羊血漿蛋白對高溫殺菌魚糜制品凝膠特性的影響

于楠楠,李景敏,湯楚琦,孫月娥,王衛東

(徐州工程學院食品與生物工程學院,江蘇徐州 221018)

魚糜制品是一種新型的水產加工食品,營養豐富,具有蛋白質含量高,脂肪、膽固醇含量低等特點,市場發展前景廣闊[1]。目前市售的魚糜制品多以低溫貯藏為主,且食用需二次加熱,限制了其流通和食用的方便性。魚糜凝膠經121 ℃高溫殺菌處理后可制成即食產品,實現常溫貯藏,增強其流通方便性。然而高溫處理會破壞蛋白質主要二級結構,導致肌球蛋白重鏈完全消失,肌動蛋白含量顯著下降,引起凝膠劣化[2]。目前,國內外關于高溫殺菌魚糜凝膠的研究主要集中于可得然膠等多糖對其凝膠性的影響,而對外源蛋白改善高溫殺菌魚糜凝膠劣化現象的研究較少[3-5]。因此,如何改善魚糜制品殺菌處理后品質劣化成為目前亟待解決的問題。

我國是世界上最大的羊肉生產國與消費國,2018年羊肉產量為475萬噸,屠宰加工過程中產生大量羊血[6]。羊血中含有多種營養和生物活性物質,如蛋白質、氨基酸、各種酶類、維生素、礦物質等,素有“液體肉”的美譽[7]。然而,羊血的利用率較低,大部分都被作為廢棄物排放[8]。作為一種性能優良、營養豐富且價格低廉的蛋白質資源,羊血漿蛋白應該得到更好的利用。

已有研究顯示豬血漿蛋白能夠改善鰱魚魚糜的凝膠特性,且能夠提高秘魯魷魚魚糜的凝膠品質[9-10]。羊血漿蛋白對肌原纖維蛋白凝膠的形成具有促進作用[7],但其對魚糜制品,尤其是高溫處理魚糜制品凝膠形成的影響鮮有報道。因此,本文以白鰱魚糜為原料,研究了羊血漿蛋白對高溫處理白鰱魚糜凝膠品質的影響,以期為提高羊血利用、改善常溫貯藏魚糜制品凝膠品質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

白鰱冷凍魚糜 湖北井力水產食品有限公司;新鮮羊血 徐州市康旭屠宰有限公司;塑料腸衣 哈爾濱康源食品原料有限公司;食鹽 江蘇省鹽業集團有限責任公司;檸檬酸鈉、氫氧化鈉、尿素、EDTA、甘氨酸、DTNB、氯化鈉等試劑 均為分析純。

JYL-D020型料理機 九陽股份有限公司;HH-4型數顯電子恒溫水浴鍋 常州國華電器有限公司;TMS-PRO型物性分析儀 美國FTC儀器公司;MCR302型流變儀 奧地利安東帕有限公司;WS70C型分光測色儀 深圳威福光電科技有限公司;冷凍干燥機 德國Christ;TU-1810紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 羊血漿蛋白粉的制備 參考王文婷等[11]的實驗方法并略作修改。為防止羊血凝固,在新鮮的羊血中按1/10體積添加3.8%(w/V)的檸檬酸鈉溶液。羊血經兩層紗布過濾去除羊毛等雜質后,4 ℃下離心(3000×g、20 min)兩次,取上清液,得到血漿蛋白。冷凍干燥后得到羊血漿蛋白凍干粉。

1.2.2 魚糜凝膠的制備 根據Zhang等[3]的實驗方法略作修改。將冷凍白鰱魚糜置于4 ℃冰箱中解凍12 h,然后將解凍后的魚糜切塊,稱重。將冷凍白鰱魚糜置于4 ℃冰箱中解凍12 h,然后將解凍后的魚糜切塊,稱重。將50 g的魚糜塊置于料理機中斬拌5 min,使組織充分破碎。然后以魚糜質量為基準,添加3%食鹽,繼續斬拌5 min,加入0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的羊血漿蛋白粉,繼續斬拌3 min。斬拌過程控制溫度低于10 ℃。將斬拌好的魚糜灌入直徑為2.5 cm的塑料腸衣中并封口。采用兩段加熱法,首先在40 ℃下加熱30 min,接著90 ℃下加熱20 min。將成型的魚糜凝膠取出,放入高溫滅菌鍋中,121 ℃滅菌10 min,加熱完成后于冰水中冷卻至室溫,4 ℃冰箱中放置過夜,以備后續實驗。

1.2.3 質構測定 參考Zhang等[3]的方法并略作修改。將待測樣品取出恢復至室溫,剝去腸衣,切成長為2.5 cm,直徑2.5 cm的圓柱體。使用TMS-PRO物性分析儀對魚糜凝膠進行質地多面剖析。

TPA測試:選取P/0.5平底圓柱形探頭,測試條件為:起始力0.1 N,測試速度60 mm/min,形變量40%。

凝膠強度(N·mm)=硬度(N)×彈性(mm)

1.2.4 持水性測定 根據Zhang等[3]的方法,稱取10 g左右魚糜制品至50 mL離心管中,準確稱重為W1,將離心管置于冷凍離心機中10000×g離心10 min。取出后將離心管倒置棄去水溶液,用濾紙將殘余水分吸干,準確稱重,記為W2,離心管重為W0。計算其持水性。

持水性(%)=(W2-W0)×100/(W1-W0)

1.2.5 折疊性測定 魚糜凝膠樣品小心剝去腸衣,切成5 mm左右的片狀,用兩根手指將凝膠片樣品對折,觀察樣品是否發生破裂或者凝膠損壞。參照周蕊等[12]方法,采用5級法進行測評,D級:凝膠片呈黏糊狀,無法發生折疊;C級:經過一次折疊全部破裂;B級:一次折疊部分發生破裂;A級:一次折疊基本不發生破裂;AA級:經過一次甚至兩次折疊后完全不發生破裂。

1.2.6 白度測定 參照孔文俊等[10]的方法,采用色差儀進行白度的測定,儀器采用標準白板校正。把魚糜樣品切成厚5 mm的薄片,測定其L*、a*、b*值,白度計算公式如下。

白度=100-[(100-L*)2+a*2+b*2]1/2

式中:L*表示樣品亮度;a*表示樣品偏紅程度;b*表示樣品偏黃程度。

1.2.7 流變特性的測定 根據Hu等[13]的方法,采用流變儀對魚糜的儲能模量(G′)進行溫度掃描。將樣品置于底部平臺,采用直徑為20 mm平行板,狹縫1 mm,應變1%,頻率1 Hz。進行動態溫度掃描,升溫速率2 ℃/min,升溫范圍25～90 ℃;應變掃描確定應變為1%,頻率為1 Hz位于線性粘彈區間。為防止水分蒸發,在測試時采用硅油封住樣品。

1.2.8 分子間作用力的測定 參照Gómez-Guillén等[14]方法,取2 g魚糜凝膠樣品,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)溶液混合并23000 r/min均質2 min,4 ℃下攪拌1 h,然后低溫下10000×g離心15 min取上清液。上清液中蛋白含量采用Lowry法測定。樣品中非特異性連接作用以溶解在SA溶液中的蛋白含量表示,離子鍵作用以溶解于SB與SA溶液中的蛋白含量差表示,氫鍵作用以溶解于SC與SB溶液中的蛋白含量差表示,疏水鍵作用以溶解于SD與SC溶液中的蛋白含量差表示。結果以沒升溶液所含的溶出蛋白質量來表示(g/L)。

1.2.9 鰱魚魚糜溶解率的測定 參照Benjakul等[15]方法,取1 g魚糜凝膠樣品,加入20 mL 20 mmol/L Tris-HCl緩沖液(含1%(w/V)SDS,8 mol/L尿素和2%(w/V)巰基乙醇,pH8.0)并均質,混合物于100 ℃加熱2 min后,于室溫攪拌4 h,然后5000×g離心60 min。取上清液10 mL,添加50%(w/V)TCA至終質量分數為10%(w/V),混合液于4 ℃放置18 h后5000×g離心60 min,沉淀物用10%(w/V)TCA沖洗并溶解于0.5 mol/L NaOH中。總蛋白含量為凝膠直接溶解于0.5 mol/L NaOH中測得的蛋白質含量。蛋白質含量用Lowry法測定。溶解率為溶解于溶劑中的蛋白質與總蛋白質含量的比值的百分數。

1.3 數據分析

每個實驗重復3次,所有數據采用SPSS 19.0(SPSS Inc.,Chicago,IL)進行ANOVA差異顯著性分析。顯著性差異定義為P<0.05,不同字母表示組間數據差異顯著,采用Origin 8.0作圖。

2 結果與分析

2.1 羊血漿蛋白對高溫處理魚糜制品質構特性的影響

由表1可知,與對照組相比,添加羊血漿蛋白的高溫處理魚糜凝膠的硬度、彈性、內聚性、膠粘性和咀嚼性均有所提高,羊血漿蛋白添加量為2.0%時,魚糜凝膠的硬度增加71.47%,彈性增加20.72%,咀嚼性增加93.11%。進一步增加羊血漿蛋白粉添加量,則各項質構指標降低,說明添加適量羊血漿蛋白粉可顯著改善高溫魚糜凝膠制品的質構特性。血漿蛋白能夠顯著改善魚糜凝膠品質。Benjakul等[16]研究發現豬血漿蛋白能夠改善魚糜凝膠品質。牛血漿蛋白通過抑制蛋白酶活性提高大西洋鱈魚魚糜凝膠品質[17]。雞血漿蛋白則通過填充作用增強大眼睛鯛魚凝膠特性[18]。羊血漿蛋白對高溫殺菌魚糜凝膠品質的改善可能是由于非肌肉蛋白的添加能夠增強魚糜凝膠網絡的規則性和致密性,改善殺菌魚糜凝膠的微觀結構,從而提高其質構特性[4]。

表1 羊血漿蛋白對高溫處理魚糜制品質構特性的影響Table 1 Effects of sheep plasma protein on the textural properties of high temperature treated surimi products

2.2 羊血漿蛋白對高溫處理魚糜制品凝膠強度的影響

凝膠強度可用來評價魚糜制品品質的優劣。由圖1可知,隨著羊血漿蛋白粉添加量的增加,高溫處理白鰱魚糜凝膠強度呈現先增加后降低的趨勢,當羊血漿蛋白粉的添加量為2.0%時,凝膠強度較空白組顯著增大(P<0.05),達到最大值,提高了92.88%。羊血漿蛋白粉含量進一步增加,凝膠強度降低。高溫處理會損壞蛋白質結構,破壞水和蛋白質之間的相互作用,顯著破壞魚糜凝膠品質[19]。雷雨等[9]研究發現豬血漿蛋白主要是通過非二硫共價鍵、疏水鍵及氫鍵來促進魚糜形成更致密、均勻的三維網狀空間結構。Wei等[5]和韓靜文等[20]均發現可得然膠可顯著改善高溫殺菌魚糜凝膠的質構特性,主要由于添加可得然膠后,魚糜內部的水分由游離水狀態逐漸向結合水狀態轉變,從而提高了魚糜的凝膠強度。羊血漿蛋白的加入同樣可能促進形成致密的肌球蛋白凝膠網絡,減少高溫對蛋白網絡結構的破壞,從而提高凝膠強度。

圖1 羊血漿蛋白對高溫魚糜制品凝膠強度的影響Fig.1 Effects of sheep plasma protein on the gel strength of high-temperature treated surimi products注:不同小寫字母代表差異顯著,P<0.05；圖2～圖3、圖5～圖6同。

2.3 羊血漿蛋白對高溫處理魚糜制品持水性的影響

持水性是魚糜凝膠特性的一個重要指標,能夠反映凝膠基質對水分保留能力的強弱[21]。圖2反映了羊血漿蛋白粉添加量對高溫處理魚糜凝膠持水能力的影響,與空白組相比,隨著羊血漿蛋白添加量的增加,魚糜凝膠的持水性基本呈逐漸增大的趨勢。當添加量為2.5%時,魚糜凝膠持水性比空白組增加了22.21%,說明羊血漿蛋白的加入有利于提高魚糜凝膠的持水率。非肌肉蛋白的加入能起到填充肌肉蛋白凝膠網絡的作用[22]。羊血漿蛋白的添加能夠促進魚糜凝膠形成更致密的三維網狀結構,從而包裹更多水分子,提高持水性。倪娜[7]的研究也說明羊血漿蛋白的添加有利于提高肌原纖維蛋白凝膠的持水性。

圖2 羊血漿蛋白對高溫魚糜制品持水性的影響Fig.2 Effects of sheep plasma protein on the water holding capacity of high temperature treated surimi products

2.4 羊血漿蛋白對高溫處理魚糜制品白度的影響

白度是衡量魚糜制品品質的一個重要指標,白度越高,品質越好[23]。由圖3可以看出,隨著羊血漿蛋白粉添加量的增加,白度逐漸降低(P<0.05)。Duangmal等[24]認為添加物本身的顏色能夠影響凝膠的顏色,說明魚糜凝膠白度的降低是羊血漿蛋白粉自身顏色造成的。孔文俊等[10]同樣發現添加豬血漿蛋白粉會顯著降低魚糜凝膠白度。

圖3 羊血漿蛋白粉添加量對高溫處理魚糜凝膠白度的影響Fig.3 Effects of sheep plasma protein on the whiteness of high temperature treated surimi products

2.5 羊血漿蛋白對高溫處理魚糜制品折疊性的影響

折疊性實驗能夠反應魚糜凝膠彈性的大小。從表2可以看出,不添加羊血漿蛋白粉的對照組經過一次折疊后凝膠片會有部分發生破裂,折疊性為B級,而隨著羊血漿蛋白粉添加量的增加,高溫處理魚糜凝膠的折疊性能得到明顯改善,當添加量達到1.0%以后,折疊性能達到AA級。這與質構測定結果相一致,說明羊血漿蛋白粉的添加使魚糜內部的凝膠網絡結構連接變得更為緊密,彈性也逐漸增加。

表2 羊血漿蛋白對高溫處理魚糜制品折疊性的影響Table 2 Effects of sheep plasma protein on the bending of high-temperature treated surimi products

2.6 羊血漿蛋白對魚糜凝膠動態流變的影響

在魚糜流變測定過程中,魚糜體系表現出彈性特征,彈性占主要地位。儲能模量(G′)也稱彈性模量,反映蛋白凝膠網絡結構的形成情況,能表征樣品的彈性特性[25]。如圖4所示,鰱魚魚糜儲能模量在升溫過程中呈現出典型的四階段變化[26]。在25～40 ℃之間,隨著溫度的增加,G′首先略微升高,這可能是肌球蛋白頭部之間發生交聯,使魚糜G′增加[27]。隨著溫度的進一步升高,G′迅速降低,56 ℃左右降到最低點,這可能與肌動球蛋白解離及肌球蛋白尾部變性展開有關;同時魚糜中內源性蛋白酶水解肌球蛋白也會導致凝膠結構的破壞。當溫度進一步升高,在56～90 ℃之間時,G′先迅速增大再緩慢升高,說明蛋白進一步變性聚集,逐漸形成穩定的不可逆凝膠[28]。與對照組對比,添加羊血漿蛋白粉,鰱魚魚糜的G′顯著增加,說明羊血漿蛋白能夠促進魚糜凝膠網絡的形成,增強魚糜凝膠的彈性。

圖4 羊血漿蛋白對鰱魚魚糜的儲能模量影響Fig.4 Effect of sheep plasma protein on energy storage modulus of silver carp surimi

2.7 羊血漿蛋白對高溫處理魚糜制品分子間作用力的影響

魚糜凝膠形成過程的實質是蛋白變性后按照一定規律發生集聚組成立體網狀結構的過程,是蛋白質分子之間排斥和吸引相互作用平衡的結果[29]。圖5所示是羊血漿蛋白粉添加量對高溫魚糜中穩定蛋白質構像的非特異結合、離子鍵、氫鍵和疏水鍵的影響。隨著羊血漿蛋白粉添加量的增加,體系中的非特異性結合作用緩慢增大,氫鍵作用顯著增強(P<0.05),而疏水鍵作用則逐漸降低。羊血漿蛋白粉的添加對離子鍵的變化沒有顯著影響。由此可見,羊血漿蛋白粉的添加改善高溫處理魚糜凝膠質構特性,與體系非特異性結合和氫鍵的增強及疏水鍵的降低有關,而與離子鍵無明顯相關性。這與雷雨等[9]的研究結果的趨勢也比較類似。

圖5 羊血漿蛋白粉添加量對高溫魚糜制品分子間作用力的影響Fig.5 Effects of sheep plasma protein on the intermolecular force of high-temperature treated surimi products

2.8 羊血漿蛋白對高溫處理魚糜制品溶解率的影響

含SDS、尿素和β-巰基乙醇的混合溶劑能夠破壞魚糜凝膠中除了ε-(γ-Glu)-Lys非二硫共價鍵外的所有化學鍵[15]。溶解率可以用來說明非二硫共價鍵的含量。由圖6可以看出,隨著羊血漿蛋白的添加,魚糜凝膠的溶解率逐漸降低,說明凝膠網狀結構中的非二硫共價鍵逐漸增多,這可能是由于羊血漿蛋白的加入促進魚糜中的內源性谷氨酰胺轉化酶發生反應,誘導ε-(γ-Glu)-Lys非二硫共價鍵的形成[30]。添加2.0%羊血漿蛋白時溶解率最低,非二硫共價鍵含量最高,形成魚糜凝膠網絡結構最致密,因此,凝膠強度最大。

圖6 羊血漿蛋白對高溫處理魚糜凝膠溶解率的影響Fig.6 Effect of sheep plasma protein on the dissolution rate of high temperature treated surimi gel

3 結論

羊血漿蛋白粉的添加可顯著(P<0.05)提高高溫處理魚糜制品凝膠品質。與對照組相比,隨著羊血漿蛋白添加量的增加,高溫殺菌魚糜制品凝膠劣化現象得到改善,魚糜凝膠硬度、彈性、咀嚼性、膠黏性等逐漸增大,凝膠強度、持水能力和折疊性逐漸增強。添加羊血漿蛋白可顯著增強魚糜的流變特性,與空白組對比,鰱魚魚糜的G′明顯提高。溶解率測定結果表明,羊血漿蛋白主可以通過非特異性結合、氫鍵的增強和非二硫共價鍵的形成來促進高溫處理魚糜凝膠形成更緊密的三維網絡結構。添加羊血漿蛋白能增強高溫處理魚糜凝膠熱穩定性,為常溫魚糜制品的開發提供了良好的理論依據。