I型和K型卡拉膠對魚糜TG酶凝膠的性質影響

羅璨，陳超，姜澤東，伍凌，倪輝，*，李清彪

（1.集美大學食品與生物工程學院，福建廈門361021；2.福建省食品微生物與酶工程重點實驗室，福建廈門361021；3.廈門市食品生物工程技術研究中心，福建廈門361021；4.福建省安井食品有限公司，福建廈門361021）

魚糜制品，因營養豐富且食用方便，而深受消費者喜愛。傳統魚糜產品包括魚香腸、棒狀蟹肉、模擬蝦肉、魚糕、竹輪等[1-3]。近年來，隨著人們生活水平提高及科技進步，在傳統魚糜產品的基礎上，二次成型魚糜逐漸成為魚糜新產品研發熱點。目前，二次成型魚糜制品的生產方法是通過螺桿擠壓提高魚糜蛋白的質感，再進行調味和二次形態加工，最終制成形態、組織性能和風味各異的產品。但是，螺桿擠壓會導致魚糜凝膠強度及彈性顯著降低。針對該情況，有關學者提出在魚糜凝膠階段進行濕法初次成型，從而代替螺桿擠壓制備纖維或其他形態的魚糜，再進行調味及二次成型加工。采用該方法進行二次魚糜產品加工，不僅凝膠階段的白度和持水性對最終魚糜產品的顏色和口感具有重要影響[4-7]，而且要求魚糜在凝膠階段具有較高凝膠強度硬度和膠著性，同時需要較低的黏聚性，以便提高加工的可操作性及形態的完整性，從而提高最終二次成型產品形態[2-4]。

魚糜產品生產的關鍵生物化學反應是谷氨酸（Gln）殘基 γ-羧基酰胺基和賴氨酸（Lys）殘基 ε-氨基形成酰胺鍵，從而形成蛋白質凝膠。相關研究表明，在魚糜制品中添加谷氨酰胺轉氨酶（glutamine transaminase，TGase）可以催化谷氨酸（Gln）殘基 γ-羧基酰胺基與賴氨酸（Lys）殘基ε-氨基發生交聯，促進分子內或分子間產生ε-（γ-Glu）-Lys架橋黏結，使肌球蛋白重鏈（promote myosin heavy chain，MHC）互相交聯而提高凝膠強度。此外，人們還發現卡拉膠多糖與魚糜中的鹽溶性蛋白可通過靜電相互作用、氫鍵和共價鍵等連接作用形成卡拉膠魚糜復合凝膠，從而改善魚糜制品的品質[8-13]。因此，TG酶和卡拉膠是兩種常用提高魚糜制品質量的方法。

卡拉膠又稱為鹿角菜膠或角叉菜膠，是1，3-α-D-吡喃半乳糖和1，4-β-D-吡喃半乳糖為基本骨架交替連接而成的線性多糖；根據分子結構和性質的不同可分成 Kappa（K 型）、Iota（I型）、Ramota（λ型）等類別[14-15]。目前，商品的卡拉膠主要是K型和I型卡拉膠，λ型卡拉膠尚未商業化生產。黃金發[16]發現卡拉膠能顯著增大魚糜體系的彈性模量及粘結性；陳海華等[17]發現卡拉膠可與竹莢魚魚糜形成均勻、致密的凝膠。有學者發現I型卡拉膠魚糜復合凝膠中的流變特性不僅與卡拉膠的流變和水動力特性相關，還取決于它們的鏈狀或球狀結構形式[18-19]。因此，卡拉膠是魚糜制品中常用的品質改良劑[17，20-22]。目前，I型卡拉膠和K型卡拉膠對魚糜凝膠加工性能的影響研究還很不充分，尤其是卡拉膠對魚糜TG酶輔助凝膠的性質影響尚未進行深入研究[23-24]。

白鰱魚（Hypophthalmichthys molitrix）是我國傳統養殖的“四大家魚”之一，在淡水養殖魚類中產量位居第二，占淡水魚總產量的15%～20%，其含有大量細刺、食用價值低，是我國生產魚糜制品的一種主要加工原料。本文以白鰱魚糜為對象，對比分析I型和K型卡拉膠對白鰱魚糜TG酶輔助凝膠性能的影響，為合理應用工業化生產的卡拉膠與TG酶聯合作用提高魚糜制品，尤其是二次成型魚糜產品的質量提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

AA級白鰱魚糜：福建省安井食品有限公司。復合磷酸鹽（焦磷酸鈉、六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉質量比1 ∶1∶1）、食鹽、TG-1增強型谷氨酰胺轉氨酶（120U/g）、聚偏二氯乙烯腸衣：青瑞食品有限公司。

1.2 主要儀器設備

ESJ205-4型電子天平、HWSY型電熱恒溫水浴鍋、WSB-V1型智能白度測定儀、TP-110型灌腸器：杭州大吉光電儀器有限公司；TA-XT Plus型質構儀：英國Stable Micro System公司；Sigma-18k高速冷凍離心機：德國Sigma公司；高速打漿機（1 600 r/min）：福建省安井食品有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 魚糜樣品制備

將凍結的AA級鰱魚漿從冷庫中取出，放4℃冰箱中平衡12 h，取出480 g，加入到魚糜打漿機中，再加入質量比1∶1∶1的復合磷酸鹽0.6 g、食鹽12 g、TG酶0.6 g，空擂40 s；再加入魚漿質量 2%的 NaCl，鹽擂1.5 min后加入60 g冰水繼續鹽擂1 min，立刻進行調味擂。調味擂是在鹽擂后加入TG酶0.6 g，再分別加入K型卡拉膠（K組）或I型卡拉膠（I組）0.6 g，擂潰30 s，加入60 g冰水繼續擂潰1 min進行灌腸；參考嚴菁[25]的方法43℃水浴加熱20 min進行凝膠，制得凝膠魚糜；樣品用碎冰快速冷卻后放在4℃平衡12 h備用。

1.3.2 凝膠強度的測定

將置于4℃條件下的魚糜切成2.5 cm高的圓柱體，使用直徑5 mm球形探頭（P/5S）在質構儀上測定破斷力和破斷距離[18]。質構儀設置為壓縮測試模式，測試前速度為3 mm/s，下壓速度為1.0 mm/s，回復速度為3 mm/s，變形為15 mm，感應力為5 g。凝膠強度為破斷力與破斷距離的乘積。

1.3.3 白度的測定

將制作的魚糜樣品切為5 mm厚，10 mm直徑的圓柱形，放入WSB-V1型智能白度測定儀中測量，每個樣品測3個平行數值。

1.3.4 持水性的測定

參考黃玉平等[26]方法，稱量5 g左右塊狀魚糜，用3層濾紙包裹放入離心管中，在4℃、5 000 r/min的條件下離心15 min，根據離心前后樣品質量計算魚糜凝膠持水性。

式中：W1為離心前魚糜凝膠質量，g；W2為離心后魚糜凝膠質量，g。

1.3.5 質構（texture profile analysis，TPA）的測定

將魚肉凝膠分切成直徑20 mm、高10 mm的圓柱體試樣。選用質構儀TPA模型進行分析，壓縮探頭為不銹鋼P/36R圓柱形，設定為觸發類型Button，測試速率為1.00 mm/s，返回速率為1.00 mm/s，下壓距離為4.00 mm，二次壓縮間的停留時間為5 s。測試參數包括：硬度、黏聚性、膠著性、彈性、咀嚼性、黏性。

1.4 數據統計與分析

魚糜白度和持水性測定至少進行3次平行試驗，凝膠強度和TPA數據每組至少做5個平行結果。用Microsoft Excel 2003計算平均值，采用SPSS 17.0軟件和Microsoft Excel 2003進行單因素方差分析（one-way ANOVA），用Duncan多重檢驗分析顯著性（P<0.05）。

2 結果與討論

2.1 I/K型卡拉膠對白鰱魚糜TG酶凝膠的強度的影響

I/K型卡拉膠對白鰱魚糜TG酶凝膠的強度的影響見圖1。

圖1 I/K型卡拉膠對白鰱魚糜TG酶凝膠的強度影響Fig.1 Effects of I/K-carrageenans on gel strength of silver carp surimi at TGase gelation phase

對于魚糜TG凝膠，I型卡拉組的凝膠強度顯著大于K型卡拉膠組和對照組，但K型卡拉膠組與對照組無顯著差異。以上結果說明加入I型卡拉膠可增加魚糜TG酶凝膠的凝膠強度，而K型卡拉膠卻沒有這種效果。K和I卡拉膠的硫酸鹽基團數量及位置具有不同，其中K型卡拉膠在1，3-α-D-吡喃半乳糖（G）的O-4處有一個硫酸鹽基團，而I型卡拉膠在1，4-β-D-吡喃半乳糖（AG）的O-2處有一個額外的硫酸鹽基團。它們的凝膠特性也具有差異，其中K型卡拉膠凝膠是大量雙螺旋聚集而成團聚體，形成的是剛性粗網絡結構；而I型卡拉膠形成較少或沒有團聚體的細網絡凝膠網絡[27-28]。此外，研究者還發現I型卡拉膠與K型卡拉膠在魚糜體系的分配形式存在差異[19，29]。因此，本文發現I型卡拉膠和K型卡拉膠對白鰱魚糜TG酶凝膠的強度具有不同影響，這可能是由于I型卡拉膠和K型卡拉膠與魚糜凝膠作用方式和在魚糜中分配方式不同所導致，I型卡拉膠沒有形成雙螺旋團聚體，有利于魚糜蛋白質中的氨基與I卡拉膠的硫酸基團發生靜電相互作用[13，29]而加固凝膠骨架；K型卡拉膠形成雙螺團聚體，阻礙了硫酸基團與魚糜蛋白質氨基發生交互作用。

2.2 I/K型卡拉膠對白鰱魚糜TG酶凝膠白度的影響

I/K型卡拉膠對白鰱魚糜TG酶凝膠白度的影響見圖2。

圖2 I型和K型卡拉膠對白鰱魚糜TG酶凝膠白度的影響Fig.2 Effects of I/K-carrageenans on whiteness of silver carp surimi at TGase gelation phase

如圖2所示，I型卡拉膠組白度大于K型卡拉膠組；且I型卡拉膠組和K型卡拉膠組，白度都大于對照組。相關研究表明魚糜蛋白在凝膠過程中形成孔洞，卡拉膠在魚糜凝膠形成過程充填了蛋白質凝膠間的孔洞，導致凝膠的層次增加，使得反射的光增強，因此白度增加[9-10]。I型卡拉膠組白度大于K型卡拉膠組，其原因可能是I型卡拉膠與K型卡拉膠的結構細微差異，導致其引起魚糜凝膠層次增加的差異。I型卡拉膠沒有形成雙螺旋團聚體[27-28]，有利于充填到魚糜凝膠網狀結構中；K型卡拉膠形成雙螺團聚體[27-28]，阻礙了其均勻充填到魚糜網狀結構中。

2.3 I/K型卡拉膠對白鰱魚糜TG酶凝膠持水性的影響

I/K型卡拉膠對白鰱魚糜TG酶凝膠持水性的影響見圖3。

圖3 I型和K型卡拉膠對白鰱魚糜TG酶凝膠持水性的影響Fig.3 Effects of I/K-carrageenans on water holding capability of silver carp surimi at TGase gelation phase

目前，魚糜工業生產中卡拉膠的添加量為0.1%左右，本研究在魚糜中分別添加0.1%的I型和K型卡拉膠，分析其對白鰱白鰱魚糜TG酶凝膠持水性的影響。由圖3可知，I型卡拉膠組、K型卡拉膠組和對照組魚糜在凝膠階段的持水性均無顯著差異。該結果與Montero等[29]關于K型卡拉膠對凝膠后熟化階段的蛋白質凝膠持水性沒有顯著性影響的結果相似；但與Pérez-Mateos等[19]指出在魚糜體系中添加0.5%～4%I型卡拉膠可增加持水性不一致，其原因可能是Pérez-Mateos等[19]研究中的添加量遠遠高于本研究中卡拉膠添加量所導致。也許進一步提高卡拉膠的添加量可能獲得Pérez-Mateos等[19]相似的結果，但是進一步提高添加量不符合工業應用實際情況。

2.4 I/K型卡拉膠對白鰱魚糜TG酶凝膠TPA的影響

I型和K型卡拉膠對白鰱魚糜TG酶凝膠TPA的影響見表1。

表1 I型和K型卡拉膠對白鰱魚糜TG酶凝膠TPA的影響Table 1 Effects of I/K-carrageenans on TPA of silver carp surimi at TGase gelation phase

如表1所示，I型卡拉膠組硬度、膠著性、咀嚼性顯著高于K型卡拉膠組和對照組，而黏性、彈性和黏聚性與K型卡拉膠組及對照組無顯著性差異；此外，K型卡拉膠組和對照組的所有TPA指標都沒有顯著差異。相關文獻報道的I型卡拉膠與K型卡拉膠凝膠結構方面的差異[27-28]，該結果進一步說明兩種卡拉膠凝膠結構的差異對白鰱魚糜TG酶凝膠的TPA具有顯著影響。

3 結論

通過對比研究K型卡拉膠和I型卡拉膠對白鰱魚糜TG酶凝膠的凝膠強度、白度、持水性和TPA的影響，發現I型卡拉膠可顯著增加白鰱魚糜TG酶凝膠的凝膠強度、白度、硬度、膠著性和咀嚼性，而添加K型卡拉膠對白鰱魚糜TG酶凝膠的強度、白度和TPA沒有顯著影響。該結果說明，I型卡拉膠可顯著提高白鰱魚糜TG酶凝膠的加工性質，而K型卡拉膠不能提高白鰱魚糜TG酶凝膠性質，為提高魚糜產品尤其是二次成型的魚糜產品的質量提供了重要的參考信息。