比较纳米晶纤维素和猪肉脂肪对兔肉糜凝胶品质的影响

郭正旭 卢晓黎 邱 思

（四川大学轻纺与食品学院，四川 成都 610065）

肉糜制品是利用廉价的肉类原料或碎肉以及其它蛋白质资源，根据不同的消费需求改变肉制品的质地、风味和外观，开发出新的肉类食品［1］。凝胶作用是影响肉糜品质的重要因素，它可以改善肉糜制品的组织状态，提高保水性，增强肌肉间的乳化性和粘结性，最终提高肉糜产品的品质和得率等［2］。

纳米晶纤维素（nanocrystalline cellulose，NCC）也称纤维素晶须，是一种利用酸水解掉纤维素的无定形区，得到具有纳米级尺寸的微晶纤维素。纳米晶纤维素不仅具有微晶纤维素的功能特性，而且具有纳米材料的表面效应、小尺寸效应等，可以作为液体和泡沫的乳化剂、稳定剂；非营养性的填充剂、增稠剂；面粉、脂肪代替物等［3］。

兔肉是一种高蛋白，低脂肪，低胆固醇，低热量的优良肉类。但是兔肉肌纤维丰富，其肉糜类产品肉质粗糙，口感较差，通过添加猪肉脂肪可以改善肉糜品质，但是却降低了兔肉的营养保健价值。本试验分别将纳米晶纤维素和猪肉脂肪添加到兔肉中，研究其对兔肉糜凝胶品质的影响，探讨将纳米晶纤维素作为脂肪代替物运用于肉制品加工中的可能性。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

新鲜兔肉、猪肉脂肪（猪板油）：市售；

脱脂棉：医用，市售；

食盐：食品级，市售；

硫酸、氢氧化钠：分析纯，成都科龙化工试剂厂。

1.2 器材与设备

变频离心机：TGL－16G－B，湖南星科科学仪器有限公司；

透射电镜：JEM 100CXⅡ，日本电子公司；

高剪切分散乳化机：FLUKO FA25，德国Fluko公司；

物性测试仪：TA－XT Plus型，英国Stable Micro Systems公司；

电子分析天平：MP5002，上海恒平科学仪器有限公司；

绞肉机：RZ－388C，中山荣事达厨卫电器有限公司；

冰箱：BCD－202K，广东海信容声冰箱有限公司；

恒温水浴锅：DZKW－4，北京中兴伟业仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 纳米晶纤维素的制备与表征 参照Gray 等的方法［4］制备纳米晶纤维素。采用透射电镜（TEM）对纳米晶纤维素进行表征：将纳米晶纤维素悬浮液用蒸馏水稀释到质量分数为0.1%，以10 000r／min高速剪切分散10min。将此稀释液滴于铜网上，滴加2%的磷钨酸负染色，采用JEM 100CXⅡ透射电镜进行观察。

1.3.2 肉糜凝胶的制备 用绞肉机将新鲜兔肉绞成肉糜，加入1.5%的食盐，混合均匀后均分为6份，每份大约40g。以其中1份为空白对照样，往其它5份中分别加入0.5%、1%、2%的纳米晶纤维素和10%、20%的猪肉脂肪。然后加入蒸馏水使每份肉糜重量达到50g。将混合好的肉糜称重，装入包装袋中，放入水浴锅80 ℃水浴加热30min，冷却后放入4℃冰箱24h使其形成凝胶，然后取出检测持水性和质构特性。

1.3.3 肉糜凝胶的持水性检测 肉糜凝胶的持水性检测包括蒸煮损失率（cooking lose，CL）和保水性（water holding capacity，WHC）两方面。

参照Pietrasik 的方法［5］测定肉糜凝胶的蒸煮损失率。试验做3个平行样。蒸煮损失按式（1）计算：

式中：

CL—— 肉糜凝胶的蒸煮损失率，%；

m1—— 蒸煮凝胶化前肉糜质量，g；

m2—— 除去水分后凝胶质量，g。

采用离心法［6］测定肉糜凝胶的保水性。试验做3个平行样。保水性按式（2）计算：

式中：

WHC—— 肉糜凝胶的保水性，%；

m1—— 离心前凝胶质量，g；

m2—— 离心后凝胶质量，g。

1.3.4 肉糜凝胶的质构分析 参照Pialr Trespalacios的方法［7］测量凝胶的质构特性。试验做3个平行样。

（1）硬度：样品达到一定变形时所必须的力，硬度值指第一次穿冲样品时的压力峰值；

（2）弹性：样品在去除变形力后恢复到变形前的条件下的高度或体积比率，它的度量是第二次穿冲的测量高度同第一次测量的高度的比值；

（3）黏结性：该值模拟表示样品内部粘合力，它的度量是第二次穿冲的下压面积除以第一次的下压面积的商值；

（4）咀嚼性：该值摸拟表示将固体的样品咀嚼成吞咽时的稳定状态所需的能量，以硬度、弹性和粘结性三者的乘积表示。

1.3.5 数据统计分析 采用Origin 8.5 软件对试验数据进行分析和作图，试验结果采用单因素方差分析（one－way anova）及最小显著差法（LSD）处理，设定P≤0.05 时有显著性差异。

2 结果与分析

2.1 纳米晶纤维素的制备与表征

本试验采用硫酸水解法制得纳米晶纤维素1.87g，得率为37.4%。纳米晶纤维素悬浮液呈乳白色凝胶状，和猪肉脂肪外观相似，长期静置也未观察到分层和沉淀现象，说明纳米晶纤维素在水溶液中分散良好。由图1可以观察到由脱脂棉制得的纳米晶纤维素呈棒状，长度在150 ～250nm，直径在20～40nm。根据定义［8］，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围（1～100nm）或由它们作为基本单元构成的材料。因此，试验制得的纤维素晶体属于纳米材料。

图1 纳米晶纤维素的TEM 图Figure 1 TEM image of nanocrystalline cellulose

2.2 肉糜凝胶的蒸煮损失率

纳米晶纤维素和猪肉脂肪对兔肉糜凝胶蒸煮损失率的影响见图2。由图2可知，随着纳米晶纤维素添加量的增大，凝胶的蒸煮损失率逐渐减小。而猪肉脂肪的加入却增大了凝胶的蒸煮损失率。方差分析结果显示，添加纳米晶纤维素与添加猪肉脂肪相比可以显著减小凝胶的蒸煮损失率（P≤0.05）。相似的结论在汪张贵［9］、王淼［10］和卢琳［11］等的研究中也有报道。

纳米晶纤维素减小了肉糜凝胶的蒸煮损失率，可能是由于纳米晶纤维素体积小，可以很好地填充进蛋白质网络的空隙中，使网络结构更紧密，减少蒸煮过程中水分等物质流出。而脂肪微粒体积较大，不能被蛋白质完全包裹，造成网络结构疏松甚至被破坏，加大了水分、脂肪等的流出，因此蒸煮损失率增大。

图2 纳米晶纤维素和猪肉脂肪含量对肉糜凝胶蒸煮损失率的影响Figure 2 Effect of NCC and fat contents on CL of gel

2.3 肉糜凝胶的保水性

凝胶的保水性是肉制品品质的重要指标，它不仅影响肉制品的营养、嫩度、多汁性等指标，还直接关系到出品率和经济效益。纳米晶纤维素和猪肉脂肪对兔肉糜凝胶保水性的影响见图3。由图3可知，添加纳米晶纤维素和脂肪都能显著提高凝胶的保水性（P≤0.05）。随着纳米晶纤维素含量增大，保水性逐渐提高。而添加猪肉脂肪，凝胶的保水性呈先增大后减少的趋势。但是，当纳米晶纤维素添加量为0.5%～1.0%时，凝胶的保水性和添加脂肪的效果并无显著差异（P＞0.05）。金磊等［12］研究脂肪对肉糜性质的影响时也得到了类似的结论。

图3 纳米晶纤维素和猪肉脂肪含量对肉糜凝胶保水性的影响Figure 3 Effect of NCC and fat contents on WHC of gel

研究表明［13］，水在肌肉中的存留，主要依靠电荷作用、氢键作用以及毛细管作用等。纳米晶纤维素含有大量的羟基，在蛋白质网络中可以和蛋白质以及水分子间形成氢键，增强了蛋白质网络结构，限制了水分子在网络中的流动，因此凝胶保水性增强。脂肪微粒也能填充在蛋白质网络中，同蛋白质发生相互作用，使网络结构更紧密，增加保水性。但当脂肪含量过多时，会使网络结构遭到破坏，所以20%的脂肪含量使凝胶保水性相对10%的有所降低。

2.4 肉糜凝胶的质构特性

对兔肉糜凝胶进行质构分析，其结果见图4。

图4 纳米晶纤维素和猪肉脂肪含量对肉糜凝胶质构的影响Figure 4 Effect of NCC and fat contents on TPA of gel

由图4可知，添加纳米晶纤维素和脂肪均能显著提高肉糜凝胶的硬度，且添加纳米晶纤维素的效果更显著（P≤0.05）。随着纳米晶纤维素含量加大，凝胶硬度也逐渐加大。而添加猪肉脂肪后，凝胶的硬度呈先增大后缓慢减小的趋势。凝胶的弹性随着纳米晶纤维素或脂肪添加量的增大而显著减小（P≤0.05），添加量为0.5%～1.0%的纳米晶纤维素和10%的脂肪之间差异性不显著（P＞0.05）。纳米晶纤维素能显著提高肉糜凝胶的黏结性（P≤0.05），且随着添加量增大，黏结性逐渐增大。而脂肪的加入，肉糜凝胶的黏结性显著降低（P≤0.05）。纳米晶纤维素能显著提高肉糜凝胶的咀嚼性（P≤0.05）。随着纳米晶纤维素添加量的增大，凝胶咀嚼性逐渐增大。而随着脂肪添加量的增大，凝胶咀嚼性先增大后减小。

金磊等的报道［12］有相似的结论。这可能是随着纳米晶纤维素含量增大，氢键形成增多，纳米晶纤维素和蛋白质网络结构更紧密，因此肉糜凝胶的硬度、黏结性和咀嚼性增强。同时，由于网络结构更紧密，凝胶中分子链发生相对运动将更困难，因此弹性减小。添加一定量脂肪可以增强凝胶的硬度和咀嚼性，因为脂肪微粒同样可以填充在蛋白质网络结构中，并与蛋白质分子发生相互作用。但是脂肪微粒体积比纳米晶纤维素大，填充效果不如后者，而且当脂肪含量超过一定范围时，蛋白质不能完全包裹脂肪，导致网络结构遭到破坏，凝胶强度反而降低。而添加一定量脂肪使凝胶的弹性和黏结性降低，除了脂肪微粒和蛋白质网络相互作用的结果外，还可能是由于猪肉脂肪在冷却过程中凝固，油脂微粒的状态发生改变而引起的［14］。

3 结论

采用硫酸水解法制备的纳米晶纤维素悬浮液呈乳白色凝胶状，和猪肉脂肪外观相似，可将其作为脂肪代替品添加到兔肉糜凝胶中。和添加猪肉脂肪相比，添加纳米晶纤维素可以显著减小凝胶的蒸煮损失率，提高其保水性。同时，纳米晶纤维素还显著提高了凝胶的硬度、黏结性、咀嚼性，但对于凝胶弹性的改善效果不显著。总之，添加纳米晶纤维素相比于猪肉脂肪可以明显改善兔肉糜的产品品质，提高其出品率和经济效益，因此纳米晶纤维素可以作为一种良好的脂肪代替品运用于肉制品加工中。

1 张秋会，李苗云，黄现青，等.肉制品的质构特性及其评价［J］.食品与机械，2012，28（3）：36～39.

2 翁航萍，李洪军，杜杰.肉品凝胶技术［J］.肉类研究，2008（3）：31～35.

3 Analia Vazquez.All－cellulose nanocomposite［J］.Polymer，2005，46（8）：10 221～10 225.

4 Cranston E D，Gray D G.Morphological and optical characterization of polyelectrolyte multilayers incorporating nanocrystalline cellulose［J］.Biomacromolecules，2006，7（9）：2 522～2 530.

5 Pietrasik Z.Binding and textural properties of beef gels processed withκ－carrageenan，egg albumin and microbial transglutaminase［J］.Meat Science，2003，63（3）：317～324.

6 Perez－Mateos M，Montero P.Contribution of hydrocolloids to gelling properties of blue whiting muscle［J］.European Food Research and Technology，2000，210（6）：383～390.

7 Pialr Trespalacios，Reyes Pla.Simultaneous application of transglutaminase and high pressure to improve functional properties of chicken meat gels［J］.Food Chemistry，2007，100（1）：264～272.

8 丁秉钧.纳米材料［M］.北京：机械工业出版社，2011.

9 汪张贵，吴菊清，彭增起，等.脂肪蛋白比对肉糜特性的影响［J］.食品科学，2011，32（3）：68～72.

10 王淼，陈玉添.酵母葡聚糖在肉制品中的应用研究［J］.食品与机械，2001（2）：32～33.

11 卢琳，张振环，王路，等.脂肪含量对低盐猪肉凝胶品质的影响［J］.肉类研究，2012（1）：1～4.

12 金磊，麻建国.脂肪含量对肉糜性质影响［J］.食品与发酵工业，2003（3）：28～33.

13 Whiting R C.Influence of various salts and water solube compounds on the water and fat extudation and gel strength of meat batters［J］.Food Sci.，1987，52（5）：1 130～1 132.

14 吴满刚.脂肪和淀粉对肌原纤维蛋白凝胶性能的影响机理［D］.无锡：江南大学，2010.