超高壓對金線魚魚肉腸凝膠特性的影響

儀淑敏，馬興勝，勵建榮，*，余永名，李睿智，馬永鈞，賀稚非，季廣仁

（1.渤海大學食品科學研究院，渤海大學化學化工與食品安全學院，遼寧錦州121013；2.浙江興業(yè)集團有限公司，浙江舟山316101；3.西南大學食品科學學院，重慶400715；4.錦州筆架山食品有限公司，遼寧錦州121000）

金線魚（Nem ipterus virgatus）隸屬于鱸形目（Per-ciformes）、金線魚科（Nem ipteridae），體呈橢圓形，稍延長，一種重要的海產經濟魚類，其肉質鮮美，具有豐富的營養(yǎng)價值，是魚糜制品重要的加工原料。凝膠強度和彈性是衡量魚糜制品品質的重要指標，是硬度、延展性及粘性等凝膠特性的綜合體現。蛋白質的凝膠特性是肉質品加工中最重要的功能特性[1]。較高的凝膠強度和彈性，使魚糜制品具有較好的口感和較大的商品價值。提高魚糜制品的凝膠特性，是魚糜制品加工的技術關鍵。

目前，關于提高魚糜制品凝膠性能的研究就較多，如微波、歐姆等改變加熱方式[2-3]；添加糖類[4]、乳清蛋白[5]、大豆分離蛋白[6]、谷氨酰胺轉氨酶[7-9]等均可以在一定程度上改善其凝膠性能，但實際應用中尚存在較大限制。近年來，超高壓（UHP）技術已成為食品加工的研究熱點，高壓誘導的蛋白凝膠與熱誘導的蛋白凝膠相比，具有較高的凝膠強度、彈性和白度[10-11]。魚糜的主要成分是蛋白質，由此推測超高壓可以有效地提高魚糜制品的凝膠特性。目前，國內外關于超高壓對金線魚魚糜凝膠特性的影響鮮有報道，因此，本文以金線魚魚肉腸為研究對象，分析了超高壓處理對金線魚（Nemipterus virgatus）魚肉腸凝膠強度、彈性和色度值的影響，通過HE組織染色法觀察不同壓力誘導的凝膠組織構造，從凝膠特性和色度這一角度初步揭示了超高壓誘導魚糜凝膠形成的機制。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

金線魚魚糜 青島錦燦食品有限公司；馬鈴薯淀粉和食鹽 食品級，錦州大潤發(fā)超市；HE（蘇木素-伊紅）染色試劑盒 北京諾博萊德科技有限公司。

HPP.L2-600/0.6型超高壓設備 天津市華泰森淼生物工程技術有限公司；ZB-20型斬拌機 諸城市瑞恒食品機械廠；TA.XT.PLUS型質構儀 英國Stable Micro System公司；CR-400型色彩色差計日本M inolta公司；CM 1850型冷凍切片機 德國Leica公司；Eclipse Ti-S倒置顯微鏡日本尼康。

1.2 實驗方法

1.2.1 魚肉腸制備 冷凍金線魚魚糜→4℃解凍6h→空斬2min→2.5%NaCl鹽斬3min→15%馬鈴薯淀粉、15%的冰水斬拌15～20min→灌腸（直徑25mm）→高壓處理。

壓力分別為0.1、200、300、400、500MPa，保壓時間為5、10、15、20min，溫度為25℃。以40/90℃兩段水浴處理為對照組1，25℃常壓未處理為對照組2。所有樣品均于4℃貯藏備用。

1.2.2 凝膠強度的測定 將1.2.1制備的樣品從4℃冰箱中取出，室溫靜置30m in，去腸衣并切成2.5cm×2.5cm的圓柱體[12]。選擇TA.XT.PLUS（SMS）型質構儀分析魚糜凝膠的凝膠強度。參數設定：探頭型號P/0.5；測前速度1mm/s；測試速度1mm/s；測后速度1mm/s；壓縮距離15mm；觸發(fā)力：10g。每組樣品平行5次。

1.2.3 凝膠彈性的測定 樣品處理同1.2.2，采用TAXT-PLUS（SMS）型質構儀分析魚糜凝膠的彈性。參數設定：探頭型號P/50；測前速度1mm/s；測試速度1mm/s；測后速度1mm/s；壓縮比40%；觸發(fā)力：5g。每組樣品平行5次。

1.2.4 白度的測定 采用CR-400色差計分析魚糜凝膠的L*（亮度），a*（紅色/綠色）和b*（黃色/藍色），每組樣品平行5次。按如下公式計算白度[13]：

1.2.5 凝膠組織構造的測定 樣品處理同1.2.2，去腸衣并切成5mm×5mm×3mm的小塊，包埋于OCT液后，-22℃下凍藏20m in，采用冷凍切片機將其切成10μm薄片，貼于載玻片上，通過HE染色法染色后[14]，光學顯微鏡下放大200倍后進行觀察。

2 結果與分析

2.1 不同壓力及保壓時間對魚肉腸凝膠強度的影響

圖1 不同壓力及保壓時間下魚肉腸凝膠強度的變化Fig.1 Change of gel strength of fish sausage at different pressure and time

凝膠強度是指凝膠崩裂或斷裂時單位面積所受的力，反應凝膠內部結構的堅實程度，是衡量魚糜制品品質一項重要指標。由圖1可知，較短保壓時間內，壓力增加，魚肉腸凝膠強度增大；較低壓力下，保壓時間增加，凝膠強度增大。且在保壓時間為15m in及壓力為300MPa附近凝膠強度達到最大值，壓力繼續(xù)增大，凝膠強度降低，特別500MPa下，凝膠強度顯著下降。凝膠強度的大小主要與蛋白質變性及其所形成的空間網絡結構有關[15-17]。魚糜主要成分是蛋白質，隨著壓力的增大，蛋白質的性質改變，同時蛋白質分子結構中暴露出更多的巰基基團，巰基含量的增加促使蛋白質凝膠性能得到提高[18]；另外，一定的高壓作用下，蛋白質分子被迫伸展，雙螺旋結構打開，使蛋白質原本的空間結構被打亂，重新締結成空間網絡結構，淀粉及水分充填在網絡結構中，賦予凝膠網絡結構一定的硬度和延展性，凝膠強度增大；同時，高壓也能夠促進淀粉的溶脹和凝膠化，淀粉凝膠的形成也促進整體的凝膠強度[19]。壓力繼續(xù)增大，凝膠強度降低，可能是由于過高的壓力使蛋白質變性過快，導致網絡結構交聯(lián)度降低，使凝膠強度減?。淮送?，過高壓力也能破壞所形成的網絡結構，導致蛋白質分子間網絡結構中相互作用力減小，凝膠強度降低。經過熱處理的魚糜的凝膠強度小于超高壓處理的，這可能是由魚肉腸在受熱過程中，內外蛋白質變性不均勻，形成的不規(guī)則網絡結構所致。未處理的魚肉腸凝膠強度遠小于超高壓和熱處理的，主要是由于蛋白質沒有發(fā)生變性，即使常溫放置也能放生緩慢的凝膠化反應，但其凝膠強度遠不及超高壓和熱處理的凝膠強度。

2.2 不同壓力及保壓時間對魚肉腸彈性的影響

凝膠彈性是指當外力促使凝膠變形后，除去外力時凝膠所能恢復到變性前狀態(tài)的程度。彈性反映的是固體力學性質的物理量，只有發(fā)生了變形并且具有恢復形變的能力，才能說明該樣品具有彈性，發(fā)生了凝膠行為，否則就是流動的，因此彈性可作為衡量魚糜制品凝膠特性的一項重要指標[20]。由圖2可知，同一保壓時間（5～15m in）下，隨著壓力增加彈性增加，且在壓力400MPa、保壓時間15min時彈性達到最大值，壓力繼續(xù)增大至500MPa時，彈性降低；在同一壓力（200、300MPa）下，隨著保壓時間增加，彈性增加，在400、500MPa壓力下，隨著保壓時間增加，彈性呈先增加后降低變化趨勢，尤其在500MPa，保壓時間15m in時就開始出現顯著降低。由保壓時間和壓力變化對彈性結果的影響得知：在較低的壓力下，蛋白質變性、聚合的程度較小，凝膠程度較低，彈性較小。當壓力升高時，短時就可以達到完全變性，因此會出現在400MPa/15m in和500MPa/10m in達到最大值現象。凝膠彈性大小與蛋白質所形成的空間立體網絡結構及其均勻程度有關。有研究指出，超高壓會促使蛋白質發(fā)生變性，蛋白質分子展開，雙螺旋結構解離，解螺旋后的肌球蛋白按一定方式排列，與肌動蛋白形成肌動球蛋白，并連接成肌動球蛋白重鏈，逐漸形成凝膠的立體網絡結構，而凝膠的彈性的大小主要取決于尾部螺旋解開的程度，解開程度越大彈性越大。由此推測壓力促進蛋白質分子的伸展和雙螺旋結構解離，使蛋白質形成空間立體網絡結構，且400MPa保壓15m in時，所形成的空間立體網絡結構更加均勻致密。陸海霞等[21]在關于超高壓對秘魯魷魚肌原纖維蛋白凝膠特性的研究中報道，300～400MPa壓力下處理25min所形成的肌原纖維蛋白凝膠硬度和彈性均較高。隨著壓力繼續(xù)增加，彈性降低，可能是由于過高的壓力破壞了凝膠的空間立體網絡結構，使網絡結構孔隙變大甚至破裂所致。

圖2 不同壓力及保壓時間下魚肉腸彈性的變化Fig.2 Change of springness of fish sausage at different pressure and time

熱處理魚肉腸的彈性低于超高壓處理的彈性，可能是由于二段90℃加熱時，凝膠在50～70℃升溫過程中，絲氨酸堿性蛋白酶活性最大，催化蛋白質凝膠劣化，導致彈性降低。常壓未處理凝膠彈性遠低于超高壓和水浴處理凝膠彈性，由于蛋白質在常壓下沒有發(fā)生變性。

2.3 不同壓力及保壓時間對魚肉腸色度值的影響

由圖3～圖5得知，隨壓力和保壓時間增加，L*增加，a*降低，b*先降低，在400MPa后趨于不變，凝膠的白度值增加（圖6）。對于肉制品而言，光在其中的散色是由凝膠結構、肌原纖維蛋白質以及散色粒子的大小所決定的[22]。因此，白度主要取決于蛋白質變性與聚合程度以及其表面的光學特性[23-26]。超高壓處理的白度和L*值的增加，可能是由于同一時間內魚糜內部所有分子遭受相同壓力，蛋白質同時發(fā)生變性，形成一個均勻的不透明的凝膠體，均勻的蛋白質變性使得凝膠的亮度和白度增加[27]。另外，物體表面光反射率越大，白度值越高，反之亦然。白度的增加可能與凝膠致密的空間網絡結構有關。Kang等報道了致密的凝膠三維網絡結構會反射更多的光，使凝膠白度增加[20，28]。由此可以推測高壓促進了蛋白質的聚合，形成空間網絡結構。熱處理凝膠a*（紅值）遠低于未處理和高壓處理凝膠，這可能是由于受熱過程中肌紅蛋白發(fā)生氧化形成高鐵肌紅蛋白[29]。與熱處理和常壓未處理凝膠相比，超高壓處理b*值顯著降低，可能是由于高壓促進魚肉腸中淀粉溶脹和凝膠化，淀粉的溶脹和凝膠化會使b*值降低[17，30]。另外，魚糜在受熱過程中，蛋白質發(fā)生的美拉德反應也會使凝膠的b*值增加，白度值下降。

圖3 不同壓力及保壓時間魚肉腸L*的變化Fig.3 Change of L*value of fish sausage at different pressure and time

圖4 不同壓力及保壓時間下魚肉腸a*變化Fig.4 Change of a*value of fish sausage at different pressure and time

圖5 不同壓力及保壓時間下魚肉腸b*的變化Fig.5 Change of b*value of fish sausage at different pressure and time

圖6 不同壓力及保壓時間下魚肉腸白度值的變化Fig.6 Change ofwhiteness value of fish sausage at different pressure and time

2.4 不同壓力下魚肉腸的組織構造變化

HE染色法，全稱蘇木精—伊紅染色法（hematoxylin-eosin staining），能將細胞核染成深藍色，細胞質、膠原纖維、肌原纖維及嗜酸性顆粒被染成粉紅色或淺紅[31]。由圖7知，所有樣品的肌肉纖維組織（肌原纖維、膠原纖維和細胞質）都被染成紅色，且呈網狀結構。與熱處理和常壓未處理凝膠相比，超高壓誘導凝膠具有較規(guī)則的網狀結構，隨壓力增加，孔隙減小，似圓度增加，且在300MPa、保壓時間為15min時，凝膠網狀結構的均勻致密程度最高。這可能是由高壓誘導蛋白質發(fā)生均勻變性，聚合形成空間立體的凝膠網絡結構；隨壓力繼續(xù)增大，孔隙增大，網絡結構破裂，可能是由于過高的壓力使所形成的的網絡結構變性或遭到破壞。熱處理凝膠組織較疏松，孔隙較大，且不規(guī)則，可能與熱誘導的蛋白質變性不均勻及受熱過程中凝膠發(fā)生膨脹有關。

圖7 不同壓力下魚肉腸微觀構造的變化（200×）Fig.7 Change ofmicrostructure of fish sausage at different pressure（200×）

3 結論

超高壓可以有效地提高金線魚魚肉腸凝膠強度、彈性、亮度（L*）和白度，改善其品質。保壓時間為15m in及壓力為300～400MPa時凝膠強度和彈性達到最大值，且在300MPa，魚糜凝膠網絡結構的孔隙較小，似圓度較高，均勻致密程度最高。壓力繼續(xù)增加，凝膠強度減小，彈性降低，尤其在500MPa下顯著降低；壓力在400MPa以下時，保壓時間在15m in內，隨時間增加，凝膠強度增加，彈性增大；保壓時間繼續(xù)增加，凝膠強度和彈性均降低，但變化不顯著；L*和白度值隨壓力增大而增大，在400～500MPa達到最大值且趨于穩(wěn)定；保壓時間在15m in內，隨時間增加，L*和白度增加；保壓時間繼續(xù)增加，L*和白度值變化趨勢不明顯。由于本研究僅考察四個指標的變化，尚不能全面解釋超高壓誘導魚糜凝膠形成的復雜機制。因此，可結合如圓二色性、拉曼光譜等分析技術對凝膠形成中蛋白質的二級結構及構象進行深入研究。

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