兩種多酚對(duì)馬鮫魚魚糜凝膠特性的改善

賈慧, 夏儷寧, 李琦, 徐暢, 董秀萍, 潘錦鋒*

1(大連工業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院，遼寧 大連，116034) 2(國家海洋食品工程技術(shù)研究中心，遼寧 大連，116034)

魚糜制品是魚肉加入食鹽，經(jīng)斬拌使肌原纖維蛋白溶出，加熱后蛋白交聯(lián)形成的具有有序空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的彈性凝膠食品。魚糜制品品質(zhì)特性包括凝膠特性、顏色、持水性等，其中凝膠特性是最重要的指標(biāo)。為提高魚糜凝膠強(qiáng)度，不少食品添加物，如淀粉、明膠、大豆蛋白、乳清蛋白、血漿蛋白等被用于魚糜凝膠特性的改良。非魚蛋白的加入違背了魚糜制品的初衷，降低了蛋白含量，使其營養(yǎng)價(jià)值、風(fēng)味特征受到質(zhì)疑。

多酚是一類具有若干酚性羥基結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，大都具有良好的抗氧化作用，不少亦可抑制微生物生長，是良好的食品添加劑[1]。多酚類物質(zhì)主要存在于植物如谷物、水果、茶葉等[2]，其天然性和安全性高，消費(fèi)者接受度高。研究發(fā)現(xiàn)，多酚類物質(zhì)可以有效提高蛋白質(zhì)的交聯(lián)[3-6]，該作用主要源于多酚物質(zhì)的氧化中間產(chǎn)物醌類物質(zhì)，后者可以促進(jìn)蛋白質(zhì)中賴氨酸、蛋氨酸、絲氨酸的氧化交聯(lián)，形成更為穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[7-8]，同時(shí)多酚類物質(zhì)本身也可促進(jìn)次級(jí)作用力，如氫鍵、疏水作用，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。目前，多酚物質(zhì)對(duì)于肌肉蛋白作用研究主要見于肉類，魚肉中研究的較少。

馬鮫魚，又名鲅魚，是我國重要的海洋經(jīng)濟(jì)魚種之一，2016年產(chǎn)量達(dá)43.29萬t[9]。由于馬鮫魚肌原纖維蛋白的凝膠性能較弱，如何提升其凝膠特性是馬鮫魚凝膠產(chǎn)品開發(fā)的關(guān)鍵。本文以馬鮫魚魚糜為原料，考察綠原酸、咖啡酸及其氧化形式對(duì)馬鮫魚魚糜凝膠特性的作用；以及馬鮫魚魚糜的凝膠強(qiáng)度、顏色、持水性、水分分布及微觀結(jié)構(gòu)變化，為提升馬鮫魚魚糜凝膠制品品質(zhì)提供理論依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

深度冷凍馬鮫魚(10月捕撈、速凍，體重1.2～1.5 kg),購于大連市新長興市場；塑料腸衣,東北往事特產(chǎn)店；綠原酸、咖啡酸,上海笛柏化學(xué)品技術(shù)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

HH-1數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州智博瑞儀器制造有限公司；AB204-N電子分析天平，常熟市雙杰測試儀器廠；NMI20低場核磁共振分析儀(LF-NMR)，上海紐邁電子科技有限公司；CM1950冰凍切片機(jī)，德國徠卡(Leica)；TA.XT.plus物性測試儀，美國亨特立公司；UltraScan PRO測色儀，美國亨特立公司；掃描投射電鏡(SEM)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 魚糜制備

冷凍馬鮫魚，室溫解凍，去頭、去皮、去內(nèi)臟、去紅肉，所得魚肉攪碎，采用BALANGE 等[10]的修改方法進(jìn)行漂洗。首先次用冰冷去離子水，以1∶3比例漂洗4 min，重復(fù)1次。再用冰冷的0.5%NaCl溶液漂洗1次，4 min，然后進(jìn)行擠壓脫水。脫水后的魚糜加入4%木糖醇和4%山梨糖醇，混合均勻后每袋200 g進(jìn)行分裝，采用-80 ℃速凍40 min 后于-20 ℃貯藏，2個(gè)月內(nèi)使用完畢。

1.3.2 氧化多酚的制備

氧化綠原酸和氧化咖啡酸，按照BENJKUL等[11]方法進(jìn)行氧化。將多酚以1∶100(g∶mL)的比例溶于去離子水，用6 mol/L NaOH和HCL調(diào)節(jié)pH到8，使其完全溶解。然后在氮吹儀中，60 ℃下通入氧氣氧化2 h，將多酚轉(zhuǎn)化為醌類物質(zhì)。氧化后采用6 mol/L HCL將多酚溶液pH調(diào)至7。未氧化多酚不經(jīng)通氧氣，直接調(diào)節(jié)pH到8，溶解即可。記綠原酸添加組魚糜為CHA(chlorogenic acid)，氧化綠原酸添加組為OCHA(oxidized-chlorogenic acid)，咖啡酸添加組為CA(caffic acid)，氧化咖啡酸添加組為OCA(Oxidized-caffic acid)。

1.3.3 魚糜凝膠制備

將冷凍魚糜室溫緩凍30 min，直到中心溫度達(dá)-2 ℃。于10 ℃下斬拌1 min分別加入不同體積的多酚或氧化多酚溶液，使得最終多酚或氧化多酚與蛋白質(zhì)量比為0%，0.15%，0.30%，0.45%。各體系最終補(bǔ)充水分含量到相同的水分含量83%。所得魚糜繼續(xù)斬拌2 min，再加入2.5%的食鹽斬拌2 min，而后魚糜灌入直徑20 mm的腸衣，采用二段加熱法(40 ℃ 30 min，再90 ℃ 20 min)制備魚腸凝膠所得魚腸于冰水中冷卻，并置于4 ℃冰箱過夜儲(chǔ)藏，24 h測定各類性質(zhì)。

1.3.4 凝膠強(qiáng)度測定

凝膠強(qiáng)度測定法方參照BALANGE等[12]，略作修改。將經(jīng)1.3.3所制凝膠切成高20 mm、直徑20 mm圓柱體，采用物性測試儀測定凝膠強(qiáng)度。測試條件：測試探頭型號(hào)P/5S；測前速度1.00 mm/s，測試速度1.00 mm/s，返回速度10.00 mm/s；下行距離15 mm。每個(gè)條件重復(fù)測定6次。

1.3.5 顏色測定

顏色測定法方參照ARFAT等[13]，稍加修改。將1.3.3所得魚腸樣品切成高20 mm圓柱體，利用測色儀HunterLab測定L*，a*，b*值，由以下公式計(jì)算結(jié)果。每個(gè)條件重復(fù)6次，白度W計(jì)算參照公式(1)。

(1)

式中：L*為明度(黑暗色(0)到明亮色(100))，a*為紅色(60)到綠色(-60)，b*為黃色(60)到藍(lán)色(-60)。

1.3.6 持水性(WHC)測定

持水性參照ZHOU等[14]的方法并作修改。將經(jīng)1.3.3所得魚腸取3 g左右，稱取質(zhì)量為m1，切碎，用濾紙吸取表面的水分，于4 ℃下，10 000g離心 10 min，稱取質(zhì)量為m2。持水性計(jì)算參照公式(2)。

(2)

1.3.7 LF-NMR的水分分布測定

魚肉凝膠香腸的水分分布參照HAN等[15]方法并作修改。將經(jīng)1.3.3所得香腸切成20 mm高圓柱體，置于核磁管內(nèi)，采用低場核磁共振分析儀，利用CPMG脈沖序列測定魚腸水分的橫向弛豫時(shí)間T2，測定采用如下運(yùn)行參數(shù)：線圈直徑60 mm，頻率21 MHz，溫度(32±0.01) ℃，TD 360020，NS 4。每個(gè)樣品重復(fù)掃描3次，使用SIRT算法擬合所得指數(shù)衰減圖得T2譜圖。每組重復(fù)6個(gè)樣品。

1.3.8 微觀結(jié)構(gòu)

魚肉凝膠微觀結(jié)構(gòu)采用BALANGE等[16]方法進(jìn)行觀察。將經(jīng)1.3.3所得樣品切成2～3 mm的薄片，截面修成5 mm×5 mm的正方形；用2.5%的戊二醛溶液(溶于0.2 mol/L的磷酸緩沖液，pH=7.2)4 ℃浸泡， 過夜，用去離子水反復(fù)洗滌3次，每次10 min。然后分別用體積分?jǐn)?shù)為50%，70%，80%，90%的乙醇溶液進(jìn)行梯度脫水各10 min，隨后用100%的乙醇溶液脫水3次，每次30 min。再用V(乙醇)∶V(叔丁醇)=1∶1的溶液將樣品浸泡15 min，使其充分的進(jìn)行置換，最后用100%的叔丁醇4 ℃進(jìn)行浸泡15 min。所得樣品冷凍干燥后粘在銅臺(tái)上，樣品表面進(jìn)行噴金，采用掃描電子顯微鏡觀察樣品。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析ANOVA，并采用Turkey法進(jìn)行多重比較，顯著性水平取p<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 多酚對(duì)馬鮫魚魚糜凝膠強(qiáng)度的影響

不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)CHA、OCHA、CA、OCA作用下的馬鮫魚魚糜凝膠破斷力和凹陷度如圖1所示。與對(duì)照組相比，多酚添加組的魚糜凝膠破斷力均有一定程度上升(p<0.05)，尤其CHA組，最高破斷力出現(xiàn)在0.15%，達(dá)252.30 g，增加幅度在62.62%以上。而OCHA組凝膠破斷力在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.30%時(shí)最高，約為217.01 g。CA組中凝膠破斷力呈現(xiàn)劑量反向效應(yīng)，在0.15%時(shí)最高，0.45%時(shí)顯著下降(p<0.05)。OCA組則在0.30%時(shí)破斷力最高(p<0.05)，0.45%的添加量無顯著效應(yīng)(p>0.05)。多酚添加組的凝膠破斷距離改善不顯著，只有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%CHA、0.30%OCHA、0.15%CA和0.30%OCA組破斷距離有輕微提高。研究結(jié)果表明，綠原酸、咖啡酸和氧化綠原酸、氧化咖啡酸皆可顯著提高馬鮫魚魚糜的凝膠破斷力，但對(duì)于破斷距離作用不顯著。

圖1 多酚對(duì)馬鮫魚魚糜凝膠破斷離和凹陷度的作用Fig.1 Effects of phenolic compounds on breaking force andbreaking distance of mackerel surimi gels注：不同字母表示不同差異水平(p<0.05)(下同)。

PRIGENT等[17]認(rèn)為多酚物質(zhì)可以與蛋白質(zhì)發(fā)生共價(jià)和非共價(jià)相互作用。低濃度的多酚存在時(shí)，蛋白質(zhì)可能與多酚以非共價(jià)鍵的形式相互作用，促使肌原纖維蛋白展開結(jié)構(gòu)，利于加熱時(shí)的蛋白間交聯(lián)，使凝膠強(qiáng)度增強(qiáng)[18]。同時(shí)，多酚類物質(zhì)富含羥基，該基團(tuán)可與蛋白形成大量的氫鍵和疏水作用，該類非共價(jià)作用對(duì)增強(qiáng)蛋白的凝膠性能亦有所貢獻(xiàn)[6]。本文中CHA與CA可能主要通過此二類作用實(shí)現(xiàn)馬鮫魚魚糜凝膠特性的增強(qiáng)。另一方面，酚類化合物在堿性環(huán)境下氧化，可以形成醌類化合物[19]，后者可以促進(jìn)蛋白間的共價(jià)交聯(lián)，包括二硫鍵、碳硫鍵等，也可增強(qiáng)蛋白質(zhì)凝膠特性[20]。本研究中的OCHA和OCA可能通過此類方式使魚糜凝膠性能提升。然而，隨酚類化合物濃度的升高，酚類化合物會(huì)發(fā)生自我交聯(lián)，從而阻礙蛋白質(zhì)間的相互交聯(lián)能力，導(dǎo)致凝膠強(qiáng)度下降[21]。OCHA和OCA組中添加量為0.45%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))較添加量0.3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))凝膠破斷力的顯著下降證實(shí)了這種推斷。可見高濃度的氧化多酚會(huì)降低其與蛋白的相互作用效率，類似的結(jié)果在乳蛋白與高濃度多酚作用中有所發(fā)現(xiàn)[22]。

2.2 多酚對(duì)馬鮫魚魚糜凝膠顏色的影響

由表1可知，與空白組相比多酚的加入顯著降低了馬鮫魚魚糜凝膠的白度(p<0.05)，且隨著添加濃度的上升，白度下降越顯著。其中氧化咖啡酸的魚糜凝膠白度下降最顯著，添加其他幾種多酚的魚糜凝膠顏色尚可接受。這可能是由于OCA在其氧化過程中，形成不穩(wěn)定物質(zhì)，導(dǎo)致顏色變深，從而使魚糜凝膠白度降低。多酚類物質(zhì)具有較多羥基結(jié)構(gòu)，一般帶有顏色[3]，在pH值呈堿性下，顏色會(huì)加深。本研究中，為了更好地溶解多酚并促進(jìn)氧化，pH值被調(diào)節(jié)至8.0左右，因此魚糜凝膠的顏色產(chǎn)生一定影響。BALANGE等在大眼鯛魚魚糜[10]和羽鰓鮐魚魚糜中[12]也發(fā)現(xiàn)單寧酸、綠原酸、阿魏酸的使用降低了2種魚糜凝膠白度，類似的結(jié)果在O’CONNELL的研究中也發(fā)現(xiàn)多酚的添加對(duì)干酪制品的顏色產(chǎn)生影響[23]。以上結(jié)果表明，多酚的加入對(duì)馬鮫魚魚糜凝膠顏色性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響，但在較低使用濃度下顏色改變可以控制在可接受水平。

表1 多酚對(duì)馬鮫魚魚糜凝膠白度的影響Table 1 Effects of phenolic compounds on color properties of mackerel surimi gels

續(xù)表1

多酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%L*a*b*ΔE*0.1577.45±0.41b-0.76±0.07f2.71±0.33f77.27±0.43bCA0.3076.61±0.98bc-0.70±0.12f2.22±0.50f76.48±0.95bc0.4577.55±0.57b-0.29±0.07e2.57±0.06f77.40±0.56b0.1575.82±0.77c0.97±0.05c4.39±0.24cde75.41±0.78cOCA0.3074.40±0.51d2.07±0.09b6.02±0.52b73.62±0.54d0.4573.14±0.66e2.71±0.22a7.17±0.35a72.06±0.65e

注：不同字母表示處于不同顯著差異水平。

2.3 多酚對(duì)馬鮫魚魚糜凝膠持水性(WHC)的影響

不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)多酚處理的馬鮫魚魚糜凝膠WHC變化如圖2所示。

圖2 多酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)馬鮫魚魚糜凝膠WHC的影響Fig.2 Effects of phenolic compounds on WHC ofmackerel surimi gels

與對(duì)照組相比，0.15%CHA組和0.30%OCHA組WHC顯著上升，且后者高于前者(p<0.05)。其他幾組呈現(xiàn)一定上升但不顯著，而0.45%CHA組WHC與對(duì)照組無差異(p>0.05)。呈現(xiàn)最高WHC的CHA和OCHA添加組濃度與凝膠破斷力的結(jié)果一致，而這主要源于綠原酸的次級(jí)作用力的增強(qiáng)和氧化綠原酸對(duì)應(yīng)醌類物質(zhì)對(duì)于肌原纖維蛋白的共價(jià)交聯(lián)作用。結(jié)果表明，綠原酸通過非共價(jià)作用力形成的蛋白凝膠結(jié)構(gòu)對(duì)保水性能的提升效果弱于氧化氯原酸形成的共價(jià)作用力效果。CA與OCA組WHC較對(duì)照組均有上升(p<0.05)，其中CA在添加量為0.15%時(shí)WHC最高，提高接近93.21%，繼續(xù)提高質(zhì)量分?jǐn)?shù)，WHC反而下降。添加量為0.15% OCA組WHC較對(duì)照組顯著上升(p<0.05)，但不同濃度組間無顯著差異(p>0.05)。CA組WHC變化與其凝膠破斷力變化一致，表明CA的添加可能促使蛋白發(fā)生了結(jié)構(gòu)改變，利于更強(qiáng)烈的蛋白相互作用，提高凝膠保水性能，尤其是低濃度的CA效應(yīng)最為顯著。然而OCA組WHC變化趨勢與其凝膠破斷力變化趨勢不同?？赡苡捎诩≡w維蛋白隨著氧化酚酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，發(fā)生了過氧化現(xiàn)象，導(dǎo)致蛋白質(zhì)之間過度交聯(lián)，肌原纖維蛋白之間內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)破壞，束縛水的能力下降，WHC因此減弱。但此時(shí)過度交聯(lián)沒有降低凝膠強(qiáng)度，可能會(huì)使凝膠更硬，不利于魚糜制品口感，類似結(jié)果在WANG等[24]的研究中有過報(bào)道。以上結(jié)果表明，綠原酸、咖啡酸及他們的氧化形式在適宜質(zhì)量分?jǐn)?shù)下均可提升馬鮫魚魚糜凝膠的保水性能。

2.4 多酚對(duì)馬鮫魚魚糜凝膠弛豫時(shí)間的影響

如圖3所示，T2出現(xiàn)了3個(gè)類型的峰：T21峰(0～10 ms)、T22峰(60～200 ms)、T23峰(>600 ms)。

圖3 多酚對(duì)馬鮫魚魚糜凝膠弛豫時(shí)間T2分布的影響Fig.3 Effects of phenolic compounds on T2 relaxation timedistribution of mackerel surimi gels

根據(jù)SANCHEZ-ALONSO等[25]報(bào)道，低場核磁共振中的弛豫時(shí)間T2反映的是體系中水分子的自由度，包括T21、T22、T23，且分別代表著結(jié)合水、吸附水、自由水。與對(duì)照組的馬鮫魚魚糜凝膠相比，隨著多酚濃度的升高T2峰值發(fā)生不同程度的偏移。CHA與OCHA均向左發(fā)生偏移，且CHA組和0.45%OCHA的峰都在增大(p<0.05)，0.45%CHA的峰最高， 0.15%OCHA和0.30%OCHA的峰略有減小(p<0.05)。CA與OCA也均向左發(fā)生偏移，與對(duì)照組相比所有的峰都在增大(p<0.05)， 0.45%CA的峰值最高， 0.30%OCA的峰值增加最少。ZHANG等[26]研究發(fā)現(xiàn)，適宜溫度處理魚糜凝膠后，其T22的弛豫時(shí)間左移、增加，吸附水也增加，此現(xiàn)象說明部分自由水在轉(zhuǎn)化為吸附水，水與凝膠網(wǎng)絡(luò)間的相互作用增強(qiáng)，魚糜凝膠束縛水的能力增強(qiáng)。以上結(jié)果表明在CHA, OCHA, CA和OCA的作用下，凝膠的保水能力在增強(qiáng)，這與2.3中結(jié)果相一致。但是并不是所有的多酚添加組WHC都與各自T22峰值相對(duì)應(yīng)，這可能由于實(shí)驗(yàn)本身誤差導(dǎo)致。

2.5 多酚對(duì)馬鮫魚魚糜凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響

凝膠強(qiáng)度較對(duì)照組有所提升的馬鮫魚魚糜凝膠微觀結(jié)構(gòu)電鏡觀察結(jié)果如圖4所示。

圖4 多酚對(duì)馬鮫魚魚糜凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.4 Effects of phenolic compounds on microstructureof mackerel surimi gels

對(duì)照組(圖4-E)凝膠微觀結(jié)構(gòu)比較松散，孔隙較大且不均勻，添加了綠原酸、咖啡酸和二者氧化形式的馬鮫魚魚糜凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)變得緊實(shí)致密，孔洞相對(duì)均勻、微小，尤其是0.15%CHA組和0.30%OCA組。呂宏宇等[27]在氧化多酚作用于鯽魚魚糜的研究中也發(fā)現(xiàn)，凝膠結(jié)構(gòu)在添加適當(dāng)濃度的多酚后變得均勻，孔徑更小，更致密，同時(shí)凝膠性能增強(qiáng)，而BALANGE[12]在羽鰓鮐魚魚糜研究中也發(fā)現(xiàn)氧化單寧酸、氧化阿魏酸和氧化茶多酚增強(qiáng)了凝膠強(qiáng)度，且增強(qiáng)組凝膠形成的孔洞更均勻致密。此外，BUMARD等[11]也報(bào)道沙丁魚魚糜在添加富含多酚的椰果殼提取物后形成的凝膠較對(duì)照組明顯的更致密、空洞更小?？梢?，多酚可與肌原纖維蛋白發(fā)生共價(jià)與非共價(jià)鍵作用，改變其凝膠微觀構(gòu)造，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)致密，抵抗外壓能力增強(qiáng)，凝膠強(qiáng)度提高。

3 結(jié)論

在適宜濃度的綠原酸、咖啡酸和氧化氯原酸、氧化咖啡酸均可提升馬鮫魚魚糜凝膠特性。綠原酸和咖啡酸主要通過非共價(jià)作用力促進(jìn)馬鮫魚魚糜肌原纖維蛋白之間作用，而氧化綠原酸和氧化咖啡酸主要通過共價(jià)交聯(lián)促進(jìn)肌原纖維蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的改善，形成更多致密均勻孔洞，提高凝膠強(qiáng)度和保水能力。二者的使用對(duì)魚糜凝膠白度有一定影響，低濃度使用造成的顏色變化可以接受。