武漢輕工大學(xué)陳季旺教授等:膳食纖維對(duì)外裹糊特性及油炸外裹糊鰱魚魚糜塊油脂滲透的影響

2023-12-19作者:來源:責(zé)任編輯:食品界 字體A+AA-

油炸外裹糊食品是在肉類、蔬菜和海鮮等食物表面涂覆一層外裹糊并裹上面包糠油炸形成的一類風(fēng)味食品,因具有風(fēng)味宜人、口感酥脆的特點(diǎn)而風(fēng)靡海內(nèi)外。經(jīng)常食用高油脂含量的油炸外裹糊食品會(huì)嚴(yán)重?fù)p害人體健康。一些研究表明,向外裹糊中添加蛋白質(zhì)、非蛋白親水膠體和膳食纖維等功能性成分,能促進(jìn)油炸過程中淀粉糊化和蛋白質(zhì)變性,產(chǎn)生凝膠障礙層,減少外殼孔隙的數(shù)量和大小,阻礙油炸外裹糊食品中水分的損失和油脂的吸收。

武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院的馮佳奇、陳季旺*、廖鄂等在前期研究的基礎(chǔ)上,在模式外裹糊中分別添加8%蘋果纖維、6%大豆纖維和12%小麥麩纖維,制作油炸外裹糊鰱魚魚糜塊,測(cè)定膳食纖維、小麥淀粉和谷蛋白的水分吸附等溫線,外裹糊魚糜塊的裹糊率,外裹糊的黏度、流變性能、熱力學(xué)特性,以及外殼的熱重(TG)特性、油炸外裹糊魚糜塊的水分狀態(tài)并觀測(cè)其油脂滲透,探討膳食纖維對(duì)外裹糊特性及油炸外裹糊魚糜塊油脂滲透的影響,旨在為低脂油炸外裹糊食品的規(guī)模化生產(chǎn)提供科學(xué)指導(dǎo)。


1 水分吸附等溫線、外裹糊的黏度及外裹糊魚糜塊的裹糊率

如圖1所示,在20 ℃下,5 種物料的平衡含水率在低水分活度(aw)區(qū)間(0.04~0.15)增加較快,等溫線斜率較大,在中aw區(qū)間(0.15~0.56)增加速率減緩,等溫線較平坦,而在高aw區(qū)間(0.56~0.88)增加速率又變快,且高aw區(qū)間平衡含水率的增長(zhǎng)速率隨aw的增加不斷增大,等溫線斜率最大。這表明這些物料的吸附等溫線具有II型等溫線的特征,形狀為反“S”型。等溫線區(qū)間II(aw為0.15~0.75)的水為多分子層結(jié)合水,能與蛋白質(zhì)分子中的酰氨基、巰基和淀粉、纖維素分子中的羥基以氫鍵結(jié)合。溫度和aw一定時(shí),物料在等溫線區(qū)間II的平衡含水率反映其水分結(jié)合能力。因此,5 種物料的水分結(jié)合能力大小關(guān)系為小麥淀粉>大豆纖維>蘋果纖維>小麥麩纖維>谷蛋白。

如表2所示,功能性成分的種類和添加量會(huì)影響外裹糊的黏度,從而改變外裹糊魚糜塊的裹糊率,裹糊率是影響油炸外裹糊食品品質(zhì)的重要因素。相同添加量下,黏度和裹糊率依次為大豆纖維>蘋果纖維>小麥麩纖維,與水分吸附等溫線趨勢(shì)相同。隨著添加量的增加,3 種外裹糊的黏度均顯著升高(P<0.05),裹糊率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),當(dāng)添加8%蘋果纖維、6%大豆纖維和12%小麥麩纖維時(shí),裹糊率均達(dá)到最大。隨著添加量增加,盡管外裹糊的黏度不斷升高,但3 種膳食纖維組的裹糊率均在達(dá)到最大后開始降低,這可能與外裹糊的流變性能改變有關(guān),外裹糊從牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)榉桥nD流體,魚糜塊裹上糊后,外層的糊失去流動(dòng)性并只保留流體的靜態(tài)黏度,裹糊較少且分布不均勻,外裹糊對(duì)面包糠的黏附能力減小,從而導(dǎo)致裹糊率降低。


2 外裹糊的流變性能


從圖2A、B可知,4 種外裹糊的黏彈性特征曲線變化趨勢(shì)基本相同。在0~29 ℃,儲(chǔ)能模量(G’)、損耗模量(G”均緩慢降低,29~60 ℃,G’ G” 快速升高,當(dāng)掃描溫度超過60 ℃,G’ G” 基本保持不變。在0~60 ℃,大豆纖維組外裹糊的G’ G” 最高,其次為蘋果纖維組、小麥麩纖維組和對(duì)照,這與1 中外裹糊黏度的討論結(jié)果一致。本模式外裹糊黏性特征的增強(qiáng)源于小麥淀粉的溶脹和破裂,隨著溫度升高,溶脹的淀粉顆粒能以填充物的形式填充在谷蛋白的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中,促進(jìn)分子之間的交聯(lián)反應(yīng)并形成彈性凝膠,這進(jìn)一步導(dǎo)致G’ G” 持續(xù)升高,外裹糊的G’ 與形成凝膠的強(qiáng)度呈正相關(guān)。本研究中添加膳食纖維能顯著增加外裹糊的G’,則外裹糊的穩(wěn)定性及凝膠的強(qiáng)度得到增強(qiáng),能夠有效抑制油炸過程中水分的損失和油脂的滲透。大豆纖維組的G’ 值始終最高,這與本研究預(yù)實(shí)驗(yàn)中大豆纖維組較佳的減油結(jié)果一致(數(shù)據(jù)未顯示)。

從圖2A、B可以看出,對(duì)照外裹糊的G’ G” 在40 ℃左右開始顯著上升,這表明淀粉顆粒開始大規(guī)模溶脹,而蘋果纖維、大豆纖維和小麥麩纖維將此溫度分別降低至34、30 ℃和29 ℃,表明添加膳食纖維能夠促進(jìn)淀粉的溶脹和糊化,使溶脹的淀粉更快填充入谷蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,增強(qiáng)形成凝膠的強(qiáng)度。

當(dāng)溫度超過60 ℃時(shí),添加膳食纖維組的G’ 均保持不變且高于對(duì)照,G” 略微下降,這表明加熱過程中形成的彈性凝膠已經(jīng)趨于穩(wěn)定且凝膠強(qiáng)度增強(qiáng),在油炸過程中不易受到破壞,能夠有效抑制油脂的滲透。而對(duì)照的G” 繼續(xù)顯著增加,表明淀粉的溶脹和糊化仍在繼續(xù),外裹糊沒有形成穩(wěn)定的凝膠。對(duì)照的彈性特征趨于穩(wěn)定而黏性特征持續(xù)增加,更不利于后續(xù)彈性凝膠的生成。

圖2C中tanδ的變化印證了上述討論。對(duì)照的損耗角正切值(tanδ)在0~52 ℃始終大于1,外裹糊的黏性特征占主導(dǎo),并未形成凝膠。當(dāng)溫度繼續(xù)升高至55 ℃附近,tanδ接近于1,之后減小,逐漸形成淀粉-蛋白質(zhì)凝膠。而添加膳食纖維的3 組外裹糊在起始加熱階段即達(dá)到tanδ<1,彈性特征占主導(dǎo),呈現(xiàn)出軟凝膠的性質(zhì)。在30~45 ℃范圍內(nèi)小麥淀粉大量溶脹,外裹糊整體的黏性出現(xiàn)明顯的上升,之后tanδ迅速下降,彈性特征遠(yuǎn)大于黏性特征,外裹糊形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的彈性凝膠層。從圖2C可以看出,在溫度高于45 ℃,tanδ迅速下降階段,大豆纖維組最先達(dá)到tanδ<1的狀態(tài),其次是蘋果纖維、小麥麩纖維組和對(duì)照。這說明大豆纖維組的外裹糊能最早形成淀粉-蛋白質(zhì)凝膠保護(hù)層,有效抑制水分的蒸發(fā)和油脂的滲透。當(dāng)溫度大于60 ℃,添加膳食纖維的3 組外裹糊的tanδ已保持不變,形成了穩(wěn)定的凝膠,而對(duì)照的tanδ又進(jìn)一步上升,這說明對(duì)照形成的彈性凝膠不如膳食纖維組穩(wěn)定,對(duì)照的彈性特征減弱,可能由于對(duì)照形成的弱凝膠被破壞。圖2對(duì)照曲線的斜率始終最大,受溫度的影響劇烈,外裹糊不穩(wěn)定且容易發(fā)生性質(zhì)突變,也可能由上述原因?qū)е隆?/section>

3 外裹糊的熱力學(xué)特性

如表3所示,淀粉峰的ΔH代表淀粉氫鍵破壞,使其從結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)化為可溶態(tài)吸收的能量;蛋白質(zhì)峰的ΔH表示蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)展開,分子間聚集形成新鍵吸收的能量。與對(duì)照的淀粉峰(To 57.8 ℃、Tp 63.1 ℃、Tc 85.4 ℃,ΔH 1.92 J/g)相比,添加3 種膳食纖維均降低了小麥淀粉糊化的溫度,縮短了小麥淀粉糊化的過程,降低了小麥淀粉從結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)化為熔融態(tài)所吸收的能量,其中添加大豆纖維的效果最顯著,其次為蘋果纖維、小麥麩纖維。這是因?yàn)椴蝗苄陨攀忱w維在模式外裹糊中競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合水,導(dǎo)致水分在淀粉基質(zhì)內(nèi)分布不均勻,淀粉顆粒在加熱過程中破裂,從而釋放更多數(shù)量的支鏈淀粉,促進(jìn)了淀粉由結(jié)晶態(tài)向熔融態(tài)的轉(zhuǎn)變,因此在加熱過程中只需要吸收少量的能量即可達(dá)到糊化后的熔融態(tài)。同時(shí)由于該過程吸收的能量減少,淀粉的穩(wěn)定性得到提高。此外,不溶性膳食纖維可以與浸出的直鏈淀粉在疏水區(qū)域相互作用,并通過氫鍵和范德華力與支鏈淀粉側(cè)鏈結(jié)合,形成不溶性膳食纖維-淀粉復(fù)合物,提高外裹糊的熱穩(wěn)定性和抗物理剪切能力。小麥麩纖維組的To出現(xiàn)了高于對(duì)照To的現(xiàn)象,這可能是小麥麩纖維中不溶性成分的比例(51.7%)明顯低于大豆纖維(62.4%)和蘋果纖維(67.4%),其中不溶性成分破壞淀粉基質(zhì)的作用較弱,相對(duì)較多的可溶性成分抑制了淀粉的溶脹。

與對(duì)照相比,3 種膳食纖維組蛋白質(zhì)峰的ToTpTc 均顯著升高,ΔH降低。其中大豆纖維組谷蛋白的變性溫度最高,ΔH最低,其次是蘋果纖維組和小麥麩纖維組。這是因?yàn)榧尤肷攀忱w維后,膳食纖維與谷蛋白競(jìng)爭(zhēng)水分,谷蛋白未能達(dá)到充分的水合狀態(tài),延緩了谷蛋白的熱變性。此外,溶脹的淀粉顆粒及膳食纖維可以與谷蛋白形成復(fù)合物,提高谷蛋白凝膠穩(wěn)定性。這些結(jié)果論證了前面對(duì)外裹糊流變性能的探討,證明了添加膳食纖維能促進(jìn)淀粉糊化,加快淀粉和谷蛋白凝膠的形成,增強(qiáng)凝膠的強(qiáng)度及外裹糊體系的穩(wěn)定性。

4 外殼的TG特性

如圖3所示,4 組外殼的微商熱重(DTG)曲線都在100 ℃左右出現(xiàn)了一個(gè)小峰,說明外殼開始失水,之后質(zhì)量損失速率迅速增加。在第1階段,蘋果纖維組(284 ℃)和大豆纖維組(286 ℃)外殼的最大質(zhì)量損失速率對(duì)應(yīng)的溫度均高于對(duì)照(282 ℃),這是因?yàn)樘O果纖維和大豆纖維增強(qiáng)外裹糊對(duì)水分的束縛,提高了外殼的熱穩(wěn)定性。在4 種類型的外殼中,大豆纖維組外殼水分損失速度最慢,這是由于大豆纖維的水分結(jié)合能力最強(qiáng)。隨著加熱的進(jìn)行,第2階段發(fā)生谷蛋白的解聚和淀粉降解,導(dǎo)致淀粉-谷蛋白凝膠質(zhì)量的損失。第2階段大豆纖維組最大質(zhì)量損失速率對(duì)應(yīng)的溫度最高(379 ℃),其次是蘋果纖維組(371 ℃)、小麥麩纖維組(368 ℃)和對(duì)照(364 ℃),這表明添加膳食纖維增加了外殼的熱穩(wěn)定性,外殼的熱穩(wěn)定順序?yàn)榇蠖估w維組>蘋果纖維組>小麥麩纖維組>對(duì)照。外殼的熱穩(wěn)定性受分子內(nèi)部基團(tuán)化學(xué)鍵能的影響,與形成外殼的各分子間相互作用有關(guān)。說明大豆纖維與小麥淀粉、谷蛋白的相互作用最強(qiáng),在油炸過程中形成的凝膠強(qiáng)度最高,不易分解,抑制了水分的蒸發(fā)和油脂的滲透。這進(jìn)一步論證了上述對(duì)外裹糊特性的討論。

5 外殼和魚肉的水分狀態(tài)

如圖4所示,峰面積代表不同狀態(tài)的水分含量,3 個(gè)峰的峰面積從左到右分別表示為S21S22S23,不同狀態(tài)水從左到右分別表示為T21T21T23。其中第1個(gè)峰T21(0.01~1 ms)表示深層結(jié)合水,主要是與小麥淀粉或谷蛋白緊密結(jié)合的水;第2個(gè)峰T21(1~10 ms)是直接與強(qiáng)結(jié)合水以氫鍵結(jié)合、間接與大分子結(jié)合的弱結(jié)合水層,比T21流動(dòng)性大,這部分水結(jié)合于小麥淀粉、蛋白質(zhì)等大分子之間,為多分子層水;T23(100~1000 ms)表示自由水,分子流動(dòng)性較強(qiáng)。圖中3 個(gè)峰的面積反映了不同狀態(tài)水分的含量及變化。


由圖4A可知,3 種膳食纖維組外殼的S21S21S23均比對(duì)照有顯著增加,其中大豆纖維組和蘋果纖維組的S21含量接近且都大于小麥麩纖維組和對(duì)照。這表明大豆纖維和蘋果纖維能顯著促進(jìn)深層結(jié)合水的生成。3 種膳食纖維組外殼的S22接近且均顯著大于對(duì)照,小麥麩纖維組的S23最大,且大豆纖維組和蘋果纖維組的弛豫時(shí)間小于小麥麩纖維組,則小麥麩纖維組的自由水含量較高。這些結(jié)果表明,添加膳食纖維能降低外殼中水分的自由度,減少水分的蒸發(fā),大豆纖維組的深層結(jié)合水最多,油炸過程中產(chǎn)生的凝膠最致密,最有效地抑制水分的蒸發(fā)和油脂的滲透。由圖4B可知,除大豆纖維組的S22略高,其他魚肉峰的弛豫時(shí)間和峰面積無顯著差異(P>0.05)。這表明添加膳食纖維對(duì)魚肉的水分含量和狀態(tài)均無顯著影響,進(jìn)一步說明油炸外裹糊魚糜塊的油脂含量變化主要集中于外殼。


6 油炸外裹糊鰱魚魚糜塊的油脂滲透

蘇丹紅B呈紅色,能均勻地分散在油脂中,通過觀察染色圖可以直觀判斷油炸外裹糊魚糜塊的油脂滲透情況。從圖5可以看出,油炸外裹糊魚糜塊的紅色部分主要分布于外殼及外殼與魚肉的交界處,說明油炸過程中,油脂主要滲透到外殼及內(nèi)部魚肉的表面,較少油脂滲入魚肉。


對(duì)照的外殼與魚肉邊界較模糊,染色油滲入的幅度較寬,顏色較深,外殼結(jié)構(gòu)散亂。這是因?yàn)樾←湹矸酆凸鹊鞍捉M成的模式外裹糊形成的凝膠層較弱,油炸過程中水分蒸發(fā),導(dǎo)致外殼形成散亂的孔隙,油脂大量滲入。與對(duì)照相比,3 種膳食纖維組的油脂滲入幅度變窄,外殼與魚肉邊界更清晰。其中大豆纖維組的油脂滲入幅度最窄,外殼結(jié)構(gòu)整齊,外殼與魚肉間形成了明顯的凝膠層,凝膠層清晰地將紅色的外殼和白色的魚肉阻隔。大豆纖維組形成了最致密的凝膠層,減小了外殼形成的孔隙,有效地抑制了水分的蒸發(fā)和油脂的滲透。4 組油炸外裹糊魚糜塊的油脂滲透程度為大豆纖維組<蘋果纖維組<小麥麩纖維組<對(duì)照,該結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了膳食纖維通過改善外裹糊特性抑制油脂的滲透。

結(jié) 論

添加3 種膳食纖維均增強(qiáng)了外裹糊的水分結(jié)合能力,促進(jìn)外裹糊中溶脹的小麥淀粉填充谷蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并形成凝膠層,提高了外裹糊的熱穩(wěn)定性,增強(qiáng)了深度油炸過程形成的淀粉和谷蛋白凝膠的強(qiáng)度,最終抑制了油炸外裹糊鰱魚魚糜塊的油脂滲透。

大豆纖維組的水分結(jié)合能力最強(qiáng),凝膠形成速度最快,外裹糊的G’G”、熱穩(wěn)定性及油炸后形成外殼的穩(wěn)定性最高。大豆纖維最大程度促進(jìn)了外殼的自由水向結(jié)合水轉(zhuǎn)化,通過生成纖維-小麥淀粉復(fù)合物和纖維-谷蛋白復(fù)合物,形成最緊密的凝膠層,使油炸外裹糊鰱魚魚糜塊外殼的結(jié)構(gòu)完整,外殼與魚肉界限清晰,油脂滲透減少。該研究結(jié)果可為低脂油炸外裹糊食品的規(guī)模化生產(chǎn)提供科學(xué)指導(dǎo)。

作者簡(jiǎn)介

通信作者:


陳季旺,博士、二級(jí)教授、博士生導(dǎo)師,“武漢英才”計(jì)劃培育支持專項(xiàng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域人才,武漢市東西湖區(qū)“愛崗敬業(yè)”楷模。現(xiàn)任武漢輕工大學(xué)畜禽水產(chǎn)制品加工與質(zhì)量控制研究科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人,國(guó)家小龍蝦加工技術(shù)研發(fā)分中心(潛江)主任,湖北仙桃黃鱔加工鄉(xiāng)村振興科技創(chuàng)新示范基地常務(wù)副主任,湖北允泰坊食品有限公司專家工作站首席專家,湖北周黑鴨食品工業(yè)園有限公司技術(shù)中心首席專家;中國(guó)水產(chǎn)學(xué)會(huì)水產(chǎn)品加工與綜合利用專業(yè)委員會(huì)委員,中國(guó)水產(chǎn)流通與加工協(xié)會(huì)小龍蝦產(chǎn)業(yè)分會(huì)特聘專家,湖北省食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)常務(wù)理事;《Food Science of Animal Products》《食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào)》《武漢輕工大學(xué)學(xué)報(bào)》編委。
主要從事畜禽水產(chǎn)制品綠色加工與質(zhì)量控制、食品營(yíng)養(yǎng)與安全研究,主持“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)課題、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等國(guó)家級(jí)項(xiàng)目4項(xiàng),省部級(jí)項(xiàng)目及企業(yè)橫向合作課題20多項(xiàng)。以第一作者或通信作者發(fā)表研究論文100多篇,SCI/EI收錄50多篇;主編專著1 本,主譯專著1 本,參與出版專著3 本;鑒定科技成果6 項(xiàng),申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利16 件(授權(quán)8 件,6 件專利轉(zhuǎn)讓給相關(guān)企業(yè)),制定團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)5 件。獲教育部科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、湖北省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng),湖北省優(yōu)秀科技特派員、武漢市優(yōu)秀科技特派員,武漢輕工大學(xué)首屆優(yōu)秀研究生導(dǎo)師、豐益全球研發(fā)中心“益海嘉里”青年教師獎(jiǎng)等多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。長(zhǎng)期擔(dān)任國(guó)際國(guó)內(nèi)30多種學(xué)術(shù)期刊審稿人。

第一作者:

馮佳奇,武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院碩士,研究方向?yàn)閲?guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(32072249)-《多糖/蛋白質(zhì)相互作用抑制外裹糊魚塊深度油炸過程油脂滲透的機(jī)制》,參與國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(31471612):“外裹糊魚塊深度油炸過程中的傳質(zhì)與調(diào)控機(jī)制研究”、湖北省農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項(xiàng)目(2018ABB1553):“低脂油炸外裹糊魚制品生產(chǎn)工藝中試”。

發(fā)表學(xué)術(shù)論文7篇,會(huì)議論文2 篇,其中以第一作者身份發(fā)表SCI論文2 篇,EI論文2 篇,并兩次于大會(huì)研究生論壇做口頭匯報(bào)獲優(yōu)秀報(bào)告獎(jiǎng)。


本文《膳食纖維對(duì)外裹糊特性及油炸外裹糊鰱魚魚糜塊油脂滲透的影響》來源于《食品科學(xué)》2023年44卷第16期34-41頁(yè),作者:馮佳奇,陳季旺*,廖鄂,彭利娟,夏文水。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221006-040。

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