冷等離子體處理的面筋蛋白對雞肉糜凝膠品質(zhì)特性的影響

韓西平，計紅芳,2, ，張 瑩，李丹丹，張令文，馬漢軍,2

（1.河南科技學院食品學院，河南新鄉(xiāng) 453003；2.國家豬肉加工技術(shù)研發(fā)專業(yè)中心，河南新鄉(xiāng) 453003）

雞肉營養(yǎng)豐富，具有低脂肪、低膽固醇、高蛋白等優(yōu)點，其肉糜產(chǎn)品，如肉丸、肉餅、香腸等深受消費者的喜愛[1]。肉糜產(chǎn)品的品質(zhì)取決于肉糜形成凝膠的性能，在實際生產(chǎn)中，往往添加植物蛋白、淀粉、親水膠體等非肉類填充劑用以減少脂肪流失，保持水分，改善制品的乳化性、持水性和質(zhì)構(gòu)特性等[1-3]。植物蛋白既能平衡肉制品的氨基酸組成，又能賦予肉制品特殊的組織結(jié)構(gòu)與風味，是一種相對理想的肉類產(chǎn)品填充劑[4-6]。

面筋蛋白是小麥淀粉生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物，因其資源豐富、營養(yǎng)價值高，且含有人體必需的8 種氨基酸，是營養(yǎng)豐富的植物蛋白資源[7]。面筋蛋白由于內(nèi)部大量的疏水性基團和非極性氨基酸的存在，導致其水溶性不理想，極大地限制了其在食品領域的應用。因此，采用適當?shù)募夹g(shù)對面筋蛋白進行改性，擴大其應用范圍變得極其重要。面筋蛋白常用的改性方法有微波改性[8]、超聲改性[9]、糖基化改性[10]和脫酰胺改性[11]，其中冷等離子體作為一種耗時短、效率高、環(huán)境友好等優(yōu)勢的改性方法引起研究者的廣泛關注[12-14]。王若蘭等[13]研究發(fā)現(xiàn)冷等離子體處理可以增強面筋蛋白聚合度，增加面筋強度，改善面筋質(zhì)量。何鑫[14]研究發(fā)現(xiàn)冷等離子體處理可使蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，促使蛋白質(zhì)組分間發(fā)生聚合作用，使大分子量聚合體含量增加，同時增強面筋的品質(zhì)。

本課題組前期研究表明，經(jīng)冷等離子體處理的面筋蛋白可以提高其溶解度、持水力，改變其二級結(jié)構(gòu)等，但尚未見有將其加入到雞肉制成肉糜，研究改性面筋蛋白對雞肉凝膠品質(zhì)影響的報道。因此，本實驗通過測定凝膠蒸煮損失、保水性、質(zhì)構(gòu)特性、流變特性、化學作用力、微觀結(jié)構(gòu)、水分遷移等指標，探討冷等離子體處理的面筋蛋白對雞肉凝膠特性改善規(guī)律，可為拓寬面筋蛋白在肉類食品中的應用提供一定的科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

白羽雞胸肉 河南新鄉(xiāng)鴻運來超市；面筋蛋白 河南密丹兒商貿(mào)有限公司；戊二醛、無水乙醇、叔丁醇、硫酸鉀、鹽酸、硫酸銅、氫氧化鈉、硼酸、氯仿等均為國產(chǎn)分析純。

HAAKE MARS III 旋轉(zhuǎn)式流變儀 德國Thermo Fisher Scientific 公司；UMC-5C 斬拌機 德國Stephan 公司；核磁PQ001 臺式NMR 分析儀 上海紐邁電子有限公司；JRJ-100 絞肉機 山東嘉信食品機械有限公司；TS-PL50 大氣等離子表面處理機寧波新芝生物科技股份有限公司；Quanta 200 掃描電鏡 美國FEI 公司；AUY120 電子天平 日本島津公司；U2810 型紫外-可見分光光度計 日本日立高新技術(shù)公司；3-18K 臺式高速冷凍離心機 德國Sigma 公司；TA-XT 質(zhì)構(gòu)儀 英國SMS 公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 冷等離子體處理面筋蛋白 參考杜艷麗等[15]的方法并稍作修改。將30 g 面筋蛋白平鋪在玻璃平皿中，加入90 mL 蒸餾水使其吸水完全，然后置于冷等離子體載物臺上，分別用350、500、650、800、950 W功率的冷等離子體處理面筋蛋白，時間為150 s，將處理好的面筋蛋白凍干后研磨成粉備用。

1.2.2 共混凝膠的制備 參考Zhao 等[16]的方法并稍作修改。將雞肉切除脂肪，剔除可見結(jié)締組織和血管，每組取雞肉糜100 g，加入2%食鹽、25%冰水，第1 組不加面筋蛋白，第2 組加6 g 面筋蛋白不處理，3～7 組加6 g 面筋蛋白（分別為冷等離子功率350、500、650、800、950 W 處理），高速攪拌2～3次，每次30 s，混合均勻后稱48 g 裝入離心管中，配平，1342×g 離心10 min，放入水浴鍋中，85 ℃，30 min，取出冷卻。

1.2.3 蒸煮損失的測定 將48 g 經(jīng)攪拌均勻的雞肉糜轉(zhuǎn)移至離心管，記錄為煮前重量m1。經(jīng)85 ℃水浴處理30 min，取出冷卻，將凝膠倒在濾紙上，吸干表面流出汁液，稱重，記錄為煮后重量m2[17]。

1.2.4 保水性的測定 將煮好的凝膠用濾紙吸干表面流出汁液，切為高20 mm 的圓柱形，稱其重量，記錄為m1。將其置于離心管中，5368×g 離心10 min，取出擦干后再次稱重，記錄為m2[18]。

1.2.5 質(zhì)構(gòu)特性的測定 參考Zhu 等[19]的方法并稍作修改。采用TA-XT 質(zhì)構(gòu)儀對凝膠樣品進行測定，樣品規(guī)格為2 cm×2 cm 圓柱形，探頭型號為P/36R，測定速度為2 mm/s，壓縮比為40%，時間為5 s，觸發(fā)力為5 g。試驗重復6 次取平均值。

1.2.6 流變特性的測定 采用旋轉(zhuǎn)式流變儀振蕩模式，參數(shù)：狹縫寬度0.5 mm，平板直徑50 mm，應變2%，頻率0.1 Hz，加樣后用石蠟密封。在20 ℃保溫5 min，以2 ℃/min 的速率在20～80 ℃范圍內(nèi)進行加熱掃描，測定儲能模量G'變化[20]。

1.2.7 化學作用力的測定參照Gómez-Guillén等[21]的方法稍作修改。配制A、B、C、D、E 等5 種溶液，其中A 為0.05 mol/L NaCl；B 為0.6 mol/L NaCl；C 為0.6 mol/L NaCl+1.5 mol/L 尿素；D 為0.6 mol/L NaCl+8 mol/L 尿素；E 為0.6 mol/L NaCl+8 mol/L尿素+1.5 mol/Lβ-巰基乙醇溶液。實驗分為5 組，每組取凝膠2 g，分別加入10 mL 的A、B、C、D、E 溶液，混勻，4 ℃靜置1 h，5368×g 離心20 min，雙縮脲法測定上清液中的蛋白質(zhì)量濃度。以凝膠在不同溶液中測定的蛋白質(zhì)含量差值表示離子鍵、氫鍵、疏水性相互作用和二硫鍵。

1.2.8 微觀結(jié)構(gòu)的分析 凝膠被分割成小片后用戊二醛（25 mg/mL）浸泡固定24 h。先用pH6.8 磷酸緩沖液（0.1 mol/L）洗滌10 min，接著用不同體積濃度乙醇溶液梯度脫水10 min，氯仿脫脂30 min，無水乙醇:叔丁醇=1:1，叔丁醇分別處理10 min[22]。真空干燥后進行拍照觀察。

1.2.9 水分遷移的測定 參照朱東陽等[23]的方法稍作修改。將凝膠樣品轉(zhuǎn)移至直徑15 mm 的核磁管中，根據(jù)Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）脈沖序列測定樣品的橫向弛豫時間（T2）。測試參數(shù)為：TW=5000，SW=100 kHz，NS=8，NACH=5000。每個處理組測定4 個平行樣品。利用儀器自帶的Multi Exp Inv 分析軟件獲得T2分布和峰面積比值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

每個試驗重復3 次，采用Excel 進行數(shù)據(jù)處理，SPSS2018 進行方差分析，使用Duncan multiple range test 進行多重比較（P＜0.05），數(shù)值以平均值±標準差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 冷等離子體處理的面筋蛋白對雞肉糜凝膠蒸煮損失與保水性的影響

由圖1 可知，與對照組相比，添加面筋蛋白可以提高凝膠的保水性，降低凝膠的蒸煮損失，這與計紅芳等[6]研究結(jié)果相同。隨著冷等離子體功率的升高，保水性呈先升高后降低，冷等離子體功率為650 W時保水性最高，為96.47%；而蒸煮損失先降低后升高，冷等離子體功率為650 W 時蒸煮損失最低，為5.43%。在冷等離子體處理面筋蛋白的過程中，一些親水基團如羥基、羧基和氨基被加入到面筋蛋白分子內(nèi)[24]，提高面筋蛋白分子的親水能力，從而提高凝膠的保水性，降低了蒸煮損失；但當功率過高時，會造成面筋蛋白分子交聯(lián)或發(fā)生聚集行為[25]，從而影響凝膠的保水性和蒸煮損失。

圖1 冷等離子體處理的面筋蛋白對雞肉糜凝膠蒸煮損失和保水性的影響Fig.1 Effects of gluten treated with cold plasma on cooking loss and water retention of chicken gel

2.2 冷等離子體處理的面筋蛋白對雞肉糜凝膠質(zhì)構(gòu)的影響

如表1 所示，隨著冷等離子體功率的增加，凝膠的硬度、咀嚼性均呈上升趨勢，在800 和950 W時差異不顯著（P＞0.05），在950 W 時達到最大值，分別為8647 和5630 g，為對照組的1.57 倍和1.78 倍；凝膠的彈性和回復性隨著冷等離子體功率的增加，均呈先升高后降低的趨勢，在功率為650 W 時達到最大，與其它組存在顯著性差異（P＜0.05），與對照相比回復性上升了29.03%，彈性上升了7.07%。面筋蛋白中含有醇溶蛋白和麥谷蛋白，使其具有獨特的黏彈性[26]。冷等離子體處理可以增強面筋強度，改善面筋質(zhì)量，提高面筋指數(shù)[14,27-28]，當添加到雞肉糜凝膠中，可以促進肌原纖維蛋白和面筋蛋白之間的結(jié)合，使面筋蛋白充分填充到凝膠網(wǎng)絡之中，使凝膠的組織結(jié)構(gòu)更為緊密，進而增強了凝膠的彈性和回復性[29]。但冷等離子體功率過高時，蛋白分子組織結(jié)構(gòu)遭到破壞，導致凝膠呈現(xiàn)過硬過韌現(xiàn)象，從而降低凝膠的彈性和回復性。

表1 冷等離子處理的面筋蛋白對雞肉糜凝膠質(zhì)構(gòu)的影響Table 1 Effect of gluten treated with cold plasma on the texture of chicken minced meat gel

2.3 冷等離子體處理的面筋蛋白對雞肉糜凝膠流變學特性的影響

肉糜凝膠中的蛋白質(zhì)分子在加熱過程中會受熱變性展開和重新排列聚合兩個過程，儲能模量（G'）可以反映其過程，同時還能反映凝膠質(zhì)構(gòu)的變化[30-31]。由圖2 可知，未加面筋蛋白的對照組峰值出現(xiàn)的溫度均小于其他組，這可能是因為面筋蛋白推遲了肌球蛋白頭部和尾部的變性溫度。添加面筋蛋白后，各組凝膠在20～46 ℃時，G'隨著溫度的升高而緩緩下降，可能是在攪拌的過程中，蛋白質(zhì)由長鏈轉(zhuǎn)變?yōu)槎替?，蛋白之間氫鍵作用減弱有關[32]；在46 ℃左右時，G'開始緩慢增加，并在51 ℃達到第一個峰值，此峰為肌球蛋白頭部變性峰，隨后加熱至62 ℃時，因肌球蛋白尾部變性，改變原有的蛋白網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)導致其迅速下降；在62～80 ℃時G'快速上升，最終形成穩(wěn)定的凝膠結(jié)構(gòu)。當冷等離子體功率為650 W 時，G'值最高，此時凝膠品質(zhì)最好，與質(zhì)構(gòu)所表現(xiàn)的一致（表1）。

圖2 冷等離子體處理的面筋蛋白對雞肉糜凝膠流變學特性的影響Fig.2 Effect of cold plasma treated gluten on rheological properties of chicken gel

2.4 冷等離子體處理的面筋蛋白對雞肉糜凝膠化學作用力的影響

維持蛋白凝膠三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的作用力主要有氫鍵、離子鍵、疏水作用和二硫鍵[33]。由圖3 所示，凝膠氫鍵、疏水作用和二硫鍵隨冷等離子體功率的增加，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，疏水相互作用力在功率為650 W 時最高，對應的蛋白溶解量為8.434 mg/mL，且與功率800 和950 W 相比差異不顯著（P＞0.05），二硫鍵在功率為650 W 時也最高（該值高達4.98 mg/mL），氫鍵在650 W 和800 W 時差異不顯著（P＞0.05）。實驗結(jié)果顯示，冷等離子650 W 時處理的面筋蛋白對凝膠的疏水相互作用力、二硫鍵和氫鍵增強效果最佳。離子鍵隨著冷等離子體功率的升高而增加，但所對應的蛋白溶解量均小于1 mg/mL，因此與氫鍵和疏水相互作用力相比較，離子鍵在凝膠形成網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的過程中發(fā)揮作用最小。Belon[34]研究結(jié)果表明，醇溶蛋白和麥谷蛋白相互作用會被氫鍵和疏水作用所影響。在水浴加熱過程中，可能會造成面筋蛋白的分子結(jié)構(gòu)被展開，從而促進了疏水相互作用的增強以及巰基—二硫鍵的交換，而冷等離子處理面筋蛋白可以增強面筋蛋白的疏水相互作用并且促進巰基—二硫鍵的交換[35-36]，從而使肌原纖維蛋白與面筋蛋白間的交聯(lián)聚集得到加強，形成的三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)更復雜均勻[37-38]。

圖3 冷等離子體處理的面筋蛋白對雞肉糜凝膠主要化學作用力的影響Fig.3 Effect of cold plasma treated gluten protein on chemical force of chicken gel

2.5 冷等離子體處理的面筋蛋白對雞肉糜凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響

如圖4 所示，對照組的凝膠結(jié)構(gòu)較為粗糙，蛋白質(zhì)分子之間呈顆粒狀相互聚集，表面不平整[39]；隨著冷等離子體功率的增加，凝膠表面逐漸變得平整、有序，結(jié)構(gòu)逐漸致密，蛋白質(zhì)分子間呈片狀相互凝聚，冷等離子體功率為650 W 時，凝膠結(jié)構(gòu)最為致密，形成的空間三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更加均勻有序，可能是冷等離子體功率的增加改變了面筋蛋白的結(jié)構(gòu)，影響了氫鍵和蛋白質(zhì)的水合性質(zhì)[40-41]，從而提高蛋白質(zhì)的持水性，影響凝膠的結(jié)構(gòu)。均勻致密的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，可以減少蛋白質(zhì)、水分等物質(zhì)的損失，捕獲更多的水分[42]，提高凝膠保水性、改善質(zhì)構(gòu)。當冷等離子體功率繼續(xù)升高，凝膠表面孔隙增大，結(jié)構(gòu)變得粗糙，可能是冷等離子體功率過高，使面筋蛋白包藏在分子內(nèi)部的疏水基團暴露出來，影響了水與肌肉蛋白以及肌肉蛋白與面筋蛋白之間的相互作用，造成凝膠的硬度過高，彈性減小。

圖4 冷等離子體處理的面筋蛋白對雞肉糜凝膠掃描電鏡結(jié)果的影響（100 μm）Fig.4 Effect of cold plasma treated gluten on microstructure of chicken gel (100 μm)

2.6 冷等離子體處理的面筋蛋白對雞肉糜凝膠水分遷移的影響

由圖5A 可知，所有凝膠樣品均在1～400 ms 內(nèi)有三個峰，T2b代表結(jié)合水（0～10 ms）；T21代表不易流動水（10～100 ms）；T22代表自由水（100～1000 ms），其中不易流動水占比最多[43]。由圖5B 可知，添加面筋蛋白后各組間T2b值無顯著性差異（P＞0.05），表明結(jié)合水受到的影響較小，可能是肌肉蛋白與結(jié)合水結(jié)合的過于緊密造成的[44]。隨著冷等離子體功率的增加，T21與T22均為先下降后升高的趨勢，在功率為650 W 時達到最低，T21與T22越低，表明底物與水分子結(jié)合越牢固[32]。圖5C 為三種狀態(tài)水的峰面積比值，由圖可知各組凝膠之間的結(jié)合水P2b差異不顯著（P＞0.05）。不易流動水P21先增加后降低，而自由水P22先下降后升高，均在功率為650 W 時達到峰值，該結(jié)果與T2弛豫時間的結(jié)果一致，表明在添加面筋蛋白后凝膠中部分自由水可能向不易流動水轉(zhuǎn)移。這可能是面筋蛋白的添加使凝膠的結(jié)構(gòu)更加均勻致密，捕獲更多的水分，與微觀結(jié)構(gòu)觀察的結(jié)果一致。

圖5 冷等離子體處理的面筋蛋白對雞肉糜凝膠弛豫時間（A）、T2 弛豫時間（B）和P2 峰面積比值（C）的影響Fig.5 Effects of cold plasma treated gluten on relaxation time(A),T2 relaxation time (B) and P2 peak area ratio (C) of chicken gel

3 結(jié)論

添加經(jīng)冷等離子體處理的面筋蛋白能夠提高雞肉糜凝膠的形成能力、改善雞肉糜凝膠的品質(zhì)。添加經(jīng)冷等離子體處理的面筋蛋白能夠改善凝膠的質(zhì)構(gòu)，降低凝膠蒸煮損失和自由水的比例，提高保水性和不易流動水的比例；當面筋蛋白經(jīng)650 W 的冷等離子體處理后，制備的雞肉糜凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)更加均勻細膩、富有彈性。本研究結(jié)果可為拓寬面筋蛋白在肉類食品中的應用提供一定的科學依據(jù)，同時也為冷等離子體在食品加工中的應用提供一定的基礎數(shù)據(jù)。