大豆分離蛋白、木薯淀粉與轉谷氨酰胺酶組合對鰱魚魚糜凝膠品質的影響

沈曉蕾 - 李向紅 - 俞 健 王發祥 -王建輝 - 黃軼群 - 劉永樂U -

(長沙理工大學化學與食品工程學院，湖南 長沙 410114)

鰱魚作為中國的四大家魚之一，年產量達數百萬噸，由于土腥味重，肌間刺多，鮮食用率較低。為了提高鰱魚的利用率及經濟價值，通常將其肉與各種輔料混合制成具有彈性凝膠狀的魚糜重組制品，該魚糜重組制品營養豐富，蛋白質含量高[1]，食用方便，風味獨特，深受消費者喜愛。

在魚糜中加入各種蛋白及淀粉可以提高魚糜的凝膠強度，還可以降低魚糜中對人體有害的過量飽和脂肪和膽固醇[2]。大豆分離蛋白(SPI)是植物蛋白中的優質蛋白，蛋白含量在90%以上，其作為蛋白類食品添加劑得到了廣泛應用。木薯淀粉中支鏈淀粉比直鏈淀粉含量高，造成了木薯淀粉具有較好的黏性，可以增強魚糜的凝膠強度。劉鑫等[3]研究發現當木薯淀粉添加量為8%時能夠使竹莢魚魚糜的凝膠強度提高130.6%。轉谷氨酰胺酶(TG)作為常用的凝膠增強劑，能夠催化肌球蛋白(MHC)上賴氨酸的ε-氨基和谷氨酸殘基上的γ-酰胺基形成共價鍵使蛋白質之間或蛋白質內部發生交聯，提高魚糜制品的彈性和緊實度[4]。

試驗擬以鰱魚為原料，考察SPI、木薯淀粉及TG最適添加量對魚糜制品食用品質(持水率、蒸煮損失、白度、凝膠強度)的影響，為魚糜的工業生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮鰱魚、大豆分離蛋白(純度99%)、木薯淀粉(純度99%)：市售；

轉谷氨酰胺酶：酶活120 U/g，江蘇一鳴生物科技有限公司；

腸衣：直徑50 mm，食品級塑料透明腸衣，濰坊美橙包裝設計有限公司。

1.2 儀器與設備

電子天平：BL-9205B型，日本島津公司；

恒溫水浴鍋：DK-98-Ⅱ型，天津泰斯特儀器有限公司；

電熱恒溫鼓風干燥箱：DHG-9140A型，上海精宏實驗設備有限公司；

質構儀：TA·XTplus型，英國Stable Mico System公司；

斬拌機：ZB-20型，山東省諸城市華鋼機械有限公司；

低場核磁共振儀：NM120型，上海紐邁電子科技有限公司；

掃描電鏡：EVO-LS 10型，日本Minolta公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 魚糜重組制品的工藝流程

新鮮魚肉→前處理→采肉→脫水→斬拌→制備魚糜凝膠

1.3.2 操作要點

(1) 前處理：去頭及內臟，清洗干凈。內臟的黑膜需清除干凈，防止影響魚糜的品質[5]。

(2) 采肉：去除油脂及紅肉，只采白肉，防止影響魚糜的色澤。

(3) 制備魚糜凝膠：將魚肉在斬拌機中空斬1 min，加入2.5%食鹽斬拌2 min，再加入不同質量分數的SPI、木薯淀粉和TG斬拌5 min(斬拌過程中應控制溫度在10 ℃ 以下)。將魚糜填充到聚乙烯腸衣中，排除氣泡，采用二段加熱(45 ℃，30 min；90 ℃，20 min)，加熱結束后置于流水下冷卻，于4 ℃冰箱中過夜，待用。

1.3.3 蛋白質的測定 參照GB 5009.5—2016的凱氏定氮法。

1.3.4 蒸煮損失 根據Yang等[6]的方法略做修改，將魚糜凝膠切成凝膠圓柱體并稱重(G1)后放入蒸煮袋內且封口，90 ℃水浴鍋蒸煮20 min。蒸煮結束擦干水分后稱重(G2)，每組測量平行5次，試驗重復3次，取平均值。按式(1)進行計算。

(1)

式中：

CL——蒸煮損失，%；

G1——魚糜凝膠蒸煮前的質量，g；

G2——魚糜凝膠蒸煮后的質量，g。

1.3.5 持水性測定 將樣品切成圓柱，稱其質量M1，用濾紙包裹于離心管中，3 000 r/min離心10 min，稱重M2，每組測量平行3次，試驗重復3次，取平均值。按式(2) 進行計算[7]。

(2)

式中：

WHC——持水率，%；

M1——魚糜凝膠離心前的質量，g；

M2——魚糜凝膠離心后的質量，g。

1.3.6 白度測定 用色差計測定樣品L*、a*、b*，每組測量平行5次以上，試驗重復3次，取平均值。按式(3)進行計算[8]。

(3)

式中：

W——白度，%；

L*——亮度；

a*——紅度值(表示有色物質的紅綠偏向)；

b*——黃度值(表示有色物質的黃藍偏向)。

1.3.7 魚糜制品凝膠強度的測定 根據文獻[9]進行修改。采用質構儀進行測定，參數設置為探頭P/0.5，測前速度0.5 mm/s，測中速度1 mm/s，測后速度10 mm/s，測量距離6 mm，觸發力5 g，每組測量平行4次以上，試驗重復3次，結果取平均值。

1.3.8 魚糜的水分分布及狀態 根據文獻[10]進行修改。魚糜在室溫下放置30 min，切成10 mm×20 mm×5 mm，放入核磁管，采用CPMG序列，32 ℃條件下進行自旋—自旋弛豫時間T2的測定。參數設定為SFI=18 MHz，P1=14 μs，SW=100 kHz，TR=2 000 ms，NS=8，NECH=4 000。

1.3.9 微觀結構分析 魚腸切成3 mm×3 mm×2 mm小塊；用體積分數為2.5%戊二醛于4 ℃固定24 h；去除固定液，用磷酸鹽緩沖液(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%乙醇梯度洗脫，15 min/次；100%乙醇脫水3次，10 min/次；真空冷凍干燥；離子濺射鍍金；掃描電鏡觀察。

1.4 數據處理

2 結果與分析

2.1 大豆分離蛋白對鰱魚魚糜的影響

2.1.1 持水性和蒸煮損失 由圖1可知，加入SPI后魚糜持水率增加，蒸煮損失降低。當SPI添加量為6%時，持水率趨于平穩，為90.46%，比空白組(84.14%)增加了7.5%；蒸煮損失也趨于平穩，為9.5%，比對照組(14.29%)降低了33.7%。當SPI添加量增加至9%時，持水率和蒸煮損失的變化均不明顯。由于SPI具有吸水性，能使魚糜的凝膠結構更加緊致；SPI與魚糜自身的蛋白、糖等相互作用將水分子鎖在魚糜網狀結構內[2]，加強對水的吸附能力；SPI的7S伴球蛋白與11S球蛋白中的許多極性基團能與水分子發生水化反應[11]，從而提高了魚糜的持水性，降低了蒸煮損失。

圖1 大豆分離蛋白對魚糜持水性、蒸煮損失的影響

2.1.2 色澤 由圖2可知，隨著SPI添加量的增加白度值逐漸下降。由于SPI為淡黃色，在魚糜重組制品中的添加量不宜過高，否則會影響魚糜制品的色澤品質。

2.1.3 凝膠強度 由圖3可知，魚糜的凝膠強度隨SPI添加量的增加而不斷提高。當SPI添加量為6%時，凝膠強度為1 942 g·mm，比對照組(1 145 g·mm)增加了41%；當SPI添加量>6%時，凝膠強度增加較為緩慢。SPI加入到魚糜中可與鹽溶性蛋白及不溶性蛋白在斬拌過程中混合，加熱后蛋白分子會展開形成致密穩定的三維網狀結構[12]；同時SPI中存在魚肉內源蛋白酶的抑制因子，能夠降低凝膠劣化對魚糜制品品質的影響，從而提高和改善魚糜的凝膠特性[13]。

圖2 大豆分離蛋白對魚糜白度的影響

圖3 大豆分離蛋白對魚糜凝膠強度的影響

2.2 木薯淀粉對鰱魚魚糜的影響

2.2.1 持水性和蒸煮損失 由圖4可知，添加6% SPI后再添加木薯淀粉，魚糜的持水性先逐漸增大后趨于平穩，蒸煮損失逐漸降低并趨于穩定。當木薯淀粉添加量為9%時，魚糜持水率為93.75%，比對照組(86.70%)增加了8%；當木薯淀粉添加量>9%時，持水率增加緩慢并趨于平穩，蒸煮損失為8.51%，比對照組(10.20%)降低了16.5%，添加量>9%時，蒸煮損失變化不明顯。木薯淀粉與魚糜混合后，在二段加熱過程中受熱糊化與水結合形

圖4 木薯淀粉對魚糜持水性、蒸煮損失的影響

成的凝膠充斥在魚糜的網狀結構中，增大了魚糜的持水性[14]，在蒸煮過程中持水性增強，蒸煮損失降低；木薯淀粉中含有較直鏈淀粉更多的支鏈淀粉，能夠產生更強的黏性，使魚糜形成更強的凝膠，充分鎖住凝膠網狀結構中的水分，增加持水性，降低蒸煮損失。

2.2.2 色澤 由圖5可知，添加6% SPI后再添加木薯淀粉，魚糜的白度值隨淀粉添加量的增加而降低，但變化不明顯。由于鰱魚魚糜本身白度較高，所以木薯淀粉對魚糜白度值影響較小。但木薯淀粉添加量不宜過高，否則會影響魚糜制品的口感。

圖5 木薯淀粉對魚糜白度的變化

2.2.3 凝膠強度 由圖6可知，魚糜的凝膠強度隨木薯淀粉添加量的增大而增大。當添加量為9%時，凝膠強度為2 910 g·mm，比對照組(1 975 g·mm)增加了47%；當增加到12%時，凝膠強度增加緩慢；故選取木薯淀粉添加量為9%。淀粉在加熱過程中糊化與水結合形成凝膠，同時淀粉顆粒填充在魚糜的蛋白網狀結構中能進一步加強凝膠結構；淀粉在斬拌過程中，與水及魚糜中蛋白形成淀粉—蛋白—水的復合型網狀結構，與多糖交聯形成更大更復雜的網狀結構，從而增強魚糜的凝膠強度[15]。淀粉的添加能提高魚糜的凝膠強度，但不宜添加過多，過多

圖6 木薯淀粉對魚糜凝膠強度的影響

會影響口感且凝膠強度降低。Yang等[16]發現，低濃度淀粉比高濃度淀粉能更有效地改善魚糜的凝膠強度。

2.3 轉谷氨酰胺酶對鰱魚魚糜的影響

2.3.1 持水性和蒸煮損失 由圖7可知，添加6% SPI與9%木薯淀粉后再添加TG，魚糜的持水率隨TG的增加緩慢增加至穩定，蒸煮損失隨TG的添加先降低后增加又降低。當TG添加量≥4 U/g·蛋白時，持水率無顯著變化(P>0.05)，蒸煮損失在4 U/g·蛋白時達最低。加入TG能催化賴氨酸的ε-氨基和谷氨酸殘基上的γ-酰胺基發生轉酰胺反應[17]，促進魚糜蛋白分子之間或分子內的相互交聯，對持水性和蒸煮損失有利，但如果加入過量的TG，會使蛋白質分子過度地聚集，破壞魚糜的凝膠結構，對持水性和蒸煮損失不利[18]。由于TG會使7S與11S大豆分離蛋白發生交聯，改變魚糜蛋白分子的交聯程度，故選取最適TG添加量為4 U/g·蛋白。

圖7 TG對魚糜持水性、蒸煮損失的影響

2.3.2 色澤 由圖8可知，隨著TG的添加，魚糜的白度值有逐漸下降的趨勢，但變化不明顯。這可能是TG自身的暗白色改變了魚糜制品的顏色；也可能是TG促進蛋白分子間相互交聯形成了較強的凝膠，改變了魚糜制品亮度[19]。

圖8 TG對魚糜白度的變化

2.3.3 凝膠強度 由圖9可知，添加6% SPI與9%木薯淀粉后，魚糜的凝膠強度隨TG增加逐漸增加并趨于平穩。當TG添加量為4 U/g·蛋白時，魚糜的凝膠強度為5 195 g·mm，與未添加TG(4 179 g·mm)相比，增加了24%，但當TG添加量超過4 U/g·蛋白時，凝膠強度趨于穩定。TG能促進魚糜蛋白質分子之間化學鍵的形成，使凝膠的網狀結構更加緊密，但加入過多的TG，可能會使蛋白質分子間過度交聯而破壞凝膠的網狀結構；隨TG的添加，凝膠壁壘減小，轉酰胺反應所生產的ε-(γ-谷酰胺)賴氨酸鍵增多，提高了魚糜的凝膠強度。故TG添加量在4 U/g·蛋白時最為合適。

圖9 TG對魚糜凝膠強度的影響

2.4 鰱魚魚糜T2峰比例變化

由圖10可知，魚糜凝膠的水分存在4個T2區間(T21、T22、T23、T24)，與M?ller等[20]研究相符。T21代表了與蛋白質等大分子表面的極性基團以氫鍵相結合的單層水；T22為與蛋白質中的酰胺基、淀粉纖維中的羥基形成了較小的氫鍵的水，與T21區間水分相比，其結合程度較低，T21與T22可共同稱為結合水；T23為束縛在凝膠網狀結構中的水分，是魚糜凝膠中最主要的水分，約占總水分的90%；T24為凝膠網狀結構以外可自由移動的水。

圖10 試驗組和對照組凍融過程中的橫向弛豫時間

Figure 10 Transverse relaxation time during freezing and thawing in the experimental and control group

由表1可知，隨凍融循環次數的增加，峰面積A21+A22及A23不斷降低，A24增加，說明魚糜凝膠在凍融循環過程中結合水與束縛水轉移成自由水。在凍融循環過程中添加輔料的樣品組A21+A22及A23降低緩慢，A24增加緩慢。T23作為魚糜中含量最多的水分，可顯示魚糜凝膠的持水性能，添加組A23從0次凍融(93.659%)到6次凍融(80.357%)降低了11%，未添加組降低了25%。魚糜在凍融循環過程中，魚糜中的肌原纖維蛋白發生變性，所以造成了魚糜中的結合水以及束縛在凝膠網狀結構中的水分轉移成自由流動的水。蛋白、淀粉及轉谷氨酰胺酶使魚糜凝膠的網狀結構更加致密，且可能會有抗凍作用，故添加組比未添加組效果更好。

表1添加與未添加輔料的魚糜在凍融循環過程中

Table 1 The change of peak area ratio in freeze-thaw cycle of surimi with or without auxiliary materials%

2.5 鰱魚魚糜凝膠的微觀結構分析

由圖11可知，添加輔料組0次凍融，魚糜凝膠表面不僅平整、光滑，凝膠孔洞較小，且形成了高度致密的凝膠網狀結構；3次凍融后，凝膠孔洞變大，網狀結構致密；6次凍融后，凝膠表面不平整，表面的凝膠網狀結構被破壞。未添加輔料組在0次凍融時，表面不平整，結構粗糙，為團簇狀，未形成完整的網狀結構；3次凍融后，表面平整，無明顯的網狀結構；6次凍融后，表面平整，但形成了小氣泡，結構被破壞。添加輔料組在凍融循環過程中，網狀結構在第6次凍融循環后被破壞，但仍有致密的網狀結構；而未添加輔料組未凍融時的網狀結構已雜亂、疏松。SPI、木薯淀粉及TG能捕獲更多的游離水，減少水分等物質流失，降低蒸煮過程中的損失，且能夠形成致密的凝膠網狀結構。魚糜凝膠的微觀結構和峰面積比例的變化驗證了上述魚糜配方優化的可行性。

圖11 不同處理條件下鰱魚魚糜凝膠微觀結構變化

3 結論

試驗綜合評價了魚糜食用品質(蒸煮損失、持水性、白度、凝膠強度)，確定了當大豆分離蛋白添加量4%、木薯淀粉添加量9%以及轉谷氨酰胺酶添加量4 U/g·蛋白時，可有效地增加魚糜的持水性，降低蒸煮損失，且不會使魚糜帶有大豆分離蛋白的淡黃色，同時提高了魚糜的凝膠強度。通過低場核磁共振和掃描電鏡驗證此配方能保護魚糜在凍融循環過程中凝膠結構的穩定性。試驗為魚糜重組制品的配方優化提供了新的思路，為工業化生產提供了科學依據。但在此基礎上能否以降低成本為目的，對魚糜制品配方進一步優化，使其達到與目前組合使用時的效果有待進一步研究。