大豆分離蛋白、木薯淀粉與轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶組合對(duì)鰱魚魚糜凝膠品質(zhì)的影響

沈曉蕾 - 李向紅 - 俞 健 王發(fā)祥 -王建輝 - 黃軼群 - 劉永樂U -

(長(zhǎng)沙理工大學(xué)化學(xué)與食品工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410114)

鰱魚作為中國(guó)的四大家魚之一，年產(chǎn)量達(dá)數(shù)百萬噸，由于土腥味重，肌間刺多，鮮食用率較低。為了提高鰱魚的利用率及經(jīng)濟(jì)價(jià)值，通常將其肉與各種輔料混合制成具有彈性凝膠狀的魚糜重組制品，該魚糜重組制品營(yíng)養(yǎng)豐富，蛋白質(zhì)含量高[1]，食用方便，風(fēng)味獨(dú)特，深受消費(fèi)者喜愛。

在魚糜中加入各種蛋白及淀粉可以提高魚糜的凝膠強(qiáng)度，還可以降低魚糜中對(duì)人體有害的過量飽和脂肪和膽固醇[2]。大豆分離蛋白(SPI)是植物蛋白中的優(yōu)質(zhì)蛋白，蛋白含量在90%以上，其作為蛋白類食品添加劑得到了廣泛應(yīng)用。木薯淀粉中支鏈淀粉比直鏈淀粉含量高，造成了木薯淀粉具有較好的黏性，可以增強(qiáng)魚糜的凝膠強(qiáng)度。劉鑫等[3]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)木薯淀粉添加量為8%時(shí)能夠使竹莢魚魚糜的凝膠強(qiáng)度提高130.6%。轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶(TG)作為常用的凝膠增強(qiáng)劑，能夠催化肌球蛋白(MHC)上賴氨酸的ε-氨基和谷氨酸殘基上的γ-酰胺基形成共價(jià)鍵使蛋白質(zhì)之間或蛋白質(zhì)內(nèi)部發(fā)生交聯(lián)，提高魚糜制品的彈性和緊實(shí)度[4]。

試驗(yàn)擬以鰱魚為原料，考察SPI、木薯淀粉及TG最適添加量對(duì)魚糜制品食用品質(zhì)(持水率、蒸煮損失、白度、凝膠強(qiáng)度)的影響，為魚糜的工業(yè)生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮鰱魚、大豆分離蛋白(純度99%)、木薯淀粉(純度99%)：市售；

轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶：酶活120 U/g，江蘇一鳴生物科技有限公司；

腸衣：直徑50 mm，食品級(jí)塑料透明腸衣，濰坊美橙包裝設(shè)計(jì)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

電子天平：BL-9205B型，日本島津公司；

恒溫水浴鍋：DK-98-Ⅱ型，天津泰斯特儀器有限公司；

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：DHG-9140A型，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；

質(zhì)構(gòu)儀：TA·XTplus型，英國(guó)Stable Mico System公司；

斬拌機(jī)：ZB-20型，山東省諸城市華鋼機(jī)械有限公司；

低場(chǎng)核磁共振儀：NM120型，上海紐邁電子科技有限公司；

掃描電鏡：EVO-LS 10型，日本Minolta公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 魚糜重組制品的工藝流程

新鮮魚肉→前處理→采肉→脫水→斬拌→制備魚糜凝膠

1.3.2 操作要點(diǎn)

(1) 前處理：去頭及內(nèi)臟，清洗干凈。內(nèi)臟的黑膜需清除干凈，防止影響魚糜的品質(zhì)[5]。

(2) 采肉：去除油脂及紅肉，只采白肉，防止影響魚糜的色澤。

(3) 制備魚糜凝膠：將魚肉在斬拌機(jī)中空斬1 min，加入2.5%食鹽斬拌2 min，再加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的SPI、木薯淀粉和TG斬拌5 min(斬拌過程中應(yīng)控制溫度在10 ℃ 以下)。將魚糜填充到聚乙烯腸衣中，排除氣泡，采用二段加熱(45 ℃，30 min；90 ℃，20 min)，加熱結(jié)束后置于流水下冷卻，于4 ℃冰箱中過夜，待用。

1.3.3 蛋白質(zhì)的測(cè)定 參照GB 5009.5—2016的凱氏定氮法。

1.3.4 蒸煮損失 根據(jù)Yang等[6]的方法略做修改，將魚糜凝膠切成凝膠圓柱體并稱重(G1)后放入蒸煮袋內(nèi)且封口，90 ℃水浴鍋蒸煮20 min。蒸煮結(jié)束擦干水分后稱重(G2)，每組測(cè)量平行5次，試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。按式(1)進(jìn)行計(jì)算。

(1)

式中：

CL——蒸煮損失，%；

G1——魚糜凝膠蒸煮前的質(zhì)量，g；

G2——魚糜凝膠蒸煮后的質(zhì)量，g。

1.3.5 持水性測(cè)定 將樣品切成圓柱，稱其質(zhì)量M1，用濾紙包裹于離心管中，3 000 r/min離心10 min，稱重M2，每組測(cè)量平行3次，試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。按式(2) 進(jìn)行計(jì)算[7]。

(2)

式中：

WHC——持水率，%；

M1——魚糜凝膠離心前的質(zhì)量，g；

M2——魚糜凝膠離心后的質(zhì)量，g。

1.3.6 白度測(cè)定 用色差計(jì)測(cè)定樣品L*、a*、b*，每組測(cè)量平行5次以上，試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。按式(3)進(jìn)行計(jì)算[8]。

(3)

式中：

W——白度，%；

L*——亮度；

a*——紅度值(表示有色物質(zhì)的紅綠偏向)；

b*——黃度值(表示有色物質(zhì)的黃藍(lán)偏向)。

1.3.7 魚糜制品凝膠強(qiáng)度的測(cè)定 根據(jù)文獻(xiàn)[9]進(jìn)行修改。采用質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行測(cè)定，參數(shù)設(shè)置為探頭P/0.5，測(cè)前速度0.5 mm/s，測(cè)中速度1 mm/s，測(cè)后速度10 mm/s，測(cè)量距離6 mm，觸發(fā)力5 g，每組測(cè)量平行4次以上，試驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果取平均值。

1.3.8 魚糜的水分分布及狀態(tài) 根據(jù)文獻(xiàn)[10]進(jìn)行修改。魚糜在室溫下放置30 min，切成10 mm×20 mm×5 mm，放入核磁管，采用CPMG序列，32 ℃條件下進(jìn)行自旋—自旋弛豫時(shí)間T2的測(cè)定。參數(shù)設(shè)定為SFI=18 MHz，P1=14 μs，SW=100 kHz，TR=2 000 ms，NS=8，NECH=4 000。

1.3.9 微觀結(jié)構(gòu)分析 魚腸切成3 mm×3 mm×2 mm小塊；用體積分?jǐn)?shù)為2.5%戊二醛于4 ℃固定24 h；去除固定液，用磷酸鹽緩沖液(0.2 mol/L，pH 7.2)漂洗3次，15 min/次；去離子水沖洗1 h；50%，70%，90%乙醇梯度洗脫，15 min/次；100%乙醇脫水3次，10 min/次；真空冷凍干燥；離子濺射鍍金；掃描電鏡觀察。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 大豆分離蛋白對(duì)鰱魚魚糜的影響

2.1.1 持水性和蒸煮損失 由圖1可知，加入SPI后魚糜持水率增加，蒸煮損失降低。當(dāng)SPI添加量為6%時(shí)，持水率趨于平穩(wěn)，為90.46%，比空白組(84.14%)增加了7.5%；蒸煮損失也趨于平穩(wěn)，為9.5%，比對(duì)照組(14.29%)降低了33.7%。當(dāng)SPI添加量增加至9%時(shí)，持水率和蒸煮損失的變化均不明顯。由于SPI具有吸水性，能使魚糜的凝膠結(jié)構(gòu)更加緊致；SPI與魚糜自身的蛋白、糖等相互作用將水分子鎖在魚糜網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)[2]，加強(qiáng)對(duì)水的吸附能力；SPI的7S伴球蛋白與11S球蛋白中的許多極性基團(tuán)能與水分子發(fā)生水化反應(yīng)[11]，從而提高了魚糜的持水性，降低了蒸煮損失。

圖1 大豆分離蛋白對(duì)魚糜持水性、蒸煮損失的影響

2.1.2 色澤 由圖2可知，隨著SPI添加量的增加白度值逐漸下降。由于SPI為淡黃色，在魚糜重組制品中的添加量不宜過高，否則會(huì)影響魚糜制品的色澤品質(zhì)。

2.1.3 凝膠強(qiáng)度 由圖3可知，魚糜的凝膠強(qiáng)度隨SPI添加量的增加而不斷提高。當(dāng)SPI添加量為6%時(shí)，凝膠強(qiáng)度為1 942 g·mm，比對(duì)照組(1 145 g·mm)增加了41%；當(dāng)SPI添加量>6%時(shí)，凝膠強(qiáng)度增加較為緩慢。SPI加入到魚糜中可與鹽溶性蛋白及不溶性蛋白在斬拌過程中混合，加熱后蛋白分子會(huì)展開形成致密穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[12]；同時(shí)SPI中存在魚肉內(nèi)源蛋白酶的抑制因子，能夠降低凝膠劣化對(duì)魚糜制品品質(zhì)的影響，從而提高和改善魚糜的凝膠特性[13]。

圖2 大豆分離蛋白對(duì)魚糜白度的影響

圖3 大豆分離蛋白對(duì)魚糜凝膠強(qiáng)度的影響

2.2 木薯淀粉對(duì)鰱魚魚糜的影響

2.2.1 持水性和蒸煮損失 由圖4可知，添加6% SPI后再添加木薯淀粉，魚糜的持水性先逐漸增大后趨于平穩(wěn)，蒸煮損失逐漸降低并趨于穩(wěn)定。當(dāng)木薯淀粉添加量為9%時(shí)，魚糜持水率為93.75%，比對(duì)照組(86.70%)增加了8%；當(dāng)木薯淀粉添加量>9%時(shí)，持水率增加緩慢并趨于平穩(wěn)，蒸煮損失為8.51%，比對(duì)照組(10.20%)降低了16.5%，添加量>9%時(shí)，蒸煮損失變化不明顯。木薯淀粉與魚糜混合后，在二段加熱過程中受熱糊化與水結(jié)合形

圖4 木薯淀粉對(duì)魚糜持水性、蒸煮損失的影響

成的凝膠充斥在魚糜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，增大了魚糜的持水性[14]，在蒸煮過程中持水性增強(qiáng)，蒸煮損失降低；木薯淀粉中含有較直鏈淀粉更多的支鏈淀粉，能夠產(chǎn)生更強(qiáng)的黏性，使魚糜形成更強(qiáng)的凝膠，充分鎖住凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的水分，增加持水性，降低蒸煮損失。

2.2.2 色澤 由圖5可知，添加6% SPI后再添加木薯淀粉，魚糜的白度值隨淀粉添加量的增加而降低，但變化不明顯。由于鰱魚魚糜本身白度較高，所以木薯淀粉對(duì)魚糜白度值影響較小。但木薯淀粉添加量不宜過高，否則會(huì)影響魚糜制品的口感。

圖5 木薯淀粉對(duì)魚糜白度的變化

2.2.3 凝膠強(qiáng)度 由圖6可知，魚糜的凝膠強(qiáng)度隨木薯淀粉添加量的增大而增大。當(dāng)添加量為9%時(shí)，凝膠強(qiáng)度為2 910 g·mm，比對(duì)照組(1 975 g·mm)增加了47%；當(dāng)增加到12%時(shí)，凝膠強(qiáng)度增加緩慢；故選取木薯淀粉添加量為9%。淀粉在加熱過程中糊化與水結(jié)合形成凝膠，同時(shí)淀粉顆粒填充在魚糜的蛋白網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中能進(jìn)一步加強(qiáng)凝膠結(jié)構(gòu)；淀粉在斬拌過程中，與水及魚糜中蛋白形成淀粉—蛋白—水的復(fù)合型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，與多糖交聯(lián)形成更大更復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)魚糜的凝膠強(qiáng)度[15]。淀粉的添加能提高魚糜的凝膠強(qiáng)度，但不宜添加過多，過多

圖6 木薯淀粉對(duì)魚糜凝膠強(qiáng)度的影響

會(huì)影響口感且凝膠強(qiáng)度降低。Yang等[16]發(fā)現(xiàn)，低濃度淀粉比高濃度淀粉能更有效地改善魚糜的凝膠強(qiáng)度。

2.3 轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶對(duì)鰱魚魚糜的影響

2.3.1 持水性和蒸煮損失 由圖7可知，添加6% SPI與9%木薯淀粉后再添加TG，魚糜的持水率隨TG的增加緩慢增加至穩(wěn)定，蒸煮損失隨TG的添加先降低后增加又降低。當(dāng)TG添加量≥4 U/g·蛋白時(shí)，持水率無顯著變化(P>0.05)，蒸煮損失在4 U/g·蛋白時(shí)達(dá)最低。加入TG能催化賴氨酸的ε-氨基和谷氨酸殘基上的γ-酰胺基發(fā)生轉(zhuǎn)酰胺反應(yīng)[17]，促進(jìn)魚糜蛋白分子之間或分子內(nèi)的相互交聯(lián)，對(duì)持水性和蒸煮損失有利，但如果加入過量的TG，會(huì)使蛋白質(zhì)分子過度地聚集，破壞魚糜的凝膠結(jié)構(gòu)，對(duì)持水性和蒸煮損失不利[18]。由于TG會(huì)使7S與11S大豆分離蛋白發(fā)生交聯(lián)，改變魚糜蛋白分子的交聯(lián)程度，故選取最適TG添加量為4 U/g·蛋白。

圖7 TG對(duì)魚糜持水性、蒸煮損失的影響

2.3.2 色澤 由圖8可知，隨著TG的添加，魚糜的白度值有逐漸下降的趨勢(shì)，但變化不明顯。這可能是TG自身的暗白色改變了魚糜制品的顏色；也可能是TG促進(jìn)蛋白分子間相互交聯(lián)形成了較強(qiáng)的凝膠，改變了魚糜制品亮度[19]。

圖8 TG對(duì)魚糜白度的變化

2.3.3 凝膠強(qiáng)度 由圖9可知，添加6% SPI與9%木薯淀粉后，魚糜的凝膠強(qiáng)度隨TG增加逐漸增加并趨于平穩(wěn)。當(dāng)TG添加量為4 U/g·蛋白時(shí)，魚糜的凝膠強(qiáng)度為5 195 g·mm，與未添加TG(4 179 g·mm)相比，增加了24%，但當(dāng)TG添加量超過4 U/g·蛋白時(shí)，凝膠強(qiáng)度趨于穩(wěn)定。TG能促進(jìn)魚糜蛋白質(zhì)分子之間化學(xué)鍵的形成，使凝膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更加緊密，但加入過多的TG，可能會(huì)使蛋白質(zhì)分子間過度交聯(lián)而破壞凝膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；隨TG的添加，凝膠壁壘減小，轉(zhuǎn)酰胺反應(yīng)所生產(chǎn)的ε-(γ-谷酰胺)賴氨酸鍵增多，提高了魚糜的凝膠強(qiáng)度。故TG添加量在4 U/g·蛋白時(shí)最為合適。

圖9 TG對(duì)魚糜凝膠強(qiáng)度的影響

2.4 鰱魚魚糜T2峰比例變化

由圖10可知，魚糜凝膠的水分存在4個(gè)T2區(qū)間(T21、T22、T23、T24)，與M?ller等[20]研究相符。T21代表了與蛋白質(zhì)等大分子表面的極性基團(tuán)以氫鍵相結(jié)合的單層水；T22為與蛋白質(zhì)中的酰胺基、淀粉纖維中的羥基形成了較小的氫鍵的水，與T21區(qū)間水分相比，其結(jié)合程度較低，T21與T22可共同稱為結(jié)合水；T23為束縛在凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的水分，是魚糜凝膠中最主要的水分，約占總水分的90%；T24為凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以外可自由移動(dòng)的水。

圖10 試驗(yàn)組和對(duì)照組凍融過程中的橫向弛豫時(shí)間

Figure 10 Transverse relaxation time during freezing and thawing in the experimental and control group

由表1可知，隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加，峰面積A21+A22及A23不斷降低，A24增加，說明魚糜凝膠在凍融循環(huán)過程中結(jié)合水與束縛水轉(zhuǎn)移成自由水。在凍融循環(huán)過程中添加輔料的樣品組A21+A22及A23降低緩慢，A24增加緩慢。T23作為魚糜中含量最多的水分，可顯示魚糜凝膠的持水性能，添加組A23從0次凍融(93.659%)到6次凍融(80.357%)降低了11%，未添加組降低了25%。魚糜在凍融循環(huán)過程中，魚糜中的肌原纖維蛋白發(fā)生變性，所以造成了魚糜中的結(jié)合水以及束縛在凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中的水分轉(zhuǎn)移成自由流動(dòng)的水。蛋白、淀粉及轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶使魚糜凝膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更加致密，且可能會(huì)有抗凍作用，故添加組比未添加組效果更好。

表1添加與未添加輔料的魚糜在凍融循環(huán)過程中

Table 1 The change of peak area ratio in freeze-thaw cycle of surimi with or without auxiliary materials%

2.5 鰱魚魚糜凝膠的微觀結(jié)構(gòu)分析

由圖11可知，添加輔料組0次凍融，魚糜凝膠表面不僅平整、光滑，凝膠孔洞較小，且形成了高度致密的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；3次凍融后，凝膠孔洞變大，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)致密；6次凍融后，凝膠表面不平整，表面的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞。未添加輔料組在0次凍融時(shí)，表面不平整，結(jié)構(gòu)粗糙，為團(tuán)簇狀，未形成完整的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；3次凍融后，表面平整，無明顯的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；6次凍融后，表面平整，但形成了小氣泡，結(jié)構(gòu)被破壞。添加輔料組在凍融循環(huán)過程中，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在第6次凍融循環(huán)后被破壞，但仍有致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；而未添加輔料組未凍融時(shí)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)已雜亂、疏松。SPI、木薯淀粉及TG能捕獲更多的游離水，減少水分等物質(zhì)流失，降低蒸煮過程中的損失，且能夠形成致密的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。魚糜凝膠的微觀結(jié)構(gòu)和峰面積比例的變化驗(yàn)證了上述魚糜配方優(yōu)化的可行性。

圖11 不同處理?xiàng)l件下鰱魚魚糜凝膠微觀結(jié)構(gòu)變化

3 結(jié)論

試驗(yàn)綜合評(píng)價(jià)了魚糜食用品質(zhì)(蒸煮損失、持水性、白度、凝膠強(qiáng)度)，確定了當(dāng)大豆分離蛋白添加量4%、木薯淀粉添加量9%以及轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶添加量4 U/g·蛋白時(shí)，可有效地增加魚糜的持水性，降低蒸煮損失，且不會(huì)使魚糜帶有大豆分離蛋白的淡黃色，同時(shí)提高了魚糜的凝膠強(qiáng)度。通過低場(chǎng)核磁共振和掃描電鏡驗(yàn)證此配方能保護(hù)魚糜在凍融循環(huán)過程中凝膠結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。試驗(yàn)為魚糜重組制品的配方優(yōu)化提供了新的思路，為工業(yè)化生產(chǎn)提供了科學(xué)依據(jù)。但在此基礎(chǔ)上能否以降低成本為目的，對(duì)魚糜制品配方進(jìn)一步優(yōu)化，使其達(dá)到與目前組合使用時(shí)的效果有待進(jìn)一步研究。