木薯淀粉對泥鰍肌原纖維蛋白凝膠特性的影響

胡愛軍 ，于 輝，鄭 捷 ，李 川

(1. 天津科技大學食品科學與工程學院，天津 300457；2. 天津市寬達水產食品有限公司，天津 300300；3. 天津鴻騰水產科技發展有限公司，天津 301800)

泥鰍在我國資源分布廣闊，常被人們稱為“水中人參”，且自古就有“天上斑鳩，地上泥鰍”的說法．泥鰍中蛋白含量高、脂肪含量低，而且含有大量人體所需元素、必需氨基酸及多種活性物質[1]．泥鰍肉中蛋白質營養較完全，肌原纖維蛋白功能性好．肌原纖維蛋白質是一類具有重要生物學功能的結構蛋白質群，其作用除了參與肌肉的收縮、影響肌肉的嫩度外，還與肉制品的流變學特性如黏結性、保水性、彈性、質地等有著密切的關系[2]，與水產制品的品質密不可分．目前我國大部分水產加工業還是以傳統加工為主[3]，且市場上泥鰍魚糜深加工產品少，同時國內外關于泥鰍肌原纖維蛋白質的研究也較少．加強肌肉中肌原纖維蛋白質的研究，才能在加工過程中控制好影響其成膠的因素，進而提高魚糜制品的品質，從而為消費者提供滿意的魚糜制品．尤其是肌原纖維冷凝膠的研究與制備，有可能為魚糜制品的生產開拓出一個新的消費領域[4]．因此，提取泥鰍肌原纖維蛋白質進行研究開發很有價值．

為了提高泥鰍魚糜制品的凝膠特性，可以采用在肌原纖維蛋白中添加淀粉的方法，目前在泥鰍肌原纖維蛋白中添加淀粉的研究較少．本研究采用的是木薯淀粉．木薯淀粉是一種大分子多糖，具有多種功能特性，可作為魚糜制品中傳統使用的增稠劑、持水劑與黏合劑，能使魚糜制品保持良好的凝膠特性，在生產過程中可起到至關重要的作用．本實驗以制備泥鰍肌原纖維蛋白凝膠為基礎，探究添加木薯淀粉對凝膠的硬度、彈性、白度、保水性、微觀結構的影響，為泥鰍魚糜制品的生產與開發提供理論基礎．

1 材料與方法

1.1 原料、試劑與儀器

實驗原料為市購兩年生雌性黃板鰍，選取個體大小相似、身型均勻完好的泥鰍(體長約為 20cm，質量約為60g)；木薯淀粉，安琪酵母股份有限公司．

磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、氯化鈉、氯化鎂、乙二胺四乙酸二鈉、牛血清蛋白、考馬斯亮藍、戊二醛、乙醇，國產分析純．

JYL-C012型粉碎機，九陽股份有限公司；Sorvall ST 16型離心機，賽默飛世爾科技(中國)有限公司；HH-4J型水浴鍋，金壇市白塔新寶儀器廠；Alpha-1502型紫外分光光度計，深圳市鼎鑫宜實驗設備有限公司；TA.XT plus型質構儀，英國 SMS公司；YG268 型白度儀，美國 3NH 公司；LGJ-10型真空冷凍干燥機，北京松源華興科技發展有限公司；SU1510型掃描電鏡，德國卡爾蔡司公司．

1.2 實驗方法

1.2.1 肌原纖維蛋白的提取

以泥鰍為原料提取肌原纖維蛋白，參考 Xiong等[5]的方法并加以改進，用滅菌后的剪刀切掉泥鰍尾部 3～4cm 于冰水中放血，然后去頭、去內臟，洗凈后用滅菌后的小刀取肉；水洗 3次后加入 4℃的50mmol/L磷酸鹽緩沖溶液(含 0.1mol/L NaCl、1mmol/L EDTA、2mmol/L MgCl2，pH 7.0)，加入量(mL)為泥鰍肉樣質量(g)的4倍，在粉碎機中高速勻漿 3min(工作 30s，停止 30s)，8500r/min、4℃離心15min后取沉淀，重復上述步驟共提取3次．向取得的沉淀中加入 4℃的 50mmol/L的磷酸鹽緩沖溶液(含 0.6mol/L NaCl、pH 7.0)，加入量(mL)為沉淀質量(g)的3倍，在粉碎機中高速勻漿30s，放入4℃冰箱中浸提 20h，4℃、8500r/min離心 15min，上清液即為肌原纖維蛋白質溶液，于 4℃冰箱中保存，并在2d內使用．

1.2.2 泥鰍肌原纖維蛋白-淀粉復合凝膠的制備

參考 Bradford[6]的方法并加以改進．用考馬斯亮藍法測定蛋白質量濃度，并調整肌原纖維蛋白液的質量濃度為 40mg/mL．木薯淀粉的添加量為肌原纖維蛋白溶液中蛋白質質量的 0%、2%、4%、6%、8%和10%，混合均勻后置于水浴鍋中加熱，90℃水浴20min；取出冷卻至室溫，從而得到泥鰍肌原纖維蛋白-淀粉復合凝膠，于4℃冰箱中保存過夜．

1.2.3 凝膠質構的測定

取平衡后的泥鰍肌原纖維蛋白-淀粉復合凝膠，切成直徑12mm、高度10mm的小段，用質構分析儀測定凝膠質構，每個樣品進行 3次平行實驗．質構儀測定參數：探頭類型 P/0.5，觸發力 10.0g，測定前速度 2.00mm/s，測定速度 1.00mm/s，測定后速度1.00mm/s，壓縮百分比40%，環境溫度為室溫．

硬度：凝膠受外力擠壓發生變形時的最大壓力值，即對凝膠實施兩次下壓時第一個峰的峰值，單位為 g．

彈性：對凝膠實施兩次擠壓時，第一次擠壓變形后的回彈程度，即第二次與第一次擠壓所檢測出的高度的比值．

1.2.4 凝膠保水性測定

參照 Foegeding[7]的方法，取 2g復合凝膠放入10mL離心管中稱質量，4℃、4000r/min離心10min，離心后倒置離心管，用濾紙吸走多余的水分，靜置 30min后再次稱質量．每個樣品進行 3次平行實驗．凝膠保水性按照式(1)計算．

式中：m0為離心管質量，g；m1為離心前離心管和凝膠的質量，g；m2為離心后離心管和凝膠的質量，g．

1.2.5 凝膠白度的測定

泥鰍肌原纖維蛋白凝膠的白度利用色差計測定L*、a*、b*的值并按照式(2)[8]計算．L*值表示亮度，量程為0(黑色)至100(白色)；a*值表示紅度(a*值為正值表示樣品為紅色，a*值為負值表示樣品為綠色)；b*值可體現出被測物體的黃度(b*值為正值表示黃色，b*值為負值表示藍色)．每個樣品進行 3次平行實驗．

1.2.6 凝膠微觀結構的觀察

將肌原纖維蛋白-淀粉復合凝膠樣品切割成厚2mm的小條，并將切好的小條放在戊二醛(4%)溶液中24h浸泡固定；然后用0.1mol/L pH 7.0磷酸緩沖液反復沖洗樣品3次；沖洗后使用不同體積分數的乙醇(50%、60%、70%、80%、90%、100%)進行脫水處理，每次脫水時間為 5min．隨后將脫水后的凝膠放入真空冷凍干燥機中進行干燥處理，噴金后使用掃描電鏡觀察微觀結構．

1.3 數據分析

每個實驗至少重復3次，使用Excel軟件進行實驗數據平均值和式(1)、式(2)的計算，使用 SPSS Statistics 21軟件進行實驗數據的顯著性檢驗，不同字母表示組間差異顯著．使用Origin 2018軟件作圖.

2 結果與分析

2.1 木薯淀粉添加量對凝膠硬度的影響

不同添加量的木薯淀粉對泥鰍肌原纖維蛋白凝膠硬度的影響如圖1所示．從圖1可以看出：泥鰍肌原纖維蛋白凝膠的硬度隨木薯淀粉添加量的增加整體呈增加趨勢．當木薯淀粉的添加量為 2%～6%時，凝膠硬度之間差異不顯著，但與不添加木薯淀粉相比有顯著提升；當添加 8%和 10%的木薯淀粉時，凝膠硬度相較于其他組獲得了明顯的增長，顯著高于其他組．

圖1 不同添加量的木薯淀粉對泥鰍肌原纖維蛋白凝膠硬度的影響Fig. 1 Effect of different dosage of cassava starch on the hardness of myofibrillar protein gel

這可能的原因是在加熱過程中，不僅蛋白質之間會發生相互作用，淀粉也會發生吸水溶脹并形成淀粉凝膠體系，使得魚糜加熱過程中出現鹽溶性蛋白-淀粉分子-水的混合凝膠體系，蛋白質之間、多糖之間、蛋白質與多糖之間也可以發生相互作用，使得泥鰍肌肉蛋白的強度和韌性得到了提高，從而使得凝膠的硬度得到加強[9]．隨著淀粉添加量的增加，復合凝膠的硬度主要受淀粉糊化的影響，經加熱(90℃)提高了淀粉的糊化程度并增強了吸水膨脹作用，淀粉分子間的隨機結合程度也隨之增加，這就加強了分子間以及分子內部的聯系，有利于淀粉充分地填充在蛋白質的網絡結構中，從而使得凝膠的結構更緊密，凝膠硬度達到最大．有研究[10]認為淀粉顆粒受熱膨脹嵌入到凝膠網絡結構中，擠壓蛋白網絡結構從而使硬度增加．也有研究[11]表明糊化后的淀粉可以增強魚糜制品的凝膠硬度．

2.2 木薯淀粉添加量對凝膠彈性的影響

不同添加量的木薯淀粉對泥鰍肌原纖維蛋白凝膠彈性的影響如圖2所示．從圖2可以看出：泥鰍肌原纖維蛋白凝膠的彈性隨著木薯淀粉添加量的增加而先上升后略有下降，整體上處理組大于對照組，且在添加量為8%時彈性達到最大．

圖2 不同添加量的木薯淀粉對泥鰍肌原纖維蛋白凝膠彈性的影響Fig. 2 Effect of different dosage of cassava starch on the elasticity of myofibrillar protein gel

這可能是由于淀粉糊化而形成富有彈性的膠體，在一定程度上可以增加凝膠的彈性；同時蛋白質受熱變性形成三維網絡結構，淀粉在糊化作用下吸水膨脹并填充于蛋白凝膠網絡結構中，促進共價交聯作用，使得彈性提高．變性蛋白質分子間的動態平衡狀態通過靜電斥力和靜電引力的相互作用來維持[12]．當木薯淀粉添加量為 8%時，泥鰍肌原纖維蛋白凝膠的彈性達到最佳，可能是因為肌動蛋白和肌球蛋白等內部各亞基和淀粉分子疏水基團的充分暴露，各亞基之間重新相互作用，使得蛋白凝膠三維網絡結構彈性較好．而隨著淀粉添加量增加到 10%時，體系內游離水減少，凝膠會出現過硬過韌的現象，而導致彈性略有下降[13]．實驗表明：適量淀粉的添加可對復合凝膠彈性的提升起到正面作用；而當淀粉添加過量時，過多的淀粉可能會對蛋白凝膠的形成起阻礙作用，降低凝膠彈性．

2.3 木薯淀粉添加量對凝膠保水性的影響

不同添加量的木薯淀粉對泥鰍肌原纖維蛋白凝膠保水性的影響如圖3所示．從圖3中可以得知：泥鰍肌原纖維蛋白凝膠的保水性隨著木薯淀粉添加量的增加而呈不斷上升趨勢，處理組的保水性均大于對照組．當木薯淀粉添加量為 2%時，與對照組相比保水性增加的不顯著；在添加量為 4%時，保水性較之前顯著增加；當添加量在 4%以上時，保水性逐漸增加，但增加不顯著．

圖3 不同添加量的木薯淀粉對泥鰍肌原纖維蛋白凝膠保水性的影響Fig. 3 Effect of different dosage of cassava starch on water retention of myofibrillar protein gel

這可能是因為淀粉經過加熱發生糊化，吸水溶脹，將自由水轉化為結合水，將其填充在蛋白質的三維網絡結構中，可以有效減少水分損失；加熱使得淀粉顆粒晶體結構發生改變，支鏈淀粉解開，氫氧根暴露出來，從而加強了淀粉與水之間的結合[14]．因此隨淀粉添加量的增大，更多的水分被鎖住，復合凝膠體系的保水性增強．同時淀粉的糊化會在一定程度上改變蛋白質-淀粉的網狀結構，使得結構越來越緊密，同時增強了與水結合的能力，能夠更好地鎖住水分，從而增大保水性．有研究表明，肌球蛋白的變性作用或者高度水合蛋白減緩了聚集速度，所以會造成保水能力增加．在蛋白質發生有序聚集之前，升溫以及淀粉的加入會促進肌球蛋白和肌動蛋白鏈的展開，從而進一步提高凝膠的保水能力以及促進優良凝膠結構的形成[15]．

2.4 木薯淀粉添加量對凝膠白度的影響

不同添加量的木薯淀粉對泥鰍肌原纖維蛋白凝膠白度的影響如圖4所示．由圖4可知：泥鰍肌原纖維蛋白凝膠的白度隨著木薯淀粉添加量的上升而呈下降的趨勢．

淀粉經加熱發生糊化，淀粉顆粒吸水溶脹會持有更多的水分，使得光反射改變；同時由于淀粉糊化后淀粉糊具有良好的透明度，所以隨淀粉添加量的增加，淀粉糊化程度增加，透明度升高，透過的光多了，反射的光少了，導致白度降低．本研究表明，木薯淀粉的添加對凝膠白度影響較大．

圖4 不同添加量的木薯淀粉對泥鰍肌原纖維蛋白凝膠白度的影響Fig. 4 Effect of different dosage of cassava starch on the whiteness of myofibrillar protein gel

2.5 木薯淀粉添加量對凝膠微觀結構的影響

不同木薯淀粉添加量下泥鰍肌原纖維蛋白凝膠電鏡圖如圖5所示．

圖5 不同木薯淀粉添加量下泥鰍肌原纖維蛋白凝膠電鏡圖Fig. 5 Gel electrophoresis of loach myofibrillar protein with different cassava starch dosage

由圖 5(a)可知：當不添加木薯淀粉時，形成的凝膠呈條狀、不均勻、疏松的三維立體網絡結構．由于其化學成分主要為肌原纖維蛋白質，隨著溫度升高，會發生蛋白質的伸展，聚集直至形成凝膠網絡結構．對比圖 5(a)和圖 5(b)—(f)可知，由肌原纖維蛋白質構成的凝膠所形成的網絡結構明顯不同于該蛋白質與淀粉共同形成的凝膠結構．圖 5(b)—(f)表明：淀粉的添加量會影響凝膠結構的形成，淀粉含量較低時，形成的復合凝膠結構出現了較多孔洞，凝膠的網絡結構也松散無序；隨著淀粉含量的增加，凝膠的交聯程度增加，凝膠更趨于致密均勻，表面略有孔洞，截面平整．

這可能的原因是蛋白質具有比較完整的三維網絡結構，更多的淀粉經高溫糊化后與蛋白質通過分子間作用力相結合，吸水溶脹填充到蛋白質網絡結構的孔洞中，將更多的游離水束縛進凝膠結構[16]，使孔洞的大小和數量減少，形成較致密的網絡結構．淀粉本身也會由于熱的作用形成網絡結構．隨著淀粉添加量的增加，通過毛細管作用被束縛或聚集在凝膠網絡內的水分子越多[17-18]，凝膠結構越致密均勻；同時單位體積內淀粉分子增多，分子密度變大，孔隙度降低，因此網絡結構越來越致密．Sun等[19]發現木薯淀粉能有效提高草魚肌原纖維蛋白-淀粉復合凝膠的結構性能，且蛋白網絡的聚集性隨淀粉添加量的增大而提高．另有研究[20]表明，肌原纖維蛋白凝膠微觀結構和它的保水性具有一定的關系，若凝膠網絡均勻致密，則說明凝膠保水性高；若凝膠網絡結構松散粗糙，則表明保水性低．本實驗表明凝膠微觀結構的結果與保水性的結果一致．

3 結 語

泥鰍肌原纖維蛋白凝膠的硬度、保水性、致密程度均與木薯淀粉的添加量存在正相關性．隨著木薯淀粉質量分數的增大，凝膠的硬度和保水性增加，白度下降；彈性先增大后減小，適量的木薯淀粉對凝膠的彈性有一定的增強效應，若淀粉過量，則會造成體系內游離水減少，復合凝膠出現過硬過韌的現象，導致彈性略有下降；凝膠的微觀結構越加致密，且截面趨于平整．本實驗結果對泥鰍相關制品的開發具有一定的參考價值和實際意義，為魚糜類、肉丸類產品的生產提供了技術支持．