南京财经大学陈银基教授等：基于MP-KG凝胶体系研究微观结构影响质构特性的调控机制
2022-11-16作者：来源：食品科学杂志责任编辑：食品界
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利用膳食纤维替代脂肪开发健康低脂香肠是当前加工肉制品行业的研究热点。从营养角度，膳食纤维被誉为“第七大营养素”，能够改善肠道益生菌群和降低心血管疾病的发生几率。世界卫生组织建议膳食纤维每日摄入量应该达到25 g。然而相关实验结果显示：不同类型的膳食纤维作为脂肪替代物对低脂香肠的感官质构影响差异显著。
魔芋胶提取于魔芋草本植物的根部，其主要成分是魔芋葡甘聚糖。魔芋葡甘聚糖是一种非离子型水溶性高分子多糖，由D-葡萄糖和D-甘露糖聚合而成。魔芋胶作为一种膳食纤维，具有零卡路里、螯合胆固醇和促进肠道蠕动功能作用。因此，江苏农牧科技职业学院的袁华根和南京财经大学食品科学与工程学院，江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心的陈银基*等以肌原纤维蛋白-魔芋胶（MP-KG）为模拟体系，通过微观结构（石蜡切片和扫描电镜）、图像分析软件技术（分维分析和缺项分析）和质构特性，进而阐释微观结构对蛋白凝胶质构的调控机制，为KG在低脂肉制品中的应用提供一定的理论基础。
如图1所示，KG添加量对复合凝胶断裂形变时应力应变影响显著。随着KG添加量提高，复合凝胶的断裂形变时应力变化呈现抛物线形，这说明KG对复合凝胶的应力改善具有添加量极限。复合凝胶断裂形变时应变的变化趋势和应力相似，但是两者的添加量极限不同。图1显示添加1%的KG组断裂形变时的应力最大为13.73 kPa，添加0.5%的KG组断裂形变时的应变最大为1.02。当KG添加量达到2%时，复合凝胶的断裂形变时的应力应变最低，分别为16.31 kPa和0.68。这说明当KG超过添加量极限后会显著降低复合凝胶的质构特性，甚至要低于对照组。
如表1所示，添加不同比例KG对复合凝胶中3 种分布状态的水分子弛豫时间和相对百分比。结果显示：随着KG添加量的增加，不易流动水的弛豫时间呈现勾状变化趋势，在添加1.0%时不易流动水的弛豫时间最低且其相对百分比最高，分别为274 ms和92.79%。这说明KG能够有效的促进形成致密的蛋白凝胶网络结构提高对水分子的束缚。当添加量增加到2%时，处理组的弛豫时间最高且相对百分比最低，分别为343.51 ms和77.51%。这说明当KG超过添加量极限后会抑制MP凝胶网络结构的聚集。此外，KG添加量的变化对结合水的影响不显著，说明结合水的变化只与MP比例相关。KG添加量显著影响自由水的百分比，在添加1.0% KG时自由水的百分比最低，这说明凝胶网络结构能够束缚足够多的不易流动水，进而降低了自由水的比例。
如图2所示，石蜡切片能够清晰显示不同添加量的KG在肌原纤维凝胶网络结构中的相限行为，其中红色部分是MP，白色部分是水相，灰色阴影部分是KG。对照组显示MP凝胶微观结构，其为多孔的不规则的三维网络结构。未添加KG时，对照组的MP三维网络结构均匀，三维网络结构间隙中均匀的分布着形状大小各异的白色水空穴。当添加少量KG时，KG以分散相的形式被包裹在MP凝胶网络体系中。KG的形状大小显著大于对照组中的水空穴，因此复合凝胶的微观结构不再均匀。当KG添加量超过1%时，KG不再镶嵌在MP网络结构中。KG自身可以通过氢键作用发生水合形成弱凝胶结构，进而与MP凝胶结构相互渗透交叉，形成双连续相。本实验显示KG在MP凝胶网络体系中的相限行为随着添加量而变化：KG添加量低于1%时，碳水化合物以分散相的形式被包裹在MP凝胶网络体系中；KG添加量高于1%时，碳水化合物和MP均形成连续相，且两者相互渗透交叉。
如图3所示，扫描电镜能够清晰显示不同添加量的KG对肌原纤维蛋热诱导交联程度的影响，其中白色部分为MP骨架结构。观察结果显示添加不同比例KG对MP三维凝胶网络结构影响显著。观察对照组发现MP凝胶网络结构呈粗丝状甚至部分区域呈现团状结构，说明在加热过程中MP折叠结构并没有充分展开，大量疏水基团依然包埋在分子内部，进而在后续加热过程中没有大量疏水基团进行彼此交联形成致密的三维网络结构。此外，在MP三维网络结构间隙中存在大量黑色空穴，这些黑色空穴相互交联进而形成水沟壑，将MP三维网络凝胶结构分割成片状化。
本实验使用图像处理软件对MP网络结构（白色部分）进行分维分析和沟壑（黑色部分）进行缺项分析（图4）。分维分析结构的数值大小和MP网络结构致密度呈正比；缺项分析与沟壑大小和形状的差异性呈正比。分析结果显示处理组（添加1% KG）MP凝胶网络结构的分维维度1.872显著高于其他KG组（P＜0.05），而缺项值0.279显著小于其他添加KG组（P＜0.05）。处理组（添加2% KG）MP凝胶网络结构的分维维度1.789显著低于其他KG组（P＜0.05），而缺项值0.345显著高于其他添加KG组（P＜0.05）。5、MP-KG凝胶体系微观结构对感官质构特性的调控
如图5所示，KG的水相稳定能力能够减少MP中水沟壑的形成，促进致密的整体化MP凝胶网络结构的形成，进而提高复合凝胶断裂形变时应力和应变。MP-KG的相行为为互穿结构时，KG通过氢键和水合作用形成的水凝胶为弱凝胶，其凝胶强度显著小于MP凝胶强度；KG形成的水凝胶会严重阻碍MP疏水基团的暴露以及后续加热过程中的交联，进而使得复合凝胶质构劣变（即断裂形变时的应力和应变显著降低）。KG显著影响MP凝胶的质构品质，当添加量小于0.5%时复合凝胶的断裂形变时的应力应变显著提高；当添加量大于1%时复合凝胶的断裂形变时的应力应变显著降低。从石蜡切片和扫描电镜显示，当KG添加量小于1%时，KG均匀分散在蛋白基质中呈填充结构，其稳定水相减少热诱导凝胶过程中蛋白网络结构内部水沟壑的形成，间接促进MP之间的交联，形成致密均一的网络结构并改善复合凝胶的质构特性；当KG添加量大于1%，KG通过水合作用形成的连续弱凝胶，与MP形成互穿结构，进而严重阻碍MP在后续加热过程中的交联，进而使得复合凝胶质构劣变。本文《基于MP-KG凝胶体系研究微观结构影响质构特性的调控机制》来源于《食品科学》2022年43卷16期129-134页，作者：袁华根，施帅，奚照寿，潘雪峰，陈霞，陈银基。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20210528-342。点击https://www.spkx.net.cn/article/2022/1002-6630/2022-43-16-017.html即可查看文章相关信息。
