燕麥β-葡聚糖對肌原纖維蛋白乳化和凝膠特性的影響

姜 帥， 曹傳愛， 康 輝， 孔保華， 劉 騫,*

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150030；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科技學(xué)院/國家肉品質(zhì)量安全控制工程技術(shù)研究中心， 江蘇 南京 210095)

肌原纖維蛋白(myofibrillar protein, MP)具有特殊的功能特性和營養(yǎng)價值，如乳化性和凝膠性等對產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)、風(fēng)味和營養(yǎng)起著重要的作用。在肉及肉制品加工過程中，由于不當(dāng)?shù)募庸ぬ幚?、運(yùn)輸及貯藏等，常需要添加食品膠來改善肌原纖維蛋白的乳化和凝膠特性，促使肌原纖維蛋白在加熱后形成良好的三維凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并充分乳化脂肪[1-2]，從而提高產(chǎn)品營養(yǎng)價值和改善風(fēng)味，同時還能顯著提高產(chǎn)品產(chǎn)量[3]。

燕麥β-葡聚糖是由葡萄糖通過β-D-(1→3)糖苷鍵及β-D-(1→4)糖苷鍵形成的單一單糖線性大分子[4]。燕麥β-葡聚糖具有優(yōu)良的生物活性，具有降血糖、降血脂、調(diào)節(jié)腸道菌群及提高免疫功能等功效；并且燕麥β-葡聚糖富含膳食纖維，不易被人體消化[5]，作為食品配料添加不會造成機(jī)體負(fù)擔(dān)。另外，燕麥β-葡聚糖還具有良好的凝膠性、持水性、增稠性、持油性等，在水中溶解后可以形成較強(qiáng)黏性的溶液，具有良好的黏彈性[6]。燕麥β-葡聚糖具有良好的乳化性，β-葡聚糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，越能有效阻礙乳狀液中液滴的聚集[7]。此外，燕麥β-葡聚糖具有一定的凝膠性，能顯著降低乳濁液中油相和水相界面的表面張力[8]。

燕麥β-葡聚糖在香腸、肉丸及牛肉等肉制品中具有廣泛應(yīng)用前景，少量β-葡聚糖填入大量肉蛋白凝膠結(jié)構(gòu)中，可以增強(qiáng)產(chǎn)品保水保油率，降低凝膠孔洞，提高切片性，同時，β-葡聚糖還可以增強(qiáng)肉蛋白凝膠結(jié)構(gòu)的緊實(shí)感和細(xì)膩感[9-11]。Huang等[9]研究發(fā)現(xiàn)在香腸中添加燕麥纖維，香腸品質(zhì)特性明顯改善，表現(xiàn)出良好的保水性、保油性。目前，關(guān)于燕麥β-葡聚糖的提取方法、結(jié)構(gòu)特性及理化特性等方面的研究較多[12-14]，而對其在肉制品中應(yīng)用機(jī)制方面的研究較少。本實(shí)驗(yàn)將燕麥β-葡聚糖添加到肌原纖維蛋白中形成復(fù)合體系，通過對復(fù)合乳狀液的乳化特性、粒徑分布、ζ-電位的測定，以及加熱過程中對復(fù)合凝膠的持水性、凝膠強(qiáng)度、白度值、流變特性和微觀結(jié)構(gòu)的測定，研究燕麥β-葡聚糖的添加對肌原纖維蛋白乳化和凝膠特性的影響，闡述β-葡聚糖與肌原纖維蛋白的相互作用機(jī)制，為燕麥β-葡聚糖提高肉制品的加工品質(zhì)和食用價值提供理論和應(yīng)用指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豬背部最長肌，市售；燕麥β-葡聚糖，江蘇金河源生物工程有限公司；氯化鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、氯化鎂、EGTA等，分析純，上海國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

T18型勻漿機(jī)，德國IKA公司；FE20K型pH計(jì)，上海梅特勒- 托利多儀器設(shè)備有限公司；Nano ZS型動態(tài)光散射儀、Malvern 2000型激光粒度散射儀，英國馬爾文公司；722型可見光分光光度計(jì)，上海精科儀器設(shè)備有限公司；ZE- 6000型色差計(jì)，日本色電工業(yè)株式會社；TGL- 21M 型高速冷凍離心機(jī)，湖南長沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司；AL- 104型精密電子天平，常州萬泰天平儀器有限公司；MC- SH2115型電磁爐，廣州美的生活電器制造有限公司；DK- 98- 1型電熱恒溫水浴鍋，天津泰斯特儀器有限公司；TA- XT plus型質(zhì)構(gòu)分析儀，英國Stable Micro System公司；Discovery DHR- 1型流變儀，美國TA 儀器公司；S- 3400N型掃描電子顯微鏡，日本日立公司；PQ001型臺式NMR分析儀，上海紐邁電子有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1肌原纖維蛋白的提取

豬背部最長肌，首先去除血污、結(jié)締組織和肌膜，具體操作參考Xiong等[15]的方法。采用雙縮脲法測肌原纖維蛋白的含量，將提取好的肌原纖維蛋白放置在4 ℃的冰箱備用。

1.3.2肌原纖維蛋白-燕麥β-葡聚糖復(fù)合乳狀液乳化能力測定

1.3.2.1 復(fù)合乳狀液的制備

將肌原纖維蛋白溶于磷酸緩沖液(0.6 mol/L NaCl，50 mmol/L Na2HPO4/NaH2PO4，pH值 6.5)配置成10 mg/mL肌原纖維蛋白溶液，分別將質(zhì)量分?jǐn)?shù)0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%的燕麥β-葡聚糖加入到等量的肌原纖維蛋白溶液中，攪拌混勻進(jìn)行乳化能力相關(guān)指標(biāo)的測定。

1.3.2.2 復(fù)合乳狀液乳化活性及乳化穩(wěn)定性測定

復(fù)合肌原纖維蛋白乳化活性(emulsifying activity index, EAI)和乳化穩(wěn)定性(emulsifying stability index, ESI)，計(jì)算見式(1)、式(2)[16]。

(1)

(2)

式(1)、式(2)中，EAI，m2/g；ρ為初始溶液中蛋白質(zhì)量濃度，g/mL；φ為油相體積分?jǐn)?shù)，0.2%；A500為500 nm波長處的吸光度；di為稀釋倍數(shù)；A0、A10為乳狀液在0、10 min的吸光度。

1.3.2.3 復(fù)合乳狀液粒徑大小及分布的測定

參照Diao等[17]的方法略作改動。不同燕麥β-葡聚糖添加量的復(fù)合乳狀液，室溫下(約25 ℃)使用Malvern 2000 型激光粒度散射儀測定粒徑大小及分布情況，每個樣品測量3次取平均值。

1.3.2.4 復(fù)合蛋白乳狀液ζ-電位測定

樣品在測定前用蒸餾水稀釋，室溫下(約25 ℃)采用Nano ZS型動態(tài)光散射儀測定，每個樣品測量3次取平均值[18]。

1.3.3肌原纖維蛋白-燕麥β-葡聚糖復(fù)合凝膠凝膠能力測定

1.3.3.1 復(fù)合凝膠的制備

肌原纖維蛋白溶于磷酸緩沖液(0.6 mol/L NaCl，50 mmol/L Na2HPO4/NaH2PO4，pH值6.5)，在40 mg/mL肌原纖維蛋白中，分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%的燕麥β-葡聚糖。二者充分混合后，取出約5 g混合物放入核磁管中，同時取10 g混合物放入25 mm×40 mm凝膠瓶中，凝膠瓶和核磁管均于80 ℃水溶鍋中加熱20 min，取出冷卻，4 ℃貯藏后進(jìn)行凝膠指標(biāo)測定。

1.3.3.2 復(fù)合凝膠持水性的測定

參照文獻(xiàn)[19]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，重復(fù)3次，根據(jù)式(3)計(jì)算凝膠持水性(water holding capacity, WHC)。

(3)

式(3)中，m為離心管質(zhì)量，g；m1為離心前凝膠和離心管總質(zhì)量，g；m2為離心后凝膠和離心管總質(zhì)量，g。

1.3.3.3 復(fù)合凝膠強(qiáng)度的測定

參考Xue等[20]的方法并略作修改。物性分析儀測量參數(shù)如下：探頭型號P/0.5，下壓距離50%，觸發(fā)力0.049 N，測試速率2 mm/s，測試前后速率均為5 mm/s。每個樣品進(jìn)行3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

1.3.3.4 復(fù)合凝膠白度值的測定

測定凝膠的色差，即L*值、a*值、b*值。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，按照Park[21]的方法計(jì)算白度值(whiteness，W)，見式(4)。

W=100-[(100-L*)2+a*2+b*2]1/2。

(4)

1.3.3.5 復(fù)合凝膠內(nèi)部水分的測定

參考Han等[22]的方法，將放有復(fù)合凝膠的核磁管置于LF- NMR分析儀中，質(zhì)子共振頻率為22.6 MHz，使用 Carr- Purcell- Meiboom- Gill (CPMG) 程序測定肉樣中的橫向弛豫時間(T2)，τ-值(間隔時間為90脈沖到180脈沖)為200 μs，重復(fù)掃描32次，重復(fù)間隔時間為6.5 s，得到12 000個回波，得到的圖形為指數(shù)衰減圖形，實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

1.3.3.6 動態(tài)流變學(xué)測定

采用TA流變儀進(jìn)行測試，參數(shù)為上下板夾縫0.5 mm，頻率0.1 Hz，應(yīng)變2%，以1 ℃/min從20 ℃升溫到80 ℃[23]，實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

1.3.3.7 復(fù)合凝膠微觀結(jié)構(gòu)的測定

采用掃描電子顯微鏡對凝膠的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察[23]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)采用 SigmPlot 12.5軟件繪圖，用Statistix 8.1 軟件包進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，每個實(shí)驗(yàn)樣品重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 燕麥β-葡聚糖對肌原纖維蛋白乳化能力的影響

2.1.1燕麥β-葡聚糖對復(fù)合乳狀液乳化活性和穩(wěn)定性的影響

燕麥β-葡聚糖對復(fù)合乳狀液乳化能力的影響如圖1，隨著燕麥β-葡聚糖添加量的增加，肌原纖維蛋白乳化活性和乳化穩(wěn)定性均呈現(xiàn)顯著增加趨勢(P<0.05)，即乳化能力得到明顯的改善。燕麥β-葡聚糖作為一種良好的乳化劑，與蛋白質(zhì)在油水界面的擴(kuò)散、吸附和排列存在一定的關(guān)系。當(dāng)燕麥β-葡聚糖添加量為0.2%時，其乳化活性較對照組提高了18.90%，說明添加燕麥β-葡聚糖后復(fù)合乳狀液的乳化活性明顯增強(qiáng)；當(dāng)燕麥β-葡聚糖添加量為1.0%時，復(fù)合乳狀液的乳化活性是對照組的2.01倍。

不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。圖1 燕麥β-葡聚糖對MP乳狀液乳化活性和穩(wěn)定性的影響Fig.1 Effects of oat β-glucan on emulsifying activity and emulsifying stability of myofibrillar protein emulsions

當(dāng)燕麥β-葡聚糖添加量為0.2%時，其乳化穩(wěn)定性較對照組提高了15.36%，說明添加燕麥β-葡聚糖后復(fù)合乳狀液的乳化穩(wěn)定性增強(qiáng)；而燕麥β-葡聚糖添加量為1.0%時，復(fù)合乳狀液的乳化穩(wěn)定性是對照組的1.90倍。這可能是由于燕麥β-葡聚糖對疏水性物質(zhì)有著良好的包容性，在肌原纖維蛋白乳狀液油水界面上，增加了靜電斥力的作用，進(jìn)一步阻止脂肪滴的聚集，抑制蛋白質(zhì)的沉淀，保持乳狀液體系的穩(wěn)定。李媛媛等[24]發(fā)現(xiàn)在肌原纖維蛋白中添加阿拉伯樹膠后，能顯著提高復(fù)合乳狀液的乳化活性和穩(wěn)定性。同樣，費(fèi)立天[25]研究表明添加高濃度的瓜爾膠和黃原膠后，復(fù)合乳狀液的穩(wěn)定性要高于肌原纖維蛋白乳狀液組。

2.1.2燕麥β-葡聚糖對復(fù)合乳狀液粒徑的影響

燕麥β-葡聚糖對復(fù)合乳狀液粒徑大小和分布的影響如圖2，對照組乳狀液大粒徑液滴分布廣，小粒徑液滴分布較小。隨著燕麥β-葡聚糖添加量的增加，復(fù)合乳狀液的粒徑分布有向小粒徑區(qū)域移動的趨勢?？赡苡捎谘帑湨?葡聚糖對植物油有著良好的包容性，吸附在油脂分子表面，減少油脂分子間的聚集，進(jìn)而降低乳狀液的顆粒大小，對復(fù)合體系的乳化穩(wěn)定性有著良好的提高作用。體積分布的變化和粒徑大小的變化結(jié)果相似，肌原纖維蛋白的粒徑分布為偏態(tài)分布，對照組乳狀液中顆粒平均粒徑最大，可能發(fā)生了蛋白質(zhì)的絮凝和聚集；添加燕麥β-葡聚糖后，乳狀液的粒徑分布發(fā)生明顯改變，導(dǎo)致乳狀液體系向小粒徑方向移動，穩(wěn)定性增強(qiáng)。李媛媛等[24]研究表明添加阿拉伯樹膠后，肌原纖維蛋白復(fù)合乳狀液顆粒表面電荷量增加，由于靜電斥力作用，顆粒之間彼此難以靠近，從而乳狀液的物理穩(wěn)定性明顯增加。Piriyaprasarth等[26]發(fā)現(xiàn)，多糖- 蛋白復(fù)合物可用于改善水包油乳狀液的物理穩(wěn)定性，由于果膠- 蛋白復(fù)合物在油滴表面形成了一層厚而致密的界面層，從而使乳狀液體系具有較強(qiáng)的物理穩(wěn)定性，防止乳狀液的聚集和聚結(jié)。

圖2 燕麥β-葡聚糖對MP乳狀液粒徑分布的影響Fig.2 Effects of oat β-glucan on particle size distribution of myofibrillar protein emulsions

2.1.3燕麥β-葡聚糖對復(fù)合乳狀液ζ-電位的影響

ζ-電位是評價乳狀液穩(wěn)定程度的一個重要指標(biāo)，ζ-電位絕對值越大表明乳狀液滴穩(wěn)定性越好，液滴之間排斥力大于吸引力，分散體系穩(wěn)定而不發(fā)生凝結(jié)，乳狀液抵抗聚集和絮凝的能力越強(qiáng)。研究表明，在多糖和蛋白質(zhì)復(fù)合體系中，多糖可以和蛋白質(zhì)通過靜電相互作用形成絡(luò)合物或者發(fā)生共價交聯(lián)形成永久性復(fù)合物，從而影響乳狀液的物理穩(wěn)定性。

肌原纖維蛋白- 燕麥β-葡聚糖復(fù)合乳狀液顯示高度的負(fù)ζ-電位，樣品的ζ-電位均為負(fù)值，見圖3。對照組的ζ-電位為-15.57 mV，添加燕麥β-葡聚糖組的ζ-電位絕對值均高于對照組，隨著燕麥β-葡聚糖添加量的增加，ζ-電位的絕對值呈現(xiàn)顯著增加的趨勢。在添加量為0.8%時，ζ-電位的絕對值達(dá)到29.93 mV，與對照組相比增加了92.23%。燕麥β-葡聚糖增加肌原纖維蛋白乳狀液的ζ-電位絕對值，可能是二者之間產(chǎn)生靜電相互作用，導(dǎo)致電位變化。有研究表明，將多糖添加到蛋白質(zhì)乳狀液中，能夠抑制液滴運(yùn)動，增加乳狀液的黏度，提高界面蛋白的吸附作用，從而增強(qiáng)乳狀液的物理穩(wěn)定性[27]。

不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。圖3 燕麥β-葡聚糖對MP乳狀液ζ-電位的影響Fig.3 Effects of oat β-glucan on ζ-potential of myofibrillar protein emulsions

2.2 燕麥β-葡聚糖對肌原纖維蛋白凝膠能力的影響

2.2.1燕麥β-葡聚糖對復(fù)合凝膠凝膠特性的影響

表1顯示，燕麥β-葡聚糖添加組的持水性顯著高于未添加的對照組(P<0.05)，隨著燕麥β-葡聚糖添加量的增加，復(fù)合蛋白凝膠的持水性均呈顯著增加趨勢(P<0.05)。當(dāng)燕麥β-葡聚糖添加量為0.2%時，其凝膠強(qiáng)度較對照組提高了5.60%，說明添加燕麥β-葡聚糖后凝膠的持水性增強(qiáng)，但燕麥β-葡聚糖添加量較少(0.2%)時差異不顯著(P>0.05)；而燕麥β-葡聚糖添加量從0.2%增加至1.0%時，復(fù)合凝膠強(qiáng)度增加了27.02%。燕麥β-葡聚糖結(jié)構(gòu)類似于可得然膠，由于燕麥β-葡聚糖其晶體結(jié)構(gòu)中含有大量氫鍵，在加熱過程中，推測燕麥β-葡聚糖顆粒吸水膨脹填充進(jìn)蛋白質(zhì)三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，從而減少蛋白質(zhì)熱誘導(dǎo)凝膠形成過程中的水分損失，提高凝膠持水性能，這也與左淑榮[28]的研究結(jié)果相一致。

表1 燕麥β-葡聚糖對MP凝膠持水性、 凝膠強(qiáng)度和白度值的影響Tab.1 Effects of oat β-glucan on water holding capacity, gel strength and whiteness of myofibrillar protein gels

數(shù)據(jù)表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(n=3)。同一列中不同字母表示差異顯著(P<0.05)；1 gf表示0.009 8 N。

從表1可以看出，燕麥β-葡聚糖添加組的凝膠強(qiáng)度均顯著高于未添加的對照組(P<0.05)，并且，隨著燕麥β-葡聚糖添加量的增加，復(fù)合蛋白凝膠強(qiáng)度呈現(xiàn)顯著增加的趨勢(P<0.05)。其中，添加1.0%的燕麥β-葡聚糖的復(fù)合凝膠變化最為顯著(P<0.05)。當(dāng)燕麥β-葡聚糖添加量為0.2%時，其凝膠強(qiáng)度較對照組提高了41.92%；而燕麥β-葡聚糖添加量從0.2%增加至1.0%時，凝膠強(qiáng)度增加了17.96%。推測燕麥β-葡聚糖加熱吸水溶脹形成水溶膠，螺旋間距離較大作用力弱，可以與肌原纖維蛋白等大分子通過相互作用緊密結(jié)合，形成了更加致密穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)凝膠強(qiáng)度，這也與左淑榮[28]研究結(jié)果相一致。劉騫等[29]研究發(fā)現(xiàn)，添加可得然膠- 卡拉膠復(fù)配物也可以顯著增強(qiáng)肌原纖維蛋白的凝膠強(qiáng)度。

由表1可知，添加燕麥β-葡聚糖的凝膠白度值均顯著高于未添加的對照組，隨著燕麥β-葡聚糖添加量的增加，凝膠白度值呈現(xiàn)顯著增加的趨勢(P<0.05)?？赡苡捎谀z內(nèi)部水分含量多少與L*呈正相關(guān)，水分的增加增強(qiáng)了光的反射作用，其對白度值的影響較大[30]。然而Piero等[10]添加燕麥β-葡聚糖到低脂牛肉產(chǎn)品中，發(fā)現(xiàn)燕麥β-葡聚糖能顯著提高產(chǎn)品的水分，而對產(chǎn)品的色澤無明顯影響。

2.2.2燕麥β-葡聚糖對復(fù)合凝膠內(nèi)部水分分布的影響

LF- NMR可以直觀地反映蛋白凝膠內(nèi)部水分的相對分布狀態(tài)，間接推斷蛋白質(zhì)熱變性過程中自由水、不易流動水和結(jié)合水的遷移規(guī)律，從而預(yù)測燕麥β-葡聚糖和肌原纖維蛋白在加熱形成凝膠過程中二者的結(jié)合作用。不同添加量的燕麥β-葡聚糖與肌原纖維蛋白形成復(fù)合蛋白凝膠的過程變化如圖4，蛋白凝膠的核磁衰減信號被擬合為3個峰，出現(xiàn)在5.20～6.93 ms、407.73～556.60 ms、1 342.62～1 622.69 ms之間，分別為存在的結(jié)合水(T2b)、不易流動水(T21)和自由水(T22) 的分布，即肌原纖維蛋白凝膠內(nèi)部水分的結(jié)合情況和自由移動程度。

圖4 燕麥β-葡聚糖對MP凝膠橫向弛豫時間分布的影響Fig.4 Effects of oat β-glucan on relaxation time distribution of myofibrillar protein gels

低場核磁圖像中弛豫時間(T)能顯著地反映出這3種水分群在凝膠中的分布，而峰面積百分?jǐn)?shù)(P)反映各種狀態(tài)水分的相對比例，二者結(jié)合闡明蛋白凝膠不同狀態(tài)水分間的遷移和變化情況。隨著燕麥β-葡聚糖添加量的增加，T21和T22呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(P<0.05)，然而對T2b無顯著影響(P>0.05)。同時，弛豫時間對應(yīng)的P(T21)顯著增加，P(T22)顯著降低(P<0.05)，而P(T2b)沒有顯著性變化(P>0.05)(見表2)。這表明隨著燕麥β-葡聚糖的添加，凝膠中不易流動水和自由水均有向弛豫時間快的方向(即結(jié)合水方向)移動的趨勢，使得這部分水分的移動性減弱，并且隨著燕麥β-葡聚糖添加量的增加顯著加快(P<0.05)，同時由于結(jié)合水與肉蛋白緊密結(jié)合，添加燕麥β-葡聚糖后結(jié)合水不發(fā)生遷移變化。加熱過程中肌球蛋白適度變性展開并形成隨機(jī)線性結(jié)構(gòu)，燕麥β-葡聚糖分散液發(fā)生吸水溶脹，參與肌球蛋白頭部聚集過程，形成致密的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過形成大量氫鍵來束縛更多的水分子[31]，燕麥β-葡聚糖與大量的自由水通過氫鍵結(jié)合，使體系中自由水向不易流動水方向移動。Liu等[11]發(fā)現(xiàn)在豬肉丸中添加燕麥β-葡聚糖，能夠使豬肉丸孔洞較少、表面光滑，肉丸持水性明顯增加。

表2 燕麥β-葡聚糖對MP凝膠橫向弛豫時間和峰面積百分?jǐn)?shù)的影響Tab.2 Effects of oat β-glucan on relaxation time distribution and peak area fraction of myofibrillar protein gels

數(shù)據(jù)表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(n=3)。同一列中不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.2.3燕麥β-葡聚糖對復(fù)合凝膠流變特性的影響

動態(tài)流變學(xué)特性可以反映受熱過程中肌原纖維蛋白熱聚集變性過程，添加燕麥β-葡聚糖到肌原纖維蛋白中，檢測其動態(tài)流變行為，見圖5。從圖5可知，肌原纖維蛋白的G′(儲能模量)在加熱初時呈逐漸升高的趨勢，主要由于肌球蛋白頭部的結(jié)合，凝膠初步形成；在50 ℃時達(dá)到最大，之后急劇下降；而隨著溫度的進(jìn)一步升高，肌球蛋白尾部開始展開，頭部的結(jié)合也逐漸松散，引起G′持續(xù)下降[23]；在58 ℃時最低。隨后的加熱過程中G′又急劇上升，蛋白質(zhì)完全變性，凝膠網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)步形成。

圖5 燕麥β-葡聚糖對MP凝膠G′和G″影響Fig.5 Effects of oat β-glucan on G′ and G″ of myofibrillar protein gels

G′代表蛋白凝膠的彈性部分，從圖5(a)可以看出，加熱至80 ℃時，MP對應(yīng)的G′為130.799 0 Pa，不同添加量的燕麥β-葡聚糖的G′分別為148.716 0、171.383 0、210.314 0、250.041 0、290.345 0 Pa，燕麥β-葡聚糖的添加能顯著提高肌原纖維蛋白的彈性模量(P<0.05)，且隨著添加量增加與彈性模量呈正相關(guān)。燕麥β-葡聚糖的添加使得形成熱凝膠過程中分子間的交聯(lián)結(jié)構(gòu)趨于致密。大多數(shù)的肌球蛋白分子在適度變性過程中可能展開并形成隨機(jī)線性結(jié)構(gòu)，它可以增加蛋白質(zhì)聚集體之間的聚集和交叉連接; 同時，在蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中存在的一些變性蛋白的沉積也可以增強(qiáng)凝膠基質(zhì)，因此形成空間穩(wěn)固的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[32]。由于在蛋白質(zhì)加熱形成凝膠過程中，燕麥β-葡聚糖分子受熱吸水溶脹，結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，同時，肌球蛋白尾部的螺旋被打開向線圈結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，解開的蛋白質(zhì)又再次聚集、交聯(lián)，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在此過程中燕麥β-葡聚糖可能會與肌原纖維蛋白發(fā)生相互作用。

G″(損耗模量)代表蛋白凝膠的黏性部分，添加燕麥β-葡聚糖后G″與G′的變化趨勢相似，能顯著提高蛋白凝膠的黏性。加熱可促使燕麥β-葡聚糖三螺旋的尾端松動，分子間的氫鍵相互作用減弱，結(jié)構(gòu)疏松的水分子自由度增加，從而使凝膠黏性增加。Zhuang等[33]發(fā)現(xiàn)，添加親水膠體和多糖可以使蛋白體系具有更高的表觀黏度，在隨后的加熱過程中，肌原纖維蛋白由溶膠(黏性)狀態(tài)逐漸發(fā)展為凝膠(彈性)狀態(tài)，此外，在整個加熱過程中，G′值始終高于G″值，這表明復(fù)合肌原纖維蛋白凝膠的類固相力學(xué)行為，即形成的凝膠是以彈性為主的高彈性凝膠，這也與前文中添加燕麥β-葡聚糖對凝膠強(qiáng)度的影響結(jié)果相一致。

2.2.4燕麥β-葡聚糖對復(fù)合凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響

凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是決定凝膠強(qiáng)度和WHC的重要因素。圖6為通過掃描電子顯微鏡觀察到的復(fù)合凝膠微觀結(jié)構(gòu)，MP凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨于松散，蛋白交聯(lián)較稀疏，存在較大的孔洞。而添加燕麥β-葡聚糖后，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨于致密均勻，蛋白交聯(lián)較緊密，孔洞較細(xì)小。肌原蛋白凝膠基質(zhì)具有較完整的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而燕麥β-葡聚糖有著良好的吸水性，可通過毛細(xì)作用將游離的水分束縛進(jìn)凝膠結(jié)構(gòu)中，形成較致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[28]。Liu等[11]在研究燕麥β-葡聚糖對豬肉丸的影響時，發(fā)現(xiàn)添加燕麥β-葡聚糖后的豬肉丸表面會變得更加的光滑、細(xì)膩，電鏡觀察凝膠孔洞減少，結(jié)構(gòu)更加致密。Wu等[34]研究可得然膠的分子結(jié)構(gòu)及其凝膠機(jī)制時，發(fā)現(xiàn)可得然膠分子絕大部分呈三螺旋構(gòu)象，螺旋鏈與蛋白膠束纏繞構(gòu)成凝膠網(wǎng)絡(luò)。馮美琴等[35]研究發(fā)現(xiàn)，由于亞麻籽膠本身具有增稠填充的效果，通過電鏡觀察可知，亞麻籽膠的加入可以使蛋白凝膠結(jié)構(gòu)更加緊密。

圖6 燕麥β-葡聚糖對MP凝膠結(jié)構(gòu)的影響Fig.6 Effects of oat β-glucan on structure of myofibrillar protein gels

2.2.5相關(guān)性分析

圖7為采用R語言對肌原纖維蛋白的凝膠強(qiáng)度、白度值、持水性、G′、乳化穩(wěn)定性(ESI和EAI)和水分的動態(tài)分布(T21和P(T21)) 進(jìn)行的相關(guān)性分析。由圖7可知，T21與ESI、EAI、持水性、凝膠強(qiáng)度和白度值呈顯著的負(fù)相關(guān)，與電勢呈顯著的正相關(guān)。隨著燕麥β-葡聚糖添加量的增加，肌原纖維蛋白復(fù)合乳狀液的ESI、EAI顯著增加，所以乳化活性和乳化穩(wěn)定性提高；肌原纖維蛋白復(fù)合凝膠的持水性、凝膠強(qiáng)度、白度值、儲能模量和T21顯著增加，即蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中束縛的水分子相對增加，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)趨于致密，從而使凝膠強(qiáng)度顯著增大，這也與我們微觀觀察結(jié)果相一致。

圖7 肌原纖維蛋白各理化指標(biāo)間的相關(guān)性分析Fig.7 Correlation analysis of physical and chemical indexes of myofibrillar protein

3 結(jié) 論

在肌原纖維蛋白體系中添加燕麥β-葡聚糖，可顯著提高肌原纖維蛋白的乳化活性和穩(wěn)定性；同時，顯著增加了凝膠保水性、凝膠強(qiáng)度和白度值，縮短凝膠的弛豫時間并束縛更多的水分，提高凝膠的儲能模量和損失模量，凝膠結(jié)構(gòu)也顯著改善，趨于致密均勻。研究為燕麥β-葡聚糖在肉制品中的充分利用提供了一定的理論依據(jù)。