糖基化凝膠增強劑對魚糜制品凝膠特性的影響

劉建華，蘇 琦，朱旻琪，羅亞洪，丁玉庭*

（浙江工業大學海洋學院，浙江 杭州 310014）

紅娘魚（Lepidotrigla microptera Günther）是硬骨魚綱，鲉形目，魴鮄科，紅娘魚屬魚類的通稱。分布于西北太平洋區，市場需求大，群體產量高，生長繁殖速度快且營養豐富、口感鮮嫩，在云南、廣東、中國臺灣以及東南亞、南亞、中東等地區備受青睞[1]。將其機械剔骨切碎，洗滌以除去血液、脂肪和其他有氣味的物質制成魚糜，便于冷凍保存，且由于具有獨特的凝膠特性，被用來制作蟹類、扇貝類、蝦類等多種海產品的功能性蛋白質成分[2]。目前，在魚糜凝膠生產期間用以改善魚糜產品品質的副配料和改良劑較多，大致可分為淀粉、可食親水膠體、轉谷氨酰胺酶、非酶蛋白質、油脂、膳食纖維和酚類等[3]。陳海華等[4]發現較低含量的木薯淀粉和小麥淀粉能夠顯著提高竹莢魚魚糜凝膠的凝膠強度和持水性（P＜0.05）。由于淀粉糊化顆粒吸水膨脹，受到魚糜蛋白凝膠網絡的限制，通過對蛋白網絡結構施加作用力從而增強凝膠強度與持水性[5]。范選嬌等[6]通過測定白鰱魚糜凝膠劣化溫度條件下結冷膠對魚糜制品品質影響，結果表明結冷膠可以促進凝膠中肌球蛋白重鏈之間的交聯，對于魚糜凝膠劣化有一定的改善作用。

蛋清由蛋白質組成，其中卵白蛋白（54%）為主要蛋白質，其次為卵轉鐵蛋白（12%）和卵類黏蛋白（11%）。蛋清在食品工業起著重要作用[7]，它可以通過形成凝膠來提高食品的稠度和質地[8]。糖基化反應是改善蛋白質功能性質的一種有效方法，它涉及糖、氨基酸以及蛋白質的濃縮，并發展成一個復雜的網絡結構產物[9]。胥偉等[10]選用葡聚糖與蛋清粉發生糖基化反應，結果表明，在反應5 d后其蛋清蛋白的乳化活性提高1.4 倍。干熱法反應條件的控制較為嚴格且反應時間長，在反應過程中很難進行過程化控制，這給糖基化產物的工業化生產帶來了一定難度。王松等[11]以大豆分離蛋白為原料，與葡萄糖共混進行濕法糖基化反應0～6 h，結果表明，大豆分離蛋白與葡萄糖發生相互作用，同時使大豆分離蛋白球狀分子伸展，疏水基團暴露，并且葡萄糖的加入增加了溶液的黏度，以及糖基化帶來的空間位阻能夠顯著地阻礙熱作用的進行，使得大豆分離蛋白溶解性、乳化活性和乳化穩定性均顯著提高。許亞彬等[12]將蛋清粉與干法糖基化改性蛋清粉添加至鰱魚魚糜中，發現糖基化改性蛋清粉對鰱魚魚糜品質的改善效果要優于普通蛋清粉。

目前，對于干熱法對蛋白粉進行糖基化改性已有大量的研究，濕熱法糖基化改性蛋白應用于改善魚糜蛋白質凝膠性的研究較少。因此，本實驗以濕熱法糖基化技術提高魚糜蛋白質的凝膠性，不同時間配制的蛋清蛋白與刺槐豆膠和瓜爾豆膠復配膠的糖基化凝膠增強劑，并將新鮮蛋清與糖基化凝膠增強劑添加至紅娘魚魚糜中，探究糖基化改性凝膠增強劑對紅娘魚魚糜的凝膠特性、質構特性、色澤以及化學作用力的影響，以期為新型凝膠增強劑在魚糜加工中的廣泛應用提供理論依據與技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮雞蛋（蘊康土雞蛋）、馬鈴薯淀粉、蔗糖、食鹽 市購；紅娘魚冷凍魚糜 浙江興業集團有限公司；刺槐豆膠、瓜爾豆膠 杭州金菌克生物科技有限公司；六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉（均為食品級） 徐州天嘉食用化工有限公司；氯化鈉、尿素、十二烷基硫酸鈉（sodium dodecyl sulfate，SDS）、β-巰基乙醇均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

HYJD超純水器 杭州永潔達潔凈科技有限公司；YP 3001N型電子天平 上海精科儀器有限公司；ALLEGRA 64R型冷凍離心機 德國Beckman制造；TA.XTPlus食品物性測定儀 英國Stable System公司；YC-5斬拌機 上海燁昌食品機械有限公司；XHF-DY型高速分散機 寧波新芝生物科技股份有限公司；85-2型恒溫磁力攪拌器 上海司樂儀器有限公司；HH-4數顯恒溫水浴鍋 上海江星儀器有限公司；DYY-6C型電泳儀北京市六一儀器廠；Color Quest XE色差儀 美國Hunter Lab公司。

1.3 方法

1.3.1 糖基化產物的制備

新鮮蛋清與純水按質量比1∶1混合，磁力攪拌10 min后紗布過濾，邊攪拌邊加入3%刺槐豆膠與瓜爾豆膠的復配膠至混合均勻，轉移到燒杯中，將燒杯密封置于55 ℃水浴鍋中分別加熱0、4、8、12、16、20、24 h后，取出迅速冷卻，得到糖基化復合物。

1.3.2 接枝度的測定[13]

采用改進后的鄰苯二甲醛法測定蛋白質的接枝度以評定其糖基化程度。配制試劑一：將40 mg的鄰苯二甲醛溶解在1 mL甲醇中，再加入3 mL純水，混勻置于棕色瓶中備用；試劑二：2.5 mL質量分數20%的SDS溶液，25 mL 0.1 mol/L的硼砂及100 μL β-巰基乙醇混合，純水定容至50 mL。

分別取0.3 mL試劑一與3.7 mL試劑二于試管中混勻，加入樣品液200 μL，混勻后于35 ℃反應2 min，于波長340 nm處測吸光度，以純水代替樣品液為空白，二者之差為自由氨基的凈吸光度。賴氨酸作標準曲線，根據凈吸光度計算樣品中自由氨基的含量C。每組實驗重復3 次，取平均值。接枝度為各樣品中自由氨基含量的相對百分比，按公式（1）計算：

式中：C0為未反應時樣品自由氨基總質量濃度/（μg/mL）；C1為反應t時刻樣品自由氨基的質量濃度/（μg/mL）。

1.3.3 SDS-聚丙烯酰氨凝膠電泳（SDS-sulphate polyacrylamide gel electrophoresis，SDS-PAGE）分析[14]

使用5%濃縮膠，12%分離膠。樣品溶解液為0.01 mol/L pH 8.0 Tris-HCl緩沖液，內含2% SDS、10%甘油、0.02%溴酚藍（非還原SDS-PAGE不含β-巰基乙醇，還原SDS-PAGE含5% β-巰基乙醇），將樣品溶于樣品溶解液中調成蛋白質量濃度為2 mg/mL。在沸水浴中加熱5 min后冰浴冷卻，直接電泳進樣，上樣量為15 μL，濃縮膠中電壓為80 V，進入分離膠之后將其增至120 V。考馬斯亮藍R-250染色，10%甲醇和7.5%醋酸脫色至條帶清晰，并進行掃描成像分析。

1.3.4 魚糜凝膠的制備

截至目前， 黑龍江省水權試點由2016年的2個推廣至26個，通過試點探索，總結試點經驗，先后印發了《黑龍江省關于開展水權確權試點工作的指導意見》(黑辦發〔2018〕63號)、《黑龍江省水權確權試點技術指南(試行)》(黑水發〔2018〕73號)，規范試點推進。初步建立確權登記數據庫和確權登記制度，五常市[5]、慶安縣[6]、肇州縣等試點已完成2個試點灌區、6個用水戶協會、23個工業企業、14個農村集體經濟組織的水權確權，共計核發取水許可證23本，頒發水資源使用權證40本。總體來看，黑龍江省水權試點取得了初步成效。

將冷凍魚糜放置4 ℃冰箱解凍12 h，取一定量置于斬拌機中空擂，再添加食鹽、蔗糖、馬鈴薯淀粉等繼續斬拌，然后分別添加質量分數3%的新鮮蛋清、蛋清與膠復合物、糖基化魚糜凝膠增強劑，手動擂潰均勻后灌入蛋白腸衣中，兩段式加熱（40 ℃/60 min，90 ℃/30 min），結束后立即置于冰水中冷卻，并于4 ℃冷藏過夜，待測各指標。

1.3.5 魚糜凝膠凝膠強度的測定

將魚糜凝膠從4 ℃冰箱中取出，室溫條件下平衡30 min，樣品高度為30 mm，用TA.XTPlus食品物性測定儀測定樣品的破斷強度和凹陷深度，兩者乘積即為樣品的凝膠強度。測試參數：P5S球形探頭，測試前、中、后速率分別為1.0、1.1、1.0 mm/s，位移15 mm，觸發力5 g，數據采集速率400脈沖數/s。每組實驗重復6 次，結果以平均值計。

1.3.6 魚糜凝膠全質構的測定

樣品高度為20 mm，用TA.XTPlus食品物性測定儀測定樣品的硬度、彈性、凝聚性、膠黏性、咀嚼性、回復力等指標。測試參數為：TPA模式，P36R圓柱形探頭，測試前、中、后速率分別為5.0、1.0、1.0 mm/s，壓縮比為50%，觸發力為10 g，數據采集速率400脈沖數/s。每組實驗重復6 次，結果以平均值計。

1.3.7 魚糜凝膠白度的測定

參考于海濤[15]的方法，將魚腸切成5 mm厚圓片，室溫條件下用色差儀測定樣品的L*、a*、b*值。每組實驗重復3 次，取平均值。樣品的白度按公式（2）計算：

式中：W為白度；L*為樣品的亮度；a*為樣品的紅綠值；b*為樣品的黃藍值。

1.3.8 魚糜凝膠持水力的測定

取約5 g凝膠樣本放入直徑30 mm的離心管中，4 ℃、1 000×g離心15 min，除去離心出的水分，測定離心前后凝膠的質量。按公式（3）計算持水力：

式中：m0為離心管質量/g；m1為離心前離心管和凝膠質量/g；m2為離心后離心管和凝膠質量/g。

1.3.9 魚糜凝膠化學作用力的測定[16]

取制得的魚糜凝膠樣品2 g，分別與10 mL的0.05 mol/L NaCl（SA）、0.6 mol/L NaCl（SB）、0.6 mol/L NaCl＋1.5 mol/L尿素（SC）、0.6 mol/L NaCl＋8 mol/L尿素（SD）、0.6 mol/L NaCl＋8 mol/L尿素＋0.05 mol/L β-巰基乙醇（SE）混合均質后4 ℃冰箱放置1 h，1 000×g離心15 min，用考馬斯亮藍法測定上清液中蛋白質含量。魚糜凝膠中離子鍵的貢獻以溶解于SB與SA溶液中的蛋白含量差表示；氫鍵的貢獻以溶解于SC與SB溶液中的蛋白含量差表示；疏水鍵的貢獻以溶解于SD與SC溶液中的蛋白含量差表示；二硫鍵的貢獻以溶解于SE與SD溶液中的蛋白含量差表示。

1.4 數據統計分析

采用SPSS 19.0軟件中的單因素方差分析法對實驗結果進行分析，P＜0.05，差異顯著，使用Origin 8.6軟件繪制圖表，結果以表示。

2 結果與分析

2.1 反應時間對凝膠增強劑接枝度的影響

圖1 不同反應時間凝膠增強劑接枝度的變化Fig. 1 Change in grafting degree as a function reaction time

在糖基化反應過程中，蛋白質的游離氨基基團會與糖類物質或者糖降解產物發生接枝反應，使得游離氨基減少，故糖基化反應的進行程度可通過測定游離氨基的變化得到較好的顯示[17]。由圖1可知，隨著反應時間的延長，接枝度呈現逐漸升高的趨勢，反應12 h時接枝度為（23.37±1.62）%，繼續反應對接枝度的影響較小，可能是因為過長的時間使得凝膠增強劑形成蛋白膜，且時間越長形成的蛋白膜厚度和韌性越強，膜內水分蒸干，影響了糖基化反應的進程。因此后續糖基化產物制備的時間選擇濕熱法加熱12 h。

2.2 糖基化凝膠增強劑SDS-PAGE分析

圖2 糖基化凝膠增強劑的SDS-PAGE圖譜Fig. 2 SDS-PAGE patterns of glycosylated gel enhancers

由圖2A可以看出，凝膠增強劑中的a、c、d條帶比未反應的位置有輕微上移，即分子質量稍增大，泳道7、8未在上方出現a條帶可能是因為該物質分子質量太大未進入分離膠。隨著糖基化反應時間延長，條帶e的顏色越來越淺，表明蛋白質分子向上遷移形成聚集體，由于不含β-巰基乙醇未破壞二硫鍵，說明是由其他的共價鍵導致一些聚集體的形成。由圖2B可以看出，蛋白質f、g、i均由清晰逐漸變得模糊或消失，可能是蛋白質f、g、i均發生分子間交聯形成了分子質量更大的蛋白質聚集體，其次，β-巰基乙醇能夠破壞二硫鍵，說明糖基化反應過程中蛋白質聚集體的形成一部分也是由于二硫鍵導致的。

2.3 糖基化凝膠增強劑對魚糜制品凝膠強度的影響

圖3 凝膠增強劑對魚糜凝膠凝膠強度的影響Fig. 3 Effect of different gel enhancers on gel strength of surimi

如圖3所示，新鮮蛋清、未糖基化改性凝膠增強劑與糖基化改性凝膠增強劑都可提高紅娘魚魚糜的凝膠強度，選取糖基化反應時間為4、12、20 h的凝膠增強劑，等比例添加到魚糜中，隨著凝膠增強劑糖基化反應時間的延長，魚糜凝膠的凝膠強度呈先增大后減小的趨勢，當反應時間為12 h時，凝膠強度最高，未添加凝膠增強劑的魚糜制品凝膠強度為（229.30±10.49）g·cm；添加3%新鮮蛋清的魚糜制品凝膠強度增至（296.01±12.72）g·cm；添加3%未糖基化改性凝膠增強劑的魚糜制品凝膠強度為（358.93±16.63）g·cm，明顯好于添加3%的普通新鮮蛋清；而當添加3%糖基化改性12 h后的凝膠增強劑，魚糜制品的凝膠強度高達（375.7±10.47）g·cm，較未添加凝膠增強劑的魚糜制品相比，凝膠強度提高64%，較添加3%新鮮蛋清的魚糜凝膠強度提高了26.9%，較添加未發生糖基化反應的凝膠增強劑的魚糜制品相比，凝膠強度提高4.7%。

新鮮蛋清能夠提高魚糜制品的凝膠強度歸因于兩方面，一方面魚糜制品制作過程中經過二段加熱（40 ℃/90 ℃），當處于50～70 ℃的溫度帶時魚糜發生凝膠劣化，由肌原纖維蛋白中內源性熱穩定蛋白酶誘導從而降解肌球蛋白，蛋清中含有半胱氨酸蛋白酶、卵母細胞球蛋白與卵巨球蛋白能夠特異性作用于肌原纖維蛋白中的半胱氨酸蛋白酶、絲氨酸蛋白酶與天冬氨酸蛋白酶，從而抑制肌球蛋白降解[18]；另一方面，在蛋清中卵白蛋白和卵轉鐵蛋白共占總蛋白質的70%，兩者對蛋清凝膠性能起主要作用[19]，卵轉鐵蛋白是蛋清中最易受熱變性的蛋白質，變性溫度在60～65 ℃[20]。卵白蛋白是蛋清中唯一的含有自由巰基的蛋白質，也已證明它在蛋清的熱誘導凝膠形成過程中起著非常重要的作用，其溫度在80 ℃左右能夠促進蛋清膠凝[21]。添加刺槐豆膠和瓜爾豆膠復配膠之后會提高卵轉鐵蛋白的變性溫度，故蛋清蛋白在55 ℃條件下主要與膠發生糖基化反應，并有效提高蛋清本身的功能特性以及對肌原纖維蛋白的黏合性從而對魚糜制品的凝膠強度進行改善[22]。綜上可知，糖基化改性凝膠增強劑對魚糜凝膠強度的改善效果要優于新鮮蛋清，并且是通過對蛋白酶進行抑制和黏合作用的凝膠強化。

2.4 糖基化凝膠增強劑對魚糜制品全質構的影響

表1 凝膠增強劑對魚糜凝膠質構特性的影響Table 1 Effects of different gel enhancers on textural properties of surimi gels

從表1可以看出，新鮮蛋清和凝膠增強劑的加入，紅娘魚魚糜凝膠的形成能力增強，硬度、膠黏性、咀嚼性和回復性都顯著增加（P＜0.05）。添加新鮮蛋清的魚糜凝膠硬度、膠黏性和咀嚼性明顯大于空白組魚糜凝膠，這是由于魚糜和蛋清蛋白在物理上相互交融后，由于蛋清蛋白在魚糜中起到黏合劑的作用，紅娘魚魚糜更好地黏合在一起，使結構更加致密[23]。添加糖基化反應12 h的凝膠增強劑硬度、膠黏性、咀嚼性和回復性明顯大于添加相同含量新鮮蛋清的魚糜凝膠，這是可能是由于凝膠增強劑經糖基化反應之后本身的凝膠性增大。黏合效果增強，同時填充了凝膠蛋白網絡結構的空隙，形成更致密的凝膠網絡結構[24]。

2.5 糖基化凝膠增強劑對魚糜制品白度的影響

表2 凝膠增強劑對魚糜凝膠白度的影響Table 2 Effects of different gel enhancers on whiteness of surimi gels

從表2可知，凝膠增強劑對魚糜亮度（L*值）的影響是最大的，亮度的變化是影響白度的重要因素。隨著凝膠增強劑的添加，魚糜凝膠L*值呈先上升后下降趨勢，a*值和b*值無明顯變化規律，魚糜凝膠白度值是隨L*、a*值和b*值的變化而變化，白度值呈上升趨勢。蛋清蛋白可以提高魚糜凝膠的白度[25]，與刺槐豆膠和瓜爾豆膠經糖基化改性后，本身凝膠增強劑的白度會提高，肉眼可觀察，從而影響魚糜凝膠的色澤，糖基化反應20 h之后，魚糜凝膠白度降低，這可能是由于在后期魚糜制備過程中，凝膠增強劑與魚肉蛋白發生非酶促褐變反應造成的。

2.6 糖基化凝膠增強劑對魚糜制品持水力的影響

圖4 凝膠增強劑對魚糜凝膠持水力的影響Fig. 4 Effect of different gel enhancers on water-holding capacity of surimi gels

由圖4可知，新鮮蛋清與凝膠增強劑都可提高魚糜凝膠的持水性，且添加糖基化改性凝膠增強劑持水力不斷增強，這可能一方面是由于未與蛋清反應刺槐豆膠和瓜爾豆膠有一定的吸水能力，添加到魚糜中吸水形成致密的凝膠結構，另一方面是凝膠增強劑作為黏合劑的作用，魚糜凝膠更緊實，更好地鎖住水分，提高魚糜凝膠的持水性。而糖基化反應20 h后的凝膠增強劑顯著降低了魚糜凝膠的持水力（P＜0.05），可能是由于過長時間的加熱，蛋清與刺槐豆膠和瓜爾豆膠形成部分凝結快而非凝膠，這取決于魚糜中自由水的含量和加熱過程中蛋清蛋白質展開和聚集的相對速度[26]。隨著持水率的不斷增高，魚糜凝膠的保水性在增強，口感也會得到改善，因此魚糜持水性與魚糜凝膠質構特性的結果有著一致性。

2.7 糖基化凝膠增強劑對魚糜制品化學作用力的影響

圖5 凝膠增強劑對魚糜凝膠化學作用力的影響Fig. 5 Effect of different gel enhancers on chemical forces of surimi gels

在魚糜凝膠體系中，維持凝膠三維網絡結構的蛋白質分子間相互作用力主要有離子鍵、氫鍵、疏水相互作用、二硫鍵和非二硫共價鍵等。如圖5所示，在所有魚糜凝膠樣品中，疏水相互作用值是最高的，這表明在魚糜凝膠中，疏水相互作用起重要作用。研究表明，冷凍魚糜中含大量離子鍵，要使其形成魚糜凝膠，需添加鹽離子打破這些離子鍵，分散蛋白，最終使經過熱處理的凝膠具有彈性結構。因此，離子鍵在魚糜凝膠形成過程中呈下降趨勢[27]。魚糜凝膠中氫鍵的存在對于體系結合水的穩定性有著重要作用，且可在魚糜制品冷卻過程中增加其凝膠強度。Gómez-Guillén等[16]研究表明，在魚糜凝膠形成過程中，疏水相互作用和二硫鍵的貢獻更重要。添加糖基化凝膠增強劑后魚糜凝膠的疏水相互作用和二硫鍵含量較空白樣品顯著增加（P＜0.05），這是由于在40 ℃保溫階段建立的凝膠網絡在90 ℃加熱階段會發生熱收縮，釋放水分并在凝膠網絡中不均勻分散，故高溫會導致疏水相互作用顯著下降，當加入凝膠增強劑后可有效的鎖住水分，促進蛋白之間的聚集和交聯，從而促使其形成穩定凝膠三維網絡結構[28]。疏水相互作用的提高與其表觀凝膠強度、硬度、持水性等特性的提高相符，也進一步驗證了疏水相互作用在高溫條件下維持魚糜腸空間網絡結構及其表觀體現的質構上所發揮的作用。蛋清蛋白是傾向于形成具有通過二硫鍵廣泛交聯的熱穩定性凝膠，在凝膠增強劑糖基化反應階段，有一部分蛋白質聚集體是通過二硫鍵作用實現的[29]，肌原纖維蛋白和蛋清蛋白在90 ℃高溫條件下相互作用形成凝膠基質，可能是通過二硫鍵或者其他共價鍵與大部分肌球蛋白相互作用[30]。

3 結 論

蛋清蛋白與刺槐豆膠和瓜爾豆膠復配物隨著糖基化反應時間的延長（0～24 h），接枝度逐漸增大。通過SDS-PAGE分析，證實蛋清蛋白經濕法改性生成接枝共聚物，并且是通過二硫鍵和其他共價鍵與糖分子發生接枝反應，后期實驗可進一步深入研究糖基化反應對蛋清蛋白功能特性的影響機制。紅娘魚魚糜中添加糖基化凝膠增強劑可以提高魚糜的凝膠特性，根據魚糜凝膠的質構特性、白度、持水性和化學作用力，添加糖基化反應12 h的凝膠增強劑對魚糜凝膠品質影響最好。糖基化凝膠增強劑對魚糜凝膠性能的改良可能是通過蛋清蛋白作為黏合劑使用，同時糖基化后提高了黏合效果，使得魚糜更好地黏合在一起，為進一步改善魚糜制品的凝膠特性、提高魚糜制品商品價值、充分開發利用我國魚糜資源提供理論依據。