超高壓協同磷酸鹽對蝦蛄中肌原纖維蛋白凝膠特性的影響

王詩萌，張坤生，任云霞（天津市食品生物技術重點實驗室，天津商業大學食品工程系，天津300134）

超高壓協同磷酸鹽對蝦蛄中肌原纖維蛋白凝膠特性的影響

王詩萌，張坤生*，任云霞
（天津市食品生物技術重點實驗室，天津商業大學食品工程系，天津300134）

為了提高蝦蛄中肌原纖維蛋白凝膠的品質，優化加工工藝，把磷酸鹽（STP）添加到蝦蛄肌原纖維蛋白中，然后經超高壓處理，加熱形成凝膠，測定其凝膠強度。結果表明，STP對肌原纖維蛋白凝膠的凝膠強度影響極顯著（p＜0.01）。通過Box－Behnken實驗所得的結果和二次多項回歸方程確立了最優的工藝條件，即：壓力為293 MPa，保壓時間為17 min，STP添加量為6.0%，得到凝膠強度為（214.340±4.93）g。STP與保壓時間的交互作用對蛋白凝膠強度影響顯著（p＜0.05），其他因素交互作用并不顯著（p＞0.05）。研究表明，超高壓協同磷酸鹽能夠促進肌原纖維蛋白形成良好的凝膠，在蝦蛄肉制品加工中具有廣泛的應用前景。

蝦蛄，肌原纖維蛋白，超高壓，磷酸鹽，凝膠性質

蝦蛄（Oratosquilla oratoria）俗稱皮皮蝦、蝦爬子、琵琶蝦，分布范圍廣，營養豐富。隨著人們生活水平的提高，膳食結構逐步完善，消費者對蝦蛄的需求量越來越高，但其具有強季節性，對生存環境的鹽度、pH、水溫、光照等條件要求嚴格，將蝦蛄制成成品或半成品可緩解供需矛盾［1-2］。

肌原纖維蛋白（MP）的凝膠特性是影響肉制品的質構、保水性、感官特性及乳化性的重要因素［3］，MP屬于鹽溶性蛋白，影響其功能特性的因素主要包括內在因素和外在因素，內在因素主要指的是蛋白質種類不同、來源不同、含量及結構不同等，外在因素主要指pH、離子強度、壓強、溫度、蛋白濃度等［4-7］。目前，越來越多的研究［8］開始利用磷酸鹽來改善蛋白質特性，由于引進大量的磷酸根，因而改變了蛋白質的等電點、溶解度等，并改變了蛋白質分子的交聯特性，影響了凝膠強度及保水性。

超高壓技術（ultra-high pressure，UHP）是在室溫或溫和加熱條件下利用100～1000 MPa的壓力處理食品以達到殺菌鈍酶和加工食品的目的。超高壓處理蛋白質會改變其分子構象，從而改變蛋白質的許多功能特性，包括乳化性、凝膠性等，其作用效果取決于蛋白質種類、結構、壓力及處理時間等［9］。劉紅芝等［10］報道對蛋白質加壓處理能夠使其形成穩定的凝膠。SUN等［11］研究表明，超高壓處理可以增加肌原纖維蛋白的溶解性，有利于提高或者保持蛋白質的凝膠特性。Anita L Sikes等［12］利用超高壓研究牛肉香腸，顯示高壓能夠增加蛋白質之間的凝聚性和凝膠特性，從而使香腸的蒸煮流失率下降，改善了香腸的質構。

將超高壓與磷酸化這兩種處理手段結合使用在國內外還是比較少見，本實驗研究了超高壓協同磷酸鹽對蝦蛄中肌原纖維蛋白凝膠的強度影響，并通過響應面方法優化肌原纖維蛋白凝膠加工工藝，得出蝦蛄中肌原纖維蛋白加工的最佳工藝，旨在為蝦蛄制品的開發提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蝦蛄 購自天津市北辰區老板娘水產城；EDTA分析純，天津市佳興化工玻璃儀器工貿有限公司；NaH2PO4、Na2HPO4分析純，天津市北方天醫化學試劑廠；NaCl分析純，天津市風船化學試劑科技有限公司；三聚磷酸鈉（STP） 分析純，天津市光復精細化工研究所；MgCl2分析純，天津市天大化工實驗廠。

STEPHAN UMC5斬拌機 德國STEPHAN公司；Avanti J-E高效離心機 美國BECKMAN公司；IKA T10高速組織勻漿機 德國IKA公司；HH-42恒溫水浴鍋 常州國華電器有限公司；FA2004A電子天平上海精天儀器有限公司；SMSTA TA-XT Plus質構儀英國Stable Micro System公司；UV-7504紫外可見分光光度計 上海欣茂儀器有限公司；HPP.L2-800/ 2.5超高壓設備 天津市華泰森淼生物工程技術有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 肌原纖維蛋白提取 參照Xiong［13］的方法并改進，蝦蛄去頭去尾去殼取肉，加入4倍體積的蛋白提取液（0.1 mol/L NaCl、0.002 mol/L MgCl2、0.001 mol/L EDTA、0.1mol/L NaH2PO4/Na2HPO4緩沖溶液pH=7.0），高速勻漿25 s，高速冷凍離心機離心（5000 r/min，15 min，4℃），棄上清液留沉淀，再加入蛋白提取液重復上述操作兩次得粗蛋白，將所得粗蛋白與4倍體積的0.1 mol/L NaCl溶液混合，高速勻漿25 s，冷凍離心（5000 r/min，15 min，4℃）3次，最后一次離心前將混合液的pH調至6.25，棄上清液，沉淀為蝦蛄中肌原纖維蛋白。

1.2.2 單因素實驗

1.2.2.1 不同壓力處理 將MP稀釋到50 mg/mL，加入STP的量為MP含量的6.0%，攪拌均勻后在30℃水浴中加熱2 h，將包裝好的磷酸化肌原纖維蛋白溶液放入高壓腔體內，壓力水平分別設為0、200、400、600 和800 MPa，溫度25℃，保壓時間15 min，對照組為未經高壓處理的樣品。

1.2.2.2 不同保壓時間處理 將MP稀釋到50 mg/mL，加入STP的量為MP含量的6.0%，攪拌均勻后在30℃水浴中加熱2 h，將包裝好的磷酸化肌原纖維蛋白溶液放入高壓腔體內，壓力水平設為400 MPa，溫度25℃，保壓時間分別設定為5、10、15、20和25 min。

1.2.2.3 不同添加量STP處理 將MP稀釋到50 mg/mL，加入STP的量設定為MP含量的0%、3%、6%、9%、12%，攪拌均勻后在30℃水浴中加熱2 h，將包裝好的磷酸化肌原纖維蛋白溶液放入高壓腔體內，壓力400 MPa、溫度25℃、保壓時間15 min。

1.2.2.1 ～1.2.2.3的樣品處理重復三次，每份取20 mL置于40 mL的小燒杯中，在20℃水浴鍋中以1℃/min的速度梯度升溫加熱至70℃，迅速從水浴鍋中將試樣取出，快速冷卻至4℃，并在4℃冰箱中存放8～12 h，進行蛋白凝膠強度的測試。

1.2.3 響應面實驗設計 本研究采用Box-Behnken模型，以壓力水平、STP的質量分數和保壓時間3個因子為自變量，分別以A、B、C來表示，并以+1、0、-1分別代表自變量的高、中、低水平［14］。因素水平及編碼見表1。

表1 響應面實驗因素水平及編碼Table1 Factor level and coding of RSM experiment

本研究以樣品中的凝膠強度（Y）作為評價指標（響應值），就凝膠肉類制品而言，其強度越大，產品品質越好。

1.3 檢測方法

1.3.1 蛋白質含量測定 參照才衛川等［15］的方法進行蛋白含量標準曲線的繪制及蛋白含量的測定。

1.3.2 凝膠強度的測定 將凝膠樣品取出，在室溫下放置20 min，用TA-XT Plus型質構分析儀測試凝膠的強度。探頭型號：P/0.5；測前速度：1.0 mm/s；測試速度：0.5 mm/s；測后速度：1.0 mm/s；測試距離：7.0 mm；觸發類型：自動；觸發力：5.0 g，每個樣品做3組平行。

1.4 數據處理

采用SPSS 19.0、Excel 2007、OriginPro 8.5、Design expert 8.0.4進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 壓力水平對MP凝膠強度的影響 由圖1可知，隨著壓力的增加，蛋白質的凝膠強度先增加后減小，當壓力為400 MPa時，蛋白凝膠強度最大為140.08 g。這可能是由于高壓影響了分子間的相互作用和蛋白質的構象，導致蛋白質的變性和聚集［16］。當壓力超過400 MPa時，蛋白質凝膠強度隨著壓力增加而減小，陸海霞等［17］認為這是由于壓力的增加，導致蛋白質的結構發生改變，其α-螺旋和β-折疊含量會逐漸下降，而α-螺旋結構正是維持蛋白質網狀結構的主要構象。

圖1 壓力水平對肌原纖維蛋白凝膠強度的影響Fig.1 Effect of pressure level on gel strength of gel myofibril protein gel

2.1.2 保壓時間對MP凝膠強度的影響 由圖2可知，蛋白質的凝膠強度隨保壓時間的延長先增大后減小，當保壓時間為15 min時，凝膠強度最大，汪之和［18］曾報道這是由于壓力的作用可以改變蛋白質分子的結構，蛋白分子內部的極性基團和疏水基團可以充分的暴露，但當保壓時間過長，則會導致α-螺旋會減少，蛋白質變性程度增大，凝膠強度減弱。

圖2 保壓時間對肌原纖維蛋白凝膠強度的影響Fig.2 Effect of holding pressure time on gel strength of gel myofibril protein gel

2.1.3 STP添加量對STP-MP凝膠強度的影響 由圖3可知，隨著STP添加量的增加，STP-MP的凝膠強度呈現先增大后減小的趨勢，且趨勢顯著（p＜0.05），當STP添加量為MP含量的6%時，凝膠強度達到峰值。尚永彪等［19］曾報道可能是由于添加STP使蛋白質與水分子間親和作用增加，蛋白質與蛋白質之間的排斥力增加，相互親和與聚集作用力減小，蛋白質濁度減小，溶解度增加，從而加大了蛋白質與蛋白質、蛋白質與多肽之間碰撞的機會，使得凝膠網絡結構更加緊密。

圖3 STP對肌原纖維蛋白凝膠強度的影響Fig.3 Effect of STP on gel strength of gel myofibril protein gel

2.2 響應面分析結果

在單因素實驗基礎上，響應面實驗設計及結果如表2。

表2 實驗設計及結果Table2 Design and results of the experiment

根據表2的結果，利用Design expert 8.0.4統計軟件對實驗數據進行多元回歸擬合，得到擬合模型：

對該回歸方程進行方差分析，由表3方差分析可看出：p＜0.0001＜0.01表明回歸方程極顯著，不同處理組的差異極顯著；而失擬項的p=0.1809＞0.05，故其不顯著；而且該模型的決定系數R2=0.9530，說明它能解釋95.30%響應值（凝膠強度）的變化規律，僅有總變異的4.70%，不能用此模型來解釋，因此該方程擬合程度良好，實驗誤差較小，可以用來對肌原纖維蛋白的凝膠強度進行分析和預測。由p值可知，方程中C、BC、A2、B2、C2對Y值有顯著性的影響，表明實驗因子對響應值的影響不是單純的線性關系，而實驗因子BC之間的交互作用及二次項對響應值也有很大的影響。

根據回歸方程，作出響應面立體圖，結果見圖4～圖6。從響應面的最高點可以看出，在所選擇的范圍之內，響應值（Y）存在最高點，即極值。

由圖4可以看出，當STP含量不變時，在不同保壓時間條件下隨著壓力的增加，蛋白質凝膠強度先增加后減小。在保壓時間15 min左右、壓力350 MPa左右能得到較大的響應值，壓力較大或者保壓時間過長均會使蛋白凝膠強度下降，但是二者間的交互作用對蛋白凝膠強度影響不顯著（p＞0.05）。

表3 回歸模型方差分析Table3 Variance analysis of regression model

圖4 壓力與保壓時間交互影響凝膠強度的曲面圖Fig.4 The surface chart of pressure and holding pressure time on gel strength

圖5 壓力與STP交互影響凝膠強度的曲面圖Fig.5 The surface chart of pressure and STP on gel strength

由圖5可知，當保壓時間不變，在不同壓力條件下，蛋白凝膠強度隨著STP含量的增加先增大后減小，在不同STP含量條件下，蛋白凝膠強度隨著壓力條件的增加也是先增加后減小，在壓力300 MPa、STP含量為6.5%左右能達到較大的響應值，但STP含量與壓力的交互作用對蛋白凝膠強度影響不顯著（p＞0.05）。

由圖6可知，當壓力不變，在不同保壓時間條件下，蛋白凝膠強度隨著STP含量的增加先增大后減小，保壓時間越長，增幅就越大，在較高STP添加量及較長保壓時間條件下能得到較大的響應值，即較大的蛋白凝膠強度，STP含量與壓力的交互作用對蛋白凝膠強度影響顯著（p＜0.05）。

圖6 保壓時間與STP交互影響凝膠強度的曲面圖Fig.6 The surface chart of holding pressure time and STP on gel strength

由表3中的p值可知，以上三個因素對蝦蛄中肌原纖維蛋白凝膠強度影響從大到小依次為：C（STP含量）＞B（保壓時間）＞A（壓力），即STP含量對蝦蛄中肌原纖維蛋白凝膠強度的影響最為顯著。利用Design expert 8.0.4軟件可得各個因素的最佳條件組合為STP含量為6.0%、壓力為293.44 MPa、保壓時間為16.72 min，在此條件下，凝膠強度可達到217.903 g。為了檢驗模型預測的準確性，將軟件所得結果進行修正，結果為STP含量為6.0%、壓力為293 MPa，保壓時間為17 min，在此添加量的條件下，做3組平行實驗所得結果為（214.340±4.93）g，誤差為4.03%，由此可得，采用響應面分析法對蝦蛄中肌原纖維蛋白凝膠特性的優化是行之有效的。

3 結論

本實驗在單因素實驗基礎上通過響應面法優化了蝦蛄中肌原纖維蛋白凝膠的制備工藝，響應值設定為蛋白凝膠強度。實驗表明：STP添加量、保壓時間與STP添加量的交互作用、壓力水平的平方項、保壓時間的平方項、STP添加量的平方項對蛋白質凝膠強度具有顯著性（p＜0.05）影響。并得到蝦蛄中肌原纖維蛋白凝膠制備的最佳工藝：壓力為293 MPa，保壓時間為17 min，STP添加量為6.0%，此時凝膠強度為（214.340±4.93）g。

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Effects of polyphosphate and high pressure processing treatment on the characteristics of squilla myofibrillar protein gel

WANG Shi-meng，ZHANG Kun-sheng*，REN Yun-xia
（Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology，Department of Food Engineering，Tianjin University of Commerce，Tianjin 300134，China）

In order to improve the quality of myofibrillar protein gel and optimize the processing technology，STP was added to the myofibrillar protein solution，flowing by ultra high pressure processing.Gel strength was measured after heating into gel.The results showed that the effect of STP on the gel strength of myofibrillar protein gel was significant（p＜0.01）.The results of Box Behnken test and two multiple regression equation to establish the optimal process conditions:pressure of 293 MPa，holding time of 17 min，the addition of STP was 6.0%.The strength of myofibrillar protein gel under this condition was（214.340±4.93）g.Interaction of STP and pressure holding time was significant（p＜0.05），but the interaction between other factors was not significant （p＞0.05）.Research showed that STP and ultra high pressure could promote the formation of good combination of myofibrillar protein gel，which had the widespread application prospect in the squilla products processing.

squilla；myofibrillar protein；ultra-high pressure（UHP）；posphorylation；gel characteristics

TS251.1

B

1002-0306（2016）02-0234-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.02.039

2015－05－06

王詩萌（1991-），女，碩士研究生，研究方向：食品加工與貯藏，E-mail：wsm6523@163.com。

*通訊作者：張坤生（1957-），男，博士，教授，研究方向：食品加工與貯藏，E-mail：zhksheng@tjcu.edu.cn。

國家科技支撐計劃項目（2012BAD37B06-07）。