壇紫菜膳食纖維的響應(yīng)面優(yōu)化超聲復(fù)合酶法提取及其對(duì)魚糜凝膠強(qiáng)度的影響

陳麗，饒杰，趙永強(qiáng)，楊賢慶，魏涯，李春生，王悅齊

(1.江蘇海洋大學(xué)，江蘇 連云港 222005； 2.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所 農(nóng)業(yè)部農(nóng)村水產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510300； 3.江蘇省海洋生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 連云港 222005)

壇紫菜Porphyrahaitanensis，俗稱紫菜、烏菜，是中國(guó)特有的一種可人工栽培的海藻[1]。藻體單層，局部雙層[2]，色素體單一或少數(shù)具雙，基部細(xì)胞呈圓頭形，雌雄異株，少數(shù)同株，屬暖溫帶性種類，為中國(guó)浙江、福建和廣東沿海的主要栽培藻類[3]。壇紫菜富含蛋白質(zhì)、多糖和維生素，可供食用或藥用。此外，壇紫菜中還富含較高的膳食纖維成分，膳食纖維又有“人體第七營(yíng)養(yǎng)素”之稱[4]。膳食纖維按照其溶解性分為可溶性膳食纖維(soluble dietary fiber，SDF)和不可溶性膳食纖維(insoluble dietary fiber，IDF)[5]，SDF在生理功能方面比IDF更為出色，具有緩解糖尿病[6]、降低高血壓血脂[7]、預(yù)防心血管疾病等功能[8]。

目前，SDF的提取方式主要有粗分離法、化學(xué)提取法[9]、酶法[10]等，粗分離法是利用液體懸浮法和氣流分級(jí)法，將原料中各成分的相對(duì)含量改變，從而提高膳食纖維含量，此方法得到的膳食纖維純度不高，一般可作為原料的預(yù)處理；化學(xué)提取法包括水法、酸法、堿法[11]及絮凝法，該方法得到的膳食纖維純度較高，也比較適用于工業(yè)化生產(chǎn)，但酸和堿不僅會(huì)在一定程度上破壞膳食纖維結(jié)構(gòu)，且對(duì)設(shè)備要求高，也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染；酶法[12]是用一種或多種酶去除原料中除膳食纖維外的其他成分，通過(guò)濃縮、過(guò)濾、干燥得到膳食纖維，酶法提取專一性強(qiáng)，作用條件溫和，操作方便，有利于環(huán)境保護(hù)，得到的膳食纖維純度高[13]。植物多糖提取時(shí)常采用超聲波破碎處理提高其提取率，但目前聯(lián)合使用超聲波及蛋白酶酶解提取海藻膳食纖維鮮見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)中，在酶法提取基礎(chǔ)上采用超聲波破碎儀[14]對(duì)壇紫菜細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，使酶能夠更充分地接觸物料，從而提高水溶性膳食纖維的提取率，為提升壇紫菜資源高值化利用率提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)用壇紫菜購(gòu)自福建東山，羅非魚魚片購(gòu)自廣州祿仕食品有限公司。

試驗(yàn)試劑：無(wú)水乙醇、氫氧化鈉、丙酮及其他試劑(分析純，廣州化學(xué)試劑廠)；α-淀粉酶(活性≥10 000 U/g，Solarbio)；糖化酶(活性≥100 000 U/g，北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司)；中性蛋白酶(活性≥60 000 U/g，北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司)。

試驗(yàn)儀器：電熱恒溫鼓風(fēng)干燥機(jī)(上海一恒科技有限公司)；真空抽濾機(jī)(力辰科技有限公司)；粉碎機(jī)(永康紅太陽(yáng)機(jī)電有限公司)；超聲波破碎儀(上海滬析實(shí)業(yè)有限公司)；高速離心機(jī)(美國(guó)貝克曼庫(kù)爾特公司)；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮生化儀器廠)；QTS-25型質(zhì)構(gòu)儀(英國(guó)CNS FARNELL公司)；Phenom Pro型桌面式掃描式電子顯微鏡(美國(guó)賽默飛世爾科技公司)。

1.2 方法

1.2.1 提取步驟 參考孟爽爽[15]的方法，略做改進(jìn)。將壇紫菜樣品放入粉碎機(jī)粉碎后，過(guò)245 μm篩密封備用，取壇紫菜粉按一定質(zhì)量比加入蒸餾水于超聲波破碎儀破碎，調(diào)節(jié)pH為5后加入α-淀粉酶、糖化酶反應(yīng)，沸水浴10 min滅酶活，冷卻后調(diào)節(jié)pH為7，加入中性蛋白酶反應(yīng)，再次沸水浴10 min滅酶活，之后以10 000 r/min離心10 min，取上清液加入4倍體積的乙醇(體積分?jǐn)?shù)為95%)，沉淀24 h后抽濾，置于60 ℃下烘干，得到SDF。

1.2.2 單因素試驗(yàn)設(shè)定 準(zhǔn)確稱取5.0 g壇紫菜粉末，按照質(zhì)量比1∶25加入蒸餾水。先于超聲波破碎儀中破碎，再進(jìn)行酶解，最后進(jìn)行離心、醇沉(條件同上)。為了更好地探究各因素對(duì)壇紫菜水溶性膳食纖維提取的影響，在查閱相關(guān)文獻(xiàn)后[16-17]，設(shè)置5個(gè)影響單因素，分別是超聲功率(270、360、450、540、630 W)，超聲時(shí)間(20、30、40、50、60 min)，中性蛋白酶添加量(0.1%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%，均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，酶解溫度(30、40、50、60、70 ℃)，酶解時(shí)間(20、40、60、80、100 min)。試驗(yàn)結(jié)果以水溶性膳食纖維提取率為衡量指標(biāo)，提取率(%)計(jì)算公式為

1.2.3 響應(yīng)面優(yōu)化提取條件 采用Dsign-Expert 8.0.6.1軟件，按照Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)[16]，在單因素基礎(chǔ)上選取酶解溫度(A)、超聲時(shí)間(B)、超聲功率(C)3個(gè)因素作為自變量，提取率為響應(yīng)值[18]，進(jìn)行響應(yīng)面分析設(shè)計(jì)試驗(yàn)(表1)。

表1 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平及編碼表

1.2.4 壇紫菜SDF理化性質(zhì)測(cè)定 持水性(g/g)、膨脹力(mL/g)、持油性(g/g)、陽(yáng)離子交換力(mmol/g)計(jì)算公式[16-17]分別為

持水率=[離心后離心管質(zhì)量(g)-干燥

離心管質(zhì)量(g)]/SDF干質(zhì)量(g)，

(2)

膨脹力=[吸水后體積(mL)-初始體積

(mL)]/SDF質(zhì)量(g),

(3)

持油率=[樣品結(jié)合油后質(zhì)量(g)-樣品

干質(zhì)量(g)]/樣品干質(zhì)量(g),

(4)

陽(yáng)離子交換力=[消耗NaOH體積(mL)-

空白體積(mL)]/樣品質(zhì)量(g)×NaOH

濃度(mol/L)。

(5)

1.2.5 SDF對(duì)凍藏魚糜凝膠強(qiáng)度的影響 分別將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%、0.2%、0.3%的壇紫菜SDF干樣與羅非魚魚片斬拌15 min后，制成混合魚糜，置于-20 ℃條件下凍藏，并設(shè)置空白組。將凍藏下的魚糜解凍，攪碎后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%的NaCl擂潰5 min，灌入腸衣待用。然后在40 ℃下加熱30 min，再于90 ℃下加熱15 min，二段加熱使其凝膠化，冷卻至室溫后置于4 ℃冰箱過(guò)夜，待測(cè)[11]。將過(guò)夜樣品取出切成25 mm高的圓柱體，用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定凝膠強(qiáng)度。質(zhì)構(gòu)儀參數(shù)設(shè)置為：球形探頭直徑為5 mm，下壓位移為15 mm，觸發(fā)值為5 g，測(cè)試速率為1.0 mm/s。凝膠強(qiáng)度(g·mm)計(jì)算公式為

凝膠強(qiáng)度=凝膠破斷強(qiáng)度(g)×凹陷

深度(mm)。

(6)

1.2.6 掃描電鏡觀察 將魚糜樣品切成3 mm×3 mm×3 mm小塊，用PBS溶液沖洗3次，每次15 min,然后放入體積分?jǐn)?shù)2%的戊二醛液內(nèi)，4 ℃下固定24 h。然后分別用體積分?jǐn)?shù)為30%、50%、70%、90%、100%的乙醇溶液進(jìn)行梯度洗脫，每次10 min。洗脫后進(jìn)行冷凍干燥，得到的樣品置于干燥皿中保存，最后將樣品進(jìn)行離子濺射儀噴金，掃描電鏡觀察。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 酶解溫度對(duì)SDF提取率的影響 從圖1可見(jiàn)：隨著溫度的升高，SDF提取率呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，在50 ℃時(shí)出現(xiàn)最高提取率(18.90%)(P<0.05)；當(dāng)溫度由30 ℃上升至50 ℃時(shí)，SDF提取率呈顯著性提升(P<0.05)，SDF提取率從9.8%提高到18.9%，其原因可能是酶在溫度影響下空間結(jié)構(gòu)緩慢打開(kāi)，暴露處有更多的作用基團(tuán)與底物結(jié)合，加快了反應(yīng)的進(jìn)行；當(dāng)溫度高于50 ℃后，SDF提取率出現(xiàn)顯著性下降(P<0.05)，SDF提取率從18.9%下降到15.9%，其原因可能是溫度過(guò)高，抑制反應(yīng)酶活力，反應(yīng)開(kāi)始變慢。因此，本試驗(yàn)條件下50 ℃為蛋白酶的最適反應(yīng)溫度。

標(biāo)有不同字母者表示組間有顯著性差異(P<0.05)，標(biāo)有相同字母者表示組間無(wú)顯著性差異(P>0.05)，下同。

2.1.2 酶添加量對(duì)SDF提取率的影響 從圖2可見(jiàn)：當(dāng)酶用量小于1.0%時(shí)，SDF提取率呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)，在1.0%時(shí)達(dá)到最高提取率(18.30%)(P<0.05)；當(dāng)酶添加量超過(guò)1.0%時(shí)，SDF提取率無(wú)顯著性變化(P>0.05)，其原因可能是隨著蛋白酶用量增加后，在酶用量為1.0%時(shí)蛋白酶空間結(jié)構(gòu)與底物已經(jīng)充分接觸，達(dá)到飽和狀態(tài)。因此，從經(jīng)濟(jì)成本考慮，蛋白酶用量為1.0%時(shí)較好。

圖2 不同酶添加量對(duì)壇紫菜SDF提取率的影響

2.1.3 酶解時(shí)間對(duì)SDF提取率的影響 從圖3可見(jiàn)：隨著酶解時(shí)間延長(zhǎng)，SDF提取率出現(xiàn)顯著性上升(P<0.05)，在60 min時(shí)達(dá)到最高提取率(20.10%)(P<0.05)；60 min后提取率趨于平穩(wěn)(P>0.05)。其原因可能是20～60 min時(shí)酶與底物充分接觸，反應(yīng)高效進(jìn)行，提取率一直處于增長(zhǎng)狀態(tài)，達(dá)到60 min后，與蛋白酶發(fā)生反應(yīng)的底物可能已反應(yīng)完畢，所以提取率未明顯增加或者減少，處于平穩(wěn)狀態(tài)[17]。因此，本試驗(yàn)條件下酶解時(shí)間60 min為反應(yīng)最適時(shí)間。

圖3 不同酶解時(shí)間對(duì)壇紫菜SDF提取率的影響

2.1.4 超聲功率對(duì)SDF提取率的影響 從圖4可見(jiàn)：當(dāng)超聲功率為270～450 W時(shí)，SDF提取率呈現(xiàn)顯著上升的趨勢(shì)(P<0.05)，這可能是超聲波破碎了壇紫菜的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使得SDF能輕易暴露出來(lái)；當(dāng)超聲功率達(dá)到450 W時(shí)，SDF的提取率最高(21.81%)(P<0.05)；當(dāng)超聲功率超過(guò)450 W時(shí)，提取率處于下降狀態(tài)，可能是超聲的功率過(guò)大，破壞了膳食纖維原本的空間結(jié)構(gòu)[19]，形成小分子糖，未被醇沉下來(lái)。因此，選取超聲功率在450 W時(shí)效果較好。

圖4 不同超聲功率對(duì)壇紫菜SDF提取率的影響

2.1.5 超聲時(shí)間對(duì)SDF提取率的影響 從圖5可見(jiàn)：隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，提取率呈先上升后下降的趨勢(shì)，超聲時(shí)間為40 min時(shí)，提取率最高(22.13%)(P<0.05)；當(dāng)超聲時(shí)間小于40 min時(shí)，隨著超聲時(shí)間延長(zhǎng)，壇紫菜在超聲波下被破碎，使得反應(yīng)進(jìn)行得更徹底，故提取率處于顯著上升趨勢(shì)(P<0.05)；當(dāng)超聲時(shí)間大于40 min后，提取率出現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)(P<0.05)，這可能是壇紫菜細(xì)胞結(jié)構(gòu)已被破碎完全，膳食纖維結(jié)構(gòu)被超聲波震碎，變成小分子物質(zhì)[20]，故提取率下降。因此，選取超聲時(shí)間為40 min為最優(yōu)條件。

圖5 不同超聲時(shí)間對(duì)壇紫菜SDF提取率的影響

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化分析

2.2.1 模型建立及方差分析 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，隨著酶添加量和酶解時(shí)間因素水平的增加，壇紫菜SDF提取率均呈先上升再趨于平緩的趨勢(shì)，因此，綜合考量選取了酶解溫度(A)、超聲時(shí)間(B)、超聲功率(C)3個(gè)因素作為自變量，提取率為響應(yīng)值(Y)，進(jìn)行響應(yīng)面分析設(shè)計(jì)試驗(yàn)。采用Dsign-Expert 8.0.6.1軟件，按照Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)，建立3因素3水平試驗(yàn)(表2)。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)多元擬合，得到壇紫菜SDF提取率的二次多項(xiàng)回歸方程為

Y=23.54-0.72A-1.13B+0.94C+1.11AB-0.44AC+0.27BC-2.80A2-3.48B2-4.69C2。

提取率的方差分析結(jié)果如表3所示，其中，P值表示影響因素對(duì)模型的顯著性，該模型的P值小于0.01，失擬項(xiàng)P值為0.331 7，大于0.05，表明該模型回歸方程擬合度較高，誤差較小，可以對(duì)不同條件下的提取效果進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。一次項(xiàng)中A為顯著影響因素，B和C均為極顯著影響因素，二次項(xiàng)中AB為顯著影響因素，A2、B2、C2均為極顯著影響因素，說(shuō)明3個(gè)因素對(duì)壇紫菜水溶性膳食纖維提取率的影響處于顯著以上。通過(guò)F值可知各因素的影響程度，依次為F(超聲時(shí)間B)>F(超聲功率C)>F(酶解溫度A)，即對(duì)試驗(yàn)提取效果影響最大的因素是超聲時(shí)間，其次是超聲功率，酶解溫度影響最小。

表3 SDF提取率方差分析結(jié)果

2.2.2 響應(yīng)面模型圖分析 各因素交互作用響應(yīng)面圖及等高線如圖6所示，從3D模型圖可知，隨著超聲功率、超聲時(shí)間、酶解溫度3個(gè)因素的增大，SDF提取率呈先上升后下降趨勢(shì)，這與單因素試驗(yàn)的結(jié)果是一致的，3D圖均有陡峭，說(shuō)明因素間影響較為顯著。等高線圖可用來(lái)呈現(xiàn)因素交互的結(jié)果，橢圓形等高線圖，說(shuō)明兩個(gè)因素間交互作用較為明顯，圓形等高線圖，說(shuō)明兩者交互作用較弱[21]。從圖6來(lái)看，AC間的等高線呈現(xiàn)橢圓形，說(shuō)明酶解溫度與超聲功率間的交互影響較強(qiáng)，而B(niǎo)C間的等高線呈現(xiàn)圓形，說(shuō)明超聲時(shí)間與超聲功率間的交互影響微弱。

圖6 交互作用的響應(yīng)面圖和等高線圖

2.2.3 模型驗(yàn)證 利用軟件分析得出的最佳提取條件是酶解溫度48.28 ℃、超聲時(shí)間38.15 min、超聲功率459.23 W，最佳提取率為23.75%，與單因素試驗(yàn)得出的最佳提取條件酶解溫度50 ℃、超聲時(shí)間40 min、超聲功率450 W，最佳提取率為20.01%相比，單因素試驗(yàn)高出軟件分析值2.80%，為了驗(yàn)證試驗(yàn)的可行性，結(jié)合實(shí)際試驗(yàn)的客觀可操作性，按照酶解溫度為48 ℃、超聲時(shí)間為38 min、超聲功率為450 W進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，壇紫菜可溶性膳食纖維的提取率為23.96%±0.80%，與模型預(yù)測(cè)結(jié)果基本相同，說(shuō)明該模型能夠較好地模擬壇紫菜水溶性膳食纖維的提取過(guò)程和預(yù)測(cè)膳食纖維的提取率。

2.3 壇紫菜SDF的理化性質(zhì)

對(duì)提取獲得的壇紫菜SDF理化性質(zhì)的測(cè)定結(jié)果如表4所示，壇紫菜SDF的持水率為(4.68±0.08)g/g，膨脹力為(2.11±0.11) mL/g，說(shuō)明SDF具有良好的持水性和膨脹能力，SDF的陽(yáng)離子交換力為(1.28±0.13)mmol/g，說(shuō)明SDF的陽(yáng)離子交換力良好。

表4 壇紫菜SDF理化性質(zhì)

2.4 SDF對(duì)凍藏魚糜凝膠強(qiáng)度的影響

不同添加量SDF對(duì)凍藏羅非魚魚糜凝膠強(qiáng)度的影響結(jié)果如圖7所示，各組羅非魚魚糜凝膠強(qiáng)度隨凍藏時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降的趨勢(shì)，空白組凝膠強(qiáng)度從4 501.22 g·mm下降至920.11 g·mm，降幅為79.55%，其中添加了SDF的魚糜組，從第2周到第6周下降速率變緩，之后下降速率加快，SDF組中凝膠強(qiáng)度降幅最小為0.2%添加量組，凝膠強(qiáng)度從4 512.05 g·mm下降至2 201.11 g·mm，降幅為51.21%，0.1%及0.3%添加量組魚糜凝膠強(qiáng)度降幅分別為53.44%、55.69%。膳食纖維因其具有良好的持水性，能夠較好地吸收魚糜中一部分水，使凍藏過(guò)程中冰晶的形成減少，魚糜蛋白能夠形成良好的空間結(jié)構(gòu)，從而減緩凝膠強(qiáng)度的衰退[22]。因此，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2% 的SDF可有效抑制凍藏期間羅非魚魚糜凝膠強(qiáng)度下降的程度，提升冷凍魚糜品質(zhì)。

圖7 壇紫菜SDF對(duì)凍藏羅非魚魚糜凝膠強(qiáng)度的影響

2.5 添加SDF的凍藏魚糜掃描電鏡觀察

對(duì)凍藏8周后不同SDF添加量的羅非魚魚糜進(jìn)行掃描電鏡觀察，結(jié)果如圖8所示，空白組魚糜凝膠結(jié)構(gòu)組織松散，間隙較大，而添加SDF組的魚糜凝膠結(jié)構(gòu)肌原纖維較為聚集，組織結(jié)構(gòu)較為致密，說(shuō)明添加SDF對(duì)羅非魚魚糜凝膠能起到增加空間結(jié)構(gòu)的作用。當(dāng)SDF添加量為0.2%時(shí)，魚糜凝膠結(jié)構(gòu)肌原纖維最為聚集，組織最為致密，優(yōu)于0.1%和0.3%添加組，由掃描電鏡結(jié)果觀察可知，不同SDF添加量對(duì)羅非魚魚糜凝膠空間結(jié)構(gòu)組織致密性影響效果排序?yàn)?.2%添加組>0.1%添加組>0.3%添加組>空白組，該結(jié)果與前述不同SDF添加量對(duì)羅非魚魚糜凝膠強(qiáng)度的影響結(jié)果一致。

3 討論

3.1 超聲波輔助對(duì)壇紫菜SDF提取率的影響

本研究表明，采用超聲波輔助復(fù)合酶(α-淀粉酶、糖化酶、中性蛋白酶)從壇紫菜中提取的SDF，經(jīng)響應(yīng)面Box-Behnken法優(yōu)化后，極大地提高了SDF提取率，當(dāng)按照添加量為1.0%配制復(fù)合酶，在超聲功率450 W、酶解溫度50 ℃、超聲時(shí)間40 min條件下，得到最優(yōu)提取率為23.96%±0.80%。本研究團(tuán)隊(duì)賴蓓蕾等[17]之前以壇紫菜為原料，采用淀粉酶、纖維素酶、中性蛋白酶復(fù)合酶法提取SDF，在酶添加量1.1%、酶解溫度55 ℃條件下，得到SDF最優(yōu)提取率為9.80%±0.12%。在此基礎(chǔ)上，本試驗(yàn)中采用超聲波破碎儀輔助對(duì)壇紫菜進(jìn)行預(yù)處理，破壞原料細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使酶能夠盡可能地接觸反應(yīng)底物，顯著提高了提取效率，通過(guò)響應(yīng)面試驗(yàn)分析，最終SDF提取率達(dá)到23.96%±0.80%。但本試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，使用超聲波破碎裝置時(shí)間和功率不宜過(guò)長(zhǎng)和過(guò)大，當(dāng)超聲功率大于450 W、超聲時(shí)間大于40 min后，SDF提取率明顯降低，這說(shuō)明超聲波破碎裝置在對(duì)壇紫菜細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行破碎完全后，隨著功率加大和時(shí)間延長(zhǎng)，也會(huì)對(duì)SDF結(jié)構(gòu)有破壞作用，形成小分子物質(zhì)，從而不被醇沉下來(lái)收集到，還有可能是超聲波使水產(chǎn)生自由基，引起氧化還原反應(yīng)[22]，使得部分酶失去活性反應(yīng)無(wú)法順利進(jìn)行，從而導(dǎo)致提取率降低。

3.2 壇紫菜SDF的理化性質(zhì)

SDF持水性、膨脹力、持油性及陽(yáng)離子交換力可較好地反映膳食纖維生理功能[23]。SDF的持水性和膨脹力可以增加飽腹感，使人體不易感到饑餓，并且還具有加速排便的效果，減少毒素在人體的滯留時(shí)間[24]。因SDF在腸道中可以吸附油脂，且能夠在一定程度上起到保護(hù)腸道的作用[23]，持油性的強(qiáng)弱取決于SDF表面的親油基團(tuán)，親油基團(tuán)越多持油性越強(qiáng)。SDF化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有羧基和羥基類等活性基團(tuán)，可與陽(yáng)離子進(jìn)行交換，當(dāng)SDF進(jìn)入腸道后，可與腸道中Na+、K+離子交換，降低其在血液中的含量，起到降低血壓的效果[25]。

在本試驗(yàn)條件下提取的SDF持水性為(4.68±0.08)g/g，膨脹力為(2.11±0.11)mL/g，持油率為(3.06±0.05)g/g，陽(yáng)離子交換力為(1.28±0.13)mmol/g，在理化性質(zhì)上優(yōu)于賴蓓蕾等[17]采用淀粉酶、纖維素酶、中性蛋白酶復(fù)合酶法提取的壇紫菜SDF(持水性為2.76 g/g，膨脹力為1.97 mL/g)，但與其他藻類膳食纖維理化性質(zhì)相比略低，如譚姣姣等[26]測(cè)定海帶中膳食纖維的持水力為2 450%，膨脹力為50 mL/g；戚勃等[27]測(cè)定江蘺藻中膳食纖維持水力為541.6%，膨脹力為10.21 mL/g。原因可能是不同藻類膳食纖維組成成分不同，形成不同的空間結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出不同強(qiáng)弱的理化性質(zhì)[28]。一般來(lái)說(shuō)，藻類物質(zhì)提取的膳食纖維理化性質(zhì)是強(qiáng)于谷類和水果中膳食纖維的[29]。周淑儀等[19]以百香果果皮為原料，采用纖維素酶酶法提取的SDF持油率為(0.88±0.08)g/g，陽(yáng)離子交換力為(1.04±0.05)mmol/g；仝文玲等[23]以堿法提取的胡麻渣SDF持水性為(4.65±0.18)g/g，膨脹力為(9.31±0.14)mL/g，持油率為(1.85±0.17)g/g，陽(yáng)離子交換力為(0.06±0.05)mmol/g。這說(shuō)明，本試驗(yàn)中采用超聲波輔助酶法提取壇紫菜SDF，不僅提高了提取效率，也提升了SDF理化性質(zhì)，反映出提取的壇紫菜SDF品質(zhì)良好。

3.3 壇紫菜SDF對(duì)魚糜凍藏過(guò)程凝膠強(qiáng)度的影響

魚糜制品在凍藏過(guò)程中，隨著凍藏時(shí)間的延長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生大量的冰晶，引起蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與疏水性發(fā)生變化，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，因此，凝膠強(qiáng)度會(huì)顯著地減弱[30]。本研究中將不同量的壇紫菜SDF添加至羅非魚魚糜中，并考察其對(duì)羅非魚糜凍藏過(guò)程中凝膠強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明，相比于空白組，SDF各組凝膠強(qiáng)度衰退程度均較小，這也與孟爽爽[15]將麩皮膳食纖維加入白鰱魚糜后凍藏過(guò)程中測(cè)定的凝膠強(qiáng)度結(jié)果一致，空白組第1周凝膠強(qiáng)度與SDF組相差不大，之后呈直線下降，說(shuō)明SDF組在抵抗凝膠強(qiáng)度衰退上是有良好效果的，而之所以SDF具有較好的抗凍性，應(yīng)該與魚糜凝膠空間結(jié)構(gòu)交聯(lián)有關(guān)，空白魚糜主要是水、蛋白質(zhì)兩者相互結(jié)合形成的較單一的空間交聯(lián)結(jié)構(gòu)，而添加了SDF的魚糜組，在空白組的基礎(chǔ)上會(huì)形成水、蛋白質(zhì)、纖維三者相互交聯(lián)的多種空間構(gòu)造[30]，使得凝膠結(jié)構(gòu)更為緊實(shí)致密，從而使凝膠強(qiáng)度得到提升。此外，不僅SDF添加量對(duì)魚糜凝膠強(qiáng)度有影響，SDF粒徑過(guò)大也會(huì)造成魚糜凝膠強(qiáng)度下降。涂曉琴[31]使用大豆膳食纖維添加到白鰱魚糜中，當(dāng)粒徑大于245 μm時(shí)，凝膠強(qiáng)度下降至空白組一半左右，而本試驗(yàn)中SDF制備過(guò)程中均過(guò)245 μm篩網(wǎng)，貯藏末期每組的凝膠強(qiáng)度均是空白組的2倍以上。

掃面電鏡試驗(yàn)結(jié)果表明，與空白組相比，SDF添加組魚糜凝膠空間結(jié)構(gòu)致密、均勻，這與張花[32]對(duì)魚糜進(jìn)行的掃描電鏡結(jié)果相似，魚糜凝膠空間構(gòu)造的致密和均勻程度依次為添加量0.2%SDF>0.1%SDF>0.3%SDF，魚糜致密均勻的空間結(jié)構(gòu)，有助于凝膠化后水分及凝膠強(qiáng)度的保持，掃面電鏡結(jié)果與魚糜凝膠強(qiáng)度的測(cè)量結(jié)果相同。

袁悅[20]在基于植物多酚與多糖的新型冷凍羅非魚魚糜抗凍劑的抗凍效果研究中表明，添加4%蔗糖、4%山梨醇和0.3%多聚磷酸鹽混合物的商業(yè)抗凍劑的羅非魚魚糜在10周貯藏期間，凝膠強(qiáng)度下降幅度為43.5%，商業(yè)抗凍劑抗凍效果略優(yōu)于0.2%的壇紫菜SDF(降幅為51.21%)。本研究中壇紫菜SDF添加量?jī)H為0.2%，且為單一組分，與以高熱量的蔗糖、山梨醇等為主的傳統(tǒng)商業(yè)抗凍劑相比，膳食纖維除具有添加量低、熱量值低且對(duì)魚糜制品風(fēng)味影響較小的優(yōu)點(diǎn)外，還具有較好的生理功能特性，不僅能改善腸道菌群環(huán)境，還具有降血糖[33]及預(yù)防心血管疾病等生理活性，具備成為開(kāi)發(fā)新型冷凍魚糜抗凍劑配方的潛力，在魚糜產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用前景廣闊。

4 結(jié)論

1) 本研究中采用的超聲波輔助酶法提取壇紫菜SDF，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)置響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化SDF提取條件，得到最佳提取條件為酶解溫度50 ℃、超聲功率450 W、超聲時(shí)間40 min，在此條件下壇紫菜可溶性膳食纖維提取率為23.96%±0.80%，有效提高了SDF的提取率。

2) 測(cè)定提取的SDF理化性質(zhì)，其持水率為(4.68±0.08)g/g，膨脹力為(2.11±0.11) mL/g，持油率為(3.06±0.05)g/g，且陽(yáng)離子交換力良好，為(1.28±0.13)mmol/g，與他人提取的同類型膳食纖維理化性質(zhì)結(jié)果相比，本試驗(yàn)中提取的膳食纖維理化性質(zhì)均表現(xiàn)優(yōu)良，更優(yōu)于果蔬類膳食纖維的理化性質(zhì)，而與部分藻類的膳食纖維相比則略顯不足，可能是由于不同藻類間的膳食纖維組成成分不同所致。

3) 將提取的SDF應(yīng)用在羅非魚魚糜中，通過(guò)8周的凍藏試驗(yàn)，測(cè)定其凝膠強(qiáng)度并進(jìn)行掃面電鏡觀察，結(jié)果顯示，添加SDF的魚糜凝膠空間結(jié)構(gòu)致密、均勻，明顯可以改善魚糜的凝膠強(qiáng)度，緩解凝膠強(qiáng)度衰減，特別是添加量為0.2%的SDF，魚糜凝膠空間結(jié)構(gòu)最為致密、均勻，抵抗凝膠強(qiáng)度衰減效果最為明顯，且與其他在魚糜中同樣添加膳食纖維并進(jìn)行凍藏的結(jié)果相比較，本試驗(yàn)中提取的SDF效果更為優(yōu)良。