低酯果膠和玉米淀粉對(duì)泥鰍肌原纖維蛋白凝膠特性的影響

任圓圓 何俊葉 劉成 王思瑤 孫朋朋

摘要：該研究旨在探討外源添加物對(duì)肌原纖維蛋白凝膠特性的影響，以改善淡水魚糜的性能。將泥鰍肌原纖維蛋白與不同含量（0%～25%）的低酯果膠和玉米淀粉混合制備復(fù)合膠，采用質(zhì)構(gòu)儀、色差分析儀、掃描電子顯微鏡和紅外光譜儀對(duì)其性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明，加入低酯果膠后，凝膠硬度、強(qiáng)度和持水力顯著升高，蒸煮損失顯著降低；添加玉米淀粉后，凝膠強(qiáng)度和持水力顯著提高。同時(shí)，低酯果膠添加量和玉米淀粉添加量分別為25%和10%時(shí)，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最緊湊有序。紅外結(jié)果顯示，添加低酯果膠和玉米淀粉能促進(jìn)熱凝膠過(guò)程中β-折疊結(jié)構(gòu)的形成。該研究結(jié)果可為泥鰍魚糜的加工提供理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：泥鰍；肌原纖維蛋白；凝膠；低酯果膠；玉米淀粉

中圖分類號(hào)：TS254.1 ?????文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ????文章編號(hào)：1000-9973（2024）04-0060-06

Effects of Low-Ester Pectin and Corn Starch on Gel Properties

of Myofibrillar Protein of Loach

REN Yuan-yuan， HE Jun-ye， LIU Cheng， WANG Si-yao， SUN Peng-peng*

（College of Life Science， Yangtze University， Jingzhou 434025， China）

Abstract： The aim of this study is to investigate the effect of exogenous additives on the gel properties of myofibrillar protein， in order to improve the properties of freshwater surimi.The myofibrillar protein of loach is mixed with different content （0%～25%） of low-ester pectin and corn starch to prepare composite gel.The properties of composite gel are studied by texture analyzer， color difference analyzer， scanning electron microscope and infrared spectrometer. The results show that after adding low-ester pectin， the gel hardness， strength and water holding capacity significantly increase， and the cooking loss significantly decreases; after adding corn starch， the gel strength and water holding capacity significantly increase. At the same time， the gel network structure is the most compact and orderly when the addition amount of low-ester pectin and corn starch is 25% and 10% respectively. The infrared spectra results show that the addition of low-ester pectin and corn starch could promote the formation of ?β-fold structure in thermal gel process. The research results can provide theoretical guidance for the processing of loach surimi.

Key words： loach; myofibrillar protein; gel; low-ester pectin; corn starch

收稿日期：2023-10-09

基金項(xiàng)目：天津市自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（16JCZDJC34100）；食品營(yíng)養(yǎng)與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題（SKLFNS-KF-202108）；長(zhǎng)江大學(xué)2022年度大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（Yz2022233）

作者簡(jiǎn)介：任圓圓（1991—），女，講師，博士，研究方向：動(dòng)植物資源開發(fā)及綜合利用。

*通信作者：孫朋朋（1994—），男，講師，碩士，研究方向：動(dòng)植物資源開發(fā)及綜合利用。

魚糜是一種以魚類或其他肉類為原料，加入一定添加劑制成的復(fù)合凝膠，在水產(chǎn)品行業(yè)中發(fā)揮著重要作用[1]。隨著人們對(duì)高蛋白、低脂肪健康食品的追求，對(duì)魚糜的需求也越來(lái)越大。魚糜制品的凝膠形成過(guò)程主要是通過(guò)鹽溶性肌原纖維蛋白結(jié)構(gòu)的展開，然后通過(guò)包括共價(jià)或非共價(jià)鍵在內(nèi)的分子間作用力的聚集[2]。泥鰍廣泛養(yǎng)殖于東南亞地區(qū)，是一種高蛋白、低脂肪的淡水魚，富含優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)和多不飽和脂肪酸，具有一定的醫(yī)療保健功能，有“水中人參”的美譽(yù)[3-4]。因此，以泥鰍作為水產(chǎn)品加工對(duì)象符合消費(fèi)者的需求。但目前對(duì)于泥鰍凝膠性能的研究相對(duì)較少，且泥鰍肌原纖維蛋白的凝膠性能不強(qiáng)[5]，所以改善其凝膠特性對(duì)泥鰍魚糜的生產(chǎn)具有重要意義。目前，許多外源添加物被加入到魚糜制品中以改善其凝膠性能[6]，研究表明，肌原纖維蛋白與帶電荷的多糖主要通過(guò)靜電相互作用或分子間聯(lián)結(jié)的方式發(fā)生絡(luò)合，可以改善魚糜的凝膠性質(zhì)[7]。淀粉作為一種水黏結(jié)劑，由于其特殊的功能特性和低廉的成本，是理想的選擇[8]。此外，低酯果膠具有優(yōu)異的凝膠能力和乳化穩(wěn)定性[9]。許多學(xué)者研究了添加木薯淀粉、大米淀粉、改性淀粉、魔芋葡聚糖等多糖對(duì)鰱魚、草魚、羅非魚等魚類凝膠性質(zhì)的影響[10-11]，但目前還沒(méi)有關(guān)于玉米淀粉和低酯果膠對(duì)泥鰍魚糜凝膠性質(zhì)的影響的報(bào)道。因此，本研究旨在探討低酯果膠和玉米淀粉對(duì)泥鰍肌原纖維蛋白凝膠性質(zhì)的影響，包括凝膠的硬度、彈性、強(qiáng)度、白度、持水力、微觀結(jié)構(gòu)和二級(jí)結(jié)構(gòu)，為改善魚糜產(chǎn)品的凝膠性能提供新的方法。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和試劑

泥鰍（長(zhǎng)約20 cm，重約60 g）：購(gòu)于長(zhǎng)江大學(xué)水產(chǎn)市場(chǎng)；低酯果膠（酯化度：34%；總半乳糖醛酸：80%）：武漢拉那白醫(yī)藥化工有限公司；玉米淀粉（水分含量：13.4%）：海寧楓園食品有限公司；溴化鉀（光譜純）：上海麥克林生化科技有限公司；標(biāo)準(zhǔn)牛血清白蛋白、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、Triton X-100等相關(guān)試劑：均為分析純。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 泥鰍肌原纖維蛋白的提取

將新鮮泥鰍去除頭、尾、內(nèi)臟、皮、刺后，洗凈晾干，得到泥鰍肉，然后按1∶4（質(zhì)量與體積比）的比例加入0.02 mol/L（pH 7.5）磷酸鹽緩沖液（含0.01 mol/L Na2HPO4·12H2O、0.01 mol/L NaH2PO4·2H2O、0.1 mol/L Triton X-100）。高速均質(zhì)3 min，然后離心15 min（10 000×g，4 ℃）并收集沉淀。上述步驟重復(fù)2次，合并所有沉淀。沉淀與預(yù)冷溶液（0.1 mol/L NaCl）按1∶4（質(zhì)量與體積比）的比例混合，均質(zhì)3 min后用雙層紗布過(guò)濾，然后將濾液離心15 min（10 000×g，4 ℃），收集沉淀。以上步驟重復(fù)2次，收集的沉淀為泥鰍肌原纖維蛋白，于4 ℃保存2 d備用。

1.2.2 復(fù)合凝膠的制備

采用雙縮脲法測(cè)定泥鰍肌原纖維蛋白含量。用0.6 mol/L NaCl溶液將肌原纖維蛋白溶液的濃度調(diào)至70 mg/mL后，分別按0%、5%、10%、15%、20%、25%（以肌原纖維蛋白含量計(jì)）加入低酯果膠和玉米淀粉。攪拌均勻后，于40 ℃加熱60 min，然后于90 ℃加熱30 min，于4 ℃保存過(guò)夜后冷卻至室溫，得到復(fù)合凝膠。

1.2.3 凝膠硬度、彈性和強(qiáng)度的測(cè)定

將樣品切成尺寸均勻的圓柱體（Φ30 mm×10 mm），用質(zhì)構(gòu)分析儀測(cè)定其硬度、彈性和強(qiáng)度。采用P/0.5探針，速度為30 mm/min，初始高度為11 mm，壓力比為30%，觸發(fā)力為0.1 g。每次測(cè)量重復(fù)3次。凝膠強(qiáng)度=破裂力×變形。

1.2.4 凝膠蒸煮損失的測(cè)定

樣品原質(zhì)量記為M1（g）。樣品在40 ℃加熱60 min，在90 ℃加熱30 min，冷卻至室溫后再次稱重，記為M2（g）。蒸煮損失的計(jì)算公式如下：

蒸煮損失（%）=M1-M2M1×100%。（1）

1.2.5 凝膠持水力的測(cè)定

持水力（WHC）的測(cè)定參照Wang等[12]的方法。首先將凝膠樣品放入離心管中（離心管質(zhì)量記為W），其質(zhì)量之和記為W1（g）。離心10 min（10 000×g，4 ℃）后倒出上清液，用濾紙擦干凝膠表面后再次稱量，記為W2（g）。凝膠持水力的計(jì)算公式如下：

持水力（%）=W2-WW1-W×100%。（2）

1.2.6 凝膠白度的測(cè)定

凝膠白度的計(jì)算公式如下：

白度=100-（100-L*）2+a*2+b*2。（3）

1.2.7 凝膠微觀結(jié)構(gòu)的測(cè)定

將凝膠樣品切成大小均勻的塊狀（3 mm×3 mm×3 mm），在2.5%戊二醛溶液中固定過(guò)夜，然后用0.2 mol/L（pH 7.0）磷酸鹽緩沖液洗滌3次，依次用30%、60%、70%、80%、90%、100%的乙醇溶液梯度脫水（每次30 min），最后對(duì)脫水后的樣品進(jìn)行冷凍干燥，濺射鍍金，用掃描電鏡觀察。

1.2.8 傅里葉紅外光譜（FT-IR）測(cè)定

將冷凍干燥的凝膠樣品用溴化鉀按1∶100的比例研磨，壓成薄片進(jìn)行測(cè)定。采用PeakFit軟件分析酰胺Ⅰ組分，計(jì)算肌原纖維蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的相對(duì)含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

使用SPSS 13.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)以3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)的“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。使用Origin 2021軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 低酯果膠和玉米淀粉對(duì)凝膠硬度、彈性和強(qiáng)度的影響

不同添加量的低酯果膠和玉米淀粉對(duì)凝膠硬度的影響見(jiàn)圖1。

由圖1可知，隨著低酯果膠添加量的增加，凝膠硬度逐漸增大，且在添加量為25%時(shí)達(dá)到最大值。添加玉米淀粉后，凝膠硬度也不同程度增大，且在添加量為20%時(shí)顯著增大（P<0.05）。混合魚糜凝膠的結(jié)構(gòu)特征取決于填料的分子結(jié)構(gòu)，填料可以抑制或增強(qiáng)凝膠結(jié)構(gòu)[12]。添加低酯果膠后，硬度的增大可能是由于蛋白質(zhì)-果膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚合和聚集。硬度是使樣品達(dá)到一定變形所需要的力[13]，硬度增大有利于樣品形成更穩(wěn)定的凝膠結(jié)構(gòu)。加入玉米淀粉后，凝膠硬度增大，原因可能是淀粉在加熱過(guò)程中膨脹，形成蛋白質(zhì)-多糖-水的混合凝膠體系，蛋白質(zhì)和多糖之間可以相互作用，從而使凝膠硬度增大[14]。

不同添加量的低酯果膠和玉米淀粉對(duì)凝膠彈性的影響見(jiàn)圖2。

由圖2可知，添加低酯果膠后，凝膠彈性無(wú)顯著變化（P>0.05），可能是因?yàn)楣矁r(jià)結(jié)合的魚糜凝膠掩蓋或抑制了蛋白質(zhì)-鈣-果膠的相互作用，或者這種相互作用對(duì)凝膠彈性沒(méi)有很大的影響。與低酯果膠不同，隨著玉米淀粉添加量的增加，凝膠彈性呈先增大后減小的趨勢(shì)，且在添加量為5%時(shí)達(dá)到最大值，這可能是由于玉米淀粉糊化形成彈性膠體，可以在一定程度上增大凝膠彈性[15]。同時(shí)，通過(guò)加熱使泥鰍肌原纖維蛋白變性，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在糊化作用下，玉米淀粉吸水膨脹，填充蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)共價(jià)交聯(lián)，改善凝膠彈性[16]。在魚糜凝膠中形成較強(qiáng)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以吸收更多的水分。然而，蛋白質(zhì)之間通過(guò)二硫鍵和非二硫鍵廣泛形成共價(jià)交聯(lián)，使凝膠彈性減小[17]，這可能是玉米淀粉添加量超過(guò)5%時(shí)凝膠彈性減小的原因。

不同添加量的低酯果膠和玉米淀粉對(duì)凝膠強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖3。

由圖3可知，隨著低酯果膠添加量的增加，凝膠強(qiáng)度顯著增大（P<0.05），且在添加量為25%時(shí)達(dá)到最大值。添加玉米淀粉后也出現(xiàn)了類似現(xiàn)象，在添加量為20%時(shí)凝膠強(qiáng)度達(dá)到最大值。Tanyamon等[18]發(fā)現(xiàn)魚糜凝膠質(zhì)地特性的改善可能是由于魚糜蛋白中親水性膠體的靜電相互作用產(chǎn)生了黏連或填充效果。添加玉米淀粉可以提高凝膠強(qiáng)度，因?yàn)榈矸墼诩訜徇^(guò)程中吸水膨脹，填充魚糜凝膠網(wǎng)絡(luò)，對(duì)蛋白質(zhì)基質(zhì)產(chǎn)生內(nèi)部壓力，即糊化淀粉顆粒的“填充效應(yīng)”[19]。

2.2 低酯果膠和玉米淀粉對(duì)凝膠蒸煮損失的影響

不同添加量的低酯果膠和玉米淀粉對(duì)凝膠蒸煮損失的影響見(jiàn)圖4。

由圖4可知，隨著低酯果膠添加量的增加，凝膠蒸煮損失逐漸減小，在添加量為25%時(shí)達(dá)到最小值，說(shuō)明一定添加量的低酯果膠可以減小蒸煮損失，提高凝膠質(zhì)量。主要原因是低酯果膠可以形成較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時(shí)與蛋白質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相互纏繞，從而捕獲更多的水分子，提高魚糜凝膠的持水力，減小凝膠蒸煮損失[20]。而加入玉米淀粉后，凝膠蒸煮損失增大，可能是淀粉和果膠結(jié)構(gòu)不同造成的。

2.3 低酯果膠和玉米淀粉對(duì)凝膠持水力的影響

持水力（WHC）是凝膠的一個(gè)重要參數(shù)，可用于評(píng)價(jià)凝膠的保水性。不同添加量的低酯果膠和玉米淀粉對(duì)凝膠持水力的影響見(jiàn)圖5。

由圖5可知，添加低酯果膠和玉米淀粉后，兩組凝膠的持水力均顯著升高（P<0.05），且分別在添加量為20%和25%時(shí)達(dá)到最大值。低酯果膠的加入可以穩(wěn)定肌原纖維（主要是肌球蛋白），低酯果膠還具有較高的水結(jié)合能力，從而提高了凝膠的持水力[21]，這與其對(duì)凝膠蒸煮損失的影響是一致的（見(jiàn)圖4）。而玉米淀粉的加入形成了更致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得更多的水被截留在凝膠基質(zhì)中，提高了凝膠的持水力。袁美蘭等[22]發(fā)現(xiàn)淀粉在水中加熱和冷卻后具有糊化形成凝膠的能力。當(dāng)添加一定量的玉米淀粉時(shí)，淀粉顆粒填充在魚糜凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，從而提高了凝膠的持水力。

2.4 低酯果膠和玉米淀粉對(duì)凝膠白度的影響

不同添加量的低酯果膠和玉米淀粉對(duì)凝膠白度的影響見(jiàn)圖6。

由圖6可知，當(dāng)?shù)王スz添加量為15%和20%時(shí)，凝膠白度升高，其他添加量下均降低（P<0.05）。此外，與對(duì)照組相比，加入玉米淀粉后凝膠白度有不同程度的降低（P<0.05）。凝膠白度的變化被認(rèn)為與蛋白質(zhì)的聚集和交聯(lián)有關(guān)，蛋白質(zhì)的聚集和交聯(lián)可以使其形成更緊密的結(jié)構(gòu)[23]，該結(jié)構(gòu)能反射更多的光，從而使凝膠白度升高。當(dāng)?shù)王スz添加量為15%和20%時(shí)，促進(jìn)了蛋白質(zhì)聚集，使蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)更加緊密，從而提高了凝膠白度。Mi等[10]認(rèn)為親水膠體較高的溶解度和混合能力，使復(fù)合凝膠的質(zhì)地更加均勻，從而提高了亮度。魚糜凝膠色度與外源添加物的顏色和含量有關(guān)[24]，加入玉米淀粉后凝膠白度降低，可能是玉米淀粉的顏色比凝膠更暗。

2.5 低酯果膠和玉米淀粉對(duì)凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響

凝膠的物理性質(zhì)高度依賴于其微觀結(jié)構(gòu)，這可以為凝膠形成過(guò)程中結(jié)構(gòu)的變化提供有價(jià)值的理論支持，特別是凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的均勻性和致密性[25]。不同添加量的低酯果膠和玉米淀粉對(duì)凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響見(jiàn)圖7。

由圖7中a可知，對(duì)照組的凝膠松散、多孔且不均勻，這表明不含果膠的泥鰍肌原纖維蛋白凝膠強(qiáng)度和持水力較差。由圖7中b～f可知，隨著低酯果膠添加量的增加，凝膠形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，孔徑逐漸減小，孔隙密度逐漸增大。且低酯果膠添加量為25%時(shí)的凝膠網(wǎng)絡(luò)最致密、孔徑最小、孔密度最高，表明凝膠形成性能最佳[26]。這可能是添加物在加熱過(guò)程中通過(guò)分子間交聯(lián)、蛋白質(zhì)聚集、疏水相互作用、二硫鍵等，使更多的水被困在網(wǎng)絡(luò)中，形成致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而提高了凝膠質(zhì)量[27]。由圖7中g(shù)～k可知，添加玉米淀粉后凝膠也形成了孔徑小、孔密度高的更致密均勻的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中玉米淀粉添加量為10%時(shí)凝膠結(jié)構(gòu)最致密均勻，且當(dāng)玉米淀粉添加量大于10%時(shí)，凝膠孔徑相對(duì)增大，表面平整度下降，這可能是過(guò)量的淀粉會(huì)降低其凝膠結(jié)構(gòu)的均勻性，進(jìn)而使魚糜凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得更加雜亂無(wú)序[24]。

2.6 低酯果膠和玉米淀粉對(duì)凝膠中蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響

通過(guò)紅外光譜分析了低酯果膠和玉米淀粉對(duì)凝膠中蛋白質(zhì)構(gòu)象（包括α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)則卷曲）的影響，見(jiàn)圖8和圖9。

由圖8可知，加入低酯果膠后，除添加量為10%外，α-螺旋含量增加，β-折疊含量減少，α-螺旋和β-折疊的總相對(duì)含量較對(duì)照組增加。由圖9可知，添加玉米淀粉后，除添加量為10%和15%外，α-螺旋和β-折疊的總相對(duì)含量均有所增加。從整體上看，凝膠二級(jí)結(jié)構(gòu)以β-折疊結(jié)構(gòu)為主。通常，在熱凝膠形成過(guò)程中，β-折疊的形成和α-螺旋的展開同時(shí)進(jìn)行，β-折疊結(jié)構(gòu)有助于形成更有序、致密的網(wǎng)絡(luò)[19]。戴意強(qiáng)等[28]研究表明，α-螺旋含量的減少和β-折疊含量的增加可能是由于凝固劑可以通過(guò)改變氫鍵位置將α-螺旋轉(zhuǎn)變成β-折疊。此外，無(wú)規(guī)則卷曲和β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)由于形狀不規(guī)則，不利于有序凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成[29]，這對(duì)應(yīng)于無(wú)規(guī)則卷曲和β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)相對(duì)含量的整體下降。

3 結(jié)論

本研究探討了低酯果膠和玉米淀粉對(duì)泥鰍肌原纖維蛋白凝膠性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，加入低酯果膠后，凝膠硬度、強(qiáng)度和持水力均有所升高；凝膠的蒸煮損失降低；凝膠彈性變化不明顯。添加玉米淀粉后，凝膠硬度變化不明顯（添加量為20%除外）；凝膠強(qiáng)度、持水力、蒸煮損失升高；凝膠彈性和白度降低。果膠添加量為25%、玉米淀粉添加量為20%時(shí)，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最緊湊有序。紅外光譜結(jié)果表明，一定濃度的低酯果膠和玉米淀粉可以促進(jìn)肌原纖維蛋白中α-螺旋結(jié)構(gòu)和β-折疊結(jié)構(gòu)總相對(duì)含量的增加。總的來(lái)說(shuō)，適當(dāng)濃度的低酯果膠和玉米淀粉有利于泥鰍肌原纖維蛋白凝膠特性的改善。因此，低酯果膠和玉米淀粉可以作為有效的凝膠增強(qiáng)劑，提高泥鰍凝膠產(chǎn)品的質(zhì)量，為泥鰍魚糜產(chǎn)品的開發(fā)提供新思路。

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