不同原淀粉對(duì)金線魚魚糜凝膠品質(zhì)的影響及其分子機(jī)制

黃曉冰，洪鵬志,2，周春霞,2，宋春勇，張若蘭，馬煥塔

（1.廣東海洋大學(xué)食品科技學(xué)院/廣東省水產(chǎn)品加工與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省海洋食品工程技術(shù)研究中心/廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心/廣東省海洋生物制品工程實(shí)驗(yàn)室，廣東 湛江 524088；2.海洋食品精深加工關(guān)鍵技術(shù)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，大連工業(yè)大學(xué)，遼寧 大連 116034）

金線魚（Nemipterus virgatus）是我國南海經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的魚類之一，其資源量相對(duì)穩(wěn)定,漁獲量較高，是魚糜加工中的第二大魚種[1]。目前，市售金線魚主要以凍魚糜、魚糜制品和腌制品為主，然而以魚糜制成的魚糜制品在口感和質(zhì)地上欠佳，且易劣化。因此，選擇一種低價(jià)值且安全的改良劑來改善魚糜制品品質(zhì)成為研究熱點(diǎn)。

淀粉在人類健康飲食中有重要作用，常因價(jià)格低廉、保水性強(qiáng)等特點(diǎn)而用作外源添加物來改善魚糜制品的品質(zhì)。根據(jù)Kong 等[2]提出的“包裝效應(yīng)”，在加熱過程中淀粉發(fā)生糊化，內(nèi)部顆粒膨脹，從而擠壓魚糜凝膠基質(zhì)，有利于形成穩(wěn)定的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改善魚糜凝膠品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本，并提高凍融穩(wěn)定性[3,4]。但不同淀粉的來源和結(jié)構(gòu)對(duì)魚糜凝膠的影響有顯著差異。支鏈淀粉含量高的薯類淀粉比谷類淀粉更易吸水膨脹，有利于改善魚糜凝膠強(qiáng)度和微觀結(jié)構(gòu)的致密性[5,6]，通過物理和化學(xué)改性處理后的變性淀粉黏合性和穩(wěn)定性較高[7]，而添加原木薯淀粉對(duì)改善帶魚（Trichiurus haumela）魚糜凝膠強(qiáng)度和持水性效果較交聯(lián)淀粉和羥丙基淀粉更佳[8]。與變性淀粉相比，原淀粉生產(chǎn)工藝簡單，費(fèi)用低，極大減少魚糜制品的工業(yè)化生產(chǎn)成本。已有有關(guān)淀粉對(duì)魚糜凝膠品質(zhì)影響的研究，關(guān)于幾種原淀粉對(duì)金線魚魚糜凝膠的物化特性、微觀結(jié)構(gòu)以及分子層面的多尺度綜合分析較少。另外，《綠色食品魚糜制品》（NY/T 1327—2018）規(guī)定，魚糜制品中淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)不能超過15%。為更好地研究不同來源淀粉對(duì)魚糜凝膠品質(zhì)特性的影響，本研究通過添加高含量淀粉（質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%）比較不同原淀粉對(duì)金線魚魚糜凝膠品質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)及分子間作用力的影響，分析淀粉內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)肌原纖維蛋白分子的相互作用機(jī)制，為低成本魚糜制品加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冷凍金線魚魚糜購自陽江市永昊水產(chǎn)有限公司（2022 年9 月批次），AAA 級(jí)，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.50%，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為74.72%。木薯淀粉、馬鈴薯淀粉，食品級(jí)，購自河北百味生物科技有限公司；玉米淀粉、小麥淀粉，食品級(jí)，購自南京甘汁園糖業(yè)有限公司。塑料腸衣（食品級(jí)）購自河北順平縣佳興腸衣有限公司，快速Lowry 法蛋白含量測(cè)定試劑盒購自上海荔達(dá)生物科技有限公司，光譜級(jí)溴化鉀購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。其他化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

UMC5 斬拌機(jī)，德國Stephan 公司；3nh 色差儀，深圳市3nh 科技公司；TA.XT plusC 質(zhì)構(gòu)儀，英國Stab.Micro System 公司；NMI20-060H-I 低頻核磁共振成像分析儀，蘇州紐邁分析儀器公司；KD-3000半自動(dòng)冷凍切片機(jī)，浙江省金華市科迪儀器設(shè)備有限公司；EVOS FL Auto2全自動(dòng)熒光倒置顯微鏡，美國Life Technoiogies 公司；7610F 掃描電子顯微鏡，日本電子公司；UV757CRT 紫外可見分光光度計(jì)，上海精科儀器有限公司；TENSOR27 傅里葉變換紅外光譜儀，德國布魯克公司。

1.3 方法

1.3.1 魚糜凝膠的制備 參考Song等[9]的方法，稱取金線魚魚糜500 g，于斬拌機(jī)中切碎1 min，加入食鹽、水，使其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2.5%、80.0%，再分別加入木薯淀粉、馬鈴薯淀粉、玉米淀粉和小麥淀粉，使魚糜中各淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%。繼續(xù)斬拌4 min。整個(gè)斬拌過程溫度控制在4～10 ℃。將斬拌后的淀粉-魚糜混合物進(jìn)行灌腸、二段式加熱（40 ℃30 min，90 ℃20 min），最后放置4 ℃冰箱冷藏12 h。

1.3.2 白度的測(cè)定 擦干魚糜凝膠表面水分，切片（厚度5 mm），放置透明塑料皿中，用色差儀測(cè)定凝膠的亮度（L*），紅綠度（a*）和黃藍(lán)度（b*）值[10]。白度值（W）計(jì)算：

1.3.3 凝膠質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定 將魚糜凝膠表面水分擦干，切成20 mm×20 mm 的圓柱體，使用TA.XT plusC 質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定魚糜凝膠強(qiáng)度和質(zhì)地剖面分析（TPA），探頭分別選用P/0.5和P/0.5S，兩者測(cè)定參數(shù)均一致。預(yù)測(cè)試速度為5.00 mm/s，測(cè)試速度和測(cè)后速度均為1.00 mm/s，壓縮百分比50%，觸發(fā)力0.049 N，壓縮間距10 mm[9]。

1.3.4 凝膠持水性的測(cè)定 參考Jiang 等[11]的方法并稍作修改。將魚糜樣品表面水分擦干，切成厚約2 mm的薄片，取約2 g的魚糜凝膠并準(zhǔn)確稱量（m1）。隨后用濾紙包?。▋蓪訛V紙包裹），樣品在4 °C 以5 000×g離心15 min，稱取質(zhì)量m2。計(jì)算凝膠持水性（%）：持水性=m1/m2。

1.3.5 凝膠蒸煮損失率的測(cè)定 將樣品切成厚度1.5 mm 的薄片，擦干表面水分并準(zhǔn)確稱質(zhì)量（A1），裝入密封袋。經(jīng)90 ℃水浴加熱20 min，放置冰箱冷卻，稱質(zhì)量（A2）[10]。凝膠蒸煮損失率（%）計(jì)算：

1.3.6 水分分布狀態(tài)的測(cè)定 參考Song等[9]的方法，稍作修改。確保凝膠樣品表面無外界水分，將其切成圓柱體（20 mm×20 mm），放入核磁管中。根據(jù)CPMG 脈沖序列測(cè)定凝膠的弛豫時(shí)間T2。脈沖參數(shù)：磁體頻率21 MHz，譜寬200 MHz，回收延遲時(shí)間3 000 ms，回波數(shù)量5 000，掃描數(shù)量4。使用Multi Exp Inv Analysis 分析軟件擬合數(shù)據(jù)，計(jì)算橫向弛豫時(shí)間，得出的峰面積表示樣品中所含水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.3.7 顯微鏡觀察 將樣品切成厚度為1.5 cm 的圓柱體，用300 g/L的蔗糖脫水，并用300 g/L蔗糖和冰凍切片包埋劑（OCT）按體積比1∶1 混合，固定4 h，用OCT 再固定4 h，放入-40 ℃低溫冷凍12 h[12]。在溫度為-20 ℃的冷凍切片機(jī)內(nèi)將樣品切成30 μm 的薄片，用伊紅染色2 min（蛋白呈紅色），使用熒光倒置顯微鏡觀察（200 倍下）凝膠微觀結(jié)構(gòu)。所得圖片中的空洞直徑采用ImageJ-win64軟件計(jì)算。

參照Mi 等[13]的方法稍作修改。將魚糜凝膠切成2 mm×2 mm×1 mm 的薄片，并在4 ℃下用體積分?jǐn)?shù)2.5%戊二醛（pH 6.8）固定4 h，再用0.1 mol/L磷酸鹽緩沖液（pH 6.8）沖洗固定樣品2 次，經(jīng)不同濃度的乙醇脫水、體積比1∶1 無水乙醇-叔丁醇洗滌、叔丁醇沖洗，樣品使用冷凍干燥機(jī)干燥48 h 并噴金。采用掃描電子顯微鏡在8 kV 加速電壓下放大15 000倍觀察凝膠的微觀結(jié)構(gòu)。

1.3.8 化學(xué)作用力的測(cè)定 化學(xué)作用力測(cè)定根據(jù)Jiang 等[11]的方法，稍作修改。將魚糜凝膠攪碎后，取3 g 樣品放入離心管中，分別加入10 mL 的0.05 mol/L NaCl溶液（S1）、0.6 mol/L NaCl溶液（S2）、1.5 mol/L 尿素+0.6 mol/L NaCl 溶液（S3）、8 mol/L尿素+0.6 mol/L NaCl 溶液（S4），0.6 mol/L NaCl+8 mol/L 尿素+0.5 mol/L β-巰基乙醇（S5），并通過均質(zhì)機(jī)均質(zhì)2 min。得到的混合物置于4 ℃下1 h，用冷凍離心機(jī)以8 000 r/min 離心15 min，取上清液。采用Lowry測(cè)上清液的蛋白質(zhì)量濃度（mg/mL）。

離子鍵作用=ρS2—ρS1，氫鍵作用=ρS3—ρS2，疏水相互作用=ρS4—ρS3，二硫鍵作用=ρS5—ρS4。其中，ρS1、ρS2、ρS3、ρS4、ρS5分別為S1、S2、S3、S4、S5 中蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度。

1.3.9 凝膠二級(jí)結(jié)構(gòu)分析 將冷凍干燥后的魚糜凝膠樣品徹底研磨，與溴化鉀按質(zhì)量比1∶100 比例混勻，用壓片機(jī)壓縮成片。傅里葉變換紅外光譜（FTIR）是在4 000～500 cm-1的波數(shù)范圍內(nèi)掃描樣品32 次。使用Omnic 9.2 和PeakFit 4.12 軟件處理數(shù)據(jù)，計(jì)算蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

原數(shù)據(jù)全部通過Excel 軟件整理，用OriginPro 2023 作圖，采用SPSS 25.0 進(jìn)行方差分析，再進(jìn)行Duncan 多重檢驗(yàn)分析每個(gè)平均值之間差異的顯著性（P＜0.05）。每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定不少于5次。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同淀粉種類對(duì)金線魚魚糜凝膠理化性質(zhì)的影響

2.1.1 白度值 白度是冷凍魚糜及魚糜制品品質(zhì)最重要的指標(biāo)之一[7]。如表1 所示，與對(duì)照組相比，添加木薯淀粉、馬鈴薯淀粉、玉米淀粉和小麥淀粉均降低了魚糜凝膠的L*、b*和白度值（P＜0.05）?？赡苁且?yàn)榈矸垲w粒受熱膨脹后充當(dāng)“填充劑”，將魚糜凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連接起來，導(dǎo)致部分光線無法穿過凝膠表面而被折射出去，使魚糜凝膠的亮度值下降，即白度降低[14]。Luo 等[15]在研究馬鈴薯淀粉對(duì)帶魚（Trichiurus lepturus）魚糜凝膠的影響時(shí)也發(fā)現(xiàn)了類似的趨勢(shì)，認(rèn)為淀粉顆粒溶脹受到限制時(shí)也可能導(dǎo)致光的散射降低，從而降低白度。

表1 不同淀粉的添加對(duì)金線魚魚糜凝膠白度的影響Table 1 Effects of different starches on the whiteness of Nemipterus virgatus surimi gel

2.1.2 質(zhì)構(gòu)特性 凝膠強(qiáng)度和TPA 是魚糜產(chǎn)品的主要指標(biāo)，直接影響其商業(yè)價(jià)值。由表2可知，添加不同淀粉的金線魚魚糜凝膠強(qiáng)度、硬度、內(nèi)聚性和咀嚼性均大幅度上升。相對(duì)其他淀粉，馬鈴薯淀粉對(duì)改善魚糜凝膠質(zhì)構(gòu)特性方面的效果更顯著（P＜0.05）。但在彈性方面，木薯淀粉更有利于提高魚糜凝膠的彈性（P＜0.05），而玉米淀粉和小麥淀粉對(duì)改善魚糜凝膠彈性和咀嚼性的效果稍差于木薯淀粉和馬鈴薯淀粉?？梢姡砑邮眍惖矸蹖?duì)凝膠質(zhì)構(gòu)的改善優(yōu)于其他兩種淀粉，這與文獻(xiàn)[7]的報(bào)道一致，淀粉顆粒的溶脹能力與支鏈淀粉的含量成正比，當(dāng)?shù)矸垲w粒吸收水分并在加熱過程中膨脹時(shí)，膨脹的淀粉顆粒會(huì)給魚糜凝膠提供能量。然而，不同品種的淀粉其顆粒大小也不同，溶脹能力較大的淀粉顆粒可對(duì)淀粉-魚糜凝膠基質(zhì)施加更大的壓力，從而產(chǎn)生更強(qiáng)的凝膠強(qiáng)度[5]。本研究中，馬鈴薯淀粉顆粒最大[16]，添加馬鈴薯淀粉對(duì)凝膠質(zhì)地改善效果最顯著（P＜0.05）。

表2 不同淀粉的添加對(duì)金線魚魚糜凝膠強(qiáng)度和質(zhì)構(gòu)的影響Table 2 Effects of different starches on strength and texture of Nemipterus virgatus surimi gel

2.1.3 持水性和蒸煮損失率 持水性和蒸煮損失率代表凝膠基質(zhì)受外力影響時(shí)的穩(wěn)定性，間接反映了魚糜凝膠的致密性和淀粉的吸水能力[10]。如圖1 所示，與不含淀粉的魚糜凝膠相比，淀粉的加入顯著提高了魚糜凝膠的持水性，其中木薯淀粉使凝膠的持水性從對(duì)照組的80.40%提高到92.69%。同時(shí)，蒸煮損失率急劇下降（P＜0.05）。此外，薯類淀粉對(duì)凝膠持水能力的改善效果優(yōu)于玉米淀粉和小麥淀粉。也有研究發(fā)現(xiàn)了類似結(jié)果[5]：添加支鏈淀粉含量高的薯類淀粉比玉米淀粉更有利于改善魚糜-牛肉復(fù)合凝膠的凝膠強(qiáng)度和持水能力。產(chǎn)生該結(jié)果的原因可能是當(dāng)?shù)矸垲w粒結(jié)構(gòu)受到破壞時(shí)，導(dǎo)致淀粉內(nèi)部聚合物，尤其是支鏈淀粉發(fā)生裂解，并使更多的羥基暴露在水中，從而有助于提高淀粉的持水能力[17]。一般而言，直鏈淀粉加熱后會(huì)使蛋白質(zhì)基質(zhì)形成脆凝膠；反之支鏈淀粉越多，形成的凝膠更具黏合性，從而減少凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中水分的流失[18]。

圖1 不同淀粉對(duì)金線魚魚糜凝膠持水性和蒸煮損失率的影響Fig.1 Effects of different starches on water holding capacity and cooking loss rate of Nemipterus virgatus surimi gel

2.1.4 水分分布狀態(tài) 魚糜凝膠中的水分狀態(tài)與持水性密切相關(guān)，進(jìn)一步?jīng)Q定魚糜凝膠的品質(zhì)和穩(wěn)定性[9]。由圖2(A)可知，金線魚魚糜凝膠的弛豫時(shí)間T2在10-2～103ms內(nèi)出現(xiàn)4個(gè)峰。第1個(gè)峰T2b（10-1～1.0 ms）和第2 個(gè)峰T21（1～10 ms）對(duì)應(yīng)的是結(jié)合水，第3個(gè)峰T22（10～102ms）屬于不易流動(dòng)水，第4個(gè)峰T23（102～103ms）表示游離水[10]。而且魚糜凝膠中水主要以不易流動(dòng)水存在，結(jié)合水次之。其中，不易流動(dòng)水的弛豫時(shí)間越短，說明水分子流動(dòng)性越小，水分子與基質(zhì)的結(jié)合能力越強(qiáng)[15]。與對(duì)照組相比，添加淀粉后T22的弛豫時(shí)間顯著減?。≒＜0.05），其中添加木薯和馬鈴薯淀粉魚糜凝膠不易流動(dòng)水峰值的弛豫時(shí)間最短。這可能是薯類淀粉含有大量具高膨脹特性的支鏈淀粉[19]，薯類淀粉內(nèi)的支鏈淀粉憑借高膨脹特性使凝膠基質(zhì)對(duì)水的結(jié)合能力增強(qiáng)，有助于凝膠結(jié)構(gòu)截住水分，進(jìn)而縮短了T22的弛豫時(shí)間。

圖2 不同淀粉對(duì)金線魚魚糜凝膠橫向弛豫時(shí)間T2和水分組成的影響Fig.2 Effects of different starches on transverse relaxation time t2 and water composition of Nemipterus virgatus surimi gel

圖2(B)表示結(jié)合水、不易流動(dòng)水和自由水三種不同狀態(tài)水分所對(duì)應(yīng)的峰比例。從圖中可知，不易流動(dòng)水占水分的主要含量。由于淀粉的加入，魚糜凝膠不易流動(dòng)水和自由水的含量較對(duì)照組均發(fā)生了顯著降低（P＜0.05），但結(jié)合水含量顯著增加（P＜0.05）。這可能是淀粉的添加增強(qiáng)了氫質(zhì)子的結(jié)合能力，導(dǎo)致魚糜凝膠中部分水與肌原纖維蛋白結(jié)合從而轉(zhuǎn)化成結(jié)合水，由此增強(qiáng)了凝膠基質(zhì)的持水能力[15]。比較而言，含有木薯淀粉的魚糜凝膠對(duì)水的結(jié)合能力最強(qiáng)。由此進(jìn)一步表明，支鏈淀粉含量較高的薯類淀粉更有利于改善金線魚魚糜凝膠的持水性。

2.2 不同淀粉種類對(duì)金線魚魚糜凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響

如圖3(A-E)所示，不含淀粉的魚糜凝膠在光鏡下形態(tài)結(jié)構(gòu)相對(duì)松散，表面空洞所占空間較大，其平均直徑達(dá)到55.36 μm。添加淀粉后魚糜凝膠的形態(tài)結(jié)構(gòu)變得更加規(guī)則有序，表面空洞大幅度減小，其平均直徑在24.94～34.40 μm 之間（圖3(F)）。添加木薯淀粉和馬鈴薯淀粉的魚糜凝膠形態(tài)結(jié)構(gòu)比其他兩種淀粉更致密，尤其是添加木薯淀粉后，魚糜凝膠平均直徑減小至24.94 μm（圖3(G)），與凝膠強(qiáng)度和持水性結(jié)果一致。這可能與支鏈淀粉內(nèi)的微晶結(jié)構(gòu)有關(guān)。支鏈淀粉分子內(nèi)的微晶結(jié)構(gòu)決定了淀粉膨脹和糊化的開始，且木薯淀粉屬于高支鏈淀粉，其結(jié)晶度高于普通淀粉，具有較高的溶脹能力[19-20]；因此，支鏈淀粉的這種特性可更好地將淀粉顆粒當(dāng)作橋梁與肌原纖維蛋白分子連接起來，使空洞的直徑減小，導(dǎo)致凝膠的整體形態(tài)結(jié)構(gòu)變得更緊湊，從而增強(qiáng)魚糜凝膠的抗壓能力[21]。而且高度緊密的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可限制水分子的流動(dòng)，使水分不易流失，與持水能力結(jié)果相一致。

圖3 不同淀粉對(duì)金線魚魚糜凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.3 Effects of different starches on microstructure of Nemipterus virgatus surimi gel

魚糜凝膠微觀結(jié)構(gòu)的致密性是反映魚糜凝膠性能和持水能力的關(guān)鍵。如圖3(G-K)所示，不含淀粉的金線魚魚糜凝膠在透射電鏡下網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對(duì)粗糙、疏松，表面的孔隙數(shù)量多且大。加入淀粉后，魚糜凝膠表面光滑平整，孔隙數(shù)量顯著下降，孔徑減小。添加木薯淀粉的魚糜凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更為致密，孔隙相對(duì)較小，整體分布較均勻（圖3(H)）；添加馬鈴薯淀粉后，凝膠基質(zhì)表面稍微粗糙，總體上較為致密（圖3(I)）；但添加玉米淀粉和小麥淀粉后，金線魚魚糜凝膠基質(zhì)表面較為粗糙，孔隙多且孔徑較大（圖3(J、K)）。說明添加薯類淀粉更有利于魚糜凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成。

通常，致密均勻的凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)分子的有序聚集有關(guān)，肌原纖維蛋白加熱后，蛋白分子展開，之后重新聚集形成穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[13]。加入淀粉后，淀粉顆粒通過凝膠化和溶脹作用導(dǎo)致水合作用增加，從而使蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)和淀粉具有更好的相容性[15]。此外，淀粉作為一種親水大分子，可作為魚糜凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的親水填料，通過鎖定自由水和相互連接的水通道來增強(qiáng)魚糜凝膠的物理穩(wěn)定性[22]。而木薯淀粉和馬鈴薯淀粉的添加使魚糜凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密，形成的凝膠具有更高的強(qiáng)度和持水性。

2.3 不同淀粉種類影響金線魚魚糜凝膠的分子機(jī)制

2.3.1 化學(xué)作用力 蛋白質(zhì)分子間的非共價(jià)鍵在維持三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和增強(qiáng)凝膠強(qiáng)度方面起著至關(guān)重要的作用[11]。如圖4 所示：與離子鍵、氫鍵、疏水相互作用相比，魚糜凝膠中二硫鍵受淀粉的影響最顯著，其次是疏水相互作用；添加4種淀粉后氫鍵和疏水相互作用增強(qiáng)（P＜0.05），但不利于魚糜凝膠中離子鍵和二硫鍵的形成。研究表明，加入多糖類物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致肌原纖維蛋白分子發(fā)生非二硫鍵聚合反應(yīng)[23]。由于淀粉本身是一種多糖，內(nèi)部含有大量的羥基，而蛋白質(zhì)中的巰基基團(tuán)易受羥基的攻擊[24]，阻礙巰基之間的交聯(lián)，導(dǎo)致二硫鍵含量降低。此外，疏水相互作用在魚糜凝膠網(wǎng)絡(luò)形成過程中起關(guān)鍵作用。圖4可見，在魚糜凝膠形成過程中，含有淀粉的魚糜凝膠表現(xiàn)出較高的疏水相互作用（P＜0.05），這與文獻(xiàn)[14]結(jié)果一致，由于加熱可誘導(dǎo)蛋白質(zhì)變性，導(dǎo)致極性基團(tuán)特別是肌球蛋白中的疏水基團(tuán)暴露出來，使蛋白質(zhì)之間發(fā)生交聯(lián)和聚集。除此之外，疏水相互作用的提高也可能受淀粉結(jié)構(gòu)的影響，熱處理后的淀粉顆粒受到破壞，尤其是支鏈淀粉發(fā)生裂解，導(dǎo)致更多的羥基與肌原纖維蛋白殘基發(fā)生交聯(lián)，以此作為填充物增加疏水相互作用[13]。在本研究中，各類淀粉對(duì)魚糜凝膠的化學(xué)作用力影響不大，但由于支鏈淀粉比直連淀粉更易吸水，其保水能力更強(qiáng)，形成的蛋白網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更致密，木薯淀粉和馬鈴薯淀粉總體上對(duì)魚糜凝膠品質(zhì)改善效果較佳。

圖4 不同淀粉對(duì)金線魚魚糜凝膠化學(xué)作用力的影響Fig.4 Effects of different starches on chemical forces of Nemipterus virgatus surimi gel

2.3.2 二級(jí)結(jié)構(gòu) 圖5(A)為魚糜凝膠FTIR圖，3 200～3 600 cm-1區(qū)域（酰胺A 帶）屬于分子間氫鍵N—H和O—H 基團(tuán)的拉伸振動(dòng)[25]，與蛋白質(zhì)和水分子之間的相互作用有關(guān)。由圖6(A)可知，對(duì)照組，添加木薯、馬鈴薯、玉米和小麥淀粉的魚糜凝膠O—H 拉伸振動(dòng)峰分別位于3 294、3 282、3 292、3 278 和3 280 cm-1，說明淀粉的添加導(dǎo)致魚糜凝膠光譜向低波數(shù)移動(dòng)。該變化可能由淀粉和蛋白質(zhì)這兩種大分子聚合物之間的氫鍵引起[26]，淀粉中吡喃環(huán)葡萄糖上的羥基可與肌原纖維蛋白分子的疏水氨基酸位點(diǎn)結(jié)合，從而增加魚糜凝膠的氫鍵和疏水相互作用。同時(shí)，加入淀粉后酰胺II帶的波數(shù)也發(fā)生了變化，由對(duì)照組的1 658 cm-1分別向1 662、1 660、1 656 和1 660 cm-1移動(dòng)，說明淀粉促進(jìn)了魚糜蛋白中C—N的伸縮與N—H 的彎曲振動(dòng)的變化，使蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。

圖5 不同淀粉對(duì)金線魚魚糜凝膠FTIR光譜圖和蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響Fig.5 Effects of different starches on FTIR diagram and protein secondary structure of Nemipterus virgatus surimi gel

圖6 金線魚魚糜凝膠凝膠強(qiáng)度與各指標(biāo)的相關(guān)性分析Fig.6 Correlation analysis between gel strength of Nemipterus virgatus surimi gel and other indexes

為進(jìn)一步研究淀粉對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)魚糜凝膠的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。由圖5(B)可知，魚糜凝膠蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式為β-折疊和β-轉(zhuǎn)角，無規(guī)則卷曲和α-螺旋占少部分。添加淀粉的金線魚魚糜凝膠α-螺旋含量均出現(xiàn)下降趨勢(shì)，無規(guī)則卷曲無顯著變化，其他兩種結(jié)構(gòu)的總含量卻顯著增加。魚糜凝膠強(qiáng)度與β-折疊、β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲之間存在正相關(guān)關(guān)系，但與α-螺旋呈負(fù)相關(guān)[27,28]?？赡苁呛矸叟c蛋白質(zhì)疏水基團(tuán)發(fā)生結(jié)合，從而促進(jìn)蛋白質(zhì)分子間的相互作用[29]，導(dǎo)致魚糜凝膠的α-螺旋向β-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)變，使魚糜凝膠中酰胺II帶的峰向高波數(shù)移動(dòng)。其中，添加木薯淀粉和馬鈴薯淀粉時(shí)，α-螺旋含量由14.72%分別減少至7.30%和9.51%；而β-折疊和β-轉(zhuǎn)角的總含量由原來的76.71%分別增加到84.84%和80.97%。已有研究發(fā)現(xiàn)，支鏈淀粉可增加β-結(jié)構(gòu)的含量，同時(shí)促進(jìn)肽鏈的進(jìn)一步展開，使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)重新折疊和聚集，從而增強(qiáng)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)之間的致密性和靈活性[30]。一般而言，β-折疊和β-轉(zhuǎn)角含量的增加則說明蛋白質(zhì)分子之間相互聚集，形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更致密。

2.4 金線魚魚糜凝膠強(qiáng)度與質(zhì)構(gòu)等指標(biāo)的相關(guān)性分析

為進(jìn)一步探討添加淀粉后的金線魚魚糜凝膠強(qiáng)度與質(zhì)構(gòu)（硬度、彈性和咀嚼性）、水分性質(zhì)（持水能力、蒸煮損失率）、分子力（離子鍵、氫鍵、疏水相互作用和二硫鍵）和蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)（α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角、β-折疊和無規(guī)則卷曲）之間的關(guān)系，對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)性研究。相關(guān)性系數(shù)越接近1，說明兩者之間正相關(guān)越顯著，反之亦然。如圖6所示，在質(zhì)構(gòu)性質(zhì)方面，魚糜凝膠的凝膠強(qiáng)度與硬度、彈性和咀嚼性呈正相關(guān)，特別是與硬度的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.99，呈極顯著的正相關(guān)（P＜0.01）。表明含有淀粉的魚糜凝膠強(qiáng)度較強(qiáng)，有利于增強(qiáng)魚糜凝膠的硬度、彈性和咀嚼性，從而改善魚糜凝膠質(zhì)地特性。然而，在持水能力方面，凝膠強(qiáng)度與持水性呈顯著的正相關(guān)，相關(guān)性系數(shù)達(dá)到0.95（P＜0.05），與蒸煮損失率呈極顯著的負(fù)相關(guān)（相關(guān)性系數(shù)為—0.97）。因此可知，凝膠強(qiáng)度的增加也代表持水能力的提高。通常，凝膠強(qiáng)度越強(qiáng)，越有利于凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，對(duì)水分子穩(wěn)定性越佳。同時(shí)，凝膠強(qiáng)度與氫鍵、疏水相互作用和β-轉(zhuǎn)角呈正相關(guān)。但與離子鍵、二硫鍵和α-螺旋呈負(fù)相關(guān)。說明淀粉改變了蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)，使α-螺旋向β-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致分子內(nèi)氫鍵和疏水相互作用的增加，提高了魚糜凝膠的持水能力，使凝膠具有更穩(wěn)固的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和更強(qiáng)的凝膠強(qiáng)度。

3 結(jié)論

在金線魚魚糜中按質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%的比例添加木薯淀粉、馬鈴薯淀粉、玉米淀粉和小麥淀粉，均有效提高魚糜的凝膠強(qiáng)度、硬度、彈性、咀嚼性和持水性，同時(shí)形成了更均勻致密的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這歸因于淀粉較強(qiáng)的吸水膨脹性和填充作用。此外，淀粉的膨脹作用引起水分的遷移，導(dǎo)致弛豫時(shí)間T2縮短，部分自由水轉(zhuǎn)化為結(jié)合水。尤其是薯類淀粉中高支鏈淀粉易發(fā)生裂解，產(chǎn)生的羥基基團(tuán)通過與肌原纖維蛋白中的疏水氨基酸發(fā)生結(jié)合，導(dǎo)致蛋白質(zhì)中的α-螺旋向β-折疊和β-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)變，增加了凝膠基質(zhì)中氫鍵和疏水相互作用，因此提高了魚糜凝膠的品質(zhì)特性。相關(guān)性分析結(jié)果也證實(shí)，凝膠質(zhì)構(gòu)特性以及微觀結(jié)構(gòu)的改善與分子間的氫鍵和疏水相互作用呈正相關(guān)。因此，添加薯類淀粉更有利于改善金線魚魚糜的凝膠品質(zhì)，同時(shí)也為淀粉與蛋白質(zhì)之間相互作用機(jī)制研究提供新思路。