木薯淀粉對(duì)泥鰍肌原纖維蛋白凝膠特性的影響

胡愛(ài)軍 ，于 輝，鄭 捷 ，李 川

(1. 天津科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300457；2. 天津市寬達(dá)水產(chǎn)食品有限公司，天津 300300；3. 天津鴻騰水產(chǎn)科技發(fā)展有限公司，天津 301800)

泥鰍在我國(guó)資源分布廣闊，常被人們稱為“水中人參”，且自古就有“天上斑鳩，地上泥鰍”的說(shuō)法．泥鰍中蛋白含量高、脂肪含量低，而且含有大量人體所需元素、必需氨基酸及多種活性物質(zhì)[1]．泥鰍肉中蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)較完全，肌原纖維蛋白功能性好．肌原纖維蛋白質(zhì)是一類具有重要生物學(xué)功能的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)群，其作用除了參與肌肉的收縮、影響肌肉的嫩度外，還與肉制品的流變學(xué)特性如黏結(jié)性、保水性、彈性、質(zhì)地等有著密切的關(guān)系[2]，與水產(chǎn)制品的品質(zhì)密不可分．目前我國(guó)大部分水產(chǎn)加工業(yè)還是以傳統(tǒng)加工為主[3]，且市場(chǎng)上泥鰍魚(yú)糜深加工產(chǎn)品少，同時(shí)國(guó)內(nèi)外關(guān)于泥鰍肌原纖維蛋白質(zhì)的研究也較少．加強(qiáng)肌肉中肌原纖維蛋白質(zhì)的研究，才能在加工過(guò)程中控制好影響其成膠的因素，進(jìn)而提高魚(yú)糜制品的品質(zhì)，從而為消費(fèi)者提供滿意的魚(yú)糜制品．尤其是肌原纖維冷凝膠的研究與制備，有可能為魚(yú)糜制品的生產(chǎn)開(kāi)拓出一個(gè)新的消費(fèi)領(lǐng)域[4]．因此，提取泥鰍肌原纖維蛋白質(zhì)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)很有價(jià)值．

為了提高泥鰍魚(yú)糜制品的凝膠特性，可以采用在肌原纖維蛋白中添加淀粉的方法，目前在泥鰍肌原纖維蛋白中添加淀粉的研究較少．本研究采用的是木薯淀粉．木薯淀粉是一種大分子多糖，具有多種功能特性，可作為魚(yú)糜制品中傳統(tǒng)使用的增稠劑、持水劑與黏合劑，能使魚(yú)糜制品保持良好的凝膠特性，在生產(chǎn)過(guò)程中可起到至關(guān)重要的作用．本實(shí)驗(yàn)以制備泥鰍肌原纖維蛋白凝膠為基礎(chǔ)，探究添加木薯淀粉對(duì)凝膠的硬度、彈性、白度、保水性、微觀結(jié)構(gòu)的影響，為泥鰍魚(yú)糜制品的生產(chǎn)與開(kāi)發(fā)提供理論基礎(chǔ)．

1 材料與方法

1.1 原料、試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)原料為市購(gòu)兩年生雌性黃板鰍，選取個(gè)體大小相似、身型均勻完好的泥鰍(體長(zhǎng)約為 20cm，質(zhì)量約為60g)；木薯淀粉，安琪酵母股份有限公司．

磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、氯化鈉、氯化鎂、乙二胺四乙酸二鈉、牛血清蛋白、考馬斯亮藍(lán)、戊二醛、乙醇，國(guó)產(chǎn)分析純．

JYL-C012型粉碎機(jī)，九陽(yáng)股份有限公司；Sorvall ST 16型離心機(jī)，賽默飛世爾科技(中國(guó))有限公司；HH-4J型水浴鍋，金壇市白塔新寶儀器廠；Alpha-1502型紫外分光光度計(jì)，深圳市鼎鑫宜實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；TA.XT plus型質(zhì)構(gòu)儀，英國(guó) SMS公司；YG268 型白度儀，美國(guó) 3NH 公司；LGJ-10型真空冷凍干燥機(jī)，北京松源華興科技發(fā)展有限公司；SU1510型掃描電鏡，德國(guó)卡爾蔡司公司．

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 肌原纖維蛋白的提取

以泥鰍為原料提取肌原纖維蛋白，參考 Xiong等[5]的方法并加以改進(jìn)，用滅菌后的剪刀切掉泥鰍尾部 3～4cm 于冰水中放血，然后去頭、去內(nèi)臟，洗凈后用滅菌后的小刀取肉；水洗 3次后加入 4℃的50mmol/L磷酸鹽緩沖溶液(含 0.1mol/L NaCl、1mmol/L EDTA、2mmol/L MgCl2，pH 7.0)，加入量(mL)為泥鰍肉樣質(zhì)量(g)的4倍，在粉碎機(jī)中高速勻漿 3min(工作 30s，停止 30s)，8500r/min、4℃離心15min后取沉淀，重復(fù)上述步驟共提取3次．向取得的沉淀中加入 4℃的 50mmol/L的磷酸鹽緩沖溶液(含 0.6mol/L NaCl、pH 7.0)，加入量(mL)為沉淀質(zhì)量(g)的3倍，在粉碎機(jī)中高速勻漿30s，放入4℃冰箱中浸提 20h，4℃、8500r/min離心 15min，上清液即為肌原纖維蛋白質(zhì)溶液，于 4℃冰箱中保存，并在2d內(nèi)使用．

1.2.2 泥鰍肌原纖維蛋白-淀粉復(fù)合凝膠的制備

參考 Bradford[6]的方法并加以改進(jìn)．用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定蛋白質(zhì)量濃度，并調(diào)整肌原纖維蛋白液的質(zhì)量濃度為 40mg/mL．木薯淀粉的添加量為肌原纖維蛋白溶液中蛋白質(zhì)質(zhì)量的 0%、2%、4%、6%、8%和10%，混合均勻后置于水浴鍋中加熱，90℃水浴20min；取出冷卻至室溫，從而得到泥鰍肌原纖維蛋白-淀粉復(fù)合凝膠，于4℃冰箱中保存過(guò)夜．

1.2.3 凝膠質(zhì)構(gòu)的測(cè)定

取平衡后的泥鰍肌原纖維蛋白-淀粉復(fù)合凝膠，切成直徑12mm、高度10mm的小段，用質(zhì)構(gòu)分析儀測(cè)定凝膠質(zhì)構(gòu)，每個(gè)樣品進(jìn)行 3次平行實(shí)驗(yàn)．質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定參數(shù)：探頭類型 P/0.5，觸發(fā)力 10.0g，測(cè)定前速度 2.00mm/s，測(cè)定速度 1.00mm/s，測(cè)定后速度1.00mm/s，壓縮百分比40%，環(huán)境溫度為室溫．

硬度：凝膠受外力擠壓發(fā)生變形時(shí)的最大壓力值，即對(duì)凝膠實(shí)施兩次下壓時(shí)第一個(gè)峰的峰值，單位為 g．

彈性：對(duì)凝膠實(shí)施兩次擠壓時(shí)，第一次擠壓變形后的回彈程度，即第二次與第一次擠壓所檢測(cè)出的高度的比值．

1.2.4 凝膠保水性測(cè)定

參照 Foegeding[7]的方法，取 2g復(fù)合凝膠放入10mL離心管中稱質(zhì)量，4℃、4000r/min離心10min，離心后倒置離心管，用濾紙吸走多余的水分，靜置 30min后再次稱質(zhì)量．每個(gè)樣品進(jìn)行 3次平行實(shí)驗(yàn)．凝膠保水性按照式(1)計(jì)算．

式中：m0為離心管質(zhì)量，g；m1為離心前離心管和凝膠的質(zhì)量，g；m2為離心后離心管和凝膠的質(zhì)量，g．

1.2.5 凝膠白度的測(cè)定

泥鰍肌原纖維蛋白凝膠的白度利用色差計(jì)測(cè)定L*、a*、b*的值并按照式(2)[8]計(jì)算．L*值表示亮度，量程為0(黑色)至100(白色)；a*值表示紅度(a*值為正值表示樣品為紅色，a*值為負(fù)值表示樣品為綠色)；b*值可體現(xiàn)出被測(cè)物體的黃度(b*值為正值表示黃色，b*值為負(fù)值表示藍(lán)色)．每個(gè)樣品進(jìn)行 3次平行實(shí)驗(yàn)．

1.2.6 凝膠微觀結(jié)構(gòu)的觀察

將肌原纖維蛋白-淀粉復(fù)合凝膠樣品切割成厚2mm的小條，并將切好的小條放在戊二醛(4%)溶液中24h浸泡固定；然后用0.1mol/L pH 7.0磷酸緩沖液反復(fù)沖洗樣品3次；沖洗后使用不同體積分?jǐn)?shù)的乙醇(50%、60%、70%、80%、90%、100%)進(jìn)行脫水處理，每次脫水時(shí)間為 5min．隨后將脫水后的凝膠放入真空冷凍干燥機(jī)中進(jìn)行干燥處理，噴金后使用掃描電鏡觀察微觀結(jié)構(gòu)．

1.3 數(shù)據(jù)分析

每個(gè)實(shí)驗(yàn)至少重復(fù)3次，使用Excel軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)平均值和式(1)、式(2)的計(jì)算，使用 SPSS Statistics 21軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的顯著性檢驗(yàn)，不同字母表示組間差異顯著．使用Origin 2018軟件作圖.

2 結(jié)果與分析

2.1 木薯淀粉添加量對(duì)凝膠硬度的影響

不同添加量的木薯淀粉對(duì)泥鰍肌原纖維蛋白凝膠硬度的影響如圖1所示．從圖1可以看出：泥鰍肌原纖維蛋白凝膠的硬度隨木薯淀粉添加量的增加整體呈增加趨勢(shì)．當(dāng)木薯淀粉的添加量為 2%～6%時(shí)，凝膠硬度之間差異不顯著，但與不添加木薯淀粉相比有顯著提升；當(dāng)添加 8%和 10%的木薯淀粉時(shí)，凝膠硬度相較于其他組獲得了明顯的增長(zhǎng)，顯著高于其他組．

圖1 不同添加量的木薯淀粉對(duì)泥鰍肌原纖維蛋白凝膠硬度的影響Fig. 1 Effect of different dosage of cassava starch on the hardness of myofibrillar protein gel

這可能的原因是在加熱過(guò)程中，不僅蛋白質(zhì)之間會(huì)發(fā)生相互作用，淀粉也會(huì)發(fā)生吸水溶脹并形成淀粉凝膠體系，使得魚(yú)糜加熱過(guò)程中出現(xiàn)鹽溶性蛋白-淀粉分子-水的混合凝膠體系，蛋白質(zhì)之間、多糖之間、蛋白質(zhì)與多糖之間也可以發(fā)生相互作用，使得泥鰍肌肉蛋白的強(qiáng)度和韌性得到了提高，從而使得凝膠的硬度得到加強(qiáng)[9]．隨著淀粉添加量的增加，復(fù)合凝膠的硬度主要受淀粉糊化的影響，經(jīng)加熱(90℃)提高了淀粉的糊化程度并增強(qiáng)了吸水膨脹作用，淀粉分子間的隨機(jī)結(jié)合程度也隨之增加，這就加強(qiáng)了分子間以及分子內(nèi)部的聯(lián)系，有利于淀粉充分地填充在蛋白質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，從而使得凝膠的結(jié)構(gòu)更緊密，凝膠硬度達(dá)到最大．有研究[10]認(rèn)為淀粉顆粒受熱膨脹嵌入到凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，擠壓蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從而使硬度增加．也有研究[11]表明糊化后的淀粉可以增強(qiáng)魚(yú)糜制品的凝膠硬度．

2.2 木薯淀粉添加量對(duì)凝膠彈性的影響

不同添加量的木薯淀粉對(duì)泥鰍肌原纖維蛋白凝膠彈性的影響如圖2所示．從圖2可以看出：泥鰍肌原纖維蛋白凝膠的彈性隨著木薯淀粉添加量的增加而先上升后略有下降，整體上處理組大于對(duì)照組，且在添加量為8%時(shí)彈性達(dá)到最大．

圖2 不同添加量的木薯淀粉對(duì)泥鰍肌原纖維蛋白凝膠彈性的影響Fig. 2 Effect of different dosage of cassava starch on the elasticity of myofibrillar protein gel

這可能是由于淀粉糊化而形成富有彈性的膠體，在一定程度上可以增加凝膠的彈性；同時(shí)蛋白質(zhì)受熱變性形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，淀粉在糊化作用下吸水膨脹并填充于蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，促進(jìn)共價(jià)交聯(lián)作用，使得彈性提高．變性蛋白質(zhì)分子間的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)通過(guò)靜電斥力和靜電引力的相互作用來(lái)維持[12]．當(dāng)木薯淀粉添加量為 8%時(shí)，泥鰍肌原纖維蛋白凝膠的彈性達(dá)到最佳，可能是因?yàn)榧?dòng)蛋白和肌球蛋白等內(nèi)部各亞基和淀粉分子疏水基團(tuán)的充分暴露，各亞基之間重新相互作用，使得蛋白凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)彈性較好．而隨著淀粉添加量增加到 10%時(shí)，體系內(nèi)游離水減少，凝膠會(huì)出現(xiàn)過(guò)硬過(guò)韌的現(xiàn)象，而導(dǎo)致彈性略有下降[13]．實(shí)驗(yàn)表明：適量淀粉的添加可對(duì)復(fù)合凝膠彈性的提升起到正面作用；而當(dāng)?shù)矸厶砑舆^(guò)量時(shí)，過(guò)多的淀粉可能會(huì)對(duì)蛋白凝膠的形成起阻礙作用，降低凝膠彈性．

2.3 木薯淀粉添加量對(duì)凝膠保水性的影響

不同添加量的木薯淀粉對(duì)泥鰍肌原纖維蛋白凝膠保水性的影響如圖3所示．從圖3中可以得知：泥鰍肌原纖維蛋白凝膠的保水性隨著木薯淀粉添加量的增加而呈不斷上升趨勢(shì)，處理組的保水性均大于對(duì)照組．當(dāng)木薯淀粉添加量為 2%時(shí)，與對(duì)照組相比保水性增加的不顯著；在添加量為 4%時(shí)，保水性較之前顯著增加；當(dāng)添加量在 4%以上時(shí)，保水性逐漸增加，但增加不顯著．

圖3 不同添加量的木薯淀粉對(duì)泥鰍肌原纖維蛋白凝膠保水性的影響Fig. 3 Effect of different dosage of cassava starch on water retention of myofibrillar protein gel

這可能是因?yàn)榈矸劢?jīng)過(guò)加熱發(fā)生糊化，吸水溶脹，將自由水轉(zhuǎn)化為結(jié)合水，將其填充在蛋白質(zhì)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，可以有效減少水分損失；加熱使得淀粉顆粒晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，支鏈淀粉解開(kāi)，氫氧根暴露出來(lái)，從而加強(qiáng)了淀粉與水之間的結(jié)合[14]．因此隨淀粉添加量的增大，更多的水分被鎖住，復(fù)合凝膠體系的保水性增強(qiáng)．同時(shí)淀粉的糊化會(huì)在一定程度上改變蛋白質(zhì)-淀粉的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得結(jié)構(gòu)越來(lái)越緊密，同時(shí)增強(qiáng)了與水結(jié)合的能力，能夠更好地鎖住水分，從而增大保水性．有研究表明，肌球蛋白的變性作用或者高度水合蛋白減緩了聚集速度，所以會(huì)造成保水能力增加．在蛋白質(zhì)發(fā)生有序聚集之前，升溫以及淀粉的加入會(huì)促進(jìn)肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白鏈的展開(kāi)，從而進(jìn)一步提高凝膠的保水能力以及促進(jìn)優(yōu)良凝膠結(jié)構(gòu)的形成[15]．

2.4 木薯淀粉添加量對(duì)凝膠白度的影響

不同添加量的木薯淀粉對(duì)泥鰍肌原纖維蛋白凝膠白度的影響如圖4所示．由圖4可知：泥鰍肌原纖維蛋白凝膠的白度隨著木薯淀粉添加量的上升而呈下降的趨勢(shì)．

淀粉經(jīng)加熱發(fā)生糊化，淀粉顆粒吸水溶脹會(huì)持有更多的水分，使得光反射改變；同時(shí)由于淀粉糊化后淀粉糊具有良好的透明度，所以隨淀粉添加量的增加，淀粉糊化程度增加，透明度升高，透過(guò)的光多了，反射的光少了，導(dǎo)致白度降低．本研究表明，木薯淀粉的添加對(duì)凝膠白度影響較大．

圖4 不同添加量的木薯淀粉對(duì)泥鰍肌原纖維蛋白凝膠白度的影響Fig. 4 Effect of different dosage of cassava starch on the whiteness of myofibrillar protein gel

2.5 木薯淀粉添加量對(duì)凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響

不同木薯淀粉添加量下泥鰍肌原纖維蛋白凝膠電鏡圖如圖5所示．

圖5 不同木薯淀粉添加量下泥鰍肌原纖維蛋白凝膠電鏡圖Fig. 5 Gel electrophoresis of loach myofibrillar protein with different cassava starch dosage

由圖 5(a)可知：當(dāng)不添加木薯淀粉時(shí)，形成的凝膠呈條狀、不均勻、疏松的三維立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)．由于其化學(xué)成分主要為肌原纖維蛋白質(zhì)，隨著溫度升高，會(huì)發(fā)生蛋白質(zhì)的伸展，聚集直至形成凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)．對(duì)比圖 5(a)和圖 5(b)—(f)可知，由肌原纖維蛋白質(zhì)構(gòu)成的凝膠所形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)明顯不同于該蛋白質(zhì)與淀粉共同形成的凝膠結(jié)構(gòu)．圖 5(b)—(f)表明：淀粉的添加量會(huì)影響凝膠結(jié)構(gòu)的形成，淀粉含量較低時(shí)，形成的復(fù)合凝膠結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了較多孔洞，凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也松散無(wú)序；隨著淀粉含量的增加，凝膠的交聯(lián)程度增加，凝膠更趨于致密均勻，表面略有孔洞，截面平整．

這可能的原因是蛋白質(zhì)具有比較完整的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，更多的淀粉經(jīng)高溫糊化后與蛋白質(zhì)通過(guò)分子間作用力相結(jié)合，吸水溶脹填充到蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的孔洞中，將更多的游離水束縛進(jìn)凝膠結(jié)構(gòu)[16]，使孔洞的大小和數(shù)量減少，形成較致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)．淀粉本身也會(huì)由于熱的作用形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)．隨著淀粉添加量的增加，通過(guò)毛細(xì)管作用被束縛或聚集在凝膠網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的水分子越多[17-18]，凝膠結(jié)構(gòu)越致密均勻；同時(shí)單位體積內(nèi)淀粉分子增多，分子密度變大，孔隙度降低，因此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越來(lái)越致密．Sun等[19]發(fā)現(xiàn)木薯淀粉能有效提高草魚(yú)肌原纖維蛋白-淀粉復(fù)合凝膠的結(jié)構(gòu)性能，且蛋白網(wǎng)絡(luò)的聚集性隨淀粉添加量的增大而提高．另有研究[20]表明，肌原纖維蛋白凝膠微觀結(jié)構(gòu)和它的保水性具有一定的關(guān)系，若凝膠網(wǎng)絡(luò)均勻致密，則說(shuō)明凝膠保水性高；若凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)松散粗糙，則表明保水性低．本實(shí)驗(yàn)表明凝膠微觀結(jié)構(gòu)的結(jié)果與保水性的結(jié)果一致．

3 結(jié) 語(yǔ)

泥鰍肌原纖維蛋白凝膠的硬度、保水性、致密程度均與木薯淀粉的添加量存在正相關(guān)性．隨著木薯淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，凝膠的硬度和保水性增加，白度下降；彈性先增大后減小，適量的木薯淀粉對(duì)凝膠的彈性有一定的增強(qiáng)效應(yīng)，若淀粉過(guò)量，則會(huì)造成體系內(nèi)游離水減少，復(fù)合凝膠出現(xiàn)過(guò)硬過(guò)韌的現(xiàn)象，導(dǎo)致彈性略有下降；凝膠的微觀結(jié)構(gòu)越加致密，且截面趨于平整．本實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)泥鰍相關(guān)制品的開(kāi)發(fā)具有一定的參考價(jià)值和實(shí)際意義，為魚(yú)糜類、肉丸類產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了技術(shù)支持．