藜麦蛋白Pickering 乳液替代脂肪对牛肉丸冻融稳定性的影响

牛肉丸是我国的传统肉制品之一，乳化状态良好的牛肉丸结构紧密、口感细腻，深受消费者的喜爱，目前很受欢迎的潮汕牛肉丸其产业产值已超百亿[1]。冷冻保藏是其常见流通形式，可减缓品质劣变、降低质量损失。但由于存在不可避免的温度波动，常常使产品频繁经历冻融循环，从而产生重结晶，导致细胞破裂和肌原纤维损伤，对产品质地和保水性等造成影响，同时还会导致蛋白质聚集、变性、氧化等，最终影响产品品质[2]。添加抗冻保护剂可以有效抑制肉制品在冻融过程中的品质劣变。目前使用的商业抗冻剂包括磷酸盐和蔗糖、山梨糖醇，但这些抗冻剂摄入过多会对人体产生不利的影响。如摄入过多磷酸盐会影响人体对钙的吸收，蔗糖容易引起肥胖、代谢综合征等。因此越来越多的学者将目光转向了其它低甜、低热、对人体影响较小的抗冻保护剂[3]。

Pickering 乳液是一种固体颗粒稳定的乳液。用Pickering 乳液替代脂肪不仅可以降低产品中饱和脂肪酸的含量，有利于消费者的健康，还可以改善产品的功能特性和物理特性，以此提高产品品质[4]。近年来，研究发现Pickering 乳液有望作为一种新型抗冻剂用于冷冻食品。Cen 等[5]发现在鱼糜肌原纤维蛋白凝胶中加入藜麦蛋白Pickering 乳液可以减小冰晶尺寸、减轻冻融循环对肌原纤维蛋白凝胶网络的破坏、提高肌原纤维蛋白凝胶制品的冻融稳定性，有望作为新型冷冻保护剂。冯潇等[6]发现添加藜麦蛋白Pickering 乳液可以显著减少鱼糜凝胶中自由水的生成和冻融后的汁液流失，同时还可抑制鱼糜凝胶因冻融循环引起的色度变化，降低其在冻融中硬度和咀嚼度的变化速率。Zhang 等[7]发现用含9.0%蜂蜡的纳米纤维素晶体水包油Pickering 乳液代替动物脂肪时，冻融处理后的香肠乳化稳定性较动物脂肪配方的香肠有所提高，且冻融处理后的质构特性和微观结构没有明显变化，显著提高了香肠冻融稳定性。

本试验选择藜麦蛋白Pickering 乳液以不同的比例替代脂肪并应用于牛肉丸中，研究其对冻融循环过程中牛肉丸品质的影响，以期为Pickering 乳液在冷冻肉糜制品生产中的应用提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

牛霖肉、猪背膘、大豆油、食盐、玉米淀粉、卡拉胶、魔芋胶：市售；藜麦蛋白（纯度95%）：西安园葵生物科技有限责任公司；大豆分离蛋白：河南罗勒食品添加剂有限公司；谷氨酰胺转氨酶（transglutaminase，TG 酶）（10 万U/g）：泰兴市东圣生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

高效冷冻离心机（Neo 1600 型）：力康生物医疗科技控股有限公司；TA.XTplus 物性测试仪（TA-XT2i）：英国Stable Microsystem 公司；MicroMR 柜式核磁共振成像仪：上海纽迈电子科技有限公司；绞肉机（JR05-300 型）：浙江苏泊尔股份有限公司；电子天平（AE224型）：上海舜宇恒平科学仪器有限公司；手持式匀浆机（HR-6B 型）：上海沪析实业有限公司；便携式色差仪（MinoltaCR400 型）：日本柯尼卡美能达公司；便携式pH 计（PHB-4 型）：上海仪电科学仪器股份有限公司；磁力搅拌器（78-1）：江苏正基仪器有限公司；-18 ℃冰箱（BCD-454W）：博西华家用电器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 藜麦蛋白Pickering 乳液的制备

称取10 g 藜麦蛋白，溶解于去离子水中使其蛋白浓度为5%，再加入3.5 g NaCl，使盐离子浓度为0.3 mol/L，磁力搅拌器搅拌2 h，用便携式pH 计和1.0 mol/L NaOH 或1.0 mol/L HCl 调节蛋白溶液pH 值至7.0，于4 ℃下放置过夜，使蛋白质充分水化。制备的蛋白溶液中加入大豆油，使其水油体积比为3∶7，然后使用手持式匀浆机在15 000 r/min 的条件下，对其均匀剪切2 min，得到藜麦蛋白Pickering 乳液。

1.3.2 牛肉丸的制备

牛霖肉和脂肪的总质量为200 g，其他配料及其对应质量分数（以瘦肉和脂肪总质量计）为食盐（2%）、复合磷酸盐（0.3%）、大豆分离蛋白（5%）、玉米淀粉（5%）、TG 酶（0.2%）、卡拉胶（0.5%）、魔芋胶（0.5%）、白糖（0.5%）、五香粉（0.2%）、味精（0.5%）、黑胡椒（0.4%）。不同比例藜麦蛋白Pickering 乳液替代脂肪的添加量如表1 所示（乳液替代比例0%为对照组）。

牛肉丸制作工艺流程：原料肉解冻→剔除可见筋膜和多余脂肪，修整分割→选择8 mm 孔板，对牛霖肉和猪背膘分别进行绞制→牛霖肉中加入复合磷酸盐和1% 食盐于4 ℃下腌制24 h→取腌制后的牛霖肉加入1% 食盐和1/3 冰水在绞肉机中搅拌1.5 min，再加入各种配料搅拌1 min，再取猪背膘或藜麦蛋白Pickering乳液、1/3 冰水加入绞肉机中搅拌1 min，然后加入大豆分离蛋白、玉米淀粉和1/3 冰水搅拌1 min，最后加入TG 酶、卡拉胶和魔芋胶搅拌1.5 min，整个操作过程肉糜温度不超过10 ℃→用手汆制成质量20 g 左右的牛肉丸→70～80 ℃下煮制成熟→冷却。

1.3.3 冻融循环

将制作好的牛肉丸放入-18 ℃冰箱中冷冻24 h，然后在4 ℃下解冻12 h，此为1 次冻融循环，如此循环3 次。

1.3.4 冻融后牛肉丸解冻汁液流失率测定

参考党美珠等[8]的方法进行测定。称量冻融前牛肉丸的质量，然后将3 次冻融后的牛肉丸表面水分用滤纸擦干后称质量。解冻汁液流失率（A，%）的计算公式如下。

A =（W1 - W2）W1 × 100

式中：W1 为冻融前样品质量，g；W2 为冻融后样品质量，g。

1.3.5 冻融前后牛肉丸持水力测定

参考朱轶群等[9]的方法并稍作修改，称取3 g 左右的试样用滤纸包好，5 000 r/min 条件下离心10 min，离心后再次称量试样质量。持水力（B，%）的计算公式如下。

B = W2 W1 × 100

式中：W1 为离心前样品质量，g；W2 为离心后样品质量，g。

1.3.6 冻融前后牛肉丸色泽测定

参考党美珠等[8]的方法并稍作修改，将牛肉丸切成1 cm×1 cm×1 cm 的正方体，使用便携式色差仪进行测定，分别记录其L*（亮度）值，a*（红度）值，b*（黄度）值。

1.3.7 冻融前后牛肉丸质构测定

参考贾娜等[10]的方法并稍作修改，把牛肉丸切成1 cm×1 cm×1 cm 的正方体，使用物性测试仪测定其硬度、咀嚼度、弹性和内聚力。测试参数：P50 探头，触发力5 g，测试前速度为2.0 mm/s，测试中速度为0.8 mm/s，测试后速度为0.8 mm/s，压缩率为50%。

1.3.8 冻融前后牛肉丸水分分布测定

参考周俊鹏等[11]的方法进行测定，将解冻的牛肉丸取出，切取约2 g 长条，用保鲜膜包裹后恢复至室温，放入核磁管内，采用CPMG 脉冲序列，测定其弛豫时间T2，每个试样重复测量3 次。测定参数：采样频率为200 KHz、模拟增益为20.0 db、90°射频脉宽P1 为17.00 μs 、数字增益为3、采样点个数为498 094、重复采样间时间为3 600 ms、累加次数为16、180°射频脉宽P2 为34.00 μs、回波时间为0.249 ms、回波个数为10 000。

1.3.9 冻融前后牛肉丸pH 值测定

参考党美珠等[8]的方法进行测定，称取5 g 样品，加入50 mL 蒸馏水，匀浆后使用便携式pH 计测定。

1.4 数据处理

通过IBM SPSS statistics 26 软件对所得数据进行差异显著性分析，并使用Origin 2022 软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 藜麦蛋白Pickering 乳液替代脂肪对牛肉丸持水力的影响

藜麦蛋白Pickering 乳液替代脂肪对牛肉丸持水力的影响如图1 所示。

由图1 可知，乳液替代脂肪显著提高了冻融前牛肉丸的持水力，且在乳液替代比例为50% 时，样品的持水力最高，为91.83%，这说明Pickering 乳液有助于稳定牛肉丸体系内的水。Cao 等[12]发现将大豆分离蛋白纳米颗粒稳定的Pickering 乳液（soy protein isolate nanoparticle-stabilized Pickering emulsions，SNPE）作为填充剂可以提高肌原纤维蛋白凝胶的持水力，这是由于SNPE 增强了肌原纤维蛋白的凝胶网络结构，从而有助于保持水分。3 次冻融循环后，所有牛肉丸的持水力均呈现下降趋势，这主要是由于冰晶的形成和蛋白质变性[13]。对照组牛肉丸的持水力在3 次冻融循环后由85.70% 降至80.42%，其他各试验组的牛肉丸持水力明显高于对照组，维持在85.32%～88.85%，其中乳液替代比例50%的牛肉丸持水力最高，这表明用藜麦蛋白Pickering 乳液以一定比例替代脂肪可以提高牛肉丸的持水力，改善其冻融稳定性。

2.2 藜麦蛋白Pickering 乳液替代脂肪对牛肉丸解冻汁液流失率的影响

解冻汁液流失率可以反映肉丸在冷冻过程中内部水分结冰使体积膨胀，进而导致细胞被挤压受损的现象，在解冻过程中，样品内部的冰晶融化成水，导致肉丸汁液流失，且内部的可溶性物质随水分流失[14]。图2为藜麦蛋白Pickering 乳液不同乳液替代比例对牛肉丸解冻汁液流失率的影响。

从图2 可以看出，利用藜麦蛋白Pickering 乳液替代脂肪可以显著降低牛肉丸的解冻汁液流失率（p＜0.05），且随着乳液替代比例的增大，解冻汁液流失率呈现先降低后升高的变化趋势。原因可能是加热促进了蛋白质间的交互作用，从而形成了更加稳定的凝胶网络结构，增强了对水分的束缚能力，使持水能力增强。同时这种更加致密的凝胶网络结构使牛肉丸在冷冻过程中形成了较小的冰晶，从而降低其解冻过程中汁液的流失[15]。此外，冻融循环会加速蛋白质的变性和聚集，破坏肌原纤维的功能特性，降低了蛋白质的水结合能力，从而导致解冻汁液流失率增加[16]。乳液替代脂肪后，蛋白质间的交互作用可能在很大程度上减少了冻融循环过程中的蛋白质变性，从而降低解冻汁液的流失。

2.3 藜麦蛋白Pickering 乳液替代脂肪对牛肉丸色泽的影响

肉丸的颜色可以反映其品质的好坏，尤其是在冷冻肉制品中，它可以通过直接的感官刺激决定消费者的购买欲望[17]。藜麦蛋白Pickering 乳液替代脂肪对牛肉丸色泽的影响如表2 所示。

从表2 可以看出，冻融前随着乳液替代比例的增加，牛肉丸的L*值整体呈增加趋势，这可能是因为乳液中的较小油滴形成了较大的表面积，引起了更多的光反射，从而增加了牛肉丸的L*值[18]。乳液替代脂肪明显增加了牛肉丸的a*值，且乳液替代组之间牛肉丸的a*值不存在显著性差异。脂肪被氧化后颜色偏黄，而牛肉丸的b*值在乳液替代比例75% 时，达到最低，且显著低于对照组（p＜0.05），这可能与Pickering 乳液具有抗氧化性有关[19]。

经历冻融循环会对肉品质，特别是质地和颜色产生不利影响。Ali 等[20]研究发现，冻融循环可能会导致脂质和蛋白质的氧化以及蛋白质的变性，从而导致肌原纤维弱化，最终降低鸡肉颜色稳定性。由表2 可知，与冻融前相比，经过3 次冻融循环后牛肉丸的L*值、a*值降低，b*值增加。这可能是因为反复冻融使肌肉组织中不断形成冰晶，重结晶成更大冰晶，破坏了肌肉组织，导致水分迁移，引起肉表面反射率降低，L*值减小。肉制品的红色主要是因为肌红蛋白的存在，a*值降低可能与肌红蛋白在冻融过程的氧化和高铁肌红蛋白的积累有关。另外在冻融过程中，冰晶对肌肉组织的破坏也可能导致部分肌红蛋白丧失，从而导致a*值下降[21-22]。用藜麦蛋白Pickering 乳液替代脂肪制成的肉丸其a*值均高于对照组，这表明Pickering 乳液可以在一定程度上减少冻融过程中肌红蛋白的损失及延缓高铁肌红蛋白的形成，从而有效避免肉丸在冻融过程中的颜色劣变，改善牛肉丸色泽的冻融稳定性。

2.4 藜麦蛋白Pickering 乳液替代脂肪对牛肉丸pH值的影响

藜麦蛋白Pickering 乳液替代脂肪对牛肉丸pH 值的影响结果见表3。

由表3 可知，冻融前藜麦蛋白Pickering 乳液替代脂肪对牛肉丸的pH 值无显著性影响（p＞0.05）。经历3 次冻融循环后，牛肉丸的pH 值下降，这可能与脂肪氧化和蛋白质变性有关。冻融循环导致脂肪氧化程度增加、游离脂肪酸的产生增加以及蛋白质变性，同时还可能导致氢离子的释放，从而影响肉丸体系的酸碱平衡[21]。另外冻融过程中的重结晶会引起水分重新分布，从而导致溶质浓度增加，降低pH 值[20]。随着藜麦蛋白Pickering 乳液替代比例的升高，牛肉丸的pH 值整体呈增加趋势，这可能是因为Pickering 乳液具有抗氧化性，减缓了脂肪氧化速率。表明在牛肉丸中添加藜麦蛋白Pickering 乳液对冻融过程中肉丸pH 值的稳定性具有改善作用。

2.5 藜麦蛋白Pickering 乳液替代脂肪对牛肉丸质构的影响

全质构分析（texure profile analysis，TPA）可用于评估不同肉制品的质构特征。藜麦蛋白Pickering 乳液替代脂肪对牛肉丸质构的影响如表4 所示。

由表4 可知，不同藜麦蛋白Pickering 乳液替代比例的牛肉丸的硬度和咀嚼度具有明显差异，但对弹性和内聚力的影响不大。随着乳液替代比例的增大，冻融前牛肉丸的硬度呈现先降低后升高的趋势，与对照组差异显著（p＜0.05）。经过3 次冻融循环后，对照组牛肉丸的硬度显著降低（p＜0.05），这可能是因为冻藏过程中样品中的游离水冻结成冰晶体对细胞造成了损伤，使蛋白质结构发生变化，最终导致硬度下降、品质降低[23]。而乳液替代组较冻融前均无显著差异（p＞0.05），这是因为藜麦蛋白Pickering 乳液的添加减小了牛肉丸中冰晶的尺寸，降低了冰晶对肌肉蛋白的损伤，同时降低了因形成大冰晶导致的牛肉丸中溶质浓度的升高，减少了自由基的产生，延缓了肌原纤维蛋白的氧化、变性及聚集，从而使得牛肉丸硬度的变化速率降低[6，24-25]。乳液替代比例为0%、25% 的牛肉丸咀嚼度较冻融前降低，而替代比例为50%、75%和100%时咀嚼度升高，但均无显著性差异（p＞0.05）。虽然样品冻融前后的硬度和咀嚼度均产生了一定的变化，但乳液替代组的变化程度明显小于对照组，说明乳液替代脂肪能有效抑制牛肉丸的质构变化，改善牛肉丸的冻融稳定性。

2.6 藜麦蛋白Pickering 乳液替代脂肪对牛肉丸水分分布的影响

低场核磁共振（low-field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）是一种快速、无创的分析技术，横向弛豫时间T2 体现了食品在储存和加工过程中的水分状况和水分分布，牛肉丸冻融前后的横向弛豫时间T2 如图3 所示。

由图3 可知，在样品中发现了3 个不同的组分峰，分别是与蛋白质和其他大分子紧密结合结合水T21（1 ms＜T21＜10 ms）、包埋在肌原纤维和蛋白质结构内的不易流动水T22（10 ms＜T22＜100 ms）以及在细胞空间中容易流失的游离水T23（100 ms＜T23 ＜1 000 ms）[22，26]。不同T2 区间积分面积占总面积的百分比表示牛肉丸体系中不同状态水的含量[27]，用P2 表示。藜麦蛋白Pickering 乳液替代脂肪对牛肉丸水分分布的影响如表5 所示。

由表5 可知，藜麦蛋白Pickering 乳液替代脂肪对冻融前牛肉丸结合水和不易流动水的含量无显著差异（p＞0.05），但乳液替代比例为75%和100%时，牛肉丸中游离水含量显著增加（p＜0.05）。3 次冻融后，乳液替代脂肪对结合水和游离水存在显著差异（p＜0.05）；乳液替代比例为50%～100%时，不易流动水存在显著差异（p＜0.05）。

冻融循环会显著影响样品体系中水分的分布和组成，尤其是不易流动水和游离水。游离水是水中最不稳定的状态，其占比较低，在加工和储存过程中很容易发生转移。由表5 可知，3 次冻融循环后，牛肉丸中的不易流动水含量下降，游离水含量升高，说明冻融循环使样品体系中的水分向游离水移动，这可能与冻融过程中冰晶的形成及重结晶有关，重结晶过程破坏了样品体系中的凝胶网络结构和疏水性残基，从而降低了水分结合度，导致游离水含量升高[28]。3 次冻融循环后，乳液替代组的游离水含量显著小于对照组，说明藜麦蛋白Pickering 乳液替代脂肪减缓了牛肉丸中不易流动水向游离水的转化，且随着乳液替代比例的增加，这种转化程度逐渐降低，综上乳液替代脂肪可以改善冻融后牛肉丸的水分分布稳定性。

3 结论

本试验通过测定牛肉丸的持水力、解冻汁液流失率、色差、pH 值、质构、水分分布，研究藜麦蛋白Pickering 乳液替代脂肪对牛肉丸冻融稳定性的影响。结果表明，藜麦蛋白Pickering 乳液替代脂肪降低了牛肉丸的解冻汁液流失率，提高了持水能力，在乳液替代脂肪比例为50%时，效果最好；其次，乳液替代脂肪延缓了冻融过程中色差、pH 值、质构等的变化程度，一定程度上抑制了不易流动水向游离水的转化，减少了冻融循环过程对牛肉丸品质的破坏，提高了牛肉丸的冻融稳定性，为藜麦蛋白Pickering 乳液在冷冻食品中的应用提供了一定的理论基础。

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Effect of Replacing Fat with Quinoa Protein Pickering Emulsion on Freeze-thaw Stability of Beef Meatballs

CUI Yue1，YANG Penghui1，LI Xiaodan1，LIU Kelin1，MA Changming2*，XU Long1，ZHU Chaozhi1，WANG Ke1，YU Xiaoling1，2*
（1.College of Food Science and Technology，Henan Agricultural University，Zhengzhou 450002，Henan，China；2.Henan Miracle Food Technology Co.，Ltd.，Zhengzhou 450018，Henan，China）

Abstract：The quality of meat products can be compromised during frozen storage，because freeze-thaw cycles may have negative effects on water-holding capacity，pH value，color，and texture. Based on the good freeze-thaw stability of quinoa protein Pickering emulsion，the effect of replacing 25%-100% pork backfat with it on the quality of beef meatballs was studied during the freeze-thaw cycle.The results showed that after three freeze-thaw cycles，the water-holding capacity of the meatballs in the control group decreased from 85.70% to 80.42%. In contrast，when using quinoa protein Pickering emulsion to replace fat，the water holding capacity remained within the range of 85.32% to 88.85%.In particular，the stability was better at a replacement ratio of 50%，with the lowest thawing juice loss rate at 1.94%. Moreover，replacing fat with quinoa protein Pickering emulsion in beef meatballs can suppress the decrease of pH and the changes in color，hardness，and chewiness during freeze-thaw cycles.Meanwhile，the immobilized water of beef meatballs gradually transformed into free water，while using quinoa protein Pickering emulsion as a replacement can inhibit this transformation.

Key words：quinoa protein；Pickering emulsion；fat substitution；beef meatballs；freeze-thaw stability

DOI：10.12161/j.issn.1005-6521.2024.13.007

基金项目：河南省重点研发与推广专项（科技攻关）（222102110097、232102110144）；河南麦瑞克食品科技有限公司横向合作项目（30802122）

作者简介：崔悦（1997—），女（汉），硕士研究生，研究方向：肉品加工与质量控制。

*通信作者：马长明（1971—），男，高级工程师，硕士，研究方向：食品配料；余小领（1973—），女，教授，博士，研究方向：肉品加工与质量控制。

引文格式：

崔悦，杨棚辉，李晓丹，等.藜麦蛋白Pickering 乳液替代脂肪对牛肉丸冻融稳定性的影响[J].食品研究与开发，2024，45（13）：48-54.

CUI Yue，YANG Penghui，LI Xiaodan，et al. Effect of Replacing Fat with Quinoa Protein Pickering Emulsion on Freezethaw Stability of Beef Meatballs[J].Food Research and Development，2024，45（13）：48-54.

加工编辑：张昱

收稿日期：2023-09-14