變性淀粉對(duì)白鰱魚魚糜凝膠特性和蛋白構(gòu)象的影響

米紅波，王 聰，蘇 情，儀淑敏，李學(xué)鵬，勵(lì)建榮*，黃建聯(lián)，丁浩宸，王 琪

（1 渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 國(guó)家魚糜及魚糜制品加工技術(shù)研發(fā)分中心生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心 遼寧錦州121013 2 福建安井食品股份有限公司 福建廈門361022）

魚糜制品是一種傳統(tǒng)的水產(chǎn)精深加工品，近20年來(lái)快速發(fā)展，2018年全國(guó)年產(chǎn)量達(dá)145.5 萬(wàn)t[1]。海水魚是傳統(tǒng)魚糜生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)原料，然而，隨著魚糜制品消費(fèi)量的增加和熱帶海洋漁業(yè)的過(guò)度開(kāi)發(fā)，海水魚產(chǎn)量愈來(lái)愈不能滿足魚糜制品的市場(chǎng)需求[2]。2017年我國(guó)淡水魚年產(chǎn)量達(dá)2 702.6 萬(wàn)t，占全國(guó)魚類產(chǎn)量的74.9%，然而其加工比例僅為18.36%[1]。生產(chǎn)淡水魚糜制品是開(kāi)發(fā)利用低值淡水魚類（如鰱魚、草魚、鳙魚等）的有效途徑[3]。淡水魚糜的凝膠形成能力普遍比海水魚糜差，易凝膠劣化，在實(shí)際應(yīng)用中受到一定限制[4-5]。如何改善淡水魚糜及其制品的凝膠特性是目前的研究熱點(diǎn)。

在生產(chǎn)魚糜制品過(guò)程中，淀粉是僅次于魚糜本身的主要成分。雖然添加適量的淀粉有助于提高魚糜的凝膠強(qiáng)度，改善其質(zhì)構(gòu)特性，但是原淀粉的老化回生會(huì)影響魚糜凝膠品質(zhì)[6]。研究表明改性淀粉（物理、化學(xué)或酶法處理）能夠更好地改善魚糜制品的凝膠特性[7-9]。由此可見(jiàn)，研究改性淀粉對(duì)魚糜凝膠特性的影響將成為魚糜制品加工領(lǐng)域的重點(diǎn)。

目前，木薯變性淀粉對(duì)淡水魚糜凝膠特性和蛋白構(gòu)象的影響鮮有報(bào)道。本文主要分析原木薯淀粉和木薯變性淀粉（羥丙基淀粉、乙?；矸哿姿狨サ矸酆痛姿狨サ矸郏?對(duì)白鰱魚魚糜凝膠特性和蛋白構(gòu)象的影響，確定最適淀粉及其添加量，為變性淀粉在魚糜制品加工中的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冷凍白鰱魚魚糜（AA 級(jí)），洪湖市井力水產(chǎn)食品股份有限公司；原木薯淀粉、羥丙基淀粉，福建安井食品股份有限公司；醋酸酯淀粉、乙酰化二淀粉磷酸酯淀粉，杭州普羅星淀粉有限公司；食鹽（食品級(jí)），錦州大潤(rùn)發(fā)超市；氯化鈉、尿素、氫氧化鈉、硫酸銅等均為分析純級(jí)。

1.2 儀器與設(shè)備

ZB-20 型斬拌機(jī)，諸城市瑞恒食品機(jī)械廠；TA.XT Plus 型質(zhì)構(gòu)儀，英國(guó)Stable Micro System公司；CR-400 型色彩色差計(jì)，日本Minolta 公司；HR-1 型旋轉(zhuǎn)流變儀，美國(guó)TA 儀器公司；Sorvall Stratos 型冷凍高速離心機(jī)，德國(guó)Thermo Fisher Scientific 公司；UV-2550 型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)，島津儀器（蘇州）有限公司；LabRAM HR Evolution 拉曼光譜儀，HORIBA 堀場(chǎng)（中國(guó)）貿(mào)易有限公司；S4800 場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡，日本Minolta 公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 魚糜凝膠的制備 冷凍白鰱魚魚糜4 ℃解凍12 h，斬拌機(jī)空斬2 min，添加食鹽（質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%） 鹽斬3 min，分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0%，1%，2%，3%，4%，5%的原木薯淀粉、醋酸酯淀粉、羥丙基淀粉和乙?；矸哿姿狨ィ趾空{(diào)節(jié)至78%，繼續(xù)斬拌10 min。將魚糜灌入玻璃小瓶（內(nèi)徑25 mm，高30 mm），40 ℃加熱30 min，90 ℃加熱20 min，冷卻至25 ℃后，4 ℃冷藏過(guò)夜，測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。

1.3.2 凝膠強(qiáng)度的測(cè)定 將室溫（25 ℃）平衡30 min 后的魚糜凝膠切成圓柱體（直徑25 mm，高25 mm），用質(zhì)構(gòu)儀的P/5S 球形金屬探頭測(cè)定其凝膠強(qiáng)度。測(cè)試速度1 mm/s，觸發(fā)力10 g，壓縮距離15 mm。

1.3.3 凝膠質(zhì)構(gòu)的測(cè)定 樣品按照1.3.2 節(jié)的方法處理后，用質(zhì)構(gòu)儀的P/50 探頭測(cè)定魚糜凝膠的硬度、彈性、黏著性、凝聚性、咀嚼性和回復(fù)性。測(cè)試前、后速度3 mm/s，測(cè)試速度1 mm/s，壓縮距離5 mm，探頭2 次測(cè)定間隔時(shí)間5 s[3]。

1.3.4 色澤的測(cè)定 采用色差計(jì)測(cè)定室溫下魚糜凝膠的L*（明度）、a*（紅色/綠色）、b*（黃色/藍(lán)色）值。白度按公式（1）計(jì)算[10]。

1.3.5 持水性的測(cè)定 將樣品切成厚度5 mm 的薄片，精確稱重（M1）后，置于雙層濾紙中間，裝入50 mL 離心管底部，4 ℃，5 000 r/min 離心15 min，離心后用濾紙吸干表面水分，再次稱重（M2）。按公式（2）計(jì)算魚糜凝膠的持水性[11]。

1.3.6 動(dòng)態(tài)流變性質(zhì)測(cè)定 斬拌后未加熱的魚糜樣品置于Discovery HR-1 型流變儀的平臺(tái)上，采用平行板pp50 測(cè)試，間距為1 mm。在振動(dòng)模式下，線性黏彈區(qū)的范圍內(nèi)進(jìn)行溫度掃描，以2 ℃/min 的升溫速率將溫度從20 ℃升至90 ℃，振蕩頻率為1 Hz，應(yīng)變5%。

1.3.7 化學(xué)作用力的測(cè)定 向魚糜樣品（2 g）中分別加入10 mL 0.05 mol/L NaCl 溶液（S1），0.6 mol/L NaCl 溶液（S2），1.5 mol/L 尿素+ 0.6mol/L NaCl 溶液（S3），8 mol/L 尿素 + 0.06 mol/L NaCl溶液（S4），利用高速分散器勻漿4 min，在4 ℃條件下靜置1 h，8 000 r/min 離心15 min 取上清液，采用雙縮脲法測(cè)定蛋白質(zhì)含量[12]。計(jì)算方法見(jiàn)公式（3）～（5）。

1.3.8 拉曼光譜 將魚糜樣品切成厚度2 mm 的薄片，置于玻璃片上，采用氬離子激光器作為拉曼掃描光源，在400～3 600 cm-1范圍內(nèi)掃描，采集時(shí)間為30 s。采用拉曼設(shè)備配套軟件LabSpec 對(duì)光譜進(jìn)行基點(diǎn)校正并扣除熒光背底，根據(jù)苯丙氨酸環(huán)在1 001 cm-1附近的伸縮振動(dòng)強(qiáng)度作為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行歸一化（強(qiáng)度不隨蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化而變化），計(jì)算蛋白質(zhì)α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)則卷曲的含量[13]。

1.3.9 微觀結(jié)構(gòu) 魚糜凝膠切塊（3 mm×3 mm×2 mm），2.5%（體積分?jǐn)?shù)）戊二醛溶液固定24 h，去除固定液，磷酸鹽緩沖液（0.2 mol/L，pH 7.2）漂洗3 次，每次15 min，用去離子水沖洗1 h，用50%，70%，80%，90%（體積分?jǐn)?shù)）的乙醇梯度脫水，每次15 min，100%乙醇脫水3 次，每次10 min，冷凍干燥，離子濺射鍍金，掃描電子顯微鏡觀察[14]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

試驗(yàn)重復(fù)2 次，每次做3 個(gè)平行，結(jié)果表示為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”（±s）。使用IBM SPSS 22.0 軟件進(jìn)行方差分析，Duncan 多重分析檢驗(yàn)顯著性，檢測(cè)限為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 變性淀粉對(duì)魚糜凝膠白度的影響

白度是魚糜制品重要的物理特性，通常產(chǎn)品的白度更高更受消費(fèi)者的歡迎。不同種類淀粉及其添加量對(duì)白鰱魚魚糜凝膠白度的影響見(jiàn)圖1。當(dāng)?shù)矸厶砑恿枯^低時(shí)，淀粉顆粒受熱能夠充分吸水膨脹，透過(guò)更多的光，使得白度增加[15]。隨著淀粉添加量的升高，部分淀粉顆粒不能完全溶脹，降低了凝膠的透明度，射到凝膠表面的光被折射出去，使得白度下降。另外，在相同添加量下，不同種類的變性淀粉對(duì)魚糜凝膠白度也具有顯著影響，添加1%的羥丙基淀粉時(shí)，白鰱魚魚糜凝膠白度達(dá)到最大值（圖1）。上述結(jié)果表明，添加淀粉可改善白鰱魚魚糜凝膠色澤，提高其白度，然而不同種類淀粉其及添加量對(duì)魚糜凝膠色澤有較大影響。

2.2 變性淀粉對(duì)魚糜凝膠強(qiáng)度的影響

凝膠強(qiáng)度是評(píng)價(jià)魚糜制品質(zhì)量的重要指標(biāo)，一般來(lái)說(shuō)，凝膠強(qiáng)度越高，魚糜制品品質(zhì)越好。由圖2可知，淀粉種類及其添加量對(duì)魚糜凝膠強(qiáng)度具有顯著影響。白鰱魚魚糜凝膠強(qiáng)度隨著淀粉添加量的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)添加1%的淀粉時(shí)，各組樣品的凝膠強(qiáng)度達(dá)到最大值。在糊化溫度下，淀粉吸水膨脹，填充在魚糜凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的空隙內(nèi)，使其結(jié)構(gòu)更加致密；同時(shí)，膨脹的淀粉對(duì)魚糜蛋白基質(zhì)施加壓力，進(jìn)一步增強(qiáng)魚糜凝膠強(qiáng)度[7]。然而，添加過(guò)多的淀粉會(huì)降低魚糜的凝膠強(qiáng)度，原因在于為了保證各組樣品的含水量相同，添加淀粉會(huì)減少魚糜蛋白的含量。這與之前報(bào)道具有相似結(jié)果，Zhang 等[16]研究制備魚糜、牛肉混合凝膠，發(fā)現(xiàn)淀粉添加量達(dá)到3%時(shí)，凝膠強(qiáng)度開(kāi)始下降。

淀粉的種類也會(huì)影響白鰱魚魚糜的凝膠強(qiáng)度。當(dāng)羥丙基淀粉、原木薯淀粉、醋酸酯淀粉和乙?；矸哿姿狨サ奶砑恿烤鶠?%時(shí)，凝膠強(qiáng)度和對(duì)照組樣品相比分別提高了27.41%，10.89%，4.52%和3.90%（圖2）。這是由于羥丙基基團(tuán)會(huì)破壞分子內(nèi)和分子間的氫鍵，從而提高淀粉的水溶性[7]。不同變性方式會(huì)改變?cè)矸鄣哪z形成能力、溶解度及膨脹能力，導(dǎo)致其對(duì)魚糜凝膠強(qiáng)度的改善效果不同[17]。

2.3 變性淀粉對(duì)魚糜凝膠持水性的影響

持水性反映魚糜凝膠保持水分的能力，也是魚糜和魚糜制品的一個(gè)重要參數(shù)。持水性越高，表明魚糜凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越致密，對(duì)水分的束縛能力越強(qiáng)[18]。由圖3可知，隨著淀粉添加量的增加，白鰱魚魚糜凝膠持水性顯著上升（P＜0.05）。淀粉顆粒在加熱過(guò)程中吸收了魚糜中的游離水，膨脹后填充在魚糜蛋白質(zhì)的空隙中，使凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密，有助于捕獲更多的水[19-20]。Yang 等[21]報(bào)道添加適量淀粉可以提高草魚魚糜的持水性。在同一添加量下，添加羥丙基淀粉的鰱魚魚糜持水性顯著高于添加其它3 種淀粉的持水性（P＜0.05，圖3）。淀粉種類不同，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)也不同，這是導(dǎo)致添加不同淀粉對(duì)白鰱魚魚糜凝膠特性和持水性影響效果存在差異的原因。

圖1 變性淀粉對(duì)魚糜凝膠白度的影響Fig.1 Effect of modified starch on whiteness of surimi gels

圖2 變性淀粉對(duì)魚糜凝膠強(qiáng)度的影響Fig.2 Effect of modified starch on gel strength of surimi gels

圖3 變性淀粉對(duì)魚糜凝膠持水性的影響Fig.3 Effect of modified starch on water holding capacity of surimi gels

2.4 變性淀粉對(duì)魚糜動(dòng)態(tài)流變性質(zhì)的影響

在加熱過(guò)程中，魚糜凝膠的形成通常分為3個(gè)階段：凝膠化、凝膠劣化和魚糕化。如圖4所示，所有樣品的G' 均呈先緩慢下降再急劇下降再急劇上升的趨勢(shì)。20～40 ℃范圍內(nèi)，肌球蛋白分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)慢慢解開(kāi)，在化學(xué)鍵的作用下分子間形成松散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，魚糜的G' 隨溫度的升高而緩慢降低；在40～47 ℃范圍內(nèi)，魚糜的G' 急劇下降至最小值，溫度到達(dá)內(nèi)源性水解酶的最適溫度，破壞了肌動(dòng)蛋白和肌球蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，部分化學(xué)鍵（主要是氫鍵）被破壞，蛋白質(zhì)分子發(fā)生延伸，流動(dòng)性增強(qiáng)，魚糜發(fā)生凝膠劣化；在47～90 ℃范圍內(nèi)，肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白重鏈發(fā)生變性，二硫鍵、疏水相互作用等化學(xué)鍵逐步形成，使魚糜形成穩(wěn)定有序的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，彈性模量迅速增大，最終進(jìn)入魚糕化階段[22-23]。

添加不同種類的淀粉后，魚糜的G' 明顯低于對(duì)照組（圖4）。這與Kong 等[8]的研究結(jié)果一致，研究發(fā)現(xiàn)添加淀粉會(huì)降低鱈魚魚糜在5～55 ℃范圍內(nèi)的G' 值，這是由于為了保證相同的水分含量，淀粉會(huì)代替部分的魚糜蛋白，從而使G' 下降。魚糜制品中的填料分為活性填料和非活性填料，非活性填料與凝膠基質(zhì)之間不發(fā)生相互作用，G' 會(huì)隨著填料量的增加而下降[24]。因此，本試驗(yàn)結(jié)果表明淀粉在魚糜中起到非活性填料的作用。添加淀粉后，凝膠劣化區(qū)G' 的最低點(diǎn)向高溫方向移動(dòng)，這可能是由于淀粉的加入使得分子之間發(fā)生聚集，阻礙了化學(xué)鍵的形成，有序穩(wěn)定的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成速度變慢，導(dǎo)致G' 最低點(diǎn)的溫度高于對(duì)照組。

圖4 變性淀粉對(duì)魚糜凝膠儲(chǔ)能模量的影響Fig.4 Effect of modified starch on storage modulus（G′） of surimi gels

2.5 變性淀粉對(duì)魚糜凝膠化學(xué)作用力的影響

不同淀粉及其添加量對(duì)離子鍵、氫鍵和疏水相互作用含量的影響如圖5所示。在所有樣品中，疏水相互作用含量最高，表明其在魚糜凝膠形成過(guò)程中起到了關(guān)鍵作用。加熱可引起蛋白質(zhì)變性，使極性基團(tuán)特別是肌球蛋白疏水基團(tuán)暴露出來(lái)，有利于蛋白質(zhì)之間的聚集和交聯(lián)。此外，交聯(lián)蛋白疏水基團(tuán)的聚集可以顯著增強(qiáng)魚糜凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成[25]。少量淀粉的添加會(huì)顯著提高疏水相互作用的含量（P＜0.05，圖5），并進(jìn)一步促進(jìn)魚糜凝膠強(qiáng)度（圖2）。隨著淀粉添加量的增加，氫鍵含量呈先下降后上升的趨勢(shì)，而離子鍵呈先升高后降低的趨勢(shì)。

2.6 變性淀粉對(duì)魚糜凝膠蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響

本研究利用拉曼光譜分析不同淀粉對(duì)白鰱魚魚糜蛋白構(gòu)象的影響，通過(guò)計(jì)算測(cè)定的α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)的含量如圖6所示。隨著淀粉添加量的增加，α-螺旋結(jié)構(gòu)的含量呈先降低后上升的趨勢(shì)；而β-折疊結(jié)構(gòu)的含量呈先升高后下降的趨勢(shì)；β-轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)的含量并沒(méi)有顯著變化（P＞0.05）。結(jié)果表明，添加淀粉使魚糜蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，有利于蛋白質(zhì)疏水基團(tuán)的暴露，使其可以更好地與淀粉相互作用，從而提高魚糜的凝膠強(qiáng)度和硬度。Zhou等[26]報(bào)道α-螺旋結(jié)構(gòu)含量的降低，β-折疊結(jié)構(gòu)含量的升高，使魚糜凝膠的硬度增加。這可能是由于β-折疊結(jié)構(gòu)的表面積更大，而水化強(qiáng)度較弱，有利于蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間發(fā)生交聯(lián)，以及凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成[27]。

2.7 變性淀粉對(duì)魚糜凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖7為添加1%的不同種類淀粉對(duì)白鰱魚魚糜凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響?？梢钥闯?，未添加淀粉的對(duì)照組魚糜凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)疏松，粗糙不平，孔洞大且分布不均勻（圖7a）。添加羥丙基木薯淀粉的魚糜形成了高度致密均勻的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，孔洞較小且分布均勻（圖7c）。添加原木薯淀粉、乙?；矸哿姿狨ズ痛姿狨サ矸鄣聂~糜凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為致密，其凝膠表面存在一定數(shù)量、大小不一的孔洞（圖7b，7d，7e）。上述結(jié)果表明，添加1%的原木薯淀粉和木薯變性淀粉均能使白鰱魚魚糜蛋白形成更為緊密的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，然而添加羥丙基淀粉的效果最為顯著，這與凝膠強(qiáng)度的結(jié)果相一致。之前也有研究報(bào)道，不同種類淀粉對(duì)魚糜凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響不同，凝膠網(wǎng)絡(luò)的致密程度、表面孔洞大小和分布均勻性均存在一定差別[15]。

圖6 變性淀粉對(duì)魚糜凝膠蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響Fig.6 Effect of modified starch on protein secondary structure of surimi gels

2.8 變性淀粉對(duì)魚糜凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響

不同種類淀粉及其添加量對(duì)白鰱魚魚糜凝膠的硬度、彈性、黏聚性、膠著度、咀嚼度和回復(fù)性的影響如表1所示。隨著4 種種淀粉添加量的增加，其魚糜凝膠的硬度、膠著度和咀嚼度均呈先上升后下降的趨勢(shì)。這與之前的研究結(jié)果相似，Sun 等[7]研究添加2.5%的木薯淀粉或羥丙基木薯淀粉會(huì)降低肌原纖維蛋白-淀粉混合凝膠的硬度。這是由于添加過(guò)量淀粉會(huì)阻礙魚糜蛋白的交聯(lián)，從而影響魚糜凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成。然而，在所有樣品中魚糜凝膠的彈性沒(méi)有顯著變化（P＞0.05），說(shuō)明本試驗(yàn)所選用的淀粉種類及其添加量不會(huì)對(duì)白鰱魚魚糜的彈性產(chǎn)生影響。添加淀粉后，魚糜凝膠的黏聚性和回復(fù)性有所下降。

圖7 變性淀粉對(duì)魚糜凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響（5 000×）Fig.7 Effect of modified starch on microstructure of surimi gels（5 000×）

3 結(jié)論

不同種類淀粉及其添加量對(duì)白鰱魚魚糜的凝膠特性和蛋白構(gòu)象具有顯著影響。添加1%的木薯淀粉及木薯變性淀粉可改善魚糜的凝膠強(qiáng)度、持水性、白度、硬度、咀嚼度，且羥丙基淀粉在改善魚糜凝膠特性方面具有更好的效果。淀粉在魚糜制品中起到非活性填料的作用，阻礙氫鍵形成，促進(jìn)疏水相互作用及離子鍵的形成，誘導(dǎo)魚糜蛋白構(gòu)象由α-螺旋結(jié)構(gòu)向β-折疊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，使得魚糜凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更為致密。因此，添加1%的羥丙基淀粉可有效改善白鰱魚魚糜的凝膠品質(zhì)。