木薯淀粉對櫛孔扇貝閉殼肌凝膠特性的改善作用

米紅波， 李 巖， 李政翰， 李學鵬， 劉 賀， 勵建榮

(渤海大學 食品科學與工程學院/國家魚糜及魚糜制品加工技術研發(fā)分中心/生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心， 遼寧 錦州 121013)

櫛孔扇貝是一種重要的養(yǎng)殖經濟貝類，主要分布于黃海北部與渤海沿岸[1]。櫛孔扇貝是我國北方主要養(yǎng)殖貝類之一,在我國海水養(yǎng)殖業(yè)中占有重要地位,也是出口創(chuàng)匯的支柱產品[2]。2017年，我國海水養(yǎng)殖面積2 084.08 khm2，其中貝類養(yǎng)殖面積為1 286.77 khm2，占比超過60%；我國貝類養(yǎng)殖總量為1 437.13萬t，扇貝產量為200.75萬t，比2016年增加8.52%[3]。目前，對櫛孔扇貝的研究主要集中在養(yǎng)殖[4]和遺傳育種[5]方面，而對其閉殼肌營養(yǎng)成分的報道較少；同時，由于扇貝產地較為集中，且不易運輸，扇貝主要以鮮食或制成干制品進行銷售，加工技術粗獷，產品單一，深加工比例較低[6]。

魚糜制品是以新鮮魚肉或冷凍魚糜為原料，加入食鹽、調味品等輔料，經斬拌、凝膠化等工藝流程制成的凝膠狀食品[7]。目前，已有報道各種外源添加物或新型加工工藝對不同魚種的魚糜凝膠特性的影響，為水產重組制品的開發(fā)提供了新的思路。例如，結冷膠可以作為活性填料填充在魚糜凝膠網絡中從而增強鯛魚魚糜的凝膠強度[8]；膳食纖維具有良好的膨脹性和吸水性，添加6%的長鏈纖維素可以改善阿拉斯加鱈魚魚糜的色澤和質地，還可以增加魚糜的黏彈性[9]。扇貝作為一種高蛋白、低脂肪的海產食品，有望加工成貝肉糜及各種貝類調理食品，以合理利用這一優(yōu)質蛋白資源，開發(fā)新型的精深加工產品。

淀粉是魚糜加工過程中最常見的外源添加物，既可提高魚糜的凝膠強度，又可降低生產成本。添加淀粉可有效提高魷魚魚糜的凝膠強度和持水性[10]；馬鈴薯淀粉既可以提高草魚魚糜的凝膠強度和質構特性，還可以改善冷凍的阿拉斯加鱈魚魚糜的凝膠特性[11-12]。對扇貝肉糜凝膠特性的分析及改善，以及淀粉對扇貝肉糜凝膠特性的影響少見報道。

本研究以櫛孔扇貝閉殼肌為原料，對其營養(yǎng)成分進行初步測定，同時，根據預實驗結果，從3種淀粉(木薯淀粉、馬鈴薯淀粉、玉米淀粉)中選取改善貝糜凝膠強度效果最好的木薯淀粉進行實驗；研究木薯淀粉對櫛孔扇貝閉殼肌肉糜凝膠強度、持水性、質構特性、白度、蛋白組成和微觀結構的影響，希望為扇貝精深加工提供理論依據，以促進貝類資源的利用，豐富水產品市場。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

櫛孔扇貝，購自錦州市林西街水產市場；木薯淀粉、食鹽，購于錦州萬達商場萬維超市；PVC腸衣，購于強大飲食包裝機械公司；氫氧化鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、戊二醛、無水乙醇、丙烯酰胺等均為分析純。

1.2 儀器與設備

L- 8900型氨基酸自動分析儀，日本日立公司；UMC5型真空斬拌機,德國Stephan公司；VULCAN.3- 550PD型馬弗爐,美國Vulcan公司； UV- 2100型紫外可見分光光度計，日本Shimadzu公司；Forma702型- 80℃超低溫冰箱，美國TA公司；CM1850型冷凍切片機，德國 Leica公司；Eclipse Ti- S型正置顯微鏡，日本Nikon公司；S- 4800型場發(fā)射掃描電鏡，日本Hitachi公司；CR- 400型柯尼卡色差計，日本 Konica Minolta Holdings公司； TA.XT Plus型質構儀，英國Stable Micro Systems公司。

1.3 實驗方法

1.3.1基本營養(yǎng)成分的測定

水分的測定：參照GB/T 5009.3—2016《食品中水分的測定》中的常壓干燥法。粗蛋白的測定：參照GB/T 5009.5—2016《食品中蛋白質的測定》中的微量凱氏定氮法?；曳值臏y定：參照GB/T 5009.4—2016《食品中灰分的測定》中的高溫灼燒法。粗脂肪的測定：參照GB/T 5009.6—2016《食品中脂肪的測定》中的索氏抽提法。

1.3.2氨基酸組成的測定

參照GB/T 5009.124—2016，樣品經鹽酸水解后用氨基酸自動分析儀測定。

1.3.3櫛孔扇貝肉糜凝膠的制備

櫛孔扇貝去殼、去內臟后用蒸餾水清洗干凈，瀝干備用。將處理好的櫛孔扇貝閉殼肌放入真空斬拌機空斬5 min，加入質量分數2.5%的食鹽鹽斬2.5 min。對照組不添加淀粉，實驗組分別添加質量分數為1%、2%、3%、4%的木薯淀粉，調節(jié)水分含量至81%，繼續(xù)斬拌3 min，整個過程溫度保持在10 ℃以下。將斬拌好的肉糜擠入直徑為25 mm的腸衣中，封口后在40 ℃下加熱30 min，90 ℃下加熱20 min。將貝糜凝膠樣品放入冰水中冷卻15 min，置于4 ℃冰箱冷藏，待測。

1.3.4凝膠強度的測定

將貝糜凝膠樣品切成2.5 cm×2.5 cm的圓柱體，使用質構儀的球形金屬探頭P/0.5S進行穿刺實驗，測試速率：1 mm/s，下壓高度：15 mm，觸發(fā)力：0.098 N。

1.3.5凝膠持水性的測定

將樣品切成4 mm左右的薄片稱重(m)，用三層濾紙包裹樣品，置于50 mL離心管中，5 000 r/min離心15 min，取出樣品再次稱重(m1)。持水性計算方法見式(1)。

(1)

1.3.6質構特性的測定

樣品前處理同1.3.4方法，選用P/50柱形探頭。測定條件：測試速率1 mm/s，壓縮形變40%，觸發(fā)力0.049 N，獲得樣品的硬度、黏聚性、彈性、咀嚼性等質構參數。

1.3.7白度的測定

樣品前處理同1.3.4方法，使用CR- 400色彩色差計測定樣品的L*(亮度)、a*(紅綠度)和b*(黃藍度)值，每組樣品平行測定5次，采用式(2)計算白度值。

(2)

1.3.8十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳分析

凝膠電泳(SDS- PAGE)分析參照文獻[13]的方法，并略加修改。稱取貝糜凝膠2 g，切碎后加入18 mL 5% SDS溶液，均質2 min，85 ℃下加熱45 min，冷卻至室溫后在10 000 r/min條件下離心10 min，調節(jié)上清液蛋白濃度至3 mg/mL，加入等體積的上樣緩沖液，沸水浴3 min。制膠后上樣5 μL，其中濃縮膠濃度為4%，分離膠濃度為12%，在110 V恒壓下進行實驗。電泳結束后用質量分數0.25%的考馬斯亮藍染色40 min，立即使用脫色液脫色至背景基本無色。

1.3.9光學顯微鏡分析

將樣品切成1 cm×1 cm×1 cm的小立方體，在-80 ℃條件下冷凍1 h，用冷凍切片機將其切成10 μm薄片并放置在載玻片上，利用蘇木精- 伊紅染色法(HE染色)進行染色后，光學顯微鏡放大40倍進行觀察。

1.3.10掃描電子顯微鏡分析

根據文獻[14]的方法，將貝糜凝膠樣品切成邊長5 mm、厚度1 mm左右的正方形小塊，用體積分數2.5%戊二醛溶液固定24 h，然后分別在50%、70%、80%、90%的梯度乙醇中脫水15 min，最后用無水乙醇脫水15 min，重復3次，真空冷凍干燥，噴金后用掃描電鏡觀察貝糜凝膠微觀結構。

1.4 數據處理

利用SPSS 19.0軟件對數據進行方差和顯著性分析，P<0.05表示具有顯著性差異。使用origin 8.5軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 櫛孔扇貝閉殼肌基本營養(yǎng)成分分析

不同種類扇貝閉殼肌的基本營養(yǎng)成分分析結果見表1。新鮮櫛孔扇貝閉殼肌含水量為81.25%，粗蛋白含量為16.68%，粗脂肪含量為2.05%，灰分含量為1.24%。所測含水量高于祝亞輝等[15]分析結果，可能是由于扇貝生長環(huán)境、年齡等因素不同導致的。與其他幾種扇貝相比，櫛孔扇貝閉殼肌含水量較高，粗蛋白含量和粗脂肪含量在幾種扇貝里最高，灰分含量明顯低于其他幾種扇貝，表明櫛孔扇貝是一種高蛋白的貝類，具有很好的開發(fā)前景和經濟價值。

表1 櫛孔扇貝與其他扇貝閉殼肌基本營養(yǎng)組成

2.2 櫛孔扇貝閉殼肌的氨基酸組成分析

櫛孔扇貝閉殼肌氨基酸種類齊全，除色氨酸在酸水解過程中被破壞無法檢測出來外，共測出16種氨基酸(表2)，其中必需氨基酸6種，非必需氨基酸10種。谷氨酸(2.049%)含量最高，其次為甘氨酸(1.431%)、天冬氨酸(1.427%)和賴氨酸(1.229%)，脯氨酸(0.227%)含量最低。氨基酸的總量為13.204%，必需氨基酸含量為4.399%，占氨基酸總量的33.315%。櫛孔扇貝具有獨特鮮美的品質，與其較高含量的呈味氨基酸有關，其含量為5.710%，占氨基酸總量的43.244%。谷氨酸和天冬氨酸是呈鮮味的特征氨基酸，在櫛孔扇貝閉殼肌中分別占氨基酸總量的15.523%和10.807%；甘氨酸、丙氨酸呈甘味。支鏈氨基酸由亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸組成，是必需氨基酸，具有獨特的生理作用，可以降低運動性疲勞，提高運動能力，對肝病也有一定的治療效果[17-18]。

表2 櫛孔扇貝閉殼肌的氨基酸組成及含量

*為必需氨基酸；呈味氨基酸為谷氨酸、天冬氨酸、丙氨酸、甘氨酸、脯氨酸、絲氨酸；支鏈氨基酸為亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸。

2.3 木薯淀粉對貝糜凝膠強度的影響

添加不同質量分數的木薯淀粉對貝糜凝膠強度的影響，實驗結果如圖1。隨著木薯淀粉添加量的增加，櫛孔扇貝肉糜凝膠強度呈先增加后降低的趨勢，當木薯淀粉添加量為1%時，貝糜凝膠強度達到最大值，和對照組相比提高了21%。當木薯淀粉添加量大于3%時，凝膠強度開始下降，淀粉添加量為4%時，貝糜凝膠強度明顯低于對照組(P<0.05)。水產蛋白質在加熱過程中會發(fā)生變性展開，變性或非變性蛋白質之間的相互作用力達到平衡而有序地聚集在一起形成穩(wěn)定的三維網狀空間結構[19]。加入淀粉后，淀粉顆粒受熱會吸水膨脹，可做“填充劑”分布于水產蛋白質網絡結構的空隙中，使凝膠網絡結構更緊密，從而增加凝膠強度[20]。添加超過3%的木薯淀粉導致貝糜凝膠強度降低，可能是因為為了保持貝糜的含水量恒定(81%)，隨著淀粉添加量的增加，水的添加量也隨之增加，但是木薯淀粉的吸水率不高[21]，多余的水分進入貝糜中，在一定程度上降低了蛋白的濃度，導致凝膠變差。Zhang等[22]也發(fā)現淀粉添加量超過3%時會使牛肉- 魚糜復合凝膠的凝膠強度降低，與本實驗結果相似。

不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。圖1 木薯淀粉添加量對貝糜凝膠強度的影響Fig.1 Effects of cassava starch on gel strength ofChlamys farreri puree

2.4 木薯淀粉對貝糜凝膠質構特性的影響

添加不同質量分數的木薯淀粉對貝糜凝膠質構特性的影響，實驗結果見表3。由表3可知，添加木薯淀粉后，櫛孔扇貝肉糜凝膠的彈性和黏聚性無顯著性差異(P>0.05)，說明貝糜在第一次壓縮后可恢復樣品原高度，這也是魚糜凝膠的典型特性[23]。添加1%或2%的木薯淀粉可提高貝糜凝膠的硬度，但是差異不顯著(P>0.05)，而當木薯淀粉添加量大于3%時，貝糜凝膠硬度開始明顯降低(P<0.05)。硬度的變化與所加淀粉的吸水率有關，淀粉吸水率越低，對魚糜硬度影響越小[24]。咀嚼度是硬度、彈性和黏聚性三項的乘積，所以咀嚼度與硬度呈相同趨勢。

表3 木薯淀粉對貝糜凝膠質構特性的影響

不同小寫字母表示同一列數據之間的差異顯著(P<0.05)。

2.5 木薯淀粉對貝糜凝膠持水性的影響

添加木薯淀粉對貝糜凝膠持水性的影響，實驗結果如圖2。持水性是魚糜凝膠的一個重要參數，當樣品的凝膠特性較好時持水性也相對較強[25]。由圖2可知，隨著淀粉添加量的增加，貝糜持水性呈先上升后下降的趨勢，與貝糜凝膠強度變化趨勢一致(圖1)。淀粉添加量為1%時，貝糜凝膠持水性和對照組相比提高了約2.9%(P<0.05)。這是因為在加熱過程中，淀粉吸收了魚糜中的游離水，使其難以析出；同時，吸水膨脹的淀粉顆粒填充在魚糜蛋白質的空隙中，使凝膠網絡結構更加致密，有助于捕獲更多的水。肌球蛋白在交聯之后會形成較為致密的三維網狀結構，這種結構對水分有很強的束縛能力，當樣品表現出較高持水性的時候，說明貝糜對水的束縛能力較強，三維網狀結構也更致密。添加過多淀粉時淀粉顆粒進入貝糜中，阻礙了蛋白質之間的交聯，導致凝膠網絡變得松散，持水性下降[26]。

不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。圖2 木薯淀粉添加量對貝糜持水性的影響Fig.2 Effect of cassava starch on water holding capacity of Chlamys farreri puree

2.6 木薯淀粉對貝糜凝膠白度的影響

白度是水產凝膠的重要指標之一，與淀粉的種類和添加量有關[27]。木薯淀粉對貝糜凝膠白度的影響見圖3。添加1%～4%的木薯淀粉對貝糜白度幾乎沒有影響(P>0.05),可能是因為櫛孔扇貝閉殼肌自身白度較高，而本實驗淀粉添加量較少，所以貝糜凝膠白度變化不顯著。王麗麗等[28]發(fā)現，添加不同種類的淀粉(小麥淀粉、馬鈴薯淀粉、木薯淀粉、交聯淀粉和羥丙基淀粉)均會降低帶魚魚糜的白度，且隨著淀粉添加量的增加，白度值越低。由于淀粉加熱后形成透明澄清的糊漿，所以對帶魚魚糜感官色澤的影響不顯著。相反，孔文俊等[29]研究表明，不同種類的變性木薯淀粉(羥丙基化二淀粉磷酸酯、乙?；矸奂憾狨ァ⒘姿峤宦摰矸酆土u丙基化淀粉)均能提高魚糜的白度，其中添加20%木薯羥丙基淀粉的樣品白度值最大。凝膠的顏色會被添加劑的顏色所影響，若淀粉的白度比肉糜凝膠的更高，則淀粉的添加會提高魚糜的白度。

相同小寫字母表示無顯著差異(P>0.05)。圖3 木薯淀粉對貝糜白度的影響Fig.3 Effects of cassava starch on whiteness ofChlamys farreri puree

2.7 木薯淀粉對貝糜凝膠蛋白組成的影響

不同添加量的木薯淀粉對貝糜凝膠SDS- PAGE電泳圖譜的影響如圖4。貝糜凝膠蛋白主要由肌球蛋白重鏈(MHC)，肌動蛋白和原肌球蛋白組成，其中MHC是肌原纖維蛋白中主要貢獻凝膠能力的蛋白質，MHC含量越高，凝膠形成能力越高[30]；然而，在加熱過程中MHC發(fā)生交聯，導致其含量下降。由圖4可知，添加1%木薯淀粉的貝糜凝膠中MHC條帶最窄，說明MHC發(fā)生了較好的交聯，促進凝膠網絡結構的形成，從而提高貝糜的凝膠強度。隨著木薯淀粉添加量的增加，MHC條帶逐漸變寬，說明淀粉的添加阻礙了蛋白質的交聯，導致凝膠網絡松散，凝膠強度和持水性下降，與前面實驗的結果一致(圖1和圖2)。

圖4 木薯淀粉對貝糜SDS- PAGE電泳圖譜的影響Fig.4 Effect of cassava starch on SDS- PAGE electrophoresis of Chlamys farreri puree

2.8 木薯淀粉對貝糜凝膠組織結構的影響

通過光學顯微鏡觀察木薯淀粉對貝糜凝膠組織結構的影響，實驗結果見圖5。圖5顯示，未添加淀粉的對照組貝糜凝膠蛋白網絡結構較為松散，孔洞較大。添加1%或2%木薯淀粉的貝糜凝膠網絡結構變得緊密，孔洞較小且分布均勻。少量的淀粉可以均勻地分布在貝糜凝膠網絡中，有利于提高貝糜凝膠網絡結構中淀粉顆粒的包裹能力，從而增加淀粉分子對貝糜凝膠網絡結構的增強作用，提高貝糜凝膠強度。隨著木薯淀粉添加量的增加，貝糜凝膠網絡結構又變得雜亂無序，可能是因為過多的淀粉會降低其在凝膠中分布的均勻性，膨脹的淀粉顆粒破壞了貝糜凝膠的網絡結構，導致凝膠強度降低。

貝糜凝膠放大40倍。圖5 木薯淀粉對貝糜凝膠組織結構影響的光學顯微鏡觀察結果Fig.5 Effect of cassava starch on light microscopy of Chlamys farreri puree

貝糜凝膠放大5 000倍。圖6 木薯淀粉對貝糜凝膠微觀結構影響的掃描電鏡觀察結果Fig.6 Effect of cassava starch on scanning electron microscopy of Chlamys farreri puree

2.9 木薯淀粉對貝糜凝膠微觀結構的影響

圖6顯示了不同添加量的木薯淀粉對扇貝肉糜凝膠微觀結構的影響?？梢员容^清晰地看到，未添加淀粉的對照組空洞較多，結塊程度較高。隨著淀粉含量的增加，貝糜凝膠網狀結構呈現先致密后稀松的變化趨勢。添加1%或2%木薯淀粉的貝糜凝膠網絡結構更加平滑、致密，孔洞較小。木薯淀粉添加量超過3%時，貝糜凝膠的三維網狀結構變得松散，孔洞增加且分布雜亂。微觀結構表明，添加1%或2%的木薯淀粉可加固扇貝肉糜蛋白形成的凝膠網絡結構，這與凝膠強度的結果一致。之前的研究也報道，添加不同種類的淀粉會加固魚糜凝膠的三維網絡結構，使魚糜表面光滑、結構更加致密[31]。

3 結 論

櫛孔扇貝是一種高蛋白的海產品，氨基酸組成均衡、豐富，具有較好的開發(fā)前景。木薯淀粉對扇貝肉糜的凝膠特性具有顯著影響。凝膠強度、持水性、硬度、咀嚼度隨淀粉添加量的增加呈現先升高后降低的趨勢，且添加量為1%時，貝糜凝膠強度和持水性達到最大值。木薯淀粉對扇貝肉糜彈性、黏聚性和白度沒有顯著性影響。蛋白電泳圖譜顯示，添加1%木薯淀粉后凝膠蛋白中的MHC條帶最窄，說明淀粉可促進貝糜蛋白間的交聯；同時，光學顯微鏡和掃描電鏡結果顯示，1%或2%木薯淀粉的添加可使貝糜凝膠網絡結構變得更為致密。研究結果表明，1%的木薯淀粉可用于改善櫛孔扇貝肉糜的凝膠品質。