豆粕蛋白對白鰱魚糜凝膠特性的影響

吳 芳，江 舒，胡曼子，劉 貝，羅海英，胡 婷

（黃岡師范學(xué)院生物與農(nóng)業(yè)資源學(xué)院，經(jīng)濟(jì)林木種質(zhì)改良與資源綜合利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，大別山特色資源開發(fā)湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北黃岡 438000）

我國淡水資源豐富，白鰱作為中國“四大家魚”之一，具有較高的產(chǎn)量和較低的成本，容易被人體消化和利用，有很大的發(fā)展前景。魚糜制品是以冷凍魚糜或鮮魚肉為原料經(jīng)一系列工序制得的一種富有彈性的凝膠狀食品[1-2]，它因營養(yǎng)豐富、方便、口味特別，受到許多消費(fèi)者的喜愛[3]。但是與其他魚糜相比，白鰱魚糜制品存在凝膠強(qiáng)度低、易發(fā)生凝膠劣化等問題，因此，改善白鰱魚糜凝膠性能具有十分重要的意義[4]。

目前通過引入外源添加物（淀粉類[5-6]、蛋白類[7-8]、可食性親水膠體[9-10]、膳食纖維[11]、磷酸鹽[12]等）來改善魚糜凝膠特性是常用手段，其中，蛋白類因成本低、加工性能好、營養(yǎng)價值高，常作為添加物來增強(qiáng)魚糜制品的品質(zhì)[13]。目前，使用非肌肉食用蛋白提高魚糜制品的凝膠性能已成為研究熱點(diǎn)，研究發(fā)現(xiàn)，米渣蛋白[14]、卵清蛋白[15]、大豆蛋白[16]和菜籽蛋白[17]等的添加對淡水魚糜凝膠特性有一定改善作用。豆粕是一種從大豆中分離提取出來的副產(chǎn)品，色澤從淡黃色到淡棕色不等，富含多種營養(yǎng)物質(zhì)，其中蛋白質(zhì)含量為40%～50%[18-19]。然而豆粕基本作為飼料使用，價格低下，利用率不高，且目前對于豆粕蛋白作為外源添加物改善魚糜凝膠特性的研究并未見報(bào)道。

因此，在前期實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，從低溫脫脂豆粕中提取獲得豆粕蛋白，并將其加入到白鰱冷凍魚糜中制備魚糜凝膠，探究豆粕蛋白添加量（0%、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%）對冷凍魚糜凝膠性能的影響并確定最佳添加量，并進(jìn)一步從化學(xué)作用力、蛋白二級結(jié)構(gòu)等角度分析影響原因。該研究不僅能為豆粕的開發(fā)和利用提供一條新思路，還為開發(fā)凝膠性能強(qiáng)、成本低的魚糜制品奠定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

白鰱冷凍魚糜（AAA 級） 湖北省洪湖市井力水產(chǎn)食品有限公司；低溫脫脂豆粕 招遠(yuǎn)市溫記食品有限公司；食鹽 黃岡黃商購物中心；NaOH、NaCO3、HCl、酒石酸鉀鈉、甘氨酸和福林酚試劑國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；CuSO4天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司；Tris 和EDTA 上海創(chuàng)賽科技有限公司；DTNB 上海麥克林生化試劑有限公司。

Nicolet6700 傅里葉紅外光譜儀 賽默飛世爾科技（原熱電公司）分子光譜部；722S 可見分光光度計(jì)

上海菁華科技儀器有限公司；真空冷凍干燥機(jī)北京松源華興科技發(fā)展有限公司；CR-10 色差計(jì)日本柯尼卡美能達(dá)公司；CT3 質(zhì)構(gòu)分析儀 美國Brookfield 有限公司；HS153 水分含量測定儀 美國Mettler Toledo 集團(tuán)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 豆粕蛋白的提取 向低溫脫脂豆粕粉中加入pH 為8.5 的NaOH 溶液進(jìn)行超聲輔助堿法提取，具體參數(shù)為料液比1:25 g/mL、超聲功率572 W、超聲時間30 min；超聲完成后在50 ℃下水浴30 min，待冷卻后在5000 r/min（4 ℃）條件下離心20 min，收集上清液用HCl 調(diào)等電點(diǎn)至4.6 進(jìn)行酸沉，4 ℃、5000 r/min 下再次離心20 min，收集沉淀進(jìn)行反復(fù)水洗至中性后真空冷凍干燥，即得豆粕蛋白。

1.2.2 復(fù)合凝膠的制備 參照李雨琦[20]的制備方法并做少量修改，準(zhǔn)確稱取5 份200 g 解凍后的白鰱魚糜，放入斬拌機(jī)中低速空斬1 min，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%的氯化鈉溶液，高速鹽斬30 s，接著分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的豆粕蛋白，并加冰水調(diào)節(jié)含水量至80%，再次高速斬拌30 s 后灌腸，將魚腸置于40 ℃的水浴鍋中煮制1 h，然后迅速放入90 ℃下水浴鍋中煮制30 min，取出后立即放入冰水中冷卻20 min，最后置于4 ℃冰箱儲藏過夜，次日測定指標(biāo)。

1.2.3 持水性的測定 將魚糜凝膠切成0.5 cm 薄片，稱取3 g 左右的樣品（W1，g），把樣品包裹在兩層濾紙（直徑為20 cm）中，放入50 mL 離心管內(nèi)，4 ℃下3000 r/min 離心15 min，取出后稱重（W2，g），平行測定三組。持水性按公式（1）計(jì)算[21]：

1.2.4 蒸煮損失率的測定 把魚糜凝膠切成0.5 cm薄片，稱其重量（W3，g），放入蒸煮袋并封口，將其于90 ℃下水浴30 min 后取出冷卻并稱重（W4，g），平行測定三組。蒸煮損失率按公式（2）計(jì)算[22]：

1.2.5 白度值的測定 把魚糜凝膠切成0.5 cm 薄片，采用色差儀測定樣品的亮度（L*）、紅度（a*）和黃度（b*）。白度值W 按公式（3）計(jì)算[23]：

1.2.6 質(zhì)構(gòu)特性分析 魚糜凝膠切成厚2 cm 圓柱，利用CT3 質(zhì)構(gòu)分析儀，采用P/5R 探頭，檢測前、中、后速度分別為5、0.5、0.5 mm/s，進(jìn)行兩次壓縮，其中觸發(fā)力為5 g，針入距離6 mm，測定魚腸的硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性等指標(biāo)[24]。

1.2.7 感官分析 根據(jù)表1 的要求，8 名食品專業(yè)學(xué)生在外觀、氣味、彈性、滋味上進(jìn)行評分，滿分一百分，結(jié)果為平均值[25]。

表1 魚糜凝膠的感官評價標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation standard of surimi gel

1.2.8 化學(xué)作用力的測定 先稱取2 g 的樣品，將其分別與10 mL 0.05 mol/L 的NaCl（SA）、0.6 mol/L NaCl（SB）、0.6 mol/L NaCl+1.5 mol/L 尿素（SC）、0.6 mol/L NaCl+8 mol/L 尿素（SD）溶液混合并將其均質(zhì)，之后在4 ℃下10000 r/min 離心15 min，最后用Lowry 法測定上清液中蛋白質(zhì)的含量[26]。

標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：稱取0.1 g 牛血清蛋白粉末，加少量純水溶解，并定容至100 mL，配制成濃度為1 mg/mL 的牛血清蛋白溶液。取10 支試管并編號，分別加入上述牛血清蛋白溶液0、100、200、300、400、500 μL，然后分別加入蒸餾水500、400、300、200、100、0 μL。向每支試管內(nèi)加入5 mL 現(xiàn)配的福林酚A 液，30 ℃下水浴15 min 后，分別再加入0.5 mL 福林酚B 液，30 ℃下水浴30 min，待反應(yīng)結(jié)束后在750 nm 處測吸光值。以標(biāo)準(zhǔn)曲線的蛋白質(zhì)濃度（X）為橫坐標(biāo)，以吸光度（Y）為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得回歸方程：Y=0.3115X+0.2325（R2=0.9951）。上清液中蛋白質(zhì)含量的測定：吸取500 μL 樣液，加入試管中，向試管中加入福林酚A 液5 mL 并混勻，30 ℃下水浴15 min，再加入0.5 mL 福林酚B 液，30 ℃下水浴30 min，待反應(yīng)結(jié)束后測定吸光值，并根據(jù)回歸方程計(jì)算上清液中蛋白質(zhì)的含量。各化學(xué)作用力用蛋白質(zhì)在不同溶液中溶解的含量差表示，離子鍵：SB-SA；氫鍵：SC-SB；疏水相互作用：SDSC[27]。

1.2.9 總巰基含量的測定 取0.086 mol/L 的Tris溶液、0.09 mol/L 甘氨酸溶液，4 mmol/L 的EDTA溶液、8 mol/L 尿素溶液各25 mL 混合均勻，配制成緩沖液。取0.1 g 樣品加入15 mL 緩沖液，利用高速均質(zhì)機(jī)均質(zhì)30 s 后用磁力攪拌器攪拌6 h，置于50 mL 離心管，11000 r/min（4 ℃）離心15 min。取3 mL 上清液，加入0.3 mL 10 mmol/L 的DTNB 溶液，將其于40 ℃下水浴25 min，然后在412 nm 下測吸光值，按公式（4）計(jì)算[28]：

式中：SH 表示巰基摩爾濃度，μmol/g；A421表示樣品在412 nm 處的吸光值；C 為蛋白濃度，mg/mol。

1.2.10 蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的測定 采用溴化鉀壓片法分析魚糜凝膠的紅外光譜，取1 mg 冷凍干燥后的樣品加入至100 mg 的干燥溴化鉀粉末中研磨，使其均勻混合，再用壓片機(jī)將其壓縮為薄片，放進(jìn)調(diào)至分辨率為4 cm-1的紅外光譜儀器掃描檢測，共掃描64次，波數(shù)為4000～500 cm-1[29]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 軟件繪圖和分析，SPSS 24.0 軟件進(jìn)行ANOVA 單因素方差分析，顯著性水平為P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同添加量的豆粕蛋白對白鰱魚糜凝膠持水性的影響

由圖1 可以看出，隨豆粕蛋白添加量的不斷增加，魚糜凝膠的持水性先上升后下降，并在添加量為1.5%時達(dá)到最高。豆粕蛋白本身具有一定的吸水性，適量地添加到魚糜凝膠可以和魚糜本身的蛋白進(jìn)行相互作用，讓其形成更為致密的凝膠網(wǎng)絡(luò)，使結(jié)構(gòu)更加緊密，提高其持水性。繼續(xù)加入豆粕蛋白，持水性反而降低，這可能與加入過多的豆粕蛋白會造成肌原纖維間的交聯(lián)受阻[17]，進(jìn)而導(dǎo)致其凝膠網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性受到破壞有關(guān)。

圖1 不同添加量的豆粕蛋白對魚糜凝膠持水性的影響Fig.1 Effect of soybean meal protein with different concentrations on the water-holding capacity of surimi gel

2.2 不同添加量的豆粕蛋白對白鰱魚糜凝膠蒸煮損失率的影響

由圖2 可以看出，隨豆粕蛋白添加量的不斷增加，魚糜凝膠的蒸煮損失率呈先下降后上升的趨勢，并在添加量為1.5%時達(dá)到最低。添加適量的豆粕蛋白，能降低魚糜凝膠的蒸煮損失率，并能減少其營養(yǎng)物質(zhì)、水分的流失，原因可能是添加豆粕蛋白后，形成了緊密的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，鎖住了更多的水分[30]，從而降低了魚糜凝膠的蒸煮損失率；加入過多的豆粕蛋白會破壞魚糜凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致水分的流失，進(jìn)而引起蒸煮損失率升高。

圖2 不同添加量的豆粕蛋白對魚糜凝膠蒸煮損失率的影響Fig.2 Effect of soybean meal protein with different concentrations on the cooking loss rate of surimi gel

2.3 不同添加量的豆粕蛋白對白鰱魚糜凝膠白度值的影響

白度是反映產(chǎn)品外觀、色澤的重要指標(biāo)，白度值高的產(chǎn)品更受歡迎。由圖3 可以看出，添加豆粕蛋白的樣品組的白度值均小于空白對照組（P＜0.05）。魚糜凝膠的顏色特征與添加劑的類型和種類有關(guān)，加入的豆粕蛋白呈微黃色，當(dāng)添加至魚糜中，會對其色澤有一定的影響，導(dǎo)致樣品的白度值降低。從圖3中可以看出，當(dāng)豆粕蛋白添加量為1.5%時，其白度值為73.67±0.09，相比于空白組（74.81±0.06），略有降低，對產(chǎn)品外觀影響不大。

圖3 不同添加量的豆粕蛋白對魚糜凝膠白度值的影響Fig.3 Effect of soybean meal protein with different concentrations on the whiteness value of surimi gel

2.4 不同添加量的豆粕蛋白對白鰱魚糜凝膠TPA 性能的影響

由表2 可以看出，隨豆粕蛋白添加量的不斷增加，魚糜凝膠的硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性先上升后下降，且當(dāng)添加量為1.5%時均可達(dá)到最大值。添加適量的豆粕蛋白能改善魚糜凝膠的質(zhì)構(gòu)特性，可能是當(dāng)豆粕蛋白添加較少時，其能均勻填充到凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙，導(dǎo)致魚糜凝膠硬度、彈性、內(nèi)聚性等指標(biāo)增大。若繼續(xù)加入豆粕蛋白，反而會阻礙魚糜蛋白之間的交聯(lián)，降低凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[17]，導(dǎo)致魚糜凝膠質(zhì)構(gòu)特性相關(guān)指標(biāo)的下降。

2.5 不同添加量的豆粕蛋白對白鰱魚糜凝膠感官品質(zhì)的影響

由表3 可以看出，隨豆粕蛋白添加量的不斷增加，魚糜凝膠的彈性和滋味得分呈先升后降的趨勢，在添加量為1.5%時，得分均達(dá)到最高。加入1.5%的豆粕蛋白時，魚糜凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最為緊密，使魚糜制品具有良好的彈性，能賦予魚糜制品較好的組織形態(tài)，從而使彈性和滋味得分增加。魚糜凝膠的外觀及氣味與空白組相比，并無顯著性變化（P＞0.05）。綜上，當(dāng)豆粕蛋白添加量為1.5%時，魚糜凝膠的總分最高；繼續(xù)增大其添加量，總分反而下降。

表3 不同添加量的豆粕蛋白對魚糜凝膠感官品質(zhì)的影響Table 3 Effect of soybean meal protein with different concentrations on the sensory evaluation of surimi gel

2.6 不同添加量的豆粕蛋白對白鰱魚糜凝膠化學(xué)作用力的影響

由圖4 可以看出，隨豆粕蛋白添加量的不斷增加，魚糜凝膠中的疏水相互作用含量先上升后下降，當(dāng)添加量為1.5%時，疏水相互作用含量達(dá)到最高；氫鍵和離子鍵含量無顯著性變化（P＞0.05）。1.5%的豆粕蛋白能均勻地填充至魚糜凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的空隙中，形成致密的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而提高了魚糜凝膠中疏水相互作用的含量[28]。當(dāng)添加量增大至2.0%時，過量的豆粕蛋白會破壞凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致疏水相互作用含量降低。

圖4 不同添加量的豆粕蛋白對魚糜凝膠化學(xué)作用力的影響Fig.4 Effect of soybean meal protein with different concentrations on chemical forces of surimi gel

2.7 不同添加量的豆粕蛋白對白鰱魚糜凝膠總巰基含量的影響

由圖5 可以看出，隨豆粕蛋白添加量的不斷增加，魚糜凝膠的總巰基含量先上升后下降，且在添加量為1.5%時達(dá)到最大值，這一趨勢與疏水相互作用結(jié)果保持一致。巰基含量是蛋白結(jié)構(gòu)變化的一個重要指標(biāo)，它在保持蛋白質(zhì)構(gòu)象方面起著關(guān)鍵的作用[31]。添加過量的豆粕蛋白反而會抑制魚糜蛋白分子的展開，使得包裹在分子內(nèi)部的巰基不能充分暴露在外[28]，進(jìn)而降低了魚糜凝膠中的總巰基含量。

圖5 不同添加量的豆粕蛋白對魚糜凝膠總巰基含量的影響Fig.5 Effect of soybean meal protein with different concentrations on the content of total sulfhydryl groups of surimi gel

2.8 不同添加量的豆粕蛋白對白鰱魚糜凝膠蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的影響

由圖6 可以看出，豆粕蛋白的添加并未使紅外光譜圖中出現(xiàn)新的特征吸收峰或者發(fā)生明顯特征峰位移，說明豆粕蛋白并未與魚糜蛋白發(fā)生反應(yīng)形成新物質(zhì)。在凝膠形成中，酰胺I 帶為主要的研究目標(biāo)，因?yàn)樗鼘Φ鞍踪|(zhì)二級結(jié)構(gòu)的區(qū)域變化很敏感[32]，研究其區(qū)域的峰值，通過比較不同豆粕蛋白添加量下峰值的變化情況，能更好地分析豆粕蛋白對魚糜蛋白二級結(jié)構(gòu)的影響。在1600～1700 cm-1的酰胺I 帶中，β-折疊部分為1600～1640 cm-1，無規(guī)則卷曲部分為1640～1650 cm-1，α-螺旋部分為1650～1660 cm-1，β-轉(zhuǎn)角部分為1660～1695 cm-1[33-34]。如圖6 所示，不同添加量的豆粕蛋白在酰胺區(qū)譜峰依次為：1655、1651、1650、1650 和1650 cm-1，說明豆粕蛋白的添加對魚糜蛋白的二級結(jié)構(gòu)影響較小。

圖6 不同添加量的豆粕蛋白對魚糜凝膠蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的影響Fig.6 Effect of soybean meal protein with different concentrations on the protein secondary structure of surimi gel

3 結(jié)論

向白鰱冷凍魚糜中加入1.5%的豆粕蛋白后，魚糜凝膠的持水性、硬度、彈性、內(nèi)聚性、咀嚼性和感官得分均有所提高，且顯著高于空白組（P＜0.05），同時蒸煮損失率達(dá)到最低，且顯著低于空白組（P＜0.05）。此時，魚糜凝膠疏水相互作用含量為7.96±0.16 mg/g，總巰基含量為2.10±0.21 μmol/g，均達(dá)到最大值，豆粕蛋白的加入對魚糜蛋白的二級結(jié)構(gòu)無較大影響。因此，添加1.5%的豆粕蛋白到白鰱冷凍魚糜中能夠有效地改善魚糜制品的品質(zhì)。