面筋蛋白和大米蛋白對鰱魚魚糜凝膠特性的影響

王 嵬，馬興勝，儀淑敏,*，徐永霞，李學鵬，邵俊花，勵建榮,*

（1.渤海大學實驗管理中心，遼寧 錦州 121013；2.渤海大學食品科學與工程學院，遼寧 錦州 121013）

面筋蛋白和大米蛋白對鰱魚魚糜凝膠特性的影響

王 嵬1，馬興勝2，儀淑敏2,*，徐永霞2，李學鵬2，邵俊花2，勵建榮2,*

（1.渤海大學實驗管理中心，遼寧 錦州 121013；2.渤海大學食品科學與工程學院，遼寧 錦州 121013）

面筋蛋白和大米蛋白均可以明顯提高鰱魚魚糜的凝膠強度和持水性，降低其蒸煮損失率和橫向弛豫時間（T2）。但是與大米蛋白相比，面筋蛋白在改善鰱魚魚糜凝膠特性方面效果更加顯著。當面筋蛋白添加量為3%時，魚糜凝膠的破斷力、破斷距離、凝膠強度和持水性分別為669.0 g、12.2 mm、8 162.0 g·m和89.8%，與對照組（未添加蛋白）相比分別增加了79.8%、37.2%、147.0%、11.6%；而蒸煮損失率為8.51%，與對照組相比降低了19.7%。且此時的凝膠橫向弛豫時間T23和T24分別為42.4 ms和156.0 ms。3%的面筋蛋白促使鰱魚魚糜凝膠形成十分致密的空間三維網絡結構，使其具有較高的凝膠強度和持水性，但是由于面筋蛋白帶有淺黃色，所以魚糜凝膠的白度有輕微下降。

面筋蛋白；大米蛋白；鰱魚魚糜；凝膠特性

魚糜制品是將魚肉絞碎，經加鹽擂潰，成為黏稠的魚糜（魚漿），再經調味混勻、成型、加熱而制成的具有一定彈性的水產食品，是我國水產加工品中增長最快和出口量最大的品種之一，2015年年產量達145.422萬 t[1]。市場上常見的魚糜制品包括魚丸、模擬蟹肉、魚肉香腸、魚面、魚排和魚糕等。隨著人們生活方式的改變，生活節奏的加快，市場對魚糜制品的需求量逐年增加。

以面筋蛋白和大米蛋白為主的谷物蛋白是人們每天日常生活中攝入的主要蛋白質來源，也是人們重要的營養來源。面筋蛋白是小麥面粉加工后的副產物，具有較強的黏彈性、延伸性、熱凝固性和薄膜成型性等特性，使其具有廣闊的應用前景[2-3]。目前面筋蛋白主要被用于烘焙行業提高面粉的流變特性和提高豬肉香腸的凝膠強度[4-7]。面筋蛋白中富含谷氨酰胺（glutamine，Gln）和半胱氨酸（cysteine，Cys），兩者都是谷氨酰胺轉氨酶（transglutaminase，TGase）催化交聯反應的良好底物，當面筋蛋白與魚糜混合時，由于魚糜中還有內源性TGase，面筋蛋白中豐富的Gln和Cys在魚糜中自身存在的TGase催化下發生相互交聯，促進魚糜形成致密的空間網絡結構，增加魚糜凝膠的強度和彈性，同時減少了凝膠的蒸煮損失，增加了魚糜凝膠的持水性，提高肉制品彈性和凝膠強度[8-10]。由此可見，面筋蛋白特有的氨基酸構成在改善肉制品凝膠特性方面是其他非肌肉蛋白質所無法比擬的。

大米蛋白作為大米加工后的副產物，大量存在于米糠中，往往被用來加工成飼料，造成大米資源的嚴重浪費。有研究指出肉制品加工中添加適量的大米蛋白不僅可以豐富肉質品的蛋白質組成，還可以在一定程度上改善肉制品的質構特性[11]。

本實驗研究了面筋蛋白和大米蛋白對鰱魚魚糜凝膠特性的影響，探討了面筋蛋白和大米蛋白改善魚糜制品凝膠特性的可行性，以期拓展其在水產品尤其是魚糜加工中的應用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鰱魚魚糜購于湖北潛江市柳伍水產食品有限公司，置于（－18±0.5） ℃凍藏，半年之內完成使用。

面筋蛋白（有效蛋白含量80%） 北京瑞麥嘉禾商貿有限公司；大米蛋白（有效蛋白含量80%） 江西金農生物科技有限公司；磷酸鹽、戊二醛、無水乙醇（均為分析純） 天津市風船化學試劑科技有限公司。

1.2 儀器與設備

TA.XT.Plus型質構儀 英國Stable Micro System公司；CR-400色彩色差計、S4800場發射掃描電子顯微鏡 日本Minolta公司；NMI20低場核磁共振儀 上海紐邁電子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 魚糜凝膠的制備

解凍魚糜（流水解凍1 h）→斬拌魚糜2 min→加入食鹽斬拌3 min→加入不同質量分數（0%、1%、2%、3%、4%、5%）的面筋蛋白或大米蛋白及冰水斬拌15 min→灌入玻璃小瓶（內徑25 mm)→40 ℃水浴加熱30 min→90 ℃水浴加熱20 min[12-13]。以0%即未添加蛋白為對照。

1.3.2 凝膠強度的測定

取出1.3.1節制備的魚糜凝膠樣品，平衡至室溫后切成25 mm×25 mm的圓柱體。利用TA.XT.Plus型質構儀的凝膠強度測定模式分析魚糜凝膠的破斷力和破斷距離。探頭：P/5S球形金屬探頭，測試速率：1 mm/s，測試距離：15 mm，觸發力：10 g[14]。凝膠強度為破斷力和破斷距離的乘積，見公式（1）。

1.3.3 凝膠持水性的測定

將1.3.1節制備的魚糜凝膠切成5 mm的薄片，準確稱質量（m1），3 層濾紙將樣品裹住后裝入50 mL的離心管中，采用冷凍高速離心機在4 ℃條件下，5 000×g離心15 min，離心結束后，立即取出樣品并再次稱質量（m2）。持水性的計算如公式（2）所示[15]。

1.3.4 凝膠蒸煮損失率的測定

參照yang Zhen等[16]的方法略微修改。將魚糜凝膠切成15 mm×15 mm×2 mm形凝膠圓柱體并稱質量（m1）后放入蒸煮袋內且封口，置于90 ℃水浴20 min。蒸煮結束后迅速取出凝膠，擦干表面液體后再次稱質量（m2）。按公式（3）計算蒸煮損失率。

1.3.5 凝膠水分分布及存在狀態分析

樣品在室溫條件下恒溫3 0 m i n后，切成10 mm×10 mm×20 mm的長方體（約1.5 g），并轉入核磁管，采用Carr-Purcell-Meiboom-Gill（CPMG）脈沖序列，在32 ℃條件下進行自旋-自旋弛豫時間T2的測定。參數設定：SFI=22 MHz，P90=14 μs，SW=100 kHz，TR =2 000 ms，NS=8，τ=150 μs，Echocnt=4 000[17]。

1.3.6 凝膠色度值的測定

采用CR-400色差計分析魚糜凝膠的L*（亮度）、a*（紅色/綠色）和b*（黃色/藍色），每組樣品平行5 次。按公式（4）計算白度[18]。

1.3.7 微觀結構分析

微觀掃描電子顯微鏡測試參照Oujifard等[19]的方法并略微修改。流程如下：魚肉腸→切塊（3 mm×3 mm×2 mm）→體積分數2.5%戊二醛溶液固定24 h→去除固定液→磷酸鹽緩沖液（0.2 mol/L，pH 7.2）漂洗3 次，15 min/次→去離子水沖洗1 h→50%、70%、90%的乙醇梯度脫水，15 min/處理→100%乙醇脫水3次，10 min/次→真空冷凍干燥→離子濺射鍍金→掃描電子顯微鏡觀察。

1.4 數據處理

使用軟件Oringin 7.5和SPSS 19.0進行數據處理和相關性分析。

2 結果與分析

2.1 面筋蛋白和大米蛋白對鰱魚魚糜凝膠特性的影響

凝膠破斷力是指凝膠即將斷裂或崩裂時所受到的力，破斷距離是指凝膠在外力作用下即將斷裂時所發生的形變量，凝膠強度是指凝膠破斷力在迫使凝膠斷裂過程中所做的功。凝膠強度是物體硬度和彈性的綜合體現，是衡量魚糜制品凝膠特性的一個重要指標，因此改善魚糜凝膠的破斷力和破斷距離可以有效地提高魚糜制品的凝膠特性。

圖1 不同谷物蛋白添加量下鰱魚魚糜凝膠破斷力（A）、破斷距離（B）和凝膠強度（C）的變化Fig. 1 Breaking force (A), elongation (B) and gel strength of silver carp surimi gels (C) with different concentrations of gluten

由圖1得知，隨著面筋蛋白添加量增加鰱魚魚糜凝膠的破斷力、破斷距離和凝膠強度均明顯增加，且在面筋蛋白添加量為3%時，破斷力、破斷距離和凝膠強度均趨于最大值，分別為669.0 g、12.2 mm 和8 162.0 g·mm，與對照組（不添加蛋白質的魚糜凝膠）相比，分別增加了79.8%、37.2%和147.0%。且隨著面筋蛋白添加量大于3%時，鰱魚魚糜凝膠的破斷力、破斷距離和凝膠強度均增加緩慢，趨于不變。面筋蛋白的添加促進了鰱魚魚糜凝膠破斷力、破斷距離和凝膠強度增加主要是由于兩方面原因。一方面可能是由于面筋蛋白促進了魚糜蛋白-魚糜蛋白之間強烈相互作用，促進魚糜凝膠網絡結構的形成，進而增加凝膠的延展性和強度[7]。另一方面，面筋蛋白含有大量的麥谷蛋白和麥醇溶蛋白，二者含有豐富的Gln和Cys，它們均是TGase催化反應的良好底物[20-21]。當面筋蛋白與魚糜混合時，面筋蛋白中的Gln和Cys在魚糜自身存在的內源性TG作用下發生了交聯作用，不僅促進魚糜蛋白-魚糜蛋白相互作用，還可以增強魚糜蛋白與面筋蛋白的結合，進而形成具有一定黏彈性的三維網絡結構，進而提高魚糜凝膠的延展性和凝膠特性。Ramírez-Suárez等[4]曾報道在肌原纖維蛋白與Gln混合時，在TG作用下可以促進肌肉蛋白與非肌肉蛋白質形成較高彈性的凝膠網絡。黃莉等[22]曾報道將TGase添加到鯉魚肌原纖維蛋白溶液中，TGase-蛋白復合凝膠的硬度和彈性值隨著TGase添加量的增大而升高。王淼等[23]在海水魚魚糜加工中也有類似的發現。

由圖1得知，與面筋蛋白相比，大米蛋白在改善魚糜制品凝膠特性方面效果較差。隨著大米蛋白添加量增加，凝膠破斷力呈先增加后趨于不變的趨勢，同樣在添加量為3%時趨于最大值，為620.0 g，與對照組相比，增加了66.7%。隨著大米蛋白添加量增加，魚糜凝膠的破斷距離和凝膠強度均呈現先增加后降低的變化趨勢，添加量為3%時分別為11.3 mm和7 006.0 g·mm，與對照組相比，分別增加了27.1%和112.0%。當添加量繼續增加，凝膠破斷距離和凝膠強度均明顯降低。李杉[11]曾報道大米蛋白在肉糜制品的添加量過高會導致肉糜制品的硬度增加，彈性和口感變差，降低了肉糜制品的凝膠特性。

由此可知，添加大米蛋白盡管同樣可以明顯改善魚糜制品的凝膠強度，但是無論是破斷力、破斷距離還是凝膠強度均低于面筋蛋白。這可能與大米蛋白在改善魚糜制品凝膠性能方面的機理不同有關。侯魯娜等[24]指出大米蛋白主要是抑制魚中組織蛋白酶L的活性，降低魚糜凝膠過程中劣化現象，進而改善其凝膠性能。除此之外，與面筋蛋白相比，大米蛋白質中Gln和Cys較低[25]。這些可能都是其在改善魚糜制品凝膠特性方面效果較差的原因。

2.2 面筋蛋白和大米蛋白對鰱魚魚糜凝膠持水性和蒸煮損失率的影響

魚糜凝膠持水性反映了凝膠保留水分的能力，魚糜凝膠蒸煮損失是指魚糜凝膠在蒸煮過程中所發生的質量減少。持水性和蒸煮損失共同反映了魚糜凝膠在外界干擾下對水分的保持能力。凝膠的網絡結構越致密，捕獲的水分越多，持水性越高，凝膠強度越大[26]。

圖2 不同谷物蛋白添加量條件下鰱魚魚糜凝膠持水性（A）和蒸煮損失率（B）的變化Fig. 2 Water-holding capacity (A) and cooking loss (B) of silver carp surimi gels with different concentrations of gluten

從圖2可以看出，隨著面筋蛋白和大米蛋白添加量的增加，鰱魚魚糜凝膠的持水性逐漸增加，凝膠的蒸煮損失率逐漸降低。當谷物蛋白質添加量為3%時，鰱魚魚糜凝膠的持水性趨于穩定，分別為89.8%和88.5%，與對照組（80.5%）相比，分別增加了11.6%和9.9%；同樣在二者添加量為3%時，鰱魚魚糜凝膠的蒸煮損失率亦趨于穩定，分別為8.51%和8.96%，與對照組（10.6%）相比，分別降低了19.7%和15.5%。當二者添加量高于3%且繼續增加時，鰱魚魚糜凝膠的持水性和蒸煮損失率均變化不明顯，且趨于穩定。從以上可以看出，面筋蛋白較大米蛋白可以更好地增加鰱魚魚糜凝膠的持水性和降低蒸煮損失率。

添加面筋蛋白或者大米蛋白后鰱魚魚糜凝膠的持水性升高和蒸煮損失降低主要是由于二者的添加不僅可以增加對水分的吸收，更重要的是可以與魚糜蛋白相互作用，促進魚糜形成相對致密的空間三維網絡結構，增強魚糜凝膠的網絡結構強度，促使不易流動水的流動性減弱，被捕獲能力增強，以及使更多的游離水向不易移動水的方向轉移。進而降低魚糜凝膠蒸煮過程中的損失，增強魚糜凝膠的持水性[4,8]。除此之外，蛋白質的親水基團與水分子相遇時發生水化作用，形成水化物，即濕面筋，水化作用是從物體表面向其內部進行，初始階段表面體積增大，吸水量相較小，當水化作用進一步進行發生在物體內部時，大量水分子進入蛋白質分子內部，吸水量相對較大[27]。進而增加魚糜凝膠的持水性，同時也使蒸煮損失相應的減少。

2.3 面筋蛋白和大米蛋白對鰱魚魚糜凝膠色澤的影響

圖3 不同谷物蛋白添加量條件下鰱魚魚糜凝膠色澤的變化Fig. 3 Color parameters of silver carp surimi gels with different concentrations of gluten

由圖3得知，隨著面筋蛋白或大米蛋白添加量增加，魚糜凝膠的L*值和白度值逐漸降低，a*值變化不顯著，b*值逐漸增加。與添加面筋蛋白的魚糜凝膠相比，添加大米蛋白的魚糜凝膠的L*值和白度值下降得更加明顯，且b*值增加較多。添加面筋蛋白、大米蛋白的魚糜凝膠的L*和白度值的降低，以及b*值增加主要與大米蛋白和面筋蛋白自身呈色有關。面筋蛋白主要呈淡黃色，與面筋蛋白相比，大米蛋白也呈黃色，且其黃色相對較深。由此可知，面筋蛋白或者大米蛋白在魚糜制品中的添加量不宜過高，否則會嚴重降低魚糜制品的色澤品質。

2.4 面筋蛋白和大米蛋白對鰱魚魚糜凝膠橫向弛豫時間T2的影響

魚糜凝膠中水分的分布及其弛豫特性直接影響到魚糜凝膠自身對水分的保持能力，進而影響到魚糜制品的品質。弛豫時間是指系統受到外界瞬時擾動后，重新恢復到原來的平衡態時所需要的時間。魚糜凝膠橫向弛豫時間越短，表明魚糜凝膠中水分越不易受到外界干擾，即該種水分穩定性越強[28]。

圖4 不同谷物蛋白添加量條件下鰱魚魚糜凝膠水分分布（A）及橫向（B～E）的變化Fig. 4 Water distribution (A) and transverse relaxation time T2(B–E) of silver carp surimi gels with different concentrations of gluten T2弛豫時間

從圖4A得知，鰱魚魚糜凝膠中水分呈4 種狀態分布，其橫向弛豫時間（T2）的分布區間分別為：T21（0.1～1 ms）、T22（1～10 ms）、T23（16～90 ms）和T24（129～248 ms），其中T21表示與蛋白質、淀粉等大分子表面的極性基團靠氫鍵相結合的單分子層水，以及位于大分子固有結構上的質子，即結合最緊密的水分。T22是指與蛋白質中的酰胺基以及淀粉纖維素中的羥基形成鍵能較小的氫鍵的那部分水分，與單分子層水相比，它的結合強度較低，稱為半結合水。T21與T22所代表的水分共同稱為結合水。從圖4B～E可以看出，T21與T22所代表的結合水含量占魚糜凝膠總水分含量的比例依然很小，且隨著面筋蛋白的添加量增加，魚糜凝膠的橫向弛豫時間T21與T22均呈逐漸減小變化趨勢。與添加面筋蛋白的魚糜凝膠相比，隨著大米蛋白添加量增加，魚糜凝膠的橫向弛豫時間T21和T22均呈先降低后趨于不變，在大米蛋白添加量為3%時達到最低值，分別為0.4 ms和2.4 ms。這主要與大米蛋白溶解性較低以及含 80%以上的堿溶性谷蛋白有關，當大米蛋白添加量過高時，這些谷蛋白由許多大分子片斷通過二硫鍵形成，彼此交聯而凝聚，導致一些大米蛋白不能溶解，減弱了蛋白質與水分之間的氫鍵結合，進而致使結合水的弛豫時間不再降低[29-30]。

T23作為魚糜凝膠中最主要的水分，其與T24共同直接關系到魚糜凝膠的持水能力。由圖4D、E得知，隨著面筋蛋白和大米蛋白添加量增加，魚糜凝膠的橫向弛豫時間T23與T24均呈先明顯減少后不變的變化趨勢，且均在蛋白質添加量為3%時趨于穩定，T23值分別為42.4 ms和46.5 ms，T24值分別為156.0 ms和183.0 ms。添加面筋蛋白或大米蛋白的魚糜凝膠橫向弛豫時間T23和T24的減少主要與這些蛋白質促進了魚糜蛋白形成致密的空間網絡結構有關。致密的空間網絡縮小了水分的活動空間，增加了對水分的捕獲能力，降低了水分由非平衡態恢復到平衡狀態的時間，進而導致橫向弛豫時間T23和T24的降低。

2.5 面筋蛋白和大米蛋白對鰱魚魚糜凝膠微觀結構的影響

圖5 不同處理方式條件下鰱魚魚糜凝膠微觀結構變化（×10 000）Fig. 5 Microstructure of silver carp surimi gels (× 10 000)

電子顯微鏡掃描實驗中，經過綜合考慮魚糜凝膠的凝膠強度、持水性、蒸煮損失率、色度值等方面后，確定對添加3%面筋蛋白的魚糜凝膠、3%大米蛋白的魚糜凝膠和不添加任何蛋白的對照組魚糜凝膠在10 000 倍掃描電子顯微鏡下進行凝膠微觀結構觀察。

由圖5可知，在10 000 倍電子顯微鏡下，對照組樣品的表面不平整，導致光密度存在很大差異，結構粗糙、不均勻且呈團簇狀，沒有形成均勻、有序的網絡結構。與對照組相比，添加含3%大米蛋白的鰱魚魚糜凝膠的微觀結構表面較為平整、光滑，凝膠孔洞較小、似圓度較高，且部分形成凝膠網絡結構。與對照組和添加3%大米蛋白的鰱魚魚糜凝膠的微觀結構相比，添加3%面筋蛋白的魚糜凝膠不僅表面十分平整、光滑，凝膠孔洞較小、似圓度較高，分布均勻，且形成了規則有序、高度致密的空間三維網絡結構。其空間的網絡程度高于添加3%大米蛋白的鰱魚魚糜凝膠的網絡結構，且無論是網絡結構的致密程度還是網絡結構的分布程度均遠遠高于對照組。魚糜凝膠規則有序、致密的空間網絡結構有利于緊緊地捕獲更多的游離水，減少蛋白質、水分等物質的滲出，降低蒸煮過程中的損失，從而使魚糜凝膠具有較高的持水性、彈性和凝膠強度。添加面筋蛋白或者大米蛋白的魚糜凝膠的微觀結構也進一步解釋了上文中魚糜凝膠強度、持水性、蒸煮損失以及橫向弛豫時間T2的變化規律。

3 結 論

大米蛋白和面筋蛋白對鰱魚魚糜的凝膠和水分特性有顯著的改善效果。隨著大米蛋白和面筋蛋白添加量的增加，魚糜的凝膠凝膠強度和持水性逐漸增大，蒸煮損失率和橫向弛豫時間T23和T24均逐漸減小，且均在蛋白添加量為3%時達到最佳值，使魚糜凝膠形成一定程度的空間三維網絡結構。與大米蛋白相比，3%面筋蛋白在改善鰱魚魚糜凝膠特性、水分特性和凝膠空間微觀結構方面效果更佳。

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Effects of Gluten and Rice Protein on Gel Properties of Silver Carp Surimi

WANG Wei1, MA Xingsheng2, YI Shumin2,*, XU Yongxia2, LI Xuepeng2, SHAO Junhua2, LI Jianrong2,*
(1. Laboratory Management Center, Bohai University, Jinzhou 121013, China; 2. College of Food Science and Engineering, Bohai University, Jinzhou 121013, China)

In this study, although both gluten and rice protein could pronouncedly enhance the gel strength and water-holding capacity (WHC), and reduce the cooking loss and transverse relaxation time (T2) of silver carp surimi, gluten was superior to rice protein in improving the gel properties of silver carp surimi. The breaking force, elongation, gel strength and WHC of silver carp surimi gels with 3% gluten were 669.0 g, 12.2 mm, 8 162.0 g·m, and 89.8%, respectively, which were increased by 79.8%, 37.2%, 147.0%, 11.6%, and the cooking loss is 8.51%, which is decreased by 19.7%, respectively compared with the control group. Meanwhile, the transverse relaxation time T23and T24were 42.4 and 156.0 ms, respectively. A compact gel network structure was formed with the addition of 3% gluten to silver carp surimi, resulting in an increase in gel strength and WHC. However, the whiteness of the surimi gel declined slightly due to the yellowish color of gluten.

gluten protein; rice protein; silver carp surimi; gel properties

10.7506/spkx1002-6630-201711008

TS254.4

A

1002-6630（2017）11-0046-06

王嵬, 馬興勝, 儀淑敏, 等. 面筋蛋白和大米蛋白對鰱魚魚糜凝膠特性的影響[J]. 食品科學, 2017, 38(11): 46-51. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201711008. http://www.spkx.net.cn

WANG Wei, MA Xingsheng, YI Shumin, et al. Effects of gluten and rice protein on gel properties of silver carp surimi[J]. Food Science, 2017, 38(11): 46-51. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201711008. http://www.spkx.net.cn

2016-05-12

國家自然科學基金面上項目（31571868）；遼寧省教育廳重點實驗室基礎研究項目（LZ2015002；LZ2014047）

王嵬（1981—），男，實驗師，碩士，研究方向為食品質量與安全。E-mail：wwll812002@163.com

*通信作者：儀淑敏（1980—），女，副教授，博士，研究方向為水產品加工與質量安全控制。E-mail：yishumin@163.com勵建榮（1964—），男，教授，博士，研究方向為農、水產品加工與質量安全控制。E-mail： lijr6491@163.com