γ-聚谷氨酸對鯉魚肉糜凝膠特性的影響

趙巖巖，王書彥，李釗，趙圣明，周威，張浩，*，崔震昆，李紅波，莫海珍2，，胡梁斌

（1.河南科技學院食品學院，河南新鄉453003；2.新鄉市水產品加工及安全風險控制重點實驗室，河南新鄉453003；3.陜西科技大學食品與生物工程學院，陜西西安710021）

我國是目前最大的鯉魚（carp surimi）養殖國和消費國，年產量302萬噸，占世界總產量的80%，位列大宗魚類第4位，黃河鯉魚更是中國的“國魚”。鯉魚的營養價值很高，含有豐富的優質蛋白質，人體消化吸收率可達96%，同時可提供人體必需的8種氨基酸、不飽和脂肪酸、礦物質、維生素A和維生素D等[1]，具有降低人體膽固醇，防止動脈硬化，冠心病等功能，所以鯉魚被認為是健康食品[2-3]。但是鯉魚由于其肉內刺較多且土腥味重，導致其食用品質不高且市場價格低廉[4-5]。而將其進一步加工成魚糜制品，是提升其加工性能和產品附加值的有效途徑。

淡水魚類肌原纖維蛋白的凝膠能力較差，影響其加工制品品質。目前主要采用超高壓[6-7]、超聲波[8-9]、電場[10]、電子束[11]等新工藝處理以及添加蛋白類[12-13]、多糖類[14]和金屬鹽離子[15]等改善魚糜凝膠的品質。以上方法都可以在一定程度上有效的改善魚糜的凝膠特性。γ-聚谷氨酸是一種由L-谷氨酸和（或）D-谷氨酸縮合成的水溶性、可生物降解的無毒高分子物質[16]，具有促進腸道內鈣吸收和治療糖尿病等生理功能[17]。γ-聚谷氨酸還具有增稠乳化成膜和粘接等優良性能，已經被廣泛應用于農業、醫療、化妝品和食品領域[17-18]。尤其是在食品領域可以作為果汁飲料的增稠劑和穩定劑，改善面團的流變和質地[19]以及改善雞肉的凝膠品質[20]等，目前關于γ-聚谷氨酸對淡水魚糜類制品的的品質影響未見報道。本文以新鮮的鯉魚魚糜為原料，采用兩段式加熱方法，研究γ-聚谷氨酸對鯉魚魚糜凝膠品質特性和流變學性質的影響，為γ-聚谷氨酸在淡水魚糜凝膠品質改善方面的應用提供一定的理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 試驗材料

鮮活鯉魚（體重約800 g）：市售；食品級γ-聚谷氨酸：南京軒凱生物科技有限公司；食品級食鹽：市售。

1.1.2 儀器與設備

UMC-5C斬拌機：德國Stephan公司；TA-XT.plus質構儀：英國 Stable Micro Systems（SMS）公司；HAAKEMARS流變儀：Thermo scientific公司；CR-400色差計：美能達公司（日本）；T25高速勻漿器：IKA公司（德國）；Sartious電子精密天平：北京賽多利斯天平有限公司；HH-42水浴鍋：國華電器有限公司（常州）；L-80-XP離心機：美國Beckman公司；FE28 PH計：梅特勒-托利多儀器有限公司（上海）。

1.2 試驗方法

1.2.1 鯉魚魚糜凝膠的制備

參考呂梁玉等[11]方法略有改進。取鮮活鯉魚，去頭尾、磷和內臟后進行采肉，用5倍于魚肉質量的冰水漂洗3次，離心脫水后加入2% NaCl斬拌5 min；然后再分別加入不同添加量的γ-聚谷氨酸（0、0.025%、0.05%、0.075%、0.1%、0.125%）斬拌8 min后，采用二段加熱法獲得魚糜凝膠，先在40℃條件下凝膠化40 min，再90℃加熱30 min，加熱后立即置于冰水中冷卻，然后4℃冷藏24 h后備用。

1.2.2 蒸煮得率的測定

參考王春彥等[21]方法，將過夜冷卻的熟魚肉糜從離心管中取后，吸水紙除去魚肉糜外部的滲出液，然后對不同處理的熟魚肉糜分別進行稱重，蒸煮得率按照以下公式計算，平行測定5次。

式中：M1為熟魚肉糜質量，g；M2為生魚肉糜質量，g。

1.2.3 保水性的測定

將魚糜凝膠切成約2 mm的薄片，準確稱量1.0 g左右，用濾紙包好置于離心管中，5 000 r/min、4℃條件下離心10 min，離心后樣品質量（W2）占離心前樣品質量（W1）的百分比為保水性。每組樣品平行測定5次。

1.2.4 色澤的測定

采用CR-400色差計測定魚糜凝膠的L*值、a*值和b*值[22]。采用標準比色板進行校正，標準比色板為L*=97.22，a*=-0.14，b*=1.82。其中 L*表示亮度值，a*表示紅度值，b*表示黃度值，每個樣品選取5個點進行測定。

1.2.5 凝膠強度的測定

參考王希希等[23]方法略作修改。將制作完成的魚糜凝膠樣品置于4℃冰箱冷藏過夜后用質構儀測定凝膠強度。將其切成2.5 cm長的圓柱，每組樣品做5次平行，結果取平均值。采用直徑為5 mm的球形探頭（P/0.5），測前速度：2.0 mm/s，測試速度：1.0 mm/s，測后速度：10 mm/s，下壓距離 15 mm，觸發值 10 g，數據采集速度為每秒100個數據點。

1.2.6 質構的測定

參考Zhao等[24]方法略作修改。將鯉魚肉糜凝膠制成20 mm×20 mm×10 mm的長方體，質構測定參數為：質地多面分析（texture profile analysis，TPA）模式，選用P/36R探頭；測試前速度2.0 mm/s，測試速度2.0 mm/s，測試后速度5.0 mm/s，壓縮形變為50%，測定間隔時間5 s，觸發力5 g，觸發類型為自動。

1.2.7 流變學性質的測定

參考Kang等[25]方法略作修改。將不同處理組的鯉魚肉糜樣品均勻涂抹于兩個50 mm圓形平板探頭之間，間隙為0.5 mm，為防止水分蒸發，外周涂一層薄薄的硅油。參數設置：起始溫度為20℃，保持10 min，之后以2℃/min的升溫速率上升至90℃，同時，頻率固定為0.1 Hz對樣品進行連續剪切，測定儲能模量（G'）隨溫度的變化情況。

1.2.8 數據處理

試驗數據采用SPSS 20.0軟件進行分析，所有試驗重復3次，試驗結果以平均值±標準差表示，顯著性分析采用Duncan檢驗。并用Origin 2017軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 γ-聚谷氨酸對鯉魚魚糜凝膠蒸煮得率的影響

γ-聚谷氨酸對鯉魚魚糜凝膠蒸煮得率的影響見圖1。

圖1 γ-聚谷氨酸添加量對鯉魚魚糜凝膠蒸煮得率的影響Fig.1 Effect of γ-polyglutamate content on the gelatin cooking yield of carp surimi

由圖1可知，隨著γ-聚谷氨酸添加量的增加鯉魚魚糜凝膠蒸煮得率呈先增加后減少的趨勢，與對照組相比，當γ-聚谷氨酸的添加量為0.1%時蒸煮得率最高，提高了8.89%，當添加量為0.125%時蒸煮得率有所下降，與對照組相比，所有處理組蒸煮得率均顯著提高（P＜0.05）。蒸煮得率的提高可能是由于γ-聚谷氨酸結構中存在大量的羧基與蛋白結合形成長分子鏈，鎖住了部分水分[26]；而γ-聚谷氨酸添加量過高時，蒸煮得率出現下降趨勢，可能是因為一旦γ-聚谷氨酸濃度過高時，γ-聚谷氨酸結構中的大量游離羧基與蛋白質親水基團發生競爭，導致蛋白質結合水的能力減弱，從而導致蒸煮得率下降。

2.2 γ-聚谷氨酸對鯉魚魚糜凝膠保水性的影響

保水性是衡量肉品品質的一個重要指標，保水性越好，說明肉類中的蛋白質與水分的結合能力越強，肉的品質越好。γ-聚谷氨酸對鯉魚魚糜凝膠保水性的影響見圖2。

圖2 γ-聚谷氨酸添加量對鯉魚魚糜凝膠蒸煮得率的影響Fig.2 Effect of γ-polyglutamate content on the water holding capacity of carp surimi

由圖2可知，隨著γ-聚谷氨酸添加量的增加鯉魚魚糜凝膠保水性呈先增加后減少的趨勢，與對照組相比，當γ-聚谷氨酸的添加量為0.075%時保水性最好，達到了98.34%，當添加量為0.1%和0.125%時保水性有所下降，與對照組相比，所有處理組保水性均顯著性提高（P＜0.05）。保水性的提高可能是由于γ-聚谷氨酸帶有大量的負電荷，隨著添加量增加會導致靜電斥力增加，最終增加了蛋白質分子間的距離，從而提高凝膠的保水性[27]；而當γ-聚谷氨酸添加量過高時，保水性出現下降趨勢，可能是因為一旦γ-聚谷氨酸濃度過高會影響蛋白質分子與水分子之間的作用力，最終造成凝膠保水能力變差。

2.3 γ-聚谷氨酸對鯉魚魚糜凝膠色澤的影響

色澤是消費者評價產品外觀的一個重要指標。γ-聚谷氨酸對鯉魚魚糜凝膠色澤的影響見表1。

表1 γ-聚谷氨酸添加量對鯉魚魚糜凝膠色澤的影響Table 1 Effect of γ-polyglutamate content on the color of carp surimi

由表1可知，隨著γ-聚谷氨酸添加量的增加鯉魚魚糜凝膠L*值呈下降趨勢，b*值呈升高趨勢，a*值呈現先下降后升高的趨勢。與對照組相比，當γ-聚谷氨酸添加量為0.025%和0.05%時，L*值和b*值無顯著性差異變化（P＞0.05），a*值顯著降低（P＜0.05）。當 γ-聚谷氨酸添加量為0.075%、0.1%和0.125%時，L*值顯著降低（P＜0.05），a*值顯著增加（P＜0.05），b*顯著降低（P＜0.05）。鯉魚魚糜凝膠L*下降可能是因為γ-聚谷氨酸在加熱過程中發生美拉德反應[28]，生成有色物質，導致凝膠亮度下降。

2.4 γ-聚谷氨酸對鯉魚魚糜凝膠強度的影響

γ-聚谷氨酸對鯉魚魚糜凝膠強度的影響見圖3。

圖3 γ-聚谷氨酸添加量對鯉魚魚糜凝膠強度的影響Fig.3 Effect of γ-polyglutamate content on the gel strength of carp surimi

由圖3可知，隨著γ-聚谷氨酸添加量的增加鯉魚魚糜凝膠強度呈先增加后降低的趨勢，與對照組相比，當γ-聚谷氨酸的添加量為0.075%時凝膠強度最好，達到了757.35 g·cm，當添加量為0.1%和0.125%時凝膠強度有所下降，與對照組相比，所有處理組凝膠強度均顯著提高（P＜0.05）。凝膠強度的提高可能是因為γ-聚谷氨酸與蛋白質分子間的相互作用增強，同時熱處理導致蛋白質分子高級結構變化內部暴露，從而使凝膠強度增加；而當γ-聚谷氨酸添加量過高時，凝膠強度出現下降趨勢，可能是因為γ-聚谷氨酸濃度過高時會導致蛋白質分子間過度交聯，無法形成穩定的凝膠網絡結構，因而導致凝膠強度變差。

2.5 γ-聚谷氨酸對鯉魚魚糜凝膠質構的影響

γ-聚谷氨酸對鯉魚魚糜凝膠質構的影響見表2。

表2 γ-聚谷氨酸添加量對鯉魚魚糜凝膠質構的影響Table 2 Effect of γ-polyglutamate content on the texture of carp surimi

由表2可知，隨著γ-聚谷氨酸添加量的增加鯉魚魚糜凝膠的硬度、彈性、內聚性和咀嚼性均呈先增加后減少的趨勢，與對照組相比，添加一定比例的γ-聚谷氨酸后，鯉魚肉糜凝膠的質構均有不同程度的改善，當γ-聚谷氨酸添加量為0.075%時，鯉魚肉糜凝膠的硬度、彈性、內聚性和咀嚼性均顯著增加（P＜0.05）。

硬度、彈性、內聚性和咀嚼性的分別達到了（2 559.63±26.34）g、1.02±0.03、0.71±0.01 和 1 684.85±49.88。變化趨勢與保水性的結果基本一致，康壯麗等[29]研究發現肉糜的硬度和保水性有關，保水性升高，硬度也會升高。γ-聚谷氨酸與蛋白質發生交聯，促進凝膠網絡結構的形成，使凝膠結構更穩定。而硬度升高，彈性、內聚性和咀嚼性等也會隨之升高。

2.6 γ-聚谷氨酸對鯉魚魚糜凝膠存儲模量（G'）的影響

肉糜凝膠升溫過程中的流變學性質變化主要與肉糜中肌原纖維蛋白變性影響凝膠形成有關[30]。在動態流變學測定過程中，存儲模量（G'）可以作為反映鯉魚肉糜凝膠強度的一個重要指標，G'值越高表明凝膠強度越好。γ-聚谷氨酸對鯉魚魚糜G'的影響見圖4。

圖4 γ-聚谷氨酸添加量對鯉魚魚糜凝膠存儲模量（G'）的影響Fig.4 Effect of γ-polyglutamate content on the storage modulus of carp surimi

由圖4可知，與對照組相比，添加不同比例γ-聚谷氨酸處理組的G'均呈現上升趨勢，整體呈現先增大后減小的趨勢，這與凝膠強度的變化基本相吻合。隨溫度升高加入不同比例γ-聚谷氨酸的鯉魚魚糜G'變化主要分為3個階段：第一階段（20℃～53℃），G'隨溫度的升高逐漸上升，在48℃～53℃時對照組和不同處理組分別出現一個高峰值，可能因為在這個溫度范圍內，肌球蛋白結構開始發生變化，蛋白質分子間頭部與頭部發生聚集[31]，開始交聯形成彈性網絡結構。與對照組相比，添加不同比例γ-聚谷氨酸的處理組出現峰值更早，表明γ-聚谷氨酸有助于促進鯉魚肉糜凝膠的形成。第二階段（53℃～65℃），G'隨著溫度的升高急速下降，G'的降低可能是因為在此溫度范圍內，內源蛋白酶的活性升高，導致凝膠出現劣化[32]，也可能是因為溫度增高導致蛋白質變性，肌球蛋白的α-螺旋結構解螺旋，導致蛋白流變性增強[33]。但是添加不同比例γ-聚谷氨酸處理組的G'最小值要顯著高于對照組的G'最小值。第三階段（65℃～90℃），G'隨溫度的升高急速升高，可能因為在二硫鍵和疏水作用下，蛋白質發生大量聚集，沉積于網絡結構中形成了不可逆彈性凝膠[34]。與對照組相比，添加不同比例γ-聚谷氨酸的處理組出現最大峰值更早，表明添加γ-聚谷氨酸有助于提高鯉魚肉糜的凝膠強度。

3 結論

γ-聚谷氨酸作為一種食品級凝膠增強劑，少量添加于鯉魚魚糜中即可對其凝膠品質和流變性具有顯著影響（P<0.05）。當γ-聚谷氨酸的添加量為0.1%時，鯉魚魚糜的蒸煮得率最高；當γ-聚谷氨酸添加量在0.075%時，鯉魚魚糜凝膠的蒸煮得率、保水性、硬度、彈性、內聚性和咀嚼性達到最好，且對鯉魚魚糜的色澤影響較小；G'曲線變化表明γ-聚谷氨酸可以有效促進鯉魚魚糜凝膠的形成。因此，γ-聚谷氨酸作為一種安全的凝膠增強劑在提高淡水魚魚糜制品品質方面具有廣闊的應用前景。