm），表明大豆油对新鲜鱼糜凝胶网络结构有破坏作用。经过3 次冻融（329.29～431.95 g·cm）和6 次冻融（228.88～338.64 g·cm）样品的凝胶强度显著低于未冻融鱼糜凝胶样品（673.08～765.43 g·cm）；冻融循环次数越多，凝胶强度越小。表明低温冷冻-解冻过程对鱼糜凝胶的质构破坏比较严重。

3 次冻融鱼糜凝胶的凝胶强度随着大豆油的添加先降低再升高，大豆油质量分数为3%时出现最低值，为329.29 g·cm，大豆油质量分数增加至5%和7%时凝胶强度有所升高，分别为408.13、431.95 g·cm，显著高于不添加大豆油的鱼糜样品（378.05 g·cm）；6 次冻融的鱼糜凝胶样品其凝胶强度也是随着大豆油的添加先降低再升高，空白样品为286.04 g·cm，在大豆油质量分数为3%时出现最低值为228.88 g·cm，大豆油质量分数增加至5%和7%时凝胶强度有所升高，分别为319.30、338.64 g·cm，添加7%大豆油鱼糜凝胶强度显著高于不添加大豆油的鱼糜凝胶样品。此外，在3 次和6 次冻融过程中，添加5%和7%大豆油的鱼糜凝胶制品的凝胶强度有所回升，表明添加5%和7%的大豆油对鱼糜凝胶结构具有一定的保护作用。此外，鱼糜中盐溶性蛋白可以在油滴表面形成一层稳定的界面蛋白膜，在热诱导形成凝胶过程中，界面蛋白膜与油脂和游离蛋白之间的相互作用使鱼糜凝胶结构更为稳定。

2、添加不同质量分数的大豆油鱼糜凝胶切面示意图

如图2所示，添加了不同质量分数大豆油的鱼糜凝胶新鲜样品切面呈现平整光滑、细腻饱满的状态，经过3、6 次冻融后，切面出现了不同程度的坑洼，6 次冻融后的样品切面更为粗糙、凹凸不平且疏松，直观地体现了冷冻-解冻对凝胶结构的破坏，且6 次冻融样品结构的破坏程度比3 次冻融大。但是，图2也清楚地显示，经过3、6 次冻融后，添加了5%和7%大豆油的样品在外观上相比空白组及添加1%和3%大豆油的样品更平整，其凝胶结构被破坏程度较小，这与凝胶强度结果相符。

3、不同质量分数大豆油对鱼糜凝胶微观结构的影响

如图3所示，在未冻融组，空白样品的微观结构孔隙小且分布均匀，凝胶具有较致密的结构。随着大豆油的添加，鱼糜凝胶网状孔隙变大，当大豆油添加量为5%和7%时，孔隙明显比空白组大，且形状也从圆形变为椭圆形和不规则性，说明填充在蛋白基质中的大豆油影响了凝胶结构的形成。3 次和6 次冻融组，大豆油添加后，样品的微观结构变得更粗糙，孔隙多且形状不规则，网状结构相比于未冻融样品更疏松。新鲜鱼糜样品表面均较为平整，而经过3 次和6 次冻融样品的微观表面结构表现为不同程度的凹凸不平，且6 次冻融样品比3 次冻融的不平整程度更明显，这与截面图（图2）展示的结果一致。3、6 次冻融处理后，添加了5%和7%大豆油的样品相较于空白组、1%和3%的样品，其结构劣变程度相对较低，表面也呈现为较为平整的状态，凝胶结构具有较好的致密性。凝胶强度、切面图及扫描电子显微镜结果均表明，冻融循环过程中添加一定量的大豆油对鱼糜凝胶结构有一定程度的保护作用。

4、冻融过程中添加了大豆油的鱼糜凝胶的真实应力-应变响应曲线

通过鱼糜凝胶在单轴压缩大变形情况下的应力-应变关系的测量，能够反映鱼糜凝胶三维网络结构的变化，是除凝胶强度外另一个能较好评估鱼糜凝胶的真实力学性能，并且能直观地观察鱼糜凝胶应力应变非线性弹性行为。

如图4A所示，新鲜鱼糜凝胶样品在相同的压缩形变率下，与不含大豆油的鱼糜凝胶相比，添加大豆油后的鱼糜凝胶具有更低的真实应力，且随大豆油质量分数的增加，真实应力减小。剪切模量变化如表1所示。未添加大豆油的鱼糜凝胶初始剪切模量为11.80 kPa，随着大豆油添加，剪切模量逐渐降低；大豆油添加至3%及以上时，剪切模量于未添加组相比存在显著差异。添加了大豆油的鱼糜凝胶真实应力和剪切模量降低，表明大豆油降低了鱼糜凝胶强度，与上述凝胶强度测定结果一致。由图4可知，与未冻融的样品相比，冻融后其压缩响应的真实应力显著降低，6 次冻融循环鱼糜凝胶样品的真实应力整体小于3 次冻融。由表1可知，添加了不同质量分数大豆油新鲜鱼糜凝胶未冻融时其剪切模量为9.93～11.80 kPa，3 次冻融的剪切模量范围为6.84～9.89 kPa，6 次冻融的剪切模量范围为4.83～6.23 kPa，剪切模量随着冻融次数的增加而降低。由图4B、C可知，3 次和6 次冻融循环过程中，添加了5%和7%大豆油鱼糜凝胶样品的压缩响应的真实应力高于没有添加大豆油的空白样品和添加了1%和3%大豆油的样品，与凝胶强度的研究结果一致。因此，鱼糜凝胶真实应力-应变测试进一步证明了一定浓度大豆油的添加可以减缓冻融循环对鱼糜凝胶结构的破坏。

5、冻融过程中添加了大豆油的鱼糜凝胶的超弹性行为分析

由表1可知，添加不同量大豆油的鱼糜凝胶样品在未冻融时其剪切模量随着大豆油添加量的增加而降低。但是，3 次冻融和6 次冻融的鱼糜凝胶剪切模量随着大豆油添加量的增加先降低后增加。大豆油添加质量分数为3%时剪切模量最低，当增加到5%和7%时，剪切模量有所升高，其中3 次冻融的剪切模量变化为9.80 kPa下降到6.84 kPa再上升到9.89 kPa，6 次冻融的剪切模量变化为5.72 kPa下降到4.83 kPa再升高到6.23 kPa，与冻融循环后凝胶强度变化（图1）和真实应力-应变变化曲线（图4）一致。由表1可知，不同质量分数的大豆油添加对鱼糜凝胶组间样品的Ogden常数没有显著影响，冻融过程对其影响较大。添加不同质量分数大豆油的鱼糜凝胶未冻融时，Ogden常数小于0，表明鱼糜凝胶随着大豆油添加，硬度降低，凝胶强度呈降低趋势，但是弹性有所改善，没有明显的应变硬化。添加大豆油的鱼糜凝胶经过3 次冻融和6 次冻融后，Ogden常数在0～2之间，且6 次冻融的鱼糜凝胶Ogden常数大于3 次冻融，表明添加大豆油的鱼糜凝胶6 次冻融后的应变硬化能力更强。凝胶压缩变形时水分易挤压出来，6 次冻融后的鱼糜凝胶结构破坏更为严重，鱼糜凝胶应变硬化的能力更强。由图5可知，应力-拉伸比曲线在拉伸比为0.4～1范围内遵循着与应力-应变曲线（图2）相同的趋势，添加不同质量分数大豆油的鱼糜凝胶和经过冻融循环的鱼糜凝胶样品在断裂点之前都表现出非线性增长应力应变行为。通过对添加了不同质量分数大豆油的鱼糜凝胶样品和冻融循环后模型拟合结果分析得到初始剪切模量和Ogden常数变化，如表1所示。由Ogden模型计算的真实应力与实验结果之间的R²值为0.916～0.998。Ogden常数的结果表明，Ogden模型拟合的结果可以较好地反映冻融循环对添加了不同质量分数大豆油的鱼糜凝胶大变形行为的影响。

结论

未冻融时，鱼糜的凝胶强度随着大豆油的添加逐渐降低，表明大豆油的添加对新鲜鱼糜凝胶结构的致密程度有一定的削弱效果；经过冻融循环后，凝胶强度和微观结构的结果表明，添加一定量大豆油可以减缓冻融循环下鱼糜凝胶结构的恶化，对其结构有一定程度的保护作用。添加了大豆油的新鲜鱼糜凝胶和冻融后均表现出明显的应力应变非线性弹性行为，冻融后的鱼糜凝胶在大变形下会表现出明显的应变硬化响应。同时，模型拟合后，剪切模量的变化与所测的凝胶强度结果一致，说明一阶Ogden模型拟合能直观地反映大豆油对新鲜和冻融鱼糜凝胶的结构和大变形行为的影响。因此，添加一定量的大豆油对鱼糜凝胶冷冻-解冻环境下有一定的保护作用，这对鱼糜凝胶制品贮藏期间的口感和品质改善提供了理论参考，单轴压缩实验和Ogden模型拟合结果在理论和鱼糜凝胶制品贮藏模拟以及预测凝胶质量变化的应用方面具有重要意义。

本文《油脂添加对冻融鱼糜凝胶结构和大变形行为的影响》来源于《食品科学》2023年44卷10期22-29页.作者：高华倩, 张瑜, 吴金鸿, 汪少芸, 轶群, 王发祥, 刘永乐, 李向红. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221002-007.

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