親水膠體對未漂洗革胡子鯰魚魚糜凝膠特性的影響

鮑佳彤，楊淇越，寧云霞，梁麗雅，李 玲，馬儷珍

（天津農學院食品科學與生物工程學院，國家大宗淡水魚加工技術研發分中心，天津市水產品加工及質量安全校企協同創新重點實驗室，天津 300384）

革胡子鯰魚不僅含有高蛋白和優質脂肪，還具備養殖密度高，成本低，無肌間骨，便于加工等特點。魚肉加工成魚糜制品時常需要漂洗工藝，但漂洗不僅會導致大約20%~30%的水溶性蛋白流失[1]，還易造成水資源浪費和環境污染[2]。如果不經過漂洗工藝，直接采肉作為原料利用，這樣不僅能減少營養成分流失，還能降低環保壓力和設備投入，提高企業的經濟效益。但由于革胡子鯰魚屬于淡水紅肉魚類，其凝膠形成能力比較低[3]，如果不漂洗去除其中的色素、部分脂肪和無機鹽以及水溶性蛋白等物質，會更影響其凝膠形成能力和白度。因此，如何提高未漂洗革胡子鯰魚魚糜凝膠特性是人們關注的焦點。

目前，提高魚糜凝膠特性的常用方法是使用轉谷氨酰胺酶（Transglutaminase，TGase）[4]、CaCl2[5]、非肌肉蛋白[6]、淀粉[7]和親水膠體[8]等外源添加物。研究表明，在魚糜制品加工過程中添加的某些親水膠體能充分與水結合，形成黏稠的溶液或膠體，并與魚糜蛋白的網絡結構交織，進而提高魚糜凝膠強度；同時在熱誘導魚糜凝膠的形成過程中，隨著溫度的上升，親水膠體吸水膨脹，將水分子鎖在網絡結構中，進而增強凝膠持水性[8-9]，但不同種類和添加量的親水膠體對不同魚糜原料的凝膠品質影響差異很大[10-11]。羅華彬等[12]研究得出，添加瓜爾膠（Guar Gum， GRG）、魔芋膠（Konjac，KC）和沙蒿膠均能提高帶魚魚糜的凝膠強度和持水性。陳海華等[13]研究發現，可得然膠（Curdlan Gum， CDG）、羅望子膠、KC、卡拉膠（Carrageenans，CGN）、瓊膠和羧甲基纖維素均能提高竹莢魚魚糜的凝膠強度，而添加GRG 和海藻酸鈉則影響不顯著。丁麗麗等[14]研究得出在白鰱魚糜中添加0.1%~0.2%的CDG，不僅可以提高魚糜制品的凝膠特性，也可適當降低成本。范選嬌[15]研究發現，結冷膠（Gellan Gum，GNG）可以促進白鰱魚糜中肌原纖維重鏈之間的交聯，有利于控制魚糜凝膠的劣化程度。然而，目前國內外關于親水膠體對未漂洗革胡子鯰魚魚糜凝膠性能的研究鮮有報道。

本試驗以未經漂洗處理的革胡子鯰魚魚糜為研究對象，在添加2.2%食鹽、0.4% TGase、20 mmol/kg CaCl2、0.2%濃縮乳清蛋白（Whey Protein Concentrate，WPC）和6%木薯變性淀粉（Cassava Modified Starch，CMT）基礎上，分別添加不同親水膠體（0.2% GNG、0.2%CGN、0.2%CDG 和 0.2%GRG），研究其對革胡子鯰魚魚糜的凝膠特性、白度值、持水力、動態流變學性質和水分遷移變化規律等的影響，為生產新的高品質魚糜制品提供數據支持。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

鮮活革胡子鯰魚選購于天津市紅旗農貿綜合水產批發市場，體重1.5~1.6 kg/條，體長40~42 cm。購回后立即放入冰水（4~6 ℃）中保藏備用。

TGase（活力100 U/g），購于江蘇一鳴生物股份有限公司；食鹽、白糖，購于天津市紅旗農貿市場；復合磷酸鹽、山梨糖醇，購于江陰連盛化工有限公司；PA塑料腸衣，購于天津市匯潤澤塑料包裝制品有限公司；食品級氯化鈣（CaCl2），購于天津市光復科技發展有限公司；WPC，購于 Arla Foods Ingredients；CMT、GNG、CGN、CDG、GRG（均為食品級），購于河南萬邦實業有限公司。

1.1.2 儀器與設備

CM-14 型斬拌機，西班牙美卡公司；CM-5 型色差儀，日本 Konica Minolta 公司；TA-XT plus 型物性測定儀，英國Stable Micro System 公司；PQ-001 型核磁共振分析儀，上海紐邁電子科技有限公司；BZZT-IV-90 型蒸煮桶，嘉興艾博實業有限公司；IMS-50 型制冰機，河南兄弟儀器設備有限公司；移液槍，德國Eppendorf 公司；BJRJ-82 型絞肉機，浙江嘉興艾博實業有限公司；SDX-1 型全自動風冷速凍箱，天津市特斯達食品機械科技有限公司；CLC-B2V-M/CLC 111-TV 型恒溫恒濕培養箱，艾力特國際貿易有限公司；LLJ-A10T1 型攪拌機，廣東小熊電器有限公司；Physica MCR 301 型旋轉型流變儀，奧地利安東帕有限公司。

1.2 方法

1.2.1 革胡子鯰魚魚糜的制備

參考鮑佳彤等[16]的方法制備革胡子鯰魚魚糜。

1.2.2 革胡子鯰魚魚糜凝膠的制備

參考鮑佳彤等[16]的方法制備革胡子鯰魚魚糜凝膠。

1.2.3 試驗方案設計

按照“1.2.2”方法制備革胡子鯰魚魚糜凝膠，試驗共設5 個處理組。其中空白對照組（CK 組）是在革胡子鯰冷凍魚糜中加入2.2%食鹽（以冷凍魚糜計，下同）、0.4% TGase、20 mmol/kg CaCl2、0.2% WPC、6%CMT 和12.68%冰水；其余4 個試驗組在CK 組的基礎上分別加入 0.2% GNG、0.2% CGN、0.2% CDG 和0.2%GRG。

1.2.4 測定項目與方法

1.2.4.1 凝膠特性

參考鮑佳彤等[16]方法測定。

1.2.4.2 持水性

參考鮑佳彤等[16]方法測定。

1.2.4.3 白度值

參考鮑佳彤等[16]方法測定。

1.2.4.4 LF-NMR 弛豫時間T2和各個區間氫質子的相對含量P2

參考鮑佳彤等[16]方法測定。

1.2.4.5 動態流變學特性

參考鮑佳彤等[16]方法測定。

1.2.5 數據處理

運用Microsoft Excel 2003 軟件對試驗數據進行處理，使用Statistic 8.1 軟件進行顯著性分析，使用SigmaPlot 10.0 軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 親水膠體對革胡子鯰魚魚糜凝膠特性的影響

由表1 可以看出，添加不同種類親水膠體對革胡子鯰魚魚糜凝膠特性的影響不同。其中，添加0.2%CGN對革胡子鯰魚魚糜凝膠強度與CK 組之間差異不顯著，這與葉麗紅等[17]在魚丸中添加0.2%Κ-CGN 的結果一致；添加0.2%CDG 的革胡子鯰魚魚糜凝膠強度為組內最大值，較CK 組提高了21.29%（P＜0.05），這可能是因為CDG 多糖分子間或分子內形成的氫鍵和水合作用造成，在制備革胡子鯰魚魚糜凝膠的第2 段90 ℃高溫加熱條件下形成了具有較好彈性和硬度的熱不可逆高強度凝膠[18]，使革胡子鯰魚魚糜凝膠的破斷力和破斷距離較CK 組分別顯著增加了11.22%和6.55%（P＜0.05），提高了革胡子鯰魚魚糜凝膠強度。這一結果與王培森[19]研究的CDG 在肌球蛋白凝膠形成的過程中可提高其凝膠強度，并且效果優于CGN 的結果相一致。與CK 組相比，添加0.2%GNG 和0.2%GRG顯著降低了革胡子鯰魚魚糜的凝膠強度（P＜0.05），分析其原因是GNG 屬于微生物分泌的陰離子型孢外多糖[20]，對二價陽離子較敏感[21]，在陽離子存在的條件下，GNG 形成的凝膠具有可逆性[15，22]，并且有研究表明隨著陽離子含量的增加，GNG 凝膠強度呈先上升后下降的趨勢。而本試驗中各組均添加了20 mmol/kg CaCl2，可能是由于Ca2+的加入阻礙了GNG 雙螺旋結構的聚集凝結[15]，從而使革胡子鯰魚魚糜凝膠具有可逆性；GRG 是一種中性非凝膠多糖，雖然具有很好的黏性，可吸附革胡子鯰魚魚糜中一部分水分，但會降低其破斷距離，影響革胡子鯰魚魚糜凝膠強度的提高。

表1 親水膠體對革胡子鯰魚魚糜凝膠特性的影響Table 1 Effect of hydrophilic colloid on gel properties of Catfish(Clarias gariepinus)surimi

2.2 親水膠體對革胡子鯰魚魚糜凝膠持水性的影響

持水力的強弱受蛋白質-蛋白質及蛋白質-多糖分子間的靜電作用、疏水相互作用及氫鍵作用等影響，一般保留在蛋白質網絡基質中的水分子越多，持水性越強[23]。由圖1 可以看出，添加不同種類的親水膠體均可顯著增強革胡子鯰魚魚糜凝膠的持水性（P＜0.05），這與王聰[24]在白鰱魚魚糜中添加0.2%親水膠體的結果相一致，添加4 種親水膠體后的革胡子鯰魚魚糜凝膠持水性均在95%以上，說明這4 種親水膠體均可結合革胡子鯰魚魚糜蛋白分子間的氫鍵，與凝膠體系中更多的游離水結合，使水分滯留在革胡子鯰魚魚糜凝膠網絡結構中[24-25]。其中，添加0.2%CDG 的革胡子鯰魚魚糜凝膠持水性最高（95.77%），這與Hu 等[26]報道CDG 的添加能顯著增加帶魚魚糜凝膠的持水性的結論一致。結合革胡子鯰魚魚糜凝膠特性可知，CDG 能存在于革胡子鯰魚肉的蛋白網絡內，使革胡子鯰魚魚糜凝膠形成更致密的復合凝膠網絡結構[27]，增大革胡子鯰魚魚糜凝膠與水分的結合力，增強革胡子鯰魚魚糜凝膠的彈性和凝膠強度，從而鎖住魚糜凝膠中更多的水分。

圖1 親水膠體對革胡子鯰魚魚糜持水性的影響Fig.1 Effect of hydrophilic colloid on water holding capacity of Catfish(Clarias gariepinus)surimi

2.3 親水膠體對革胡子鯰魚魚糜凝膠白度值的影響

白度反映魚糜的色澤和等級，一般色澤潔白的魚糜制品更易受消費者喜愛。由圖2 可以看出，添加親水膠體能有效增強魚糜凝膠的白度值，這與陳海華等[13]、張建友等[28]和范選嬌等[29]的研究結果相符。但添加了親水膠體的革胡子鯰魚魚糜凝膠的白度值（70.11~70.60）仍低于竹莢魚魚糜凝膠（75.84~87.84）[13]和白鰱魚魚糜凝膠（71.46~73.40）[29]，這是因為魚糜制品的白度值不僅與添加物本身的顏色有關[30]，還與魚肉本身的色澤有關。本試驗是采用革胡子鯰魚未經過漂洗工藝制成的魚糜，且革胡子鯰魚屬于紅肉魚，故導致其白度值比較低。而竹莢魚和白鰱魚都是經過漂洗工藝，去除了魚肉中的色素、脂肪、無機鹽等物質，因此其白度值得到提高[2]。所以本試驗革胡子鯰魚魚糜凝膠的白度值略低于竹莢魚魚糜凝膠和白鰱魚魚糜凝膠，但感官評價仍處于可接受范圍內；而且在本試驗親水膠體的添加量（0.2%）范圍內，4 種親水膠體與水結合，在加熱后溶解成透明溶液[29]，增加了革胡子鯰魚魚糜的白度，并且較高的持水性也可提高革胡子鯰魚魚糜凝膠對光的折射性[24]。因此在本試驗中，親水膠體的添加可以提高革胡子鯰魚魚糜凝膠的白度值。

圖2 親水膠體對革胡子鯰魚魚糜凝膠白度值的影響Fig.2 Effect of hydrophilic colloid on whiteness of Catfish(Clarias gariepinus)surimi gel

2.4 親水膠體對革胡子鯰魚魚糜凝膠橫向弛豫時間（T2）和各個區間氫質子的相對含量（P2）的影響

低場核磁共振（LF-NMR）技術能夠反映出熱誘導的肌原纖維蛋白凝膠內部水分的流動性[31]。一般T2越短表明水與底物結合越緊密，反之則表明水分與底物結合越不緊密[32]。從圖3 可以看出，革胡子鯰魚魚糜凝膠在T2弛豫時間分布出現了4 個峰，該結果與M?ller 等[33]報道結果一致。T21-1（0.1~1 ms）代表能與蛋白質等大分子表面極性基團相結合的單層水；T21-2（1~10 ms）代表能夠通過與蛋白質中的酰胺基、淀粉纖維中的羥基形成鍵能較小的氫鍵結合水，此部分水結合程度較T21-1低，并可與T21-1統稱為結合水（T21）；T22（10~300 ms）表示束縛在革胡子鯰魚魚糜中凝膠微觀網絡結構中的不易流動水，約占魚糜總凝膠水分的80%以上，是最主要的水分；T23（300~1 000 ms）代表存在于革胡子鯰魚魚糜凝膠網絡結構以外的可以任意流動的自由水[34]。

圖3 親水膠體對革胡子鯰魚魚糜凝膠橫向弛豫時間（T2）的影響Fig.3 Effect of hydrophilic colloid on transversal relaxation time(T2)of Catfish(Clarias gariepinus)surimi gel

從表2 可以看出，添加了4 種親水膠體的革胡子鯰魚魚糜凝膠樣品的T2與CK 組之間差異均不顯著，但T22有降低的趨勢，說明添加親水膠體可能使革胡子鯰魚魚糜凝膠中的不易流動水朝結合水方向遷移。

表2 親水膠體對革胡子鯰魚魚糜凝膠T2 的影響Table 2 Effect of hydrophilic colloid on T2 of Catfish(Clarias gariepinus)surimi gel 單位：ms

T21、T22、T23的積分面積所占總積分面積的百分比分別用P21、P22和P23表示，代表各個區間氫質子的相對含量，即所代表的水分組分T21、T22、T23的相對含量（見表3）。由表3 可以得出，添加4 種親水膠體均會使革胡子鯰魚魚糜凝膠P22降低，試驗結果顯示親水膠體的添加可使魚糜凝膠中水分發生了遷移變化，其中添加GNG、CGN 和CDG 后P21均顯著增加（P＜0.05），這說明水分向結合水方向遷移，自由度降低，其中CDG 組P21達到組內最大值（3.37%）；添加GRG 則使 P23顯著增加（P＜0.05），說明水分向自由水方向遷移，自由度增加。分析上述變化的原因，GRG是一種中性非凝膠多糖，雖然能在水中形成黏稠的膠凝體，具有良好的持水性，但一般情況下GRG 不能形成凝膠，所以其形成凝膠和吸水溶脹的能力較其他親水膠體差[35]。GNG、CGN 和CDG 的添加能增強革胡子鯰魚魚糜凝膠內部相鄰蛋白質的疏水相互作用力，降低革胡子鯰魚魚糜體系中的熵值，促進蛋白質之間的聚集和交聯，有助于革胡子鯰魚魚糜蛋白凝膠網絡結構的形成[36]，并且親水膠體的加入能改變魚糜蛋白的構象。有研究表明，添加一定濃度的CDG 和CGN 有助于α-螺旋向β-折疊與β-轉角轉變，提高革胡子鯰魚魚糜凝膠維持水分的能力[24，37]，使革胡子鯰魚魚糜凝膠中的P21增加，利于革胡子鯰魚魚糜形成凝膠強度更強、持水性更高的魚糜凝膠網絡結構。本試驗中，親水膠體對革胡子鯰魚魚糜凝膠水分遷移變化的結果與其凝膠特性變化結果相一致。

表3 親水膠體對革胡子鯰魚魚糜凝膠P2 的影響Table 3 Effect of hydrophilic colloid on P2 of Catfish(Clarias gariepinus)surimi gel 單位：%

2.5 親水膠體對革胡子鯰魚魚糜凝膠動態流變學特性的影響

儲能模量（G′）也稱彈性模量，它反映蛋白凝膠網絡結構的形成情況，代表物質的彈性特征；損耗模量（G″）也稱為黏性模量，它反映樣品的黏性特征[38]。一般而言，樣品G′越高，其動態流變學特性越好，凝膠性也越好。由圖4 可以看出，4 種親水膠體組和CK 組的G′均高于G″，說明添加或不添加親水膠體，革胡子鯰魚魚糜中的肌原纖維蛋白或蛋白與親水膠體混合樣品的G″隨溫度變化的增速慢于G′[39]，革胡子鯰魚魚糜凝膠樣品更趨于彈性特性。進一步分析發現，在相同的升溫區間內，4 種親水膠體組與CK 組的革胡子鯰魚魚糜G′與G″的變化趨勢基本一致，曲線均出現了3 種變化趨勢。其中，30~47 ℃時，4 種親水膠體組和CK 組的G′均有小幅度增加，G″均迅速升高，CK、CDG 和 GRG 組在 45.9 ℃達到最大值，GNG 和CGN 在48.3 ℃達到最大值，這可能是在氫鍵的作用下，革胡子鯰魚魚糜中的蛋白質分子間發生交聯，形成較弱的凝膠網絡結構[40]，加入親水膠體后，親水膠體與革胡子鯰魚魚糜中的水結合，形成黏稠狀的凝膠，能加固革胡子鯰魚魚糜剛形成的微弱的凝膠網絡結構；47~55 ℃時，4 種親水膠體組和 CK 組的 G′均出現小幅下降的趨勢，G″均迅速下降，這說明該階段內源蛋白水解酶活性較高，肌原纖維蛋白發生降解，已形成的蛋白凝膠網絡結構遭到破壞，導致G′下降[41]，但是添加了4 種親水膠體的革胡子鯰魚魚糜下降幅度均小于CK 組，這可能是因為親水膠體的加入減弱了革胡子鯰魚魚糜凝膠劣化的發生；在55~94 ℃時，4種親水膠體組和CK 組的G′均迅速上升，G″均呈曲折上升的趨勢，這主要是因為革胡子鯰魚魚糜中肌球蛋白重鏈和肌動球蛋白的變性伸展使其形成了不可逆的魚糜凝膠網絡結構[42]，從而提高了G′。

由圖4 可以看出，4 種親水膠體組之間的G′和G″變化曲線在30~50 ℃期間幾乎處于重疊狀態，但可以明顯看出均顯著高于 CK 組（P＜0.05），80~100 ℃時，4 種親水膠體對G′的影響由大到小的順序依次為：CGN＞CDG＞GNG＞GRG＞CK，對G″的影響由大到小的順序依次為：GNG＞CGN＞CDG＞GRG＞CK，這一變化結果可能與4 種親水膠體自身性質和革胡子鯰魚魚糜凝膠在加熱和降溫的形成過程有關。其中CDG 屬于中性多糖，在加熱溫度達到90 ℃時，CDG本身在加熱過程中形成了熱不可逆的高強度凝膠結構[43]，加固了肌球蛋白分子的網絡結構；GNG 在溶于水加熱后，通過革胡子鯰魚魚糜中分子間氫鍵的作用能形成較透明堅實的凝膠結構，增加了革胡子鯰魚魚糜的黏性[20]，從而增加了G″值；CGN 具有冷凝膠的特點[42]。本試驗是將革胡子鯰魚魚糜在90 ℃下加熱制成革胡子鯰魚魚糜凝膠，再放入冰水中迅速降溫以加固凝膠網絡形成，所以添加了CGN 的革胡子鯰魚魚糜凝膠的G′值較高；而GRG 是一種中性非凝膠多糖，具有較高的黏性[12]。結合其他指標變化可知，GRG在革胡子鯰魚魚糜中僅作為一種添加劑，能結合革胡子鯰魚魚糜中的部分水分，以黏稠的糊狀填充在革胡子鯰魚魚糜凝膠網絡結構中。故在革胡子鯰魚魚糜中添加CDG 或CGN 為較適宜的親水膠體。

圖4 親水膠體對革胡子鯰魚魚糜凝膠儲能模量（G′）和損耗模量（G″）的影響Fig.4 Effect of hydrophilic colloid on storage modulus(G′)and loss modulus(G″)of Catfish(Clarias gariepinus)surimi gel

3 結論

4 種親水膠體的添加均可以不同程度地增加革胡子鯰魚魚糜凝膠的持水性和白度值，其中添加0.2%CDG 能顯著增強革胡子鯰魚魚糜的凝膠特性（P＜0.05），其持水性（95.77%）、破斷力（500.80 g）、破斷距離（8.46 mm）和凝膠強度（4 335.69 g·mm）均為各處理間最大值；而添加0.2%GNG 和0.2%GRG卻會降低革胡子鯰魚魚糜的凝膠特性；0.2% GNG、0.2%CGN 和0.2%CDG 的添加均有利于促進革胡子鯰魚魚糜凝膠中T22向T21遷移（P21增加），使革胡子鯰魚魚糜中水的自由度降低；動態流變學結果表明，4種親水膠體的添加均可以不同程度地增加革胡子鯰魚魚糜的G′和G″，在30~50℃溫度變化期間，4 種親水膠體組之間的G′和G″變化曲線幾乎處于重疊狀態，但明顯高于 CK 組（P＜0.05），在80~100 ℃時，4種親水膠體對G′的影響由大到小的順序依次為：CGN＞CDG＞GNG＞GRG＞CK，對G″的影響由大到小的順序依次為：GNG＞CGN＞CDG＞GRG＞CK。綜上所述，在革胡子鯰魚魚糜中添加0.2%CDG，可使革胡子鯰魚魚糜凝膠的持水性、白度、凝膠強度、P21、G′和G″等均處于相對較高的范圍值，可顯著改善革胡子鯰魚魚糜的凝膠特性，這一結果對于生產新的高品質魚糜制品具有重要的意義。