改性馬鈴薯淀粉對(duì)肌原纖維蛋白凝膠特性的影響

周鳳超，林國榮，汪秀妹，張麗芬，林大河，林授鍇，陳偉嬌

（莆田學(xué)院環(huán)境與生物工程學(xué)院，福建 莆田 351100）

馬鈴薯淀粉作為大分子多糖類化合物具有多種功能特性，在食品加工過程中添加一定量的馬鈴薯淀粉能夠?qū)κ称肺锪蟽?nèi)部進(jìn)行良好的填充，并提高產(chǎn)品的黏稠度和保水性，同時(shí)淀粉和蛋白質(zhì)的相互作用也形成了具有良好組織結(jié)構(gòu)的復(fù)合物，因此馬鈴薯淀粉可以作為主要組分在肉制品中添加，并能有效提高肉中蛋白質(zhì)在加工過程中的凝膠、持水和乳化等功能特性。由于原料馬鈴薯淀粉（native potato starch，NPS）的老化性較高，熱穩(wěn)定性和抗剪切能力較差，對(duì)其在食品加工領(lǐng)域的應(yīng)用產(chǎn)生一定的限制。對(duì)NPS進(jìn)行改性處理可以克服其在食品加工過程中的缺點(diǎn)和局限性[1-2]。氧化處理馬鈴薯淀粉（oxidized potato starch，OPS）可以改善原料的老化特性，并能降低其特征性的高黏度，使糊化淀粉具有良好的成膜性并且更加透明，目前在面團(tuán)、面包和烘焙食品加工中被廣泛應(yīng)用[3]。商業(yè)化生產(chǎn)氧化淀粉最常用的氧化劑是次氯酸鈉[4]，有關(guān)氧化馬鈴薯淀粉應(yīng)用于食品的研究很多[5-6]，但將其應(yīng)用于肉制品的研究卻鮮有報(bào)道。對(duì)淀粉進(jìn)行濕熱和壓熱改性處理具有環(huán)境友好和價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，這兩種物理改性方法目前被廣泛采用[6-8]。許多學(xué)者研究了濕熱和壓熱處理馬鈴薯淀粉的體外消化特性[8]，但在與肌原纖維蛋白互作方面的研究鮮有報(bào)道。

肌原纖維蛋白（myofibrillar protein，MP）是肌肉蛋白質(zhì)中具有重要生物學(xué)功效的一類蛋白質(zhì)，既有極性氨基酸殘基又有非極性氨基酸殘基，在單一或復(fù)合的體系中能發(fā)揮良好的乳化和凝膠特性，將脂肪和水保持在其結(jié)構(gòu)內(nèi)部或周圍。蛋白質(zhì)分子在受熱后發(fā)生變性，構(gòu)成三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而決定了肉制品加工過程中所形成的感官特征和質(zhì)構(gòu)特性。MP和馬鈴薯淀粉在一定溫度下都具有單獨(dú)形成較強(qiáng)凝膠的能力，并且馬鈴薯淀粉還可作為多功能食品添加劑應(yīng)用于肉制品，與MP形成復(fù)合凝膠，從而改善肉制品的品質(zhì)[9]。目前普遍認(rèn)為，淀粉-MP復(fù)合凝膠的形成機(jī)制是基于熱誘導(dǎo)過程中淀粉顆粒通過吸水膨脹填充于MP三維凝膠網(wǎng)絡(luò)，使復(fù)合凝膠的凝膠特性得到加強(qiáng)和改善[10]。復(fù)合凝膠中，蛋白質(zhì)作為凝膠基質(zhì)，淀粉作為填料基質(zhì)在凝膠內(nèi)部緊密結(jié)合[11]。

為使改性馬鈴薯淀粉在肉制品中得到更好的應(yīng)用，并使肉制品品質(zhì)和功能特性得到改善，實(shí)驗(yàn)在前一階段研究的基礎(chǔ)上[12-14]，進(jìn)一步對(duì)NPS及改性馬鈴薯淀粉-MP復(fù)合體系的凝膠特性進(jìn)行考察。分別利用NPS、0.2%OPS、2.0% OPS、濕熱處理馬鈴薯淀粉（heat moisture treatment potato starch，HMTPS）和壓熱處理馬鈴薯淀粉（heat pressure treatment potato starch，HPTPS）分別與MP互作，考察各淀粉-MP復(fù)合物的凝膠特性。分別用NPS-MP、0.2% OPS-MP、2.0% OPS-MP、HMTPS-MP和HPTPS-MP表示各種類型復(fù)合物或復(fù)合凝膠。通過對(duì)改性馬鈴薯淀粉-MP凝膠特性的考察，旨在進(jìn)一步探究MP與改性馬鈴薯淀粉這兩類生物大分子之間的相互作用機(jī)理，為添加改性馬鈴薯淀粉肉制品的開發(fā)提供研究思路和理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

淀粉樣品：NPS、0.2% OPS、2.0% OPS、HMTPS（樣品密封、常壓、100 ℃恒溫1 h）和HPTPS（樣品密封、0.2 MPa、120 ℃處理20 min）均為實(shí)驗(yàn)室自制，并在之前的研究中測(cè)定了各種類型淀粉的理化性質(zhì)[12-14]（本研究需要用到參數(shù)值見表1）；豬背最長肌 黑龍江北大荒肉業(yè)有限公司；牛血清蛋白 美國Sigma公司；十二烷基硫酸鈉（sodium dodecyl sulfate，SDS） 北京索萊寶生物科技有限公司；次氯酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉等均為國產(chǎn)分析純?cè)噭?/p>

表1 不同類型馬鈴薯淀粉的理化性質(zhì)Table 1 Physicochemical properties of native and modified potato starches

1.2 儀器與設(shè)備

XT120A XS系列原裝天平 瑞士普利賽斯有限公司；BS203IP數(shù)碼偏光顯微鏡 重慶光電儀器有限公司；T18 basic型高速勻漿機(jī) 德國IKA公司；TA-XT plus型質(zhì)構(gòu)分析儀 英國Stable Micro System公司；旋轉(zhuǎn)流變儀 美國TA儀器公司；GL-21M高速冷凍離心機(jī)湖南湘儀實(shí)驗(yàn)儀器開發(fā)有限公司；DELTA 320 pH計(jì)瑞士梅特勒-托利多有限公司。

1.3 方法

1.3.1 MP的制備

參考Xia Xiufang等[15]的方法略有改動(dòng)，以豬背最長肌為原料提取MP，將原料肉中明顯的脂肪和結(jié)締組織去除，切成小肉塊并稱質(zhì)量。加入4 倍體積預(yù)冷（4 ℃）的提取液（pH 7.0、10 mmol/L磷酸鹽緩沖液：其中包括0.1 mol/L NaCl、2 mmol/L MgCl2和1 mmol/L EGTA），在組織搗碎機(jī)中勻漿60 s，得到的肉漿在3 500 r/min、2～4 ℃離心15 min，棄上清液取沉淀，按上述步驟重復(fù)2 次，得到的沉淀物為粗MP。向粗MP中加入4 倍體積預(yù)冷（4 ℃）的洗液（0.1 mol/L NaCl），在組織搗碎機(jī)中勻漿60 s，3 500 r/min、2～4 ℃離心15 min，取沉淀，重復(fù)上述操作1 次。再取沉淀加入4 倍體積洗液，勻漿60 s，4 層紗布過濾，濾液用0.1 mol/L HCl溶液調(diào)節(jié)pH值至6.0，3 500 r/min、2～4 ℃離心15 min，取沉淀，得MP于2～4 ℃保存，48 h內(nèi)利用。蛋白質(zhì)含量采用雙縮脲法測(cè)定。

1.3.2 乳化液的制備

將MP溶解于50 mmol/L pH 6.2的磷酸鹽緩沖液（含有0.6 mol/L NaCl）中，制得MP溶膠，并使蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持1%恒定。向MP溶膠中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%的改性馬鈴薯淀粉樣品，充分混勻，得到馬鈴薯淀粉-MP復(fù)合物，再取2 mL大豆色拉油與8 mL淀粉-MP復(fù)合物混合，高速勻漿機(jī)10 000 r/min攪打1 min后，得到淀粉-MP乳化液。

1.3.3 淀粉-MP乳化液流變學(xué)特性的測(cè)定

取1.3.2節(jié)制得的乳化液2.0 mL樣品均勻涂布于流變儀測(cè)試平臺(tái)，趕掉氣泡，夾具采用40 mm平行板，夾縫0.5 mm，由控制的循環(huán)水圍繞在凝膠樣品周圍進(jìn)行加熱，樣品以2 ℃/min的恒定速率由25 ℃升溫至85 ℃，測(cè)試前在蛋白凝膠邊緣加一薄層硅油以保持空氣濕潤，避免凝膠的脫水。樣品以0.631 r/s（100 mHz）的振蕩頻率、2%的振幅進(jìn)行正弦應(yīng)變，以測(cè)定加熱過程中貯能模量隨溫度升高的變化情況。

1.3.4 復(fù)合凝膠的制備

將MP溶解于50 mmol/L pH 6.2的磷酸鹽緩沖液（含有0.6 mol/L NaCl）中，制得MP溶膠，并使蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持4%恒定。向MP溶膠中分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%、3%和4%的改性馬鈴薯淀粉樣品，充分混勻，得到的淀粉-MP復(fù)合物分別在70、75、80 ℃水浴加熱20 min，形成淀粉-MP復(fù)合凝膠，加熱完成后立即將凝膠取出放入冰水中冷卻2 h。室溫（25 ℃）平衡30 min，用于測(cè)定凝膠強(qiáng)度、保水性、凝膠水分組成及分布及微觀結(jié)構(gòu)觀察。

1.3.5 復(fù)合凝膠強(qiáng)度的測(cè)定

參考Hormdok等[16]的方法進(jìn)行凝膠強(qiáng)度測(cè)試。將冷卻平衡后的馬鈴薯淀粉-MP復(fù)合凝膠置于質(zhì)構(gòu)儀探頭正下方，探頭類型為P/0.5直徑12 mm，下降速率為1 mm/s，穿刺距離為10.0 mm，穿透力即為凝膠的強(qiáng)度[17]。每個(gè)樣品做3 個(gè)平行樣。空白樣品不加淀粉。

1.3.6 復(fù)合凝膠持水性的測(cè)定

將1.3.4節(jié)得到的復(fù)合凝膠樣品（5 g）轉(zhuǎn)移到50 mL離心管中，4 ℃、9 650 r/min離心15 min，室溫下倒置離心管收集上清液15 min，然后稱量離心管內(nèi)凝膠樣品質(zhì)量，離心除去上清液后的凝膠質(zhì)量與5 g原凝膠樣品的質(zhì)量百分比為凝膠的持水性。每個(gè)樣品做3 個(gè)平行樣。空白樣品不加淀粉。

1.3.7 復(fù)合凝膠微觀結(jié)構(gòu)的觀察

將淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%，在70、75、80 ℃形成的淀粉-MP復(fù)合凝膠用石蠟切片的方法進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)觀察。從凝膠樣品切下橫截面為5 mmh5 mm的矩形立方體小塊，將凝膠小塊在質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%的福爾馬林溶液中固定過夜后用蒸餾水清洗，然后將樣品用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的乙醇進(jìn)行系列脫水，即50%、70%、90%、100%乙醇溶液分別脫水2 h。此過程之后，用二甲苯-乙醇（1∶1，V/V）浸泡1 h，二甲苯浸泡2 h，隨后在60 ℃烘箱中用液體石蠟浸泡1.5 h，在常溫下取出嵌有石蠟的凝膠樣品，用切片機(jī)切成8～10 μm厚的石蠟切片，放到載玻片上用蘇木精和尹紅染色，加上蓋玻片后用顯微鏡進(jìn)行觀察和拍攝。樣品觀察物鏡和目鏡放大倍數(shù)分別為40 倍和10 倍。

1.3.8 復(fù)合凝膠水分組成及分布

利用低場(chǎng)核磁共振（low field nuclear magnetic resonance，LF-NMR）測(cè)定復(fù)合凝膠樣品中水分的組成及分布，參考Sanchez-Alonso等[18]的方法，略有改動(dòng)。取5 mL淀粉-MP復(fù)合物加入到核磁管（直徑1.8 cm，高度18 cm）底部，在80 ℃水浴中加熱20 min，加熱完成后將盛有淀粉-MP復(fù)合凝膠的核磁管立即放入冰水中冷卻3 h，在LF-NMR分析儀中進(jìn)行橫向馳豫時(shí)間（T2）的測(cè)定。分析儀的磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.47 T，質(zhì)子共振頻率為20 MHz。采用Carr-Purcell-Meiboom-Gill程序測(cè)定凝膠的橫向弛豫時(shí)間T2，每個(gè)樣品機(jī)器自動(dòng)掃描16 次，每次重復(fù)的間隔時(shí)間設(shè)定為2 s。測(cè)定后每個(gè)樣品的T2通過CONTIN軟件進(jìn)行反演，得到相應(yīng)的T2弛豫時(shí)間與對(duì)應(yīng)的峰面積比A2。

1.3.9 復(fù)合凝膠形成過程中化學(xué)作用力的測(cè)定

參考Jiang等[19]的方法分析復(fù)合凝膠的分子間作用力。將1 g凝膠分別加入3 種不同的蛋白質(zhì)變性劑中，混合后于13 500 r/min均質(zhì)20 s，為了達(dá)到最大的溶解度，將其放在80 ℃的水浴鍋中加熱1 h，9 650 r/min離心15 min，吸取上層液通過雙縮脲法測(cè)定蛋白質(zhì)含量。蛋白質(zhì)溶解度即為上清液中溶解出的蛋白質(zhì)含量占凝膠中總蛋白質(zhì)的百分比。蛋白質(zhì)變性劑分別為：含8 mol/L尿素的50 mmol/L磷酸鹽緩沖液（pH 7.0）用以分析氫鍵的作用；含0.5% SDS的50 mmol/L磷酸鹽緩沖液（pH 7.0）用以分析疏水相互作用，含0.25% β-巰基乙醇（β-mercaptoethanol，β-ME）的50 mmol/L磷酸鹽緩沖液（pH 7.0）用以分析二硫鍵的作用。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次，結(jié)果表示為fs。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用Statistix 8.1（St Paul, MN）軟件包中Linear Models程序進(jìn)行，差異顯著性分析使用Tukey HSD程序（P＜0.05，差異顯著）。采用Sigmaplot 11.0 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合凝膠流變學(xué)性質(zhì)

貯能模量（G’）作為蛋白質(zhì)流變學(xué)性質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，是度量凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)彈性的一種重要方式，反映了凝膠的韌性，G’增大表示形成的蛋白質(zhì)三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，凝膠韌性增大[11,20]。圖1A為MP熱誘導(dǎo)凝膠隨溫度變化的G’曲線，G’在加熱過程中發(fā)生變化是由于MP在不同溫度下發(fā)生了交聯(lián)和變性[21]。首先，隨著溫度的升高G’在48.7 ℃時(shí)出現(xiàn)一個(gè)峰值，這主要是由于肌球蛋白分子的頭部在較低溫度下通過氫鍵發(fā)生交聯(lián)作用產(chǎn)生聚集，并形成了初步的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[21-22]；隨后，由于溫度的升高破壞了蛋白質(zhì)分子間形成的氫鍵使G’下降[23]，當(dāng)下降至51.3 ℃時(shí)，G’又隨溫度的升高而持續(xù)增加，80 ℃以后G’趨于平穩(wěn)，這主要是由于高溫使肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白變性，也標(biāo)志著高彈性的蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成。

為便于觀察復(fù)合凝膠間G’的區(qū)別，將G’曲線分成兩個(gè)溫度區(qū)間，分別為25～55 ℃和55～85 ℃。圖1B可以看出，添加淀粉后復(fù)合凝膠的G’在兩個(gè)溫度區(qū)間相比于MP凝膠均顯著提高，且大小順序?yàn)椋?.2% OPS-MP＞NPS-MP＞2.0% OPS-MP＞MP。同時(shí)，添加淀粉后3 種復(fù)合凝膠的G’在25～55 ℃區(qū)間達(dá)到峰值時(shí)的溫度升高，均為50 ℃，這說明原料和氧化馬鈴薯淀粉的添加提高了MP的熱轉(zhuǎn)變溫度，在這一過程中馬鈴薯淀粉與蛋白質(zhì)發(fā)生了相互作用。陳海華[24]、李月雙[20]等分別用改性玉米淀粉和亞麻籽膠與MP形成復(fù)合凝膠，得到了相似的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，他們認(rèn)為多糖分子的親水性優(yōu)于蛋白質(zhì)，加熱過程中多糖分子先在溶液中展開，對(duì)蛋白質(zhì)分子的展開有一定阻礙作用，從而推遲了蛋白質(zhì)分子的交聯(lián)。此外，各組復(fù)合凝膠在65 ℃以后G’的增加程度遠(yuǎn)高于MP凝膠，這主要與各類型馬鈴薯淀粉的糊化溫度和膨潤能力有關(guān)。溫度達(dá)到65 ℃后逐漸接近了淀粉的糊化溫度，位于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的淀粉顆粒開始吸水膨脹將蛋白質(zhì)三維網(wǎng)絡(luò)空間填充，這時(shí)由淀粉糊化對(duì)復(fù)合凝膠G’產(chǎn)生的影響遠(yuǎn)大于由MP變性產(chǎn)生的影響；而0.2% OPS-MP的G’最高，這與0.2% OPS自身性質(zhì)有關(guān)，根據(jù)之前的研究得出結(jié)論，0.2% OPS的凝膠韌性相比于NPS顯著提高，且能保持一定的膨潤能力[13]，因此0.2% OPS-MP復(fù)合凝膠G’最高，其形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也最穩(wěn)定。

由圖1C可見，HMTPS和HPTPS也使MP的熱轉(zhuǎn)變溫度升高至50 ℃。在兩個(gè)溫度區(qū)間，HPTPS-MP的G’最低。而在55～85 ℃區(qū)間，HMTPS-MP在76.8 ℃前的G’顯著高于NPS-MP復(fù)合凝膠，溫度高于76.8 ℃后NPS-MP復(fù)合凝膠的G’超過HMTPS-MP復(fù)合凝膠，并隨溫度的升高G’顯著升高。這主要與NPS和HMTPS各自在鹽溶液中的糊化溫度（表1）和膨潤能力有關(guān)。NPS和HMTPS的糊化溫度分別為73.3 ℃和70.9 ℃，隨溫度增加HMTPS先接近糊化溫度，HMTPS-MP復(fù)合凝膠的G’率先升高，而在溫度達(dá)到76.8 ℃之前NPS在復(fù)合凝膠中的吸水膨脹作用弱于HMTPS，導(dǎo)致HMTPS-MP復(fù)合凝膠的G’在這一階段低于NPS-MP復(fù)合凝膠。溫度達(dá)到76.8 ℃后，已超過NPS的糊化溫度，使其在復(fù)合凝膠中的吸水溶脹作用增強(qiáng)。同時(shí)，由于HPTPS的膨潤能力低于NPS，當(dāng)兩種淀粉均達(dá)到糊化溫度后，HPTPS的吸水膨脹能力相對(duì)較弱，導(dǎo)致其填充MP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的能力弱于NPS，因此表現(xiàn)出其形成的復(fù)合凝膠G’顯著低于HMTPS-MP復(fù)合凝膠。

圖1 原料和改性馬鈴薯淀粉與MP制備的乳化液的G’Fig. 1 Storage modulus (G’) of emulsions prepared with MP and native potato starch or modified potato starches

2.2 復(fù)合凝膠的凝膠強(qiáng)度

根據(jù)原料及改性馬鈴薯淀粉在0.6 mol/L NaCl溶液中的糊化溫度，選擇70、75、80 ℃條件下進(jìn)行熱誘導(dǎo)凝膠。由表2可知，未添加淀粉的MP凝膠強(qiáng)度隨加熱溫度升高顯著下降（P＜0.05），這主要是由于高溫使蛋白質(zhì)分子中非共價(jià)鍵相互作用受到破壞。

表2 不同溫度下各復(fù)合凝膠的凝膠強(qiáng)度Table 2 Gel strength of composite gels prepared with MP and native potato starch or modified potato starches at different heating temperatures

隨淀粉添加量的增加復(fù)合凝膠強(qiáng)度顯著提高，但淀粉添加量一定時(shí)，復(fù)合凝膠隨加熱溫度的升高其凝膠強(qiáng)度變化趨勢(shì)不同。當(dāng)?shù)矸厶砑恿繛?%時(shí)，NPS-MP和0.2% OPS-MP凝膠強(qiáng)度隨加熱溫度升高未表現(xiàn)出明顯變化趨勢(shì)，但2.0% OPS-MP、HMTPS-MP和HPTPS-MP凝膠強(qiáng)度均隨加熱溫度升高呈下降趨勢(shì)，這可能是由于淀粉在復(fù)合凝膠中所占的比例小于MP（4%），因此復(fù)合凝膠強(qiáng)度主要以MP在熱誘導(dǎo)過程中的變化為主。當(dāng)?shù)矸厶砑恿繛?%和4%時(shí)，各類型復(fù)合凝膠強(qiáng)度隨加熱溫度升高呈顯著增加趨勢(shì)（P＜0.05），這可能是由于淀粉添加量增加使復(fù)合凝膠強(qiáng)度主要受淀粉糊化后的凝膠特性影響，隨加熱溫度升高淀粉糊化程度提高、吸水膨脹作用增強(qiáng)，能更充分地填充于蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)，使復(fù)合凝膠組織結(jié)構(gòu)更加緊實(shí)，從而提高了凝膠強(qiáng)度。

0.2 % O P S-M P在相同條件下凝膠強(qiáng)度最高（P＜0.05）。這主要與0.2% OPS自身的淀粉組成和膨潤能力有關(guān)。0.2% OPS的膨潤能力相比于NPS雖有所下降，但對(duì)其形成凝膠影響不大，且0.2% OPS形成的淀粉凝膠強(qiáng)度顯著高于NPS，這與其非晶結(jié)構(gòu)直鏈淀粉的溶出（表1）關(guān)系密切[13-14]。2.0% OPS-MP凝膠強(qiáng)度在相同條件下均顯著（P＜0.05）低于NPS-MP，這主要與2.0%OPS自身膨潤能力較差以及氧化處理后淀粉顆粒的結(jié)晶區(qū)域及非結(jié)晶區(qū)域的淀粉分子均發(fā)生降解有關(guān)[13-14]，導(dǎo)致其形成的凝膠吸水膨脹能力差，同時(shí)，2.0% OPS的糊化溫度高于NPS，因此相同溫度下，2.0% OPS的糊化程度低于NPS，對(duì)蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)的填充程度相對(duì)較弱，所以形成的復(fù)合凝膠強(qiáng)度低。

HMTPS-MP凝膠強(qiáng)度在相同條件下與NPS-MP無顯著差別（P＞0.05），而HPTPS-MP凝膠強(qiáng)度在5 種復(fù)合凝膠中最低（P＜0.05）。這是由于壓熱處理的條件比較強(qiáng)烈，淀粉分子間形成很強(qiáng)的相互作用，使HPTPS的糊化溫度顯著升高、膨脹和水和能力受到很大限制，膨潤能力相對(duì)最差，使其在形成凝膠的過程中吸水膨脹作用遠(yuǎn)低于其他改性淀粉，對(duì)蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)填充作用最弱，因此HPTPS-MP復(fù)合凝膠強(qiáng)度最低[13-14]。

2.3 復(fù)合凝膠的持水性

表3 不同溫度下各復(fù)合凝膠的持水性Table 3 Water-holding capacity of composite gels prepared with MP and native potato starch or modi fi ed potato starches at different heating temperatures

持水性是評(píng)價(jià)MP凝膠特性的重要參數(shù)，也是衡量肉制品品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。復(fù)合凝膠持水性見表3。其中，淀粉添加量0%的MP凝膠持水性隨加熱溫度升高呈顯著下降趨勢(shì)（P＜0.05），這與凝膠強(qiáng)度的變化具有明顯相關(guān)性。由于加熱溫度高于MP的變性溫度，并且隨著溫度的升高蛋白質(zhì)的溶解度會(huì)逐漸降低，使其內(nèi)部的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)疏松，從而使水分滲出，導(dǎo)致MP凝膠持水性下降。添加淀粉后形成的復(fù)合凝膠持水性與2.2節(jié)復(fù)合凝膠的凝膠強(qiáng)度變化也具有明顯相關(guān)性。淀粉添加量為2%時(shí)，復(fù)合凝膠持水性主要受MP凝膠持水性影響；淀粉添加量為3%和4%時(shí)，復(fù)合凝膠持水性主要受淀粉的膨潤能力和糊化溫度影響。

0.2 % OPS-MP在相同條件下相比于其他4 種復(fù)合凝膠具有最高的凝膠持水性（P＜0.05）。由表1可知，0.2%OPS具有相對(duì)最高的凝膠強(qiáng)度，從而使0.2% OPS-MP保持了高凝膠持水性。與凝膠強(qiáng)度結(jié)果相似，2.0% OPS-MP復(fù)合凝膠的持水性在相同條件下均顯著（P＜0.05）低于NPS-MP和復(fù)合凝膠，這主要與2.0% OPS自身吸水膨潤能力較差有關(guān)。

HMTPS-MP復(fù)合凝膠的持水性在相同條件下與NPSMP復(fù)合凝膠無顯著差別（P＞0.05），而HPTPS-MP復(fù)合凝膠的持水性在5 種復(fù)合凝膠中最低（P＜0.05）。這一結(jié)果也可由上述2 種復(fù)合凝膠強(qiáng)度的變化原因解釋。

2.4 復(fù)合凝膠水分組成及分布

圖2 各復(fù)合凝膠的T2弛豫時(shí)間分布Fig. 2 Distribution of LF NMR T2 relaxation times of composite gels prepared with MP and native potato starch or modified potato starches

利用低場(chǎng)核磁中T2弛豫時(shí)間技術(shù)能很好地分析淀粉-MP復(fù)合凝膠內(nèi)部水分的動(dòng)態(tài)分布情況[25-26]。T2弛豫時(shí)間能表明MP與周圍環(huán)境物質(zhì)之間相互作用的強(qiáng)弱，越短的弛豫時(shí)間表明更快的相互結(jié)合，從而具有更穩(wěn)固的相互作用[27]。MP凝膠的LF-NMR結(jié)果通常出現(xiàn)4 個(gè)弛豫峰[28]，分別代表凝膠中水的不同分布形式，即T2b：與蛋白質(zhì)分子疏水基團(tuán)緊密結(jié)合的水；T21：移動(dòng)性較弱，處于蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水；T22：具有一定移動(dòng)性，處于蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)間的水；T23：移動(dòng)性較強(qiáng)，可排出凝膠體系的水。有學(xué)者利用LF-NMR研究淀粉-原纖維蛋白復(fù)合凝膠，也出現(xiàn)4 個(gè)弛豫峰[11,29]。4 種分布形式的水整合后對(duì)應(yīng)凝膠中水的3 種狀態(tài)，分別是結(jié)合水（T2b）、不易流動(dòng)水（T21、T22）和自由水（T23）[28]。

如圖2A所示，MP凝膠LF-NMR衰減曲線反演后的T2弛豫時(shí)間分布出現(xiàn)4 個(gè)峰：1.69～2.39 ms處的小峰為T2b峰；13.87～19.56 ms處的小峰為T21峰；59.22～142.56 ms處的較大峰為T22峰；225.45～431.58 ms的較小峰為T23峰。由圖2B～E可知，NPS-MP、0.2% OPS-MP、2.0% OPS-MP和HMTPS-MP在相應(yīng)T2弛豫時(shí)間位置均出現(xiàn)4 個(gè)弛豫峰，其中各種復(fù)合凝膠的T21、T22、T23弛豫峰均隨著淀粉添加量的增加向快弛豫方向移動(dòng)。說明這幾種類型馬鈴薯淀粉的添加使復(fù)合凝膠內(nèi)的水分分布趨于穩(wěn)固，MP與其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)部吸水膨脹的淀粉相互作用增強(qiáng)[27]。2.2節(jié)和2.3節(jié)中復(fù)合凝膠強(qiáng)度和持水性的變化與各類復(fù)合凝膠T21、T22和T23弛豫時(shí)間的變化具有相關(guān)性。

不同的是，圖2F中HPTPS-MP的T2弛豫時(shí)間出現(xiàn)5 個(gè)峰，在6.71～37.44 ms之間不同淀粉添加量的復(fù)合凝膠均出現(xiàn)2 個(gè)弛豫峰，且隨淀粉添加量的增加向快弛豫方向移動(dòng)；而T22和T23則呈相反的弛豫方向，隨淀粉添加量的增加，T22峰向快弛豫方向移動(dòng)，T23峰向慢弛豫方向移動(dòng)。由于HPTPS-MP新出現(xiàn)的2 個(gè)T2弛豫峰距離與T21弛豫峰相近，因此將此二弛豫峰所對(duì)應(yīng)的水歸類為蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部、移動(dòng)性較弱的不易流動(dòng)水。由于壓熱處理的條件較濕熱處理更加強(qiáng)烈，進(jìn)一步增強(qiáng)了淀粉顆粒內(nèi)部分子鏈間相互作用以及結(jié)構(gòu)緊密性，因此HPTPS熱穩(wěn)定性更高。Ashwar[30]和Jia Dan[31]等提出，在淀粉-蛋白復(fù)合凝膠冷卻的過程中，蛋白質(zhì)和淀粉分子都會(huì)各自單獨(dú)通過非共價(jià)鍵相互作用，再聚集形成凝膠，特別是對(duì)淀粉凝膠，通常認(rèn)為非共價(jià)鍵相互作用主要是由氫鍵來穩(wěn)定淀粉分子鏈的雙螺旋結(jié)構(gòu)。因此，HPTPS-MP出現(xiàn)2 個(gè)新的T2弛豫峰可能是由于HPTPS內(nèi)部具有較強(qiáng)的淀粉分子間作用力，在形成復(fù)合凝膠冷卻的過程中淀粉和蛋白質(zhì)分子各自形成的非共價(jià)鍵相互作用強(qiáng)于淀粉和蛋白質(zhì)分子間的相互作用，在凝膠內(nèi)部出現(xiàn)了代表凝膠基質(zhì)（蛋白質(zhì)）和填料基質(zhì)（淀粉）的兩部分移動(dòng)性較弱的不易流動(dòng)水，從而形成了兩個(gè)T21峰。也正是由于HPTPS和MP在復(fù)合凝膠中各自形成較強(qiáng)的分子內(nèi)相互作用，從而導(dǎo)致吸水及膨潤能力較低的HPTPS未能將MP凝膠網(wǎng)絡(luò)充分填充，使復(fù)合凝膠的持水性降低，因此T23峰隨淀粉添加量的增加向慢弛豫方向移動(dòng)。

2.5 復(fù)合凝膠主要作用力分析

圖3 各復(fù)合凝膠在不同變性劑中的溶解度Fig. 3 Solubility of composite gels prepared with MP and native potato starch or modified potato starches in buffer containing different denaturants

淀粉-蛋白質(zhì)復(fù)合凝膠是由凝膠內(nèi)部分子間的相互作用形成的，包括蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)-淀粉和淀粉-淀粉之間通過離子鍵（靜電相互作用）、氫鍵、疏水相互作用及共價(jià)鍵（二硫鍵）等作用力來完成[32-34]。向凝膠中添加不同的變性劑，能夠?qū)⑿纬赡z的蛋白質(zhì)溶解，將凝膠內(nèi)部的作用力破壞，如一定濃度的NaCl具有屏蔽電荷的作用，從而降低靜電相互作用；尿素和SDS可對(duì)水分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，分別破壞氫鍵和疏水相互作用；β-ME能打斷二硫鍵[24]。因此，可根據(jù)加入變性劑后蛋白質(zhì)的溶解度大小確定維持凝膠穩(wěn)定的作用力的大小。

MP凝膠與馬鈴薯淀粉-MP復(fù)合凝膠在不同變性劑中的溶解度見圖3。根據(jù)蛋白質(zhì)溶解度大小可以判斷，加入馬鈴薯淀粉后各種復(fù)合凝膠內(nèi)部分子間的氫鍵、疏水相互作用和二硫鍵作用力均隨淀粉添加量的增加呈顯著增加趨勢(shì)（P＜0.05）。說明馬鈴薯淀粉的添加對(duì)復(fù)合凝膠內(nèi)部分子間的相互作用力具有明顯的促進(jìn)作用。根據(jù)不同變性劑作用后蛋白質(zhì)的溶解度大小看，馬鈴薯淀粉-MP復(fù)合凝膠內(nèi)部的氫鍵為主要作用力，其次為疏水相互作用，二硫鍵作用力最少。Ashwar[30]和Jia Dan[31]等研究報(bào)道，淀粉-MP復(fù)合凝膠形成后的冷卻過程中，蛋白質(zhì)和淀粉分子都會(huì)各自單獨(dú)通過氫鍵相互作用，再聚集形成凝膠。特別是對(duì)淀粉凝膠，通常認(rèn)為非共價(jià)鍵相互作用主要是由氫鍵來穩(wěn)定淀粉分子鏈的雙螺旋結(jié)構(gòu)[31]。其他研究者也提出，氫鍵和疏水相互作用是穩(wěn)定復(fù)合凝膠的主要作用力[35]。因此，在NPS-MP和改性馬鈴薯淀粉-MP復(fù)合凝膠內(nèi)部，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作用力主要為氫鍵和疏水相互作用，二硫鍵不是主要作用力，但也不可或缺。

不同類型的復(fù)合凝膠內(nèi)部作用力大小也有顯著不同。圖3A1、B1、C1中，0.2% OPS-MP的氫鍵作用力顯著高于NPS-MP，而2.0% OPS-MP的氫鍵作用力則顯著低于NPS-MP（P＜0.05）；0.2% OPS-MP和NPS-MP的疏水相互作用及二硫鍵無顯著差異（P＞0.05），但均顯著高于2.0% OPS-MP（P＜0.05）。0.2% OPS通過吸水膨脹填充蛋白質(zhì)凝膠網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，其中含有的羧基（表1）也與水分子結(jié)合形成氫鍵，從而穩(wěn)定復(fù)合凝膠，因此，相比于不含有羧基的NPS和膨潤能力差的2.0% OPS其氫鍵作用力強(qiáng)。而2.0% OPS-MP中疏水相互作用和二硫鍵作用力最小，主要是由于2.0% OPS自身膨潤能力差、形成的凝膠持水性和凝膠強(qiáng)度相對(duì)較差，是由內(nèi)部分子作用力較弱導(dǎo)致的。由此可知，復(fù)合凝膠的分子間作用力與其持水性和凝膠強(qiáng)度關(guān)系密切。

圖3A2、B2和C2中，隨添加處理強(qiáng)度增加的改性淀粉（溫度升高和壓力增大），復(fù)合凝膠內(nèi)部的3 種作用力均呈顯著降低趨勢(shì)（P＜0.05），這主要與2 種改性馬鈴薯淀粉的膨潤能力有關(guān)。隨處理強(qiáng)度增強(qiáng)淀粉的膨潤能力顯著降低，形成復(fù)合凝膠的持水性和凝膠強(qiáng)度也顯著降低，這是內(nèi)部作用力呈這一變化趨勢(shì)導(dǎo)致的。

2.6 復(fù)合凝膠的微觀結(jié)構(gòu)

微觀結(jié)構(gòu)與淀粉-MP復(fù)合凝膠的特性關(guān)系密切，凝膠結(jié)構(gòu)三維網(wǎng)絡(luò)孔隙的大小和分布對(duì)其質(zhì)構(gòu)、持水性及內(nèi)部水分分布具有重要影響[11]。

由圖4可見，不同加熱溫度及不同類型馬鈴薯淀粉與MP制備的復(fù)合凝膠微觀結(jié)構(gòu)有明顯的變化。相同溫度下，0.2% OPS-MP的三維凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)致密、細(xì)膩，內(nèi)部孔隙小且組織結(jié)構(gòu)均勻，并隨著加熱溫度的升高，復(fù)合凝膠表現(xiàn)出更加緊湊的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。2.0% OPS-MP和HPTPS-MP形成的三維凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)松散、粗糙，內(nèi)部孔隙大且分布不均勻，雖然隨加熱溫度的升高網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨于緊湊，但仍有較大孔隙。NPS-MP和HMTPS-MP復(fù)合凝膠，在80 ℃時(shí)的三維凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較相似，但在70 ℃和75 ℃時(shí)，HMTPS-MP復(fù)合凝膠網(wǎng)絡(luò)孔隙略顯膨大和粗糙。此結(jié)果首先與不同類型馬鈴薯淀粉的糊化溫度有關(guān)，糊化溫度由大到小依次為：HPTPS（79.6 ℃）＞2.0% OPS（75.5 ℃）＞0.2% OPS（74.7 ℃）＞NPS（73.3 ℃）＞HMTPS（70.9 ℃），相同加熱溫度下，糊化溫度低的淀粉在復(fù)合凝膠中首先吸水膨脹，將MP網(wǎng)絡(luò)填充，使復(fù)合凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)致密、緊湊，因此，HPTPS-MP和2.0% OPS-MP復(fù)合凝膠結(jié)構(gòu)相對(duì)松散、粗糙。同時(shí)，淀粉在MP凝膠網(wǎng)絡(luò)中的填充作用也受其自身的膨潤能力影響，HPTPS和2.0% OPS在幾種改性馬鈴薯淀粉中膨潤能力相對(duì)較差，導(dǎo)致其膨脹持水能力降低，因此，加熱過程中即使達(dá)到其糊化溫度也未能將復(fù)合凝膠網(wǎng)絡(luò)填充充分；HMTPS膨潤能力顯著低于NPS，因此，70 ℃和75 ℃時(shí)，HMTPS形成的復(fù)合凝膠相比于NPS略顯粗糙。此外，由于0.2% OPS具有較好的凝膠強(qiáng)度和持水性，使其在復(fù)合凝膠中表現(xiàn)出了良好的填充效果。有研究指出，MP凝膠微觀結(jié)構(gòu)與其持水性關(guān)系密切，凝膠蛋白網(wǎng)絡(luò)均勻細(xì)膩則凝膠持水性高、松散粗糙則持水性低[36]。

圖4 各復(fù)合凝膠在70、75、80 ℃的微觀結(jié)構(gòu)（×400）Fig. 4 Microstructural observation of composite gels prepared with MP and native potato starch or modified potato starches at 70, 75 and 80 ℃ (× 400)

3 結(jié) 論

MP和馬鈴薯淀粉在一定溫度下都具有單獨(dú)形成較強(qiáng)凝膠的能力，將馬鈴薯淀粉應(yīng)用于肉制品的加工中能夠形成具有更好凝膠特性的復(fù)合凝膠。馬鈴薯淀粉經(jīng)過改性處理后，進(jìn)一步改善了淀粉-MP復(fù)合物的凝膠特性。復(fù)合凝膠中，0.2% OPS-MP表現(xiàn)出了相對(duì)最穩(wěn)定的流變學(xué)特性和凝膠內(nèi)的水分分布狀態(tài)，其次為NPS-MP、HMTPS-MP、2.0% OPS-MP和HPTPS-MP。凝膠強(qiáng)度和持水性與流變學(xué)特性和凝膠內(nèi)水分分布狀態(tài)具有明顯相關(guān)性，0.2% OPS-MP的凝膠強(qiáng)度和持水性均最高（P＜0.05），其次為NPS-MP和HMTPS-MP復(fù)合凝膠在不同加熱溫度下的凝膠強(qiáng)度和持水性互有高低，而2.0%OPS-MP和HPTPS-MP復(fù)合凝膠的凝膠強(qiáng)度和持水性相對(duì)較差。復(fù)合凝膠內(nèi)部的分子作用力以氫鍵和疏水相互作用為主，同時(shí)還存在二硫鍵，馬鈴薯淀粉添加量的增加顯著增強(qiáng)了復(fù)合凝膠中這幾種分子間作用力（P＜0.05）。由于0.2% OPS分子內(nèi)引入了羧基并具有一定的膨潤能力，在復(fù)合凝膠內(nèi)使氫鍵的作用顯著增強(qiáng)，提高了凝膠強(qiáng)度和持水性。微觀結(jié)構(gòu)與凝膠強(qiáng)度和持水性關(guān)系密切，觀察顯示，0.2% OPS-MP復(fù)合凝膠具有緊湊致密的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、組織細(xì)膩、孔隙微小且分布均勻，形成的凝膠狀態(tài)最好。本實(shí)驗(yàn)為改性馬鈴薯淀粉應(yīng)用于乳化凝膠類肉制品提供了理論依據(jù)。